José López Sánchez, coordinatore di terapie presso CEN, presenta in questo articolo l’allenamento cognitivo-motorio basato sugli esercizi duali, la realtà virtuale e aumentata.
(Il presente documento “Allenamento cognitivo-motorio: uso di esercizi duali, realtà virtuale e aumentata” si basa su una traduzione libera del documento intitolato “Allenamento della marcia e dell’equilibrio basato sulla realtà virtuale e aumentata” (1) con contributi dell’autore José López Sánchez, basati sulla sua esperienza clinica e su altri studi scientifici pubblicati sull’argomento.)
Introduzione
- L’uso della realtà virtuale e della realtà aumentata nella neuroriabilitazione sono diventati popolari negli ultimi anni e hanno ricevuto grande attenzione nelle pubblicazioni scientifiche (circa 1000 articoli) (1).
- I deficit negli esercizi duali, cognitivo-motori (ad esempio, camminare mentre si parla) sono comuni nelle persone con esiti neurologici. L’allenamento sugli esercizi duali cognitivi-motori sono stati proposti come alternativa ai metodi convenzionali di riabilitazione per affrontare questi problemi (2).
- I risultati degli studi sull’allenamento di esercizi duali mostrano miglioramenti in:
- Velocità di marcia in un esercizio, e lunghezza del passo in persone con morbo del Parkinson e ddell’Alzheimer.
- Velocità di marcia negli esercizi duali in persone con morbo di Parkinson, Alzheimer e danno cerebrale.
- Potrebbe migliorare l’equilibrio e la cognizione di persone con morbo di Parkinson e morbo di Alzheimer.
Principi di trattamento:
I protocolli utilizzati nei vari studi e le misure di outcome impiegate sono ancora molto eterogenee e non consentono un confronto tra gruppi. Tuttavia, l’allenamento dovrebbe seguire una serie di principi che, seguendo le teorie dell’apprendimento motorio, permettano di ottimizzare gli interventi e migliorare i risultati.
Questi principi che dobbiamo applicare nell’allenamento sarebbero:
- Focalizzazione dell’attenzione
- apprendimento implicito
- variazione
- intensità dell’allenamento
- specificità del compito
- feedback
Spiegheremo uno per uno i principi di trattamento:
1. Focalizzazione dell’attenzione
Durante la riabilitazione, i terapisti devono spiegare gli esercizi ai pazienti e le istruzioni che forniscono influenzeranno la focalizzazione dell’attenzione del paziente, l’esecuzione del movimento e il relativo risultato.
Spesso i terapisti utilizzano istruzioni che si riferiscono alle parti del corpo o ai movimenti (ad esempio, mantieni le ginocchia dietro le dita dei piedi, per favorire una maggiore estensione delle ginocchia). Nell’apprendimento motorio questo è noto come “istruzioni che promuovono un focus attentivo interno”. Ciò provoca movimenti più consapevoli che interferiscono con il controllo motorio automatico (3).
Inoltre, nelle persone con problemi dell’attenzione, assorbono gran parte o tutte le capacità di attenzione dell’individuo, non lasciando risorse per affrontare contemporaneamente altre attività (esercizi duali).
Studi recenti indicano che le istruzioni che promuovono un focus esterno, ad esempio dirigere l’attenzione sull’effetto del movimento nell’ambiente (per esempio “tocca con il piede una segnaletica sul pavimento”), ottengono un miglioramento dell’apprendimento motorio.
Studi condotti nello sport (4-6) e nell’allenamento dell’equilibrio (7) mostrano in modo consistente una migliore esecuzione motoria dopo un periodo di apprendimento focalizzato su un focus esterno, rispetto a istruzioni centrate sul focus interno. Tuttavia, nella pratica quotidiana a volte è difficile trovare le istruzioni adeguate che inducono un focus attentivo esterno.
Uno dei vantaggi della realtà aumentata è che può facilitare le regolazioni della marcia, ad esempio attraverso segnaletiche esterne che forniscono come bersagli sui quali il paziente deve poggiare il piede, proiettati sulla superficie su cui cammina, o segnali acustici.
In questo caso, la realtà aumentata, utilizzando segnaletiche esterne, dirigono il focus attentivo del paziente al mondo virtuale anziché al proprio corpo, il che promuove il focus esterno e probabilmente migliora l’esito della terapia, in accordo con i principi dell’apprendimento motorio.
2. Apprendimento implicito
Tradizionalmente, nuove abilità motorie vengono insegnate tramite istruzioni esplicite, portando a un controllo consapevole del movimento. Tuttavia, il controllo del movimento si basa abitualmente sulla conoscenza implicita. Sappiamo come eseguire il movimento, ma non siamo, di solito, consapevoli di come controlliamo i nostri muscoli e non possiamo spiegarlo a parole.
Studi recenti suggeriscono che l’apprendimento esplicito può limitare o interferire con tali processi automatici, portando ad un’esecuzione peggiorata, specialmente quando le persone devono svolgere un compito sotto pressione (8-12). La riabilitazione potrebbe quindi beneficiare l’uso dell’apprendimento implicito, ad esempio un apprendimento senza consapevolezza di ciò che si sta apprendendo.
Per esempio, in pazienti che hanno contratto un ictus, l’esecuzione di un compito di equilibrio dinamico è stata peggiore dopo un periodo di apprendimento esplicito rispetto all’apprendimento implicito (13). In precedenza, è stato descritto un modo per promuovere l’apprendimento implicito, tramite istruzioni o compiti che richiedono un focus esterno dell’attenzione.
Un’altra modalità alternativa è attraverso l’uso di un esercizio cognitivo concomitante (esercizi duali) (9) o tramite la variazione dei compiti, in modo che l’apprendimento tramite regole esplicite diventi impossibile. I giochi di realtà virtuale e aumentata spesso promuovono questo apprendimento implicito tramite uno o più di questi principi.
È definitivamente arrivato il momento di cambiare i vecchi paradigmi nella neuroriabilitazione, dove il paziente va in fisioterapia o terapia occupazionale quando desidera lavorare sugli aspetti motori di gamba o braccio e dallo neuropsicologo quando deve trattare aspetti cognitivi. L’evidenza scientifica ci mostra la costante interazione tra aspetti cognitivi e motori e il fatto che l’interazione tra capacità del paziente, esercizio e ambiente sia fondamentale per il riapprendimento.
È per questo che dobbiamo riflettere su quale tipo di apprendimento stia promuovendo il compito che presentiamo al paziente e l’ambiente in cui lo eseguirà, adeguandolo alle sue capacità per permettere un progresso man mano che il paziente pratica e migliora.
3. Variazione
L’importanza della variazione negli esercizi è un’altra delle lezioni che abbiamo appreso dalle ricerche nel campo dell’apprendimento motorio.
Invece di allenare lo stesso movimento esatto più e più volte, piccole variazioni nel movimento porteranno a un apprendimento motorio più solido (14). Inoltre, variazioni nella sequenza degli esercizi (casuale vs a blocchi) miglioreranno l’apprendimento motorio, in particolare la ritenzione e il trasferimento (15).
Nonostante gli studi favoriscano costantemente la pratica variabile, la maggior parte si è concentrata su compiti di laboratorio (15,16) o applicazioni nello sport (14,17-19).
Quando si applicano questi principi, ad esempio nell’allenamento dell’equilibrio, si riduce l’oscillazione posturale in stazione eretta dopo 15 minuti di esercizi di equilibrio variato (esercizi di trasferimento di peso e basi di appoggio ridotte), mentre non si osservano differenze dopo un allenamento ripetitivo o semplicemente restando fermi in piedi (20).
Pertanto, sembra che la pratica variabile degli esercizi possa anche migliorare i risultati nella riabilitazione. Attraverso l’uso della realtà virtuale o aumentata, le variazioni possono essere create facilmente modificando i numerosi parametri degli esercizi, come ad esempio la posizione del bersaglio, i requisiti di velocità, gli elementi dell’ambiente, ecc.
4. Intensità dell’allenamento
L’intensità dell’allenamento (numero di ripetizioni, frequenza degli allenamenti, difficoltà degli esercizi, ecc.) è un fattore determinante nell’esito della terapia (21-23). Si raccomanda un allenamento ad alta intensità per massimizzare l’effetto del trattamento.
La realtà virtuale e aumentata potrebbe aiutare a raggiungere intensità elevate di pratica, incrementando la motivazione di alcuni pazienti e la loro aderenza al trattamento, migliorando l’efficienza dell’allenamento e fornendo una sfida adeguata.
Inoltre, l’allenamento con realtà virtuale e aumentata (RV e RA) facilita due tipologie di allenamento: l’allenamento autonomo da parte del paziente, sia in clinica sia a casa.
In molti centri di riabilitazione il rapporto paziente/terapista è ridotto e ciò rappresenta una sfida nell’aumentare l’intensità dell’allenamento. Inoltre, molti pazienti si esercitano solo quando sono accanto al terapista, ma una volta tornati a casa trascorrono la maggior parte del tempo di forma sedentaria.
Per queste due situazioni la RV e la RA possono rappresentare una soluzione per alcuni pazienti, poiché forniscono il feedback necessario per l’esecuzione degli esercizi, che possono essere monitorati a distanza da un professionista, adattati quando necessario, e consentono la raccolta di informazioni su quanta attività sta svolgendo il paziente e come la sta eseguendo.
Nella neuroriabilitazione spesso è richiesto un allenamento ripetitivo di movimenti relativamente semplici. Alcuni esercizi si rivelano rapidamente noiosi, rendendo difficile per il paziente mantenere motivazione e concentrazione.
Uno dei vantaggi della riabilitazione virtuale è l’uso di giochi, che per alcuni pazienti può rendere la terapia più divertente e gradevole (24-26). Alcuni pazienti possono impegnarsi maggiormente nella seduta di terapia e incrementare l’aderenza al trattamento (27-30).
Anche il numero di ripetizioni raggiungibili e il tempo di trattamento attivo con realtà virtuale e realtà aumentata possono essere maggiori rispetto alla terapia convenzionale (31-33). Ad esempio, in uno studio si è ottenuto il doppio dei passi durante un compito di RA e allenamento su tapis roulant, rispetto all’allenamento convenzionale della marcia (31). L’aumento della motivazione è sicuramente uno dei fattori che spiega ciò, ma non l’unico.
Altri aspetti pratici, come l’assenza della necessità fisica di montare e modificare i diversi percorsi di marcia, aumentano il tempo che, all’interno di una seduta, può essere dedicato all’allenamento attivo da parte del paziente.
Inoltre, è possibile controllare in modo molto preciso il livello di difficoltà proposto al paziente in base alle sue capacità. La difficoltà dei giochi può essere gradualmente adattata, ad esempio modificando i requisiti di velocità o le distanze dei bersagli da raggiungere.
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5. Specificità dell’esercizio
Un’altra raccomandazione importante per la riabilitazione è includere un allenamento specifico per esercizio (22,34). Per migliorare il trasferimento dei progressi della funzione motoria alle attività al di fuori della terapia, la terapia dovrebbe includere la pratica delle sfide della vita quotidiana. La RV e la RA possono essere utilizzate per simulare tali sfide all’interno di un ambiente sicuro.
Ad esempio, la realtà virtuale e aumentata potrebbero aiutare ad allenare la marcia in situazioni complesse. Questo è essenziale, poiché camminare nella vita quotidiana è molto più che mettere un piede davanti all’altro, richiede anche la capacità di adattare il modello di deambulazione a diverse situazioni.
Potresti dover alzare maggiormente la gamba per evitare di inciampare su un selciato sconnesso, o ridurre la velocità per evitare di urtare qualcuno, o aumentarla per attraversare un semaforo che sta diventando giallo, o destreggiarti tra le persone in un centro commerciale affollato.
La adattabilità della marcia si definisce come l’agilità di adattarla alle circostanze dell’ambiente, ed è per questo un elemento cruciale quando si cammina in casa e soprattutto all’aperto.
La RA può essere uno strumento utile per allenare la adattabilità della marcia, proiettando bersagli per i piedi o ostacoli sulla superficie su cui si cammina (35,36). Inoltre, la realtà virtuale può essere utilizzata per creare un flusso ottico durante la camminata su tapis roulant, per migliorare la sensazione naturale di camminare (37,38).
Altri esempi di sfide della vita quotidiana sono attività che comprendono compiti cognitivi e motori simultaneamente, come attraversare la strada prestando attenzione al traffico, o camminare mentre ricordi cosa dovevi comprare al supermercato, o mentre parli con un amico.
Quando si svolgono due compiti in simultanea, la qualità e l’esecuzione di uno o entrambi i compiti possono ridursi. Questo è ciò che si conosce come interferenza negli esercizi duali, che si verifica più spesso con l’età (39) e con alcune patologie neurologiche come l’ictus (40) o il morbo di Parkinson (41).
L’interferenza negli esercizi duali si è dimostrata un predittore di cadute (42). L’allenamento negli esercizi duali è più efficace nel ridurre l’“interferenza negli esercizi duali” rispetto all’allenamento su un singolo compito (43-46) e per questo che i programmi di prevenzione delle cadute dovrebbero sempre includere esercizi duali (47).
Attraverso la realtà virtuale è relativamente semplice aggiungere elementi cognitivi all’allenamento, includendo così l’allenamento negli esercizi duali. Un modo per farlo è inserire un compito cognitivo non correlato al compito motorio, per esempio contare a ritroso o un compito di memoria.
Nella stragrande maggioranza dei casi, l’allenamento cognitivo viene svolto seduti davanti a un tavolo, raramente in movimento. Sarebbe molto interessante includere l’uso di sistemi di stimolazione e riabilitazione cognitiva contemporaneamente alla camminata, alla pratica di esercizi di equilibrio o semplicemente quando si sta in piedi.
Un altro modo di incorporare il compito cognitivo all’interno del gioco in realtà virtuale, per esempio, è tramite giochi che richiedono pianificazione o sviluppo di una strategia.
Infine, è possibile aggiungere elementi cognitivi simulando sfide di esercizi duali che si presentano nella vita quotidiana, come camminare in un supermercato virtuale mentre si raccolgono una serie di oggetti nel carrello (48) o attraversare la strada evitando ostacoli (49).
6. Feedback
Per poter migliorare la nostra esecuzione motoria abbiamo bisogno di almeno un tipo di informazione su come stiamo eseguendo un compito. Questo feedback o retroazione spesso proviene da fonti intrinseche, come la visione o la propriocezione.
Il feedback intrinseco può essere aumentato fornendo informazioni che normalmente sarebbero inaccessibili al paziente, come ad esempio gli angoli esatti delle articolazioni o dei movimenti (biofeedback).
Attraverso la realtà virtuale, il biofeedback può essere mostrato al paziente o addirittura incorporato nell’esercizio. Fornire biofeedback può essere molto utile per l’allenamento della marcia o dell’equilibrio.
L’allenamento dell’equilibrio con feedback consiste normalmente in esercizi di trasferimento di peso in cui il paziente riceve informazioni sulla posizione del suo centro di pressione.
In una revisione sistematica, è stata valutata l’efficacia dell’allenamento dell’equilibrio basato sul feedback negli adulti anziani e si è concluso che tale allenamento comporta una riduzione dell’oscillazione posturale, un miglioramento della capacità di trasferimento di peso, una riduzione delle richieste attentive stando in piedi immobili e un miglioramento dei punteggi nella scala di Berg (50).
Esiste anche qualche evidenza che suggerisce che aggiungere biofeedback all’allenamento dell’equilibrio in persone con esiti post-ictus possa essere vantaggioso (51,52).
Esiste una vasta letteratura che mostra l’efficacia del biofeedback per il rieducazione della marcia in diverse popolazioni di pazienti. Ad esempio, l’allenamento con feedback può ridurre il movimento di adduzione del ginocchio o aumentare l’angolo dell’alluce per prevenire l’osteoartrite del ginocchio (53-55).
Può anche migliorare la propulsione durante il distacco nel passo in anziani sani, rendendo il loro schema di marcia più simile a quello degli adulti giovani (56).
Il feedback può aiutare le persone con il morbo di Parkinson o lesione midollare incompleta a fare passi più lunghi (57,58) e migliorare la marcia di soggetti dopo un’amputazione transfemorale (59). È stato dimostrato che può contribuire a modulare i parametri della marcia nei bambini con paralisi cerebrale (60). Ci sono altre applicazioni per prevenire infortuni nei corridori, schemi di iperestensione del ginocchio (61,62), ecc.
Questi esempi dimostrano come il biofeedback sia uno strumento efficace e versatile che permette ai pazienti di adattare aspetti specifici della loro marcia. In conclusione, la capacità di fornire biofeedback è una delle grandi carte dell’allenamento con RV. Attraverso l’incorporazione di feedback aumentato in un gioco si può aumentare la motivazione e l’implicazione del paziente.
Conclusioni
- La realtà virtuale e la realtà aumentata sono strumenti che possono aiutarci a rendere i nostri allenamenti più specifici, efficaci e motivanti per il paziente.
- Dobbiamo sapere perché, per cosa e come utilizziamo la RV e la RA. L’uso di queste tecnologie non consiste semplicemente nel far indossare al paziente degli occhiali per la RV e fargli eseguire compiti, o metterlo davanti a uno schermo per giocare. Dobbiamo riflettere sul perché utilizziamo questi strumenti, cioè cosa ci offrono di speciale e distintivo rispetto a non usarli o rispetto ad altre forme di trattamento. Successivamente dobbiamo pensare per quale aspetto specifico del trattamento li utilizzeremo: migliorare tramite biofeedback le informazioni su un aspetto del movimento, allenamento cognitivo nei compiti duali, allenamento di situazioni della vita quotidiana, ecc. E, infine, dobbiamo pensare come li utilizzeremo: seguendo i sei principi di trattamento spiegati in questo testo.
- È consigliabile progettare trattamenti in cui vengano combinati aspetti motori e cognitivi. Come è stato discusso nel testo, la RV e la RA, insieme ad altri sistemi e piattaforme di riabilitazione cognitiva, possono essere utilizzate integrati con allenamenti della marcia, dell’equilibrio o dell’arto superiore, solo per citarne alcuni.
Bibliografia
- Virtual and Augmented reality based balance and gait training. Selma Papegaaij, Floris Morang, Frans Steenbrink. https://www.hocoma.com/news/virtual-augmented-reality-based-balance-gait-training/
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