Allenamento cognitivo-motorio: uso di compiti duali, realtà virtuale e aumentata

José López Sánchez, coordinador de terapias en CEN, plantea en este artículo el allenamento cognitivo-motorio basato su compiti doppi, la realtà virtuale e aumentata.

(Il presente documento “Entrenamiento cognitivo motor: uso de tareas duales, realidad virtual y aumentada” si basa su una traduzione libera del documento intitolato “Entrenamiento de la marcha y del equilibrio basado en realidad virtual y aumentada” (1) con contributi dell’autore José López Sánchez, basati sulla sua esperienza clinica e altri studi scientifici pubblicati sull’argomento.)

Introducción

• L’uso della realtà virtuale e realtà aumentata nella neuroriabilitazione è diventato popolare negli ultimi anni e ha ricevuto grande attenzione nelle pubblicazioni scientifiche (circa 1000 articoli) (1).

• I deficit nelle attività duali, cognitivo-motorie (per esempio camminare mentre si parla) sono comuni nelle persone con sequele neurologiche. L’allenamento dei compiti doppi cognitivo-motori è stato proposto come alternativa ai metodi convenzionali di riabilitazione, per affrontare questi problemi (2).
• I risultati degli studi sull’allenamento dei compiti doppi mostrano miglioramenti in:
  • Velocità della marcia in un compito, e lunghezza del passo nelle persone con malattia di Parkinson e malattia di Alzheimer.
  • Velocità della marcia in compiti doppi in persone con malattia di Parkinson, Alzheimer e danno cerebrale.
  • Potrebbe migliorare l’equilibrio e la cognizione delle persone con malattia di Parkinson e malattia di Alzheimer.

Principios de tratamiento

I protocolli utilizzati nei diversi studi e le misure di esito impiegate sono ancora molto eterogenei e non permettono il confronto tra gruppi. Tuttavia, l’allenamento dovrebbe seguire una serie di principi che, seguendo le teorie dell’apprendimento motorio, permettano di ottimizzare le interventi e migliorare i risultati.

Questi principi che dobbiamo applicare nell’allenamento sarebbero:

1. Focus dell’attenzione,
2. apprendimento implicito,
3. variazione,
4. intensità dell’allenamento,
5. specificità del compito,
6. feedback.

Spiegheremo uno ad uno i principi di trattamento:

1. Focus dell’attenzione

Durante la riabilitazione, i terapisti devono spiegare gli esercizi ai pazienti, e le istruzioni che forniscono influenzeranno il focus attentivo del paziente, l’esecuzione del movimento e il suo risultato.

Molte volte i terapisti utilizzano istruzioni riferendosi alle parti del corpo o ai movimenti (per esempio, mantieni le ginocchia dietro alle dita dei tuoi piedi, per promuovere una maggiore estensione delle ginocchia). Nell’apprendimento motorio questo è conosciuto come “istruzioni che promuovono un focus di attenzione interno”. Questo provoca movimenti più consapevoli che interferiscono con il controllo motorio automatico (3).

Inoltre, nelle persone con problemi attentivi, consuma gran parte o tutte le capacità attentive che la persona possiede, non lasciando risorse per poter affrontare altre attività contemporaneamente (compiti doppi).

Studi recenti indicano che le istruzioni che promuovono un focus esterno, per esempio dirigere l’attenzione sull’effetto del movimento nell’ambiente (per esempio “tocca con il tuo piede il segno sul pavimento”), ottengono un miglioramento dell’apprendimento motorio.

Studi effettuati nello sport (4-6) e nell’allenamento dell’equilibrio (7) mostrano in modo consistente una migliore esecuzione motoria dopo un periodo di apprendimento centrato su un focus esterno, rispetto a istruzioni focalizzate sul focus interno. Tuttavia, nella pratica quotidiana a volte è difficile trovare le istruzioni adeguate che inducano un focus di attenzione esterno.

Uno dei vantaggi della realtà aumentata è che può facilitare aggiustamenti nella marcia, per esempio, attraverso i segnali esterni che fornisce, come obiettivi su cui il paziente deve mettere un passo, proiettati sulla superficie su cui cammina, o segnali acustici.

In questo caso, la realtà aumentata utilizzando segnali esterni dirige il focus dell’attenzione del paziente al mondo virtuale, invece che al corpo del paziente, il che promuove il focus di attenzione esterno e probabilmente migliora l’esito della terapia, in accordo con i principi dell’apprendimento motorio.

2. Aprendizaje implícito

Tradizionalmente, nuove abilità motorie sono insegnate tramite istruzioni esplicite, risultando in un controllo conscio del movimento. Tuttavia, il controllo del movimento si basa abitualmente su 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 in tali processi automatici, portando a una peggiore esecuzione, specialmente quando le persone devono svolgere un compito sotto pressione (8-12). La riabilitazione perciò potrebbe beneficiare dell’uso dell’apprendimento implicito, per esempio apprendimento senza consapevolezza di ciò che si sta apprendendo.

Ad esempio, nei pazienti dopo aver subito 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 stata descritta una modalità per promuovere l’apprendimento implicito, attraverso istruzioni o compiti che richiedono un focus esterno di attenzione.

Un’altra forma alternativa è attraverso l’uso di un compito cognitivo concorrente (compito doppio) (9) o attraverso la variazione nei compiti, in modo che sia impossibile l’apprendimento tramite regole esplicite. I giochi di realtà virtuale e aumentata spesso promuovono questo apprendimento implicito attraverso uno o più di questi principi.

È definitivamente ora di cambiare i vecchi paradigmi nella neuroriabilitazione dove il paziente va in fisioterapia o terapia occupazionale quando si vogliono lavorare aspetti motori della gamba o del braccio e dal neuropsicologo quando si vogliono lavorare aspetti cognitivi. L’evidenza scientifica ci mostra la costante interazione tra aspetti cognitivi e motori e l’interazione tra capacità del paziente, compito e ambiente è fondamentale per il riapprendimento.

Per questo dobbiamo pensare quale tipo di apprendimento stia promuovendo il compito che presentiamo al paziente e l’ambiente in cui lo eseguirà, adeguandolo alle sue capacità per poter progredire man mano che il paziente pratica e migliora.

3. Variación

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 robusto (14). Inoltre, variazioni nella sequenza degli esercizi (casuale versus a blocchi) miglioreranno l’apprendimento motorio, specialmente 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).

Cuando se aplican estos principios, por ejemplo, al entrenamiento del equilibrio, se reduce el balanceo postural en bipedestación después de 15 minutos de ejercicios variados de equilibrio (ejercicios de transferencia de peso y bases de sustentación reducidas) mientras que no se encuentran diferencia después de un entrenamiento repetitivo o simplemente quedarse quieto de pie (20).

Por lo tanto, parece que la práctica variable de tareas puede también mejorar los resultados en rehabilitación. A través del uso de realidad virtual o aumentada, las variaciones se pueden crear fácilmente modificando los numerosos parámetros de los ejercicios, como por ejemplo, la colocación del objetivo, requerimientos de velocidad, elementos del entorno, etc.

4. Intensidad del entrenamiento

La intensidad del entrenamiento (número de repeticiones, frecuencia de entrenamiento, dificultad de las tareas, etc.) es un factor determinante del resultado de la terapia (21-23). El entrenamiento de alta intensidad se recomienda para poder maximizar el efecto del tratamiento.

La realidad virtual y aumentada podría ayudar a alcanzar altas intensidades de práctica, incrementando la motivación de algunos pacientes y su adherencia al tratamiento, mejorando la eficiencia del entrenamiento y proporcionando un desafío adecuado.

Además, el entrenamiento con realidad virtual y aumentada (RV y RA) facilitan dos tipos de entrenamiento: el entrenamiento autónomo por parte del paciente, en la clínica y en su propio hogar.

En muchos centros de rehabilitación el ratio paciente/terapeuta es reducido y eso supone un reto a la hora de poder aumentar la intensidad del entrenamiento. También ocurre que muchos pacientes solo practican cuando están junto al terapeuta, pero cuando vuelven a su hogar se mantienen la mayor parte del tiempo de forma sedentaria.

Para estas dos situaciones la RV y RA puede ser una solución para algunos pacientes, ya que proporciona el feedback que precisan para la realización de los ejercicios, estos pueden ser monitorizados a distancia por un profesional, adaptados cuando es necesario, y permiten la recogida de información sobre cuánta actividad está realizando el paciente y cómo la está realizando.

En neurorrehabilitación a menudo se requiere de un entrenamiento repetitivo de movimiento relativamente simple. Determinados ejercicios a menudo se vuelven rápidamente aburridos, siendo difícil para el paciente estar motivado y concentrado.

Uno de los beneficios de la rehabilitación virtual es el uso de juegos, que para algunos pacientes puede hacer la terapia más divertida y agradable (24-26). Algunos pacientes pueden comprometerse más en la sesión de terapia y hacer que la adherencia al tratamiento aumente (27-30).

También el número de repeticiones que se puede alcanzar y el tiempo de tratamiento activo con realidad virtual y realidad aumentada puede ser mayor que con la terapia convencional (31-33). Por ejemplo, en un estudio se consiguió el doble de pasos durante una tarea de RA y entrenamiento en cinta de marcha, comparado con entrenamiento convencional de la marcha (31). El aumento de la motivación es seguro uno de los factores que explica esto, pero no el único.

Otros aspectos prácticos, como que no existe la necesidad física de estar montando y modificando los distintos circuitos de marcha, aumenta el tiempo que, dentro de una sesión, se puede dedicar al entrenamiento activo por parte del paciente.

Además, se puede controlar de forma muy precisa el nivel de desafío que se le propone al paciente en función de sus capacidades. La dificultad de los juegos se puede fácil y gradualmente adaptar, por ejemplo, cambiando requerimientos de velocidad o distancias de los objetivos a alcanzar.

5. Especificidad de la tarea

Otra recomendación importante para rehabilitación es incluir entrenamiento específico de tareas (22, 34). Para mejorar la transferencia del progreso de la función motora a actividades fuera de la terapia, la terapia deberían incluir la práctica de desafíos de la vida diaria. La RV y RA se pueden utilizar para simular dichos desafíos dentro de un entorno seguro.

Por ejemplo, la realidad virtual y realidad aumentada podrían ayudar a entrenar la marcha en situaciones difíciles. Esto es esencial, porque el hecho de caminar en la vida diaria es mucho más que poner un pie delante del otro, también requiere de la habilidad para ajustar el patrón de marcha a diferentes situaciones.

Puede que necesites levantar tu pierna más para evitar tropezar con un adoquín suelto, o reducir la velocidad para evitar golpear a alguien, o aumentar la velocidad para pasar un semáforo que está en ámbar, o sortear personas en un abarrotado centro comercial.

La adaptabilidad de la marcha se define como la agilidad para ajustar la misma acorde a las circunstancias del entorno, y es por ello un elemento crucial a la hora de caminar en casa y sobre todo en la comunidad.

La RA puede ser una herramienta útil para entrenar la adaptabilidad de la marcha, proyectando objetivos para los pies u obstáculos sobre la superficie sobre la que se camina (35,36). Además, la realidad virtual se puede utilizar para crear un flujo óptico cuando se camina den una cinta de marcha, para mejorar la sensación natural de caminar (37,38).

Otros ejemplos de desafíos de la vida diaria son actividades que comprenden tareas cognitivas y motoras al mismo tiempo, como cruzar una calle atendiendo al tráfico, o caminar mientras recuerdas qué tenías que comprar en el supermercado, o mientras dialogas con un amigo.

Cuando se realizan dos tareas de forma simultánea, puede que la calidad y la ejecución de una o ambas tareas se reduzca. Es lo que se conoce como “interferencia en tareas duales”, que ocurre más a menudo con la edad (39), y con algunas patologías neurológicas como ictus (40) o enfermedad de Parkinson (41).

La interferencia en tareas duales se ha mostrado como predictor de caídas (42). El entrenamiento en tareas duales es más efectivo en reducir la “interferencia en tareas duales” que el entrenamiento de una sola tarea (43-46) y por ello los programas de prevención de caídas deberían siempre incluir tareas duales (47).

A través de la realidad virtual es relativamente sencillo añadir elementos cognitivos al entrenamiento, y con ello entrenamiento en tareas duales. Una manera de hacer esto es incluir una tarea cognitiva que no esté relacionada con la tarea motora, por ejemplo contar hacia atrás o una tarea de memoria.

En la gran mayoría de las ocasiones, el entrenamiento cognitivo se hace sentado delante de una mesa, pocas veces en movimiento. Sería muy interesante incluir el uso de sistemas de estimulación y rehabilitación cognitiva al mismo tiempo que se camina, se practican ejercicios de equilibrio, o simplemente se está de pie.

Otra forma de incorporar la tarea cognitiva dentro del juego de realidad virtual, por ejemplo, es a través de juegos que requieran planificación o desarrollo de una estrategia.

Por último, se pueden añadir elementos cognitivos simulando desafíos de tarea dual que se presentan en la vida cotidiana, como caminar en un supermercado virtual mientras se colocan una serie de objetos en la cesta de la compra (48) o cruzando la calle mientras se evitan obstáculos (49).

6. Feedback

Para poder mejorar nuestra ejecución motora precisamos de al menos algún tipo de información sobre cómo estamos realizando una tarea. Este feedback o realimentación a menudo proviene de fuentes intrínsecas, como la visión o la propiocepción.

El feedback intrínseco se puede aumentar proporcionando información que normalmente sería inaccesible para el paciente, como por ejemplo los Angoli exactos de las articulaciones o movimientos (biofeedback).

A través de la realidad virtual, el biofeedback se puede mostrar al paciente o incluso incorporarlo en el ejercicio. Proporcionar biofeedback puede ser muy útil para el entrenamiento de la marcha o del equilibrio.

El entrenamiento del equilibrio con feedback normalmente consiste en ejercicios de transferencias de peso en los que el paciente recibe información sobre la posición de su centro de presiones.

En una revisión sistemática, se evaluó la efectividad del entrenamiento del equilibrio basado en feedback en adultos mayores y se concluyó que dicho entrenamiento resulta en una reducción del balanceo postural, mejora de la habilidad de transferencia de peso, reducción de las demandas atencionales estando de pie quieto y mejora de las puntuaciones en la escala de Berg (50).

Existe también algo de evidencia que sugiere que añadir biofeedback al entrenamiento del equilibrio en personas con secuelas después de ictus, puede ser beneficioso (51,52).

Existe mucha literatura que muestra la efectividad del biofeedback para el reentrenamiento de la marcha en diferentes poblaciones de pacientes. Por ejemplo, el entrenamiento con feedback puede reducir el movimiento de aducción de rodilla o incrementar el ángulo del dedo del pie para la prevención de la osteoartritis de rodilla (53-55).

Può anche migliorare la propulsione durante il distacco in anziani sani, rendendo il loro modello di deambulazione più simile a quello degli adulti giovani (56).

Il feedback può aiutare le persone con malattia di Parkinson, o lesione midollare incompleta a eseguire passi più lunghi (57,58) e migliorare la deambulazione di persone dopo un’amputazione transfemorale (59). È stato osservato che può aiutare a modulare parametri della deambulazione nei bambini con paralisi cerebrale (60). Esistono altre applicazioni per prevenire infortuni nei corridori, pattern di iperestensione del ginocchio (61,62), ecc.

Tutti questi esempi mostrano come il biofeedback sia uno strumento efficace e versatile che permette ai pazienti di adattare aspetti specifici della loro deambulazione. In conclusione, la capacità di fornire biofeedback è una delle grandi carte vincenti dell’allenamento con RV. Attraverso l’incorporazione di feedback aumentato in un gioco si può aumentare la motivazione e il coinvolgimento 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 significa semplicemente mettere alla persona un visore RV e farle svolgere compiti, o metterla davanti a uno schermo a giocare. Dobbiamo pensare perché usiamo questi strumenti, cioè cosa ci forniscono di speciale e distintivo rispetto a non usarli o rispetto ad altre forme di trattamento. Poi dobbiamo pensare per quale aspetto specifico del trattamento li useremo: migliorare, attraverso il biofeedback, l’informazione su un aspetto del movimento; allenamento cognitivo in compiti duali; allenamento di situazioni della vita quotidiana; ecc. Infine, dobbiamo pensare come li useremo: seguendo i sei principi di trattamento spiegati in questo testo.
• È consigliabile progettare trattamenti in cui si combinino aspetti motori e cognitivi. Come è stato detto nel corso del testo, la RV e la RA, insieme ad altri sistemi e piattaforme di riabilitazione cognitiva, possono essere utilizzate insieme ad allenamenti della deambulazione, dell’equilibrio o dell’allenamento dell’arto superiore, per citarne solo alcuni.

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