Gait characteristics as indicators of cognitive impairment in geriatric patients
Les caractéristiques de la démarche comme indicateurs d'une déficience cognitive
Résumé
The rising life expectancy will result in an increased number of ‘older old adults’ who will need specialized geriatric care to slow functional decline. Cognitive impairment is a major cause of disability in geriatric patients. Even though there is no cure yet to reverse neurodegeneration, tailored interventions can slow disease progression and reduce symptoms. Because of the abundant evidence from experimental, neuroscienti c, and behavioral studies that underscored the close link between motor- and cognitive function, the present thesis proposed to use gait characteristics as non-invasive indicators of cognitive impairment and falls in geriatric patients. The main objective therefore was to increase our understanding of the relationship between gait and cognition in this vulnerable population, in which gait outcomes were calculated from 3D-acceleration signals of the lower trunk that were collected with an iPod Touch 4G. The ‘Loss of Complexity’ hypothesis provided a theoretical framework. Multivariate analyses were applied to dynamic gait outcomes in relation to cognitive- and fall-status (Chapter 1).Chapter 2 presents a systematic literature review including 20 longitudinal studies that examined associations between baseline gait function and future cognitive decline. A slow gait speed was associated with future decline in global cognition and in speci c cognitive functions, and with an increased risk for Mild Cognitive Impairment (MCI) and dementia (maximal odds and hazard ratios of 10.4 and 11.1, respectively) in 4.5 years on average. The review projected that future research could increase the speci city of the gait-cognition link by indexing gait and cognition in more detail.From this perspective, Chapter 3 examined whether an extensive cognitive evaluation (global cognition, memory, and executive functioning) and ne-grained, dynamic gait outcomes could add to a usual fall-risk screening. The overall classi cation accuracy of fallers and non-fallers increased from Area Under the Curve (AUC) =0.86 to AUC=0.93. The speci city of the fall-classi cation model increased from 60% to 72% when cognitive outcomes were added, and from 72% up to 80% when gait dynamics were added to the model. The results underscored the need for a multifactorial approach in fall risk assessment in geriatric patients, including a detailed evaluation of cognitive- and gait function.Chapter 4 explored what gait outcomes are most susceptible to change with cognitive decline, and examined multiple gait outcomes in relation to cognitive impairment. Outcomes related to gait speed, regularity, predictability, and stability revealed with the highest discriminative power, indicated by the Variable Importance in Projection (VIP)-values for single- and dual-tasking (average VIP-score of 1.12, with a VIP-score>1 indicating a high discriminative power). Geriatric patients walked slower, less regular, and less stable than healthy old controls. However, the discrimination of geriatric patients with- and without cognitive impairment based on gait outcomes alone was poor, with 57% (single-task) and 64% (dual-task) of the patients being misclassi ed.In Chapter 5, the gait outcomes with the highest discriminative power in chapter 4 were studied in a prospective pilot study. Signi cant cognitive decline (in global cognition, memory, and executive functioning) over 14.4 months on average correlated with a moreregular (ρ=0.579*) and more predictable (ρ=0.486*) gait at baseline, but not with baseline gait speed (ρ=0.073). The increased gait regularity and predictability re ected a loss of gait complexity and this loss of gait complexity may thus predict future cognitive decline in geriatric patients.The results are summarized and discussed in Chapter 6 of this thesis.
Le dé cit cognitif est une cause majeure de handicap de la personne âgée. Du fait de l’augmentation de la durée de vie, le nombre de personnes âgées qui pourraient béné cier d’une prise en charge spécialisée dans le but de ralentir leur perte fonctionnelle va croitre. En dépit de traitement validé qui stoppe le processus neurodégénératif, des interventions spéci ques peuvent en ralentir les manifestations. De nombreuses études expérimentales, neuroscienti ques et comportementales ont démontré la relation étroite entre cognition en motricité.Ce travail doctoral propose d’explorer si certaines caractéristiques de la marche sont des biomarqueurs non-invasifs d’un trouble cognitif et des chutes, et de mieux comprendre les relations entre la cognition et le contrôle de la marche. Le cadre théorique était l’hypothèse de la « Perte de Complexité ». Des analyses multivariées ont été appliquées aux critères de jugement dynamiques de marche en relation avec le statut cognitif-et-chute (Le Chapitre 1).Le Chapitre 2 est une revue systématique de la littérature. Nous avons recensé 20 études longitudinales de prédiction de trouble de la marche et de dé cit cognitif. La vitesse de marche était associée à la cognition, son ralentissement était un prédicteur de la perte cognitive. Cette revue a aussi mis en évidence la nécessité d’améliorer la mesure des phénomènes concernésL’objectif du Chapitre 3 était de déterminer ce qu’apportait l’évaluation cognitive (MMSE, mémoire et fonctions exécutives) et des paramètres dynamiques précis de la marche, au bilan habituel du risque de chute. La précision de la classi cation entre chuteurs et non- chuteurs a augmenté avec l’ajout de la cognition et des paramètres de marche de AUC=0.86 à AUC=0.93. La spéci cité du modèle de classi cation a, quant à elle, augmenté de 60% à 72% avec l’ajout des mesures cognitives, et de 72% à 80% avec l’ajout des paramètres dynamiques de la marche. Dans leur ensemble, ces résultats montrent l’intérêt d’une approche multidimensionnelle incluant l’évaluation des fonctions cognitives et de la marche, dans la prédiction du risque de chute chez la personne âgée.Le Chapitre 4 détermine les paramètres de marche les plus associés au déclin cognitif. La vitesse de marche, la régularité, la prévisibilité et la stabilité ont montré que les simples et doubles-tâches étaient les plus discriminantes (score VIP moyen de 1.12). La marche des patients avec troubles cognitifs est plus lente, moins régulière et moins stable que celle de personnes âgées saines. Cependant, les résultats montrent également que la discrimination des patients âgés avec et sans dé cit cognitif, fondée sur l’exploitation des paramètres de marche uniquement, est faible, avec 57% (simple tâche) et 64% (double-tâche) des patients classés de manière erronée.Le Chapitre 5 présente une étude pilote prospective dans laquelle les paramètres de marche les plus discriminants du Chapitre 4 ont été étudiés. Les résultats ont montré qu’un déclin cognitif signi catif observé après 14.4 mois en moyenne était corrélé avec une marche plus régulière (ρ=0.579*) et plus prévisible (ρ=0.486*) mesurée pendent les mesures de ligne de base, mais pas avec la vitesse de marche de la ligne de base (ρ=0.073). Une augmentationde la régularité et de la prévisibilité de la marche est le re et d’une perte de la complexité de la marche, témoin d’une détérioration future des fonctions cognitives chez les patients âgés.Les résultats de ce travail doctoral sont résumés et discutés dans le Chapitre 6.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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