Adaptation to large-magnitude treadmill-based perturbations: improvements in reactive balance response

Abstract

We aimed to examine the trial-to-trial changes in the reactive balance response to large magnitude slip-like treadmill perturbations in stance and whether the acquired adaptive changes could be appropriately scaled to a higher intensity perturbation. Seventeen young adults experienced 15 slips for training on level I intensity. Pre- and post-training slips were delivered at a higher intensity (20% > level I). Pre- and post-slip onset stability (at liftoff and touchdown of stepping limb) was measured as the shortest distance of the center of mass (COM) position (XCOM/BOS) and velocity (ẊCOM/BOS) relative to base of support (BOS) from a predicted threshold for backward loss of balance. The number of steps to recover balance, compensatory step length and peak trunk angle were recorded. The post-slip onset stability (at liftoff and touchdown) significantly increased across the trials with no change in preslip stability. Improvement in stability at touchdown positively correlated with an anterior shift in XCOM/BOS but not with ẊCOM/BOS. Consequently, the number of steps required to recover balance declined. The adaptive change in XCOM/BOS resulted from an increase in compensatory step length and reduced trunk extension. Individuals also improved post-slip onset stability on a higher intensity perturbation post-training compared with the pre-training trial. The results support that the CNS adapts to fixed intensity slip-like perturbations primarily by improving the reactive stability via modulation in compensatory step length and trunk extension. Furthermore, based on prior experience from the training phase, the acquired adaptive response can be successfully calibrated to a higher intensity perturbation.

Perturbation‐based balance training for falls reduction among older adults: Current evidence and implications for clinical practice

“…It is not yet clear how much perturbation magnitude impacts motor learning and retention. In young adults, exposure to smaller‐magnitude perturbations can improve stability control after larger‐magnitude perturbations 49. However, it has also been shown that younger adults can recover more effectively from an overground slip after high‐, rather than low‐, magnitude perturbation experience 50.…”

“…In young adults, exposure to smallermagnitude perturbations can improve stability control after larger-magnitude perturbations. 49 However, it has also been shown that younger adults can recover more effectively from an overground slip after high-, rather than low-, magnitude perturbation experience. 50 Given the mixed evidence in young adults, and the benefits of both approaches shown in older adults, selecting perturbation magnitudes that are safe and tolerable while still challenging for the participant appears to be a reasonable choice for clinical applications.…”

Efeito de interferência contextual na aquisição de estabilidade de movimentos compensatórios a perturbações imprevisíveis do equilíbrio corporal

“…O teste de transferência para maior velocidade avaliou a generalização de respostas posturais e indicou a capacidade de reagir a perturbações de velocidade mais alta do que aquelas experimentadas durante a prática. Esta capacidade de generalização a situações não-treinadas foi relatada em estudo prévio com treinamento perturbatório de sessão única em esteira, ao apresentar ganhos dimensionados para perturbação de intensidade 20% maior do que a treinada (8).…”

“…O treinamento de respostas posturais reativas por perturbações é um paradigma inovador para prevenir quedas e tem sido alvo de estudos que avaliam a capacidade de adaptação do sistema de controle postural em jovens saudáveis. Neste paradigma, os indivíduos geralmente são expostos a uma série de perturbações da postura quieta por plataforma móvel (1)(2)(3)(4) ou durante marcha em esteira (5)(6)(7)(8). As perturbações podem ser aplicadas a partir de sequências com baixa interferência contextual (prática repetitiva) ou com alta interferência contextual (prática aleatória).…”

“…No contexto de controle postural, os benefícios imediatos de estabilidade das respostas posturais foram observados em treinamentos de BIC, a partir da exposição a uma sequência de perturbações repetitivas. Estes estudos consistentemente reforçam a capacidade adaptativa do sistema de controle postural (5,6,8,10). Esta capacidade de adaptação, caracterizada pela otimização de respostas posturais após exposições subsequentes de perturbações de BIC, reforça que a modulação destas respostas por experiências prévias demanda envolvimento cortical (2,11 Perturbações posturais imprevisíveis e de grande magnitude na direção mediolateral (ML) são altamente desafiadoras à estabilidade da postura ereta não apenas para indivíduos idosos (16,17), mas também para jovens saudáveis (18,19).…”