1.1. Fonction exécutive

Les fonctions exécutives sont un ensemble de processus de contrôle d'ordre supérieur qui se déroulent principalement dans le lobe frontal du cerveau [ 2 ], qui traitent des décisions d'action et de la planification de la manière d'accomplir des tâches [ 3 ]. La fonction exécutive comprend la formation de concepts, le changement de tâche, l'inhibition, la volition, la planification, l'action ciblée et la performance efficace [ 3 ]. Ceux-ci sont nécessaires pour qu'une personne puisse s'engager dans des tâches de manière indépendante. Les personnes présentant des déficits de la fonction exécutive sont souvent qualifiées de paresseuses en raison de ce manque d'initiative, mais la fonction exécutive est nécessaire pour qu'une personne initie des routines de soins personnels ou travaille de manière indépendante. De nombreuses recherches ont documenté que les personnes atteintes de SD ont montré des déficits dans le fonctionnement exécutif (par exemple, [ 4 , 5 ]). L'amélioration des fonctions exécutives pourrait à son tour améliorer de nombreuses autres compétences de vie autonome. Ci-dessous, nous avons mis en évidence quelques fonctions exécutives que nous avons mesurées en réponse à une intervention d'exercice chez des personnes atteintes de DS.

1.2. Mémoire de travail

La mémoire de travail est une information que les gens gardent activement à l'esprit et manipulent [ 3 , 6 ]. Si la mémoire humaine était un ordinateur, la mémoire de travail aurait été une fenêtre active où une personne aurait manipulé le contenu informationnel. La mémoire de travail est limitée en taille, mais elle est importante pour de nombreuses autres tâches, de la mémorisation de mots à l'apprentissage de nouvelles habiletés motrices [ 6 , 7 ]. Plusieurs études ont montré que les personnes atteintes de DS présentaient des déficits importants de la mémoire de travail [ 8 , 9 ].

1.3. Définir la commutation

La commutation d'ensemble est la capacité de changer un cours de pensée ou d'action en fonction de l'évolution des besoins [ 3 ]. En milieu clinique, cela se fait généralement avec un test de tri de cartes où les enfants sont d'abord invités à trier les cartes par forme, puis par couleur. Les enfants au développement typique sont incapables de passer à la deuxième règle de tri à trois ans. À quatre ans, un enfant peut changer les règles avec quelques difficultés, et à cinq ans, un enfant peut passer facilement à la nouvelle règle [ 10 ]. Sur le plan pratique, le changement de set est démontré pendant que les enfants travaillent sur quelque chose lorsqu'un parent leur dit qu'ils doivent se préparer à quitter la maison. La facilité avec laquelle les enfants sont capables de transiter entre les deux tâches reflète leur capacité à changer d'ensemble. La commutation d'ensemble nécessite également une mémoire de travail pour traiter le changement de tâches et la capacité d'inhiber le premier modèle de comportement [ 11 ]. La commutation d'ensemble active un réseau de cellules dans la région frontopariétale du cerveau, y compris le gyrus frontal inférieur, le cortex cingulaire antérieur et le gyrus supramarginal [ 12 ]. Lorsqu'une personne a des difficultés à changer d'ensemble, cela peut entraîner une inflexibilité et des comportements persévérants. Les personnes atteintes de DS ont des déficits significatifs dans le changement d'ensemble par rapport aux personnes ayant un développement typique [ 2 , 8 ].

1.4. Aisance verbale

Les personnes atteintes de DS présentent en général des déficits de langage, en particulier de vocabulaire expressif [ 13 - 15 ]. Généralement, cela est testé en demandant aux gens de se rappeler des mots liés à une catégorie particulière ou des mots commençant par une certaine lettre. Des études de neuroimagerie ont montré que la fluidité verbale basée sur les lettres est médiée par le cortex frontal et la fluidité verbale basée sur les catégories par le cortex temporal; le lobe pariétal assure la médiation des deux tâches [ 16 ]. Nash et Snowling [ 17 ] ont constaté que les personnes atteintes de DS présentaient des déficits de fluidité verbale par rapport à leurs pairs au développement typique.

Comme décrit précédemment, de nombreuses recherches documentent les déficits cognitifs chez les personnes atteintes de DS. Nous croyons qu'il est temps de se concentrer sur les interventions visant à améliorer les fonctions cognitives chez les personnes atteintes de SD. Notre intervention d'exercice innovante et les résultats seront expliqués ensuite.

2. Intervention : Avancez vite, réfléchissez vite

L'exercice est une intervention logique pour un traitement efficace des troubles cognitifs chez les personnes atteintes de SD parce que l'influence positive de l'exercice volontaire sur la cognition a été démontrée dans d'autres populations typiques [ 18 , 19 ], y compris les enfants [ 20 , 21 ] et les adultes plus âgés [ 22 , 23 ]. De plus, il a été démontré que l'exercice volontaire améliore la mémoire chez les souris modèles (Ts65Dn) de DS [ 24 ]. Cependant, une revue récente des bénéfices thérapeutiques de l'exercice chez les personnes atteintes de DS a révélé que l'exercice n'était pas significatif dans l'amélioration des résultats de santé physique et mentale chez les personnes atteintes de DS [ 25 ]. Étant donné que les personnes atteintes de DS se déplacent lentement [ 26 ] en raison de temps de réaction plus lents [ 27 ], de déficits de force musculaire [ 28 ] et d'une capacité cardiorespiratoire réduite [ 29 ], les adolescents atteints de DS ne font généralement pas d'exercice à un rythme relativement élevé, ' ainsi, ils ratent l'occasion d'obtenir des améliorations cognitives grâce à la neuroplasticité dans le cerveau. En outre, il a été démontré qu'environ 61 % des personnes atteintes de DS ont une faible tolérance à l'exercice [ 30 ], ce qui réduit leur durée et leur intensité d'exercice et semble limiter les avantages cognitifs de l'exercice pour les personnes atteintes de DS [ 25 ]. Le volet volontaire de l'exercice impose des limitations majeures dans la quantité et la qualité de l'exercice dans des populations particulières telles que celles atteintes de SD.

Il existe un corpus émergent de littérature sur les personnes âgées en bonne santé et les personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer indiquant que l'exercice entraîne des changements structurels et fonctionnels dans le cerveau [ 31 ]. Ces altérations de la structure et de la fonction cérébrales suggèrent que la fonction du SNC peut être altérée par l'exercice volontaire chez les individus présentant des schémas d'activation relativement normaux et anormaux dans le cortex moteur. Cependant, étant donné que les personnes atteintes de DS ont une puissance motrice limitée en raison de facteurs physiologiques et psychosociaux, leur capacité à induire des changements dans la fonction du SNC peut être compromise lorsqu'elles s'engagent dans des exercices volontaires effectués à leur rythme préféré (c'est-à-dire faible). Ils peuvent avoir besoin de faire de l'exercice augmenté par une assistance mécanique, comme proposé dans notre paradigme d'exercice assisté, appelé Assisted Cycling Therapy (ACT) en 2013 [ 32 ]. L'exercice assisté est une approche initialement utilisée avec des animaux qui ont été exercés sur un tapis roulant motorisé à un rythme supérieur à leur rythme d'exercice volontaire. L'exercice assisté a démontré des améliorations du fonctionnement cognitif chez les animaux [ 33 ] et plus récemment chez les patients atteints de la maladie de Parkinson [ 34 , 35 ]. Il a été suggéré que l'ACT améliore les fonctions motrices et cognitives grâce à ses propriétés neuroprotectrices, comme le montre la figure 1 , un modèle proposé par Alberts et ses collègues [ 34 ].

2.1. Procédures de thérapie par le cyclisme assisté

L'ACT est un paradigme d'exercice émergent particulièrement adapté aux populations cliniques qui ont une capacité de mouvement volontaire, une capacité d'exercice ou une motivation à l'exercice limitées. Pendant l'ACT, le moteur électrique du vélo est engagé, ce qui aide à augmenter la cadence de pédalage à un taux prédéterminé. Nous avons utilisé des cadences absolues d'environ 80 tr/min ou des cadences relatives de 35 % supérieures à la cadence de pédalage volontaire initiale. Cependant, les taux de pédalage initiaux peuvent devoir être augmentés progressivement pour plus de confort et de familiarisation. La condition ACT conduit souvent à une puissance réduite par rapport au pédalage volontaire comme indiqué dans le tableau 1 par la contribution de puissance moyenne inférieure de nos participants dans la condition ACT par rapport à la condition de cyclisme volontaire. Comme on peut le voir sur la figure 2 , des procédures spéciales ont été utilisées pour s'assurer que les pieds n'étaient pas positionnés trop en avant et qu'ils ne glissaient pas vers l'avant, d'un côté à l'autre ou vers l'arrière pour assurer un haut degré de sécurité lors du pédalage élevé. les taux.

La durée de notre période d'intervention était de huit semaines avec trois séances de vélo par semaine. Avant chaque séance de vélo, la fréquence cardiaque au repos (FC) a été obtenue alors que le participant était assis sur le vélo. Un échauffement de cinq minutes à un rythme volontaire a été effectué avant la séance de vélo de 30 minutes, quelle que soit la condition (ACT ou vélo volontaire (VC)). Le premier jour, la cadence moyenne de la période d'échauffement a été multipliée par 1,35 pour déterminer la cadence ACT initiale. Cette étape a été omise dans la condition de cyclisme volontaire. Ainsi, la cadence du premier jour de l'intervention ACT a été fixée à un rythme 35 % plus rapide que la cadence volontaire. Une récupération de trois à cinq minutes à la fin de l'ACT ou de la séance de vélo volontaire était facultative. Pendant le refroidissement, le moteur n'était pas enclenché. La fréquence cardiaque moyenne (bpm), la cadence (rpm) et la puissance (Watts) ont été enregistrées toutes les cinq minutes pendant la séance de cyclisme (reportez-vous au tableau 1 pour les valeurs moyennes). Ces moyennes n'incluaient pas la période d'échauffement.

Pour surveiller le taux d'effort perçu (RPE), nous avons utilisé une échelle RPE en points modifiée. Une note de 2 ou 3 sur l'échelle RPE en points (1, facile/pas fatigué ; 2, un peu dur/un peu fatigué ; 3, dur/fatigué ; 4, très dur/très fatigué) était souhaitée pour l'intensité de l'exercice à un niveau modéré. L'objectif était que les participants fassent du vélo entre 64 et 76 % de leur FC maximale selon l'âge (FCmax = 210-0,56 × 31 ans, [ 36 ]), ce qui correspond à une intensité d'exercice modérée telle que dictée par l'American College of Sports Medicine. [ 37 ]. Ainsi, pour la plupart des participants dans la condition ACT, nous avons augmenté la cadence d'une séance à l'autre de 3 à 5 tr/min, en fonction de la tolérance, jusqu'à la cadence maximale du moteur (par exemple, 95 tr/min) ou jusqu'à 64 % de la FCmax prédite en fonction de l'âge. ou une limite de tolérance personnelle a été atteinte. Les participants du groupe ACT ont pris en moyenne 13,2 séances de vélo pour atteindre ce point. Les participants du groupe de cyclisme volontaire n'étaient pas encouragés à pédaler plus vite car l'objectif était de les faire s'entraîner à leur rythme volontaire préféré (voir le tableau 1 pour les valeurs de cadence).

Pour cet essai contrôlé randomisé, les participants ont été répartis au hasard entre huit semaines d'ACT, huit semaines de VC ou huit semaines sans vélo (NC). Les conditions ACT et VC ont été décrites dans la section précédente. Les participants du groupe NC n'ont terminé que les sessions de pré-test et de post-test séparées de huit semaines et il leur a été demandé de ne pas modifier leurs habitudes d'activité physique habituelles et leurs régimes thérapeutiques pendant les huit semaines. Les critères d'inclusion étaient la trisomie-21 et un âge chronologique de 9 à 26 ans. Les critères d'exclusion comprenaient d'autres conditions génétiques et troubles neurologiques (par exemple, TDAH et autisme), des contre-indications médicales à l'exercice et des déficiences sensorielles ou physiques qui empêchent la réalisation de l'intervention cycliste. Au cours des séances de prétest (première visite au laboratoire), la taille, le poids, la vision, l'ouïe et l'âge mental des participants ont été enregistrés ou évalués. L'âge mental a été déterminé avec le Peabody Picture Vocabulary Test (4 ^e éd.; [ 38 ]) (voir le tableau 1 pour les valeurs d'âge chronologique et mental). De plus, tous les participants avaient une audition et une vision fonctionnelles aux fins des procédures de test. Ensuite, trois tests des fonctions exécutives ont été administrés dans un ordre aléatoire.

3. Mesures

Le test de fluidité verbale comprenait quatre catégories : animaux, aliments et boissons, mots commençant par un S et mots commençant par un F. Les participants disposaient d'une minute par catégorie et devaient nommer autant de mots dans la catégorie que possible. . Le test de fluidité verbale était un test de mémoire verbale à long terme et de travail, d'attention et d'inhibition [ 39 , 40 ]. Comme mentionné, la fluidité verbale et d'autres déficits de la parole et du langage sont bien documentés chez les personnes atteintes de DS [ 41 - 43 ]. Les tests de fluidité verbale ont été utilisés comme mesures comportementales de la fonction du cortex hippocampique et préfrontal [ 40 , 43 ].

Un test d'étendue des chiffres vers l'arrière a été administré comme mesure comportementale de la mémoire de travail, ce qui nécessite le stockage et le traitement simultanés d'informations [ 6 , 44 ]. Elle est considérée comme une fonction préfrontale [ 6 ]. Au cours du test d'étendue des chiffres à l'envers, les participants devaient inverser une séquence de nombres donnée par l'investigateur. L'enquêteur fournissait des séquences de nombres progressivement plus longues jusqu'à ce que le participant ne puisse plus articuler avec précision la séquence donnée dans l'ordre inverse.

Le test Wisconsin Card Sorting (modifié pour DS) mesure la capacité de changement d'ensemble et la mémoire de travail qui sont des fonctions du cortex frontal et des parties du lobe pariétal [ 45 , 46 ]. Dans cette tâche, les participants sont invités à faire correspondre les formes ou les couleurs avec les changements de règles qui ont lieu pendant les tests. Il a été constaté que les adolescents atteints de DS ont une capacité réduite à changer de set par rapport aux adolescents au développement typique [ 2 ]. Ces trois tests des fonctions exécutives ont été répétés lors des post-tests.

4. Résultats

Cohen d les tailles d'effet sont considérées comme petites à moyennes si elles vont de 0,2 à 0,5, moyennes à grandes si elles vont de 0,5 à 0,8 et grandes si elles sont supérieures à 0,8 [ 47 ]. Les tailles d'effet pour le score composite de fluence verbale étaient d = 0,15 pour ACT, d = 0,21 pour CV, et d = 0,06 pour NC. La fluidité verbale des groupes ACT et VC s'est améliorée plus que la fluidité verbale du groupe NC. Les tailles d'effet pour le test d'étendue des chiffres vers l'arrière étaient d = 0,31 pour le groupe ACT, d = 0,17 pour le groupe VC, et d = 0,00 pour le groupe NC. Les groupes ACT et VC ont tous deux montré une amélioration de la mémoire de travail, tandis que l'amélioration était la plus importante dans le groupe ACT. Les tailles d'effet pour le test de tri des cartes du Wisconsin étaient d = -0,21 pour le groupe ACT, d = 0,87 pour le groupe VC, et d = 0,00 pour le groupe NC. Seul le groupe VC a amélioré sa capacité de changement d'ensemble.

5. Interprétation des résultats

Il est clair que l'exercice du vélo, qu'il soit assisté ou volontaire, est plus bénéfique pour la fonction exécutive que l'absence d'exercice. Cependant, l'ACT semble être plus efficace pour améliorer la mémoire de travail, tandis que VC semble être plus efficace pour améliorer la mémoire verbale à long terme et la commutation d'ensembles que l'ACT.

Sur la base de nos résultats, une intensité d'exercice modérée, comprise entre 64 et 76 % de FCmax, peut ne pas être nécessaire pour obtenir des bénéfices, car la FC moyenne pendant les séances de cyclisme ACT ou VC était juste en dessous de 64 % de la FCmax moyenne prévue pour l'âge. L'âge chronologique moyen de nos participants dans les groupes ACT et VC était de 19,4 ans et 18,4 ans, respectivement. Cela se traduit par des FC cibles moyennes minimales (64 %) de 107,6 bpm et 108,0 bpm dans les groupes ACT et VC, respectivement. De plus, leur fréquence cardiaque cible moyenne d'exercice de 98,7 bpm et 100,7 bpm était inférieure à la plage de fréquence cardiaque cible. En fait, le premier jour du cyclisme, seuls 11 % des participants à l'ACT et 31 % des participants au VC ont atteint 64 % de leur FC maximale selon l'âge. La seule différence entre les groupes ACT et VC était la cadence à laquelle ils faisaient du vélo. Nous pouvons donc conclure que les adaptations spécifiques en termes de fonction exécutive sont dues aux différentes vitesses de mouvement.

La plus grande fréquence de mouvement pendant l'ACT conduirait vraisemblablement à une stimulation plus fréquente des organes tendineux de Golgi et des fibres du fuseau musculaire dans la musculature des membres inférieurs et les tendons associés, ce qui se traduirait à son tour par une plus grande entrée afférente au cortex moteur frontal [ 34 ]. Cette plus grande fréquence de stimulation semble à son tour nécessaire pour maximiser les avantages de la mémoire de travail, mais ne semble pas nécessaire pour améliorer le rappel de la mémoire à long terme, l'attention ou la capacité de changement d'ensemble. Comme on peut le voir dans le tableau 1 , les fréquences cardiaques, et donc les charges de travail cardiovasculaires, étaient similaires entre ACT et VC, la seule explication plausible qui reste pour ces différences de groupe est la sortie de mouvement volontaire pendant VC. L'activation volontaire de certaines zones du cortex moteur peut donc être unique à l'exercice volontaire ou d'une ampleur supérieure à la stimulation afférente résultant de l'ACT et bénéficier ainsi au cortex frontal de manière spécifique.

Les différences de performance entre les tâches des fonctions exécutives, telles qu'observées dans cette étude, ont été documentées [ 48 ]. Nos résultats suggèrent également que différentes fonctions exécutives (par exemple, la mémoire de travail, l'attention, l'inhibition et le changement d'ensemble), bien que toutes médiées par le cortex frontal, peuvent bénéficier différemment de différents modes d'exercice.

Soumis : 2 octobre 2014 Révisé : 15 avril 2015 Publié : 2 septembre 2015

DOI : 10.5772/60636

"CITER"

Ringenbach, SDR, Holzapfel, S., Pandya, GMM a. , 2015, « Thérapie de cyclisme assisté pour les personnes atteintes du syndrome de Down — Implications pour l'amélioration du fonctionnement cognitif », dans S. Dey (éd.), Problèmes de santé liés au syndrome de Down, IntechOpen, Londres. 10.5772/60636.

https://www.intechopen.com/chapters/48560