バランスと歩行に渡る運動モジュールの一般化は脳卒中後に障害される

Motor module generalization across balance and walking is impaired after stroke.

• Jessica L Allen
• Trisha M Kesar
• Lena H Ting

抄録

脳卒中後には筋協調性が障害されることが多く、歩行やバランスの制御に障害が生じる。本研究では、運動モジュール（筋シナジー）解析を用いて、慢性脳卒中生存者の歩行能力の低下に関連する筋協調の特徴を調べた。その結果、脳卒中生存者と年齢の近い神経型対照群との間で、地上歩行と立位反応性バランスの両方のモジュール制御に差があることが明らかになった。脳卒中後の運動モジュール数の減少を示した先行研究とは対照的に、我々の脳卒中生存者のコホートでは、歩行時とリアクティブ・バランス時の運動モジュール数の減少は対照群と比較して認められなかった。その代わり、歩行と反応性平衡に共通する運動モジュールのプールは小さく、行動全体での運動モジュール機能の一般化可能性が低下していることを示唆している。歩行とリアクティブ・バランスに共通する運動モジュールは、変動が少なく、より明瞭な傾向があり、どちらかの行動に固有の運動モジュールと比較して、より信頼性の高い出力が得られることが示唆された。脳卒中生存者における運動モジュールの一般化の増加は、より速い歩行速度、より正常な歩幅の非対称性、およびより狭い歩幅と関連していた。我々の研究は、歩行とバランスにおける運動モジュールの一般化が、単一の動作のみを調査した場合には見落とされていたであろう、脳卒中生存者の歩行性能における重要かつ臨床的に関連性のある違いを区別するのに役立つことを示した初めての研究である。最後に、運動モジュールの一般化と歩行性能との間には、健康な若年成人とパーキンソン病患者との間で同様の関係が示されていることから、歩行とバランスの間の運動モジュールの一般化が、協調性の高い歩行に重要であることが示唆された。 本研究は、脳卒中生存者における歩行と立位反応性バランスの神経筋制御を同時に検討した初めての研究である。我々は、これらの行動における運動モジュールの一般化（すなわち、共通の運動モジュールの採用）が対照群と比較して減少し、歩行速度の低下、非対称的な歩幅、および大きな歩幅と関連していることを示した。このことは、モジュール数に群間差がないにもかかわらず当てはまり、歩行とバランスにおける運動モジュールの一般化が協調性の高い歩行に重要であることを示唆している。

Muscle coordination is often impaired after stroke, leading to deficits in the control of walking and balance. In this study, we examined features of muscle coordination associated with reduced walking performance in chronic stroke survivors using motor module (a.k.a. muscle synergy) analysis. We identified differences between stroke survivors and age-similar neurotypical controls in the modular control of both overground walking and standing reactive balance. In contrast to previous studies that demonstrated reduced motor module number poststroke, our cohort of stroke survivors did not exhibit a reduction in motor module number compared with controls during either walking or reactive balance. Instead, the pool of motor modules common to walking and reactive balance was smaller, suggesting reduced generalizability of motor module function across behaviors. The motor modules common to walking and reactive balance tended to be less variable and more distinct, suggesting more reliable output compared with motor modules specific to either behavior. Greater motor module generalization in stroke survivors was associated with faster walking speed, more normal step length asymmetry, and narrower step widths. Our work is the first to show that motor module generalization across walking and balance may help to distinguish important and clinically relevant differences in walking performance across stroke survivors that would have been overlooked by examining only a single behavior. Finally, because similar relationships between motor module generalization and walking performance have been demonstrated in healthy young adults and individuals with Parkinson's disease, this suggests that motor module generalization across walking and balance may be important for well-coordinated walking. This is the first work to simultaneously examine neuromuscular control of walking and standing reactive balance in stroke survivors. We show that motor module generalization across these behaviors (i.e., recruiting common motor modules) is reduced compared with controls and is associated with slower walking speeds, asymmetric step lengths, and larger step widths. This is true despite no between-group differences in module number, suggesting that motor module generalization across walking and balance is important for well-coordinated walking.