The effect of virtual reality based cognitive-motor training on psychophysiological parameters and balance function in the elderly

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Balance dysfunction is one of the most common problems in older people. Research shows that response time to visual and auditory stimuli is an indicator of inhibition processes that play a critical role in maintaining balance in the elderly, and time reaction tests can predict the risk of falls in the elderly. One of the advantages of virtual reality technology is the ability to implement cognitive-motor training. It is considered that training in a virtual environment helps to improve the reaction to a rapid change of environment, attention, space-time memory, and planning, which has a beneficial effect on postural functions. Nevertheless, the effect of training in a virtual environment on neurodynamic processes has not been sufficiently studied.

Aims: to study the status and dynamics of psychophysiological indicators and their relationship with the balance function after cognitive-motor training in a virtual environment in patients with CCI.

Methods. The study involved 24 people. The experimental group included 14 patients with a confirmed diagnosis of chronic cerebral ischemia. A group of 10 healthy volunteers were tested on the UPFT-1/30 «Psychophysiologist» system. Patients included in the experimental group were tested using clinical scales (the Berg balance assessment scale and the MOCA scale) and instrumental assessment on UPFT-1/30 «Psychophysiologist». All patients underwent cognitive-motor training on the «Rehabunculus» virtual reality system (Russia), aimed at restoring the balance function.

Results. After the course of cognitive-motor training in a virtual environment, the patients showed a significant (p=0.01) improvement in the balance functions, assessed by the Berg Balance Scale, as well as a decrease in the number of errors and an improvement in the stability of visual-motor reaction test. In addition, a negative correlation was found between the median response time and the balance function on the Berg scale (r=-0.715).

Conclusions. The speed of reaction to a visual stimulus can serve as markers of the adaptation processes of the nervous system to cognitive-motor training in virtual environment, which, in turn, have a positive effect on balance function.

About the authors

Anastasiya E. Khizhnikova

Research Center of Neurology

Email: nastushkapal@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1395-6645
SPIN-code: 4824-1240

MD, PhD

Russian Federation, 80 Volokolamsk sh., 125367 Moscow

Anton S. Klochkov

Research Center of Neurology

Email: klochkov@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0002-4730-3338
SPIN-code: 3445-8770

MD, PhD

Russian Federation, Moscow

Artem M. Kotov-Smolenskiy

Research Center of Neurology

Email: a.kotov.smolenskiy@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2738-9939
SPIN-code: 9603-9135
Russian Federation, Moscow

Anna A. Fuks

Lomonosov Moscow State University

Email: myfannamail@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4335-6344
SPIN-code: 8236-1787
Russian Federation, Moscow

Natalia A. Suponeva

Research Center of Neurology

Author for correspondence.
Email: nasu2709@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3956-6362
SPIN-code: 3223-6006
Russian Federation, Moscow

Michael A. Piradov

Research Center of Neurology

Email: dir@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0002-6338-0392
SPIN-code: 2860-1689
Russian Federation, Moscow

References

  1. World Health Organization. WHO Global Report on Falls Prevention in Older Age. WHO; 2007. Available from: https://www.who.int/ageing/publications/Falls_prevention7March.pdf.
  2. Ou LC, Chang YF, Chang CS, et al. Epidemiological survey of the feasibility of broadband ultrasound attenuation measured using calcaneal quantitative ultrasound to predict the incidence of falls in the middle aged and elderly. BMJ Open. 2017;7(1):e013420. doi: 10.1136/bmjopen-2016-013420.
  3. Salthouse TA. When does age-related cognitive decline begin? Neurobiol Aging. 2009;30(4):507–514. doi: 10.1016/ j.neurobiolaging.2008.09.023.
  4. Salthouse T. Consequences of age-related cognitive declines. Annu Rev Psychol. 2012;63(1):201–226. doi: 10.1146/ annurev-psych-120710-100328.
  5. Fortenbaugh FC, DeGutis J, Germine L, et al. Sustained attention across the life Span in a sample of 10,000. Psychol Science. 2015;26(9):1497–1510. doi: 10.1177/ 0956797615594896.
  6. Mendelson DN, Redfern MS, Nebes RD, Jennings RJ. Inhibitory processes relate differently to balance/reaction time dual tasks in young and older adults. Aging, Neuropsychol Cogn. 2009;17(1):1–18. doi: 10.1080/ 13825580902914040.
  7. Schoene D, Delbaere K, Lord SR. Impaired response selection during stepping predicts falls in older people — a cohort study. J Am Med Dir Assoc. 2017;18(8):719–725. doi: 10.1016/j.jamda.2017.03.010.
  8. Кадыков А.С., Манвелов Л.С., Шахпаронова Н.В. Хронические сосудистые заболевания головного мозга (дисциркуляторная энцефалопатия). — М.: ГЭОТАР-Мед, 2006. [Kadykov AS, Manvelov LS, Shakhparonova NV. Khronicheskie sosudistye zabolevaniya golovnogo mozga (distsirkulyatornaya ehntsefalopatiya). Moscow: GEOTAR-Med; 2006. (In Russ).]
  9. Kim BR, Chun MH, Kim LS, Park JY. Effect of virtual reality on cognition in stroke patients. Ann Rehabil Med. 2011;35(4):450. doi: 10.5535/arm.2011.35.4.450.
  10. Bisson E, Contant B, Sveistrup H, Lajoie Y. Functional balance and dual-task reaction times in older adults are improved by virtual reality and biofeedback training. Cyber Psychol Behav. 2007;10(1):16–23. doi: 10.1089/cpb.2006.9997.
  11. Kizony R, Levin MF, Hughey L, et al. Cognitive load and dual-task performance during locomotion poststroke: a feasibility study using a functional virtual environment. Phys Ther. 2010;90(2):252–260. doi: 10.2522/ptj.20090061.
  12. Kannan L, Vora J, Bhatt T, Hughes SL. Cognitive-motor exergaming for reducing fall risk in people with chronic stroke: A randomized controlled trial. NeuroRehabilitation. 2019;44(4):493–510. doi: 10.3233/NRE-182683.
  13. Li KZ, Roudaia E, Lussier M, et al. Benefits of cognitive dual-task training on balance performance in healthy older adults. J Gerontol Ser A Biol Sci Med Sci. 2010;65A(12): 1344–1352. doi: 10.1093/gerona/glq151.
  14. De Bruin E, Eggenberger P, Angst M, et al. Does multicomponent physical exercise with simultaneous cognitive training boost cognitive performance in older adults? A 6-month randomized controlled trial with a 1-year follow-up. Clin Interv Aging. 2015;10:1335–1349. doi: 10.2147/CIA.S87732.
  15. Subramaniam S, Wan-Ying Hui-Chan C, Bhatt T. A cognitive-balance control training paradigm using wii fit to reduce fall risk in chronic stroke survivors. J Neurol Phys Ther. 2014;38(4):216–225. doi: 10.1097/NPT.0000000000000056.
  16. Косачев В.Е., Талалаев А.А. Экспресс-метод оценки функционального состояния центральной нервной системы в процессе психофизиологического мониторинга персонала энергопредприятий // Известия Таганрогского государственного радиотехнического университета. — 2000. — № 4. — С. 24–26. [Kosachev VE, Talalaev AA. Ehkspress-metod otsenki funktsional’nogo sostoyaniya tsentral’noi nervnoi sistemy v protsesse psikhofiziologicheskogo monitoringa personala ehnergopredpriyatii. Izvestiya Taganrogskogo gosudarstvennogo radiotekhnicheskogo universiteta. 2000; (4):24–26. (In Russ).]
  17. Phu S, Vogrin S, Al Saedi A, Duque G. Balance training using virtual reality improves balance and physical performance in older adults at high risk of falls. Clin Interv Aging. 2019;14:1567–1577. doi: 10.2147/CIA.S220890.
  18. Sherrington C, Michaleff ZA, Fairhall N, et al. Exercise to prevent falls in older adults: An updated systematic review and meta-analysis. Br J Sports Med. 2017;51(24): 1750–1758. doi: 10.1136/bjsports-2016-096547.
  19. Yeşilyaprak SS, Yıldırım MŞ, Tomruk M, et al. Comparison of the effects of virtual reality-based balance exercises and conventional exercises on balance and fall risk in older adults living in nursing homes in Turkey. Physiother Theory Pract. 2016;32(3):191–201. doi: 10.3109/09593985.2015.1138009.
  20. Der G, Deary IJ. Age and sex differences in reaction time in adulthood: Results from the United Kingdom Health and Lifestyle Survey. Psychol Aging. 2006;21(1):62–73. doi: 10.1037/0882-7974.21.1.62.
  21. Eckner JT, Richardson JK, Kim H, et al. A novel clinical test of recognition reaction time in healthy adults. Psychol Assess. 2012;24(1):249–254. doi: 10.1037/a0025042.
  22. Wang D, Zhang J, Sun Y, et al. Evaluating the fall risk among elderly population by choice step reaction test. Clin Interv Aging. 2016;11:1075–1082. doi: 10.2147/CIA.S106606.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Cognitive-motor training on the virtual reality system Rehabunculus

Download (528KB)
3. Fig. 2. Balance function according to the Berg balance scale before and after rehabilitation (experimental group)

Download (309KB)
4. Fig. 3. Balance function according to the Berg balance scale before and after rehabilitation (experimental group, women only)

Download (311KB)

Copyright (c) 2020 Khizhnikova A.E., Klochkov A.S., Kotov-Smolenskiy A.M., Fuks A.A., Suponeva N.A., Piradov M.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».