1.3.1

Population

The healthy controls were recruited from among non-institutionalized volunteers aged over 65 who had not experienced a fall or hospitalization in the preceding six months, were able to walk without assistance and had made no complaints concerning the quality of their gait or balance. The medically related exclusion criteria were as follows:

• •
  

  vascular stroke with motor or sensory sequelae;

  
  
• •
  

  Parkinson’s disease;

  
  
• •
  

  non-compensated diabetes, non-compensated arterial hyper- or hypotension;

  
  
• •
  

  any cardiac or respiratory disease which could cause gait-limiting weakness or dyspnea;

  
  
• •
  

  a hip or knee prosthesis;

  
  
• •
  

  a fracture of the leg or ankle which would have impaired gait;

  
  
• •
  

  arthritis or another invalidating bone/joint disease.

The use of benzodiazepine or an antidepressant or small doses of neuroleptics (lacking motor repercussions) was tolerated. Patients needing glasses and/or a hearing aid were eligible but the subjects had to be completely satisfied with the performance of these sensory aids. All subjects were informed of the study objectives and procedures and had given their informed consent in writing.

The AD and MCI patients were recruited from among those attending Liège University Hospital’s Memory Centre (headed by Professor E. Salmon). Memory disorders were diagnosed according to standard medical imaging and neuropsychological evaluation methods. The diagnostic criteria applied in our centre are as follows: MCI patients present a confirmed, isolated cognitive disorder but which has not had a major impact on their activities of daily living (ADL). The subjects had to have undergone the neurological, neuropsychological and neuroimaging evaluations required for diagnosis, with a clinical dementia rating (CDR) of under 0.5 . A distinction was drawn between anamnestic MCI subjects (i.e., presenting a decrease in memory performance of 1.5 standard deviations at most, when compared with the mean value for a population of the same age and social level) and subjects with “multiple” MCI (i.e., those also presenting an impairment in another nonmemory-related cognitive function) . Other exclusion criteria included mental retardation, less than four regular years of education, cranial trauma, epilepsy, cancer, depression, substance abuse or any other major organic disease. On inclusion, none of the patients was taking any medication likely to influence their cognitive performance. Their score in the Mini Mental State Examination (MMSE) had to be 24 or more.

Demented patients had been diagnosed as having probable AD according to the criteria defined by the National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke/Alzheimer Disease and Related Disorders Association (NINCDS-ADRDA) . The exclusion criteria were the same as those applied to the MCI subjects, with the exception of the CDR (which had to be 1 or more). Mild dementia is defined as an MMSE score of 20 or more.

Healthy control subjects were all over the age of 65 and none presented a known memory or cognitive disorder during the recruitment screening session. The exclusion criteria were the same as those given above, with a CDR of 0.

1.3.2

Medical evaluation

The medical evaluation included an interview (to establish the subject’s full personal medical history) and a comprehensive clinical examination (height, weight and a cardiorespiratory, abdominal and above all neurological examination), the goal of which was to check for the absence of exclusion criteria. For the AD patients, family members and/or carers were questioned on living conditions, falls and medications; if required, we performed a telephone interview with the patient’s family doctor or consulting physician. In addition, each subject was scored on the ADL scale , the Instrumental Activity of Daily Living (IADL) scale , the Mini Nutritional Assessment (MNA) , the 15-item Geriatric Depression Scale (GDS) (in order to exclude any underlying depressive pathologies), a pain visual analogue scale (VAS) and, lastly, the Score Hospitalier d’évaluation du risque de perte d’autonomie (SHERPA) hospital score for evaluating the overall fragility profile and risk of loss of personal independence . The goal was to ensure that the gait test results and the neuropsychological assessment would not be influenced by any organic, affective or functional factors.

1.3.3

The neuropsychological assessment

In order to check that none of the healthy volunteers presented any memory impairments, all underwent an MMSE and were scored on the Mattis scale. In order to ensure similar evaluation conditions for each group, the MCI and AD subjects also underwent these tests. Other tests were also performed in order to detect potential executive or praxis disorders likely to interfere with the gait tests.

The comprehensive evaluation performed by each subject thus included:

• •
  

  the MMSE for orientation, learning, working memory (via mental arithmetic and word spelling), object naming, understanding simple instructions and copying a drawing. The 30-point score has a cognitive impairment cut-off at 24 (26 for subjects having received higher education);

  
  
• •
  

  the Mattis scale is another set of global cognitive evaluations which complements the MMSE. It investigates frontal and subcorticofrontal functions more broadly and can thus detect types of dementia other than AD. It explores attention, memory, verbal and motor initiation, conceptual abilities and visuoconstructive praxis. The cognitive impairment cut-off is 123 out of 144, which can be modulated depending on the subject’s education level;

  
  
• •
  

  a French version of the Grober and Buschke 16-item free recall/cued recall test , which examines episodic memory. The subject has to memorize four sheets of four words belonging to 16 different semantic categories. First, the examiner prompts semantic encoding of the words by asking the subject to identify the word corresponding to the stated semantic category (i.e., “Which one is the flower?”→ “The daffodil”). When the four words have been identified, the sheet is removed and the subject’s task is to immediately recall these four words. This procedure is repeated for the other three sheets. After the 16 words have been learnt, the subjects perform a 20-second interference task (counting backwards). Next, the subject undergoes an initial free recall phase in which he/she must remember as many of the 16 words as possible. For the words which were not been remembered freely, the examiner provides a cue (the name of the category to which the word belongs). Three free recall and then cued recall trials are performed, followed by a recognition memory task for the words studied. After a 20-minute interference task, a further free recall/cued recall task is set;

  
  
• •
  

  Rey’s complex figure test in order to evaluate visuoconstructive and visuospatial organisation abilities. Scoring is both qualitative and quantitative (out of 36);

  
  
• •
  

  the computerized alertness and divided attention sub-tests from the Test for Attentional Performance (TAP) battery during the alertness test, the subject has to press a response key as rapidly as possible when a cross appears in the centre of a screen. This test records the subject’s reaction time (in milliseconds) and is performed under two different conditions (in the presence and absence of a warning sound). During the divided attention test, the subject must share his attentional resources between visual stimuli and auditory stimuli. The reaction time (in milliseconds) and the number of correct answers and omissions are recorded. The reaction times are also recorded in two single-task conditions: the appearance of a visual stimulus only and the appearance of auditory stimuli only.

1.3.4

Motor evaluation

The gait tests performed were the pull test, the single-leg balance test, the timed “get up and go” test and a 30-metre stable gait test during which parameters were recorded using the Locometrix ^® .

The pull test is a test of static balance . The subject stands with his/her feet together. The examiner (standing behind the subject) puts his/her hands on the subject’s shoulders and pulls. The subject’s body axis is thus displaced backwards. The examiner scores the movements required to maintain balance and reestablish the axis’ initial position (toe retropulsion, toe elevation, forward arm movements and any backward steps). We chose this test because it is quick to perform and does not require any specific equipment .

The one-leg balance test is also a test of static balance. The subject stands on the leg of his/her choice (with his/her arms by his/her side) and fixes an eye-level visual marker for as long as possible. We chose this test because it is easy to administer and is highly predictive of a low functional level and the risk of falling .

The timed “get up and go” test evaluates gait and dynamic balance. The subject sits in a chair with armrests. He/she must stand up (without using the armrests), walk in a straight line for 3 m, turn around, walk back to the chair in a straight line and then sit down.

The studied parameters are:

• •
  

  the time needed to cover the distance (“normal” if 10 s or less, “fragility” if between 11 and 20 s and a significant risk of falling if over 20 s) ;

  
  
• •
  

  a qualitative evaluation of gait borrowed from the original “get up and go” test .

According to this scoring system, the score of 0 corresponds to the highest possible gait quality and a score of −5 corresponds to the lowest possible quality. We chose this test because it is easy to administer, does not require any particular material or training and appears to be closely correlated with the subject’s overall motor status . Furthermore, it has excellent specificity and sensitivity for identifying the risk of falling in the elderly and has excellent interexaminer reproducibility .

The Locometrix ^® system was developed in France by the National Agricultural Research Institute (INRA) , in collaboration with Dr Bernard Auvinet from the Rheumatology and Physical Medicine Department at Laval Hospital. It features a system comprising two perpendicularly arranged accelerometers placed near the subject’s centre of gravity. In practice, the sensor is placed behind the subject’s back (at the L3 level) using an elastic, abdominal belt. The sensors thus have craniocaudal and mediolateral measurement axes. A portable data logger records the sensor’s accelerations at a frequency of 50 Hz and the data are then transferred to a computer for statistical spreadsheet analysis . During the test, the subject walks up and back along a straight 40-m track (i.e., 80 m in all) at a freely chosen pace and cadence and in a well-lit, straight corridor with flat, level ground and which is free of obstacles or visual/auditory distractions. Two timing lines are located 5 m after the starting line and 5 m before the 40-m line, respectively. By passing in front of these photoelectric cells, the subject automatically starts/stops the chronometer. The gait speed thus calculated (30 m divided by the completion time) is thus a “stable” gait speed that excludes the effects of gait initiation and termination. During the test, the evaluator walks at a standardized distance behind the test subject (usually 3 m) in order to monitor the countdown spoken aloud during the dual-TS and without influencing the subject’s gait. Analysis of the gait parameters reported by the accelerometer is performed during a stable gait period of 20.48 s . This period of stable gait is selected by the software after detection of the acceleration curves in the various axes and identification of the period of gait during which these curves vary least (i.e., changes in “stable” curves). The gait variables analyzed are as follows :

• •
  

  gait speed measured using a timing line and expressed in metres per second;

  
  
• •
  

  the stride frequency or number of cycles per second (Hz) is calculated from the craniocaudal acceleration following application of a Fourier transform;

  
  
• •
  

  stride length is deduced from the equation (speed = frequency × stride length) and is expressed in metres;

  
  
• •
  

  stride regularity measures the similarity (in terms of duration and amplitude) of the shape of craniocaudal acceleration curves from one step to another;

  
  
• •
  

  stride symmetry: the similarity (in terms of duration and amplitude) of the shape of craniocaudal acceleration curves when comparing right and left strides, specifically.

According to Dr Auvinet, the gait speed and stride length parameters are gender-dependent and are greater in men (even when normalized for height). Symmetry and regularity may be age- and gender-independent. In a study comparing elderly fallers and non-fallers, Dr Auvinet observed that the Locometrix ^® variables that most discriminated between the two populations were (in decreasing order of importance) gait speed, stride regularity, stride frequency and the symmetry of left steps versus right steps. Analysis of gait regularity is particularly pertinent for early detection of gait degradation .

A preliminary study performed on a sample of 265 control subjects (based on six 40-m trials and measurement of the intraobserver reproducibility by comparing the coefficients of variation for the different trials) established that only the second trial should be studied. Hence, in order to maintain similar walking conditions for all tasks, all trials were performed three times and only the results of the second trial were processed. Moreover, in order to make the gait tests as sensitive as possible, we asked the subjects to perform them in a single motor-TS (i.e., the gait test alone) and in a dual-TS (i.e., addition of a cognitive task, to be performed during the gait test). The choice of the cognitive task influences the change in gait parameters . In fact, verbal fluency calls on semantic memory (which is relatively unimpaired at the onset of AD), whereas the countdown task calls on working memory (which is impaired early in the course of the disease). According to Beauchet, the countdown is the additional cognitive task that mostly perturbs gait parameters in a dual-TS . This is why we chose a countdown from 50 as the cognitive task.

During this dual task, the patient did not receive any instructions concerning the priority to be given to one task or the other. Furthermore, the order of the pull test, single-leg balance test and the timed “get up and go” test were randomized in both the single- and dual-TS, so that the sequence of tasks would differ as much as possible from one subject to another (in order to limit any possible effects of learning or tiredness on the results).

Lastly, the time required to complete the test, the number of steps and the number of countdown errors were independently noted by two operators. Moreover, all the tests were filmed in order to review the trials in slow motion and better observe lateral deviations and stops. The number of countdown errors and the number of stops performed during the motor task were noted in order to determine the task which had been spontaneously prioritized by the subject.

Over half a day, each participant underwent a medical and functional evaluation, a neuropsychological screen and a motor test.

We were thus able to evaluate three groups of subjects with different cognitive profiles: 14 healthy controls, 14 MCI subjects and six AD patients. The low sample reflects the size of our Memory Centre and the severity of our recruitment criteria, rather than an intentional restriction of the number of subjects to be observed. At this stage, it is important to note that this was a preliminary clinical study designed to evaluate:

• •
  

  the feasibility of applying the Locometrix ^® in our centre and to our population;

  
  
• •
  

  different aspects of the gait study protocol in elderly patients presenting confirmed or nascent cognitive disorders.

Our results are presented as means and standard deviations (median) for continuous variables and as percentage frequencies for categorical variables. Intergroup comparisons were performed by using an analysis of variance (ANOVA) or a Kruskal-Wallis test, depending on whether the continuous data were normally distributed or not. For categorical variables, the comparison was performed by using chi-square tests. The significance threshold was set to an alpha risk of 5% (i.e., p < 0.05). All calculations were performed with SAS software (version 9.1, SAS Institute, Cary, NC, USA).

1.4.1

Characteristics of the study population

Tables 1 and 2 summarize the results of the medical evaluation performed on all subjects in the three populations.

The IADL scale scores were calculated by considering the sum of the results obtained in the items applicable to each subject, divided by the sum of the maximum possible scores in the applicable items. Hence, the lower the value, the greater the degree of personal independence. Likewise, the GDS score is the result of the total score divided by the number of items for which the patient has responded.

Lastly, it should be noted that there were no significant intergroup differences in leg length – a factor which could otherwise have influenced our analysis of spatiotemporal variables.

1.4.2

Results of the neuropsychological evaluation

As with the results of the medical evaluation, the results of the neuropsychological screen are reported in Table 3 .

1.4.3

Results of the gait tests performed in a single-TS

All the data for the three validated clinical tests and the Locometrix ^® trial obtained in a single-TS are presented in Tables 4–7 . The pull test parameters did not show any significant intergroup differences. During the one-leg balance test, body movements differentiated the AD patients from the healthy controls. However, the MCI subjects presented intermediate values that did not differentiate them from the other two groups.

The timed “get up and go” test revealed a significant difference between the gait profile of the AD patients (with a longer completion time, a higher number of steps and a lower qualitative score) and those of the other two groups. In contrast, this test did not evidence any significant gait profile differences between MCI subjects and healthy controls.

In a single-TS, the Locometrix ^® better differentiated between the three populations. In fact, the AD group stood out from the healthy control group in terms of a lower gait speed and stride length and stood out from the MCI subjects in terms of the regularity parameter. In turn, the MCI group had a significantly lower gait frequency than the healthy controls.

1.4.4

Results of the single cognitive task

The countdown number reached (i.e., the rapidity of the countdown) differed significantly for the three populations ( Table 8 ). In contrast, there was no intergroup difference in the number of errors.

1.4.5

Results of the gait tests performed in a dual-TS

For obvious practical reasons, the pull test was not performed in a dual-TS (subjects do not have time to count backwards during the pull). For the one-leg balance test performed in a dual-TS ( Table 9 ), none of the studied variables presented significant differences between the three groups. When performed as part of a dual-TS, the timed “get up and go” test ( Table 10 ) presented some significant differences – mainly between the AD patients on one hand and the remaining two groups on the other.

1.4.6

Gait parameters reported by the Locometrix ^® in a dual-TS

The gait speed was able to differentiate between the three groups ( Table 11 ). Furthermore, the MCI subjects presented a lower stride frequency than the healthy controls, whereas the AD patients had a lower stride length and lower gait regularity than the other two groups.

Regarding the cognitive task performed in a dual-TS ( Table 12 ), the three populations presented significantly different countdown values, whereas the number of stops did not differ significantly.

1.4.7

Comparison of the single-task/dual-task results in each population

The Tables 13–15 summarize the calculated difference between the gait parameters in the single task and in the dual task, which explains the minus sign in front of some values.

In the healthy control group ( Table 13 ), performing an additional cognitive task led to a significant decrease in gait “speed” and the “frequency” and a significant “increase in symmetry”. For the MCI group ( Table 14 ), gait “speed” and “frequency” and stride “length” and “regularity” decreased. In contrast, there was no significant difference in “symmetry”.

For the AD patients ( Table 15 ), our statistical analysis demonstrated a significant decrease in gait “speed” and “frequency” and stride “length” and “regularity”.

In summary, when moving from a single task to a dual task, the MCI subjects and the AD patients presented the same gait profile modifications.

Lastly, comparison of the three groups in terms of the single-task/dual-task change in gait parameters ( Table 16 ) showed that symmetry improved in the healthy control group but worsened in the AD and MCI subjects. This transition also meant that the MCI subjects’ gait profile became more similar to that of the AD patients.

1.4.8

Correlations between motor and neuropsychological parameters in the MCI subjects

During the analysis of the correlation between these gait variables and the MCI subjects’ performance in the neuropsychological tests, we observed that the gait speed in a dual-TS was positively correlated with the total MMSE score; this would mean that (in MCI subjects) the higher the global cognitive level, the faster the gait ( Table 17 ). Furthermore, in a single-TS, the stride frequency was positively correlated with the overall Mattis score and the Mattis initiation subscore. This seems to imply that the higher the overall cognitive performance level and the better the initiation (a process which is related to executive function, with a frontal anatomical source location), the higher the stride frequency. Gait speed and stride frequency thus appear to be related to global cognitive function. Stride frequency is also related to executive function.

Moreover, the coefficient of variation for symmetry (the change observed when moving from a single task to a dual task) is positively correlated with the lengthening of the reaction time in a divided attention paradigm. Hence, the greater the difficulty subjects have in sharing their attentional resources between two tasks (i.e., visual and auditory tasks), the higher the coefficient of variation of symmetry and the stronger the decrease in symmetry when moving to a dual-TS. These results prompt a hypothesis whereby gait symmetry is not automatic but, in fact, requires attentional resources.

1.5.1

Discussion of the parameters obtained in a single-TS

Used in a single-TS, the three validated clinical tests were not able to significantly differentiate between the three cognitive profile groups. This observation is easily explainable in terms of:

• •
  

  the nature of the parameters studied by these tests;

  
  
• •
  

  the examiner-dependant (and thus relatively subjective) quantification or qualification involved.

However, when used under the same conditions, the Locometrix ^® enabled definition of a gait profile for each group. In fact, AD patients presented significantly lower gait speed and stride length regularity compared with the two other groups. The MCI subjects presented a lower stride frequency than did healthy controls. These results need to be confirmed in a larger population. In fact, to the best of our knowledge, no other group has used this tool in a clinical study applied to elderly people with differing cognitive profiles.

1.5.2

Discussion of the parameters obtained in a dual-TS

When performed as part of a dual-TS, the conventional clinical tests (the one-leg balance test, the pull test and the timed “get up and go” test) were not able to significantly differentiate the MCI subjects from the other two populations. This observation is similar to that made by Pettersson et al. in 2004 .

Only the timed “get up and go” test was rendered more sensitive by the addition of an additional task and was thus better able to detect gait profile perturbations in AD patients.

When evaluated with the Locometrix ^® in a dual-TS, the healthy controls presented gait profile modifications (relative to the profile in a single-TS) similar to those found in other studies performed with analogous dual-TS .

Similarly, in a dual-TS, the AD patients’ gait parameters revealed significant differences in gait speed, stride length, stride cycle frequency and stride regularity. This observation is identical to that made by Sheridan and Cocchini et al. .

Concerning MCI, a novel and interesting element of this work is the observation that in a dual-TS, the MCI subject’s gait profile is more similar to that of AD patients than that of healthy subjects. Our results contrast with those obtained by Pettersson et al. . This difference can doubtless be explained by the measurement tools used: the Tinetti test, the timed “get up and go” test, the Berg balance test and a 10-m gait track in Pettersson’s work and an accelerometer monitoring movement in all three spatial planes in the present work.

1.5.3

Discussion of the single task/dual task transition for each group

For the healthy control group, the performance of a cognitive task in addition to the motor task led to a significant decrease in gait speed and stride frequency. This can be explained by an increase in the attention component of gait with age and would confirm the fact that the performance of an additional cognitive task decreases the amount of attentional resource that even a healthy subject can allocate to gait. Hence, gait speed and stride frequency may be influenced by the subject’s attention status. In terms of symmetry, this parameter is improved by the addition of cognitive task, since it increases from 200 (an absolute value measured by the accelerometer, according to the measurement parameters determined by the device manufacturer) in a single-TS to 250 (again, an absolute value obtained in the same way) in a dual-TS. This can be explained by the fact that a regular countdown gives rhythm to the subject’s gait. In fact, some authors suggest that gait can be improved by the use of a metronome. Thus, in a study on Parkinson’s disease patients, McIntosh et al. demonstrated that the presence of a metronome set to a faster rhythm than the subjects’ own cadence increased gait speed and stride length. Enzenberger et al. reported the same findings in similar subjects and pointed out that these positive results are not solely obtainable in a hospital setting.

In our group of MCI subjects, the transition from a single task to a dual task induced a decrease in gait speed, stride length and stride frequency and a decrease in absolute regularity values. However, the transition did not modify gait symmetry.

To explain the decrease in regularity observed in the MCI subjects, our hypothesis is that the regularity parameter studied by the Locometrix ^® relates to attention components of gait. The reduced attention capacities of the MCI subjects may be “overloaded” in a dual-TS and no longer allow the degree of regularity achieved in a single-TS. When combined with the clinical impression that the MCI subjects are more at risk of falling and, indeed, fall more often than healthy subjects, this observation corroborates Auvinet’s suggestion that regularity is a particularly pertinent Locometrix ^® parameter .

Lastly, during the transition from single-task to dual-task conditions, the subjects in the AD group presented a significant decrease in gait speed, stride frequency, stride length and gait regularity. These results are in agreement with literature reports. In fact, Sheridan and his group mentioned a decrease in speed but, above all, an increase in step-to-step variability (as measured with in-shoe sensors recording the ground contact times). Consequently, the authors concluded as to difficulty in regulating variation of the gait cycle. Visser noted a decrease in stride length and frequency and an increase in double-support time. Likewise, Cocchini et al. observed a reduction in gait speed, combined with a decrease in precision when the subjects were having a conversation at the same time. More recently, in a population of subjects presenting dementia (AD, vascular dementia or mixed dementia) and frontal impairment, Allali et al. showed that adding a cognitive task resulted in a significant increase in the mean gait cycle time (the time needed to perform two consecutive steps) and an increase in the latter’s coefficient of variation.

In summary, two novel original elements emerge from the transition from a single-TS to a dual-TS:

• •
  

  the performance of MCI subjects becomes more similar to that of AD patients;

  
  
• •
  

  healthy controls increase the symmetry of their gait (probably as a result of the rhythmic cue provided by the countdown).

1.5.4

Discussion concerning performance of a cognitive task in a dual-TS

When comparing changes in the cognitive task and motor task for the transition to a dual-TS, we observed a change in the gait parameters and a slowing of the countdown but no difference in the number of errors. This observation underpins the hypothesis whereby the subjects gave priority to the cognitive task. Although it is true that the attentional component of the gait increases with age, gait remains a relatively unconscious phenomenon for the subject. In contrast, the countdown is a conscious action and so, according to our hypothesis, the subject may focus his/her remaining attentional resources on this countdown task rather than on the maintenance of gait parameters.

Furthermore, Verghese et al. have observed a similar situation for the priority given to a cognitive task during a study of elderly, non-demented subjects.

This study included a few elements that may have influenced the results and their interpretation. The sample size (34 subjects), the medications being taken (nearly all the patients were taking benzodiazepine sleeping pills) and the fact that falls were excluded from the patient screening interview are factors that should be taken into account in the interpretation of our observations. Lastly, the patient’s state of fatigue (after having taken part in a half-day evaluation) certainly has an influence. At this stage, we believe that it is essential to pursue this work with a larger sample, in order to confirm the data (notably those regarding the AD population). Moreover, it would be useful to determine reference values for the Locometrix ^® variables in a population of healthy controls and for different age classes, in order to better identify changes that are strictly related to a subject’s cognitive status.

2.3.1

Population

Les sujets sains ont été recrutés parmi des personnes volontaires de plus de 65 ans, vivant au domicile, n’ayant pas eu de chute ou d’hospitalisation les six mois précédents, se déplaçant sans aide à la marche et ne présentant aucune plainte concernant la qualité de leur marche ou leur équilibre. Les critères d’exclusion d’ordre médical étaient :

• •
  

  l’accident vasculaire cérébral ayant laissé des séquelles motrices ou sensitives ;

  
  
• •
  

  la maladie de Parkinson ;

  
  
• •
  

  le diabète non équilibré ;

  
  
• •
  

  l’hyper- ou l’hypotension non équilibrée ;

  
  
• •
  

  toute pathologie cardiaque ou respiratoire qui entraînerait une faiblesse ou une dyspnée limitant la marche ;

  
  
• •
  

  une prothèse de hanche ou de genou ;

  
  
• •
  

  une fracture de jambe ou de cheville qui aurait laissé une incapacité à la marche ;

  
  
• •
  

  de l’arthrose ou autre pathologie ostéoarticulaire invalidante.

La prise d’une benzodiazépine ou d’un antidépresseur et de petites doses de neuroleptique sans répercussion motrice est tolérée. Les patients peuvent porter des lunettes et/ou un appareil auditif mais ils doivent être pleinement satisfaits par leur utilisation. Ils doivent être avertis des objectifs et des conditions de l’étude et accepter de signer le consentement éclairé.

Les sujets MA et MCI ont été recrutés parmi les patients du centre de la mémoire du CHU de Liège (Pr E. Salmon). Le diagnostique de trouble mnésique a été réalisé selon les méthodes habituelles d’imagerie et d’évaluation médicale et neuropsychologique. Les critères diagnostiques appliqués dans notre centre sont les suivants : les patients MCI présentent un trouble cognitif isolé confirmé mais ce déficit n’entraîne aucune répercussion majeure sur leurs activités de la vie journalière. Les patients doivent avoir bénéficié des évaluations neurologiques, neuropsychologiques et de neuro-imagerie nécessaires au diagnostique et leur Clinical Dementia Rating (CDR) ne peut dépasser 0,5 . Une différence est faite entre les MCI anamnestiques (qui présentent une baisse des performances mnésiques de 1,5 déviation standard maximum par rapport à la moyenne d’une population de même âge et de même niveau social) et les MCI « multiples » (qui présentent également un déficit dans une autre fonction cognitive non mnésique) . Les critères d’exclusion sont le retard mental, une scolarisation réussie inférieure à quatre ans, un trauma crânien, une épilepsie, un cancer, une dépression, un abus de médicaments ou toute autre pathologie organique majeure. Lors de l’inclusion, les patients doivent être libres de toute médication ayant une influence sur leur performance cognitive. Le Mini Mental State Examination (MMSE) réalisé doit être supérieur ou égal à 24.

Les patients déments ont été diagnostiqués comme MA probable selon les critères définis par le National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke/Alzheimer Disease and Related Disorders Association (NINCDS-ADRDA) . Les critères d’exclusion appliqués sont identiques à ceux appliqués pour les MCI hormis le CDR qui est égal ou supérieur à 1. Un MMSE supérieur ou égal à 20 définit une démence légère.

Les sujets témoins (sains) ont au moins 65 ans et ne présentent aucun trouble mnésique ou cognitif lors de l’évaluation réalisée lors de leur recrutement.

Les critères d’exclusion utilisés sont identiques aux critères cités précédemment et leur score au CDR est égal à 0.

2.3.2

Évaluation médicale

L’évaluation médicale comprend une anamnèse (antécédents médicochirugicaux et médications) et un examen clinique complet (prise des paramètres, examen cardiorespiratoire, abdominal et surtout neurologique) dont le but est de vérifier l’absence de critère d’exclusion. Pour les sujets MA, une hétéroanamnèse concernant les conditions de vie, la présence de chute ou les médications a été réalisée en concertation avec la famille et si nécessaire à l’aide d’un contact téléphonique au médecin traitant. De plus, chacun d’eux a bénéficié d’une échelle Activity of Daily Living (ADL) afin de mesurer leur autonomie au domicile – d’une échelle Instrumental Activity of Daily Living (IADL) vérifiant leur autonomie dans les activités instrumentales de la vie journalière – d’un MNA (Mini Nutritional Assesment) permettant d’évaluer leur statut nutritionnel – d’une Geriatric Depression Scale (GDS) à 15 items afin d’exclure toute pathologie dépressive sous-jacente – d’une échelle visuelle analogique (EVA) , afin de s’assurer de l’absence de douleur lors des évaluations – d’un score hospitalier d’évaluation du risque de perte d’autonomie (SHERPA) et, enfin, afin d’évaluer globalement leur risque de perte d’autonomie et leur profil de fragilité. Le but de ces échelles est de s’assurer qu’aucune cause organique, thymique ou fonctionnelle ne vienne perturber les résultats des tests de marche et de l’évaluation neuropsychologique.

2.3.3

Évaluation neuropsychologique

Afin de vérifier que nos volontaires sains ne présentent aucun déficit mnésique, ils ont bénéficié d’un MMSE et d’une échelle de Mattis. Et afin de conserver des conditions d’évaluation similaires pour chaque groupe, les sujets MCI et MA ont eux aussi été soumis à ces épreuves. D’autres tests ont été également réalisés pour discerner d’éventuels troubles exécutifs ou praxiques susceptibles d’interférer avec les tests de marche.

L’évaluation complète réalisée par chaque sujet comprend donc :

• •
  

  le MMSE qui étudie l’orientation, l’apprentissage, la mémoire de travail par le calcul mental et un mot à épeler, la dénomination d’objets, la compréhension d’ordres simples et la copie d’un dessin. Cotée sur 30 points, son seuil pathologique se situe à 24 (26 pour les sujets ayant réalisé des études supérieures) ;

  
  
• •
  

  l’échelle de Mattis qui est une autre batterie d’évaluation cognitive globale complémentaire au MMSE. Elle explore plus largement les fonctions frontales et sous-corticofrontales et peut donc dépister d’autres types de démences que la MA. Elle explore l’attention, la mémoire, l’initiation verbale et motrice, les capacités conceptuelles et les praxies visuoconstructives. Le seuil pathologique est de 123/144, à moduler selon le niveau d’éducation du sujet ;

  
  
• •
  

  une version française du test de Grober et Buschke (1987) appelée « Épreuve de rappel libre/rappel indicé à 16 items (RL/RI 16) » et qui explore les capacités de mémoire épisodique. La tâche du sujet est de mémoriser quatre fiches de quatre mots appartenant à 16 catégories sémantiques différentes. Dans un premier temps, l’expérimentateur induit un encodage sémantique des mots en demandant au sujet d’identifier le mot correspondant à sa catégorie sémantique (« quelle est la fleur ? » → « la jonquille »). Lorsque les quatre mots d’une fiche ont été identifiés, la fiche est retirée et la tâche du sujet est de rappeler immédiatement ces quatre mots. Cette procédure est répliquée pour les trois fiches suivantes. Après cette phase d’apprentissage des 16 mots, les sujets entreprennent une tâche interférente de 20 secondes (comptage à rebours). Ensuite, le sujet est soumis à un premier essai de rappel libre au cours duquel il doit rappeler un maximum de mots qu’il vient d’étudier. Pour les mots qui n’ont pas été rappelés librement, l’examinateur fournit un indice (le nom de la catégorie à laquelle le mot appartient). Trois essais de rappel libre, puis de rappel indicé sont réalisés. S’ensuit une tâche de mémoire de reconnaissance des mots étudiés. Après une tâche interférente de 20 minutes, un nouvel essai de rappel libre et de rappel indicé est à nouveau propose ;

  
  
• •
  

  la copie de la figure de Rey afin d’évaluer les capacités d’organisation visuoconstructive et visuospatiales. La cotation est qualitative et quantitative (/36) ;

  
  
• •
  

  les sous-tests informatisés d’alerte et d’attention divisée de la batterie TEA [68] ou tests d’évaluation de l’attention. Au cours du test de l’alerte phasique, le sujet doit appuyer le plus rapidement possible sur une clé réponse lorsqu’une croix apparaît au centre d’un écran. Ce test enregistre les temps de réaction du sujet (ms) et est réalisé dans deux conditions différentes (avec et sans avertisseur sonore). Au cours du test d’attention divisée, le sujet doit partager ses ressources attentionnelles entre des stimuli visuels et des stimuli auditifs. Les temps de réaction (ms) ainsi que les réponses correctes et les omissions sont enregistrés. Les temps de réaction ont également été enregistrés dans deux conditions simples : face à l’apparition de stimuli visuels seuls et face à l’apparition de stimuli auditifs seuls.

2.3.4

Évaluation motrice

Les tests de marche réalisés sont le pull test , le one-leg balance, le timed up and go et un parcours de 30 m de marche stabilisée dont les paramètres sont enregistrés au moyen du Locométrix ^® .

Le pull test est une épreuve d’équilibre statique . Le sujet se tient debout les deux pieds joints. L’examinateur, placé derrière le sujet, pose ses mains sur ses épaules et lui applique une traction. L’axe corporel du sujet est alors déporté vers l’arrière. On note les mouvements nécessaires pour conserver l’équilibre et rétablir la position dans son axe initial. Sont comptabilisés les mouvements de rétropulsion, d’élévation des orteils, d’antepulsions des bras et les éventuels pas en arrière. Nous avons choisi ce test car il est rapide et ne nécessite aucun équipement particulier .

L’appui monopodal ou one-leg balance est également un test d’équilibre statique. Le sujet se tient debout en appui monopodal, sur la jambe de son choix, les bras le long du corps, fixant un repère visuel placé à hauteur du regard et ce le plus longtemps possible. Nous avons choisi ce test car il est facile à administrer et parce qu’il présente une excellente valeur prédictive du risque de chute ainsi que d’un faible niveau fonctionnel .

Le timed up and go est un test évaluant la marche et l’équilibre dynamique. Le sujet est assis sur une chaise avec accoudoirs. Il doit se lever sans l’aide des accoudoirs, marcher en ligne droite sur une longueur de trois mètres, faire demi-tour, puis revenir selon le même parcours et s’asseoir sur la chaise.

Les paramètres étudiés sont, d’une part, le temps nécessaire pour réaliser le parcours (normal si inférieur ou égal à 10 secondes, fragilité si temps nécessaire entre 11 et 20 secondes et important risque de chute si temps supérieur à 20 secondes) et, d’autre part, une évaluation qualitative de la marche reprise du test « up and go » original . Selon ce système de cotation le score de 0 est une qualité idéale, tandis qu’un score de − 5 est la plus basse cotation. Nous avons choisi ce test parce qu’il est facile, ne demande pas de matériel ni de formation particulière et parce qu’il semble bien corrélé au statut moteur global du sujet . De plus, il peut identifier avec d’excellentes spécificité et sensibilité les personnes âgées à risque de chute et sa reproductibilité interexaminateur est jugée excellente .

Développée en France par l’ Institut nationale de Recherche Agricole (INRA) , en collaboration avec le Dr Auvinet (rhumatologie et médecine physique), le Locométrix ^® comporte un capteur composé de deux accéléromètres disposés perpendiculairement à proximité du centre de gravité du sujet. En pratique, ce capteur est placé à l’aide d’une ceinture abdominale élastique, dans le dos du sujet et à hauteur de L3. Les axes de mesure des capteurs sont craniocaudal et médiolatéral. Un boîtier d’enregistrement portatif recueille les accélérations mesurées à la fréquence de 50 Hz, ces données sont ensuite transférées à un ordinateur sous la forme d’un tableau d’analyse statistique . Lors du test, le sujet réalise, à sa vitesse de marche habituelle et confortable, un aller–retour sur une distance rectiligne de 40 m (soit 80 m au total) dans un couloir rectiligne bien éclairé, au sol régulier et plat et sans aucun obstacle ni distraction visuelle ou auditive. Deux lignes de chronométrage sont placées respectivement à 5 m après la ligne de départ et 5 m avant la ligne d’arrivée des 40 m. Le passage du sujet devant ces lignes déclenche automatiquement le chronomètre par l’intermédiaire d’une cellule photoélectrique). La vitesse de marche ainsi calculée (30 m par temps chronométré) est donc une vitesse de marche « stabilisée » ne tenant pas compte des effets de démarrage et d’arrêt de la marche. Durant le test, l’évaluateur est situé à une distance normalisée du sujet testé (fixée à 3 m en arrière) afin de suivre le décompte réalisé à voix haute durant la TD sans influencer la marche du sujet évalué. L’analyse des paramètres de marche à partir de l’accéléromètre s’effectue au cours d’une période de marche stabilisée de 20,48 secondes . Cette période de marche « stabilisée » est sélectionnée par le logiciel lui-même qui repère les courbes d’accélérations dans les différents axes et sélectionne les données de la période de marche durant laquelle les variations de ces courbes sont les moins importantes (évolution des courbes « stable »). Les données (variables de marche) ainsi analysées sont :

• •
  

  la vitesse de marche mesurée à l’aide d’une ligne de chronométrage et exprimée en mètre par seconde ;

  
  
• •
  

  la fréquence des pas ou nombre de cycle par seconde (Hz) est calculée sur base de l’accélération craniocaudale suivant l’application de la transformée de Fournier ;

  
  
• •
  

  la longueur de pas est déduite de la relation vitesse = fréquence × longueur de pas et s’exprime en mètres ;

  
  
• •
  

  la régularité des pas mesure la similitude en durée et en amplitude de la morphologie des courbes d’accélération craniocaudale des pas successifs les uns par rapport aux autres.

La symétrie mesure la similitude en durée et en amplitude de la morphologie des courbes d’accélération craniocaudale concernant cette fois les demi-pas droits et gauches. Selon le Dr Auvinet, les paramètres vitesse de marche et longueur des pas seraient dépendants du sexe et, même une fois rapportés à la taille, ces deux paramètres seraient plus élevés chez l’homme. La symétrie et la régularité seraient elles toutes deux indépendantes de l’âge et du sexe. Lors d’une étude comparant des sujets âgés chuteurs et non chuteurs, le Dr Auvinet constate que les variables Locométrix ^® permettant le plus de discriminer les deux populations sont dans l’ordre décroissant : la vitesse de marche, la régularité des pas, la fréquence des pas, puis la symétrie des demi-pas gauches sur les demi-pas droits. L’étude de la régularité de la marche serait particulièrement pertinente pour en déceler précocement la dégradation .

Une étude préliminaire réalisée au sain d’un échantillon de 265 sujets « témoins », basée sur six trajets de 40 m et portant sur la reproductibilité intraobservateur par comparaison des coefficients de variation entre les différents passages ayant établi que seul le deuxième passage devait être étudié et afin de conserver des conditions de passage similaires pour l’ensemble des épreuves, tous les tests ont été réalisés trois fois et seuls les résultats du deuxième passage ont été retenus. De plus, afin de sensibiliser les tests de marche, nous avons demandé aux sujets de les réaliser en tâche motrice simple (test de marche réalisé seul) mais aussi en tâche double (DT) (soit le test de marche auquel est ajouté une tâche cognitive à réaliser simultanément). Le choix de la tâche cognitive conditionne l’évolution des paramètres de marche . En effet, la fluence verbale fait appel à la mémoire sémantique (relativement préservée au début de la MA), alors que le décompte mobilise la mémoire de travail (précocement atteinte chez les sujets MA). Selon Beauchet et al., le compte à rebours est la tâche cognitive additionnelle qui perturbe le plus les paramètres de la marche en TD . C’est pourquoi nous avons choisi une tâche de décompte à partir de 50 comme tâche cognitive.

Lors de cette TD aucune consigne n’a été donnée au patient concernant la priorité à donner à une tâche par rapport à l’autre. De plus, l’ordre de passage du pull test , one-leg balance et timed up and go , en simple et en TD, ont été distribués de façon à ce que la succession d’examens soit la plus différente possible d’un sujet à l’autre afin de limiter les possibles influences d’apprentissage ou de fatigue lors de l’analyse de l’ensemble des résultats.

Enfin, le temps nécessaire à l’épreuve, le nombre de pas, le nombre d’erreurs de décompte ont été relevés de manière indépendante par deux opérateurs. De plus, les épreuves ont toutes été filmées afin de revoir les épreuves au ralenti et mieux observer les latérodéviations et les arrêts. Les erreurs effectuées dans le décompte et le nombre d’arrêts réalisés dans la tâche motrice ont été relevés afin d’observer à quelle tâche le sujet a spontanément donné la priorité.

En une demi-journée, chaque participant a bénéficié d’une évaluation médicale et fonctionnelle, d’un bilan neuropsychologique et d’une évaluation motrice.

Nous avons pu ainsi évaluer trois groupes de personnes de profil cognitif différent : 14 sujets « sains », 14 sujets « MCI » et six sujets présentant une MA. L’étroitesse de notre échantillon reflète d’avantage la taille de notre centre et la sévérité de nos critères de recrutement plus qu’une volonté de limiter le nombre de sujets observés. À ce stade, il est également important d’expliquer qu’il s’agit d’une étude clinique préliminaire destine, d’une part, à évaluer la faisabilité de l’application du Locométrix ^® dans notre centre et à notre population et, d’autre part, à tester des différents aspects du protocole d’étude de la marche des patients âgés présentant des troubles cognitifs confirmés ou débutants.

Les résultats sont présentés sous forme de moyennes et d’écarts-types (médianes) pour les variables continues et sous forme de fréquences (pourcentages) pour les variables catégorisées. Les comparaisons entre groupes ont été réalisées à l’aide de modèles Anova ou des tests de Kruskal-Wallis, selon la distribution normale ou anormale des données continues. En cas de variables catégorisées, la comparaison a été réalisée à l’aide des tests Chi carré. Les différences entre les valeurs obtenues ont été considérées comme significatives pour un niveau d’incertitude de 5 %, soit un p < 0,05. Les calculs ont été réalisés à laide du logiciel SAS version 9.1.

2.4.1

Caractéristiques de la population étudiée

Les Tableaux 1 et 2 résument les résultats de l’évaluation médicale dont a bénéficié l’ensemble des sujets des trois populations.

Tableau 1

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