Balance control is more affected in older than younger adults by repeated visual perturbations during walking

歩行中に直立姿勢を維持するために、人体は感覚間の絶え間しく静かな対話に依存している。脳は、目が捉えるもの、内耳が感知する動きや方位に関する情報、そして筋肉や皮膚が報告する身体の位置に関する情報を統合している。この感覚のブレンドにより、私たちは自身の重心がどこにあるのか、そして転倒を防ぐために足がどこに着地すべきかを推定することができる。加齢に伴い、これらのセンサー自体がしばしば衰退する。内耳の感度は低下し、身体がこれらの信号を処理する能力も遅くなる。その結果、高齢者はバランスを維持するために視覚により強く依存するようになる。しかし、視覚は時に人を欺くことがある。視覚的な世界が実際の身体の動きと矛盾するように動くと、落下や漂流の錯覚が生じ、脳が迅速かつ、しばしば不必要な修正を強いることになり、それがかえって人を不安定にさせることがある。加齢した脳がこうした視覚的なトリックをどのように処理するかを理解することは、人間の動きを理解するためだけでなく、なぜ高齢期に転倒が増加するのかを解明するためにも極めて重要である。

アムステルダム自由大学とアントワープ大学の研究者たちは、歩行中に視覚的な世界が意図的に混乱させられたとき、高齢者と若年者がどのように反応するかをテストすることを目指した。彼らは、平均年齢23歳の健康な若年層と、平均年齢75歳の健康な高齢層を募集した。すべての参加者は、安全ハーネスを装着した状態で、一定のペースでトレッドミル上を歩いた。研究者たちは、目の前の大きなスクリーンに視覚的なシーンを投影し、3種類の異なるタイプの視覚的妨害を導入した。一つのシナリオでは、参加者が中央の固定された赤い点を見つめるように指示されている間に、背景の縞模様が右方向に動いた。二つ目のシナリオでは、背景は静止しているが、赤い点が右に動き、参加者はそれを頭で追うよう求められた。三つ目のシナリオでは、再び点が右に動いたが、今度は参加者は頭を完全に静止させ、目だけで点を追うよう求められた。これらの視覚的なトリックは、参加者が混乱する信号を無視することを学習できるかどうかを確認するために、各ウォーキングセッション中に約14回繰り返された。

この研究では、参加者の身体が左右にどれだけ揺れたか（重心の揺れとして知られる）と、足がどのように着地したかを測定した。研究者たちは、高齢者は全体的に揺れが大きく、繰り返される視覚的トリックへの適応も遅いだろうと予想していた。驚くべきことに、ウォーキングセッション全体を見た場合、高齢者は若年層よりも全体的な不安定性が高いということはなかった。しかし、研究者が視覚的トリックが発生している瞬間を詳細に観察すると、物語は変わった。背景が動きターゲットが静止している条件では、若年層は一貫して、動いている背景とは逆方向、つまり左側に揺れた。これは、彼らの脳が、自分がその方向に倒れていると錯覚させられたかのようであった。しかし、高齢者はこのような一貫した反応を示さなかった。代わりに、数回のトリックの繰り返し後、高齢者は反対方向、つまり背景が動いているのと同じ右方向へと揺れ始めた。これは、高齢者の脳が固定されたターゲットへの集中を失い、動いている背景を追跡し始めたか、あるいは、足の置き方ではなく立っている脚を利用する、より速い修正戦略を用い始めたことを示唆している。

参加者が動くターゲットを追う必要がある場合、その差異はさらに顕著になった。頭で動くドットを追う条件において、高齢者は若年層よりもずっと早く右側に揺れ始め、より激しく揺れた。彼らの体はターゲットの方向に動いたが、この動きの大きさは、初期の動きのフェーズにおいて若年層と比較して約8倍、静止フェーズにおいて約4倍大きかった。これは、頭が動くとき、高齢者が自分自身の体の動きと視覚的な世界の動きを分離することに苦労しており、その結果、より強く、潜在的に危険な反応を引き起こしていることを示している。ターゲットを目だけで追う条件では、両グループともターゲットの方向に揺れたが、高齢者の方がより早く反応を開始した。

おそらく最も示唆に富む発見は、参加者が時間の経過とともにどのように行動を変化させたかに関するものであった。視覚的なトリックが繰り返される際、若年層は概して一貫した反応を維持した。しかし、高齢者は驚くべき学習能力を示した。視線追跡の条件において、彼らの揺れは繰り返しの進行とともに大幅に減少した。これは、彼らが混乱する視覚信号を無視し、他の感覚に頼ることに成功したことを示唆しており、信頼できない視覚情報の「重みを減らす（ダウンウェイトする）」、あるいは影響を軽減する能力は、高齢になっても維持されている。しかし、この学習は頭を動かさなければならないシナリオでは起こらなかった。そのシナリオでは、どちらのグループも反応の減少を示さなかった。これは、頭を動かすことが内耳や首のセンサーをも乱すため、脳がどの信号を信頼すべきかを判断するのが困難すぎるためであると考えられる。

本研究は、高齢者は繰り返される視覚的な混乱から学習し、バランスの戦略を調整する能力を保持しているものの、その初期反応は若年層よりも大きく、かつ早く起こることを結論づけている。このことは、主な問題がバランス制御の完全な喪失ではなく、視覚情報が他の感覚と矛盾する場合における、自己運動の正確な推定の困難さにあることを示唆している。高齢者の脳は、特に頭が動いているとき、視覚的なノイズをフィルタリングすることに苦労しているようで、それが実世界の、視覚環境が絶えず変化している状況において転倒のリスクを高めかねない過剰な修正につながっている。