Estimativa baseada em aprendizado de máquina do equilíbrio dinâmico e adaptabilidade da marcha em pessoas com doenças neurológicas usando sensores inerciais

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8640 (2023) Citar este artigo

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O equilíbrio dinâmico deficiente e a adaptação prejudicada da marcha a diferentes contextos são características de pessoas com distúrbios neurológicos (PcND), levando a dificuldades na vida diária e aumento do risco de queda. A avaliação frequente do equilíbrio dinâmico e da adaptabilidade da marcha é, portanto, essencial para monitorar a evolução dessas deficiências e/ou os efeitos a longo prazo da reabilitação. O índice de marcha dinâmico modificado (mDGI) é um teste clínico validado especificamente dedicado à avaliação das facetas da marcha em ambientes clínicos sob a supervisão de um fisioterapeuta. A necessidade de um ambiente clínico, consequentemente, limita o número de avaliações. Sensores vestíveis são cada vez mais usados ​​para medir equilíbrio e locomoção em contextos do mundo real e podem permitir um aumento na frequência de monitoramento. Este estudo tem como objetivo fornecer um teste preliminar dessa oportunidade usando regressores de aprendizado de máquina com validação cruzada aninhada para prever as pontuações mDGI de 95 PwND por meio de sinais inerciais coletados de caminhadas curtas em estado estacionário derivadas do teste de caminhada de 6 minutos. Quatro modelos diferentes foram comparados, um para cada patologia (esclerose múltipla, doença de Parkinson e acidente vascular cerebral) e um para a coorte multipatológica agrupada. As explicações do modelo foram computadas na solução de melhor desempenho; o modelo treinado na coorte multipatológica produziu um erro de teste absoluto mediano (intervalo interquartil) de 3,58 (5,38) pontos. No total, 76% das previsões estavam dentro da mudança mínima detectável do mDGI de 5 pontos. Esses resultados confirmam que as medidas de caminhada em estado estacionário fornecem informações sobre o equilíbrio dinâmico e a adaptabilidade da marcha e podem ajudar os médicos a identificar características importantes para melhorar durante a reabilitação. Os desenvolvimentos futuros incluirão o treinamento do método usando sessões curtas de caminhada em estado estacionário em ambientes reais, analisando a viabilidade dessa solução para intensificar o monitoramento do desempenho, fornecendo detecção imediata de piora/melhora e complementando avaliações clínicas.

As pessoas saudáveis ​​adaptam-se facilmente às perturbações ambientais: recuperam-se de impulsos externos e aprendem a dinâmica do andar em diferentes contextos. A locomoção requer uma modulação contínua da coordenação dentro e entre os membros para manter o equilíbrio durante a progressão e para acomodar as demandas provenientes do ambiente do mundo real (por exemplo, passar da caminhada em linha reta para a caminhada sobre um obstáculo)1. Para atingir esse objetivo, o sistema nervoso central explora o controle sensório-motor que transmite e integra entradas sensoriais visuais, proprioceptivas e vestibulares para detectar desvios da postura ereta e gerar a resposta muscular apropriada para corrigir esses desvios1, 2. Porque o feedback sensório-motor é alterado em pessoas com distúrbios neurológicos (PwND), o equilíbrio dinâmico (ou seja, a capacidade de manter o equilíbrio durante a movimentação do corpo) e sua adaptabilidade às mudanças ambientais são prejudicados3, levando a um alto risco de queda. De fato, os preditores de quedas mais comumente encontrados são os prejuízos na marcha e os distúrbios do equilíbrio4. Assim, muitas ferramentas de avaliação do equilíbrio dinâmico foram desenvolvidas, incluindo escalas clínicas5, marcadores quantitativos da marcha6, posturografia7, protocolos de prevenção de quedas8 e testes de tarefa única e dupla9. Em relação às escalas clínicas, a escala de equilíbrio de Berg10, o MiniBESTest10, o timed up and go (TUG)11 e o modificado dynamic gait index (mDGI)12,13 estão entre as mais utilizadas na prática clínica para medir o equilíbrio em PcND. Em comparação com a escala de Berg, que não avalia o equilíbrio dinâmico durante a locomoção, e o TUG e o MiniBESTest, que avaliam esse aspecto em algumas tarefas funcionais (ou seja, uma tarefa no TUG e cinco tarefas no MiniBESTest), o mDGI é especificamente voltado para medir a capacidade do indivíduo de manter o equilíbrio e adaptar a marcha na presença de diversas demandas ambientais, essenciais para realizar as atividades locomotoras da vida diária sem cair. O mDGI avalia oito facetas da marcha; avalia distância, temporal, ambiente, terreno, carga física, atenção e transições posturais, que são representativas das demandas ambientais de um ser humano que caminha. A maior pontuação possível no mDGI é de 64 pontos. O mDGI foi amplamente validado em indivíduos com deficiências de mobilidade14, 15 e em diferentes coortes patológicas, como acidente vascular cerebral (ST), disfunção vestibular, esclerose múltipla (EM), lesões cerebrais traumáticas e doença de Parkinson (DP)12, 13. Recentemente, Torchio et ai. forneceram valores de corte para identificar PcND com nenhum ou risco mínimo de quedas (escore mDGI \(> 49\)) e PcND com alto risco de quedas (escore mDGI \(\le 29\))16. A alteração mínima detectável no mDGI é de 5 pontos em PwND14, 15.