English Title: Evaluation of methods and effects of an motor-cognitve dual-task training in people with mild to moderate dementia - a randomized, controlled trial.

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Abstract

Derzeit existieren keine kausal wirksamen Therapieansätze, die eine Demenz heilen können. Aufgrund des geringen Wirkungsgrads medikamentöser Therapien, rücken nicht-pharmakologische Ansätze in den Fokus des Forschungsinteresses. Dabei zeigt sich insbesondere die körperliche Aktivität als vielversprechender Ansatz, um demenzspezifische Symptome positiv zu beeinflussen. Vor diesem Hintergrund war es ein erstes Ziel der vorliegenden Dissertationsarbeit, einen Überblick des aktuellen Forschungsstandes zum Einfluss körperlicher Aktivität und körperlichen Trainings auf Menschen mit Demenz zu erhalten, wobei die bisher wenig untersuchten Bereiche des psychischen Status (insbesondere Depressionen und Sturzangst) und der kognitive Status im Fokus standen. Schrift 1, in Form einer Übersichtsarbeit sowie Schrift 2 und 3, in Form von detail-lierten Buchbeiträgen, zeigen, dass Menschen mit Demenz in hohem Maße von körperlicher Aktivität profitieren können. Allerdings ist die Evidenzlage aufgrund der geringen Anzahl qualitativ hochwertiger randomisierter, kontrollierter Studien, die kausale Wirkmechanismen des Trainings auf Depressionen, Sturzangst und die kognitiven Leistungen nachweisen könnten, bei Menschen mit Demenz limitiert. Im Hinblick auf die Reduktion kognitiver Defizite stellen motorisch-kognitive Trainingsansätze eine vielversprechende Interventionsstrategie zum Erhalt und Verbesserung der aufmerksamkeitsabhängigen Dual-Task Leistungen (Doppelaufgaben) dar, die bei einer Demenz bereits im frühen Stadium erhebliche Defizite aufweisen und direkte Auswirkungen auf die mobilitätsabhängige Selbstständigkeit haben. Übergeordnetes Thema der vorliegenden Arbeit war daher die Weiterentwicklung und Evaluierung eines demenzspezifischen, motorisch-kognitiven Trainingsansatzes bei Menschen mit leichter bis mittelgradiger Demenz, wobei der Schwerpunkt der Dissertation auf den motorisch-kognitiven Dual-Task Leistungen lag. Zur Überprüfung der motorisch-kognitiven Trainingsinhalte werden spezifische Assessmentverfahren benötigt. Auch wenn teilweise geeignete Testverfahren zur Erfassung dieser kombinierten motorischen und kognitiven Leistungen vorliegen, sind diese hinsichtlich ihrer psychometrischen Testgütekriterien nur unzureichend oder nicht für Menschen mit Demenz untersucht. Zudem bedarf es der Entwicklung neuartiger, motorisch-kognitiver Assessmentverfahren, um die Vielzahl motorisch-kognitiver Leistungen abbilden zu können. Vor diesem Hintergrund wurden im ersten Teilprojekt der vorliegenden Forschungsarbeit geeignete Assessmentverfahren für Menschen mit Demenz entwickelt und umfassend validiert, mit denen im zweiten Teilprojekt die Evaluation der Wirksamkeit der motorisch-kognitiven Trainingsbausteine erfolgte. Schrift 4 umfasst die Validierung unterschiedlicher motorisch-kognitiver Testverfahren zur Erfassung der Dual-Task Leistung bei Menschen mit Demenz. Die Ergebnisse bestätigen moderate bis exzellente psychometrische Eigenschaften für die konvergente und Konstruktvalidität, die Test-Retest Reliabilität, die Verän-derungssensitivität und die Durchführbarkeit. Die Validierungsergebnisse bestätigen damit die Eignung der Dual-Task Testverfahren für den Einsatz als diagnostisches oder deskriptives Instrument zur Quantifizierung motorisch-kognitiver Leistungen genauso wie für die Anwendung als Studienendpunkt bei Interventionsstudien bei Menschen mit Demenz. Schrift 5 umfasst die Evaluation der Transfer- und Langzeiteffekte des motorisch-kognitiven Dual-Task Trainings. Die Interventionsgruppe zeigte signifikante Verbesserungen der trainierten Dual-Task Leistungen (p ≤ 0.001-0.047; ηp2 = 0.044-0.249). Signifikante Transfereffekte zeigten sich teilweise unter den semi-trainierten Dual-Task Bedingungen (p ≤ 0.001-0.041; ηp2 = 0.049-0.150), aber nicht bei den komplett untrainierten Dual-Tasks. Nach einer 3-monatigen Follow-up Phase zeigten sich signifikant erhaltene Effekte für die meisten der Outcomes unter der trainierten Dual-Tasks Anforderung (p ≤ 0.001-0.038; ηp2 = 0.058-0.187), aber nicht für die semi-trainierte Dual-Task Leistung. Insgesamt nahm mit ansteigender Distanz zwischen der trainierten und der untrainierten Dual-Task Anforderung die Übertragbarkeit der Trainingseffekte ab. Schrift 6 stellt die Validierungsergebnisse einer innovativen, computergestützten Assessmentstrategie dar, die direkt in das Bewegungsspiel Physiomat® zur Erfassung trainingsbezogener, motorisch-kognitiver Leistungen integriert wurde. Das Physiomat®-Assessment zeigt gute bis exzellente Testgütekriterien (Konstruktvalidität, Test-Retest Reliabilität, Veränderungssensitivität und Durchführbarkeit) bei Menschen mit Demenz und erfasst die motorisch-kognitiven Leistungen direkt während des Spielverlaufs. Schrift 7 umfasst die Überprüfung der Effekte des computergestützten, Spiele-basierten Physiomat®-Trainings auf motorisch-kognitive Leistungen, den Transfer der Trainingseffekte auf untrainierte Aufgaben sowie die Nachhaltigkeit der Trainingszugewinne bei Menschen mit Demenz. Das Physiomat®-Training erzielte in fast allen Komplexitätsniveaus eine signifikant Steigerung der Schnelligkeit und Genauigkeit innerhalb der trainierten (p ≤ 0.001–0.047, ηp2 = 0.065–0.589) und der untrainierten (p < 0.001–0.005, ηp2 = 0.073–0.459) Physiomat®-Aufgaben sowie eine Zunahme an erfolgreich durchgeführten Aufgaben (p < 0.001, ηp2 = 0.184–0.211). Der Trainingszugewinn blieb zum Teil auch nach dem Follow-up erhalten. Schrift 8 stellt die Entwicklung eines Beobachtungsinstruments zur Erfassung qualitativer Aspekte eines kompensatorischen Sitzen-Stehen-Transfers unter Berücksichtigung motorischer und kognitiver Aspekte (Assessment of Compensatory Sit-to-Stand Maneuvers in People With Dementia [ACSID]) sowie seine Validierung dar. Die Ergebnisse weisen gute bis sehr gute psychometrische Eigenschaften (konkurrente Validität, Intra- und Interrater-Reliabilität, Veränderungssensitivität und Durchführbarkeit) auf und belegen dadurch die Eignung der Anwendbarkeit des ACSID bei Menschen mit Demenz im klinischen Kontext. Schrift 9 umfasst die Überprüfung, ob ein demenzspezifisches motorisches Lernprogramm Menschen mit Demenz befähigt, eine kompensatorische Sitzen-Stehen Transferstrategie (Sit-to-Stand[STS]) zu erlernen, die häufig in der geriatrischen Rehabilitation genutzt wird, um die STS Fähigkeit der Patienten zu verbessern. Für die methodische Bewertung des Bewegungsablaufs wurde der ACSID angewendet. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Interventionsgruppe in allen ACSID-Scores gegenüber der Kontrollgruppe signifikant verbesserte (p < 0.001). Die erlernten motorisch-kognitiven Fähigkeiten blieben auch während der Follow-up Phase für die meisten Outcomes erhalten. Die Ergebnisse der vorliegenden Forschungsarbeit sind hochrelevant für den Einsatz geeigneter Assessmentverfahren zur Quantifizierung alltagsrelevanter, motorisch-kognitiver Leistungen sowie für die Konzipierung von Interventionsmaßnahmen zur Verbesserung motorisch-kognitiver Leistungen bei Menschen mit Demenz. Die Resultate bekräftigen sowohl die Notwendigkeit als auch den Nutzen, motorisch-kognitive Testverfahren in das bestehende geriatrische Assessment aufzunehmen sowie bestehende Rehabilitationsansätze dahingehend zu prüfen, die Inhalte um den Baustein des motorisch-kognitiven Trainings zu erweitern.

Translation of abstract (English)

There is at present no cure for dementia. Due to the low efficiency of drug therapies research focusses on non-pharmacological approaches. It has been found that particularly physical activity might be a promising therapy approach to have a positive impact on dementia-specific symptoms. Therefore the initial aim of the doctoral thesis was to review the current research on the effectiveness of physical activity in people with dementia, focusing on psychological aspects (depression and fear of falling) and the cognitive status. Manuscript 1 (in form of a mini-review) as well as manuscript 2 and 3 (in form of detailed book chapters) demonstrated that physical activity and physical training might be highly beneficial for people with dementia. However, evidence on the effectiveness of physical training is limited due to a small number of high-quality studies (randomized, controlled trials [RCT]) that could verify a causal link between physical activity and symptoms such as fear of falling and depression or cognitive performances. With regard to the reduction of cognitive deficits, combined motor-cognitive training approaches seem to be a prom-ising intervention strategy to maintain and improve attention-related dual-task performances which are already impaired at an early stage of dementia and show a direct impact on activities of daily living. Therefore, the aim of this paper-based doctoral thesis was the enhancement and evaluation of a dementia-specific, motor-cognitive training approach in people with mild to moderate-stage dementia whereat the main focus of the current dissertation was on the motor-cognitive du-al-task performances. There is a need of specific assessment methods to evaluate the motor-cognitive training concept. Even though there is a broad range of test methods which are possibly appropriate to measure training-related motor-cognitive performances, common assessment strategies in older adults are insufficiently or not at all evaluated for comprehensive psychometric quality especially lacking in people with dementia. Additionally, there is a need of innovative motor-cognitive assessment strategies to quantify the variety of motor-cognitive performances. Therefore, the first partial project of the present thesis included the development and comprehensive validation of appropriate motor-cognitive assessment methods in people with dementia by which, within the second partial project, the efficacy of the motor-cognitive training elements was evaluated. Manuscript 4 includes the validation of different motor-cognitive dual-task assessment methods in patients with dementia. Results showed moderate to excellent psychometric qualities for convergent and construct validity, test-retest reliability, sensitivity to change and feasibility. Validation results confirmed that the examined dual-task test are suitable as a diagnostic or descriptive tool for cognitive decline as well as study endpoints for intervention studies. Manuscript 5 examines transfer effects and the sustainability of specific dual-task training in people with dementia. The intervention group significantly improved their dual-task performances in the trained condition (p≤ 0.001-0.047; ηp2 = 0.044-0.249). Significant transfer effects were partly found in the semi-trained dual-task condition (p ≤ 0.001-0.041; ηp2 = 0.049-0.150). No significant transfer effects were found in the untrained dual-task condition. Three months after training cessation, dual-task performance in the trained condition was still elevated for most of the outcomes (p ≤ 0.001-0.038; ηp2 = 0.058-0.187), but not for the semi-trained condition. With increasing distance between trained and untrained DTs, transferability of training effects decreased. Manuscript 6 presents validation results of an innovative computerized assessment strategy which is directly incorporated into the game-based training method Physiomat® assessing training-related, motor-cognitive abilities. Physiomat®-assessment demonstrated good to excellent psy-chometric properties (construct validity, test-retest reliability, sensitivity to change, and feasibility) in people with dementia and recorded motor-cognitive functions during game-play. Manu-script 7 examined the effects of a computerized, game-based training on motor-cognitive perfor-mances, the transfer of training effects on untrained tasks, and the sustainability of training gains in people with dementia. Physiomat®-training significantly improved the duration and accuracy at almost all complexity levels of trained (p ≤ 0.001–0.047, ηp2 = 0.065–0.589) and untrained (p < 0.001–0.005, ηp2 = 0.073–0.459) Physiomat®-tasks as well as for the Physiomat®-tasks score (p < 0.001, ηp2 = 0.184–0.211).Training gains were partly sustained at follow-up. Manuscript 8 includes the development and validation of an observation instrument assessing motor and cognitive aspects of a compensatory sit-to-stand maneuver (Assessment of Compensatory Sit-to-Stand Maneuvers in People with Dementia [ACSID]). Results proved good to excellent psychometric qualities for concurrent validity, inter- and intrarater reliability, sensitivity to change, and feasibility, indicating that ACSID is an appropriate assessment method for the use in people with dementia in the clinical context. Manuscript 9 addresses the determination whether a dementia-specific motor learning exercise program enables people with dementia to learn compensatory Sit-to-Stand (STS) maneuvers commonly taught in geriatric rehabilitation therapy to enhance patients’ STS ability. Outcomes were scores of the ACSID. The intervention group significantly improved in all ACSID scores compared to the CG (p < 0.001). Learning gains were sustained during follow-up for most outcomes. Overall, results of the presented doctoral thesis are highly relevant for the use of appropriate as-sessment methods to quantify motor-cognitive performances and for designing specific interven-tion strategies to enhance motor-cognitive abilities in people with mild to moderate-stage dementia. Results support the immediate need as well as the benefit for including motor-cognitive as-sessment methods in the geriatric assessment and to verify existing rehabilitation approaches re-garding to the extension by the training elements of motor-cognitive performances.