Neurophysiological mechanisms study of postural instability in amyotrophic lateral sclerosis from a biomechanical model of gait initiation

L'instabilité posturale est souvent observée chez les patients atteints de la sclérose latérale amyotrophique (SLA). Cependant, les mécanismes neuronaux impliqués dans cette instabilité posturale demeurent largement inconnus. Comparés aux patients SLA sans instabilité postural, les patients atteints de SLA avec instabilité posturale présentent des APA altérés avec un déplacement postérieur du centre de pression du pied diminué (CP) et une durée des APA augmentée, la longueur et la vitesse du premier pas sont réduites, enfin, le contrôle postural dynamique est déficitaire avec une diminution spectaculaire de l'indice de freinage. A l'inverse, nous n’observons aucune modification des phases d’anticipation et d’exécution du pas chez les patients SLA sans instabilité posturale comparés aux sujets témoins. Le faible recul du CP au cours de la phase d’anticipation est corrélé positivement de façon significative à l’atrophie de la substance grise du PCC, SPL, PPN et le CN ; et la durée augmentée de la phase d’anticipation est corrélée négativement de façon significative à l’atrophie de la matière grise du AMS et du cervelet. Les réductions de la vitesse et de la longueur du premier pas sont liées de façon significative à l’atrophie de la matière grise dans le PMC, le PPN et le vermis cérébelleux, enfin, l’absence de freinage actif est corrélée à une diminution du volume de la matière grise du CUN. Ces résultats suggèrent que l'instabilité posturale des patients atteints de SLA est causée, au moins en partie, par le dysfonctionnement des régions et des réseaux connus pour être impliqués dans l'initiation de la marche et dans le contrôle de l’équilibre.Postural instability is frequently reported in Amyotrophic Lateral Sclerosis (SLA) patients. However, the neural mechanisms that contribute to postural instability in SLA patients remain largely unknown. In comparison to both SLA patients without postural instability and controls, SLA patients with postural instability presented an altered anticipatory postural adjustment (APA) phase with a decreased posterior displacement of the center of foot pressure (CP) and a increased APA duration, decreased length and velocity of the first step and deficit of the dynamic postural control with a dramatic decreased braking index. Conversely, the gait initiation was not significantly modified in SLA patients without postural instability in comparison to controls. The reduced posterior CP displacement during the APA was significantly related to reduced grey matter volume of the left PCC, left SPL, right PPN and caudate nucleus, and the increased APA duration to the reduced grey matter volume of the left AMS and right cerebellum. The reduced velocity of the first step was significantly related to a decreased grey matter volume within the left PMC, right PPN and cerebellar vermis and the reduced braking index to decreased grey matter volume of the right CUN. These results suggest that postural instability of SLA patients result, at least partly, from dysfunction of brain regions and networks known to be involved in gait initiation and balance controls in human

Extrapyramidal deficits in ALS: a combined biomechanical and neuroimaging study

International audienceIntroduction Extrapyramidal deficits are poorly characterised in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) despite their contribu-tion to functional disability, increased fall risk and their quality-of-life implications. Given the concomitant pyramidal and cerebellar degeneration in ALS, the clinical assessment of extrapyramidal features is particularly challenging.Objective The comprehensive characterisation of postural instability in ALS using standardised clinical assessments, gait analyses and computational neuroimaging tools in a prospective study design.Methods Parameters of gait initiation in the anticipatory postural adjustment phase (APA) and execution phase (EP) were evaluated in ALS patients with and without postural instability and healthy controls. Clinical and gait analysis parameters were interpreted in the context of brain imaging findings.Results ALS patients with postural instability exhibit impaired gait initiation with an altered APA phase, poor dynamic postural control and significantly decreased braking index. Consistent with their clinical profile, “unsteady” ALS patients have reduced caudate and brain stem volumes compared to “steady” ALS patients.Interpretation Our findings highlight that the ALS functional rating scale (ALSFRS-r) does not account for extrapyramidal deficits, which are major contributors to gait impairment in a subset of ALS patients. Basal ganglia degeneration in ALS does not only contribute to cognitive and behavioural deficits, but also adds to the heterogeneity of motor disabilit