Balance and Cognition: Resource Allocation and Its Control in Young and Older Adults

Abstract

How do people manage everyday situations that involve a cognitive task and sensorimotor activities? The model of selection, optimization, and compensation (SOC-model, P. B. Baltes & Baltes, 1990) proposes that resource limitations induce individuals to select the more important domain of functioning and to invest more resources into it. In old age, reliable sensorimotor performances, like walking or maintaining stability, become increasingly important because older adults are exposed to many risks of falls. And falls may have dramatic consequences in old age. However, keeping body's equilibrium presumably requires a considerable amount of mental resources. How do older and younger adults allocate their mental resources in dual-task situations that involve a sensorimotor and a cognitive component? Is resource allocation under individuals' deliberate control? In this study, 18 young (20.5 - 29.2 years) and 18 older (69.8 - 83.6 years) adults were tested with a dual-task paradigm. In the dual-task condition, participants performed a reaction-time (RT) task, which required quick and accurate manual responses to acoustic stimuli, while they had to maintain balance on a dynamic force platform as it generated unpredictable perturbations. To challenge resources, a difficulty manipulation (single- versus two-choice RT task and light versus strong perturbations) was introduced to the study design. To investigate the individuals' capability to deliberately control resource allocation, participants were instructed to vary their attentional emphasis by focusing on balance, focusing on the RT task, or to perform both tasks equally well. By comparing dual- and single-task performances, the decrement in the performance of one task resulting from concurrent performance of the other task (dual-task cost) was assessed. Although results showed an age-related deficit in dual- task performance over and above age-related decline in single tasks, both age groups were able to deliberately allocate their mental resources. However, deliberate control was more pronounced in the cognitive than in the balance domain, and in the easy than in the difficult condition. Whereas young adults could deliberately control or even risk their balance in the difficult dual- task situation, older adults always protected their stability. The findings give strong support to the SOC-model's assumption of prioritization of balance, the most important domain, over cognitive performance in old age. At the same time, there was ample evidence for older adults' potential to flexibly allocate resources, most notably in the cognitive task. This capacity, however, was severely limited, especially when resource demands of the sensorimotor task increased.

Wie bewältigen junge und ältere Erwachsene eine Situation, in der eine kognitive und eine sensumotorische Aufgabe gleichzeitig durchgeführt werden müssen? Die Theorie der Selektion, Optimierung und Kompensation postuliert, dass altersbedingte Kapazitätsverluste die Fokussierung auf zentrale (z.B. ökologisch relevante) Funktionsbereiche verstärken. Die Fähigkeit, stabiles Gleichgewicht zu halten, hat vor allem im Alter hohe ökologische Relevanz. Das Gleichgewicht ist im Alter deutlich schlechter, und es erfordert verstärkt kognitive Ressourcen. Wenn andere, z.B. kognitive Anforderungen, vom Halten des Gleichgewichts ablenken, steigt das Sturzrisiko. Die Sturzfolgen sind im Alter schwerwiegender. Es entsteht die Frage, wie junge und ältere Erwachsene ihre mentalen Ressourcen auf gleichzeitige kognitive und sensumotorische Aufgaben verteilen (allozieren)? Können junge und ältere Erwachsene ihre Ressourcen-Allokation kontrollieren? N = 18 junge (M = 24,5 Jahre) und N = 18 ältere Erwachsene (M = 75,9 Jahre) wurden mit Hilfe des Doppelaufgaben- Paradigmas getestet. Die sensumotorische Komponente des Paradigmas verlangte beim Stehen auf einer Kraftmessplattform das Halten des Gleichgewichts nach unerwarteten, kurzen Plattformschwankungen. Als Maß für das Gleichgewicht einer Person diente die Fläche, die durch das Schwanken des Körperkraftschwerpunkts während eines Versuchsdurchgangs entsteht. Eine große Fläche war ein Indikator für beeinträchtigtes Gleichgewicht. Die kognitive Aufgabe war eine Wahl-Reaktionszeitaufgabe, bei der Probanden auf akustische Stimuli so schnell und akkurat wie möglich manuell reagieren mussten. Die abhängigen Variablen waren die Reaktionszeit und die Anzahl der Fehler. Um die Ressourcen-Allokation unter erhöhtem Ressourcenbedarf erfassen zu können, wurde der Schwierigkeitsgrad beider Aufgaben systematisch variiert. Die drei Instruktionsvarianten (Fokus ist primär auf die Gleichgewichts-Aufgabe, primär auf die Reaktionszeit-Aufgabe oder auf beide Aufgaben im gleichen Ausmaß gerichtet) erlaubten, die Kontrolle der Ressourcen-Allokation in der Doppelaufgaben-Situation zu untersuchen. Der Vergleich der Performanz in der Einzel- und Doppelaufgaben zeigte, dass die Leistungseinbußen (Kosten) in der Doppelaufgaben-Situation höher im kognitiven als im sensumotorischen Bereich und bei älteren höher als bei jungen Menschen waren. Ältere im Gegensatz zu den jungen Teilnehmern machten vor allem in der schwierigen Bedingung der Doppelaufgaben deutlich mehr Fehler, die durch das Auslassen von Stimuli gekennzeichnet waren. Systematisches Variieren von Instruktion und Aufgabenschwierigkeit zeigte, dass beide Altersgruppen ihre Ressourcen- Allokation kontrollieren konnten. Diese Fähigkeit war stärker im kognitiven als im sensumotorischen Bereich und stärker in der einfachen als in der schwierigen Bedingung ausgeprägt. Im Gegensatz zu älteren konnten junge Menschen ihr Gleichgewichtsverhalten gezielt beeinflussen. Insgesamt unterstützt die vorliegende Studie die Annahme der SOK-Theorie, dass Kapazitätsverlust verstärkt zur Selektion von relevanteren Funktionsbereichen führt, und dass dieses Phänomen sich vor allem im hohen Alter zeigt. Allerdings verfügen auch Ältere über ein gewisses Potential, das ihnen erlaubt, mit ihren Ressourcen flexibel umzugehen. Die Flexibilität ist jedoch bei erhöhtem Ressourcenbedarf und im sensumotorischen Bereich reduziert.