Walking balance is critical determinant of human mobility and functional independence. Walking balance is the ability to keep the center of mass within the base of support while walking, and relies on an intricate coordination between sensory and muscular function. Healthy aging is a progressive degenerative process that impairs, among others, walking balance. This impairment manifests itself in the reduced ability to adapt to internal and external perturbations while walking. However, the effects of natural aging on walking balance can go unnoticed when walking task difficulty is low. In this context, beam walking is emerging as a novel paradigm for assessing walking balance. This is because walking on a narrow beam makes it difficult to keep one's balance. The cause of this increase in difficulty is related to a reduction in the base of support which in turn requires greater foot-placement precision. With a reduction in the base of support, the chances of the center of mass moving outside of the base of support while it pivots over the stance leg during gait are increased, possibly causing a "fall", i.e., step-off the beam. Therefore, this thesis aimed to examine the effects of age and walking task difficulty on walking balance, assessed by beam walking. Walking task difficulty was altered in two ways: 1. Changing the walking surface and 2. Manipulating mechanical, cognitive, and postural constraints of beam walking. The effects of age were assessed cross-sectionally comparing age groups. In general, it was expected that age and increased task difficulty would affect walking balance measured by beam walking. It was also hypothesized that decreases in walking balance would be accompanied by changes in neuromuscular and neural control. Therefore, we compared the distance walked on beams of 6-, 8-, and 10-cm-wide, with and without a cognitive dual-task, and with the arms free, crossed in front of the chest, or akimbo (Chapter 2). It was observed that the 6-cm-wide (vs. 8- and 10-cm-wide) beam and crossed arms (vs. akimbo and free) were the constraints that imposed greater difficulty on older adults' walking balance. The insertion of the cognitive task reduced step speed but did not affect the walking balance. Based on the outcomes, we standardized the use of the 6-cm wide beam in the subsequent studies. In Chapter 3, we examined the effects of age and walking task difficulty on the neuromuscular control of walking balance using kinematics and muscle synergy analyses. In this study, we manipulated walking task difficulty by changing walking surface (tape overground vs. 6-cm wide beam). To address these effects on neuromuscular control, we estimated the complexity, coactivity, and efficiency of muscle synergies. In addition, walking balance and margin of stability were also assessed. We observed that older adults reduced the complexity and efficiency of neuromuscular control to maintain the walking balance comparable to young adults. In Chapter 4, we aimed to determine the effects of age, cognitive task, and arm position on neuromuscular control of walking balance. Again, we compared walking balance, margin of stability, and muscle synergy metrics between older and young adults. However, in this study, participants walked only on the 6-cm-wide beam, still alternating trials with and without cognitive task, and with free and crossed arms. The factors affected walking balance neuromuscular control in differently. Age reduced muscle synergy complexity and efficiency, while cognitive task increased muscle synergy coactivity and decreased its efficiency, and crossing arms only reduced muscle synergy complexity. For a deeper understanding of the neural control of walking balance, the experiment in Chapter 5 examined the effects of age and walking balance difficulty on beta-band (13-30 Hz) corticomuscular and intermuscular coherence while manipulating walking surface (overground, a ribbon affixed to the floor, 6-cm wide beam). We observed that walking balance difficulty increased corticomuscular and intermuscular coherences, while age enhanced corticomuscular but not intermuscular coherence. All the changes were seen more frequently during swing phase. Chapter 6 summarizes and discusses the main findings of this thesis. The results were discussed with a perspective on beam walking as an emerging paradigm to assess walking balance during natural aging and on selected potential neural mechanisms underlying the observed age- and difficulty-effects on walking balance during beam walking. Age-related declines in walking balance are more evident in more difficult walking tasks, maybe due to a worse cognitive resource-sharing caused by a less automated gait in older adults. Therefore, even with neural and neuromuscular adaptations, in an attempt to maintain walking balance performance in difficult walking tasks, older compared with younger adults still walk shorter distances.

O equilíbrio da caminhada é um determinante crítico da mobilidade humana e da independência funcional. O equilíbrio da marcha é a capacidade de manter o centro de massa dentro da base de apoio durante a caminhada e depende de uma complexa coordenação entre as funções sensoriais e musculares. O envelhecimento saudável é um processo degenerativo progressivo que prejudica, entre outros, o equilíbrio da marcha. Este prejuízo manifesta-se na capacidade reduzida de adaptação às perturbações internas e externas durante a caminhada. No entanto, os efeitos do envelhecimento natural no equilíbrio da marcha podem passar despercebidos quando a dificuldade da tarefa de caminhar é baixa. Neste contexto, a caminhada na trave emerge como um novo paradigma para avaliar o equilíbrio da caminhada. Isso ocorre porque é mais difícil manter o equilíbrio ao caminhar sobre uma trave estreita. A causa deste aumento de dificuldade está relacionada com a redução da base de apoio que por sua vez exige maior precisão na colocação dos pés. Com a redução da base de apoio, aumentam as chances de o centro de massa se mover para fora da base de apoio enquanto move-se sobre a perna de apoio durante a marcha, possivelmente causando uma "queda", ou seja, um passo fora da trave. Portanto, esta tese teve como objetivo examinar os efeitos da idade e da dificuldade da tarefa de caminhar no equilíbrio da marcha, avaliado pela caminhada na trave. A dificuldade da tarefa de caminhada foi alterada de duas maneiras: 1. Mudança da superfície de caminhada e 2. Manipulação de restrições mecânicas, cognitivas e posturais da caminhada na trave. Os efeitos da idade foram avaliados transversalmente comparando as faixas etárias. Em geral, esperava-se que a idade e o aumento da dificuldade da tarefa afetassem o equilíbrio da marcha medido pela caminhada na trave. Também foi levantada a hipótese de que diminuições no equilíbrio da marcha seriam acompanhadas por alterações no controle neuromuscular e neural. Assim, comparamos a distância percorrida em traves de 6, 8 e 10 cm de largura, com e sem dupla tarefa cognitiva, e com os braços livres, cruzados na frente do peito ou mãos na cintura (Capítulo 2). Observou-se que a trave de 6 cm (vs. 8 e 10 cm) e os braços cruzados (vs. mãos na cintura e braços livres) foram as restrições que impuseram maior dificuldade ao equilíbrio da marcha nos idosos. A inserção da tarefa cognitiva reduziu a velocidade do passo, mas não afetou o equilíbrio da marcha. Com base nos resultados, padronizamos o uso da trave de 6 cm de largura nos estudos subsequentes. No Capítulo 3, examinamos os efeitos da idade e da dificuldade da tarefa de caminhar no controle neuromuscular do equilíbrio da marcha usando análises de cinemática e sinergia muscular. Neste estudo, manipulamos a dificuldade da tarefa de caminhar alterando a superfície de caminhada (fita afixada ao chão vs. trave de 6 cm de largura). Para abordar esses efeitos no controle neuromuscular, estimamos a complexidade, a coatividade e a eficiência das sinergias musculares. Além disso, também foram avaliados o equilíbrio da marcha e a margem de estabilidade. Observamos que os idosos reduziram a complexidade e a eficiência do controle neuromuscular para manter o equilíbrio da marcha comparável aos adultos jovens. No Capítulo 4, o objetivo foi determinar os efeitos da idade, da tarefa cognitiva e da posição dos braços no controle neuromuscular do equilíbrio da marcha. Mais uma vez, comparamos o equilíbrio da caminhada, a margem de estabilidade e as métricas de sinergia muscular entre idosos e jovens. Porém, neste estudo, os participantes caminharam apenas na trave de 6 cm de largura, ainda alternando tentativas com e sem tarefa cognitiva, e com braços livres e cruzados. Esses fatores afetaram o controle neuromuscular do equilíbrio da marcha de maneira diferente. A idade reduziu a complexidade e a eficiência da sinergia muscular, enquanto a tarefa cognitiva aumentou a coatividade da sinergia muscular e diminuiu sua eficiência, e cruzar os braços apenas reduziu a complexidade da sinergia muscular. Para uma melhor compreensão do controle neural do equilíbrio da marcha, o experimento do Capítulo 5 examinou os efeitos da idade e da dificuldade da tarefa na coerência corticomuscular e intermuscular da banda beta (13-30 Hz) durante a manipulação da superfície da caminhada (no solo, em uma fita afixada ao chão, em uma trave de 6 cm de largura). Observamos que a dificuldade de equilíbrio na marcha aumentou as coerências corticomuscular e intermuscular, enquanto a idade aumentou a coerência corticomuscular, mas não a intermuscular. Todas as alterações foram observadas com maior frequência durante a fase de balanço. O Capítulo 6 resume e discute os principais achados desta tese. Os resultados foram discutidos com uma perspectiva sobre a caminhada na trave como um paradigma emergente para avaliar o equilíbrio da caminhada durante o envelhecimento natural e sobre potenciais mecanismos neurais subjacentes aos efeitos da idade e da dificuldade observados no equilíbrio da marcha durante a caminhada na trave. Os declínios relacionados com a idade no equilíbrio da marcha são mais evidentes em tarefas de marcha mais difíceis, talvez devido a uma pior partilha de recursos cognitivos causada por uma marcha menos automatizada em idosos. Portanto, mesmo com adaptações neurais e neuromusculares, na tentativa de manter o desempenho do equilíbrio da marcha em tarefas difíceis de caminhada, os idosos, em comparação com os jovens, ainda caminham distâncias mais curtas.