Fremskyndelse af motorisk læring i pædiatri (AMPED)

Baggrund og begrundelse: Plasticitet kan blive forbedret i den udviklende hjerne, men mekanismer er dårligt forstået. Hjernestimulationsteknologier såsom transkraniel jævnstrømsstimulering (tDCS) modulerer motorisk cortex excitabilitet og plasticitet. Undersøgelser fra vores gruppe og andre tyder på, at neuromodulationsforsøg med tDCS er både sikre og mulige hos børn. For nylig viste efterforskerne, at konventionel tDCS kan forbedre motorisk læring hos raske børn. Derudover har de seneste fremskridt inden for high-definition tDCS (HD-tDCS) givet en mulighed for at fokalt stimulere områder af hjernen. HD-tDCS er til dato ikke blevet undersøgt hos børn.

Etablering af tDCS's evne til at forbedre motorisk læring har terapeutiske implikationer for børn med motoriske handicap. Perinatal slagtilfælde er den førende årsag til hemiparetisk cerebral parese, og de fleste overlevende lider livslangt fysisk handicap. Nye modeller fra vores laboratorium og andre har defineret centrale terapeutiske mål, hvorved hjernestimulering kan forbedre motorisk indlæring og funktion. At forstå virkningerne af tDCS på motorisk læring, og dets underliggende ændringer i hjernen, er afgørende for at fremme sådanne interventioner.

Forskningsspørgsmål og -mål: Her foreslår efterforskerne at karakterisere virkningerne af tDCS på motorisk læring hos raske børn. Det primære formål med denne undersøgelse er at bestemme ændringer i tilegnelse af motoriske færdigheder, når træning er parret med konventionel anodal tDCS, HD-tDCS eller sham tDCS. Flere sekundære mål vil beskrive biokemiske og sansemotoriske ændringer i hjernen, der finder sted under motorisk læring parret med tDCS. Sekundære mål vil også vurdere sikkerheden ved HD-tDCS hos raske børn.

Etik: Denne undersøgelse er blevet godkendt af University of Calgary Research Ethics Board.

Design: Randomiseret, dobbeltblind, sham-kontrolleret forsøg for at evaluere tDCS og HD-tDCS evne til at forbedre motorisk indlæring.

Metoder: Børn vil blive rekrutteret gennem Healthy Infants and Children Clinical Research Program.

Træningsopgaven vil bestå i at udføre Purdue Pegboard Test (PPTL) med deres venstre hånd. Denne enkle motoriske læringsopgave er en velvalideret opgave til kompleks, funktionelt relevant motorisk læring. PPTL har vist god følsomhed over for ændringer i både sunde og sygdomsmotoriske læringsstudier hos voksne og børn i skolealderen. PPTL vil blive udført over fem på hinanden følgende dage for at overvåge motorisk læring.

Børn vil deltage i Alberta Children's Hospital Non-Invasive Brain Stimulation Laboratory. Forsøgspersoner vil blive randomiseret til en af ​​tre stimuleringsgrupper (sham tDCS, konventionel anodal tDCS, HD-tDCS). Baseline-målinger vil blive udført, herunder: magnetisk resonans neuroimaging (anatomisk billeddannelse, funktionel neuroimaging og magnetisk resonansspektroskopi), transkraniel magnetisk stimuleringsneurofysiologi (motorisk kortlægning af venstre og højre motorisk cortex), sensorimotoriske funktionelle ændringer vurderet ved hjælp af det kinesiologiske instrument for normal og Ændrede rækkebevægelser (KINARM; armpositionsmatchning, kinæstesi, visuelt styret rækkevidde og objekttræf-opgave), motoriske funktionsændringer (PPT, Jebsen-Taylor Test, Serial Reaction Time Task) og sensoriske diskriminationsmål (amplitudediskriminering, tidsmæssig ordensvurdering) , tidsbestemt bedømmelsesopgave, varighedsdiskriminationsopgave, varighedsdiskriminering med confound og enkeltstedstilpasningsopgave.

Efter baseline-målinger vil forsøgspersonerne sidde i en behagelig stol med PPTL-testen foran sig på et bord. Deltager randomiseret til sham eller konventionel anodal tDCS vil blive udstyret med to 25cm2 elektroder (anode over højre primære motoriske cortex, katode over det kontralaterale supraorbitale område) eller en EEG-hætte indeholdende fire små cirkulære elektroder (HD-tDCS, 1 anode centreret over højre primære motoriske cortex, 4 katoder omgiver anoden på en ringlignende måde). Tre præ-interventionsforsøg med PPTL vil blive udført. Alle forsøgspersoner vil derefter få tDCS rampet op til 1 milliampere over 45 sekunder. Efter 120 sekunder vil strømmen enten blive rampet ned til 0milliamp (sham tDCS) eller fortsætte i i alt 20 minutter. PPTL'en vil blive udført 5, 10 og 15 minutter efter stimuleringens påbegyndelse og efter stimuleringen er afsluttet (3 gentagelser pr. tidspunkt). Et tDCS sikkerheds- og tolerabilitetsspørgeskema vil derefter blive udfyldt.

Den samme tDCS-behandling, PPTL-træning og sikkerheds- og tolerabilitetsspørgeskemaer vil blive udført i løbet af de næste tre på hinanden følgende dage. På studiedag 5 vil deltagerne igen gentage PPTL-træning parret med tDCS-behandling. Efter tDCS- og PPTL-træning vil magnetisk resonans-neuroimaging, transkraniel magnetisk stimulationsneurofysiologi, sensorimotoriske funktionsændringer, motoriske funktionsændringer og sensoriske diskriminationsforanstaltninger blive gentaget for at vurdere ændringer induceret af motorisk læring og tDCS.

Deltagerne vil vende tilbage seks uger efter træning, hvor magnetisk resonans neuroimaging, transkraniel magnetisk stimulation neurofysiologi, sensorimotoriske funktionelle ændringer, motoriske funktionsændringer og sensoriske diskriminationsforanstaltninger vil blive gentaget for at vurdere langsigtede ændringer.

Dataanalyse: Alle udfaldsvariabler vil blive sammenlignet på tværs af de tre interventionsgrupper (sham tDCS, konventionel tDCS, HD-tDCS) ved hjælp af en to-vejs gentagne målinger ANOVA med passende post-hoc analyse. De gentagne mål ANOVA vil skelne påvirkningen af ​​intervention (stimuleringstype) og tid (baseline, efter træning, 1 måned efter træning). Pearsons korrelationer vil blive udført mellem det primære resultatmål og sekundære resultatmål. Sekundær statistisk analyse vil blive udført efter behov.