tDCS og motorisk læring hos børn med DCD

Transkraniel jævnstrømsstimulering (tDCS) er en af ​​de mest almindelige ikke-invasive hjernestimuleringsteknikker, men anvendelser i pædiatriske populationer er relativt uudforskede. tDCS påfører en svag elektrisk strøm over hovedbunden for at modulere kortikal excitabilitet. Anodal stimulation exciterer den stimulerede hjerneregion. Anodal tDCS påført den motoriske cortex kontralateralt til den trænede hånd forbedrer motorisk læring på tværs af enkelt- eller flere dages træningssessioner (Reis 2009). tDCS har vist lovende effekter i den udviklende hjerne, herunder potentialet til at forbedre motoriske færdigheder, som derefter kan overføres til andre utrænede færdigheder hos typisk udviklende børn (Ciechanski 2017). tDCS er sikker og tolerabel og en gennemførlig teknik med kun milde kortsigtede bivirkninger (f.eks. rødme, prikken, kløe og brændende fornemmelse) hos børn. De negative virkninger opstår normalt på elektrodesteder og forsvinder inden for få minutter efter stimulering starter (Krishnan 2015).

Kombineret med motorbaserede interventioner kan tDCS forbedre motorisk ydeevne hos voksne (Reis 2009, 2011) og børn (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016). Det bruges i øjeblikket i kombination med andre behandlinger (f.eks. adfærdsterapi og neurorehabilitering) hos børn og unge med neuroudviklingsforstyrrelser (Muszkat 2016), herunder Autisme Spektrum Forstyrrelse (Amatachaya 2014) og Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) (Bandeira) 2016), samt motoriske lidelser såsom cerebral parese (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016). Effekten af ​​tDCS på færdighedsmotorisk læring hos børn med udviklingskoordinationsforstyrrelse (DCD) er dog stort set uudforsket.

DCD er en kronisk motorisk lidelse af ukendt ætiologi, der rammer 5-6 % af børn i skolealderen i Canada (APA, 2013). DCD forstyrrer børns akademiske præstationer og begrænser deres evne til at deltage i daglige aktiviteter (f.eks. printe, klæde sig på, binde deres sko, cykle, bruge bestik) såvel som erhvervsaktiviteter, fritid og leg (APA, 2013) .15 Efterfølgende kan børn udvikle psykosociale vanskeligheder, herunder lavt selvværd, depression, angst, ensomhed, problemer med jævnaldrende og dårlig deltagelse i fysiske og sociale aktiviteter (Zwicker 2013). DCD er en livslang tilstand, og 75 % af børn med DCD vil fortsat opleve motoriske vanskeligheder som voksne, hvis de ikke får ordentlig behandling (Kirby 2014). Op mod halvdelen af ​​børn med DCD har også samtidig ADHD (Piek 1999).

Adskillige hjerneregioner er blevet impliceret i DCD, herunder cerebellum, basalganglier, parietallapp og dele af frontallappen (f.eks. dorsolateral præfrontal cortex eller DLPFC) (Biotteau 2016). Den primære motoriske cortex (M1) er placeret i den dorsale del af frontallappen og er funktionelt forbundet med andre motoriske områder. Imidlertid kan den funktionelle forbindelse mellem M1 og hjerneområder involveret i motorisk funktion og sensorimotorisk behandling, såsom striatum og vinkelgyrus, være nedsat hos børn med DCD (McLeod 2014). Målretning af sådanne specifikke hjerneregioner i rehabilitering kan være effektiv til at forbedre de motoriske resultater hos berørte børn.

I øjeblikket er de mest gavnlige interventioner til at forbedre den motoriske præstation hos børn med DCD opgaveorienterede tilgange, der fokuserer på at lære en bestemt opgave frem for på de kropsfunktioner, der kræves for at udføre en opgave (Smits-Engelsman 2013). En række opgaveorienterede tilgange bruges almindeligvis til at behandle børn med DCD (Niemeijer 2007; Polatajko 2001). Forskerne mener, at hjernestimulering kan forbedre motorisk læring og effekten af ​​opgaveorienterede tilgange hos børn med DCD. For bedre at forstå tDCS som en behandling for børn med DCD, som det første skridt, er det afgørende at undersøge, om tDCS kan forbedre motorisk læring i denne population. Derfor sigter efterforskerne på at udføre et randomiseret, blindet, sham-kontrolleret interventionsstudie af anodal tDCS over M1 kombineret med en motorisk læringsopgave for at vurdere dens effektivitet på motorisk læring hos børn med DCD. Dette er en pilotundersøgelse for at bestemme en stikprøvestørrelse for en større undersøgelse.

MÅL OG HYPOTESER

Mål 1: At bestemme om transkraniel jævnstrømsstimulering (tDCS) forbedrer motorisk læring hos børn med DCD.

Hypotese 1: Sammenlignet med børn i fupgruppe vil børn i stimulationsgruppe vise bedre funktionelle resultater hurtigere motorisk læring i hver session (online læring) og efter 3 sessioner.

Mål 2: At bestemme levetiden af ​​tDCS-effekter på motorisk læring hos børn med DCD.

Hypotese 2: Børn i stimulationsgruppe vil vedligeholde deres motoriske indlæring efter 6 uger sammenlignet med sham-gruppen.

METODOLOGI

Undersøgelsesdesign: Dette studie er et randomiseret, sham-kontrolleret, dobbeltblindet forsøg. Deltagerne vil blive tilfældigt tildelt aktiv eller falsk stimulering.

Deltagere: Børn vil blive rekrutteret fra etablerede kohorter af børn med DCD, som blev vurderet på BC Children's Hospital eller Sunny Hill Health Center for Children (Vancouver, BC), og som opfylder DSM-5 diagnostiske kriterier (American Psychiatric Association, 2013).

Prøvestørrelse: Prøvestørrelsen blev beregnet baseret på en randomiseret sham-kontrol designet undersøgelse i typisk udviklende børn, der modtog M1 A-tDCS eller sham tDCS over 3 på hinanden følgende dage med Purdue Pegboard Test træning.4 Prøvestørrelsesberegning foreslog, at i alt 14 forsøgspersoner, 7 forsøgspersoner pr. gruppe, ville have en styrke på 95 % til at opdage forbedring i Purdue Pegboard Test (effektstørrelse = 2,58) med en type-1 fejl på 0,05.

Fremgangsmåde: Efter screening og rekruttering vil forældre give samtykke, og børn vil give samtykke til at deltage i undersøgelsen. Vi vil randomisere børn til aktive eller falske stimuleringsgrupper; en statistiker vil randomisere deltagere ved hjælp af computergenererede sekventielle blokke på 4 til 6. Randomiseringskoder vil blive opbevaret i forseglede uigennemsigtige konvolutter indtil studietilmelding. En forskerstuderende med træning i ergoterapi vil blive blindet for gruppeopgaver og vil vurdere børn ved hjælp af Purdue Pegboard Test (PPT; Tiffin 1968), Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency-2 (BOT-2; Bruininks 2005) og Evaluation Værktøj til børns håndskrift (ETCH; Amundson, 1995). Derefter vil børn modtage 3 dages tDCS i 30 minutter hver dag; i løbet af de første 10 minutter vil børn gennemføre Purdue Pegboard Test Training (for at vurdere indlæring af en motorisk opgave), efterfulgt af 20 minutters håndskriftøvelse ved hjælp af "Printing Like a Pro!" (Montgomery 2017), for at vurdere indlæring af en funktionel motorik opgave). En ergoterapeut vil revurdere børnene ved afslutningen af ​​sidste træningsdag og igen 6 uger senere.

Indgreb

tDCS: Jævnstrøm vil blive leveret ved hjælp af en transkraniel elektrisk stimulator godkendt af Health Canada (Soterix Medical Inc., New York, USA) (Soterix Medical, 2016). Stimulering vil blive påført hovedbunden gennem to 5×7 cm svampe-saltvandsgennemblødte elektroder: aktive og reference. Et simpelt hovedbeklædningssystem, inklusive EASYpads og EASYstraps, vil holde elektroderne på plads. I de aktive stimulerings- og sham-grupper vil anoden (aktiv elektrode) være placeret over venstre primære motoriske cortex med katoden (referenceelektrode) over højre pande i supraorbitalt område. Det internationale 10/20 elektroencefalografi elektrodesystem vil blive brugt til at lokalisere M1 (Klem 1999). Den dominerende venstre motoriske cortex vil blive stimuleret, fordi efterforskerne sigter mod samtidig at træne den dominerende hånd til en motorisk læringsopgave og en funktionel opgave. Stimuleringen vil blive påført ved 1 mA i 30 min. En mA anodal stimulation kan forårsage hjernestrømtætheder hos børn i gennemsnit sammenlignelig med tætheder set hos voksne udsat for 2 mA strøm (Kessler 2013), og den efterfølgende excitabilitet kan vare længere end en time (Moliadze 2015). For aktive stimuleringsgrupper vil strømmen blive rampet op til 1 mA over 45-60 s, holdt i 30 minutter og rampet ned til 0 mA over 45-60 s. For sham-grupperne vil stimulationen blive rampet op og kun holdt i 60 s, før den langsomt rampes ned. Denne procedure, kaldet Fade-in-Short Stimulation-Fade out, har vist sin pålidelighed som en effektiv sham-teknik ved at give den samme tolerabilitet og forbigående hovedbundsfornemmelse som aktiv stimulation hos både voksne (Ambrus 2012) og børn (Ciechanski 2017). I tilfælde af "alvorlige uønskede hændelser" (f.eks. andengrads hovedbundsforbrænding på stedet for elektrodepuden eller kliniske anfald) i løbet af undersøgelsen, vil det blive stoppet med det samme.

Motorisk læringsopgave: I løbet af tre på hinanden følgende dage vil hvert barn udføre fem blokke af Purdue Pegboard Test: en blok før, tre blokke under og en blok efter tDCS. Hver blok består af tre gentagelser af Purdue Pegboard Test med højre hånd. Børnene skal placere stifter i et pindebræt så hurtigt som muligt på 30 sekunder. Det vil tage op til 10 minutters hjernestimuleringstid.

Funktionel motorisk opgave: Efter Purdue Pegboard-testen vil hvert barn modtage kognitiv-baseret intervention til udskrivningsfærdigheder i 20 minutter, mens de modtager tDCS. "Udskrivning som en professionel!" (Montgomery 2017) -en kognitiv tilgang til undervisning i udskrivning til børn i folkeskolealderen - vil blive brugt til at undervise i bogstaver, som hvert barn har sværest ved at udskrive læseligt som identificeret ved en formel vurdering af håndskrift-ETCH (manuskript) (Amundson 1995) .

Dataanalyseplan:

Purdue Pegboard Test er det primære resultatmål for interesse. For at måle online læring inden for en session og offline læring på tværs af sessioner, vil vi anvende Repeated Measure Analysis of Co-variance (ANCOVA) med et α-niveau på 0,05. For at måle effekten af ​​intervention og fastholdelse vil vi anvende en parret t-test og gentaget mål ANCOVA på de primære og sekundære resultater. To-vejs ANCOVA og uafhængig t-test vil også blive brugt til at sammenligne grupper (stimulering versus sham). MABC-2-score og opmærksomhedsniveau som vurderet af Conners ADHD-indeks vil blive brugt som kovariater for at tage højde for individuelle forskelle i opmærksomhed og motoriske færdigheder.

Betydning:

Dette er det første studie af sin art, der både undersøger effekten af ​​hjernestimulering i motorisk læring hos børn med DCD og integrerer teknologi til at forbedre funktionel motorisk læring for børn med DCD. Denne undersøgelse vil bidrage til at planlægge mere effektive interventioner for disse børn for at forbedre både deres motoriske færdigheder og funktionelle resultater. Derudover vil resultater være af interesse for pædiatriske klinikere (f.eks. ergoterapeuter) og forældre, der søger mere effektive tilgange til disse børn, såvel som forskere, studerende og politiske beslutningstagere inden for neurorehabilitering.