Beschleunigung des motorischen Lernens in der Pädiatrie (AMPED)

Hintergrund und Begründung: Die Plastizität kann im sich entwickelnden Gehirn verstärkt werden, aber die Mechanismen sind kaum verstanden. Gehirnstimulationstechnologien wie die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) modulieren die Erregbarkeit und Plastizität des Motorkortex. Studien unserer Gruppe und anderer legen nahe, dass Neuromodulationsversuche mit tDCS sowohl sicher als auch bei Kindern durchführbar sind. Kürzlich zeigten die Forscher, dass herkömmliche tDCS das motorische Lernen bei gesunden Kindern verbessern kann. Darüber hinaus bieten die jüngsten Fortschritte bei der hochauflösenden tDCS (HD-tDCS) eine Möglichkeit, Regionen des Gehirns fokal zu stimulieren. HD-tDCS wurde bisher nicht bei Kindern untersucht.

Die Feststellung einer Fähigkeit von tDCS, das motorische Lernen zu verbessern, hat therapeutische Implikationen für Kinder mit motorischen Behinderungen. Perinataler Schlaganfall ist die Hauptursache für hemiparetische Zerebralparese und die meisten Überlebenden leiden lebenslang an körperlicher Behinderung. Neue Modelle aus unserem Labor und anderen haben zentrale therapeutische Ziele definiert, wodurch die Hirnstimulation das motorische Lernen und die motorische Funktion verbessern kann. Das Verständnis der Auswirkungen von tDCS auf das motorische Lernen und die zugrunde liegenden Veränderungen im Gehirn ist für die Weiterentwicklung solcher Interventionen von entscheidender Bedeutung.

Forschungsfrage & Ziele: Hier schlagen die Forscher vor, die Auswirkungen von tDCS auf das motorische Lernen bei gesunden Kindern zu charakterisieren. Das Hauptziel dieser Studie ist es, Veränderungen beim Erwerb motorischer Fähigkeiten zu bestimmen, wenn das Training mit konventioneller anodischer tDCS, HD-tDCS oder Schein-tDCS kombiniert wird. Mehrere sekundäre Ziele werden biochemische und sensomotorische Veränderungen im Gehirn beschreiben, die während des motorischen Lernens in Verbindung mit tDCS stattfinden. Sekundäre Ziele werden auch die Sicherheit von HD-tDCS bei gesunden Kindern bewerten.

Ethik: Diese Studie wurde von der Forschungsethikkommission der University of Calgary genehmigt.

Design: Randomisierte, doppelblinde, scheinkontrollierte Studie zur Bewertung der Fähigkeit von tDCS und HD-tDCS zur Verbesserung des motorischen Lernens.

Methoden: Die Kinder werden über das Clinical Research Program für gesunde Säuglinge und Kinder rekrutiert.

Die Trainingsaufgabe besteht darin, den Purdue Pegboard Test (PPTL) mit der linken Hand durchzuführen. Diese einfache motorische Lernaufgabe ist eine gut validierte Aufgabe für komplexes, funktionsrelevantes motorisches Lernen. Das PPTL hat eine gute Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen sowohl in gesunden als auch in krankheitsbezogenen motorischen Lernstudien bei Erwachsenen und Kindern im Schulalter gezeigt. Die PPTL wird an fünf aufeinanderfolgenden Tagen durchgeführt, um das motorische Lernen zu überwachen.

Die Kinder werden am Alberta Children's Hospital Non-Invasive Brain Stimulation Laboratory teilnehmen. Die Probanden werden randomisiert einer von drei Stimulationsgruppen zugeteilt (Schein-tDCS, konventionelle anodische tDCS, HD-tDCS). Es werden grundlegende Maßnahmen durchgeführt, darunter: Magnetresonanz-Neuroimaging (anatomische Bildgebung, funktionelle Neuroimaging und Magnetresonanzspektroskopie), transkranielle Magnetstimulations-Neurophysiologie (motorische Kartierung des linken und rechten motorischen Kortex), sensomotorische funktionelle Veränderungen, die mit dem kinesiologischen Instrument für normale und Altered Reaching Movements (KINARM; Arm Positioning Matching, Kinästhesie, visuell geführtes Greifen und Object Hit Task), motorische Funktionsänderungen (PPT, Jebsen-Taylor-Test, Serial Reaction Time Task) und sensorische Diskriminierungsmaßnahmen (Amplitudendiskriminierung, Beurteilung der zeitlichen Reihenfolge). , Aufgabe zur Beurteilung der zeitlichen Reihenfolge, Aufgabe zur Unterscheidung der Dauer, Aufgabe zur Unterscheidung der Dauer mit Confound und Aufgabe zur Anpassung an einen einzelnen Ort.

Nach den Grundmessungen sitzen die Probanden in einem bequemen Stuhl mit dem PPTL-Test vor ihnen auf einem Tisch. Teilnehmer, die für Schein- oder konventionelle anodische tDCS randomisiert wurden, werden mit zwei 25-cm2-Elektroden (Anode über dem rechten primären motorischen Kortex, Kathode über dem kontralateralen supraorbitalen Bereich) oder einer EEG-Haube mit vier kleinen kreisförmigen Elektroden (HD-tDCS, 1 Anode mittig über dem rechter primärer motorischer Kortex, 4 Kathoden umgeben ringförmig die Anode). Es werden drei Präinterventionsversuche des PPTL durchgeführt. Bei allen Probanden wird die tDCS dann über 45 Sekunden auf 1 Milliampere hochgefahren. Nach 120 Sekunden wird der Strom entweder auf 0 Milliampere heruntergefahren (Schein-tDCS) oder für insgesamt 20 Minuten fortgesetzt. Die PPTL wird 5, 10 und 15 Minuten nach Beginn der Stimulation und nach Beendigung der Stimulation durchgeführt (3 Wiederholungen pro Zeitpunkt). Anschließend wird ein tDCS-Sicherheits- und Verträglichkeitsfragebogen ausgefüllt.

Dieselbe tDCS-Behandlung, PPTL-Schulung und Sicherheits- und Verträglichkeitsfragebögen werden an den nächsten drei aufeinanderfolgenden Tagen durchgeführt. Am Studientag 5 werden die Teilnehmer erneut das PPTL-Training gepaart mit der tDCS-Behandlung wiederholen. Nach dem tDCS- und PPTL-Training werden Magnetresonanz-Neuroimaging, transkranielle Magnetstimulations-Neurophysiologie, sensomotorische funktionelle Veränderungen, motorische Funktionsänderungen und sensorische Diskriminierungsmaßnahmen wiederholt, um die durch motorisches Lernen und tDCS induzierten Veränderungen zu bewerten.

Die Teilnehmer kehren sechs Wochen nach dem Training zurück, wo Magnetresonanz-Neuroimaging, transkranielle Magnetstimulations-Neurophysiologie, sensomotorische funktionelle Veränderungen, motorische Funktionsveränderungen und sensorische Diskriminierungsmaßnahmen wiederholt werden, um langfristige Veränderungen zu bewerten.

Datenanalyse: Alle Ergebnisvariablen werden über die drei Interventionsgruppen hinweg (Schein-tDCS, konventionelle tDCS, HD-tDCS) unter Verwendung einer zweifachen ANOVA mit wiederholten Messungen mit geeigneter Post-hoc-Analyse verglichen. Die ANOVA mit wiederholten Messungen unterscheidet den Einfluss der Intervention (Stimulationstyp) und der Zeit (Basislinie, nach dem Training, 1 Monat nach dem Training). Pearson-Korrelationen werden zwischen dem primären Ergebnismaß und den sekundären Ergebnismaßen durchgeführt. Sekundäre statistische Analysen werden nach Bedarf durchgeführt.