tDCS und motorisches Lernen bei Kindern mit DCD

Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine der häufigsten nicht-invasiven Hirnstimulationstechniken, aber Anwendungen in der Pädiatrie sind relativ unerforscht. tDCS wendet einen schwachen elektrischen Strom über der Kopfhaut an, um die kortikale Erregbarkeit zu modulieren. Anodenstimulation erregt die stimulierte Gehirnregion. Eine anodische tDCS, die kontralateral zur trainierten Hand auf den motorischen Kortex angewendet wird, verbessert das motorische Lernen über ein- oder mehrtägige Trainingseinheiten hinweg (Reis 2009). tDCS hat vielversprechende Wirkungen im sich entwickelnden Gehirn gezeigt, einschließlich des Potenzials zur Verbesserung der motorischen Fähigkeiten, die dann auf andere ungeübte Fähigkeiten bei sich normal entwickelnden Kindern übertragen werden können (Ciechanski 2017). tDCS ist sicher und verträglich und eine praktikable Technik mit nur leichten kurzfristigen Nebenwirkungen (z. B. Rötung, Kribbeln, Juckreiz und Brennen) bei Kindern. Die Nebenwirkungen treten normalerweise an Elektrodenstellen auf und verschwinden innerhalb weniger Minuten nach Beginn der Stimulation (Krishnan 2015).

In Kombination mit motorbasierten Interventionen kann tDCS die motorische Leistungsfähigkeit bei Erwachsenen (Reis 2009, 2011) und Kindern (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016) verbessern. Es wird derzeit in Kombination mit anderen Behandlungen (z. B. Verhaltenstherapie und Neurorehabilitation) bei Kindern und Jugendlichen mit neurologischen Entwicklungsstörungen (Muszkat 2016), einschließlich Autismus-Spektrum-Störung (Amatachaya 2014) und Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) (Bandeira 2016), sowie motorische Störungen wie Zerebralparese (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016). Die Wirkung von tDCS auf das kompetenzmotorische Lernen bei Kindern mit Entwicklungskoordinationsstörung (DCD) ist jedoch weitgehend unerforscht.

DCD ist eine chronische motorische Störung unbekannter Ätiologie, die 5-6 % der Kinder im schulpflichtigen Alter in Kanada betrifft (APA, 2013). DCD beeinträchtigt die schulischen Leistungen von Kindern und schränkt ihre Fähigkeit ein, an täglichen Aktivitäten (z. B. Drucken, Anziehen, Schuhe binden, Fahrrad fahren, Besteck benutzen) sowie an beruflichen Aktivitäten, Freizeit und Spiel teilzunehmen (APA, 2013) .fünfzehn In der Folge können Kinder psychosoziale Schwierigkeiten entwickeln, darunter ein geringes Selbstwertgefühl, Depressionen, Angstzustände, Einsamkeit, Probleme mit Gleichaltrigen und eine geringe Teilnahme an körperlichen und sozialen Aktivitäten (Zwicker 2013). DCD ist eine lebenslange Erkrankung, und 75 % der Kinder mit DCD werden als Erwachsene weiterhin motorische Schwierigkeiten haben, wenn sie nicht angemessen behandelt werden (Kirby 2014). Bei bis zu der Hälfte der Kinder mit DCD tritt auch ADHS auf (Piek 1999).

Mehrere Hirnregionen wurden mit DCD in Verbindung gebracht, darunter Kleinhirn, Basalganglien, Parietallappen und Teile des Frontallappens (z. B. dorsolateraler präfrontaler Kortex oder DLPFC) (Biotteau 2016). Der primäre motorische Cortex (M1) befindet sich im dorsalen Teil des Frontallappens und ist funktionell mit anderen motorischen Arealen verbunden. Die funktionelle Konnektivität zwischen M1 und Gehirnregionen, die an der motorischen Funktion und sensomotorischen Verarbeitung beteiligt sind, wie Striatum und Gyrus Angular, kann jedoch bei Kindern mit DCD verringert sein (McLeod 2014). Die Ausrichtung auf solche spezifischen Gehirnregionen in der Rehabilitation könnte bei der Verbesserung der motorischen Ergebnisse betroffener Kinder wirksam sein.

Derzeit sind die nützlichsten Interventionen zur Verbesserung der motorischen Leistungsfähigkeit von Kindern mit DCD aufgabenorientierte Ansätze, die sich auf das Erlernen einer bestimmten Aufgabe konzentrieren und nicht auf die Körperfunktionen, die zum Ausführen einer Aufgabe erforderlich sind (Smits-Engelsman 2013). Eine Reihe von aufgabenorientierten Ansätzen werden häufig verwendet, um Kinder mit DCD zu behandeln (Niemeijer 2007; Polatajko 2001). Die Forscher glauben, dass die Hirnstimulation das motorische Lernen und die Wirkung aufgabenorientierter Ansätze bei Kindern mit DCD verbessern kann. Um tDCS als Behandlung für Kinder mit DCD besser zu verstehen, ist es als erster Schritt entscheidend zu untersuchen, ob tDCS das Lernen motorischer Fähigkeiten in dieser Population verbessern kann. Daher zielen die Forscher darauf ab, eine randomisierte, verblindete, scheinkontrollierte Interventionsstudie mit anodischer tDCS über M1 in Kombination mit einer motorischen Lernaufgabe durchzuführen, um ihre Wirksamkeit beim motorischen Lernen bei Kindern mit DCD zu bewerten. Dies ist eine Pilotstudie zur Bestimmung einer Stichprobengröße für eine größere Studie.

ZIELE UND HYPOTHESEN

Ziel 1: Bestimmung, ob die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) das motorische Lernen bei Kindern mit DCD verbessert.

Hypothese 1: Im Vergleich zu Kindern in der Scheingruppe zeigen Kinder in der Stimulationsgruppe bessere funktionelle Ergebnisse, schnelleres motorisches Lernen in jeder Sitzung (Online-Lernen) und nach 3 Sitzungen.

Ziel 2: Bestimmung der Langlebigkeit der tDCS-Effekte auf das motorische Lernen bei Kindern mit DCD.

Hypothese 2: Kinder in der Stimulationsgruppe werden ihr motorisches Lernen nach 6 Wochen im Vergleich zur Scheingruppe beibehalten.

METHODIK

Studiendesign: Diese Studie ist eine randomisierte, scheinkontrollierte, doppelblinde Studie. Die Teilnehmer werden nach dem Zufallsprinzip der aktiven oder der Scheinstimulation zugeteilt.

Teilnehmer: Kinder werden aus etablierten Kohorten von Kindern mit DCD rekrutiert, die im BC Children's Hospital oder Sunny Hill Health Center for Children (Vancouver, BC) untersucht wurden und die DSM-5-Diagnosekriterien (American Psychiatric Association, 2013) erfüllen.

Stichprobengröße: Die Stichprobengröße wurde basierend auf einer randomisierten Schein-Kontroll-Studie mit Kindern in normaler Entwicklung berechnet, die M1 A-tDCS oder Schein-tDCS an 3 aufeinanderfolgenden Tagen des Purdue Pegboard Test-Trainings erhielten.4 Die Berechnung der Stichprobengröße ergab, dass insgesamt 14 Probanden, 7 Probanden pro Gruppe, eine Power von 95 % haben würden, um eine Verbesserung im Purdue Pegboard Test (Effektgröße = 2,58) mit einem Typ-1-Fehler von 0,05 zu erkennen.

Verfahren: Nach dem Screening und der Rekrutierung stimmen die Eltern und die Kinder der Teilnahme an der Studie zu. Wir werden Kinder zufällig in aktive oder Schein-Stimulationsgruppen einteilen; Ein Statistiker randomisiert die Teilnehmer unter Verwendung von computergenerierten sequentiellen Blöcken von 4 bis 6. Die Randomisierungscodes werden bis zur Studieneinschreibung in versiegelten undurchsichtigen Umschlägen aufbewahrt. Ein Forschungsstudent mit Ausbildung in Ergotherapie wird für Gruppenaufgaben blind sein und Kinder mit dem Purdue Pegboard Test (PPT; Tiffin 1968), dem Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency-2 (BOT-2; Bruininks 2005) und der Bewertung beurteilen Werkzeug der Kinderhandschrift (ETCH; Amundson, 1995). Dann erhalten Kinder 3 Tage tDCS für 30 Minuten jeden Tag; Während der ersten 10 Minuten absolvieren die Kinder das Purdue Pegboard Test Training (um das Erlernen einer motorischen Aufgabe zu bewerten), gefolgt von 20 Minuten Handschriftübungen mit „Printing Like a Pro!“ (Montgomery 2017), um das Erlernen einer funktionellen Motorik zu bewerten Aufgabe). Ein Ergotherapeut wird die Kinder am Ende des letzten Trainingstages und 6 Wochen später erneut untersuchen.

Eingriffe

tDCS: Gleichstrom wird mit einem transkraniellen elektrischen Stimulator geliefert, der von Health Canada (Soterix Medical Inc., New York, USA) zugelassen ist (Soterix Medical, 2016). Die Stimulation wird über zwei 5 × 7 cm große, mit Salzlösung getränkte Schwammelektroden auf die Kopfhaut aufgebracht: aktiv und Referenz. Ein einfaches Kopfbandsystem, einschließlich der EASYpads und EASYstraps, hält die Elektroden an Ort und Stelle. In der aktiven Stimulations- und Scheingruppe wird die Anode (aktive Elektrode) über dem linken primären motorischen Kortex mit der Kathode (Referenzelektrode) über der rechten Stirn im supraorbitalen Bereich positioniert. Zur Lokalisierung des M1 wird das internationale 10/20 Elektroenzephalographie-Elektrodensystem verwendet (Klem 1999). Der dominante linke motorische Kortex wird stimuliert, da die Forscher darauf abzielen, die dominante Hand gleichzeitig für eine motorische Lernaufgabe und eine funktionelle Aufgabe zu trainieren. Die Stimulation wird 30 min lang mit 1 mA angelegt. Ein mA anodischer Stimulation kann bei Kindern im Durchschnitt Gehirnstromdichten verursachen, die mit Dichten vergleichbar sind, die bei Erwachsenen beobachtet werden, die einem Strom von 2 mA ausgesetzt sind (Kessler 2013), und die anschließende Erregbarkeit kann länger als eine Stunde dauern (Moliadze 2015). Bei aktiven Stimulationsgruppen wird der Strom über 45–60 s auf 1 mA hochgefahren, 30 min gehalten und über 45–60 s auf 0 mA heruntergefahren. Bei den Scheingruppen wird die Stimulation hochgefahren und nur 60 Sekunden gehalten, bevor sie langsam heruntergefahren wird. Dieses als Fade-in-Short-Stimulation-Fade-out bezeichnete Verfahren hat seine Zuverlässigkeit als effektive Scheintechnik bewiesen, indem es sowohl bei Erwachsenen (Ambrus 2012) als auch bei Kindern (Ciechanski 2017) die gleiche Verträglichkeit und das vorübergehende Kopfhautgefühl hervorruft wie die aktive Stimulation. Im Falle von „schwerwiegenden unerwünschten Ereignissen“ (z. B. Kopfhautverbrennung zweiten Grades an der Stelle des Elektrodenpads oder klinischer Krampfanfall), die während des Studienverlaufs auftreten, wird die Studie sofort abgebrochen.

Motorische Lernaufgabe: An drei aufeinanderfolgenden Tagen führt jedes Kind fünf Blöcke des Purdue Pegboard-Tests durch: einen Block vor, drei Blöcke während und einen Block nach tDCS. Jeder Block besteht aus drei Wiederholungen des Purdue Pegboard Tests mit der rechten Hand. Die Kinder müssen in 30 Sekunden so schnell wie möglich Stecknadeln in eine Stecktafel stecken. Es dauert bis zu 10 Minuten Gehirnstimulationszeit.

Funktionelle motorische Aufgabe: Nach dem Purdue Pegboard-Test erhält jedes Kind 20 Minuten lang eine kognitiv basierte Intervention für Druckfähigkeiten, während es tDCS erhält. "Drucken wie ein Profi!" (Montgomery 2017) – ein kognitiver Ansatz zum Lehren des Druckens für Kinder im Grundschulalter – wird verwendet, um Buchstaben zu lehren, bei denen jedes Kind die größten Schwierigkeiten hat, sie lesbar zu drucken, wie in einer formalen Bewertung der Handschrift identifiziert – ETCH (Manuskript) (Amundson 1995) .

Datenanalyseplan:

Der Purdue Pegboard Test ist das wichtigste Ergebnismaß von Interesse. Um das Online-Lernen innerhalb einer Sitzung und das Offline-Lernen über Sitzungen hinweg zu messen, wenden wir die Repeated Measure Analysis of Covariance (ANCOVA) mit einem α-Niveau von 0,05 an. Um die Wirkung von Intervention und Retention zu messen, wenden wir einen gepaarten t-Test und ANCOVA mit wiederholter Messung auf die primären und sekundären Ergebnisse an. Zweiweg-ANCOVA und unabhängiger t-Test werden auch verwendet, um Gruppen zu vergleichen (Stimulation versus Schein). MABC-2-Scores und das Aufmerksamkeitsniveau, wie anhand des ADHS-Index von Conner bewertet, werden als Kovariaten verwendet, um individuelle Unterschiede in Aufmerksamkeit und motorischen Fähigkeiten zu berücksichtigen.

Bedeutung:

Dies ist die erste Studie dieser Art, die sowohl die Wirkung der Hirnstimulation auf das motorische Lernen bei Kindern mit DCD untersucht als auch Technologie integriert, um das funktionelle motorische Lernen für Kinder mit DCD zu verbessern. Diese Studie wird dazu beitragen, effektivere Interventionen für diese Kinder zu planen, um sowohl ihre motorischen Fähigkeiten als auch ihre funktionellen Ergebnisse zu verbessern. Darüber hinaus werden die Ergebnisse für Kinderärzte (z. B. Ergotherapeuten) und Eltern, die nach effizienteren Ansätzen für diese Kinder suchen, sowie für Forscher, Studenten und politische Entscheidungsträger auf dem Gebiet der Neurorehabilitation von Interesse sein.