Kann Gleichgewichtstraining oder Musikgenuss die Aufmerksamkeit, Problemlösung und/oder Verhaltenskontrolle verbessern?

Exekutive Funktionen (EFs) sind entscheidend für den Erfolg in Schule und Leben, körperliche und geistige Gesundheit, eine gute Lebensqualität und soziale Harmonie (Miller et al., 2011; Moffitt et al., 2011; Wolfe et al., 2016 ; Wong et al., 2010). Tatsächlich wurde sogar festgestellt, dass EFs den akademischen und beruflichen Erfolg besser vorhersagen als der sozioökonomische Status (SES) oder der Intelligenzquotient (IQ) (Alloway & Alloway, 2010).

Es ist allgemein bekannt, dass EF vom präfrontalen Cortex (PFC) und anderen Gehirnregionen abhängen, mit denen er verbunden ist (Bunge et al., 2002; Diamond, 2002; Duncan & Owen, 2000). Kürzlich wurde gezeigt, dass ein Großteil des Gleichgewichts (insbesondere bei reduziertem sensorischem Input [z. B. geschlossene Augen] oder einer reduzierten Stützbasis [z. B. Füße zusammen oder ein Bein angehoben]) PFC erfordert (Bauby & Kuo, 2000; Kwag & Zijlstra, 2022; St. George et al., 2021). Tatsächlich scheint eine erhöhte PFC-Aktivität sensomotorische Defizite zu kompensieren, um das Gleichgewicht bei älteren Erwachsenen aufrechtzuerhalten (St. George et al., 2021), und es wurde festgestellt, dass die dorsolaterale PFC nach einer externen Störung der posturalen Stabilität signifikant aktiviert wird (Karim et al., 2014 ; Mihara et al., 2008).

Es ist allgemein bekannt, dass motorisches Lernen und Gleichgewicht vom Kleinhirn und anderen miteinander verbundenen Gehirnregionen abhängen (Glickstein & Yeo, 1990; Morton & Bastian, 2004). Wichtig ist jedoch, dass gezeigt wurde, dass das Kleinhirn eine wichtige Rolle bei EFs spielt (Diamond, 2000; Koziol et al., 2014; Schmahmann, 2004, 2019; Stoodley, 2014; Strick et al., 2009). Das Kleinhirn ist topographisch in motorische, kognitive und affektive Bereiche gegliedert und hat wichtige anatomische Verbindungen mit PFC (Bostan & Strick, 2018; Kelly & Strick, 2003; Stoodley et al., 2012). Eine wachsende Zahl neuerer Beweise unterstützt einen engen Zusammenhang zwischen motorischer und kognitiver Entwicklung (Diamond, 2000; Koziol et al., 2011, 2014).

Weitere Belege für den engen Zusammenhang zwischen EFs und motorischen Funktionen, insbesondere dem Gleichgewicht, sind aus der Tatsache zu ersehen, dass Kinder mit beeinträchtigten EFs (z. , 2008; Hassan, 2012; Hove et al., 2015; Jansen et al., 2019; Kim et al., 2017; Shum & Pang, 2009; Zoccante et al., 2021) und es gibt eine Überschneidung zwischen ADHS und Entwicklungsstörungen Koordinationsstörung Diagnose von etwa 30-50% (Pitcher et al., 2003).

Weitere Unterstützung für einen engen Zusammenhang zwischen Gleichgewicht und EFs kommt von Querschnittsstudien, die eine positive Korrelation zwischen posturaler Stabilität und akademischer Leistung berichten (Haynes et al., 2017, 2018; Shachaf et al., 2019).

Schließlich beeinträchtigt die gleichzeitige Durchführung einer EF-Aufgabe und der Bewältigung einer Balance-Herausforderung die Leistung bei beiden, was darauf hindeutet, dass sie gemeinsame neuronale Ressourcen benötigen (Bustillo-Casero et al., 2017; Fraizer & Mitra, 2007; Möhring et al., 2018; Shorer et al., 2012).

Zweck: Um zu sehen, ob eine Verbesserung des Gleichgewichts zu verbesserten EFs führen könnte.

Ziele und Hypothese Unser primäres Ziel ist es, die Wirkung der Verbesserung des posturalen Gleichgewichts durch eine Gleichgewichtstrainingsintervention auf EFs bei Kindern im Alter von 8 bis 12 Jahren zu bestimmen.

Wir gehen davon aus, dass das Training des Gleichgewichts, insbesondere unter Bedingungen mit reduziertem sensorischem Input und/oder reduzierter Unterstützungsbasis, nicht nur das Gleichgewicht, sondern auch die EF verbessert. Wir stellen ferner die Hypothese auf, dass der Grad der Verbesserung des Gleichgewichts positiv mit dem Grad der Verbesserung der EFs assoziiert sein wird.

Obwohl Studien einen Zusammenhang zwischen posturaler Stabilität und EFs unterstützen (Haynes et al., 2017; Mihara et al., 2008; St Koordinations- und/oder Achtsamkeitskomponenten) auf EFs wurde nie untersucht. Wenn positive Ergebnisse erzielt werden, wäre dies der erste Beweis dafür, dass Gleichgewichtstrainingsprogramme ein effektiver Weg sein könnten, um EFs zu verbessern. Ein besseres Verständnis der Auswirkungen der Verbesserung des Gleichgewichts auf EFs kann unseren derzeitigen Ansatz für das EFs-Training ändern. Der hier zu versuchende Ansatz des Gleichgewichtstrainings hat mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Ansätzen – er kann zu Hause oder fast überall durchgeführt werden, eine Sitzung dauert nur 15 Minuten, er ist kostengünstig, er ermöglicht Kindern, aufzustehen und sich zu bewegen (anstatt zu müssen bleiben an einem Schreibtisch sitzen), und hoffentlich werden die Teilnehmer es als lustig und angenehm empfinden.

Wir wollten eine aktive Kontrollbedingung, von der die Teilnehmer erwarten würden, dass sie ihre EFs verbessern könnten, weil ein Teil des Nutzens einer Intervention zustande kommt, nur weil die Teilnehmer erwarten, dass die Intervention einen Nutzen bringt (Boot et al., 2013; Simons et al., 2016). Erwartungen können zu sich selbst erfüllenden Prophezeiungen werden (Jenner et al., 1990; Rosenthal & Jacobson, 1968), daher wollten wir eine aktive Kontrollbedingung, die ähnliche Nutzenerwartungen hervorruft. Das Ansehen von Musikvideos wurde als aktive Kontrollbedingung gewählt, da nachgewiesen wurde, dass das Hören von Musik die kognitive Funktion von Erwachsenen mit Demenz oder kognitivem Abbau verbessert (Baird & Samson, 2015; Cuddy et al., 2015; Narme et al., 2014; Samson et al., 2015; Särkämö et al., 2008), Musik zu spielen kann die EF von Kindern verbessern (Bowmer et al., 2018; Holochwost et al., 2017; Sachs et al., 2017)), Musik hören verbessert die Stimmung ( Kemper & Danhauer, 2005; Raglio et al., 2015), und eine verbesserte Stimmung führt zu besseren EFs (Ashby et al., 1999; Isen, 2000; Yang et al., 2013). Wir erwarten jedoch nicht, dass unsere Bedingung für das Ansehen von Musikvideos die EFs verbessert, da (a) die Teilnahme von Kindern passiv ist (sie sind nur Konsumenten, die zuschauen und zuhören) und (b) das Anschauen von unterhaltsamen Musikvideos keinen Platz hat keine Anforderungen an EFs (während Gleichgewichtsübungen sollten).

Die Gruppe ohne Behandlung wird aufgenommen, falls der Musikzustand einige kleine EF-Vorteile hervorruft, in diesem Fall ist der Unterschied zwischen den Vorteilen zwischen dem Gleichgewichtszustand und dem Musikzustand möglicherweise nicht signifikant. Wir würden jedoch erwarten, dass, während die Balance-Bedingung deutlich größere EF-Vorteile hervorbringt als keine Behandlung, die Musik-Bedingung, wenn sie überhaupt EF-Vorteile hervorbringt, keine wesentlich größeren Vorteile als keine Behandlung hervorrufen wird.

Studienpopulation Unter der Annahme eines Signifikanzniveaus von 0,05 zeigten Power-Analysen unter Verwendung von G*Power 3.1 (Faul et al., 2007), dass eine Stichprobengröße von 30 pro Gruppe erforderlich wäre, um uns eine 80-prozentige Power zu geben, um eine mittlere Effektgröße zu erkennen (d ' = 0,5) für EF-Änderung im Laufe der Zeit und für Verbesserungen der Haltungsschwankung im Laufe der Zeit bei Kindern basierend auf Erkenntnissen aus anderen Studien zu EF oder Gleichgewichtstraining bei Kindern (bezüglich: EF-Training: siehe Überprüfung von Diamond & Ling, 2019; betreff: Gleichgewicht , siehe z.B. ; Granacher et al., 2011; Heleno et al., 2016).

In Anbetracht möglicher Abbruch- und Nichteinhaltungsraten rechnen wir damit, dass 10-20 % der Teilnehmer die Studie nicht abschließen. Daher ist es unser Ziel, 108 Teilnehmer (36 pro Bedingung) zu rekrutieren.

Studiendesign Die Studieninterventionen bestehen aus: Gleichgewichtstraining (BT), Musiktraining (MT) und Business as usual. Die BT- und MT-Interventionen laufen über 12 Wochen, 3 Sitzungen pro Woche, jeweils 15 Minuten und eine wöchentliche Check-in-Sitzung mit einem Mitglied des Forschungspersonals. Für die Business-as-usual-Gruppe haben die Teilnehmer keine Intervention. Die Bewertung der EFs und des Gleichgewichts erfolgt zu Studienbeginn, 12 Wochen später und 3 Monate danach.

Für BT beinhalten die Sitzungen eine Kombination aus dynamischen (d. h. Gleichgewichtsübungen während der Bewegung, z. B. beim Gehen ein Buch auf dem Kopf balancieren) und statischen Gleichgewichtsübungen (d. h. Gleichgewichtsübungen im Stillstand, z. B. auf einem Bein stehen).

Für MT haben die Teilnehmer jede Woche Zugriff auf 10 Musikvideos, die auf die spezifischen Interessen jedes Kindes zugeschnitten sind, von denen sie 4 auswählen können, um sie in jeder Sitzung anzusehen.

Beurteilungen Zur Beurteilung der EF-Kernfähigkeiten, des Arbeitsgedächtnisses (WM), der inhibitorischen Kontrolle (IC) und der kognitiven Flexibilität (CF) sowie der EF-Fähigkeiten höherer Ordnung zur Problemlösung und Planung werden die folgenden validierten Tests durchgeführt: N- Rücken (WM), Ziffern neu ordnen (WM), Herzen und Blumen (WM, IC (Reaktionshemmung) und CF), Flanker/Reverse Flanker (IC (selektive Aufmerksamkeit) und CF), Stroop (IC und CF), Farmer Joe (auditive Daueraufmerksamkeit), Tower of London (Planung und Problemlösung) und Design Fluency (kreative Problemlösung). Punkte für Genauigkeit und Reaktionszeit werden aufgezeichnet.

Um das statische Gleichgewicht zu beurteilen, wird der Druckmittelpunkt des Kindes mit dem Wii Balance Board in den folgenden Körperhaltungen mit offenen und geschlossenen Augen gemessen: 1) Zweibeiner, Füße schulterbreit auseinander, 2) Tandem, ein Fuß vor dem andere mit den Zehen des hinteren Fußes, die fast die Ferse des vorderen Fußes berühren, und 3) einbeinig, auf einem Bein stehend.

Um das dynamische Gleichgewicht zu beurteilen, messen wir die maximale Zeit, in der die Teilnehmer ihr Gleichgewicht halten können, wenn sie mit offenen Augen auf einem Wackelbrett stehen.

Statistische Analyse

Zunächst untersuchen wir, ob die Varianz kontinuierlicher Ergebnisvariablen normalverteilt und über alle Bedingungen hinweg ungefähr gleich ist. Die Verteilungseigenschaften der Variablen werden durch den Kolmogorov-Smirnoff-Anpassungstest und durch die Untersuchung von Histogrammen bewertet. Eine solche grafische Untersuchung wird zeigen, ob irgendwelche wichtigen Abweichungen von der Normalität durch den K-S-Test übersehen wurden. Die Homoskedastizität wird mit dem Levene-Test bewertet. Mathematische Transformationen wie Logarithmen werden angewendet, um die Übereinstimmung mit der Normalverteilung zu verbessern, wenn Abweichungen festgestellt werden. Falls die Normalitätsannahme auch nach mathematischen Transformationen nicht erfüllt ist, verwenden wir den nichtparametrischen Friedman-Test, da unsere Studie wiederholte Ergebnismessungen zu verschiedenen Zeitpunkten umfasst.

Wir werden untersuchen, ob sich die Gruppen in irgendeiner Hintergrundvariable wie dem Alter signifikant unterschieden und ob eine dieser Variablen signifikant mit Ergebnisvariablen in Zusammenhang steht. Wir werden alle Hintergrundvariablen kontrollieren, die signifikante Effekte zeigen.

Um festzustellen, ob unser Gleichgewichtstrainingsprogramm zur Verbesserung des Gleichgewichts wirksam ist, verwenden wir eine Regression mit gemischten Modellen, um die Leistung der Teilnehmer bei statischen und dynamischen Gleichgewichtstests zwischen allen 3 Gruppen vor der Intervention zu vergleichen (um uns zu sagen, ob es Unterschiede zwischen den Gruppen gab zu Beginn), nach der Intervention und 3-Monats-Follow-up (um uns mitzuteilen, ob eine der Gruppen unmittelbar nach und/oder 3 Monate nach der Interventionsperiode deutlich besser abschneidet als die anderen). Wenn wir ein signifikantes Ergebnis finden, werden wir post-hoc paarweise Vergleiche durchführen, um zu sehen, welche Gruppen sich signifikant voneinander unterscheiden. Tukey- oder Bonferroni-Korrekturen werden verwendet, um mehrere Vergleiche zu korrigieren, die möglicherweise die Wahrscheinlichkeit erhöhen, zufällig einen signifikanten Unterschied zu finden. Wir werden auch den Grad der Verbesserung vergleichen (von vor bis nach der Intervention und von vor der Intervention bis zur 3-Monats-Follow-up), um festzustellen, ob sich eine oder mehrere Gruppen stärker als andere verbessert haben, und gegebenenfalls paarweise Post-hoc-Vergleiche durchführen Effekte gefunden werden.

Um festzustellen, ob das Training des Gleichgewichts die EFs mehr verbesserte als das Genießen von Musik oder Business as usual, werden wir erneut eine Regression mit gemischten Modellen verwenden. Wie oben für die Gleichgewichtsbeurteilung beschrieben, werden alle 3 Gruppen vor dem Eingriff, nach dem Eingriff und bei der Nachuntersuchung nach 3 Monaten verglichen. Wenn wir ein signifikantes Ergebnis finden, werden wir post-hoc paarweise Vergleiche durchführen, um zu sehen, welche Gruppen sich signifikant voneinander unterscheiden. Tukey- oder Bonferroni-Korrekturen werden verwendet, um Mehrfachvergleiche zu korrigieren. Wir werden auch den Grad der Verbesserung vergleichen, um zu sehen, ob sich eine oder mehrere Gruppen stärker als andere verbessert haben.

Um festzustellen, ob der Grad der Verbesserung der Gleichgewichtsleistung signifikant mit dem Grad der Verbesserung der EFs zusammenhängt, verwenden wir die Pearson-Korrelation. Wir werden auch eine Mediationsanalyse unter Verwendung der Methode der Differenz der Koeffizienten durchführen, um den vermittelten Effekt der Schwankungsbereichsänderung auf die EF-Änderung abzuschätzen (Mackinnon et al., 2007).