Eye-Tracking-Arbeitsgedächtnistraining bei Kindern und Jugendlichen mit schweren Cerebralparese

Das Arbeitsgedächtnis (WM) ist eine der Kernfunktionen (EF), die kognitive Fähigkeiten höherer Ordnung umfassen und für eine optimale Funktionsweise des täglichen Lebens von entscheidender Bedeutung sind. WM ist definiert als unsere Fähigkeit, vorübergehend Informationen zu speichern, die nicht mehr wahrnehmbar vorhanden sind, sodass wir sie für aussagekräftige zielgerichtete Verhaltensweisen wie Entscheidungsfindung, Problemlösung und Argumentation manipulieren können. WM enthält verbale WM und (nonverbale) visuelle WM, zwei durch Inhalt definierte Hauptkomponenten. Verbal WM ist dafür verantwortlich, dass mündliche Informationen wie Buchstaben, Wörter, Zahlen oder nämbare Objekte vorübergehend gespeichert werden, und ist ein starker Prädiktor für die Sprachentwicklung und das Leseverständnis. Visuo-räumliches WM ist ein grundlegender Bestandteil des Augenbewegungssystems, der visuellen Wahrnehmungsfunktion und ein starker Prädiktor für die arithmetische Leistung. WM bezieht sich auf das aktive Langzeitgedächtnis, das das Abrufen gespeicherter Informationen aus früheren Erfahrungen unterstützt, um die derzeitige Aufgabe erfolgreich auszuführen. WM ist praktisch an den meisten (wenn nicht allen) täglichen Aktivitäten beteiligt, von einfachen Aufgaben wie dem Erinnern einer Telefonnummer oder den folgenden Anweisungen, bis hin zu hochkomplexen Aufgaben, die mit Lernen im Zusammenhang mit akademischen Leistungen in der Alphabetisierung, Zahlen und Wissenschaft oder Sprachverständnis verbunden sind.

Eine der zentralen Einschränkungen der menschlichen Wahrnehmung ist die eingeschränkte WM -Kapazität, d. H. Die Menge und Dauer der Informationen, die gleichzeitig gespeichert und manipuliert werden können. Eine niedrige WM -Kapazität betrifft ungefähr 15% aller Kinder, aus denen über 80% ein sehr hohes Risiko für eine Untersuchung des Bildungsverfahrens haben. In Bezug auf seine neuronale Basis haben frühere Arbeiten konsequent eine wichtige Rolle von fronto-parietalen Netzwerken in der WM-Leistung mit einer gewissen Variation abhängig vom Stimulus-Typ vorgelegt. Bei typischen Entwicklung (TD-) Menschen entwickelt sich WM im Laufe der Kindheit und im Jugendalter weiterentwickelt, zusammen mit einer Reihe von strukturellen Reifungsprozessen im Gehirn. In einer Reihe von neurologischen Entwicklungsstörungen wurden signifikante WM -Defizite beschrieben.

Cerebralparese (CP) ist die häufigste Ursache für schwere körperliche Behinderungen in der Kindheit mit einer Prävalenz von 1,6-3,4 pro 1000 LiveBirths. Es umfasst eine Gruppe von Entwicklungsstörungen für Bewegung und Haltung, die nicht progressiven Läsionen im sich entwickelnden fetalen oder Kinderhirn zugeschrieben werden. CP wird in spastische, dyskinetische, ataxische und gemischte Formen kategorisiert, und die Funktion von Individuen reicht von leichten bis schweren Grenzen. In CP können 41% aller Menschen nicht unabhängig laufen, 23% können nicht mit ihren Händen Objekte umgehen, und 32% sind nonverbal. Die motorischen Beeinträchtigungen werden häufig von Beeinträchtigungen von Erkenntnis und Verhalten begleitet. EF in CP werden bisher nicht gemeldet, insbesondere in den nicht ambulanten und nonverbalen Fällen von CP, in denen diese Beeinträchtigungen aufgrund von Herausforderungen bei der Suche nach geeigneten Bewertungsinstrumenten, die nicht auf motorischen und verbalen Fähigkeiten beruhen, übersehen werden. In nur 36,8% der Kinder mit schweren motorischen Beeinträchtigungen bei CP werden ihre kognitiven Funktionen bewertet, verglichen mit 96,5% der Kinder mit mildem CP. Sowohl verbale als auch visuelle WM -Defizite scheinen in allen Formen von CP vorhanden zu sein, und mehr, wenn die Schwere der funktionellen Einschränkungen zunimmt. In CP sind WM -Defizite mit einem beeinträchtigten Leseverständnis und arithmetischen Schwierigkeiten verbunden. Lernschwierigkeiten sind bei rund 40% und visuellen Wertminderungen bei 40-50% aller Menschen mit CP vorhanden.

Zusätzlich zu zentralen neuronalen Veränderungen zeigen Kinder mit CP auch eine veränderte Funktion des autonomen Nervensystems (ANS), wie durch inhärente verringerte Variabilität der Herzfrequenz (HRV) belegt. In der TD -Population ist eine höhere Leistung von WM (und EFS im Allgemeinen) stark mit einem erhöhten HRV verbunden, einem etablierten Marker für parasympathische ANS -Antrieb (Erleichterung von „Ruhe und Verdauung“). Dies deutet darauf hin, dass HRV auch eine wichtige Markerindexierung der effektiven kognitiven Funktion bildet. In TD wird erhöhter HRV mit einer erhöhten funktionellen Gehirnkonnektivität des Ruhezustands begleitet. Untersuchungen zu dem relativen Beitrag von HRV -Unterschieden in der CP und ihrer Beziehung zu EF -Mängel und zu den zuvor als im Zusammenhang mit WM identifizierten Kernnetzwerken für funktionelle Konnektivität wurden in keiner vorherigen Studie angesprochen.

Menschen mit CP mit schwerwiegenden motorischen Beeinträchtigungen profitieren von der Eye-Tracking-Technologie als Zugangsmethode für assistive und alternative Kommunikationsgeräte (AAC) sowie für Computer für Bildung und Freizeit. Die Augenbewegungen werden von einem Infrarotsensor verfolgt und in Cursorbewegungen auf dem Bildschirm übersetzt, durch den Kinder navigieren und interessierte Symbole auswählen können. Nonverbale Kinder mit CP haben das Sprachverständnis erheblich beeinträchtigt, insbesondere im spastischen CP. Die Eye-Tracking-Technologie führt zu erhöhten Kommunikationsergebnissen und wirkt sich positiv auf die Lebensqualität durch erhöhte Aktivitätsniveaus, Beteiligung, Selbstwirksamkeit und Selbstwertgefühl aus. Angesichts der unbestreitbaren Vorteile stellt die Verwendung von AAC große Anforderungen an WM. Um beispielsweise Wünsche und Bedürfnisse auszudrücken, müssen sich diese Kinder an das Interessensymbol erinnern, während sie gleichzeitig durch eine Reihe von Symbolen navigieren, von denen nicht alle gleichzeitig vorhanden sind, sich an den effizientesten Pfad erinnern, mögliche Ablenkungen hemmen und schließlich das Zielsymbol lokalisieren und auswählen. Der Einsatz von AAC -Systemen kann eine echte Herausforderung für Kinder mit geringer WM -Kapazität sein, was wahrscheinlich zu technologischen Abbruch und Verlust von Chancen und Nutzen führt. Menschen mit CP zeigen auch eine geringere Qualität der Augenbewegungen im Vergleich zu TD-Menschen. Die Genauigkeit der Augenbewegungen kann jedoch durch intensives Eye-Tracking-Training verbessert werden. Darüber hinaus wurden bisher Eye-Tracking-Methoden verwendet, um WM erfolgreich zu indizieren, eine Methode, die bei Menschen mit CP noch nicht untersucht wurde, aber möglicherweise wichtige klinische Auswirkungen hat.

Das computergestützte WM-Training wurde als neuartige, nicht-invasive Behandlungsoption mit großem Potenzial, um die WM-Kapazität und die allgemeine kognitive Funktionen zu steigern. EF teilen Kapazitätsbeschränkungen und haben überlappende neuronale Systeme, was den generalisierten Effekt des WM -Trainings auf andere kognitive Funktionen erklärt. Eine kürzlich durchgeführte systematische Überprüfung synthetisierte die vorhandenen Nachweise über kognitive Interventionen in CP und hob unter anderem die geringe Qualität der vorhandenen Beweise in WM -Trainingsprogrammen und die Notwendigkeit zukünftiger, robusterer Studien in CP hervor. Frühere Untersuchungen zu kognitiven Interventionen (im Allgemeinen) erstrecken sich von Aktivitätsinterventionen, um die kognitiven Fähigkeiten zu steigern (d. H. Klettern, Tanzen, Hippotherapie) auf bestimmte Trainingsprogramme wie Mi-Yoga Achtsamkeitsbewegungsprogramm, Move-it-to-Improve-It (MITII) und COGMED WM Training (CWMT). Aufgrund der schwerwiegenden motorischen Beeinträchtigungen kann die Zielgruppe schwerer CP (GMFCS-Werte IV-V) nicht in der Lage sein, die Aktivitätsinterventionen des Kletterns, des Tanzens und der Hippotherapie durchzuführen. Darüber hinaus sind sie nicht in der Lage, die bewegungsbasierten Programme wie Mi-Yoga und MITII durchzuführen, sodass das CWMT-Programm als das machbarste Trainingsprogramm für Kinder und Jugendliche mit schwerem CP gelten, der mit Eye-Tracking-Geräten zugreifen kann. Andere computergestützte Interventionsprogramme umfassen intelligente (in den Entwicklungsstadien, nicht spezifisch für WM -Schulungen, wodurch nicht nützlich ist, um die Ziele des Projekts zu erreichen) und NeuronUp (https://www.neuronup.com/; Nicht spezifisch für WM -Schulungen, sondern für Exekutivfunktionen im Allgemeinen), für die es derzeit nur ein veröffentlichtes Studienprotokoll eines RCT in mildem CP gibt. Die Autoren haben jedoch noch keine Ergebnisse veröffentlicht, sodass es keine Beweise für die Verwendung ihrer Verwendung zur Steigerung der kognitiven Kompressentilität im Allgemeinen und von WM im Einzelsten gibt.

CWMT ist derzeit die am häufigsten verwendete Trainingssoftware mit den empirischsten Beweisen für seine Wirksamkeit in verschiedenen Populationen. Die Software selbst stützt sich auf adaptives Training mit Algorithmen, dh der Schwierigkeit der WM -Aufgaben wird ständig am höchsten gehalten, um die WM -Kapazität herauszufordern, aber dennoch zu den Fähigkeiten jedes Benutzers passen. Das WM -Training wird stark von der Theorie der Neuroplastizität beeinflusst, die sich auf wiederholtes und maßgeschneidertes Training stützt, daher der adaptive Algorithmus. Neuroplastizitätsänderungen wurden nach verschiedenen Populationen sowie bei Frühgeborenen (einschließlich nur wenigen Teilnehmern mit CP) berichtet. Trotz umfangreicher Untersuchungen unter Verwendung von CWMT ist die allgemeine Schlussfolgerung, dass die erhöhte WM-Kapazität infolge des Trainings wiederholt nahezu transfere Effekte gezeigt hat, aber nicht schlüssige FAR-Transfer- und Retentionseffekte, wobei letztere weitgehend von Alter, Bevölkerung, Bevölkerung, Trainingstyp und Dauer abhängt. CWMT ist aus verschiedenen Gründen die beste WM -Trainingssoftware, die in diesem Projekt verwendet werden kann: (1) Es wurde speziell entwickelt, um die WM -Kapazität zu steigern. Dies ist für die anderen computergestützten Schulungsprogramme nicht der Fall, die darauf abzielen, die Exekutivfunktionen im Allgemeinen (einschließlich kognitiver Flexibilität, Aufmerksamkeit usw.) zu verbessern. Dies ist ein kritischer Punkt als Hauptziel dieses Projekts darin, alle Änderungen in erster Linie in WM -Kapazität zu bewerten. Wenn Fähigkeiten dann an die anderen Exekutivfunktionen übertragen werden. . (4) CWMT-Sitzungen können mit Eye-Tracking-Geräten durchgeführt werden, was für die Zielgruppe von Kindern und Jugendlichen mit schwerer CP von entscheidender Bedeutung ist.

Die Wirksamkeit des WM -Trainings in CP bleibt weitgehend unerforscht. Nach dem Wissen des Forschers verwendete die einzige Studie, in der CWMT (als Trainingsprogramm mit den bisher empirischsten Beweisen zur Verbesserung der WM-Kapazität) bei Kindern mit spastischer CP verwendet wurde, signifikante Verbesserungen nach dem Training sowohl bei nahezu transferischen als auch bei weit transferischen Fähigkeiten, einschließlich der visuo-räumlichen Fähigkeiten, der Hemmung und der phonologischen Verarbeitung. In zwei Studien, die das CWMT in extrem niedrigen und sehr niedrigen Geburtsgewichts Kindern unter Verwendung von Kindern (jede Studie umfassten zwei Teilnehmer mit CP), berichteten ebenfalls sowohl nahe- als auch weit transfereffekte, die nach 6 Monaten Follow-up zurückgehalten wurden. Obwohl diese Studien mit vielversprechenden Ergebnissen Kinder mit CP mit schwerwiegenden motorischen Beeinträchtigungen ausgeschlossen haben, ließ sie eine Kenntnisstandlücke über die Untersuchung von Bedeutung.