Implisiittisen oppimisen helpottaminen aivohalvauksen neurorehabilitaation parantamiseksi

Joku saa aivohalvauksen Yhdysvalloissa 45 sekunnin välein, mikä johtaa yli 700 000 uuteen aivohalvaukseen joka vuosi, ja aivohalvaus on veteraanien yleisin vamman aiheuttaja (American Heart Associationin tilastokomitea ja aivohalvaustilastojen alakomitea). Suurin osa näistä tapauksista johtaa motorisiin toimintahäiriöihin, jotka usein saavat ihmiset riippuvaisiksi muista päivittäisessä toiminnassa (muokattu Rankin-asteikko 3–5, katso Lees et al., 2006). Erityisesti yläraajojen hemipareesi on johtava toimintavammaisuuden syy aivohalvauksen jälkeen, ja olkavarren toiminta selittää noin 50 % raportoidun elämänlaadun vaihtelusta (Wyller et al, 1997). Sellaisenaan olkavarren neurorehabilitaation optimointi on kriittinen ongelma ikääntyvässä veteraaniväestössä.

"Potilaiden kuntoutus on pohjimmiltaan prosessi, jossa opetetaan uudelleen, kuinka liikkua täyttääkseen tarpeet onnistuneesti" (Carr & Shepherd, 1987). Tämä lausunto esittää, että neurorehabilitaation ytimessä on motorinen oppiminen, mutta tästä periaatteesta huolimatta motorisen oppimisen tutkimuksella on ollut vain vähän vaikutusta aivohalvauksen kuntoutukseen (Krakauer, 2006). Viime aikoina on ollut kiinnostusta kehittää ja testata uusia menetelmiä yläraajojen kuntoutuksen optimoimiseksi. Baltimoren VAMC:n tutkijat ovat kehittäneet tehtävälähtöisiä harjoitteluparadigmoja parantaakseen kroonista aivohalvausta sairastavien liikkuvuutta (Macko et al., 2005). Osana tätä ohjelmallista lähestymistapaa on kehitetty uusia yläraajojen robotiikan harjoitteluohjelmia parantamaan ulottuvuutta ja raajojen koordinaatiota. Suurin osa näistä interventioista kuitenkin perustuu virhepohjaisiin oppimisstrategioihin kuntoutuksen aikana, mikä edistää tehtäviin liittyvää eksplisiittistä tietoa. Kuitenkin motorisen oppimisen tutkimusaineisto osoittaa, että tämä ei ehkä ole paras strategia motorisen oppimisen ja siten hermoston kuntoutuksen optimoimiseksi.

Virhepohjaiseen oppimiseen kuuluu jatkuvan palautteen vastaanottaminen liikkeestä, jonka tarkoituksena on, että oppija korjaa liikettä reaaliajassa. Oppiminen tapahtuu siis sarjan toistoja, joissa oppija jatkuvasti vähentää ristiriitaa ihanteellisen käyttäytymisen ja oman käyttäytymisensä havainnoinnin välillä. Toisin sanoen virhepohjainen oppiminen edistää sopeutumista halutun käyttäytymisen saavuttamiseksi. Sitä vastoin operantti ehdollistava oppimisstrategia koostuu siitä, että oppija saa palautetta liikkeensä laadusta vasta käyttäytymisen lopussa. Oppiminen tapahtuu siis sarjalla halutun käyttäytymisen vahvistamista kokonaisuudessaan, mikä on mallivapaampaa kuin virhepohjaisen oppimisen aikana tapahtuva sopeutuminen. Ensisijainen ero näiden kahden oppimisstrategian välillä on, että virhepohjainen oppiminen edistää eksplisiittistä tietoa tehtävästä, kun taas operantti ehdollistaminen edistää implisiittistä tietoa (Krakauer & Mazzoni, 2011). Näillä kahdella tiedolla on rajuja vaikutuksia toiminnallisiin tuloksiin (esim. motorinen suorituskyky, kognitiivinen työkuorma ja säilyttäminen).

Ennen aivohalvausta olkavarren toiminnot, kuten kurkottaminen ja tarttuminen, tehtiin suurelta osin ilman nimenomaista tietoa. Toisin sanoen, terveet yksilöt omistavat vain vähän tietoista ponnistusta sen suhteen, kuinka he hallitsevat raajojaan, he vain "tekevät sen". Vaikka eksplisiittisten strategioiden käyttäminen oppimisen aikana voi helpottaa oppimisnopeutta, jos heille annetaan riittävästi aikaa, yksilöt, joilla on rajallinen eksplisiittinen tieto, pärjäävät yhtä hyvin (Maxwell et al, 1999). Hitaamasta oppimisvauhdista huolimatta tehtävän selkeän tiedon vähentäminen voi olla erittäin edullinen moottorin suorituskyvyn aikana. Erityisesti opitun käyttäytymisen säilyttäminen on suurempi henkilöillä, jotka oppivat olosuhteissa, jotka estävät eksplisiittisen tiedon. Esimerkiksi Malone ja Bastian (2010) saivat yksilöitä oppimaan uudenlaisen kävelytehtävän (jaetun vyön juoksumatto, jossa vyöt liikkuvat eri tahdilla) ja niissä, joissa eksplisiittinen tieto oli rajallista, osoitti oppimista, joka säilyi pidempään kuin niillä, jotka luottivat eksplisiittiseen tietoon oppimisen aikana. . Lisäksi eksplisiittisen tiedon rajoittaminen motorisen oppimisen aikana voi vähentää kognitiivista työtaakkaa ja ylläpitää suorituskykyä haastavissa olosuhteissa (Zhu et al., 2011). Yhteenvetona voidaan todeta, että eksplisiittisen tiedon edistäminen kuntoutuksen aikana tiedostamattoman kontrollin sijasta (eksplisiittisen tiedon rajoittaminen) heikentää vasta hankitun motorisen taidon kestävyyttä ja kuluttaa kognitiivisia resursseja, joiden on oltava käytettävissä muihin vaatimuksiin. Sellaisenaan näiden käytösten automaattinen hallinta on kriittistä päivittäisten toimintojen suorittamisessa, mikä viittaa operanttiseen ehdotteluun (joka rajoittaa eksplisiittistä tietoa) parempina kuin virhepohjainen oppiminen.

Aivohalvauksen saaneet pystyvät oppimaan tehtäviä implisiittisesti, vaikka oppimisnopeus voi viivästyä terveisiin verrokkeihin verrattuna (Pohl et al., 2001) ja viivästyä edelleen aivohalvauksen vakavuuden funktiona (Boyd et al., 2007). Lisäksi pelkän eksplisiittisen tiedon antamisen implisiittisestä tehtävästä on osoitettu vähentävän oppimisnopeutta ja retentiota niillä, joilla on basaaliganglion aivohalvaus (Boyd et al., 2004; Boyd et al., 2006) ja vaurioituneita sensorimotorisia alueita (Boyd et al. ., 2003; Boyd et ai., 2006; Winstein et ai., 2003). Vaikka nämä tutkimukset korostavat eksplisiittisen tiedon rajoittamisen tärkeyttä oppimisen aikana, ne tehtiin pikemminkin implisiittisten sekvenssien oppimisen kuin taitojen kehittämisen kontekstissa, jotka vaikka liittyvätkin toisiinsa, riippuvat motorisen oppimisen eri näkökohdista (Krakauer & Mazonni, 2011, Yarrow et al. , 2009). Funktionaalisen taitojen oppimisen yhteydessä palautteen ajoituksen/tyypin on osoitettu vaikuttavan vahvasti oppimisnopeuteen ja säilyttämiseen, ja sen on katsottu vaikuttavan tietotyyppiin (Levin et al., 2010). Tarkemmin sanottuna palautteen antaminen tehtävän suorittamisesta harvemmin ja suorituksen jälkeen kuin sen aikana (esim. viivästyneiden) on osoitettu lisäävän oppimisen säilyttämistä ja todennäköisesti helpottavan implisiittistä oppimista (Cirstea et al., 2006; Winstein et al., 1996). Lisäksi palaute tuloksista (tulosten tunteminen) suorituskyvyn sijaan (knowlence of performance) on osoittanut lisäävän säilyttämistä ja rajoittavan eksplisiittistä tietoa (Cirstea el al., 2006; Sidaway et al., 2008; Winstein, 1991). Näin ollen nykyinen ehdotus pyrkii edistämään implisiittistä tietoa motoristen taitojen kehittymisen aikana manipuloimalla palautteen antamista ja palautteen tyyppiä.

Tämän tutkimuksen tavoitteena on määrittää virhepohjaisen oppimisen ja operantin ehdollistavan oppimisen vaikutus neurorehabilitaation kriittisiin tuloksiin (ts. suorituskyky oppimisen jälkeen, yleistettävyys, tehtävän aiheuttama kognitiivinen työmäärä ja säilyttäminen).