Motorisen oppimisen nopeuttaminen pediatriassa (AMPED)

Tausta ja perustelut: Plastisuus voi lisääntyä kehittyvissä aivoissa, mutta mekanismeja ymmärretään huonosti. Aivojen stimulaatioteknologiat, kuten transkraniaalinen tasavirtastimulaatio (tDCS), moduloivat motorisen aivokuoren kiihottumista ja plastisuutta. Ryhmämme ja muiden tekemät tutkimukset viittaavat siihen, että neuromodulaatiotutkimukset tDCS:llä ovat sekä turvallisia että toteutettavissa lapsilla. Äskettäin tutkijat osoittivat, että perinteinen tDCS voi parantaa terveiden lasten motorista oppimista. Lisäksi viimeaikaiset edistysaskeleet teräväpiirto-tDCS:ssä (HD-tDCS) ovat tarjonneet mahdollisuuden stimuloida fokusoivasti aivojen alueita. HD-tDCS:ää ei ole toistaiseksi tutkittu lapsilla.

tDCS:n kyvyn vahvistaminen motorisen oppimisen tehostamiseksi on terapeuttista vaikutusta motorisiin vammaisiin lapsiin. Perinataalinen aivohalvaus on hemipareettisen aivohalvauksen johtava syy, ja useimmat selviytyneistä kärsivät elinikäisestä fyysisestä vammasta. Nousevat mallit laboratorioistamme ja muista ovat määrittäneet keskeiset terapeuttiset kohteet, joiden avulla aivojen stimulaatio voi parantaa motorista oppimista ja toimintaa. Tällaisten interventioiden edistämisen kannalta on välttämätöntä ymmärtää tDCS:n vaikutukset motoriseen oppimiseen ja sen taustalla olevat muutokset aivoissa.

Tutkimuskysymys ja tavoitteet: Tässä tutkijat ehdottavat tDCS:n vaikutusten karakterisointia terveiden lasten motoriseen oppimiseen. Tämän tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena on määrittää muutoksia motorisen taidon hankinnassa, kun harjoittelu yhdistetään perinteiseen anodiseen tDCS:ään, HD-tDCS:ään tai näennäiseen tDCS:ään. Useat toissijaiset tavoitteet kuvaavat biokemiallisia ja sensorimotorisia muutoksia aivoissa, jotka tapahtuvat motorisen oppimisen aikana yhdistettynä tDCS:ään. Toissijaisissa tavoitteissa arvioidaan myös HD-tDCS:n turvallisuutta terveillä lapsilla.

Etiikka: Calgaryn yliopiston tutkimusetiikkalautakunta on hyväksynyt tämän tutkimuksen.

Suunnittelu: Satunnaistettu, kaksoissokkoutettu, valekontrolloitu koe arvioida tDCS:n ja HD-tDCS:n kykyä parantaa motorista oppimista.

Menetelmät: Lapset rekrytoidaan Terveiden imeväisten ja lasten kliinisen tutkimusohjelman kautta.

Harjoitustehtävä koostuu Purdue Pegboard -testin (PPTL) suorittamisesta vasemmalla kädellä. Tämä yksinkertainen motorisen oppimisen tehtävä on hyvin validoitu tehtävä monimutkaiseen, toiminnallisesti merkitykselliseen motoriseen oppimiseen. PPTL on osoittanut hyvää herkkyyttä muutokselle sekä terveen että sairauden motorisissa oppimistutkimuksissa aikuisilla ja kouluikäisillä lapsilla. PPTL suoritetaan viiden peräkkäisen päivän aikana motorisen oppimisen seuraamiseksi.

Lapset osallistuvat Albertan lastensairaalan non-invasiiviseen aivostimulaatiolaboratorioon. Koehenkilöt satunnaistetaan yhteen kolmesta stimulaatioryhmästä (vale tDCS, tavanomainen anodaalinen tDCS, HD-tDCS). Perustoimenpiteet suoritetaan, mukaan lukien: magneettikuvaus (anatominen kuvantaminen, toiminnallinen neuroimaging ja magneettiresonanssispektroskopia), transkraniaalinen magneettistimulaatio-neurofysiologia (vasemman ja oikean motorisen aivokuoren motorinen kartoitus), sensomotoriset toiminnalliset muutokset, jotka arvioidaan käyttämällä kinesiologista normaalia instrumenttia ja Muutetut ulottuvat liikkeet (KINARM; käsivarren paikannussovitus, kinestesia, visuaalisesti ohjattu ulottuvuus ja osumatehtävä), motoristen toimintojen muutokset (PPT, Jebsen-Taylor-testi, sarjareaktioaikatehtävä) ja sensoriset erottelutoimenpiteet (amplitudierottelu, ajallisen järjestyksen arviointi , ajallisen järjestyksen arviointitehtävä, keston erottelutehtävä, kestoerottelu hämmennyksellä ja yhden sivuston mukautustehtävä.

Perusmittausten jälkeen koehenkilöt istuvat mukavassa tuolissa PPTL-testin ollessa heidän edessään pöydällä. Osallistuja, joka on satunnaistettu vale- tai tavanomaiseen anodiseen tDCS:ään, varustetaan kahdella 25 cm2:n elektrodilla (anodi oikean ensisijaisen moottorin aivokuoren päällä, katodi kontralateraalisen supraorbitaalisen alueen päällä) tai EEG-suojus, joka sisältää neljä pientä pyöreää elektrodia (HD-tDCS, 1 anodi keskellä oikea ensisijainen moottorikuori, 4 katodia ympäröi anodia rengasmaisesti). PPTL:lle suoritetaan kolme interventiota edeltävää koetta. Kaikkien koehenkilöiden tDCS nostetaan sitten 1 milliampeeriin 45 sekunnin aikana. 120 sekunnin kuluttua virta joko lasketaan 0 milliampeeriin (sham tDCS) tai jatkuu yhteensä 20 minuuttia. PPTL suoritetaan 5, 10 ja 15 minuuttia stimulaation alkamisen jälkeen ja sen jälkeen, kun stimulaatio on päättynyt (3 toistoa ajankohdassa). Sitten täytetään tDCS-turvallisuus- ja siedettävyyskysely.

Sama tDCS-hoito, PPTL-koulutus sekä turvallisuus- ja siedettävyyskyselyt suoritetaan kolmena seuraavana peräkkäisenä päivänä. Tutkimuspäivänä 5 osallistujaa toistaa PPTL-harjoittelun yhdessä tDCS-hoidon kanssa. tDCS- ja PPTL-harjoittelun jälkeen toistetaan magneettiresonanssin neuroimaging, transkraniaalinen magneettistimulaatio-neurofysiologia, sensorimotoriset toiminnalliset muutokset, motorisen toiminnan muutokset ja sensoriset erottelutoimenpiteet motorisen oppimisen ja tDCS:n aiheuttamien muutosten arvioimiseksi.

Osallistujat palaavat kuusi viikkoa koulutuksen jälkeen, jolloin magneettiresonanssin neuroimaging, transkraniaalinen magneettistimulaatio-neurofysiologia, sensorimotoriset toiminnalliset muutokset, motoristen toimintojen muutokset ja sensoriset erottelutoimenpiteet toistetaan pitkän aikavälin muutosten arvioimiseksi.

Tietojen analyysi: Kaikkia tulosmuuttujia verrataan kolmen interventioryhmän välillä (vale tDCS, perinteinen tDCS, HD-tDCS) käyttämällä kaksisuuntaista toistettujen mittausten ANOVA-analyysiä ja asianmukaista post-hoc-analyysiä. Toistetut ANOVA-mittaukset erottavat intervention vaikutuksen (stimulaatiotyyppi) ja ajan (perustilanne, harjoituksen jälkeinen, 1 kuukausi harjoituksen jälkeen). Pearsonin korrelaatiot suoritetaan ensisijaisen tulosmittauksen ja toissijaisen tulosmitan välillä. Toissijainen tilastoanalyysi suoritetaan tarpeen mukaan.