tDCS ja motorinen oppiminen lapsilla, joilla on DCD

Transkraniaalinen tasavirtastimulaatio (tDCS) on yksi yleisimmistä ei-invasiivisista aivojen stimulaatiotekniikoista, mutta sovelluksia lapsiväestössä ei ole vielä tutkittu. tDCS kohdistaa heikkoa sähkövirtaa päänahan yli aivokuoren kiihottumisen moduloimiseksi. Anodistimulaatio kiihottaa stimuloitua aivoaluetta. Anodaalinen tDCS, jota sovelletaan motoriseen aivokuoreen harjoitetun käden vastakkaiseen suuntaan, parantaa motorista oppimista yhden tai useamman päivän harjoituksissa (Reis 2009). tDCS on osoittanut lupaavia vaikutuksia kehittyvissä aivoissa, mukaan lukien mahdollisuudet parantaa motorisia taitoja, jotka voidaan sitten siirtää muihin kouluttamattomiin taitoihin tyypillisesti kehittyvillä lapsilla (Ciechanski 2017). tDCS on turvallinen ja siedettävä ja käyttökelpoinen tekniikka, jolla on vain lieviä lyhytaikaisia ​​haittavaikutuksia (esim. punoitus, pistely, kutina ja polttava tunne) lapsille. Haittavaikutukset ilmenevät yleensä elektrodien kohdissa ja häviävät muutaman minuutin kuluessa stimulaation alkamisesta (Krishnan 2015).

Yhdessä moottoriin perustuvien interventioiden kanssa tDCS voi parantaa motorista suorituskykyä aikuisilla (Reis 2009, 2011) ja lapsilla (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016). Sitä käytetään tällä hetkellä yhdessä muiden hoitojen kanssa (esim. käyttäytymisterapia ja neurorehabilitaatio) lapsilla ja nuorilla, joilla on hermoston kehityshäiriöitä (Muszkat 2016), mukaan lukien autismispektrihäiriö (Amatachaya 2014) ja tarkkaavaisuus-/hyperaktiivisuushäiriö (ADra) 2016), sekä motoriset häiriöt, kuten aivovamma (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016). tDCS:n vaikutusta kehityskoordinaatiohäiriötä (DCD) sairastavien lasten taitojen motoriseen oppimiseen on kuitenkin suurelta osin tutkimatta.

DCD on krooninen motorinen häiriö, jonka etiologiaa ei tunneta ja joka vaikuttaa 5–6 %:lla Kanadan kouluikäisistä lapsista (APA, 2013). DCD häiritsee lasten akateemista menestystä ja rajoittaa heidän kykyään osallistua päivittäisiin toimiin (esim. tulostaminen, pukeutuminen, kenkien sitominen, pyöräily, ruokailuvälineiden käyttö) sekä ammatilliseen toimintaan, vapaa-aikaan ja leikkiin (APA, 2013) .15 Myöhemmin lapset voivat kehittää psykososiaalisia vaikeuksia, kuten huonoa itsetuntoa, masennusta, ahdistusta, yksinäisyyttä, ongelmia ikätovereiden kanssa ja huonoa osallistumista fyysiseen ja sosiaaliseen toimintaan (Zwicker 2013). DCD on elinikäinen sairaus, ja 75 % DCD:tä sairastavista lapsista kokee edelleen motorisia vaikeuksia aikuisina, jos he eivät saa asianmukaista hoitoa (Kirby 2014). Jopa puolella lapsista, joilla on DCD, on myös samanaikaisesti esiintyvä ADHD (Piek 1999).

DCD:hen on liitetty useita aivojen alueita, mukaan lukien pikkuaivot, tyvihermot, parietaalilohko ja otsalohkon osat (esim. dorsolateraalinen prefrontaalinen aivokuori tai DLPFC) (Biotteau 2016). Ensisijainen motorinen aivokuori (M1) sijaitsee etulohkon dorsaalisessa osassa ja on toiminnallisesti yhteydessä muihin motorisiin alueisiin. Funktionaalinen yhteys M1:n ja motoriseen toimintaan ja sensomotoriseen prosessointiin osallistuvien aivoalueiden, kuten striatumin ja kulmakivun, välillä voi kuitenkin olla heikentynyt lapsilla, joilla on DCD (McLeod 2014). Tällaisten tiettyjen aivoalueiden kohdistaminen kuntoutuksessa voi olla tehokasta parantamaan sairastuneiden lasten motorisia tuloksia.

Tällä hetkellä edullisimmat interventiot DCD-lasten motorisen suorituskyvyn parantamiseksi ovat tehtävälähtöisiä lähestymistapoja, jotka keskittyvät tietyn tehtävän oppimiseen tehtävän suorittamisen edellyttämien kehon toimintojen sijaan (Smits-Engelsman 2013). Useita tehtäväkeskeisiä lähestymistapoja käytetään yleisesti DCD-lasten hoidossa (Niemeijer 2007; Polatajko 2001). Tutkijat uskovat, että aivojen stimulaatio voi parantaa motorista oppimista ja tehtävälähtöisten lähestymistapojen vaikutusta DCD-lapsilla. Jotta tDCS:ää voitaisiin ymmärtää paremmin DCD:tä sairastavien lasten hoitona, ensimmäisenä askeleena on tärkeää tutkia, voiko tDCS parantaa motoristen taitojen oppimista tässä populaatiossa. Siksi tutkijat pyrkivät suorittamaan satunnaistetun, sokkoutetun, valekontrolloidun interventiokokeen anodisella tDCS:llä M1:n yli yhdistettynä motoriseen oppimistehtävään arvioidakseen sen tehokkuutta motoristen taitojen oppimiseen DCD:tä sairastavilla lapsilla. Tämä on pilottitutkimus, jolla määritetään otoskoko laajempaa tutkimusta varten.

TAVOITTEET JA HYPOTEESIT

Tavoite 1: Selvittää, parantaako transkraniaalinen tasavirtastimulaatio (tDCS) motorista oppimista lapsilla, joilla on DCD.

Hypoteesi 1: Verrattuna valeryhmän lapsiin, stimulaatioryhmän lapset osoittavat parempia toiminnallisia tuloksia nopeammin motorisessa oppimisessa jokaisessa istunnossa (verkko-oppiminen) ja 3 istunnon jälkeen.

Tavoite 2: Määrittää tDCS-vaikutusten pitkäikäisyys motoriseen oppimiseen lapsilla, joilla on DCD.

Hypoteesi 2: Stimulaatioryhmän lapset säilyttävät motorisen oppimisensa 6 viikon jälkeen verrattuna valeryhmään.

METODOLOGIA

Tutkimuksen suunnittelu: Tämä tutkimus on satunnaistettu, valekontrolloitu kaksoissokkoutettu tutkimus. Osallistujat määrätään satunnaisesti aktiiviseen tai valestimulaatioon.

Osallistujat: Lapset rekrytoidaan vakiintuneista DCD-lapsista, jotka on arvioitu BC Children's Hospitalissa tai Sunny Hill Health Center for Childrenissa (Vancouver, BC) ja jotka täyttävät DSM-5-diagnostiset kriteerit (American Psychiatric Association, 2013).

Otoskoko: Otoskoko laskettiin satunnaistetun valekontrollin perusteella tehdyn tutkimuksen perusteella, jossa tyypillisesti kehittyvät lapset saivat M1 A-tDCS:n tai vale-tDCS:n kolmen peräkkäisen päivän ajan Purdue Pegboard Test -koulutusta.4 Otoskoon laskelmat ehdottivat, että yhteensä 14 koehenkilöllä, 7 koehenkilöä ryhmää kohti, olisi 95 %:n kyky havaita parannus Purdue Pegboard -testissä (vaikutuksen koko = 2,58) tyypin 1 virheellä 0,05.

Toimenpide: Seulonnan ja rekrytoinnin jälkeen vanhemmat suostuvat ja lapset suostuvat osallistumaan tutkimukseen. Satunnaistamme lapset aktiivisiin tai valestimulaatioryhmiin; tilastotieteilijä satunnaisoi osallistujat käyttämällä tietokoneella luotuja peräkkäisiä 4-6 lohkoja. Satunnaistuskoodit säilytetään suljetuissa läpinäkymättömissä kirjekuorissa tutkimukseen ilmoittautumiseen asti. Toimintaterapian koulutuksen saanut tutkija-opiskelija sokeutuu ryhmätehtäviin ja arvioi lapsia Purdue Pegboard -testillä (PPT; Tiffin 1968), Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency-2 -testillä (BOT-2; Bruininks 2005) ja Evaluationilla. Tool of Children's Handwriting (ETCH; Amundson, 1995). Sitten lapset saavat 3 päivää tDCS-hoitoa 30 minuutin ajan joka päivä; ensimmäisten 10 minuutin aikana lapset suorittavat Purdue Pegboard -testikoulutuksen (motorisen tehtävän oppimisen arvioimiseksi), minkä jälkeen he harjoittelevat 20 minuuttia käsinkirjoitusta käyttämällä "Printing Like a Pro!" (Montgomery 2017) toiminnallisen moottorin oppimisen arvioimiseksi. tehtävä). Toimintaterapeutti arvioi lapset uudelleen viimeisen harjoituspäivän lopussa ja uudelleen 6 viikon kuluttua.

Interventioita

tDCS: Tasavirta toimitetaan käyttämällä Health Canadan (Soterix Medical Inc., New York, USA) hyväksymää transkraniaalista sähköstimulaattoria (Soterix Medical, 2016). Stimulaatio levitetään päänahkaan kahdella 5 × 7 cm:n suolaliuoksella kastetulla sienellä: aktiivinen ja referenssielektrodi. Yksinkertainen pääremmit, mukaan lukien EASYpadit ja EASYstraps, pitävät elektrodit paikoillaan. Aktiivistimulaatio- ja valeryhmissä anodi (aktiivinen elektrodi) sijoitetaan vasemman ensisijaisen motorisen aivokuoren päälle katodin (vertailuelektrodin) ollessa oikean otsan päällä supraorbitaalisella alueella. Kansainvälistä 10/20 elektroenkefalografiaelektrodijärjestelmää käytetään M1:n paikantamiseen (Klem 1999). Dominoivaa vasenta motorista aivokuorta stimuloidaan, koska tutkijat pyrkivät harjoittelemaan hallitsevaa kättä samanaikaisesti motoriseen oppimistehtävään ja toiminnalliseen tehtävään. Stimulaatiota sovelletaan 1 mA:lla 30 minuutin ajan. Yksi mA anodistimulaatio voi aiheuttaa lapsilla aivovirran tiheyksiä, jotka ovat keskimäärin verrattavissa 2 mA:n virralle altistuneiden aikuisten tiheyksiin (Kessler 2013), ja myöhempi kiihtyvyys voi kestää yli tunnin (Moliadze 2015). Aktiivisissa stimulaatioryhmissä virtaa nostetaan 1 mA:iin 45–60 sekunnissa, pidetään 30 minuutin ajan ja 0 mA:iin 45–60 sekunnin aikana. Huijausryhmissä stimulaatiota nostetaan ja pidetään vain 60 sekuntia, ennen kuin se hidastetaan hitaasti. Tämä menetelmä, nimeltään Fade-in-Short Stimulation-Fade out, on osoittanut luotettavuutensa tehokkaana huijaustekniikana, koska se on siedettävä ja ohimenevä päänahan tunne kuin aktiivinen stimulaatio sekä aikuisilla (Ambrus 2012) että lapsilla (Ciechanski 2017). Jos "vakavia haittavaikutuksia" (esim. toisen asteen päänahan palovamma elektrodityynyn kohdassa tai kliininen kohtaus) ilmenee tutkimuksen aikana, se lopetetaan välittömästi.

Motorisen oppimisen tehtävä: Kolmen peräkkäisen päivän aikana jokainen lapsi suorittaa viisi Purdue Pegboard -testin lohkoa: yhden lohkon ennen, kolme lohkon aikana ja yhden lohkon tDCS:n jälkeen. Jokainen lohko koostuu kolmesta Purdue Pegboard Testin toistosta oikealla kädellä. Lasten on asetettava nastat tauluun niin nopeasti kuin pystyvät 30 sekunnissa. Se kestää jopa 10 minuuttia aivojen stimulaatiota.

Funktionaalinen moottoritehtävä: Purdue Pegboard -testin jälkeen jokainen lapsi saa kognitiivisia interventioita tulostustaitoihin 20 minuutin ajan samalla, kun hän saa tDCS:ää. "Tulosta kuin ammattilainen!" (Montgomery 2017) - kognitiivinen lähestymistapa painamisen opettamiseen alakouluikäisille lapsille - käytetään opetettaessa kirjaimia, joiden tulostaminen jokaisella lapsella on vaikeimmin luettavassa muodossa, mikä on tunnistettu muodollisessa käsialan arvioinnissa - ETCH (käsikirjoitus) (Amundson 1995) .

Tietojen analysointisuunnitelma:

Purdue Pegboard -testi on ensisijainen kiinnostuksen tulosmittari. Mittaaksemme verkko-oppimista yhden istunnon aikana ja off-line-oppimista useiden istuntojen välillä käytämme ANCOVAa (Repeated Measure Analysis of Co-variance), jonka α-taso on 0,05. Intervention ja retention vaikutuksen mittaamiseksi käytämme parillista t-testiä ja toistuvaa mittausta ANCOVA:ta primaari- ja toissijaisiin tuloksiin. Kaksisuuntaista ANCOVAa ja riippumatonta t-testiä käytetään myös ryhmien vertailuun (stimulaatio vs. huijaus). Connerin ADHD-indeksillä arvioituja MABC-2-pisteitä ja huomiotasoa käytetään yhteismuuttujina huomioimaan huomion ja motoristen taitojen yksilölliset erot.

Merkitys:

Tämä on ensimmäinen laatuaan tutkimus, jossa sekä tutkitaan aivostimulaation vaikutusta DCD:tä sairastavien lasten motoriseen oppimiseen että integroidaan tekniikkaa DCD-lasten toiminnallisen motorisen oppimisen parantamiseksi. Tämä tutkimus auttaa suunnittelemaan tehokkaampia interventioita näille lapsille sekä heidän motoristen taitojensa että toiminnallisten tulosten parantamiseksi. Lisäksi havainnot kiinnostavat lastenlääkäreitä (esim. toimintaterapeutteja) ja vanhempia, jotka etsivät tehokkaampia lähestymistapoja näille lapsille, sekä tutkijoille, opiskelijoille ja poliittisille päättäjille neurorehabilitaation alalla.