Silmien seuranta työmuistin koulutus lapsilla ja nuorilla, joilla on vaikea aivohalvaus

Työmuisti (WM) on yksi ydintoimintojen ydintoimintoista (EF), joka kattaa korkeamman asteen kognitiiviset kyvyt, jotka ovat kriittisiä päivittäisen elämän optimaalisen toiminnan kannalta. WM on määritelty kyvynä väliaikaisesti tallentaa tietoja, joita ei enää ole havainnollisesti läsnä, mikä antaa meille mahdollisuuden manipuloida sitä tarkoituksenmukaisen tavoitteenohjattujen käyttäytymisten, kuten päätöksenteon, ongelmanratkaisun ja päättelyn saamiseksi. WM sisältää sanallisen WM: n ja (ei -sanallisen) visospatiaalisen WM: n, kaksi sisällön määrittelemää pääkomponenttia. Sanallinen WM on vastuussa sanallisen tiedon, kuten kirjaimien, sanojen, numeroiden tai nimeävien esineiden väliaikaisesta tallentamisesta, ja se on vahva ennustaja kielen kehittämiselle ja lukemisen ymmärtämiselle. Visuo-spatiaalinen WM on silmäliikejärjestelmän perustava komponentti, visuaalinen havaintotoiminta ja se on vahva aritmeettisen suorituskyvyn ennustaja. WM liittyy aktiiviseen pitkäaikaiseen muistiin, joka auttaa tallennettujen tietojen hakemista aikaisemmista kokemuksista tehtävän onnistuneesti suorittamaan tällä hetkellä. WM on käytännössä mukana useimmissa (ellei kaikissa) päivittäisessä elämässä, yksinkertaisista tehtävistä, kuten puhelinnumeron muistaminen tai oppimiseen liittyvien erittäin monimutkaisten tehtävien, lukutaidon akateemisten saavutusten, lukutaidon ja tieteen tai kielen ymmärtämisen akateemisten saavutusten kanssa.

Yksi ihmisen kognition keskeisistä rajoituksista on rajoitettu WM -kapasiteetti, ts. Tietojen määrä ja kesto, jota voidaan tallentaa ja manipuloida kerralla. Matala WM -kapasiteetti vaikuttaa noin 15%: iin kaikista lapsista, josta yli 80 prosentilla on erittäin suuri riski koulutuksen aliarvoista. Neuraalipohjansa kannalta aikaisempi työ esitti johdonmukaisesti Fronto-parietaalisten verkkojen tärkeän roolin WM: n suorituskyvyssä jonkin verran variaatioita ärsykkeen tyypistä riippuen. Tyypillisesti kehittyessään (TD) ihmisiä WM jatkaa kehitystä koko lapsuuden ja murrosikäisten huippujen sekä useiden aivojen rakenteellisten kypsymisprosessien kanssa. Merkittäviä WM -alijäämiä on kuvattu valikoimassa hermokehityshäiriöitä.

Aivohalvaus (CP) on yleisin syy vakavaan fyysiseen vammaisuuteen lapsuudessa, esiintyvyys on 1,6-3,4 / 1000 elävää syntymistä. Se käsittää ryhmän kehitysvammaisia ​​kehitysvaikeuksia, jotka johtuvat kehittyvässä sikiön tai lapsen aivoissa ei -progressiivisiin vaurioihin. CP luokitellaan spastisiin, dyskineettisiin, ataksisiin ja sekoitettuihin muotoihin, ja yksilöiden toiminta vaihtelee lievästä rajoitusasteeseen. CP: ssä 41% kaikista ihmisistä ei pysty kävelemään itsenäisesti, 23% ei pysty käsittelemään esineitä kätensä avulla ja 32% ei -sanaton. Moottorivammaisiin liittyy usein kognition ja käyttäytymisen heikentymistä. CP: n EF: ssä ilmoitetaan tähän mennessä aliraportoiduissa, etenkin CP: n muissa kuin sanallisissa ja ei-sanallisissa tapauksissa, joissa nämä heikentymiset jätetään huomioimatta haasteista löytääkseen asianmukaiset arviointityökalut, jotka eivät luota motorisiin ja sanallisiin taitoihin. Nimittäin vain 36,8 prosentilla lapsista, joilla on vaikea motorinen vammainen CP: ssä, arvioidaan kognitiivisen toiminnan verrattuna 96,5%: iin lapsista, joilla on lievä CP. Sekä sanalliset että visospatiaaliset WM -alijäämät näyttävät olevan läsnä kaikissa CP -muodossa ja enemmän funktionaalisten rajoitusten vakavuus kasvaa. CP: ssä WM -alijäämät liittyvät heikentyneeseen lukemisen ymmärtämiseen ja aritmeettisiin vaikeuksiin. Oppimisvaikeuksia esiintyy noin 40%: lla ja visuaalisesti havainnollisissa vajaatoiminnassa 40-50%: lla kaikista CP: n ihmisistä.

Keski -hermojen muutosten lisäksi CP -potilaat osoittavat myös autonomisen hermoston (ANS) muuttuneen toiminnan, mikä käy ilmi luontaisesta alentuneesta sykevaihteluista (HRV). TD -populaatiossa WM: n (ja yleensä EFS: n) korkeampi suorituskyky liittyy voimakkaasti lisääntyneeseen HRV: hen, joka on vakiintunut parasympaattisen ANS -aseman markkeri (helpottaa 'lepoa ja sulaa'). Tämä viittaa siihen, että HRV muodostaa myös tärkeän markkerin indeksoinnin tehokkaan kognitiivisen toiminnan. TD: ssä lisääntyneeseen HRV: hen liittyy lisääntynyt lepotilan funktionaalinen aivoyhteys. HRV -erojen suhteellista vaikutusta CP: ssä ja niiden suhteessa EF -puutteisiin ja funktionaalisten yhteysverkkojen ydinverkkoihin, jotka on aiemmin havaittu liittyväksi WM: ään, ei ole käsitelty missään aikaisemmassa tutkimuksessa.

Ihmiset, joilla on CP, jolla on vakavia motorisia heikentymisiä, hyötyvät silmien seurantatekniikasta pääsymenetelmänä avustavalle ja vaihtoehtoiselle viestintälaitteelle (AAC) sekä tietokoneille koulutukseen ja vapaa-aikaan. Silmäliikkeitä seurataan infrapuna -anturi ja käännetään näytöllä kohdistimen liikkeisiin, joilla lapset voivat navigoida ja valita kiinnostavia kuvakkeita. Ei -sanallisilla CP -lapsilla on huomattavasti heikentynyt kielen ymmärtäminen, etenkin näkyvä spastisessa CP: ssä. Silmien seurantatekniikka johtaa lisääntyneisiin viestintätuloksiin, ja sillä on positiivinen vaikutus elämänlaatuun lisääntyneiden aktiivisuustasojen, osallistumisasteiden, itsetehokkuuden ja itsetunton avulla. AAC: n käyttö on kiistattomia etuja mielessä, se asettaa suuria vaatimuksia WM: lle. Esimerkiksi tarpeita ja tarpeita ilmaistakseen näiden lasten on muistettava mielenkiintoinen symboli, samalla kun navigoivat koko symbolien joukkoon, joista kaikki eivät ole samanaikaisesti läsnä, muistaen tehokkaimman polun, estäen mahdollisia häiriötekijöitä ja lopuksi kohdesymbolin löytämisen ja valitsemisen. AAC -järjestelmien käyttö voi olla todellinen haaste lapsille, joilla on alhainen WM -kapasiteetti, mikä johtaa todennäköisesti tekniikan lopettamiseen sekä mahdollisuuksien ja hyötyjen menettämiseen. CP-potilaat osoittavat myös heikompaa silmäliikkeiden laatua verrattuna TD-ihmisiin, silmien liikkumisen tarkkuutta voidaan kuitenkin parantaa intensiivisen silmäseurantaharjoittelun avulla. Lisäksi silmäseurantamenetelmiä on aikaisemmin käytetty WM: n indeksointiin, menetelmään, jota ei ole vielä tutkittu CP-potilailla, mutta sillä voi olla tärkeitä kliinisiä vaikutuksia.

Tietokoneistettu WM-koulutus nousi uutena, ei-invasiivisena hoitovaihtoehtona, jolla on suuri potentiaali lisätä WM-kapasiteettia ja kognitiivista toimintaa. EF: n osakkeen kapasiteettirajoitukset ja niillä on päällekkäisiä hermostojärjestelmiä, mikä selittää WM -koulutuksen yleisen vaikutuksen muihin kognitiivisiin toimintoihin. Äskettäinen systemaattinen katsaus syntetisoi olemassa olevat todisteet CP: n kognitiivisista interventioista, korostaen muun muassa olemassa olevien todisteiden heikkoa laatua WM -koulutusohjelmissa ja tulevien, vankempien tutkimusten tarvetta CP: ssä. Aikaisempi kognitiivisten interventioiden tutkimus (yleensä) kattaa aktiivisuustoimenpiteet kognitiivisten kykyjen lisäämiseksi (ts. Kiipeily, tanssi, hippoterapia) tiettyihin koulutusohjelmiin, kuten Mi-jooga-mielenterveyteen perustuva liikeohjelma, Move-it-to-to-it-it (MITII) ja Cogmed WM -koulutus (CWMT). Vakavien motoristen vajaatoimintojen vuoksi vakavien CP: n (GMFCS-tasot IV-V) tavoiteryhmä ei kykene suorittamaan kiipeilyn, tanssin, hippoterapian aktiivisuustoimenpiteitä. Lisäksi he eivät pysty suorittamaan liikepohjaisia ​​ohjelmia, kuten Mi-joogaa ja mitii, jättäen CWMT-ohjelman toteutettavimmaksi koulutusohjelmaksi lapsille ja nuorille, joilla on vakava CP, jotka pääsevät tietokoneilleen käyttämällä silmäseurantalaitteita. Muita tietokoneistettuja interventiokoulutusohjelmia ovat SMART (kehitysvaiheissa, jotka eivät ole erityisiä WM -koulutukselle, joten se ei ole hyödyllinen projektin tavoitteiden saavuttamiseksi) ja neuronup (https://www.neuronup.com/; Ei erityinen WM -koulutukselle, vaan pikemminkin toimeenpanotoimille yleensä), jolle tällä hetkellä on vain julkaistu RCT: n tutkimusprotokolla lievässä CP: ssä, mutta kirjoittajat eivät ole vielä julkaissut tuloksia, joten sen käyttöä ei ole todisteita kognitiivisten kykyjen lisäämiseksi yleensä ja WM: n erityisesti.

CWMT on tällä hetkellä eniten käytetty koulutusohjelmisto, jolla on eniten empiiristä näyttöä sen tehokkuudesta eri populaatioissa. Itse ohjelmisto luottaa adaptiiviseen koulutukseen algoritmien avulla, ts. WM -tehtävien vaikeuksiin pidetään jatkuvasti korkeimmalla haastaakseen WM -kapasiteettia, mutta silti sopivat kunkin käyttäjän kykyihin. WM -harjoitteluun vaikuttaa voimakkaasti neuroplastisuuden teoria, joka perustuu toistuvaan ja räätälöityyn harjoitteluun, joten adaptiiviseen algoritmiin. Neuroplastisuuden muutoksia on ilmoitettu erilaisissa populaatioissa ja ennenaikaisissa lapsissa (mukaan lukien harvat osallistujat, joilla on CP). Huolimatta laajasta CWMT: tä käyttämästä tutkimuksesta yleinen johtopäätös on, että lisääntynyt WM-kapasiteetti koulutuksen seurauksena on toistuvasti osoittanut läheisten siirtovaikutuksia, mutta epäselviä kaukakauden- ja pidätysvaikutuksia, viimeksi mainitut riippuvat suurelta osin iästä, väestöstä, koulutustyypistä ja kestosta. CWMT on paras WM -koulutusohjelmisto, jota käytetään tässä projektissa monista syistä: (1) Se on suunniteltu erityisesti WM -kapasiteetin lisäämiseksi, mikä ei ole muissa tietokoneistettuissa koulutusohjelmissa, joiden tarkoituksena on parantaa toimeenpanotoimintoja yleensä (mukaan lukien kognitiivinen joustavuus, huomio jne.); Tämä on kriittinen asia, jota pidetään tämän hankkeen päätavoitteena, on arvioida pääasiassa WM -kapasiteetin muutoksia, ja sitten jos taitoja siirretään muihin toimeenpanotoimintoihin; (2) CWMT -ohjelmalla on huomattavasti enemmän todisteita sen positiivisesta vaikutuksesta WM -kapasiteettiin, jota tutkitaan korkealaatuisissa tutkimuksissa, (3) koulutus on rakennettu yhteensä 25 istunnolla ja kunkin istunnon tehtävät on mukautettu osallistujan kykyihin, jotka tarjoavat kohdennetun ja räätälöidyn koulutuskokemuksen, joka on ratkaiseva ottaen huomioon heterogeenisuus, joka kuvaa CP: tä diagnoosina; (4) CWMT-istunnot voidaan suorittaa käyttämällä silmäseurantalaitteita, mikä on kriittistä lasten ja nuorten tavoiteryhmälle, jolla on vaikea CP.

WM -koulutuksen tehokkuus CP: ssä on edelleen suurelta osin tutkimatta. Tutkijoiden tietämyksen kannalta ainoa tutkimus, jossa käytettiin CWMT: tä (koulutusohjelmana, jolla on tähän mennessä empiirisimmät todisteet WM-kapasiteetin parantamiseksi) spastisilla CP-lapsilla, ilmoitti merkittäviä parannuksia koulutuksen jälkeen sekä läheisen siirron että kaukaisen siirtotaidon kanssa, mukaan lukien viso-spatiaaliset taidot, estäminen ja fonologinen käsittely. Kaksi tutkimusta, joissa käytettiin CWMT: tä erittäin alhaisissa ja erittäin alhaisissa syntymäpainoissa (jokainen tutkimus sisälsi kaksi osallistujaa, joilla oli CP), kertoivat myös sekä lähellä että kaukaisessa siirron vaikutuksissa, jotka säilytettiin 6 kuukauden seurannassa. Vaikka lupaavilla tuloksilla, nämä tutkimukset sulkivat pois CP: n lapset, joilla oli vakavia motorisia vajaatoimintoja, jättäen aukon tiedossa tärkeitä tutkimuksia.