Implicit tanulás elősegítése a stroke neurorehabilitációjának javítása érdekében

Az Egyesült Államokban 45 másodpercenként valakinek agyvérzése van, ami évente több mint 700 000 új stroke-ot eredményez, és a stroke a vezető rokkantsági ok a veteránok körében (American Heart Association Statisztikai Bizottság és Stroke Statistics Albizottság). Ezen esetek túlnyomó többsége motoros károsodáshoz vezet, ami gyakran azt okozza, hogy az egyének a napi működésük során másoktól függnek (módosított Rankin-skála 3-5, lásd Lees et al., 2006). Pontosabban, a felső végtagi hemiparézis a stroke utáni funkcionális fogyatékosság vezető oka, és a felkar funkciója magyarázza a jelentett életminőség változékonyságának körülbelül 50%-át (Wyller és mtsai, 1997). Mint ilyen, a felkar neurorehabilitációjának optimalizálása kritikus probléma az öregedő veterán populációban.

„A betegek rehabilitációja alapvetően egy olyan folyamat, amelynek során újratanulják, hogyan kell mozogni, hogy sikeresen teljesíthessék szükségleteiket” (Carr és Shepherd, 1987). Ez az állítás azt állítja, hogy a neurorehabilitáció lényege a motoros tanulás, de ennek ellenére a motoros tanulással kapcsolatos kutatások csekély hatással voltak a stroke-rehabilitációra (Krakauer, 2006). Az utóbbi időben érdeklődés mutatkozott a felső végtagok rehabilitációjának optimalizálására szolgáló új módszerek kifejlesztése és tesztelése iránt. A Baltimore VAMC kutatói úttörő szerepet játszottak a feladatorientált képzési paradigmákban a krónikus stroke-ban szenvedők mobilitásának javítására (Macko et al., 2005). Ennek a programozott megközelítésnek a részeként új felső végtag robotikai képzési programokat fejlesztettek ki az elérési és a végtagkoordináció javítására. E beavatkozások többsége azonban a rehabilitáció során hibaalapú tanulási stratégiákra támaszkodik, amelyek elősegítik a feladathoz kapcsolódó explicit tudást. A motoros tanulási kutatások egy része azonban azt jelzi, hogy nem ez a legjobb stratégia a motoros tanulás és így a neurorehabilitáció optimalizálására.

A hibaalapú tanulás magában foglalja a mozgás folyamatos visszacsatolását azzal a szándékkal, hogy a tanuló valós időben korrigálja a mozgást. Így a tanulás ismétlések sorozatán keresztül történik, amelyben a tanuló folyamatosan csökkenti az ideális viselkedés és a saját viselkedésének megfigyelése közötti eltérést. Más szavakkal, a hibaalapú tanulás elősegíti az alkalmazkodást a kívánt viselkedés eléréséhez. Ezzel szemben az operáns kondicionáló tanulási stratégiák abból állnak, hogy a tanuló csak a viselkedés végén kap visszajelzést mozgásának minőségéről. A tanulás tehát a kívánt viselkedés teljes egészében történő megerősítésének sorozatán keresztül valósul meg, ami modellmentesebb, mint a hibaalapú tanulás során fellépő adaptáció. Az elsődleges különbség e két tanulási stratégia között az, hogy a hibaalapú tanulás a feladat explicit ismeretét, míg az operáns kondicionálás az implicit tudást segíti elő (Krakauer és Mazzoni, 2011). Ez a kétféle tudás drasztikus hatással van a funkcionális eredményekre (pl. motoros teljesítmény, kognitív munkaterhelés és megtartás).

A stroke előtt a felkar funkcióit, mint például az elérést és a megfogást, nagyrészt kifejezett tudás nélkül végezték. Más szavakkal, az egészséges egyének kevés tudatos erőfeszítést tesznek arra, hogy hogyan szabályozzák a végtagjaikat, csak „csinálják”. Bár az explicit stratégiák használata a tanulás során elősegítheti a tanulás sebességét, ha elegendő időt kapnak, a korlátozott explicit tudással rendelkező egyének ugyanolyan jól teljesítenek (Maxwell et al, 1999). A lassabb tanulási ütem ellenére a feladat explicit ismeretének csökkentése nagyon előnyös lehet a motoros teljesítmény során. Nevezetesen, a tanult viselkedés megtartása nagyobb azoknál az egyéneknél, akik olyan körülmények között tanultak, amelyek gátolják az explicit tudást. Például Malone és Bastian (2010) egy új gyaloglási feladatot tanult meg (hasított öves futópad, ahol az övek különböző sebességgel mozognak), és azokban, ahol az explicit tudás korlátozott volt, a tanulás tovább tartott, mint azok, akik a tanulás során explicit tudásra támaszkodtak. . Ezenkívül az explicit tudás korlátozása a motoros tanulás során csökkent kognitív terhelést és fenntartott teljesítményt eredményezhet kihívások mellett (Zhu et al., 2011). Összefoglalva, az explicit tudás elősegítése a rehabilitáció során a tudattalan kontroll helyett (az explicit tudás korlátozása) csökkenti az újonnan megszerzett motoros készségek fenntarthatóságát, és felemészti a kognitív erőforrásokat, amelyeknek más igényekhez kell rendelkezésre állniuk. Mint ilyen, ezen viselkedések automatikus vezérlése kritikus fontosságú a napi tevékenységek elvégzéséhez, ami azt sugallja, hogy az operáns kondicionálás (amely korlátozza az explicit tudást) jobb, mint a hibaalapú tanulás.

A stroke-ban szenvedők implicit módon képesek megtanulni a feladatokat, bár a tanulás üteme késhet az egészséges kontrollokhoz képest (Pohl et al., 2001), és tovább késhet a stroke súlyosságának függvényében (Boyd és mtsai, 2007). Ezen túlmenően az implicit feladatról szóló explicit információ megadása csökkenti a tanulási rátát és a visszatartást azoknál, akiknél a basalis ganglion stroke (Boyd és mtsai, 2004; Boyd és mtsai, 2006) és a szenzomotoros területek károsodása (Boyd et al. ., 2003; Boyd és mtsai, 2006; Winstein és mtsai, 2003). Bár ezek a tanulmányok kiemelik az explicit tudás korlátozásának fontosságát a tanulás során, inkább az implicit szekvenciák tanulásának kontextusában végezték őket, nem pedig a készségek fejlesztésével, amelyek ugyan összefüggenek, de a motoros tanulás különböző aspektusaira támaszkodnak (Krakauer és Mazonni, 2011, Yarrow et al. , 2009). A funkcionális készségek tanulásával összefüggésben a visszacsatolás időzítése/típusa határozottan befolyásolja a tanulási arányt, valamint a megtartást, és befolyásolja a tudástípust (Levin et al., 2010). Pontosabban, ritkábban és a teljesítmény után adjon visszajelzést a feladat végrehajtásáról, mint közben (pl. késleltetett) kimutatták, hogy növelik a tanulásban való megtartást, és valószínűleg elősegítik az implicit tanulást (Cirstea és mtsai, 2006; Winstein és mtsai, 1996). Ezen túlmenően, az eredményekkel kapcsolatos visszacsatolás (az eredmények ismerete), nem pedig a teljesítményről (teljesítményről szóló tudás) kimutatta, hogy növeli a megtartást és korlátozza az explicit tudást (Cirstea el al., 2006; Sidaway et al., 2008; Winstein, 1991). Ennek megfelelően a jelenlegi javaslat megkísérli előmozdítani az implicit tudást a motoros készségek fejlesztése során a visszacsatolás időpontjának és típusának manipulálásával.

A jelen tanulmány célja annak meghatározása, hogy a hibaalapú tanulás és az operáns kondicionáló tanulás milyen hatást gyakorol a neurorehabilitáció kritikus eredményeire (pl. tanulás utáni teljesítmény, általánosíthatóság, a feladat által támasztott kognitív terhelés és megtartás).