tDCS és motoros tanulás DCD-s gyermekeknél

A transzkraniális egyenáramú stimuláció (tDCS) az egyik legelterjedtebb nem invazív agystimulációs technika, de a gyermekpopulációkban való alkalmazásai viszonylag feltáratlanok. A tDCS gyenge elektromos áramot alkalmaz a fejbőrön, hogy modulálja a kérgi ingerlékenységet. Az anódos stimuláció gerjeszti a stimulált agyi régiót. Az edzett kéz ellenoldali motoros kéregére alkalmazott anódos tDCS javítja a motoros tanulást az egy- vagy többnapos edzés során (Reis 2009). A tDCS ígéretes hatásokat mutatott a fejlődő agyban, beleértve a motoros készségek fejlesztésének lehetőségét, amelyek aztán átültethetők más nem képzett készségekre a jellemzően fejlődő gyermekeknél (Ciechanski 2017). A tDCS biztonságos és tolerálható, és csak enyhe, rövid távú káros hatásokkal (pl. bőrpír, bizsergés, viszketés és égő érzés) járható technika gyermekeknél. A káros hatások általában az elektródák helyén jelentkeznek, és a stimuláció megkezdése után néhány percen belül eltűnnek (Krishnan 2015).

A motoros beavatkozásokkal kombinálva a tDCS fokozhatja a motoros teljesítményt felnőtteknél (Reis 2009, 2011) és gyermekeknél (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016). Jelenleg más kezelésekkel (pl. viselkedésterápia és neurorehabilitáció) kombinálva alkalmazzák idegrendszeri fejlődési rendellenességekkel küzdő gyermekek és serdülők (Muszkat 2016), beleértve az autizmus spektrum zavart (Amatachaya 2014) és a figyelemhiányos/hiperaktivitási zavart (ADra) is. 2016), valamint a motoros rendellenességek, például az agyi bénulás (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016). Azonban a tDCS hatása a fejlődési koordinációs zavarban (DCD) szenvedő gyermekek készségmotoros tanulására nagyrészt még feltáratlan.

A DCD egy ismeretlen etiológiájú krónikus motoros rendellenesség, amely Kanadában az iskoláskorú gyermekek 5-6%-át érinti (APA, 2013). A DCD akadályozza a gyermekek tanulmányi eredményeit, és korlátozza a napi tevékenységekben való részvételi képességüket (például nyomtatás, öltözködés, cipőkötés, biciklizés, evőeszközök használata), valamint a szakmai tevékenységekben, a szabadidőben és a játékban (APA, 2013). .15 Ezt követően a gyerekekben pszichoszociális nehézségek alakulhatnak ki, beleértve az alacsony önértékelést, a depressziót, a szorongást, a magányt, a társaikkal kapcsolatos problémákat, valamint a fizikai és szociális tevékenységekben való rossz részvételt (Zwicker 2013). A DCD egy életen át tartó állapot, és a DCD-s gyermekek 75%-a felnőttként továbbra is motoros nehézségekkel küzd, ha nem kapnak megfelelő kezelést (Kirby 2014). A DCD-ben szenvedő gyermekek legfeljebb felének van egyidejűleg előforduló ADHD-ja is (Piek 1999).

Számos agyi régió érintett a DCD-ben, beleértve a kisagyot, a bazális ganglionokat, a parietális lebenyet és a frontális lebeny egyes részeit (például a dorsolaterális prefrontális kéreg vagy DLPFC) (Biotteau 2016). Az elsődleges motoros kéreg (M1) a frontális lebeny dorsalis részén található, és funkcionálisan kapcsolódik más motoros területekhez. Azonban az M1 és a motoros működésben és a szenzomotoros feldolgozásban részt vevő agyi régiók, mint például a striatum és a szögletes gyrus közötti funkcionális kapcsolat a DCD-ben szenvedő gyermekeknél csökkent (McLeod 2014). Az ilyen specifikus agyi régiók megcélzása a rehabilitáció során hatékony lehet az érintett gyermekek motoros kimenetelének javításában.

Jelenleg a legelőnyösebb beavatkozások a DCD-s gyermekek motoros teljesítményének javítására a feladatorientált megközelítések, amelyek egy adott feladat megtanulására összpontosítanak, nem pedig a feladat elvégzéséhez szükséges testfunkciókra (Smits-Engelsman 2013). Számos feladat-orientált megközelítést általánosan alkalmaznak a DCD-s gyermekek kezelésére (Niemeijer 2007; Polatajko 2001). A kutatók úgy vélik, hogy az agyi stimuláció fokozhatja a motoros tanulást és a feladat-orientált megközelítések hatását DCD-s gyermekeknél. Ahhoz, hogy jobban megértsük a tDCS-t, mint a DCD-s gyermekek kezelését, első lépésként fontos megvizsgálni, hogy a tDCS javíthatja-e a motoros készségek tanulását ebben a populációban. Ezért a kutatók célja egy randomizált, vak, színlelt kontrollált intervenciós vizsgálat lefolytatása anódos tDCS-vel M1-en keresztül, kombinálva egy motoros tanulási feladattal, hogy felmérjék annak hatékonyságát a motoros készségek tanulásában DCD-s gyermekeknél. Ez egy kísérleti tanulmány egy nagyobb vizsgálat mintanagyságának meghatározására.

CÉLKITŰZÉSEK ÉS HIPOTÉZISEK

1. cél: Annak meghatározása, hogy a koponyán keresztüli egyenáramú stimuláció (tDCS) javítja-e a motoros tanulást DCD-ben szenvedő gyermekeknél.

1. hipotézis: Összehasonlítva a színlelt csoportban lévő gyerekekkel, a stimulációs csoportban lévő gyerekek jobb funkcionális eredményeket mutatnak gyorsabb motoros tanulásban minden foglalkozáson (online tanulás) és 3 alkalom után.

2. cél: A tDCS-hatások hosszú élettartamának meghatározása DCD-s gyermekek motoros tanulására.

2. hipotézis: A stimulációs csoportba tartozó gyerekek motoros tanulási képessége 6 hét után is megmarad az ál-csoporthoz képest.

MÓDSZERTAN

A vizsgálat felépítése: Ez a tanulmány egy randomizált, színlelt kontrollált, kettős vak vizsgálat. A résztvevőket véletlenszerűen osztják ki aktív vagy színlelt stimulációra.

Résztvevők: A gyermekeket a BC Gyermekkórházban vagy a Sunny Hill Gyermekek Egészségügyi Központjában (Vancouver, BC) vizsgáló, kialakult DCD-s gyermekek csoportjaiból toborozzák a gyermekeket, akik megfelelnek a DSM-5 diagnosztikai kritériumoknak (American Psychiatric Association, 2013).

Mintanagyság: A minta méretét egy randomizált, színlelt kontroll vizsgálat alapján számítottuk ki olyan tipikusan fejlődő gyermekeknél, akik M1 A-tDCS-t vagy hamis tDCS-t kaptak 3 egymást követő napon át Purdue Pegboard Test képzésen.4 A mintanagyság számítása szerint összesen 14 alany, csoportonként 7 alany 95%-os ereje lenne a Purdue Pegboard teszt (hatásméret = 2,58) javulásának kimutatására 0,05-ös 1-es típusú hibával.

Eljárás: A szűrést és a toborzást követően a szülők beleegyeznek, a gyerekek pedig beleegyeznek, hogy részt vegyenek a vizsgálatban. A gyerekeket véletlenszerűen aktív vagy színlelt stimulációs csoportokba soroljuk; egy statisztikus véletlenszerűen választja ki a résztvevőket számítógép által generált 4-6-os szekvenciális blokkok segítségével. A véletlenszerűsítési kódokat lezárt, átlátszatlan borítékokban tartják a vizsgálatba való beiratkozásig. Egy munkaterápiás képzésben részesülő, kutató végzettségű hallgató vak lesz a csoportos feladatokra, és a Purdue Pegboard teszt (PPT; Tiffin 1968), a Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency-2 (BOT-2; Bruininks 2005) és az Evaluation segítségével fogja értékelni a gyerekeket. Gyermekkézírás eszköze (ETCH; Amundson, 1995). Ezután a gyermekek 3 nap tDCS-t kapnak 30 percig minden nap; az első 10 percben a gyerekek Purdue Pegboard teszt tréningen vesznek részt (egy motoros feladat tanulásának felmérésére), majd 20 perces kézírási gyakorlatot követnek a „Nyomtatás mint egy profi!” (Montgomery 2017) használatával, hogy értékeljék a funkcionális motorok tanulását. feladat). Egy foglalkozási terapeuta újra felméri a gyerekeket az utolsó edzésnap végén, majd 6 héttel később újra.

Beavatkozások

tDCS: Az egyenáramot a Health Canada (Soterix Medical Inc., New York, USA) által jóváhagyott koponyán keresztüli elektromos stimulátor segítségével szállítják (Soterix Medical, 2016). A stimulációt két 5×7 cm-es szivacsos, sóoldattal átitatott elektródon keresztül alkalmazzuk: aktív és referencia. Egy egyszerű fejfedő rendszer, beleértve az EASYpadokat és az EASYstrapeket, a helyükön tartja az elektródákat. Az aktív stimuláció és az ál-csoportban az anódot (aktív elektródát) a bal primer motoros kéreg fölé kell helyezni, a katódot (referenciaelektródát) pedig a jobb homlokra, a szupraorbitális területen. A nemzetközi 10/20 elektroencefalográfiás elektródarendszert fogják használni az M1 lokalizálására (Klem 1999). A domináns bal motoros kéreg stimulálásra kerül, mivel a kutatók célja, hogy a domináns kezet egyszerre képezzék motoros tanulási és funkcionális feladatra. A stimulációt 1 mA-en alkalmazzuk 30 percig. Egy mA anódos stimuláció átlagosan olyan agyi áramsűrűséget okozhat gyermekeknél, mint a 2 mA-es áramnak kitett felnőtteknél (Kessler 2013), és az ezt követő ingerlékenység egy óránál tovább tarthat (Moliadze 2015). Az aktív stimulációs csoportok esetében az áramerősség 1 mA-re emelkedik 45-60 s alatt, 30 percig tart, és 0 mA-re 45-60 s alatt. A színlelt csoportok esetében a stimulációt fel kell erősíteni, és csak 60 másodpercig tartják fenn, mielőtt lassan lefelé haladnának. Ez az eljárás, az úgynevezett Fade-in-Short Stimulation-Fade out, bizonyította megbízhatóságát, mint hatékony áltechnikát azáltal, hogy felnőtteknél (Ambrus 2012) és gyermekeknél (Ciechanski 2017) ugyanolyan tolerálhatóságot és átmeneti fejbőrérzetet biztosít, mint az aktív stimuláció. Bármilyen „súlyos nemkívánatos esemény” esetén (pl. másodfokú égés a fejbőrön az elektródapárna helyén vagy klinikai roham) a vizsgálatot azonnal leállítják.

Motoros tanulási feladat: Három egymást követő napon minden gyermek öt blokkot hajt végre a Purdue Pegboard tesztből: egy blokkot a tDCS előtt, három blokkot alatt és egy blokkot a tDCS után. Minden blokk a Purdue Pegboard teszt három jobb kézzel történő ismétléséből áll. A gyerekeknek 30 másodperc alatt a lehető leggyorsabban kell gombostűket helyezniük a táblába. Akár 10 percet is igénybe vehet az agyi stimuláció.

Funkcionális motoros feladat: A Purdue Pegboard teszt után minden gyermek 20 percig kognitív alapú beavatkozást kap a nyomtatási készségekhez, miközben tDCS-t kap. "Nyomtatás, mint egy profi!" (Montgomery 2017) – az általános iskolás korú gyermekek nyomtatástanításának kognitív megközelítése – olyan betűk megtanítására lesz használva, amelyeket minden gyermeknek a legnehezebb olvashatóan kinyomtatnia, amint azt a kézírás formális értékelése azonosítja – ETCH (kézirat) (Amundson 1995) .

Adatelemzési terv:

A Purdue Pegboard teszt az érdeklődés elsődleges eredménymérője. Az egy munkameneten belüli online tanulás és a munkamenetek közötti off-line tanulás méréséhez ismételt mérési kovariancia-analízist (ANCOVA) alkalmazunk, 0,05-ös α-szinttel. A beavatkozás és a visszatartás hatásának mérésére páros t-tesztet és ismételt mérési ANCOVA-t alkalmazunk az elsődleges és másodlagos kimenetelekre. Kétirányú ANCOVA és független t-teszt is használható a csoportok összehasonlítására (stimuláció versus hamis). A Conner-féle ADHD Index által értékelt MABC-2 pontszámokat és figyelemszintet kovariánsként fogják használni a figyelem és motoros készségek egyéni különbségeinek figyelembevételére.

Jelentőség:

Ez az első ilyen jellegű tanulmány, amely egyrészt az agyi stimuláció hatását vizsgálja DCD-s gyermekek motoros tanulásában, másrészt integrálja a technológiát a DCD-s gyermekek funkcionális motoros tanulásának javítására. Ez a tanulmány hozzájárul a hatékonyabb beavatkozások megtervezéséhez ezeknek a gyerekeknek a motoros készségeik és funkcionális eredményeik javítása érdekében. Ezen túlmenően, az eredmények érdekesek lesznek a gyermekgyógyászok (például foglalkozási terapeuták) és a szülők számára, akik hatékonyabb megközelítést keresnek ezeknek a gyerekeknek, valamint a kutatóknak, a diákoknak és a politikai döntéshozóknak a neurorehabilitáció területén.