Accelerazione dell'apprendimento motorio in pediatria (AMPED)

Sfondo e logica: la plasticità può essere migliorata nel cervello in via di sviluppo, ma i meccanismi sono poco conosciuti. Le tecnologie di stimolazione cerebrale come la stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) modulano l'eccitabilità e la plasticità della corteccia motoria. Gli studi del nostro gruppo e di altri suggeriscono che gli studi di neuromodulazione con tDCS sono sicuri e fattibili nei bambini. Recentemente i ricercatori hanno dimostrato che la tDCS convenzionale può migliorare l'apprendimento motorio nei bambini sani. Inoltre, i recenti progressi nella tDCS ad alta definizione (HD-tDCS) hanno offerto l'opportunità di stimolare in modo focale le regioni del cervello. HD-tDCS non è stato studiato fino ad oggi nei bambini.

Stabilire una capacità di tDCS per migliorare l'apprendimento motorio ha implicazioni terapeutiche per i bambini con disabilità motorie. L'ictus perinatale è la principale causa di paralisi cerebrale emiparetica e la maggior parte dei sopravvissuti soffre di disabilità fisica permanente. I modelli emergenti del nostro laboratorio e di altri hanno definito obiettivi terapeutici centrali in base ai quali la stimolazione cerebrale può migliorare l'apprendimento e la funzione motoria. Comprendere gli effetti della tDCS sull'apprendimento motorio e sui cambiamenti sottostanti all'interno del cervello è essenziale per promuovere tali interventi.

Domanda e obiettivi della ricerca: qui i ricercatori propongono di caratterizzare gli effetti della tDCS sull'apprendimento motorio nei bambini sani. L'obiettivo principale di questo studio è determinare i cambiamenti nell'acquisizione dell'abilità motoria, quando l'allenamento è accoppiato con tDCS anodica convenzionale, HD-tDCS o sham tDCS. Diversi obiettivi secondari descriveranno i cambiamenti biochimici e sensomotori nel cervello che avvengono durante l'apprendimento motorio associato alla tDCS. Gli obiettivi secondari valuteranno anche la sicurezza dell'HD-tDCS nei bambini sani.

Etica: questo studio è stato approvato dal Consiglio di etica della ricerca dell'Università di Calgary.

Design: studio randomizzato, in doppio cieco, controllato da sham per valutare la capacità di tDCS e HD-tDCS di migliorare l'apprendimento motorio.

Metodi: I bambini saranno reclutati attraverso il programma di ricerca clinica per neonati e bambini sani.

Il compito di addestramento consisterà nell'eseguire il Purdue Pegboard Test (PPTL) con la mano sinistra. Questo semplice compito di apprendimento motorio è un compito ben convalidato per l'apprendimento motorio complesso e funzionalmente rilevante. Il PPTL ha dimostrato una buona sensibilità al cambiamento negli studi sull'apprendimento motorio sia sani che patologici negli adulti e nei bambini in età scolare. Il PPTL verrà eseguito per cinque giorni consecutivi per monitorare l'apprendimento motorio.

I bambini frequenteranno il laboratorio di stimolazione cerebrale non invasiva dell'Alberta Children's Hospital. I soggetti saranno randomizzati a uno dei tre gruppi di stimolazione (sham tDCS, tDCS anodale convenzionale, HD-tDCS). Verranno eseguite misure di base, tra cui: neuroimaging a risonanza magnetica (imaging anatomico, neuroimaging funzionale e spettroscopia di risonanza magnetica), neurofisiologia della stimolazione magnetica transcranica (mappatura motoria della corteccia motoria sinistra e destra), cambiamenti funzionali sensomotori valutati utilizzando lo strumento kinesiologico per normale e Altered Reaching Movements (KINARM; corrispondenza del posizionamento del braccio, cinestesia, raggiungimento guidato visivamente e compito di colpire l'oggetto), cambiamenti della funzione motoria (PPT, Jebsen-Taylor Test, Serial Reaction Time Task) e misure di discriminazione sensoriale (discriminazione dell'ampiezza, giudizio dell'ordine temporale , compito di giudizio sull'ordine temporale, compito di discriminazione della durata, compito di discriminazione della durata con confusione e compito di adattamento del sito singolo.

Dopo le misurazioni di base, i soggetti saranno seduti su una sedia comoda con il test PPTL davanti a loro su un tavolo. Il partecipante randomizzato a tDCS anodale fittizio o convenzionale verrà dotato di due elettrodi da 25 cm2 (anodo sopra la corteccia motoria primaria destra, catodo sopra l'area sopraorbitale controlaterale) o un cappuccio EEG contenente quattro piccoli elettrodi circolari (HD-tDCS, 1 anodo centrato sopra il corteccia motoria primaria destra, 4 catodi circondano l'anodo ad anello). Verranno eseguite tre prove pre-intervento del PPTL. Tutti i soggetti avranno quindi il tDCS aumentato fino a 1 milliamp in 45 secondi. Dopo 120 secondi la corrente scenderà a 0 milliampere (sham tDCS) o continuerà per un totale di 20 minuti. Il PPTL verrà eseguito 5, 10 e 15 minuti dopo l'inizio della stimolazione e al termine della stimolazione (3 ripetizioni per punto temporale). Verrà quindi completato un questionario sulla sicurezza e tollerabilità del tDCS.

Lo stesso trattamento tDCS, formazione PPTL e questionari sulla sicurezza e tollerabilità verranno eseguiti nei prossimi tre giorni consecutivi. Il giorno 5 dello studio i partecipanti ripeteranno nuovamente l'allenamento PPTL abbinato al trattamento tDCS. Dopo l'allenamento di tDCS e PPTL, verranno ripetute misure di neuroimaging a risonanza magnetica, neurofisiologia della stimolazione magnetica transcranica, cambiamenti funzionali sensomotori, cambiamenti della funzione motoria e discriminazione sensoriale per valutare i cambiamenti indotti dall'apprendimento motorio e tDCS.

I partecipanti torneranno sei settimane dopo l'allenamento, dove verranno ripetute la neuroimaging a risonanza magnetica, la neurofisiologia della stimolazione magnetica transcranica, i cambiamenti funzionali sensomotori, i cambiamenti della funzione motoria e le misure di discriminazione sensoriale per valutare i cambiamenti a lungo termine.

Analisi dei dati: tutte le variabili di esito saranno confrontate tra i tre gruppi di intervento (sham tDCS, tDCS convenzionale, HD-tDCS) utilizzando un'ANOVA a misure ripetute a due vie con un'analisi post-hoc appropriata. Le misure ripetute ANOVA distingueranno l'influenza dell'intervento (tipo di stimolazione) e il tempo (basale, post-allenamento, 1 mese dopo l'allenamento). Verranno eseguite le correlazioni di Pearson tra la misura dell'esito primario e le misure dell'esito secondario. L'analisi statistica secondaria sarà eseguita come giustificato.