Allenare l'equilibrio o ascoltare musica può migliorare l'attenzione, la risoluzione dei problemi e/o le capacità di controllo del comportamento?

Le funzioni esecutive (FE) sono fondamentali per il successo a scuola e nella vita, per la salute fisica e mentale, per una buona qualità della vita e per l'armonia sociale (Miller et al., 2011; Moffitt et al., 2011; Wolfe et al., 2016 ; Wong et al., 2010). In effetti, gli EF sono stati persino trovati più predittivi del successo accademico e professionale rispetto allo stato socio-economico (SES) o al quoziente di intelligenza (QI) (Alloway & Alloway, 2010).

È ben noto che le EF dipendono dalla corteccia prefrontale (PFC) e da altre regioni del cervello con cui è interconnessa (Bunge et al., 2002; Diamond, 2002; Duncan & Owen, 2000). Recentemente, è stato dimostrato che gran parte dell'equilibrio (specialmente quando c'è un input sensoriale ridotto [ad esempio, occhi chiusi] o una base di appoggio ridotta [ad esempio, piedi uniti o una gamba sollevata]) richiede PFC (Bauby & Kuo, 2000; Kwag & Zijlstra, 2022; St George et al., 2021). Infatti, l'aumento dell'attività della PFC sembra compensare i deficit sensomotori per mantenere l'equilibrio negli anziani (St George et al., 2021), e la PFC dorsolaterale si è attivata in modo significativo dopo la perturbazione esterna della stabilità posturale (Karim et al., 2014 ; Mihara et al., 2008).

È ben noto che l'apprendimento motorio e l'equilibrio dipendono dal cervelletto e da altre regioni cerebrali correlate (Glickstein & Yeo, 1990; Morton & Bastian, 2004). È importante sottolineare, tuttavia, che il cervelletto ha dimostrato di svolgere un ruolo importante nelle EF (Diamond, 2000; Koziol et al., 2014; Schmahmann, 2004, 2019; Stoodley, 2014; Strick et al., 2009). Il cervelletto è organizzato topograficamente in aree motorie, cognitive e affettive e ha importanti connessioni anatomiche con PFC (Bostan & Strick, 2018; Kelly & Strick, 2003; Stoodley et al., 2012). Un numero crescente di prove recenti supporta una stretta associazione tra sviluppo motorio e cognitivo (Diamond, 2000; Koziol et al., 2011, 2014).

Un'ulteriore prova della stretta connessione tra EF e funzione motoria, in particolare l'equilibrio, può essere vista dal fatto che i bambini con EF compromessi (come i bambini con ADHD) tendono ad avere un equilibrio compromesso (Bucci et al., 2014; Buderath et al. , 2008; Hassan, 2012; Hove et al., 2015; Jansen et al., 2019; Kim et al., 2017; Shum & Pang, 2009; Zoccante et al., 2021) e vi è una sovrapposizione tra ADHD e sviluppo Diagnosi di disturbo della coordinazione di circa il 30-50% (Pitcher et al., 2003).

Un ulteriore supporto per una stretta connessione tra equilibrio ed EF viene da studi trasversali che riportano una correlazione positiva tra stabilità posturale e rendimento scolastico (Haynes et al., 2017, 2018; Shachaf et al., 2019).

Infine, dover eseguire un compito EF contemporaneamente a una sfida di equilibrio compromette le prestazioni su entrambi, suggerendo che hanno bisogno di risorse neurali condivise (Bustillo-Casero et al., 2017; Fraizer & Mitra, 2007; Möhring et al., 2018; Shorer et al., 2012).

Scopo: vedere se il miglioramento dell'equilibrio potrebbe portare a migliori EF.

Obiettivi e ipotesi Il nostro obiettivo primario è quello di determinare l'effetto del miglioramento dell'equilibrio posturale, attraverso un intervento di allenamento dell'equilibrio, sugli EF nei bambini di 8-12 anni.

Ipotizziamo che allenare l'equilibrio, specialmente in condizioni di ridotto input sensoriale e/o ridotta base di appoggio, non solo migliorerà l'equilibrio ma anche gli EF. Ipotizziamo inoltre che il grado di miglioramento del saldo sarà positivamente associato al grado di miglioramento delle EF.

Sebbene gli studi abbiano supportato un'associazione tra stabilità posturale ed EF (Haynes et al., 2017; Mihara et al., 2008; St George et al., 2021), l'effetto causale dell'allenamento dell'equilibrio (senza aerobica, bimanuale o occhio-mano coordinamento e/o componenti di consapevolezza) sugli EF non è mai stato studiato. Se si ottengono risultati positivi, questa sarebbe la prima prova che i programmi di allenamento dell'equilibrio potrebbero essere un modo efficace per migliorare le EF. Una migliore comprensione dell'effetto del miglioramento dell'equilibrio sugli EF può cambiare il nostro attuale approccio alla formazione degli EF. L'approccio di allenamento dell'equilibrio da provare qui ha diversi vantaggi rispetto agli approcci tradizionali: può essere fatto a casa o quasi ovunque, una sessione dura solo 15 minuti, è poco costoso, permette ai bambini di alzarsi e muoversi (piuttosto che dover resta seduto alla scrivania) e si spera che i partecipanti lo trovino divertente e divertente.

Volevamo una condizione di controllo attivo che i partecipanti si aspettassero potesse migliorare le loro EF perché parte del beneficio di un intervento si verifica solo perché i partecipanti si aspettano che l'intervento produca un beneficio (Boot et al., 2013; Simons et al., 2016). Le aspettative possono diventare profezie che si autoavverano (Jenner et al., 1990; Rosenthal & Jacobson, 1968), quindi volevamo una condizione di controllo attivo che generasse simili aspettative di beneficio. La visione di video musicali è stata scelta come condizione di controllo attivo a causa dell'evidenza che l'ascolto di musica migliora il funzionamento cognitivo degli adulti con demenza o declino cognitivo (Baird & Samson, 2015; Cuddy et al., 2015; Narme et al., 2014; Samson et al., 2015; Särkämö et al., 2008), suonare musica può migliorare l'EF dei bambini (Bowmer et al., 2018; Holochwost et al., 2017; Sachs et al., 2017)), ascoltare musica migliora l'umore ( Kemper & Danhauer, 2005; Raglio et al., 2015), e il miglioramento dell'umore porta a migliori EF (Ashby et al., 1999; Isen, 2000; Yang et al., 2013). Tuttavia, non ci aspettiamo che la nostra condizione di guardare video musicali migliori gli EF, perché (a) la partecipazione dei bambini è passiva (sono solo consumatori, guardano e ascoltano) e (b) l'atto di guardare video musicali divertenti non pone qualsiasi richiesta agli EF (mentre fare esercizi di equilibrio dovrebbe).

Il gruppo senza trattamento è incluso nel caso in cui la condizione musicale produca alcuni piccoli benefici EF, nel qual caso la differenza di benefici tra le condizioni di equilibrio e musica potrebbe non essere significativa. Ci aspetteremmo, tuttavia, che mentre la condizione di equilibrio produrrà benefici EF significativamente maggiori del non trattamento, la condizione musicale, se produce benefici EF, non produrrà benefici significativamente maggiori del non trattamento.

Popolazione dello studio Assumendo un livello di significatività di 0,05, le analisi di potenza utilizzando G*Power 3.1 (Faul et al., 2007) hanno mostrato che sarebbe necessaria una dimensione del campione di 30 per gruppo per darci l'80% di potenza per rilevare una dimensione media dell'effetto (d ' = 0,5) per la variazione dell'EF nel tempo e per i miglioramenti dell'oscillazione posturale nel tempo nei bambini sulla base dei risultati di altri studi sull'EF o sull'allenamento dell'equilibrio nei bambini (ri: allenamento EF: vedere la revisione di Diamond & Ling, 2019; re: equilibrio , vedi, ad esempio, ; Granacher et al., 2011; Heleno et al., 2016).

Considerando i potenziali tassi di abbandono e di non conformità, consentiamo al 10-20% dei partecipanti di non completare lo studio. Pertanto, il nostro obiettivo è reclutare 108 partecipanti (36 per condizione).

Progettazione dello studio Gli interventi dello studio consistono in: Balance Training (BT), Music Training (MT) e business as usual. Gli interventi BT e MT dureranno 12 settimane, 3 sessioni a settimana, 15 minuti ciascuna e una sessione di check-in settimanale con un membro del personale di ricerca. Per il gruppo business-as-usual, i partecipanti non avranno alcun intervento. La valutazione degli EF e dell'equilibrio avverrà al basale, 12 settimane dopo e 3 mesi dopo.

Per BT, le sessioni includeranno una combinazione di esercizi di equilibrio dinamico (ovvero, sfide di equilibrio durante il movimento, come tenere in equilibrio un libro sulla testa mentre si cammina) e esercizi di equilibrio statico (ovvero, sfide di equilibrio stando fermi, come stare su un piede).

Per MT, i partecipanti avranno accesso a 10 video musicali ogni settimana adattati agli interessi specifici di ogni bambino tra i quali possono scegliere 4 da guardare in qualsiasi sessione.

Valutazioni Per valutare le abilità EF di base, la memoria di lavoro (WM), il controllo inibitorio (IC) e la flessibilità cognitiva (CF), oltre alle abilità EF di ordine superiore di risoluzione dei problemi e pianificazione, verranno somministrati i seguenti test convalidati: N- back (WM), cifre di riordino (WM), Hearts and Flowers (WM, IC (inibizione della risposta) e CF), Flanker/Reverse Flanker (IC (attenzione selettiva) e CF), Stroop (IC e CF), Farmer Joe (attenzione sostenuta dall'udito), Torre di Londra (pianificazione e risoluzione dei problemi) e Design Fluency (risoluzione creativa dei problemi). Verranno registrati i punteggi sia per la precisione che per il tempo di reazione.

Per valutare l'equilibrio statico, il centro di pressione del bambino verrà misurato utilizzando la Wii Balance Board nelle seguenti posizioni posturali con occhi aperti e occhi chiusi: 1) bipede, piedi alla distanza delle spalle, 2) tandem, un piede davanti al l'altro con le dita del piede posteriore quasi a toccare il tallone del piede anteriore, e 3) unipedale, in piedi su una gamba sola.

Per valutare l'equilibrio dinamico, misureremo il tempo massimo in cui i partecipanti possono mantenere l'equilibrio in piedi su una tavola oscillante con gli occhi aperti.

Analisi statistica

Innanzitutto, esamineremo se la varianza delle variabili di risultato continue è normalmente distribuita e approssimativamente uguale tra le condizioni. Le caratteristiche distributive delle variabili saranno valutate mediante test di bontà di adattamento di Kolmogorov-Smirnoff e mediante ispezione degli istogrammi. Tale ispezione grafica rivelerà se eventuali deviazioni importanti dalla normalità sono state perse dal test K-S. L'omoscedasticità sarà valutata utilizzando il test di Levene. Verranno applicate trasformazioni matematiche come i logaritmi per migliorare la conformità alla normalità se vengono rilevate deviazioni. Nel caso in cui l'ipotesi di normalità non sia soddisfatta anche dopo trasformazioni matematiche, utilizzeremo il test di Friedman non parametrico poiché il nostro studio include misure di esito ripetute in diversi momenti nel tempo.

Vedremo se i gruppi differivano in modo significativo in qualsiasi variabile di sfondo, come l'età, e se una qualsiasi di queste variabili è significativamente correlata a qualsiasi variabile di risultato. Controlleremo eventuali variabili di sfondo che mostrano effetti significativi.

Per determinare se il nostro programma di allenamento dell'equilibrio è efficace nel migliorare l'equilibrio, utilizzeremo la regressione a modello misto per confrontare le prestazioni dei partecipanti ai test di equilibrio statico e dinamico tra tutti e 3 i gruppi prima dell'intervento (per dirci se c'erano differenze tra i gruppi a all'inizio), post-intervento e follow-up a 3 mesi (per dirci se qualcuno dei gruppi sta ottenendo risultati significativamente migliori rispetto agli altri immediatamente dopo e/o 3 mesi dopo il periodo di intervento). Se troviamo un risultato significativo, faremo confronti a coppie post-hoc per vedere quali gruppi sono significativamente diversi l'uno dall'altro. Le correzioni Tukey o Bonferroni verranno utilizzate per correggere i confronti multipli, aumentando potenzialmente la probabilità di trovare una differenza significativa per caso. Confronteremo anche il grado di miglioramento (dal pre- al post-intervento e dal pre-intervento al follow-up di 3 mesi) per vedere se qualche gruppo (i) è migliorato più di altri e faremo confronti a coppie post-hoc se qualche gruppo significativo si riscontrano effetti

Per determinare se l'equilibrio dell'allenamento ha migliorato gli EF più che godersi la musica o il lavoro come al solito, utilizzeremo nuovamente una regressione a modello misto. Come descritto sopra per le valutazioni dell'equilibrio, tutti e 3 i gruppi saranno confrontati prima dell'intervento, dopo l'intervento e al follow-up di 3 mesi. Se troviamo un risultato significativo, faremo confronti a coppie post-hoc per vedere quali gruppi sono significativamente diversi l'uno dall'altro. Le correzioni Tukey o Bonferroni verranno utilizzate per correggere i confronti multipli. Confronteremo anche il grado di miglioramento per vedere se qualche gruppo è migliorato più di altri.

Per determinare se il grado di miglioramento delle prestazioni del saldo è significativamente correlato al grado di miglioramento degli EF, utilizzeremo la correlazione di Pearson. Condurremo anche un'analisi di mediazione utilizzando il metodo della differenza nei coefficienti per stimare l'effetto mediato del cambiamento dell'area di oscillazione sul cambiamento dell'EF (Mackinnon et al., 2007).