Allenamento della memoria di lavoro di tracciamento degli occhi in bambini e giovani con grave paralisi cerebrale

La memoria di lavoro (WM) è una delle funzioni esecutive di base (EF) che comprende capacità cognitive di ordine superiore, fondamentali per un funzionamento ottimale della vita quotidiana. WM è definita come la nostra capacità di archiviare temporaneamente informazioni che non sono più percettivamente presenti, permettendoci di manipolarle per comportamenti significativi diretti agli obiettivi, come il processo decisionale, la risoluzione dei problemi e il ragionamento. WM include WM verbale e (non verbale) Visuospaziale WM, due componenti principali definiti dal contenuto. Verbal WM è responsabile della memorizzazione temporanea di informazioni verbali come lettere, parole, numeri o oggetti dannosi ed è un forte predittore di sviluppo del linguaggio e comprensione della lettura. Visuo-Spatial WM è una componente fondamentale del sistema di movimento oculare, funzionamento percettivo visivo ed è un forte predittore delle prestazioni aritmetiche. WM è correlato alla memoria attiva a lungo termine che aiuta il recupero delle informazioni memorizzate dalle esperienze passate per eseguire con successo il compito al momento. WM è praticamente coinvolto nella maggior parte (se non in tutte) attività quotidiane, da compiti semplici come ricordare un numero di telefono o seguenti istruzioni, a compiti altamente complessi associati all'apprendimento, ai risultati accademici in alfabetizzazione, numerazione e scienza o comprensione del linguaggio.

Uno dei limiti centrali della cognizione umana è la capacità WM limitata, vale a dire la quantità e la durata delle informazioni che possono essere memorizzate e manipolate contemporaneamente. Una bassa capacità di WM colpisce circa il 15% di tutti i bambini, da cui oltre l'80% ha un rischio molto elevato di sottovalutamento educativo. In termini di base neurale, il lavoro precedente ha costantemente presentato un ruolo importante delle reti frontopietali nelle prestazioni di WM con alcune variazioni a seconda del tipo di stimolo. Nelle persone tipicamente in via di sviluppo (TD), WM continua a svilupparsi durante l'infanzia e i picchi nell'adolescenza insieme a una serie di processi maturazionali strutturali nel cervello. I deficit WM significativi sono stati descritti in una serie di disturbi da sviluppo neurologico.

La paralisi cerebrale (CP) è la causa più comune di grave disabilità fisica nell'infanzia con una prevalenza di 1,6-3,4 per 1000 livelli live. Comprende un gruppo di compromissioni dello sviluppo di movimento e postura attribuiti a lesioni non progressive nel cervello fetale o infantile in via di sviluppo. La CP è classificata in forme spastiche, disknetiche, atassiche e miste e il funzionamento degli individui varia da livelli lievi a gravi di limitazioni. Nel CP, il 41% di tutte le persone non è in grado di camminare in modo indipendente, il 23% non è in grado di gestire gli oggetti usando le mani e il 32% non è verbale. Le menomazioni motorie sono spesso accompagnate da menomazioni di cognizione e comportamento. L'EF in CP è sottostimato fino ad oggi, in particolare nei casi non ambulanti e non verbali di CP in cui questi menomazioni tendono a essere trascurati a causa delle sfide nella ricerca di strumenti di valutazione adeguati che non si basano su abilità motorie e verbali. Vale a dire, solo il 36,8% dei bambini con gravi disabilità motorie nel CP ha valutato il funzionamento cognitivo, rispetto al 96,5% dei bambini con CP lieve. Sia i deficit WM verbali che quelli visuospaziali sembrano essere presenti in tutte le forme di CP e più la gravità delle limitazioni funzionali aumenta. Nel CP, i deficit di WM sono associati alla comprensione della lettura compromessa e alle difficoltà aritmetiche. Le difficoltà di apprendimento sono presenti in circa il 40% e compromissioni visive percettive nel 40-50% di tutte le persone con CP.

Oltre alle alterazioni neurali centrali, i bambini con CP mostrano anche un funzionamento alterato del sistema nervoso autonomo (ANS), come evidenziato dalla variabilità della frequenza cardiaca ridotta (HRV). Nella popolazione TD, le prestazioni più elevate di WM (e EFS in generale) sono fortemente associate ad un aumento dell'HRV, un indicatore consolidato dell'unità ANS parasimpatica (facilitando il "riposo e digest"). Ciò suggerisce che l'HRV costituisce anche un'importante marker indicizzando un'efficace funzione cognitiva. Nel TD, l'aumento dell'HRV è accompagnato da una maggiore connettività cerebrale funzionale allo stato di riposo. Le indagini sul contributo relativo delle differenze di HRV nel CP e sulla loro relazione con le carenze di EF e con le reti di connettività funzionale di base precedentemente identificate come correlate a WM non sono state affrontate in nessuno studio precedente.

Le persone con CP con gravi disabilità motorie beneficiano della tecnologia di tracciamento degli occhi come metodo di accesso ai dispositivi di comunicazione (AAC) di assistenza e alternativi) e ai computer per l'istruzione e il tempo libero. I movimenti oculari sono tracciati da un sensore a infrarossi e tradotti in movimenti del cursore sullo schermo con cui i bambini possono navigare e selezionare icone di interesse. I bambini non verbali con CP hanno una comprensione del linguaggio significativamente compromessa, in particolare importante nel CP spastico. La tecnologia di tracciamento degli occhi porta ad un aumento dei risultati della comunicazione e ha un impatto positivo sulla qualità della vita attraverso l'aumento dei livelli di attività, i livelli di partecipazione, l'autoefficacia e l'autostima. Con i suoi innegabili benefici in mente, l'uso di AAC pone grandi richieste su WM. Ad esempio, per esprimere desideri e bisogni, questi bambini devono ricordare il simbolo di interesse, per tutto il tempo che navigano attraverso una serie di simboli non tutti che sono contemporaneamente presenti, ricordando il percorso più efficiente, inibendo possibili distrazioni e infine individuando e selezionando il simbolo target. L'uso dei sistemi AAC può essere una vera sfida per i bambini con bassa capacità di WM, che probabilmente portano alla interruzione della tecnologia e alla perdita di opportunità e benefici. Le persone con CP mostrano anche una qualità inferiore dei movimenti oculari rispetto alle persone TD, tuttavia, l'accuratezza del movimento degli occhi può essere migliorata attraverso un addestramento intensivo di tracciamento degli occhi. Inoltre, i metodi di tracciamento degli occhi sono stati precedentemente utilizzati per indicizzare con successo WM, un metodo che non è stato ancora studiato nelle persone con CP, ma che può contenere importanti implicazioni cliniche.

La formazione computerizzata WM è emersa come una nuova opzione di trattamento non invasiva con un grande potenziale per aumentare la capacità di WM e il funzionamento cognitivo complessivo. EF Condividi i vincoli di capacità e hanno sistemi neurali sovrapposti, che spiega l'effetto generalizzato della formazione WM ad altre funzioni cognitive. Una recente revisione sistematica ha sintetizzato le prove esistenti sugli interventi cognitivi nel CP, evidenziando, tra l'altro, la bassa qualità delle prove esistenti nei programmi di formazione WM e la necessità di studi futuri e più robusti in CP. Precedenti ricerche sugli interventi cognitivi (in generale) si estendono dagli interventi di attività per aumentare le capacità cognitive (ad es. Arrampicata, danza, ippoterapia) a programmi di allenamento specifici, come il programma di movimento basato sulla consapevolezza Mi-Yoga, Move-It-to-Improve-It (MITII) e Cogmed WM Training (CWMT). A causa delle gravi disabilità motorie, il gruppo obiettivo di CP gravi (livelli GMFCS IV-V) non è in grado di eseguire gli interventi di attività di arrampicata, danza, ippopoterapia. Inoltre, non sono in grado di eseguire i programmi basati sul movimento, come Mi-Yoga e Mitii, lasciando il programma CWMT come programma di allenamento più fattibile per bambini e giovani con CP grave che possono accedere ai loro computer usando dispositivi di tracciamento degli occhi. Altri programmi di formazione di intervento computerizzati includono Smart (nelle fasi di sviluppo, non specifiche per la formazione WM, quindi non utile per raggiungere gli obiettivi del progetto) e Neuronup (https://www.neuronup.com/; Non specifico per la formazione WM ma piuttosto delle funzioni esecutive in generale), per il quale esiste attualmente solo un protocollo di studio pubblicato di un RCT in lieve CP, tuttavia, gli autori non hanno ancora pubblicato alcun risultato, quindi non vi sono prove a supporto del suo uso per aumentare le capacità cognitive in generale e di WM in specifica.

CWMT è attualmente il software di formazione più utilizzato con le prove più empiriche disponibili sulla sua efficacia in diverse popolazioni. Il software stesso si basa su una formazione adattiva utilizzando algoritmi, ovvero la difficoltà delle attività WM è costantemente mantenuta al massimo per sfidare la capacità di WM ma ancora adatta alle capacità di ciascun utente. L'allenamento WM è fortemente influenzato dalla teoria della neuroplasticità che si basa su un allenamento ripetuto e personalizzato, da cui l'algoritmo adattivo. Sono stati segnalati cambiamenti di neuroplasticità dopo popolazioni diverse e nei bambini prematuri (inclusi pochi partecipanti con CP). Nonostante la ricerca approfondita con CWMT, la conclusione generale è che l'aumento della capacità WM a seguito dell'addestramento ha ripetutamente mostrato effetti quasi trasferici ma effetti lontani da trasferimento e ritenzione, quest'ultimo dipendente in gran parte dall'età, dalla popolazione, dal tipo di allenamento e dalla durata. CWMT è il miglior software di formazione WM da utilizzare in questo progetto per vari motivi: (1) è progettato specificamente per aumentare la capacità WM, il che non è il caso degli altri programmi di formazione computerizzati che mirano a migliorare le funzioni esecutive in generale (compresa la flessibilità cognitiva, l'attenzione ecc.); Questo è un punto fondamentale da considerare come obiettivo principale di questo progetto è valutare eventuali cambiamenti principalmente nella capacità WM, e quindi se qualsiasi competenza viene trasferita alle altre funzioni esecutive; (2) Il programma CWMT ha sostanzialmente maggiori prove per il suo impatto positivo sulla capacità di WM esplorata in studi di alta qualità, (3) la formazione è strutturata con 25 sessioni in totale e le attività all'interno di ogni sessione sono adattate alle capacità del partecipante, offrendo un'esperienza di allenamento mirata e personalizzata che è cruciale data l'eterogeneità che caratterizza CP come diagnosi; (4) Le sessioni CWMT possono essere eseguite utilizzando dispositivi di tracciamento degli occhi, che è fondamentale per il gruppo obiettivo di bambini e giovani con CP grave.

L'efficacia della formazione WM in CP rimane in gran parte inesplorata. Per la conoscenza dei ricercatori, l'unico studio che ha utilizzato CWMT (come programma di formazione con le prove più empiriche fino ad oggi per migliorare la capacità di WM) nei bambini con CP spastico ha riportato miglioramenti significativi post-allenamento sia nelle capacità quasi trasferiche che in termini di trasferimento lontano, anche nelle capacità visue-spaziali, nell'inibizione ed elaborazione fonologica. Due studi che utilizzavano il CWMT in bambini estremamente bassi e molto bassi (ogni studio includeva due partecipanti con CP) hanno riportato anche effetti sia quasi e lontani che, mantenuti al follow-up di 6 mesi. Sebbene con risultati promettenti, questi studi hanno escluso i bambini con CP con gravi disabilità motorie, lasciando un divario nella conoscenza di importanza da esplorare.