小児科における運動学習の加速 (AMPED)

背景と理論的根拠: 可塑性は発達中の脳で強化される可能性がありますが、そのメカニズムはよくわかっていません。 経頭蓋直流刺激 (tDCS) などの脳刺激技術は、運動皮質の興奮性と可塑性を調節します。 私たちのグループや他のグループによる研究は、tDCS を用いたニューロモデュレーションの試験が安全であり、子供でも実行可能であることを示唆しています。 最近、研究者らは、従来の tDCS が健康な子供の運動学習を強化できることを実証しました。 さらに、高精細 tDCS (HD-tDCS) の最近の進歩は、脳の領域を局所的に刺激する機会を提示しました。 HD-tDCS は、これまで子供では調査されていません。

運動学習を強化する tDCS の能力を確立することは、運動障害のある子供にとって治療上の意味があります。 周産期脳卒中は、片麻痺性脳性麻痺の主な原因であり、ほとんどの生存者は生涯にわたる身体障害に苦しみます。 私たちの研究室や他の研究室からの新しいモデルは、脳の刺激が運動学習と機能を強化する可能性がある中心的な治療標的を定義しています。 運動学習に対する tDCS の影響を理解すること、および脳内の根本的な変化は、そのような介入を進めるために不可欠です。

研究課題と目的: ここで研究者は、健康な子供の運動学習に対する tDCS の効果を特徴付けるために提案します。 この研究の主な目的は、トレーニングが従来の陽極 tDCS、HD-tDCS、または偽の tDCS と組み合わされた場合の、運動能力の獲得の変化を判断することです。 複数の二次的な目的は、tDCS と組み合わせた運動学習中に発生する脳の生化学的および感覚運動の変化について説明します。 二次的な目的では、健康な子供における HD-tDCS の安全性も評価します。

倫理: この研究は、カルガリー大学研究倫理委員会によって承認されています。

設計: tDCS および HD-tDCS が運動学習を強化する能力を評価するための無作為化二重盲検シャム対照試験。

方法: 健康な乳児および小児臨床研究プログラムを通じて子供を募集します。

トレーニング タスクは、左手でパーデュー ペグボード テスト (PPTL) を実行することで構成されます。 この単純な運動学習タスクは、機能的に関連する複雑な運動学習の十分に検証されたタスクです。 PPTL は、成人および学齢期の子供の健康および疾患の両方の運動学習研究における変化に対して優れた感度を示しています。 PPTL は、運動学習を監視するために 5 日間連続して実行されます。

子供たちは、アルバータ小児病院の非侵襲的脳刺激実験室に参加します。 被験者は、3 つの刺激グループ (偽の tDCS、従来の陽極 tDCS、HD-tDCS) のいずれかに無作為に割り付けられます。 磁気共鳴神経イメージング（解剖学的イメージング、機能的神経イメージングおよび磁気共鳴分光法）、経頭蓋磁気刺激神経生理学（左右の運動皮質の運動マッピング）、感覚運動機能の変化を含むベースライン測定が実行されます。変更されたリーチング動作 (KINARM; アーム ポジショニング マッチング、運動感覚、視覚誘導リーチング、オブジェクト ヒット タスク)、運動機能の変化 (PPT、Jebsen-Taylor テスト、Serial Reaction Time タスク)、および感覚弁別手段 (振幅弁別、時間的順序の判断) 、時間順序判断タスク、期間弁別タスク、交絡を伴う期間弁別、および単一部位適応タスク。

ベースラインの測定に続いて、被験者は快適な椅子に座り、テーブルの前に PPTL テストが置かれます。 偽または従来の陽極 tDCS に無作為化された参加者には、2 つの 25 cm2 電極 (右一次運動皮質上の陽極、反対側の眼窩上領域上の陰極) または 4 つの小さな円形電極を含む EEG キャップ (HD-tDCS、右一次運動皮質では、4 つの陰極が陽極をリング状に取り囲んでいます)。 PPTL の 3 つの事前介入試験が実行されます。 その後、すべての被験者の tDCS が 45 秒間で 1 ミリアンペアまで上昇します。 120 秒後、電流は 0 ミリアンペア (シャム tDCS) まで減少するか、合計 20 分間継続します。 PPTL は、刺激開始後 5、10、および 15 分、および刺激が終了した後に実行されます (時点ごとに 3 回繰り返します)。 その後、tDCS の安全性と忍容性のアンケートに回答します。

同じ tDCS 治療、PPTL トレーニング、安全性と忍容性のアンケートは、次の 3 日間連続して実行されます。 研究日に 5 人の参加者が再び tDCS 治療と組み合わせた PPTL トレーニングを繰り返します。 tDCS および PPTL トレーニングに続いて、磁気共鳴神経画像法、経頭蓋磁気刺激神経生理学、感覚運動機能の変化、運動機能の変化、および感覚弁別手段を繰り返して、運動学習および tDCS によって誘発される変化を評価します。

参加者はトレーニングの 6 週間後に戻り、磁気共鳴神経イメージング、経頭蓋磁気刺激神経生理学、感覚運動機能の変化、運動機能の変化、および感覚弁別の測定が繰り返され、長期的な変化を評価します。

データ分析: すべての結果変数は、適切な事後分析を伴う双方向反復測定 ANOVA を使用して、3 つの介入グループ (偽 tDCS、従来の tDCS、HD-tDCS) 間で比較されます。 反復測定 ANOVA は、介入 (刺激の種類) と時間 (ベースライン、トレーニング後、トレーニング後 1 か月) の影響を区別します。 一次結果測定値と二次結果測定値の間でピアソンの相関関係が実行されます。 二次統計分析は、必要に応じて実行されます。