Eye-tracking werkgeheugentraining bij kinderen en jongeren met ernstige cerebrale parese

Werkgeheugen (WM) is een van de kernfuncties (EF) die cognitieve vaardigheden van hogere orde omvatten, cruciaal voor optimaal functioneren in het dagelijks leven. WM wordt gedefinieerd als ons vermogen om informatie tijdelijk op te slaan die niet langer perceptueel aanwezig is, waardoor we het kunnen manipuleren voor zinvol doelgericht gedrag, zoals besluitvorming, probleemoplossing en redeneren. WM omvat verbale WM en (non -verbale) visuospatiale WM, twee hoofdcomponenten gedefinieerd door inhoud. Verbale WM is verantwoordelijk voor het tijdelijk opslaan van verbale informatie, zoals letters, woorden, cijfers of name objecten, en is een sterke voorspeller van taalontwikkeling en begrijpend lezen. Visuo-Spatial WM is een fundamenteel onderdeel van het oogbewegingssysteem, visueel perceptueel functioneren en het is een sterke voorspeller van rekenkundige prestaties. WM is gerelateerd aan actief langetermijngeheugen om het ophalen van opgeslagen informatie uit ervaringen uit het verleden om de taak op dit moment met succes uit te voeren. WM is praktisch betrokken bij de meeste (zo niet alle) dagelijkse activiteiten, van eenvoudige taken zoals het onthouden van een telefoonnummer of het volgen van instructies, tot zeer complexe taken die verband houden met leren, academische prestaties in geletterdheid, rekenvaardigheid en wetenschap, of taalbegrip.

Een van de centrale beperkingen van de menselijke cognitie is de beperkte WM -capaciteit, d.w.z. de hoeveelheid en de duur van informatie die meteen kan worden opgeslagen en gemanipuleerd. Lage WM -capaciteit treft ongeveer 15% van alle kinderen, van waaruit meer dan 80% een zeer hoog risico loopt op educatieve onderprestering. In termen van de neurale basis, heeft eerder werk consequent een belangrijke rol van fronto-pariëtale netwerken naar voren gebracht in WM-prestaties met enige variatie, afhankelijk van het stimulustype. Bij typisch ontwikkelende (TD) mensen blijft WM zich gedurende de kindertijd en pieken in de adolescentie ontwikkelen, samen met een aantal structurele volwassen processen in de hersenen. Significante WM -tekorten zijn beschreven in een reeks neurologische aandoeningen.

Cerebrale parese (CP) is de meest voorkomende oorzaak van ernstige lichamelijke handicap in de kindertijd met een prevalentie van 1,6-3,4 per 1000 livebirths. Het omvat een groep ontwikkelingsstoornissen van beweging en houding toegeschreven aan niet -progressieve laesies in het zich ontwikkelende foetale of babybrein. CP is gecategoriseerd in spastische, dyskinetische, ataxische en gemengde vormen en functioneren van individuen varieert van milde tot ernstige niveaus van beperkingen. In CP is 41% van alle mensen niet in staat om onafhankelijk te lopen, 23% kan geen objecten hanteren met behulp van hun handen en 32% is non -verbaal. De motorische beperkingen gaan vaak gepaard met beperkingen van cognitie en gedrag. EF in CP wordt tot op heden onder gerapporteerd, met name in de niet-ambulante en non-verbale gevallen van CP waarbij deze stoornissen de neiging hebben over het hoofd te worden gezien vanwege uitdagingen bij het vinden van geschikte beoordelingsinstrumenten die niet afhankelijk zijn van motorische en verbale vaardigheden. Namelijk slechts 36,8% van de kinderen met ernstige motorische stoornissen in CP hebben hun cognitieve functioneren beoordeeld, vergeleken met 96,5% van de kinderen met een milde CP. Zowel verbale als visuospatiale WM -tekorten lijken aanwezig te zijn in alle vormen van CP en meer naarmate de ernst van functionele beperkingen toeneemt. In CP worden WM -tekorten geassocieerd met verminderd begrijpend lezen en rekenkundige problemen. Leerproblemen zijn aanwezig in ongeveer 40% en visueel-perceptuele stoornissen bij 40-50% van alle mensen met CP.

Naast centrale neurale veranderingen vertonen kinderen met CP ook een veranderd functioneren van het autonome zenuwstelsel (ANS), zoals blijkt uit inherente verminderde hartslagvariabiliteit (HRV). In de TD -populatie zijn hogere prestaties van WM (en EFS in het algemeen) sterk geassocieerd met verhoogde HRV, een vastgestelde marker voor parasympathische ANS -drive ('rust en digest' faciliteren). Dit suggereert dat HRV ook een belangrijke marker indexeert die een effectieve cognitieve functie indexeert. In TD gaat verhoogde HRV gepaard met verhoogde functionele hersenconnectiviteit van rusttoestand. Onderzoek naar de relatieve bijdrage van HRV -verschillen in CP en hun relatie tot EF -tekortkomingen en met kernfunctionele connectiviteitsnetwerken die eerder waren geïdentificeerd als gerelateerd aan WM, zijn in geen enkele voorafgaande studie aangepakt.

Mensen met CP met ernstige motorische beperkingen profiteren van eye-tracking-technologie als een toegangsmethode voor hulpmiddelen en alternatieve communicatieapparaten (AAC) en naar computers voor onderwijs en vrije tijd. Oogbewegingen worden gevolgd door een infraroodsensor en vertaald naar cursorbewegingen op het scherm waarmee kinderen kunnen navigeren en pictogrammen kunnen selecteren. Non -verbale kinderen met CP hebben een aanzienlijk verminderd taalbegrip, vooral prominent in spastische CP. Eye-tracking-technologie leidt tot verhoogde communicatie-resultaten en heeft een positieve invloed op de kwaliteit van leven door verhoogde activiteitsniveaus, participatieniveaus, zelfeffectiviteit en zelfrespect. Met zijn onmiskenbare voordelen in gedachten, stelt het gebruik van AAC grote eisen aan WM. Om bijvoorbeeld wensen en behoeften uit te drukken, moeten deze kinderen het symbool van interesse onthouden, terwijl ze door een reeks symbolen navigeren die niet allemaal tegelijkertijd aanwezig zijn, het meest efficiënte pad onthouden, mogelijke afleidingen remmen en uiteindelijk het doelsymbool vinden en selecteren. Het gebruik van AAC -systemen kan een echte uitdaging zijn voor kinderen met een lage WM -capaciteit, wat waarschijnlijk leidt tot technologie -stopzetting en verlies van kansen en voordelen. Mensen met CP vertonen ook lagere kwaliteit van oogbewegingen in vergelijking met TD-mensen, maar de nauwkeurigheid van de oogbeweging kan worden verbeterd door intensieve oogtrainingstraining. Bovendien zijn eye-tracking-methoden eerder gebruikt om WM met succes te indexeren, een methode die nog niet is onderzocht bij mensen met CP, maar belangrijke klinische implicaties kan hebben.

Geautomatiseerde WM-training kwam naar voren als een nieuwe, niet-invasieve behandelingsoptie met een groot potentieel om de WM-capaciteit en het algehele cognitieve functioneren te stimuleren. EF -aandelencapaciteitsbeperkingen en hebben overlappende neurale systemen, die het algemene effect van WM -training op andere cognitieve functies verklaart. Een recente systematische review synthetiseerde het bestaande bewijs over cognitieve interventies in CP, waaronder onder andere de lage kwaliteit van bestaande bewijsmateriaal in WM -trainingsprogramma's en de behoefte aan toekomstige, robuustere studies in CP. Eerder onderzoek in cognitieve interventies (in het algemeen) omvat activiteiteninterventies om cognitieve vaardigheden te stimuleren (d.w.z. Klimmen, dansen, hippotherapie) naar specifieke trainingsprogramma's, zoals Mi-Yoga Mindfulness-Based Movement Program, Move-It-to-Improve-It (MITII) en Cogmed WM Training (CWMT). Vanwege de ernstige motorische beperkingen, kan de doelgroep van ernstige CP (GMFCS-niveaus IV-V) niet de activiteitsinterventies van klimmen, dansen, hippotherapie uitvoeren. Bovendien zijn ze niet in staat om de op beweging gebaseerde programma's uit te voeren, zoals de Mi-Yoga en Mitii, waardoor het CWMT-programma het meest haalbare trainingsprogramma voor kinderen en jongeren met ernstige CP kan openen die toegang hebben tot hun computers met behulp van eye-tracking-apparaten. Andere geautomatiseerde interventietrainingsprogramma's zijn SMART (in de zich ontwikkelende fasen, niet specifiek voor WM -training waardoor niet nuttig is om de doelen van het project te bereiken), en neuronup (https://www.neuronup.com/; Niet specifiek voor WM -training maar eerder van uitvoerende functies in het algemeen), waarvoor er momenteel slechts een gepubliceerd studieprotocol van een RCT is in milde CP, maar de auteurs hebben nog geen resultaten gepubliceerd, dus er is geen bewijs om het gebruik ervan te ondersteunen om de cognitieve vaardigheden in het algemeen te vergroten en van WM in specifiek.

CWMT is momenteel de meest gebruikte trainingssoftware met het meest empirische bewijs dat beschikbaar is over de effectiviteit ervan in verschillende populaties. De software zelf is gebaseerd op adaptieve training met behulp van algoritmen, dat wil zeggen dat de moeilijkheid van de WM -taken constant het hoogst wordt gehouden om de WM -capaciteit aan te vechten, maar nog steeds passen bij de mogelijkheden van elke gebruiker. WM -training wordt sterk beïnvloed door de theorie van neuroplasticiteit die afhankelijk is van herhaalde en op maat gemaakte training, vandaar het adaptieve algoritme. Neuroplasticiteitsveranderingen zijn daarna gemeld in verschillende populaties en bij vroegtijdige kinderen (inclusief weinig deelnemers met CP). Ondanks uitgebreid onderzoek met behulp van CWMT, is de algemene conclusie dat de verhoogde WM-capaciteit als gevolg van de training herhaaldelijk bijna overdrachtseffecten heeft aangetoond, maar ondraaglijke verre overdrachts- en retentie-effecten, de laatste grotendeels afhankelijk van leeftijd, populatie, trainingstype en duur. CWMT is de beste WM -trainingssoftware om om verschillende redenen in dit project te gebruiken: (1) Het is specifiek ontworpen om de WM -capaciteit te stimuleren, wat niet het geval is voor de andere geautomatiseerde trainingsprogramma's die gericht zijn op het verbeteren van de uitvoerende functies in het algemeen (inclusief cognitieve flexibiliteit, aandacht, enz.); Dit is een cruciaal punt om te overwegen, aangezien het hoofddoel van dit project is om eventuele wijzigingen voornamelijk in WM -capaciteit te beoordelen, en dan als er vaardigheden worden overgedragen naar de andere uitvoerende functies; (2) CWMT -programma heeft aanzienlijk meer bewijs voor zijn positieve impact op WM -capaciteit die wordt onderzocht in studies van hoge kwaliteit, (3) Training is gestructureerd met in totaal 25 sessies en taken binnen elke sessie zijn aangepast aan de mogelijkheden van de deelnemer, die een gerichte en aangepaste trainingservaring bieden die cruciaal is gezien de heterogeniteit die CP als een diagnose karakteriseert; (4) CWMT-sessies kunnen worden uitgevoerd met behulp van eye-tracking-apparaten, wat cruciaal is voor de doelgroep van kinderen en jongeren met ernstige CP.

De effectiviteit van WM -training in CP blijft grotendeels onontgonnen. Voor de kennis van de onderzoekers rapporteerde de enige studie die CWMT gebruikte (als een trainingsprogramma met het meest empirische bewijs tot nu toe om de WM-capaciteit te verbeteren) bij kinderen met spastische CP significante verbeteringen na de training in zowel bijna-overdrachts- als verre overdrachtsvaardigheden, inclusief in visuo-ruimtelijke vaardigheden, remming en fonologische verwerking. Twee studies met behulp van de CWMT bij extreem lage en zeer lage geboortegewicht kinderen (elke studie omvatte twee deelnemers met CP) rapporteerden ook zowel nabij als verre overdrachtseffecten, behouden bij follow-up van 6 maanden. Hoewel met veelbelovende resultaten, hebben deze studies kinderen met CP uitgesloten met ernstige motorische stoornissen, waardoor een gat in kennis van belang werd achtergelaten.