Tilrettelegging for implisitt læring for å forbedre nevrorehabilitering ved hjerneslag

Noen får hjerneslag i USA hvert 45. sekund, noe som resulterer i over 700 000 nye slag hvert år, og hjerneslag er den ledende årsaken til funksjonshemming hos veteraner (American Heart Association Statistics Committee og Stroke Statistics Sub-Committee). De aller fleste av disse tilfellene resulterer i motoriske svekkelser, som ofte fører til at individer blir avhengige av andre for daglig funksjon (modifisert Rankin-skala 3-5, se Lees et al., 2006). Nærmere bestemt er hemiparese i øvre ekstremiteter den ledende årsaken til funksjonshemming etter slag og overarmsfunksjon forklarer omtrent 50 % av variasjonen i rapportert livskvalitet (Wyller et al, 1997). Som sådan er optimalisering av nevrorehabilitering av overarmen et kritisk problem å ta tak i i den aldrende veteranbefolkningen.

"Rehabilitering, for pasienter, er i bunn og grunn en prosess for å lære på nytt hvordan de skal bevege seg for å oppfylle behovene deres på en vellykket måte" (Carr & Shepherd, 1987). Denne uttalelsen antyder at i kjernen av nevrorehabilitering er motorisk læring, men til tross for dette prinsippet har forskning innen motorisk læring hatt liten innvirkning på slagrehabilitering (Krakauer, 2006). I det siste har det vært interesse for å utvikle og teste nye metoder for å optimalisere rehabilitering av øvre ekstremiteter. Etterforskere ved Baltimore VAMC har vært banebrytende med oppgaveorienterte treningsparadigmer for å forbedre mobilitet (Macko et al., 2005) hos de med kronisk hjerneslag. Som en del av denne programmatiske tilnærmingen er det utviklet nye robotopplæringsprogrammer for øvre ekstremiteter for å forbedre rekkevidde og koordinering av lemmer. Imidlertid er flertallet av disse intervensjonene avhengige av feilbaserte læringsstrategier under rehabilitering, som fremmer oppgaverelatert eksplisitt kunnskap. Et korpus av motorisk læringsforskning indikerer imidlertid at dette kanskje ikke er den beste strategien for å optimalisere motorisk læring, og dermed nevrorehabilitering.

Feilbasert læring innebærer å motta kontinuerlig tilbakemelding på bevegelse med den hensikt at eleven skal foreta korrigeringer av bevegelsen i sanntid. Læring skjer altså gjennom en rekke repetisjoner der eleven kontinuerlig reduserer avviket mellom den ideelle atferden og observasjonen av sin egen atferd. Med andre ord fremmer feilbasert læring en tilpasning for å oppnå ønsket atferd. Derimot består operante kondisjoneringslæringsstrategier av at eleven kun mottar tilbakemelding om kvaliteten på bevegelsen ved slutten av atferden. Læring skjer altså gjennom en serie med forsterkning av ønsket atferd i sin helhet, som er mer modellfri enn tilpasningen som påløper under feilbasert læring. Et primært skille mellom disse to læringsstrategiene er at feilbasert læring fremmer eksplisitt kunnskap om oppgaven, mens operant kondisjonering fremmer implisitt kunnskap (Krakauer & Mazzoni, 2011). Disse to typene kunnskap har drastiske implikasjoner for funksjonelle resultater (dvs. motorisk ytelse, kognitiv arbeidsbelastning og retensjon).

Før hjerneslag ble overarmsfunksjoner som å nå og gripe stort sett utført uten bruk av eksplisitt kunnskap. Med andre ord, sunne individer bruker liten bevisst innsats på hvordan de kontrollerer lemmene sine, de bare "gjør det". Selv om bruk av eksplisitte strategier under læring kan lette læringshastigheten, hvis de gis nok tid, vil individer som har begrenset eksplisitt kunnskap prestere like godt (Maxwell et al, 1999). Til tross for en langsommere læringshastighet, kan gevinsten ved å redusere eksplisitt kunnskap om oppgaven være svært fordelaktig under motorisk ytelse. Spesielt er oppbevaring av den lærte atferden større hos individer som lærte under forhold som hemmer eksplisitt kunnskap. For eksempel lot Malone og Bastian (2010) individer lære en ny gangoppgave (tredemølle med delt belte der beltene beveger seg i ulik hastighet) og i de der eksplisitt kunnskap var begrenset viste læring som varte lenger enn de som stolte på eksplisitt kunnskap under læring . I tillegg kan begrensning av eksplisitt kunnskap under motorisk læring resultere i redusert kognitiv arbeidsbelastning og opprettholdt ytelse under utfordringsforhold (Zhu et al., 2011). Avslutningsvis, å fremme eksplisitt kunnskap under rehabilitering i stedet for ubevisst kontroll (begrense eksplisitt kunnskap) reduserer bærekraften til den nylig ervervede motoriske ferdigheten, og bruker kognitive ressurser, som må være tilgjengelige for andre krav. Som sådan er automatisk kontroll av disse atferdene avgjørende for å utføre daglige aktiviteter, noe som antyder operant kondisjonering (som begrenser eksplisitt kunnskap) som overlegen feilbasert læring.

De med hjerneslag er i stand til å lære oppgaver implisitt, selv om læringshastigheten kan være forsinket sammenlignet med friske kontroller (Pohl et al., 2001) og forsinket ytterligere som en funksjon av alvorlighetsgraden av hjerneslag (Boyd et al., 2007). Videre har det vist seg å bare gi eksplisitt informasjon om en implisitt oppgave å redusere læringshastigheten og retensjonen hos de med basalgangliaslag (Boyd et al., 2004; Boyd et al., 2006) og skade på sensorimotoriske områder (Boyd et al. ., 2003; Boyd et al., 2006; Winstein et al., 2003). Selv om disse studiene fremhever viktigheten av å begrense eksplisitt kunnskap under læring, ble de gjort i sammenheng med læring av implisitte sekvenser snarere enn utvikling av ferdigheter, som selv om de er relatert, er avhengige av forskjellige aspekter ved motorisk læring (Krakauer & Mazonni, 2011, Yarrow et al. , 2009). I sammenheng med funksjonell ferdighetslæring har timingen/typen av tilbakemeldinger vist seg å påvirke læringsraten så vel som retensjon og har vært implisert å påvirke kunnskapstypen (Levin et al., 2010). Spesifikt gi tilbakemelding om oppgaveutførelse sjeldnere og etter utførelse i stedet for under (dvs. forsinket) har vist seg å øke læringsretensjon og sannsynligvis legge til rette for implisitt læring (Cirstea et al., 2006; Winstein et al., 1996). I tillegg har tilbakemeldinger om resultatene (kunnskap om resultater) snarere enn ytelsen (kunnskap om ytelse) vist seg å øke oppbevaring og begrense eksplisitt kunnskap (Cirstea el al., 2006; Sidaway et al., 2008; Winstein, 1991). Følgelig vil det nåværende forslaget forsøke å fremme implisitt kunnskap under utviklingen av motoriske ferdigheter ved å manipulere når tilbakemeldinger gis og type tilbakemelding.

Målet med den nåværende studien er å bestemme effekten av feilbasert læring versus operant kondisjoneringslæring på kritiske utfall av nevrorehabilitering (dvs. ytelse etter læring, generaliserbarhet, kognitiv arbeidsbelastning pålagt av oppgaven og retensjon).