Akselererer motorisk læring i pediatri (AMPED)

Bakgrunn og begrunnelse: Plastisitet kan økes i hjernen som utvikles, men mekanismene er dårlig forstått. Hjernestimuleringsteknologier som transkraniell likestrømsstimulering (tDCS) modulerer motorisk cortex-eksitabilitet og plastisitet. Studier fra vår gruppe og andre tyder på at nevromodulasjonsforsøk med tDCS er både trygge og mulige hos barn. Nylig viste etterforskerne at konvensjonell tDCS kan forbedre motorisk læring hos friske barn. I tillegg har nyere fremskritt innen høyoppløselig tDCS (HD-tDCS) gitt en mulighet til å fokalt stimulere områder av hjernen. HD-tDCS har til dags dato ikke blitt undersøkt hos barn.

Å etablere en evne til tDCS for å forbedre motorisk læring har terapeutiske implikasjoner for barn med motoriske funksjonshemminger. Perinatalt slag er den ledende årsaken til hemiparetisk cerebral parese og de fleste overlevende lider av livslang fysisk funksjonshemming. Nye modeller fra laboratoriet vårt og andre har definert sentrale terapeutiske mål der hjernestimulering kan forbedre motorisk læring og funksjon. Forstå effekten av tDCS på motorisk læring, og dens underliggende endringer i hjernen, er avgjørende for å fremme slike intervensjoner.

Forskningsspørsmål og mål: Her foreslår etterforskerne å karakterisere effekten av tDCS på motorisk læring hos friske barn. Hovedmålet med denne studien er å bestemme endringer i tilegnelse av motoriske ferdigheter når trening er sammenkoblet med konvensjonell anodal tDCS, HD-tDCS eller sham tDCS. Flere sekundære mål vil beskrive biokjemiske og sensorimotoriske endringer i hjernen som finner sted under motorisk læring sammen med tDCS. Sekundære mål vil også vurdere sikkerheten til HD-tDCS hos friske barn.

Etikk: Denne studien er godkjent av University of Calgary Research Ethics Board.

Design: Randomisert, dobbeltblind, sham-kontrollert forsøk for å evaluere evnen til tDCS og HD-tDCS for å forbedre motorisk læring.

Metoder: Barn vil bli rekruttert gjennom Healthy Infants and Children Clinical Research Program.

Treningsoppgaven vil bestå av å utføre Purdue Pegboard Test (PPTL) med venstre hånd. Denne enkle motoriske læringsoppgaven er en godt validert oppgave for kompleks, funksjonelt relevant motorisk læring. PPTL har vist god følsomhet for endringer i både sunne og sykdomsmotoriske læringsstudier hos voksne og barn i skolealder. PPTL vil bli utført over fem påfølgende dager for å overvåke motorisk læring.

Barn vil gå på Alberta Children's Hospital Non-Invasive Brain Stimulation Laboratory. Forsøkspersonene vil bli randomisert til en av tre stimuleringsgrupper (sham tDCS, konvensjonell anodal tDCS, HD-tDCS). Baseline mål vil bli utført, inkludert: magnetisk resonans nevroimaging (anatomisk avbildning, funksjonell nevroimaging og magnetisk resonansspektroskopi), transkraniell magnetisk stimulering nevrofysiologi (motorisk kartlegging av venstre og høyre motorisk cortex), sensorimotoriske funksjonelle endringer vurdert ved bruk av Kinesiologisk Instrument for normal og Altered Reaching Movements (KINARM; armposisjonsmatching, kinestesi, visuelt veiledet rekkevidde og objekttreffoppgave), motoriske funksjonsendringer (PPT, Jebsen-Taylor Test, Serial Reaction Time Task) og sensoriske diskrimineringstiltak (amplitudediskriminering, tidsmessig ordensvurdering) , tidsrekkefølgevurderingsoppgave, varighetsdiskrimineringsoppgave, varighetsdiskriminering med confound og enkeltstedtilpasningsoppgave.

Etter grunnlinjetiltak vil forsøkspersonene sitte i en komfortabel stol med PPTL-testen foran seg på et bord. Deltaker randomisert til sham eller konvensjonell anodal tDCS vil bli utstyrt med to 25cm2 elektroder (anode over høyre primærmotorisk cortex, katode over det kontralaterale supraorbitale området) eller en EEG-hette som inneholder fire små sirkulære elektroder (HD-tDCS, 1 anode sentrert over høyre primærmotorisk cortex, 4 katoder omgir anoden på en ringlignende måte). Tre pre-intervensjonsforsøk av PPTL vil bli utført. Alle forsøkspersoner vil da få tDCS rampet opp til 1 milliampere over 45 sekunder. Etter 120 sekunder vil strømmen enten trappes ned til 0milliamp (sham tDCS) eller fortsette i totalt 20 minutter. PPTL vil bli utført 5, 10 og 15 minutter etter at stimuleringen har startet, og etter at stimuleringen er avsluttet (3 repetisjoner per tidspunkt). Et tDCS sikkerhets- og tolerabilitetsspørreskjema vil deretter fylles ut.

Den samme tDCS-behandlingen, PPTL-treningen og sikkerhets- og tolerabilitetsspørreskjemaene vil bli utført i løpet av de neste tre påfølgende dagene. På studiedag 5 vil deltakerne igjen gjenta PPTL-trening sammen med tDCS-behandling. Etter tDCS- og PPTL-trening vil magnetisk resonansnevroimaging, transkraniell magnetisk stimuleringsnevrofysiologi, sensorimotoriske funksjonsendringer, motoriske funksjonsendringer og sensoriske diskrimineringstiltak gjentas for å vurdere endringer indusert av motorisk læring og tDCS.

Deltakerne vil returnere seks uker etter trening, hvor magnetisk resonans nevroimaging, transkraniell magnetisk stimulering nevrofysiologi, sensorimotoriske funksjonsendringer, motoriske funksjonsendringer og sensoriske diskrimineringstiltak vil bli gjentatt for å vurdere langsiktige endringer.

Dataanalyse: Alle utfallsvariabler vil bli sammenlignet på tvers av de tre intervensjonsgruppene (sham tDCS, konvensjonell tDCS, HD-tDCS) ved å bruke en toveis gjentatt mål ANOVA med passende post-hoc analyse. De gjentatte tiltakene ANOVA vil skille påvirkningen av intervensjon (stimuleringstype) og tid (baseline, ettertrening, 1 måned etter trening). Pearsons korrelasjoner vil bli utført mellom primære utfallsmål og sekundære utfallsmål. Sekundær statistisk analyse vil bli utført etter behov.