Øyesporing av arbeidsminnet trening hos barn og ungdom med alvorlig cerebral parese

Working Memory (WM) er en av kjerneutøvende funksjoner (EF) som omfatter kognitive evner med høyere orden, kritisk for optimalt dagliglivsfunksjon. WM er definert som vår evne til å lagre informasjon midlertidig som ikke lenger er perseptuelt til stede, slik at vi kan manipulere den for meningsfull målrettet atferd, for eksempel beslutningstaking, problemløsing og resonnement. WM inkluderer verbale WM og (ikke -verbale) visuospatiale WM, to hovedkomponenter definert av innhold. Verbal WM er ansvarlig for midlertidig lagring av verbal informasjon som bokstaver, ord, tall eller navneplater, og er en sterk prediktor for språkutvikling og leseforståelse. Visuo-Spatial WM er en grunnleggende komponent i øyebevegelsessystemet, visuell perseptuell funksjon, og det er en sterk prediktor for aritmetisk ytelse. WM er relatert til aktivt langtidsminne som hjelper henting av lagret informasjon fra tidligere erfaringer for å lykkes med å utføre oppgaven for tiden. WM er praktisk talt involvert i de fleste (om ikke alle) daglige livsaktiviteter, fra enkle oppgaver som å huske et telefonnummer eller følge instruksjoner, til svært komplekse oppgaver forbundet med læring, akademiske prestasjoner innen literacy, numeracy and science eller språkforståelse.

En av de sentrale begrensningene for menneskelig erkjennelse er den begrensede WM -kapasiteten, dvs. mengden og varigheten av informasjon som kan lagres og manipuleres på en gang. Lav WM -kapasitet rammer omtrent 15% av alle barn, hvorfra over 80% har veldig høy risiko for utdanningsundersøkelser. Når det gjelder det nevrale grunnlaget, fremførte tidligere arbeid konsekvent en viktig rolle for fronto-parietale nettverk i WM-ytelse med en viss variasjon avhengig av stimulustype. I typisk utvikling (TD) mennesker fortsetter WM å utvikle seg gjennom barndommen og toppene i ungdomstiden sammen med en rekke strukturelle modningsprosesser i hjernen. Betydelige WM -underskudd er blitt beskrevet i en rekke nevroutviklingsforstyrrelser.

Cerebral parese (CP) er den vanligste årsaken til alvorlig fysisk funksjonshemming i barndommen med en prevalens på 1,6-3,4 per 1000 live-fødsel. Det omfatter en gruppe utviklingsmessige svekkelser av bevegelse og holdning som tilskrives ikke -progressive lesjoner i den utviklende foster- eller spedbarnshjernen. CP er kategorisert i spastiske, dyskinetiske, ataksiske og blandede former, og funksjon av individer varierer fra milde til alvorlige begrensninger. I CP er ikke 41% av alle mennesker i stand til å gå uavhengig, 23% er ikke i stand til å håndtere gjenstander som bruker hendene, og 32% er ikke -verbale. Motoriske svekkelser blir ofte ledsaget av svekkelser av kognisjon og atferd. EF i CP er underrapportert til dags dato, spesielt i ikke-ambulant og ikke-verbale tilfeller av CP der disse svekkelsene har en tendens til å bli oversett på grunn av utfordringer med å finne passende vurderingsverktøy som ikke er avhengige av motoriske og verbale ferdigheter. Nemlig er det bare 36,8% av barna med alvorlige motoriske svekkelser i CP som har sin kognitive funksjon vurdert, sammenlignet med 96,5% av barna med mild CP. Både verbale og visuospatiale WM -underskudd ser ut til å være til stede i alle former for CP og mer etter hvert som alvorlighetsgraden av funksjonelle begrensninger øker. I CP er WM -underskudd assosiert med nedsatt leseforståelse og aritmetiske vansker. Læringsvansker er til stede i rundt 40% og synshemmende svekkelser hos 40-50% av alle personer med CP.

I tillegg til sentrale nevrale endringer, viser barn med CP også endret funksjon av det autonome nervesystemet (ANS), noe som fremgår av iboende redusert hjertefrekvensvariabilitet (HRV). I TD -populasjonen er høyere ytelse av WM (og EFS generelt) sterkt assosiert med økt HRV, en etablert markør for parasympatisk Ans -driv (lette 'hvile og fordøyelse'). Dette antyder at HRV også danner en viktig markørindekseringseffektiv kognitiv funksjon. I TD er økt HRV ledsaget av økt funksjonell hjernekobling. Undersøkelser av det relative bidraget til HRV -forskjeller i CP og deres forhold til EF -mangler og til kjernefunksjonelle tilkoblingsnettverk som tidligere er identifisert som relatert til WM, har ikke blitt adressert i noen tidligere studier.

Personer med CP med alvorlig motorisk svekkelse drar nytte av øyesporingsteknologi som en tilgangsmetode for å hjelpe og alternative kommunikasjonsenheter (AAC) og til datamaskiner for utdanning og fritid. Øyebevegelser spores av en infrarød sensor og oversatt til markørbevegelser på skjermen som barn kan navigere og velge ikoner av interesse. Ikke -verbale barn med CP har betydelig svekket språkforståelse, spesielt fremtredende i spastisk CP. Øyesporingsteknologi fører til økte kommunikasjonsresultater, og det har en positiv innvirkning på livskvaliteten gjennom økte aktivitetsnivåer, deltakelsesnivåer, egeneffektivitet og selvtillit. Med sine ubestridelige fordeler i bakhodet, setter bruken av AAC store krav til WM. For eksempel, for å uttrykke ønsker og behov, trenger disse barna å huske symbolet på interesse, mens de navigerer gjennom en rekke symboler som ikke alle er samtidig til stede, husker den mest effektive banen, hemmer mulige distraksjoner og til slutt lokaliserer og valgte målsymbolet. Bruken av AAC -systemer kan være en reell utfordring for barn med lav WM -kapasitet, noe som sannsynligvis fører til at teknologien avvikles og tap av muligheter og fordeler. Personer med CP viser også lavere kvalitet på øyebevegelser sammenlignet med TD-personer, men nøyaktighet for øyebevegelser kan forbedres gjennom intensiv øyesporingstrening. I tillegg har øyesporingsmetoder tidligere blitt brukt til å indeksere WM, en metode som ennå ikke er undersøkt hos personer med CP, men kan ha viktige kliniske implikasjoner.

Datastyrt WM-trening fremsto som et nytt, ikke-invasivt behandlingsalternativ med stort potensiale for å øke WM-kapasiteten og generell kognitiv funksjon. EF aksjekapasitetsbegrensninger og har overlappende nevrale systemer, noe som forklarer den generaliserte effekten av WM -trening til andre kognitive funksjoner. En nylig systematisk gjennomgang syntetiserte de eksisterende bevisene om kognitive intervensjoner i CP, og fremhevet blant andre den lave kvaliteten på eksisterende bevis i WM -treningsprogrammer og behovet for fremtidige, mer robuste studier i CP. Tidligere forskning i kognitive intervensjoner (generelt) spenner fra aktivitetsintervensjoner for å øke kognitive evner (dvs. Klatring, dans, hippoterapi) til spesifikke treningsprogrammer, for eksempel Mi-Yoga Mindfulness-baserte bevegelsesprogram, Move-It-to-Improve-it (MITII) og CogMed WM Training (CWMT). På grunn av de alvorlige motoriske svekkelsene, er ikke målgruppen med alvorlig CP (GMFCS-nivåer IV-V) i stand til å utføre aktivitetsinngrepene til klatring, dans, hippoterapi. Videre er de ikke i stand til å utføre de bevegelsesbaserte programmene, for eksempel Mi-Yoga og MITII, og etterlater CWMT-programmet som det mest gjennomførbare treningsprogrammet for barn og ungdom med alvorlig CP som kan få tilgang til datamaskinene sine ved hjelp av øye-sporingsenheter. Andre datastyrte intervensjonstreningsprogrammer inkluderer Smart (i utviklingsstadiene, ikke spesifikke for WM -trening, og dermed ikke nyttig for å oppfylle prosjektets mål), og Neuronup (https://www.neuronup.com/; Ikke spesifikk for WM -opplæring, men snarere for utøvende funksjoner generelt), som det foreløpig bare er en publisert studieprotokoll for en RCT i mild CP, men forfatterne har ennå ikke publisert noen resultater, så det er ingen bevis for å støtte bruken av den for å øke kognitive evner generelt, og av WM i spesifikke.

CWMT er for tiden den mest brukte treningsprogramvaren med de mest empiriske bevisene som er tilgjengelige på effektiviteten i forskjellige populasjoner. Selve programvaren er avhengig av adaptiv trening ved bruk av algoritmer, det vil si at vanskelighetsgraden av WM -oppgavene kontinuerlig holdes på den høyeste for å utfordre WM -kapasitet, men likevel passe til evnene til hver bruker. WM -trening er sterkt påvirket av teorien om nevroplastisitet som er avhengig av gjentatt og skreddersydd trening, derav den adaptive algoritmen. Nevroplastisitetsendringer er rapportert etter i forskjellige populasjoner så vel som hos premature barn (inkludert få deltakere med CP). Til tross for omfattende forskning som bruker CWMT, er den generelle konklusjonen at den økte WM-kapasiteten som et resultat av opplæringen gjentatte ganger har vist nesten overføringseffekter, men uoverensstemmende vidtransfer og retensjonseffekter, sistnevnte i stor grad avhengig av alder, populasjon, treningstype og varighet. CWMT er den beste WM -treningsprogramvaren å bruke i dette prosjektet av forskjellige grunner: (1) Det er designet spesielt for å øke WM -kapasiteten, noe som ikke er tilfelle for de andre datastyrte treningsprogrammene som tar sikte på å forbedre utøvende funksjoner generelt (inkludert kognitiv fleksibilitet, oppmerksomhet osv.); Dette er et kritisk poeng å vurdere som hovedmål med dette prosjektet er å vurdere endringer først og fremst i WM -kapasitet, og deretter overføres hvis noen ferdigheter til de andre utøvende funksjonene; (2) CWMT -programmet har vesentlig mer bevis for sin positive innvirkning på WM -kapasitet som er utforsket i studier av høy kvalitet, (3) trening er strukturert med 25 økter totalt, og oppgaver i hver økt er tilpasset deltakernes evner, og tilbyr en målrettet og tilpasset treningsopplevelse som er avgjørende gitt heterogeniteten som kjennetegner CP som en diagnose; (4) CWMT-økter kan utføres ved hjelp av øyesporingsenheter, noe som er avgjørende for målgruppen av barn og ungdom med alvorlig CP.

Effektiviteten av WM -trening i CP forblir stort sett uutforsket. For forskerkunnskapen rapporterte den eneste studien som brukte CWMT (som et treningsprogram med det mest empiriske beviset til dags dato for å forbedre WM-kapasiteten) hos barn med spastisk CP betydelige forbedringer etter trening i både nærmeste overføring og langt overføringsevner, inkludert i visuo-spatiale ferdigheter, hemming og fonologisk prosessering. To studier som bruker CWMT i ekstremt lave og veldig lave fødselsvektbarn (hver studie inkluderte to deltakere med CP) rapporterte også både nærmeste og langt overførte effekter, beholdt ved 6-måneders oppfølging. Selv om de med lovende resultater, ekskluderte disse studiene barn med CP med alvorlige motoriske svekkelser, og etterlot et gap i kunnskap om betydning som skal utforskes.