Ułatwianie ukrytego uczenia się w celu poprawy neurorehabilitacji w udarze mózgu

W Stanach Zjednoczonych ktoś ma udar co 45 sekund, co powoduje ponad 700 000 nowych udarów rocznie, a udar jest główną przyczyną niepełnosprawności wśród weteranów (Komitet Statystyczny American Heart Association i Podkomitet ds. Statystyki Udarów). Zdecydowana większość tych przypadków skutkuje upośledzeniem motorycznym, które często powoduje, że jednostki stają się zależne od innych w codziennym funkcjonowaniu (zmodyfikowana Skala Rankina 3-5, zob. Lees i in., 2006). Konkretnie, niedowład połowiczy kończyny górnej jest główną przyczyną niepełnosprawności funkcjonalnej po udarze, a funkcja ramienia wyjaśnia około 50% zmienności zgłaszanej jakości życia (Wyller i in., 1997). Jako taka optymalizacja neurorehabilitacji ramienia jest krytycznym problemem do rozwiązania w starzejącej się populacji weteranów.

„Rehabilitacja dla pacjentów jest zasadniczo procesem ponownego uczenia się, jak się poruszać, aby skutecznie zaspokajać swoje potrzeby” (Carr i Shepherd, 1987). Stwierdzenie to zakłada, że ​​podstawą neurorehabilitacji jest uczenie się motoryczne, ale pomimo tej zasady badania nad uczeniem się motorycznym miały niewielki wpływ na rehabilitację po udarze mózgu (Krakauer, 2006). Ostatnio wzrosło zainteresowanie rozwojem i testowaniem nowych metod optymalizacji rehabilitacji kończyn górnych. Badacze z Baltimore VAMC byli pionierami paradygmatów treningu zorientowanego na zadanie w celu poprawy mobilności (Macko i in., 2005) u osób z przewlekłym udarem mózgu. W ramach tego programowego podejścia opracowano nowatorskie programy treningowe z zakresu robotyki kończyn górnych w celu poprawy sięgania i koordynacji kończyn. Jednak większość tych interwencji opiera się na strategiach uczenia się opartych na błędach podczas rehabilitacji, które wspierają jawną wiedzę związaną z zadaniami. Jednak zbiór badań nad uczeniem się motorycznym wskazuje, że może to nie być najlepsza strategia optymalizacji uczenia się motorycznego, a tym samym neurorehabilitacji.

Uczenie się oparte na błędach polega na otrzymywaniu ciągłych informacji zwrotnych o ruchu z zamiarem, aby uczeń wprowadzał poprawki do ruchu w czasie rzeczywistym. W ten sposób uczenie się odbywa się poprzez serię powtórzeń, w których uczeń nieustannie zmniejsza rozbieżność między idealnym zachowaniem a obserwacją własnego zachowania. Innymi słowy, uczenie się oparte na błędach sprzyja adaptacji w celu osiągnięcia pożądanego zachowania. Z kolei strategie uczenia się oparte na warunkowaniu instrumentalnym polegają na tym, że uczeń otrzymuje informację zwrotną na temat jakości swojego ruchu dopiero pod koniec zachowania. Zatem uczenie się odbywa się poprzez serię wzmocnień pożądanego zachowania w całości, co jest bardziej wolne od modelu niż adaptacja poniesiona podczas uczenia się opartego na błędach. Podstawowa różnica między tymi dwiema strategiami uczenia się polega na tym, że uczenie się oparte na błędach sprzyja jawnej wiedzy o zadaniu, podczas gdy warunkowanie instrumentalne sprzyja wiedzy ukrytej (Krakauer i Mazzoni, 2011). Te dwa rodzaje wiedzy mają drastyczne implikacje dla wyników funkcjonalnych (tj. wydajność motoryczna, obciążenie poznawcze i retencja).

Przed udarem funkcje ramienia, takie jak sięganie i chwytanie, były w dużej mierze wykonywane bez użycia jawnej wiedzy. Innymi słowy, zdrowe osoby poświęcają niewiele świadomego wysiłku na to, jak kontrolują swoje kończyny, po prostu „robią to”. Chociaż stosowanie jawnych strategii podczas uczenia się może przyspieszyć tempo uczenia się, jeśli ma się wystarczająco dużo czasu, osoby, które mają ograniczoną wiedzę jawną, osiągną równie dobre wyniki (Maxwell i in., 1999). Pomimo wolniejszego tempa uczenia się, korzyści płynące z ograniczenia jawnej wiedzy na temat zadania mogą być bardzo korzystne podczas wykonywania czynności motorycznych. Warto zauważyć, że zachowanie wyuczonego zachowania jest większe u osób, które uczyły się w warunkach utrudniających jawną wiedzę. Na przykład Malone i Bastian (2010) poprosili osoby, aby nauczyły się nowego zadania związanego z chodzeniem (bieżnia z dzielonym pasem, w której pasy poruszają się z różną prędkością), a w tych, w których wiedza jawna była ograniczona, wykazano, że nauka utrzymywała się dłużej niż u tych, którzy polegali na wiedzy jawnej podczas uczenia się . Ponadto ograniczenie wiedzy jawnej podczas uczenia się motorycznego może skutkować zmniejszeniem obciążenia poznawczego i utrzymaniem wydajności w warunkach wyzwania (Zhu i in., 2011). Podsumowując, promowanie wiedzy jawnej podczas rehabilitacji zamiast nieświadomej kontroli (ograniczenie wiedzy jawnej) zmniejsza trwałość nowo nabytych umiejętności motorycznych i zużywa zasoby poznawcze, które muszą być dostępne dla innych potrzeb. W związku z tym automatyczna kontrola tych zachowań ma kluczowe znaczenie dla wykonywania codziennych czynności, co sugeruje warunkowanie instrumentalne (które ogranicza jawną wiedzę) jako lepsze od uczenia się opartego na błędach.

Osoby z udarem są w stanie uczyć się zadań w sposób dorozumiany, chociaż tempo uczenia się może być opóźnione w porównaniu ze zdrowymi kontrolami (Pohl i in., 2001) i dalej opóźnione w zależności od ciężkości udaru (Boyd i in., 2007). Co więcej, wykazano, że po prostu podanie wyraźnych informacji o ukrytym zadaniu zmniejsza szybkość uczenia się i retencję u osób z udarem zwojów podstawy mózgu (Boyd i in., 2004; Boyd i in., 2006) oraz uszkodzeniem obszarów czuciowo-ruchowych (Boyd i in., ., 2003; Boyd i in., 2006; Winstein i in., 2003). Chociaż badania te podkreślają znaczenie ograniczania jawnej wiedzy podczas uczenia się, przeprowadzono je w kontekście uczenia się ukrytych sekwencji, a nie rozwoju umiejętności, które, choć są ze sobą powiązane, opierają się na różnych aspektach uczenia się motorycznego (Krakauer i Mazonni, 2011, Yarrow i in. , 2009). W kontekście uczenia się umiejętności funkcjonalnych wykazano, że czas/rodzaj informacji zwrotnej wpływa na tempo uczenia się, jak również na zapamiętywanie i ma wpływ na typ wiedzy (Levin i in., 2010). W szczególności przekazywanie informacji zwrotnej na temat wykonania zadania rzadziej i po wykonaniu zadania, a nie w trakcie (tj. wykazano, że opóźnione) zwiększają retencję uczenia się i prawdopodobnie ułatwiają niejawne uczenie się (Cirstea i in., 2006; Winstein i in., 1996). Ponadto informacje zwrotne na temat wyników (znajomość wyników), a nie wyników (wiedza na temat wyników), wykazały, że zwiększają retencję i ograniczają wiedzę jawną (Cirstea i in., 2006; Sidaway i in., 2008; Winstein, 1991). W związku z tym obecna propozycja będzie próbowała wspierać ukrytą wiedzę podczas rozwoju umiejętności motorycznych poprzez manipulowanie czasem udzielania informacji zwrotnej i rodzajem informacji zwrotnej.

Celem obecnego badania jest określenie wpływu uczenia się opartego na błędach w porównaniu z warunkowaniem instrumentalnym na krytyczne wyniki neurorehabilitacji (tj. wyniki po nauce, generalizowalność, poznawcze obciążenie pracą narzucone przez zadanie i retencja).