Przyspieszenie uczenia się motorycznego w pediatrii (AMPED)

Tło i uzasadnienie: Plastyczność może być zwiększona w rozwijającym się mózgu, ale mechanizmy są słabo poznane. Technologie stymulacji mózgu, takie jak przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS), modulują pobudliwość i plastyczność kory ruchowej. Badania przeprowadzone przez naszą grupę i innych sugerują, że próby neuromodulacji z tDCS są zarówno bezpieczne, jak i wykonalne u dzieci. Niedawno badacze wykazali, że konwencjonalny tDCS może poprawić uczenie się motoryczne u zdrowych dzieci. Ponadto ostatnie postępy w tDCS o wysokiej rozdzielczości (HD-tDCS) dały możliwość ogniskowej stymulacji regionów mózgu. Do tej pory HD-tDCS nie był badany u dzieci.

Ustalenie zdolności tDCS do poprawy uczenia się motorycznego ma implikacje terapeutyczne dla dzieci z niepełnosprawnością ruchową. Udar okołoporodowy jest główną przyczyną mózgowego porażenia połowiczego, a większość osób, które przeżyły, cierpi na dożywotnią niepełnosprawność fizyczną. Pojawiające się modele z naszego laboratorium i innych zdefiniowały centralne cele terapeutyczne, dzięki którym stymulacja mózgu może poprawić uczenie się i funkcje motoryczne. Zrozumienie wpływu tDCS na uczenie się motoryczne i leżących u jego podstaw zmian w mózgu jest niezbędne do rozwoju takich interwencji.

Pytanie badawcze i cele: Tutaj badacze proponują scharakteryzowanie wpływu tDCS na uczenie się motoryczne u zdrowych dzieci. Głównym celem tego badania jest określenie zmian w nabywaniu umiejętności motorycznych, gdy trening jest połączony z konwencjonalnym anodowym tDCS, HD-tDCS lub pozorowanym tDCS. Liczne cele drugorzędne opisują zmiany biochemiczne i sensomotoryczne w mózgu, które mają miejsce podczas uczenia się motorycznego w połączeniu z tDCS. Cele drugorzędne będą również oceniać bezpieczeństwo HD-tDCS u zdrowych dzieci.

Etyka: To badanie zostało zatwierdzone przez Radę Etyki Badań Uniwersytetu Calgary.

Projekt: Randomizowana, podwójnie ślepa, kontrolowana próba pozorowana w celu oceny zdolności tDCS i HD-tDCS do poprawy uczenia się motorycznego.

Metody: Dzieci będą rekrutowane w ramach programu badań klinicznych zdrowych niemowląt i dzieci.

Zadanie szkoleniowe będzie polegało na wykonaniu testu Purdue Pegboard Test (PPTL) lewą ręką. To proste zadanie uczenia się motorycznego jest dobrze sprawdzonym zadaniem dla złożonego, funkcjonalnie istotnego uczenia się motorycznego. PPTL wykazał dobrą wrażliwość na zmiany zarówno w badaniach nad uczeniem się motorycznym zdrowych, jak i chorych osób dorosłych i dzieci w wieku szkolnym. PPTL będzie wykonywane przez pięć kolejnych dni w celu monitorowania uczenia się motorycznego.

Dzieci będą uczęszczać do Laboratorium Nieinwazyjnej Stymulacji Mózgu Szpitala Dziecięcego Alberta. Pacjenci zostaną losowo przydzieleni do jednej z trzech grup stymulacji (pozorowana tDCS, konwencjonalna anodowa tDCS, HD-tDCS). Zostaną wykonane podstawowe pomiary, w tym: neuroobrazowanie rezonansem magnetycznym (obrazowanie anatomiczne, neuroobrazowanie funkcjonalne i spektroskopia rezonansu magnetycznego), neurofizjologia przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (mapowanie ruchowe lewej i prawej kory ruchowej), zmiany czynnościowe czuciowo-ruchowe oceniane za pomocą Instrumentu Kinezjologicznego do Zmienione ruchy sięgania (KINARM; dopasowanie pozycji ramienia, kinestezja, sięganie wzrokowo i zadanie uderzenia przedmiotem), zmiany funkcji motorycznych (PPT, test Jebsena-Taylora, zadanie szeregowego czasu reakcji) i środki dyskryminacji sensorycznej (dyskryminacja amplitudy, ocena kolejności czasowej) , zadanie oceny porządku czasowego, zadanie rozróżniania czasu trwania, rozróżnianie czasu trwania z pomieszaniem i zadanie adaptacji pojedynczego miejsca.

Zgodnie z podstawowymi pomiarami badani będą siedzieć na wygodnym krześle z testem PPTL przed sobą na stole. Uczestnik losowo przydzielony do pozorowanej lub konwencjonalnej anodowej tDCS zostanie wyposażony w dwie elektrody o powierzchni 25 cm2 (anoda nad prawą pierwotną korą ruchową, katoda nad przeciwległym obszarem nadoczodołowym) lub czepek EEG zawierający cztery małe okrągłe elektrody (HD-tDCS, 1 anoda wyśrodkowana nad prawej pierwotnej kory ruchowej, 4 katody otaczają anodę w sposób przypominający pierścień). Zostaną przeprowadzone trzy próby przedinterwencyjne PPTL. Następnie wszyscy badani będą mieli podniesiony tDCS do 1 miliampera w ciągu 45 sekund. Po 120 sekundach prąd zostanie albo zmniejszony do 0 miliamperów (pozorowane tDCS), albo będzie kontynuowany przez łącznie 20 minut. PPTL zostanie przeprowadzone 5, 10 i 15 minut po rozpoczęciu stymulacji i po zakończeniu stymulacji (3 powtórzenia na punkt czasowy). Następnie zostanie wypełniony kwestionariusz dotyczący bezpieczeństwa i tolerancji tDCS.

Te same kwestionariusze dotyczące leczenia tDCS, szkolenia PPTL oraz bezpieczeństwa i tolerancji będą przeprowadzane przez następne trzy kolejne dni. W dniu badania 5 uczestników ponownie powtórzy trening PPTL połączony z terapią tDCS. Po treningu tDCS i PPTL, neuroobrazowanie metodą rezonansu magnetycznego, neurofizjologia przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, zmiany funkcjonalne sensomotoryczne, zmiany funkcji motorycznych i środki dyskryminacji sensorycznej zostaną powtórzone w celu oceny zmian wywołanych przez uczenie się motoryczne i tDCS.

Uczestnicy wrócą sześć tygodni po treningu, podczas którego zostaną powtórzone neuroobrazowanie rezonansu magnetycznego, neurofizjologia przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, zmiany funkcji czuciowo-ruchowych, zmiany funkcji motorycznych i środki dyskryminacji sensorycznej w celu oceny długoterminowych zmian.

Analiza danych: Wszystkie zmienne wynikowe zostaną porównane w trzech grupach interwencyjnych (pozorowane tDCS, konwencjonalne tDCS, HD-tDCS) przy użyciu dwuczynnikowej ANOVA z powtarzanymi pomiarami z odpowiednią analizą post-hoc. ANOVA z powtarzanymi pomiarami rozróżni wpływ interwencji (rodzaj stymulacji) i czasu (linia bazowa, po treningu, 1 miesiąc po treningu). Korelacje Pearsona zostaną przeprowadzone między pierwotną miarą wyniku a drugorzędną miarą wyniku. W uzasadnionych przypadkach zostanie przeprowadzona wtórna analiza statystyczna.