tDCS i uczenie się motoryczne u dzieci z DCD

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) jest jedną z najpowszechniejszych nieinwazyjnych technik stymulacji mózgu, ale zastosowania w populacjach pediatrycznych są stosunkowo niezbadane. tDCS przykłada słaby prąd elektryczny do skóry głowy, aby modulować pobudliwość kory mózgowej. Stymulacja anodowa pobudza stymulowany obszar mózgu. Anodowy tDCS zastosowany do kory ruchowej po przeciwnej stronie trenowanej ręki poprawia uczenie się motoryczne podczas jednodniowych lub kilkudniowych sesji treningowych (Reis 2009). tDCS wykazał obiecujące efekty w rozwijającym się mózgu, w tym potencjał poprawy zdolności motorycznych, które mogą następnie zostać przeniesione na inne nietrenowane umiejętności u typowo rozwijających się dzieci (Ciechanski 2017). tDCS jest bezpieczną, tolerowaną i wykonalną techniką, która powoduje jedynie łagodne, krótkotrwałe działania niepożądane (np. zaczerwienienie, mrowienie, swędzenie i pieczenie) u dzieci. Działania niepożądane zwykle występują w miejscach elektrod i ustępują w ciągu kilku minut po rozpoczęciu stymulacji (Krishnan 2015).

W połączeniu z interwencjami motorycznymi, tDCS może poprawić sprawność motoryczną u dorosłych (Reis 2009, 2011) i dzieci (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016). Obecnie jest stosowana w połączeniu z innymi metodami leczenia (np. terapią behawioralną i neurorehabilitacją) u dzieci i młodzieży z zaburzeniami neurorozwojowymi (Muszkat 2016), w tym z zaburzeniami ze spektrum autyzmu (Amatachaya 2014) i zespołem nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD) (Bandeira 2016), a także zaburzenia motoryczne, takie jak mózgowe porażenie dziecięce (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016). Jednak wpływ tDCS na uczenie się umiejętności motorycznych u dzieci z rozwojowymi zaburzeniami koordynacji (DCD) jest w dużej mierze niezbadany.

DCD jest przewlekłym zaburzeniem motorycznym o nieznanej etiologii, które dotyka 5-6% dzieci w wieku szkolnym w Kanadzie (APA, 2013). DCD koliduje z osiągnięciami szkolnymi dzieci i ogranicza ich zdolność do uczestniczenia w codziennych czynnościach (np. drukowaniu, ubieraniu się, wiązaniu butów, jeździe na rowerze, używaniu sztućców), a także w zajęciach zawodowych, wypoczynku i zabawie (APA, 2013) .15 W dalszej kolejności u dzieci mogą pojawić się trudności psychospołeczne, w tym niska samoocena, depresja, niepokój, samotność, problemy z rówieśnikami oraz słaby udział w zajęciach fizycznych i społecznych (Zwicker 2013). DCD jest stanem trwającym całe życie, a 75% dzieci z DCD będzie nadal doświadczać trudności motorycznych jako dorośli, jeśli nie otrzymają odpowiedniego leczenia (Kirby 2014). Aż połowa dzieci z DCD ma współwystępujące ADHD (Piek 1999).

Kilka regionów mózgu jest zaangażowanych w DCD, w tym móżdżek, zwoje podstawy mózgu, płat ciemieniowy i części płata czołowego (np. grzbietowo-boczna kora przedczołowa lub DLPFC) (Biottaau 2016). Pierwotna kora ruchowa (M1) znajduje się w grzbietowej części płata czołowego i jest funkcjonalnie połączona z innymi obszarami motorycznymi. Jednak funkcjonalna łączność między M1 a regionami mózgu zaangażowanymi w funkcjonowanie motoryczne i przetwarzanie sensomotoryczne, takie jak prążkowie i zakręt kątowy, może być zmniejszona u dzieci z DCD (McLeod 2014). Ukierunkowanie na takie określone obszary mózgu w rehabilitacji może być skuteczne w poprawie wyników motorycznych dotkniętych chorobą dzieci.

Obecnie najbardziej korzystnymi interwencjami mającymi na celu poprawę sprawności motorycznej dzieci z DCD są podejścia zorientowane na zadania, które koncentrują się na nauce konkretnego zadania, a nie na funkcjach ciała wymaganych do wykonania zadania (Smits-Engelsman 2013). W leczeniu dzieci z DCD powszechnie stosuje się szereg podejść zorientowanych na zadanie (Niemeijer 2007; Polatajko 2001). Badacze uważają, że stymulacja mózgu może poprawić uczenie się motoryczne i efekt podejścia zorientowanego na zadania u dzieci z DCD. Aby lepiej zrozumieć tDCS jako leczenie dzieci z DCD, jako pierwszy krok, niezwykle ważne jest zbadanie, czy tDCS może poprawić uczenie się umiejętności motorycznych w tej populacji. Dlatego badacze zamierzają przeprowadzić randomizowaną, zaślepioną, kontrolowaną pozorowaną interwencyjną próbę anodowego tDCS nad M1 w połączeniu z zadaniem uczenia się motorycznego, aby ocenić jego skuteczność w uczeniu się umiejętności motorycznych u dzieci z DCD. Jest to badanie pilotażowe mające na celu określenie wielkości próby do większego badania.

CELE I HIPOTEZY

Cel 1: Określenie, czy przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) poprawia uczenie się motoryczne u dzieci z DCD.

Hipoteza 1: W porównaniu z dziećmi w grupie pozorowanej, dzieci w grupie stymulacji będą wykazywać lepsze wyniki funkcjonalne, szybsze uczenie się motoryczne w każdej sesji (nauka online) i po 3 sesjach.

Cel 2: Określenie długowieczności wpływu tDCS na uczenie się motoryczne u dzieci z DCD.

Hipoteza 2: Dzieci w grupie stymulacji utrzymają zdolność uczenia się motorycznego po 6 tygodniach w porównaniu z grupą pozorowaną.

METODOLOGIA

Projekt badania: To badanie jest randomizowaną, podwójnie ślepą próbą z kontrolą pozorowaną. Uczestnicy zostaną losowo przydzieleni do aktywnej lub pozorowanej stymulacji.

Uczestnicy: Dzieci będą rekrutowane z ustalonych kohort dzieci z DCD, które zostały ocenione w BC Children's Hospital lub Sunny Hill Health Center for Children (Vancouver, BC) i które spełniają kryteria diagnostyczne DSM-5 (Amerykańskie Towarzystwo Psychiatryczne, 2013).

Wielkość próby: Wielkość próby została obliczona na podstawie randomizowanego badania pozorowanego z grupą kontrolną, przeprowadzonego u dzieci z prawidłowym rozwojem, otrzymujących M1 A-tDCS lub pozorowaną tDCS przez 3 kolejne dni szkolenia Purdue Pegboard Test.4 Obliczenia wielkości próby sugerowały, że łącznie 14 osób, po 7 osób w grupie, miałoby moc 95% do wykrycia poprawy w teście Purdue Pegboard (wielkość efektu = 2,58) z błędem typu 1 równym 0,05.

Procedura: Po selekcji i rekrutacji rodzice wyrażą zgodę, a dzieci wyrażą zgodę na udział w badaniu. Losowo przydzielimy dzieci do grup aktywnej lub pozorowanej stymulacji; statystyk przeprowadzi randomizację uczestników przy użyciu wygenerowanych komputerowo sekwencyjnych bloków od 4 do 6. Kody randomizacji będą przechowywane w zapieczętowanych, nieprzezroczystych kopertach do czasu zapisania do badania. Absolwent badań z przeszkoleniem w zakresie terapii zajęciowej będzie zaślepiony na zadania grupowe i oceni dzieci za pomocą testu Purdue Pegboard (PPT; Tiffin 1968), testu sprawności motorycznej Bruininksa-Oseretsky'ego-2 (BOT-2; Bruininks 2005) i oceny Narzędzie pisma dziecięcego (ETCH; Amundson, 1995). Następnie dzieci otrzymają 3 dni tDCS przez 30 minut każdego dnia; w ciągu pierwszych 10 minut dzieci ukończą szkolenie testowe Purdue Pegboard (w celu oceny uczenia się zadania motorycznego), a następnie 20 minut praktyki pisania odręcznego przy użyciu „Drukuj jak profesjonalista!” (Montgomery 2017), aby ocenić naukę funkcjonalnego silnika zadanie). Terapeuta zajęciowy dokona ponownej oceny dzieci pod koniec ostatniego dnia szkolenia i ponownie 6 tygodni później.

Interwencje

tDCS: Prąd stały będzie dostarczany za pomocą przezczaszkowego stymulatora elektrycznego zatwierdzonego przez Health Canada (Soterix Medical Inc., Nowy Jork, USA) (Soterix Medical, 2016). Stymulacja będzie aplikowana na skórę głowy poprzez dwie nasączone solą fizjologiczną elektrody gąbkowe o wymiarach 5×7 cm: aktywną i referencyjną. Prosty system nakryć głowy, w tym EASYpads i EASYstraps, utrzyma elektrody na miejscu. W grupach aktywnej stymulacji i pozorowanej anoda (elektroda aktywna) zostanie umieszczona nad lewą pierwotną korą ruchową, a katoda (elektroda odniesienia) nad prawym czołem w okolicy nadoczodołowej. Do zlokalizowania M1 zostanie wykorzystany międzynarodowy system elektrod elektroencefalograficznych 10/20 (Klem 1999). Dominująca lewa kora ruchowa będzie stymulowana, ponieważ badacze dążą do jednoczesnego trenowania dominującej ręki do zadania uczenia się motorycznego i zadania funkcjonalnego. Stymulacja zostanie zastosowana przy 1 mA przez 30 min. Jeden mA stymulacji anodowej może powodować gęstość prądu mózgowego u dzieci średnio porównywalną z gęstością obserwowaną u dorosłych narażonych na prąd 2 mA (Kessler 2013), a późniejsza pobudliwość może trwać dłużej niż godzinę (Moliadze 2015). W przypadku grup aktywnej stymulacji prąd będzie zwiększany do 1 mA w ciągu 45-60 s, utrzymywany przez 30 min i zmniejszany do 0 mA w ciągu 45-60 s. W przypadku grup pozorowanych stymulacja zostanie przyspieszona i utrzymana tylko przez 60 s, zanim zostanie powoli zmniejszona. Ta procedura, zwana Fade-in-Short Stimulation-Fade out, wykazała swoją niezawodność jako skuteczna technika pozorowana poprzez uzyskanie takiej samej tolerancji i przejściowego odczucia skóry głowy jak aktywna stymulacja zarówno u dorosłych (Ambrus 2012), jak iu dzieci (Ciechanski 2017). W przypadku wystąpienia jakichkolwiek „poważnych zdarzeń niepożądanych” (np. poparzenia skóry głowy drugiego stopnia w miejscu elektrody lub napadu klinicznego) występujących w trakcie badania, zostanie ono natychmiast przerwane.

Zadanie uczenia się motorycznego: W ciągu trzech kolejnych dni każde dziecko wykona pięć bloków testu Purdue Pegboard Test: jeden blok przed, trzy bloki w trakcie i jeden blok po tDCS. Każdy blok składa się z trzech powtórzeń testu Purdue Pegboard Test z prawą ręką. Dzieci muszą umieścić szpilki w tablicy perforowanej tak szybko, jak to możliwe w ciągu 30 sekund. To zajmie do 10 minut czasu stymulacji mózgu.

Funkcjonalne zadanie motoryczne: po teście Purdue Pegboard, każde dziecko otrzyma interwencję poznawczą dotyczącą umiejętności drukowania przez 20 minut podczas otrzymywania tDCS. „Drukowanie jak profesjonalista!” (Montgomery 2017) – kognitywne podejście do nauczania drukowania dzieci w wieku szkolnym – zostanie wykorzystane do nauczania liter, które każde dziecko ma największe trudności z czytelnym wydrukowaniem, jak określono w formalnej ocenie pisma ręcznego – ETCH (rękopis) (Amundson 1995) .

Plan analizy danych:

Test Purdue Pegboard jest podstawową miarą wyniku będącego przedmiotem zainteresowania. Aby zmierzyć naukę online w ramach jednej sesji i naukę offline w różnych sesjach, zastosujemy analizę kowariancji z powtarzanymi pomiarami (ANCOVA) z poziomem α równym 0,05. Aby zmierzyć efekt interwencji i retencji, zastosujemy sparowany test t i ANCOVA z powtarzanym pomiarem do głównych i drugorzędnych wyników. Dwukierunkowa ANCOVA i niezależny test t zostaną również wykorzystane do porównania grup (stymulacja vs pozorowana). Wyniki MABC-2 i poziom uwagi oceniane za pomocą Indeksu ADHD Connera zostaną użyte jako współzmienne w celu uwzględnienia indywidualnych różnic w uwadze i zdolnościach motorycznych.

Znaczenie:

Jest to pierwsze tego rodzaju badanie, które zarówno bada wpływ stymulacji mózgu na uczenie się motoryczne u dzieci z DCD, jak i integruje technologię w celu poprawy funkcjonalnego uczenia się motorycznego u dzieci z DCD. Badanie to przyczyni się do zaplanowania skuteczniejszych interwencji dla tych dzieci, aby poprawić zarówno ich zdolności motoryczne, jak i wyniki funkcjonalne. Ponadto odkrycia będą interesujące dla klinicystów pediatrycznych (np. terapeutów zajęciowych) i rodziców poszukujących skuteczniejszych metod leczenia tych dzieci, a także badaczy, studentów i decydentów w dziedzinie neurorehabilitacji.