Czy trening równowagi lub słuchanie muzyki może poprawić zdolność koncentracji, rozwiązywania problemów i/lub kontroli zachowania?

Funkcje wykonawcze (EF) mają kluczowe znaczenie dla sukcesu w szkole i życiu, zdrowia fizycznego i psychicznego, dobrej jakości życia i harmonii społecznej (Miller i in., 2011; Moffitt i in., 2011; Wolfe i in., 2016) ; Wong i in., 2010). Rzeczywiście, stwierdzono nawet, że EF są bardziej predyktorami sukcesu akademickiego i zawodowego niż status społeczno-ekonomiczny (SES) lub iloraz inteligencji (IQ) (Alloway i Alloway, 2010).

Dobrze wiadomo, że EF zależą od kory przedczołowej (PFC) i innych obszarów mózgu, z którymi jest ona połączona (Bunge i in., 2002; Diamond, 2002; Duncan i Owen, 2000). Ostatnio wykazano, że znaczna część równowagi (zwłaszcza przy ograniczonym bodźcu sensorycznym [np. przy zamkniętych oczach] lub ograniczonej podstawie podparcia [np. stopy złączone lub jedna noga uniesiona]) wymaga PFC (Bauby & Kuo, 2000; Kwag i Zijlstra, 2022; St George i in., 2021). W rzeczywistości zwiększona aktywność PFC wydaje się kompensować deficyty czuciowo-ruchowe w celu utrzymania równowagi u osób starszych (St George i in., 2021), a grzbietowo-boczna PFC okazała się znacznie aktywowana po zewnętrznym zaburzeniu stabilności posturalnej (Karim i in., 2014 ; Mihara i in., 2008).

Powszechnie wiadomo, że uczenie się motoryczne i równowaga zależą od móżdżku i innych powiązanych ze sobą obszarów mózgu (Glickstein i Yeo, 1990; Morton i Bastian, 2004). Co jednak ważne, wykazano, że móżdżek odgrywa ważną rolę w EF (Diamond, 2000; Koziol i in., 2014; Schmahmann, 2004, 2019; Stoodley, 2014; Strick i in., 2009). Móżdżek jest topograficznie zorganizowany w obszarach motorycznych, poznawczych i afektywnych i ma ważne anatomiczne powiązania z PFC (Bostan i Strick, 2018; Kelly i Strick, 2003; Stoodley i in., 2012). Coraz więcej najnowszych dowodów potwierdza ścisły związek między rozwojem motorycznym a poznawczym (Diamond, 2000; Koziol i in., 2011, 2014).

Dalsze dowody na ścisły związek między EF a funkcjami motorycznymi, zwłaszcza równowagą, można dostrzec w fakcie, że dzieci z upośledzonymi EF (takie jak dzieci z ADHD) mają tendencję do zaburzonej równowagi (Bucci i in., 2014; Buderath i in. , 2008; Hassan, 2012; Hove i in., 2015; Jansen i in., 2019; Kim i in., 2017; Shum i Pang, 2009; Zoccante i in., 2021) i istnieje nakładanie się ADHD i rozwojowych Diagnoza zaburzeń koordynacji około 30-50% (Pitcher i in., 2003).

Dalsze poparcie dla ścisłego związku między równowagą a EF pochodzi z badań przekrojowych, które wskazują na pozytywną korelację między stabilnością postawy a wynikami w nauce (Haynes i in., 2017, 2018; Shachaf i in., 2019).

Wreszcie, konieczność wykonywania zadania EF w tym samym czasie, co sprostanie wyzwaniu równowagi, pogarsza wydajność obu, co sugeruje, że potrzebują wspólnych zasobów neuronowych (Bustillo-Casero i in., 2017; Fraizer i Mitra, 2007; Möhring i in., 2018; Shorer i in., 2012).

Cel: sprawdzenie, czy poprawa równowagi może prowadzić do poprawy EF.

Cele i hipotezy Naszym głównym celem jest określenie wpływu poprawy równowagi posturalnej poprzez interwencję treningu równowagi na EF u dzieci w wieku 8-12 lat.

Stawiamy hipotezę, że trening równowagi, zwłaszcza w warunkach ograniczonego wkładu sensorycznego i/lub ograniczonej podstawy podparcia, nie tylko poprawi równowagę, ale także EF. Stawiamy ponadto hipotezę, że stopień poprawy równowagi będzie pozytywnie związany ze stopniem poprawy EF.

Chociaż badania potwierdziły związek między stabilnością postawy a EF (Haynes i in., 2017; Mihara i in., 2008; St George i in., 2021), przyczynowy efekt treningu równowagi (bez ćwiczeń aerobowych, bimanualnych lub oczu koordynacja i/lub komponenty uważności) na EF nigdy nie były badane. Uzyskanie pozytywnych wyników będzie pierwszym dowodem na to, że programy treningu równowagi mogą być skutecznym sposobem na poprawę EF. Lepsze zrozumienie wpływu poprawy równowagi na EF może zmienić nasze obecne podejście do treningu EF. Podejście do treningu równowagi ma kilka zalet w porównaniu z tradycyjnymi podejściami - można go wykonać w domu lub prawie wszędzie, sesja trwa tylko 15 minut, jest niedroga, pozwala dzieciom wstać i poruszać się (zamiast siedź przy biurku) i miejmy nadzieję, że uczestnicy uznają to za zabawne i przyjemne.

Chcieliśmy warunku aktywnej kontroli, który według oczekiwań uczestników mógłby poprawić ich EF, ponieważ część korzyści z interwencji wynika tylko z tego, że uczestnicy oczekują, że interwencja przyniesie korzyść (Boot i in., 2013; Simons i in., 2016). Oczekiwania mogą stać się samospełniającymi się proroctwami (Jenner i in., 1990; Rosenthal i Jacobson, 1968), więc chcieliśmy warunku aktywnej kontroli, który wywołałby podobne oczekiwania dotyczące korzyści. Oglądanie teledysków wybrano jako aktywny warunek kontrolny ze względu na dowody na to, że słuchanie muzyki poprawia funkcjonowanie poznawcze osób dorosłych z demencją lub pogorszeniem funkcji poznawczych (Baird i Samson, 2015; Cuddy i in., 2015; Narme i in., 2014; Samson i in., 2015; Särkämö i in., 2008), odtwarzanie muzyki może poprawić EF dzieci (Bowmer i in., 2018; Holochwost i in., 2017; Sachs i in., 2017)), słuchanie muzyki poprawia nastrój ( Kemper i Danhauer, 2005; Raglio i in., 2015), a lepszy nastrój prowadzi do lepszych EF (Ashby i in., 1999; Isen, 2000; Yang i in., 2013). Nie oczekujemy jednak, że nasze warunki oglądania teledysków poprawią EF, ponieważ (a) udział dzieci jest bierny (są tylko konsumentami, oglądają i słuchają) oraz (b) oglądanie przyjemnych teledysków nie stawia wszelkie wymagania dotyczące EF (podczas gdy wykonywanie ćwiczeń równoważnych powinno).

Grupa bez leczenia jest uwzględniona w przypadku, gdy Warunek muzyczny przynosi niewielkie korzyści EF, w którym to przypadku różnica w korzyściach między Stanami równowagi i Warunkami muzycznymi może nie być znacząca. Oczekiwalibyśmy jednak, że podczas gdy stan równowagi przyniesie korzyści EF znacznie większe niż brak leczenia, stan muzyki, jeśli w ogóle przyniesie korzyści EF, nie przyniesie korzyści znacznie większych niż brak leczenia.

Badana populacja Zakładając poziom istotności 0,05, analizy mocy przy użyciu G*Power 3.1 (Faul i in., 2007) wykazały, że potrzebna byłaby próba o wielkości 30 na grupę, aby dać nam 80% mocy do wykrycia średniej wielkości efektu (d ' = 0,5) dla zmiany EF w czasie i dla poprawy kołysania się postawy u dzieci w czasie na podstawie wyników innych badań EF lub treningu równowagi u dzieci (dotyczy treningu EF: patrz recenzja Diamond & Ling, 2019; dot. równowaga zob. np.; Granacher i in., 2011; Heleno i in., 2016).

Biorąc pod uwagę potencjalne wskaźniki rezygnacji i niezgodności, dopuszczamy, aby 10-20% uczestników nie ukończyło badania. Dlatego naszym celem jest rekrutacja 108 uczestników (po 36 na warunek).

Projekt badania Na interwencje w ramach badania składają się: trening równowagi (BT), trening muzyczny (MT) i zwykła praca. Interwencje BT i MT będą prowadzone przez 12 tygodni, 3 sesje tygodniowo po 15 minut każda oraz cotygodniowa sesja kontrolna z członkiem personelu badawczego. W przypadku grupy działającej jak zwykle uczestnicy nie będą mieli żadnej interwencji. Ocena EF i równowagi nastąpi na początku badania, 12 tygodni później i 3 miesiące później.

W przypadku BT sesje będą obejmować kombinację ćwiczeń dynamicznych (tj. wyzwań związanych z równowagą podczas ruchu, takich jak balansowanie książką na głowie podczas chodzenia) i ćwiczeń równowagi statycznej (tj. wyzwań związanych z równowagą podczas stania w miejscu, takich jak stanie na jednej nodze).

W przypadku MT uczestnicy będą mieli co tydzień dostęp do 10 teledysków dostosowanych do konkretnych zainteresowań każdego dziecka, z których będą mogli wybrać 4 do obejrzenia podczas dowolnej sesji.

Oceny Aby ocenić podstawowe umiejętności EF, pamięć roboczą (WM), kontrolę hamowania (IC) i elastyczność poznawczą (CF), a także umiejętności EF wyższego rzędu w zakresie rozwiązywania problemów i planowania, zostaną przeprowadzone następujące zatwierdzone testy: N- wstecz (WM), zmiana kolejności cyfr (WM), serca i kwiaty (WM, IC (hamowanie odpowiedzi) i CF), Flanker / Reverse Flanker (IC (selektywna uwaga) i CF), Stroop (IC i CF), Farmer Joe (ciągła uwaga słuchowa), Tower of London (planowanie i rozwiązywanie problemów) oraz Design Fluency (kreatywne rozwiązywanie problemów). Zapisywane będą wyniki zarówno za celność, jak i czas reakcji.

Aby ocenić równowagę statyczną, środek nacisku dziecka zostanie zmierzony za pomocą Wii Balance Board w następujących pozycjach z otwartymi i zamkniętymi oczami: 1) dwunożny, stopy rozstawione na odległość barków, 2) tandem, jedna stopa przed drugi z palcami tylnej stopy prawie dotykającymi pięty przedniej stopy, oraz 3) jednonożny, stojący na jednej nodze.

Aby ocenić równowagę dynamiczną, zmierzymy maksymalny czas, w jakim uczestnicy mogą utrzymać równowagę, stojąc na chybotliwej desce z otwartymi oczami.

Analiza statystyczna

Najpierw przyjrzymy się, czy wariancja ciągłych zmiennych wynikowych ma rozkład normalny i mniej więcej równy w różnych warunkach. Charakterystyki dystrybucyjne zmiennych zostaną ocenione za pomocą testu dobroci dopasowania Kołmogorowa-Smirnoffa oraz poprzez sprawdzenie histogramów. Taka graficzna kontrola ujawni, czy w teście K-S pominięto jakiekolwiek istotne odchylenia od normalności. Homoskedastyczność zostanie oceniona za pomocą testu Levene'a. Przekształcenia matematyczne, takie jak logarytmy, zostaną zastosowane w celu poprawy zgodności z normalnością, jeśli zostaną znalezione odchylenia. W przypadku, gdy założenie o normalności nie jest spełnione nawet po przekształceniach matematycznych, użyjemy nieparametrycznego testu Friedmana, ponieważ nasze badanie obejmuje powtarzane pomiary wyników w różnych punktach czasowych.

Przyjrzymy się, czy grupy różniły się istotnie pod względem jakiejkolwiek zmiennej tła, takiej jak wiek, i czy którakolwiek z tych zmiennych jest istotnie związana z jakimikolwiek zmiennymi wynikowymi. Będziemy kontrolować wszelkie zmienne tła, które wykazują znaczące efekty.

Aby określić, czy nasz program treningu równowagi jest skuteczny w poprawie równowagi, użyjemy regresji modeli mieszanych, aby porównać wyniki uczestników w statycznych i dynamicznych testach równowagi we wszystkich 3 grupach przed interwencją (aby stwierdzić, czy były jakieś różnice między grupami na poziomie na początku), po interwencji i 3-miesięczną obserwację (aby powiedzieć nam, czy któraś z grup radzi sobie znacznie lepiej niż inne bezpośrednio po i/lub 3 miesiące po okresie interwencji). Jeśli znajdziemy znaczący wynik, przeprowadzimy porównania parami post-hoc, aby zobaczyć, które grupy znacząco się od siebie różnią. Korekty Tukeya lub Bonferroniego zostaną użyte do skorygowania wielokrotnych porównań, potencjalnie zawyżając prawdopodobieństwo przypadkowego znalezienia znaczącej różnicy. Porównamy również stopień poprawy (od okresu przed i po interwencji oraz od okresu przed interwencją do 3-miesięcznej obserwacji), aby sprawdzić, czy któraś z grup poprawiła się bardziej niż inne, i przeprowadzimy porównania parami post-hoc, jeśli wystąpią istotne znajdują się efekty.

Aby ustalić, czy zrównoważenie treningu poprawiło EF bardziej niż zwykłe słuchanie muzyki lub prowadzenie interesów, ponownie użyjemy regresji z modelem mieszanym. Jak opisano powyżej dla oceny równowagi, wszystkie 3 grupy zostaną porównane przed interwencją, po interwencji i 3-miesięcznej obserwacji. Jeśli znajdziemy znaczący wynik, przeprowadzimy porównania parami post-hoc, aby zobaczyć, które grupy znacząco się od siebie różnią. Korekty Tukeya lub Bonferroniego zostaną użyte do skorygowania wielokrotnych porównań. Porównamy również stopień poprawy, aby zobaczyć, czy któraś z grup poprawiła się bardziej niż inne.

Aby określić, czy stopień poprawy działania równowagi jest istotnie związany ze stopniem poprawy EF, użyjemy korelacji Pearsona. Przeprowadzimy również analizę mediacji przy użyciu metody różnicy współczynników, aby oszacować pośredni wpływ zmiany obszaru kołysania na zmianę EF (Mackinnon i in., 2007).