Содействие имплицитному обучению для улучшения нейрореабилитации при инсульте

Каждые 45 секунд в США у кого-то случается инсульт, что приводит к более чем 700 000 новых инсультов каждый год, и инсульт является основной причиной инвалидности среди ветеранов (Статистический комитет Американской кардиологической ассоциации и Подкомитет по статистике инсульта). Подавляющее большинство этих случаев приводят к двигательным нарушениям, которые часто приводят к тому, что люди становятся зависимыми от других в повседневном функционировании (модифицированная шкала Рэнкина 3–5, см. Lees et al., 2006). В частности, гемипарез верхних конечностей является ведущей причиной функциональной инвалидности после инсульта, а функция плеча объясняет около 50% изменчивости сообщаемого качества жизни (Wyller et al, 1997). Таким образом, оптимизация нейрореабилитации плеча является критической проблемой для стареющего населения ветеранов.

«Реабилитация для пациентов — это, по сути, процесс повторного обучения тому, как двигаться, чтобы успешно выполнять свои потребности» (Carr & Shepherd, 1987). Это утверждение утверждает, что по своей сути нейрореабилитация — это двигательное обучение, но, несмотря на этот принцип, исследования двигательного обучения мало повлияли на реабилитацию после инсульта (Krakauer, 2006). В последнее время появился интерес к разработке и тестированию новых методов оптимизации реабилитации верхних конечностей. Исследователи из Baltimore VAMC первыми разработали парадигмы обучения, ориентированные на задачу, для улучшения подвижности (Macko et al., 2005) у пациентов с хроническим инсультом. В рамках этого программного подхода были разработаны новые программы обучения робототехнике верхних конечностей для улучшения досягаемости и координации конечностей. Тем не менее, большинство этих вмешательств основаны на стратегиях обучения на основе ошибок во время реабилитации, которые способствуют развитию явных знаний, связанных с задачей. Тем не менее, корпус исследований двигательного обучения показывает, что это может быть не лучшая стратегия для оптимизации двигательного обучения и, следовательно, нейрореабилитации.

Обучение на основе ошибок включает в себя получение постоянной обратной связи о движении с целью того, чтобы учащийся вносил поправки в движение в режиме реального времени. Таким образом, обучение происходит посредством серии повторений, в которых учащийся постоянно уменьшает несоответствие между идеальным поведением и наблюдением за своим собственным поведением. Другими словами, обучение на основе ошибок способствует адаптации для достижения желаемого поведения. Напротив, стратегии обучения оперантному обусловливанию состоят в том, что учащийся получает обратную связь о качестве своего движения только в конце поведения. Таким образом, обучение происходит посредством серии подкреплений желаемого поведения в целом, что является более свободным от моделей, чем адаптация, возникающая при обучении на основе ошибок. Основное различие между этими двумя стратегиями обучения заключается в том, что обучение на основе ошибок способствует явному знанию задачи, тогда как оперантное обусловливание способствует неявному знанию (Krakauer & Mazzoni, 2011). Эти два типа знаний имеют серьезные последствия для функциональных результатов (т. двигательная активность, когнитивная нагрузка и запоминание).

До инсульта функции плеча, такие как дотягивание и хватание, в основном выполнялись без использования явных знаний. Другими словами, здоровые люди прилагают мало сознательных усилий к тому, как они контролируют свои конечности, они просто «делают это». Хотя использование эксплицитных стратегий во время обучения может повысить скорость обучения, при наличии достаточного времени люди с ограниченными эксплицитными знаниями будут работать одинаково хорошо (Maxwell et al, 1999). Несмотря на более низкую скорость обучения, выигрыш от уменьшения явного знания задачи может быть очень выгодным во время двигательной активности. Примечательно, что усвоенное поведение лучше сохраняется у людей, которые обучались в условиях, препятствующих явным знаниям. Например, Мэлоун и Бастиан (2010) предлагали людям освоить новую задачу ходьбы (беговая дорожка с разделенной лентой, где ленты движутся с разной скоростью), и у тех, у кого явное знание было ограниченным, демонстрировалось обучение, которое сохранялось дольше, чем у тех, кто полагался на явное знание во время обучения. . Кроме того, ограничение явных знаний во время двигательного обучения может привести к снижению когнитивной нагрузки и сохранению производительности в сложных условиях (Zhu et al., 2011). В заключение, поощрение явного знания во время реабилитации, а не бессознательного контроля (ограничение явного знания) снижает устойчивость недавно приобретенного двигательного навыка и потребляет когнитивные ресурсы, которые должны быть доступны для других требований. Таким образом, автоматический контроль над этим поведением имеет решающее значение для выполнения повседневных действий, предполагая, что оперантное обусловливание (которое ограничивает явное знание) превосходит обучение на основе ошибок.

Люди с инсультом способны к неявному обучению задачам, хотя скорость обучения может быть отложена по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы (Pohl et al., 2001) и еще более отсрочена в зависимости от тяжести инсульта (Boyd et al., 2007). Кроме того, было показано, что простое предоставление явной информации о неявной задаче снижает скорость обучения и удержание в памяти у пациентов с инсультом базальных ганглиев (Boyd et al., 2004; Boyd et al., 2006) и повреждением сенсомоторных областей (Boyd et al. ., 2003; Boyd et al., 2006; Winstein et al., 2003). Хотя эти исследования подчеркивают важность ограничения явных знаний во время обучения, они проводились в контексте изучения имплицитных последовательностей, а не развития навыков, которые, хотя и связаны, опираются на различные аспекты двигательного обучения (Krakauer & Mazonni, 2011, Yarrow et al. , 2009). В контексте обучения функциональным навыкам было достоверно показано, что время/тип обратной связи влияет на скорость обучения, а также на запоминание, а также влияет на тип знаний (Levin et al., 2010). В частности, предоставление отзывов о выполнении задачи реже и после выполнения, а не во время (т. с задержкой) увеличивают запоминание и, вероятно, способствуют имплицитному обучению (Cirstea et al., 2006; Winstein et al., 1996). Кроме того, было показано, что обратная связь о результатах (знание результатов), а не о производительности (знание производительности), увеличивает удержание и ограничивает явное знание (Cirstea et al., 2006; Sidaway et al., 2008; Winstein, 1991). Соответственно, в текущем предложении будет предпринята попытка способствовать неявным знаниям во время развития двигательных навыков, манипулируя тем, когда дается обратная связь и типом обратной связи.

Целью настоящего исследования является определение влияния обучения, основанного на ошибках, по сравнению с оперантным обусловливанием обучения на критические результаты нейрореабилитации (т.е. производительность после обучения, обобщаемость, когнитивная нагрузка, связанная с заданием, и запоминание).