Может ли тренировка баланса или прослушивание музыки улучшить внимание, способность решать проблемы и/или контролировать поведение?

Исполнительные функции (УФ) имеют решающее значение для успеха в школе и в жизни, физического и психического здоровья, хорошего качества жизни и социальной гармонии (Miller et al., 2011; Moffitt et al., 2011; Wolfe et al., 2016). ; Вонг и др., 2010). Действительно, было обнаружено, что EF более предсказуемы для успеха в учебе и карьере, чем социально-экономический статус (SES) или коэффициент интеллекта (IQ) (Alloway & Alloway, 2010).

Хорошо известно, что ЭФ зависят от префронтальной коры (ПФК) и других областей мозга, с которыми она взаимосвязана (Bunge et al., 2002; Diamond, 2002; Duncan & Owen, 2000). Недавно было продемонстрировано, что большая часть баланса (особенно при уменьшении сенсорной информации [например, закрытые глаза] или уменьшенной опорной поверхности [например, ноги вместе или одна нога поднята]) требует префронтальной коры (Bauby & Kuo, 2000; Kwag & Zijlstra, 2022; St George et al., 2021). Фактически, повышенная активность префронтальной коры, по-видимому, компенсирует сенсомоторный дефицит для поддержания равновесия у пожилых людей (St George et al., 2021), а дорсолатеральная префронтальная кора значительно активируется после внешнего нарушения постуральной стабильности (Karim et al., 2014). ; Михара и др., 2008).

Хорошо известно, что двигательное обучение и равновесие зависят от мозжечка и других взаимосвязанных областей мозга (Glickstein & Yeo, 1990; Morton & Bastian, 2004). Однако важно отметить, что мозжечок играет важную роль в ЭФ (Diamond, 2000; Koziol et al., 2014; Schmahmann, 2004, 2019; Stoodley, 2014; Strick et al., 2009). Мозжечок топографически организован в двигательной, когнитивной и аффективной областях и имеет важные анатомические связи с префронтальной корой (Bostan & Strick, 2018; Kelly & Strick, 2003; Stoodley et al., 2012). Растущее количество недавних данных подтверждает тесную связь между моторным и когнитивным развитием (Diamond, 2000; Koziol et al., 2011, 2014).

Еще одно доказательство тесной связи между УФ и двигательной функцией, особенно балансом, можно увидеть в том факте, что дети с нарушением УФ (например, дети с СДВГ), как правило, имеют нарушение баланса (Bucci et al., 2014; Buderath et al. , 2008; Hassan, 2012; Hove et al., 2015; Jansen et al., 2019; Kim et al., 2017; Shum & Pang, 2009; Zoccante et al., 2021). Диагноз координационного расстройства составляет около 30-50% (Pitcher et al., 2003).

Дальнейшее подтверждение тесной связи между балансом и EF исходит из перекрестных исследований, которые сообщают о положительной корреляции между постуральной стабильностью и академической успеваемостью (Haynes et al., 2017, 2018; Shachaf et al., 2019).

Наконец, необходимость выполнять задачу EF одновременно с решением проблемы баланса снижает производительность в обоих случаях, предполагая, что им нужны общие нейронные ресурсы (Bustillo-Casero et al., 2017; Fraizer & Mitra, 2007; Möhring et al., 2018; Шорер и др., 2012).

Цель: увидеть, может ли улучшение баланса привести к улучшению EF.

Цели и гипотеза Наша основная цель состоит в том, чтобы определить влияние улучшения постурального баланса посредством тренировки равновесия на УФ у детей 8-12 лет.

Мы предполагаем, что тренировка баланса, особенно в условиях сниженной сенсорной нагрузки и/или уменьшенной опорной базы, не только улучшит баланс, но и улучшит EF. Далее мы предполагаем, что степень улучшения баланса будет положительно связана со степенью улучшения КВ.

Хотя исследования подтверждают связь между постуральной стабильностью и УФ (Haynes et al., 2017; Mihara et al., 2008; St George et al., 2021), причинно-следственный эффект тренировки баланса (без аэробной, бимануальной или глазно-ручной) координация и/или компоненты внимательности) на УФ никогда не исследовались. Если будут получены положительные результаты, это будет первым доказательством того, что программы тренировки баланса могут быть эффективным способом улучшения EF. Лучшее понимание влияния улучшения баланса на EF может изменить наш текущий подход к тренировке EF. Подход к тренировке равновесия, который можно попробовать здесь, имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционными подходами: его можно выполнять дома или где угодно, занятие занимает всего 15 минут, оно недорогое, оно позволяет детям вставать и двигаться (вместо того, чтобы оставайтесь за столом), и мы надеемся, что участники найдут это веселым и приятным.

Мы хотели, чтобы условия активного контроля, которые участники ожидали, могли улучшить их EF, потому что часть пользы от вмешательства возникает только потому, что участники ожидают, что вмешательство принесет пользу (Boot et al., 2013; Simons et al., 2016). Ожидания могут стать самоисполняющимися пророчествами (Jenner et al., 1990; Rosenthal & Jacobson, 1968), поэтому мы хотели условия активного контроля, которые порождали бы аналогичные ожидания выгоды. Просмотр музыкальных видеоклипов был выбран в качестве активного контрольного условия из-за доказательств того, что прослушивание музыки улучшает когнитивные функции взрослых с деменцией или снижением когнитивных функций (Baird & Samson, 2015; Cuddy et al., 2015; Narme et al., 2014; Samson). et al., 2015; Särkämö et al., 2008), воспроизведение музыки может улучшить У детей (Bowmer et al., 2018; Holochwost et al., 2017; Sachs et al., 2017)), прослушивание музыки улучшает настроение ( Kemper & Danhauer, 2005; Raglio et al., 2015), а улучшение настроения приводит к улучшению УФ (Ashby et al., 1999; Isen, 2000; Yang et al., 2013). Однако мы не ожидаем, что наше условие просмотра музыкальных видеоклипов улучшит EF, потому что (а) участие детей пассивно (они просто потребители, смотрят и слушают) и (б) акт просмотра приятных музыкальных видеоклипов не ставит нас в тупик. любые требования к EF (в то время как выполнение упражнений на равновесие должно).

Группа без лечения включается в случае, если музыкальное состояние приводит к некоторым небольшим преимуществам EF, и в этом случае разница в преимуществах между балансом и музыкальным состоянием может быть незначительной. Мы ожидаем, однако, что в то время как Состояние Баланса будет приводить к значительно большему эффекту EF, чем отсутствие лечения, Музыкальное Состояние, если оно вообще дает преимущества EF, не будет давать значительно большего, чем отсутствие лечения.

Исследуемая популяция При допущении уровня значимости 0,05 анализ мощности с использованием G*Power 3.1 (Faul et al., 2007) показал, что потребуется размер выборки 30 на группу, чтобы дать нам 80% мощности для обнаружения средней величины эффекта (d ' = 0,5) для изменения EF с течением времени и для улучшения постурального влияния с течением времени у детей на основе результатов других исследований EF или тренировки равновесия у детей (относительно: EF-тренировка: см. обзор Diamond & Ling, 2019; re: баланс , см., например, Granacher et al., 2011; Heleno et al., 2016).

Учитывая потенциальные показатели отсева и несоблюдения требований, мы допускаем, что 10-20% участников не завершат исследование. Поэтому наша цель — набрать 108 участников (по 36 на каждое условие).

Дизайн исследования Вмешательства исследования состоят из: тренировки баланса (BT), музыкальной тренировки (MT) и обычного ведения дел. Вмешательства BT и MT будут проводиться в течение 12 недель, 3 сеанса в неделю по 15 минут каждый и еженедельный сеанс проверки с членом исследовательского персонала. Для группы, работающей в обычном режиме, участники не будут вмешиваться. Оценка ФВ и баланса будет проводиться в начале исследования, через 12 недель и через 3 месяца после этого.

Для BT занятия будут включать комбинацию динамических (т. е. задач на равновесие во время движения, таких как балансировка книги на голове во время ходьбы) и упражнений на статическое равновесие (т. е. задач на равновесие, стоя на месте, например, стоя на одной ноге).

Для MT участники будут иметь доступ к 10 музыкальным клипам каждую неделю с учетом конкретных интересов каждого ребенка, из которых они могут выбрать 4 для просмотра на любом сеансе.

Оценки Для оценки основных навыков EF, рабочей памяти (WM), тормозного контроля (IC) и когнитивной гибкости (CF), а также навыков EF более высокого порядка решения проблем и планирования будут проводиться следующие утвержденные тесты: N- назад (WM), изменение порядка цифр (WM), сердца и цветы (WM, IC (торможение реакции) и CF), фланкер / обратный фланкер (IC (избирательное внимание) и CF), Stroop (IC и CF), Фермер Джо (слуховое устойчивое внимание), Лондонский Тауэр (планирование и решение проблем) и беглость дизайна (творческое решение проблем). Будут записаны баллы как за точность, так и за время реакции.

Для оценки статического равновесия центр давления ребенка будет измеряться с помощью Wii Balance Board в следующих позах с открытыми и закрытыми глазами: 1) на двух ногах, ноги на расстоянии плеч, 2) тандем, одна нога впереди другой с пальцами задней ноги, почти касающимися пятки передней ноги, и 3) одноногий, стоящий на одной ноге.

Чтобы оценить динамическое равновесие, мы измерим максимальное время, в течение которого участники могут удерживать равновесие, стоя на качающейся доске с открытыми глазами.

Статистический анализ

Во-первых, мы посмотрим, является ли дисперсия непрерывных переменных результата нормально распределенной и примерно одинаковой для разных условий. Распределительные характеристики переменных будут оцениваться с помощью критерия согласия Колмогорова-Смирнова и путем проверки гистограмм. Такая графическая проверка покажет, были ли какие-либо важные отклонения от нормальности пропущены тестом K-S. Гомоскедастичность будет оцениваться с помощью теста Левена. Математические преобразования, такие как логарифмы, будут применяться для улучшения соответствия нормальности, если будут обнаружены отклонения. В случае, если предположение о нормальности не выполняется даже после математических преобразований, мы будем использовать непараметрический критерий Фридмана, поскольку наше исследование включает повторные измерения результатов в разные моменты времени.

Мы посмотрим, существенно ли различались группы по какой-либо фоновой переменной, такой как возраст, и была ли какая-либо из этих переменных значимо связана с какими-либо переменными результата. Мы будем контролировать любые фоновые переменные, оказывающие существенное влияние.

Чтобы определить, эффективна ли наша программа тренировки баланса для улучшения баланса, мы будем использовать регрессию смешанной модели, чтобы сравнить результаты участников в тестах на статическое и динамическое равновесие среди всех 3 групп до вмешательства (чтобы сообщить нам, были ли какие-либо различия между группами в начале). в начале), после вмешательства и через 3 месяца (чтобы сообщить нам, если какая-либо из групп работает значительно лучше, чем другие, сразу после и/или через 3 месяца после периода вмешательства). Если мы найдем значительный результат, мы проведем апостериорные попарные сравнения, чтобы увидеть, какие группы значительно отличаются друг от друга. Поправки Тьюки или Бонферрони будут использоваться для исправления множественных сравнений, потенциально повышающих вероятность случайного обнаружения значительной разницы. Мы также сравним степень улучшения (от до вмешательства до после вмешательства и от до вмешательства до 3-месячного наблюдения), чтобы увидеть, улучшилось ли какое-либо из групп (групп) больше, чем другие, и проведем постфактум попарные сравнения, если есть какие-либо значимые результаты. эффекты обнаруживаются.

Чтобы определить, улучшают ли тренировочные балансы EF в большей степени, чем наслаждение музыкой или обычными делами, мы снова будем использовать регрессию смешанной модели. Как описано выше для оценки баланса, все 3 группы будут сравниваться до вмешательства, после вмешательства и через 3 месяца наблюдения. Если мы найдем значительный результат, мы проведем апостериорные попарные сравнения, чтобы увидеть, какие группы значительно отличаются друг от друга. Для корректировки множественных сравнений будут использоваться поправки Тьюки или Бонферрони. Мы также сравним степень улучшения, чтобы увидеть, улучшилась ли какая-либо группа (группы) больше, чем другие.

Чтобы определить, связана ли степень улучшения характеристик равновесия со степенью улучшения КВ, мы будем использовать корреляцию Пирсона. Мы также проведем анализ посредничества, используя метод разности коэффициентов, чтобы оценить опосредованное влияние изменения площади колебания на изменение EF (Mackinnon et al., 2007).