Underlätta implicit lärande för att förbättra neurorehabilitering vid stroke

Någon får en stroke i USA var 45:e sekund, vilket resulterar i över 700 000 nya stroke varje år och stroke är den främsta orsaken till funktionshinder hos veteraner (American Heart Association Statistics Committee och Stroke Statistics Sub-Committee). De allra flesta av dessa fall leder till motoriska störningar, som ofta gör att individer blir beroende av andra för att fungera dagligen (modifierad Rankin-skala 3-5, se Lees et al., 2006). Specifikt är hemipares i övre extremiteter den främsta orsaken till funktionshinder efter stroke och överarmsfunktion förklarar cirka 50 % av variationen i rapporterad livskvalitet (Wyller et al, 1997). Som sådan är optimering av överarmsneurorehabilitering ett kritiskt problem att ta itu med i den åldrande veteranbefolkningen.

"Rehabilitering, för patienter, är i grunden en process för att lära sig om hur man rör sig för att uppfylla sina behov framgångsrikt" (Carr & Shepherd, 1987). Detta uttalande hävdar att kärnan i neurorehabilitering är motorisk inlärning, men trots denna princip har forskning inom motorisk inlärning haft liten inverkan på strokerehabilitering (Krakauer, 2006). På senare tid har det funnits ett intresse för att utveckla och testa nya metoder för att optimera rehabilitering av övre extremiteter. Utredare vid Baltimore VAMC har banat väg för uppgiftsorienterade träningsparadigm för att förbättra rörligheten (Macko et al., 2005) hos personer med kronisk stroke. Som en del av detta programmatiska tillvägagångssätt har nya robotträningsprogram för övre extremiteter utvecklats för att förbättra räckvidd och extremitetskoordination. Men majoriteten av dessa insatser förlitar sig på felbaserade inlärningsstrategier under rehabilitering, som främjar uppgiftsrelaterad explicit kunskap. En samling av motorisk inlärningsforskning indikerar dock att detta kanske inte är den bästa strategin för att optimera motorisk inlärning, och därmed neurorehabilitering.

Felbaserat lärande innebär att man får kontinuerlig feedback på rörelser med avsikten att eleven ska göra korrigeringar av rörelsen i realtid. Sålunda sker inlärning genom en serie upprepningar där eleven kontinuerligt minskar diskrepansen mellan det ideala beteendet och observationen av sitt eget beteende. Med andra ord främjar felbaserat lärande en anpassning för att uppnå önskat beteende. Däremot består operanta konditioneringsinlärningsstrategier av att eleven endast får feedback om kvaliteten på sin rörelse i slutet av beteendet. Inlärning sker alltså genom en serie av förstärkningar av det önskade beteendet i sin helhet, vilket är mer modellfritt än den anpassning som uppstår vid felbaserat lärande. En primär skillnad mellan dessa två inlärningsstrategier är att felbaserat lärande främjar explicit kunskap om uppgiften, medan operant konditionering främjar implicit kunskap (Krakauer & Mazzoni, 2011). Dessa två typer av kunskap har drastiska konsekvenser för funktionella resultat (dvs. motorisk prestation, kognitiv arbetsbelastning och retention).

Före stroke gjordes överarmsfunktioner som att nå och greppa till stor del utan användning av explicit kunskap. Med andra ord, friska individer ägnar lite medvetet ansträngning för hur de kontrollerar sina lemmar, de bara "gör det". Även om explicita strategier under inlärning kan underlätta inlärningshastigheten, om de ges tillräckligt med tid, kommer individer som har begränsad explicit kunskap att prestera lika bra (Maxwell et al, 1999). Trots en långsammare inlärningstakt kan vinsten av att minska explicit kunskap om uppgiften vara mycket fördelaktig under motorisk prestation. Noterbart är att bibehållandet av det inlärda beteendet är större hos individer som lärt sig under förhållanden som hämmar explicit kunskap. Till exempel lät Malone och Bastian (2010) individer lära sig en ny gånguppgift (löpband med delat bälte där bältena rör sig i olika hastigheter) och i de där explicita kunskaper var begränsade uppvisade lärande som pågick längre än de som förlitade sig på explicit kunskap under inlärningen . Dessutom kan begränsning av explicit kunskap under motorisk inlärning resultera i minskad kognitiv arbetsbelastning och bibehållen prestation under utmaningsförhållanden (Zhu et al., 2011). Sammanfattningsvis, främjande av explicit kunskap under rehabilitering snarare än omedveten kontroll (begränsa explicit kunskap) minskar hållbarheten hos den nyligen förvärvade motoriska färdigheten och förbrukar kognitiva resurser, som måste vara tillgängliga för andra krav. Som sådan är automatisk kontroll av dessa beteenden avgörande för att utföra dagliga aktiviteter, vilket tyder på att operant konditionering (som begränsar explicit kunskap) är överlägsen felbaserad inlärning.

De med stroke kan lära sig uppgifter implicit, även om inlärningshastigheten kan vara försenad jämfört med friska kontroller (Pohl et al., 2001) och försenas ytterligare som en funktion av strokens svårighetsgrad (Boyd et al., 2007). Vidare har det visat sig att helt enkelt tillhandahålla explicit information om en implicit uppgift minska inlärningshastigheten och retentionen hos personer med basal ganglia stroke (Boyd et al., 2004; Boyd et al., 2006) och skador på sensorimotoriska områden (Boyd et al. ., 2003; Boyd et al., 2006; Winstein et al., 2003). Även om dessa studier betonar vikten av att begränsa explicit kunskap under inlärning, gjordes de i samband med inlärning av implicita sekvenser snarare än utveckling av färdigheter, som även om de är relaterade, förlitar sig på olika aspekter av motorisk inlärning (Krakauer & Mazonni, 2011, Yarrow et al. , 2009). I samband med inlärning av funktionella färdigheter har tidpunkten/typen av återkoppling tydligt visat sig påverka inlärningshastigheten såväl som retention och har varit inblandad att påverka kunskapstypen (Levin et al., 2010). Specifikt, ge feedback om uppgiftsutförande mer sällan och efter utförandet snarare än under (dvs. fördröjda) har visats öka inlärningsretention och sannolikt underlätta implicit inlärning (Cirstea et al., 2006; Winstein et al., 1996). Dessutom har feedback om resultaten (kunskap om resultat) snarare än prestandan (kunskap om prestanda) visat sig öka retentionen och begränsa explicit kunskap (Cirstea el al., 2006; Sidaway et al., 2008; Winstein, 1991). Följaktligen kommer det nuvarande förslaget att försöka främja implicit kunskap under utvecklingen av motorisk skicklighet genom att manipulera när feedback ges och typ av feedback.

Syftet med den aktuella studien är att bestämma effekten av felbaserat lärande kontra operant konditioneringsinlärning på kritiska resultat av neurorehabilitering (dvs. prestation efter inlärning, generaliserbarhet, kognitiv arbetsbelastning som uppgiften ålägger och retention).