Accelerera motoriskt lärande inom pediatrik (AMPED)

Bakgrund & motivering: Plasticiteten kan förbättras i den utvecklande hjärnan men mekanismerna är dåligt förstådda. Hjärnstimuleringsteknologier såsom transkraniell likströmsstimulering (tDCS) modulerar motorisk cortex excitabilitet och plasticitet. Studier av vår grupp och andra tyder på att neuromodulationsförsök med tDCS är både säkra och genomförbara hos barn. Nyligen visade forskarna att konventionell tDCS kan förbättra motorisk inlärning hos friska barn. Dessutom har de senaste framstegen inom high-definition tDCS (HD-tDCS) presenterat en möjlighet att fokalt stimulera regioner i hjärnan. HD-tDCS har hittills inte undersökts på barn.

Att etablera en förmåga hos tDCS att förbättra motorisk inlärning har terapeutiska implikationer för barn med motoriska funktionshinder. Perinatal stroke är den främsta orsaken till hemiparetisk cerebral pares och de flesta överlevande lider av livslångt fysiskt handikapp. Nya modeller från vårt labb och andra har definierat centrala terapeutiska mål där hjärnstimulering kan förbättra motorisk inlärning och funktion. Förstå effekterna av tDCS på motorisk inlärning, och dess underliggande förändringar i hjärnan, är avgörande för att främja sådana interventioner.

Forskningsfråga och mål: Här föreslår utredarna att karakterisera effekterna av tDCS på motorisk inlärning hos friska barn. Det primära syftet med denna studie är att fastställa förändringar i förvärvet av motorisk skicklighet, när träning paras med konventionell anodal tDCS, HD-tDCS eller sken tDCS. Flera sekundära mål kommer att beskriva biokemiska och sensorimotoriska förändringar i hjärnan som sker under motorisk inlärning i kombination med tDCS. Sekundära mål kommer också att bedöma säkerheten för HD-tDCS hos friska barn.

Etik: Denna studie har godkänts av University of Calgary Research Ethics Board.

Design: Randomiserad, dubbelblind, skenkontrollerad studie för att utvärdera förmågan hos tDCS och HD-tDCS att förbättra motorisk inlärning.

Metoder: Barn kommer att rekryteras genom Healthy Infants and Children Clinical Research Program.

Träningsuppgiften kommer att bestå av att utföra Purdue Pegboard Test (PPTL) med sin vänstra hand. Denna enkla motoriska inlärningsuppgift är en väl validerad uppgift för komplex, funktionellt relevant motorisk inlärning. PPTL har visat god känslighet för förändringar i både friska och sjukdomsmotoriska studier hos vuxna och barn i skolåldern. PPTL kommer att utföras under fem dagar i följd för att övervaka motorisk inlärning.

Barn kommer att gå på Alberta Children's Hospital Non-Invasive Brain Stimulation Laboratory. Försökspersoner kommer att randomiseras till en av tre stimuleringsgrupper (sham tDCS, konventionell anodal tDCS, HD-tDCS). Baslinjemätningar kommer att utföras, inklusive: magnetisk resonans neuroimaging (anatomisk avbildning, funktionell neuroimaging och magnetisk resonansspektroskopi), transkraniell magnetisk stimulering neurofysiologi (motorisk kartläggning av vänster och höger motorisk cortex), sensorimotoriska funktionsförändringar bedömda med hjälp av det kinesiologiska instrumentet för normal och Ändrade räckviddsrörelser (KINARM; armpositionsmatchning, kinestesi, visuellt styrd räckvidd och objektträff), motoriska funktionsförändringar (PPT, Jebsen-Taylor Test, Serial Reaction Time Task) och sensoriska diskrimineringsåtgärder (amplituddiskriminering, tidsordningsbedömning , tidsordningsbedömningsuppgift, varaktighetsdiskrimineringsuppgift, varaktighetsdiskriminering med förvirring, och enkelplatsanpassningsuppgift.

Efter baslinjemätningar kommer försökspersonerna att sitta i en bekväm stol med PPTL-testet framför sig på ett bord. Deltagare som randomiserats till skenbar eller konventionell anodal tDCS kommer att utrustas med två 25 cm2 elektroder (anod över höger primärmotorisk cortex, katod över det kontralaterala supraorbitala området) eller en EEG-kåpa som innehåller fyra små cirkulära elektroder (HD-tDCS, 1 anod centrerad över höger primärmotorisk cortex, 4 katoder omger anoden på ett ringliknande sätt). Tre pre-interventionsförsök av PPTL kommer att utföras. Alla försökspersoner kommer då att få tDCS rampad upp till 1 milliamp under 45 sekunder. Efter 120 sekunder kommer strömmen antingen att rampas ner till 0milliamp (sham tDCS) eller fortsätta i totalt 20 minuter. PPTL kommer att utföras 5, 10 och 15 minuter efter att stimuleringen påbörjats och efter att stimuleringen har avslutats (3 repetitioner per tidpunkt). Ett tDCS säkerhets- och tolerabilitetsfrågeformulär kommer sedan att fyllas i.

Samma tDCS-behandling, PPTL-utbildning och säkerhets- och tolerabilitetsfrågeformulär kommer att utföras under de kommande tre dagarna i följd. På studiedag 5 kommer deltagarna återigen att upprepa PPTL-träning i kombination med tDCS-behandling. Efter tDCS- och PPTL-träning kommer magnetisk resonansneuroimaging, transkraniell magnetisk stimuleringsneurofysiologi, sensorimotoriska funktionsförändringar, motoriska funktionsförändringar och sensoriska diskrimineringsåtgärder att upprepas för att bedöma förändringar inducerade av motorisk inlärning och tDCS.

Deltagarna kommer tillbaka sex veckor efter träningen, där magnetisk resonans neuroimaging, transkraniell magnetisk stimulering neurofysiologi, sensorimotoriska funktionsförändringar, motoriska funktionsförändringar och sensoriska diskrimineringsåtgärder kommer att upprepas för att bedöma långsiktiga förändringar.

Dataanalys: Alla utfallsvariabler kommer att jämföras mellan de tre interventionsgrupperna (sham tDCS, konventionell tDCS, HD-tDCS) med hjälp av en tvåvägs upprepad mätning ANOVA med lämplig post-hoc analys. De upprepade åtgärderna ANOVA kommer att särskilja påverkan av intervention (stimuleringstyp) och tid (baslinje, efter träning, 1 månad efter träning). Pearsons korrelationer kommer att utföras mellan det primära utfallsmåttet och sekundära utfallsmått. Sekundär statistisk analys kommer att utföras efter behov.