tDCS och motoriskt lärande hos barn med DCD

Transkraniell likströmsstimulering (tDCS) är en av de vanligaste icke-invasiva hjärnstimuleringsteknikerna men tillämpningar i pediatriska populationer är relativt outforskade. tDCS applicerar en svag elektrisk ström över hårbotten för att modulera kortikal excitabilitet. Anodstimulering exciterar den stimulerade hjärnregionen. Anodal tDCS applicerad på den motoriska cortex kontralateralt till den tränade handen förbättrar motorisk inlärning över enstaka eller flera dagars träningspass (Reis 2009). tDCS har visat lovande effekter i den utvecklande hjärnan inklusive potentialen att förbättra motoriska färdigheter som sedan kan överföras till andra otränade färdigheter hos typiskt utvecklande barn (Ciechanski 2017). tDCS är säker och tolererbar och en användbar teknik med endast milda kortsiktiga biverkningar (t.ex. rodnad, stickningar, klåda och brännande känsla) hos barn. De skadliga effekterna uppstår vanligtvis vid elektrodställen och försvinner inom några minuter efter att stimuleringen påbörjats (Krishnan 2015).

I kombination med motorbaserade interventioner kan tDCS förbättra motorisk prestanda hos vuxna (Reis 2009, 2011) och barn (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016). Det används för närvarande i kombination med andra behandlingar (t.ex. beteendeterapi och neurorehabilitering) hos barn och ungdomar med neuroutvecklingsstörningar (Muszkat 2016), inklusive Autism Spectrum Disorder (Amatachaya 2014) och Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) (Bandeira). 2016), såväl som motoriska störningar som cerebral pares (Gillick 2014; Grecco 2017; Kirton 2017; Moura 2016). Effekten av tDCS på skicklighetsmotorisk inlärning hos barn med Developmental Coordination Disorder (DCD) är dock till stor del outforskad.

DCD är en kronisk motorisk störning av okänd etiologi som drabbar 5-6 % av barn i skolåldern i Kanada (APA, 2013). DCD stör barns akademiska prestationer och begränsar deras förmåga att delta i dagliga aktiviteter (t.ex. att skriva ut, klä på sig, knyta skorna, cykla, använda bestick), såväl som yrkesaktiviteter, fritid och lek (APA, 2013) .15 Därefter kan barn utveckla psykosociala svårigheter, inklusive låg självkänsla, depression, ångest, ensamhet, problem med kamrater och dåligt deltagande i fysiska och sociala aktiviteter (Zwicker 2013). DCD är ett livslångt tillstånd, och 75 % av barn med DCD kommer att fortsätta uppleva motoriska svårigheter som vuxna om de inte får korrekt behandling (Kirby 2014). Upp till hälften av barnen med DCD har också samtidig ADHD (Piek 1999).

Flera hjärnregioner har varit inblandade i DCD, inklusive lillhjärnan, basala ganglierna, parietalloben och delar av frontalloben (t.ex. dorsolateral prefrontal cortex eller DLPFC) (Biotteau 2016). Den primära motoriska cortexen (M1) är belägen i den dorsala delen av frontalloben och är funktionellt kopplad till andra motoriska områden. Den funktionella anslutningen mellan M1 och hjärnregioner som är involverade i motorisk funktion och sensorimotorisk bearbetning, såsom striatum och vinkelgyrus, kan dock minska hos barn med DCD (McLeod 2014). Att rikta in sig på sådana specifika hjärnregioner i rehabilitering kan vara effektivt för att förbättra de motoriska resultaten hos drabbade barn.

För närvarande är de mest fördelaktiga insatserna för att förbättra den motoriska prestandan hos barn med DCD uppgiftsorienterade tillvägagångssätt som fokuserar på att lära sig en viss uppgift snarare än på de kroppsfunktioner som krävs för att utföra en uppgift (Smits-Engelsman 2013). Ett antal uppgiftsorienterade tillvägagångssätt används vanligtvis för att behandla barn med DCD (Niemeijer 2007; Polatajko 2001). Forskarna tror att hjärnstimulering kan förbättra motorisk inlärning och effekten av uppgiftsorienterade tillvägagångssätt hos barn med DCD. För att bättre förstå tDCS som en behandling för barn med DCD, som det första steget, är det viktigt att undersöka om tDCS kan förbättra motorisk inlärning i denna population. Därför syftar utredarna till att genomföra en randomiserad, blindad, skenkontrollerad interventionsstudie av anodal tDCS över M1 kombinerat med en motorisk inlärningsuppgift för att bedöma dess effektivitet på motorisk inlärning hos barn med DCD. Detta är en pilotstudie för att fastställa en urvalsstorlek för en större studie.

MÅL OCH HYPOTES

Syfte 1: Att avgöra om transkraniell likströmsstimulering (tDCS) förbättrar motorisk inlärning hos barn med DCD.

Hypotes 1: Jämfört med barn i skengrupp kommer barn i stimuleringsgrupp att visa bättre funktionella resultat snabbare motorisk inlärning i varje session (online-inlärning) och efter 3 sessioner.

Syfte 2: Att bestämma livslängden av tDCS-effekter på motorisk inlärning hos barn med DCD.

Hypotes 2: Barn i stimuleringsgruppen kommer att behålla sin motoriska inlärning efter 6 veckor jämfört med skengruppen.

METODIK

Studiedesign: Denna studie är en randomiserad, skenkontrollerad, dubbelblind studie. Deltagarna kommer att slumpmässigt tilldelas aktiv eller skenstimulering.

Deltagare: Barn kommer att rekryteras från etablerade kohorter av barn med DCD som utvärderades vid BC Children's Hospital eller Sunny Hill Health Center for Children (Vancouver, BC) och som uppfyller DSM-5 diagnostiska kriterier (American Psychiatric Association, 2013).

Provstorlek: Provstorleken beräknades baserat på en randomiserad skenkontrolldesignad studie på typiskt utvecklade barn som fick M1 A-tDCS eller sham tDCS under 3 på varandra följande dagar av Purdue Pegboard Test-träning.4 Beräkning av provstorlek antydde att totalt 14 försökspersoner, 7 försökspersoner per grupp, skulle ha en kraft på 95 % för att upptäcka förbättringar i Purdue Pegboard Test (effektstorlek = 2,58) med ett typ-1-fel på 0,05.

Procedur: Efter screening och rekrytering kommer föräldrarna att ge sitt samtycke och barnen kommer att samtycka till att delta i studien. Vi kommer att randomisera barn till aktiva eller skenstimulerande grupper; en statistiker kommer att randomisera deltagare med hjälp av datorgenererade sekventiella block av 4 till 6. Randomiseringskoder kommer att förvaras i förseglade ogenomskinliga kuvert fram till studieregistreringen. En forskarstuderande med utbildning i arbetsterapi kommer att bli blind för gruppuppgifter och kommer att bedöma barn med Purdue Pegboard Test (PPT; Tiffin 1968), Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency-2 (BOT-2; Bruininks 2005) och Evaluation Verktyg för barns handskrift (ETCH; Amundson, 1995). Sedan kommer barn att få 3 dagars tDCS i 30 minuter varje dag; under de första 10 minuterna kommer barn att genomföra Purdue Pegboard Test Training (för att bedöma inlärning av en motorisk uppgift), följt av 20 minuters handskriftsträning med "Printing Like a Pro!" (Montgomery 2017), för att bedöma inlärning av en funktionell motor uppgift). En arbetsterapeut kommer att omvärdera barnen i slutet av den sista träningsdagen och igen 6 veckor senare.

Interventioner

tDCS: Likström kommer att levereras med en transkraniell elektrisk stimulator godkänd av Health Canada (Soterix Medical Inc., New York, USA) (Soterix Medical, 2016). Stimulering kommer att appliceras på hårbotten genom två 5×7 cm svamp-saltlösning-indränkta elektroder: aktiva och referens. Ett enkelt huvudbonadssystem, inklusive EASYpads och EASYstraps, kommer att hålla elektroderna på plats. I de aktiva stimulerings- och skengrupperna kommer anoden (aktiv elektrod) att placeras över den vänstra primära motoriska cortex med katoden (referenselektroden) över höger panna i det supraorbitala området. Det internationella elektroencefalografiska elektrodsystemet 10/20 kommer att användas för att lokalisera M1 (Klem 1999). Den dominanta vänstra motoriska cortexen kommer att stimuleras eftersom utredarna syftar till att samtidigt träna den dominanta handen för en motorisk inlärningsuppgift och en funktionell uppgift. Stimuleringen kommer att tillämpas vid 1 mA i 30 min. En mA anodstimulering kan orsaka hjärnströmtätheter hos barn i genomsnitt jämförbara med tätheter som ses hos vuxna som exponeras för 2 mA ström (Kessler 2013) och den efterföljande excitabiliteten kan vara längre än en timme (Moliadze 2015). För aktiva stimuleringsgrupper kommer strömmen att rampas upp till 1 mA under 45-60 s, hållas i 30 minuter och rampas ner till 0 mA under 45-60 s. För skengrupperna kommer stimuleringen att rampas upp och hållas i endast 60 s innan den långsamt rampas ned. Denna procedur, som kallas Fade-in-Short Stimulation-Fade out, har visat sin tillförlitlighet som en effektiv skenteknik genom att göra samma tolerabilitet och övergående känsla i hårbotten som aktiv stimulering hos både vuxna (Ambrus 2012) och barn (Ciechanski 2017). I händelse av några "allvarliga biverkningar" (t.ex. andra gradens brännskada i hårbotten på platsen för elektroddynan eller kliniskt anfall) som inträffar under studiens gång, kommer det att stoppas omedelbart.

Motorisk inlärningsuppgift: Under tre på varandra följande dagar kommer varje barn att utföra fem block av Purdue Pegboard Test: ett block före, tre block under och ett block efter tDCS. Varje block består av tre repetitioner av Purdue Pegboard Test med höger hand. Barnen måste placera nålar i en stiftbräda så fort de kan på 30 sekunder. Det kommer att ta upp till 10 minuters hjärnstimuleringstid.

Funktionell motorisk uppgift: Efter Purdue Pegboard-testet kommer varje barn att få kognitivt baserad intervention för utskriftsfärdigheter i 20 minuter medan de får tDCS. "Skriv ut som ett proffs!" (Montgomery 2017) -en kognitiv metod för att lära ut tryck till barn i grundskoleåldern - kommer att användas för att lära ut bokstäver som varje barn har svårast att skriva ut läsligt enligt en formell bedömning av handstil-ETCH (manuskript) (Amundson 1995) .

Dataanalysplan:

Purdue Pegboard Test är det primära resultatmåttet av intresse. För att mäta onlineinlärning inom en session och offlineinlärning över sessioner kommer vi att tillämpa Repeated Measure Analysis of Co-variance (ANCOVA), med en α-nivå på 0,05. För att mäta effekten av intervention och retention kommer vi att tillämpa ett parat t-test och Repeated Measure ANCOVA på de primära och sekundära resultaten. Tvåvägs ANCOVA och oberoende t-test kommer också att användas för att jämföra grupper (stimulering kontra bluff). MABC-2-poäng och uppmärksamhetsnivå som bedöms av Conners ADHD-index kommer att användas som kovariater för att ta hänsyn till individuella skillnader i uppmärksamhet och motorik.

Betydelse:

Detta är den första studien i sitt slag för att både undersöka effekten av hjärnstimulering vid motorisk inlärning hos barn med DCD och integrera teknologi för att förbättra funktionell motorisk inlärning för barn med DCD. Denna studie kommer att bidra till att planera mer effektiva insatser för dessa barn för att förbättra både deras motoriska färdigheter och funktionella resultat. Dessutom kommer resultaten att vara av intresse för pediatriska läkare (t.ex. arbetsterapeuter) och föräldrar som söker effektivare tillvägagångssätt för dessa barn, såväl som forskare, studenter och beslutsfattare inom området neurorehabilitering.