Cykelinterventioners effekt på kognition hos barn med autism (Cycling&Autism)

BAKGRUND Exekutiva funktioner (EF) – planering, kognitiv flexibilitet, arbetsminne och inhibering – var markant nedsatta vid autismspektrumstörning (ASD). En pilot-RCT från 2021 av samma team (Med Sci Sports Exerc 2021;53:1417-24) visade att endast barn som lärde sig att cykla på en riktig cykel (n=24) förbättrade EF; stationär cykling gjorde inte det. Den kognitiva vinsten kom därför från färdighetsinhämtning, inte enbart aerob kondition.

HYPOTES

Förbättringarna drevs av två mekanismer som rekryterades under inlärning på riktig cykel:

(A) dynamisk balans (vestibulär/proprioceptiv belastning) (B) rumslig uppdatering under självproducerad translation genom rummet

STUDIEDESIGN Denna studie var en fyrarmad randomiserad kontrollerad studie (RCT) med lika fördelning till tre interventionsgrupper – inlärning att cykla (LTB), cykeltredmill (BT), cykling med stödhjul (TW) – och en aktiv kontrollgrupp (stationär cykling, SC). Utvärderingar genomfördes vid baslinje (T1), mitt under interventionen (T2, en vecka) och efter interventionen (T3, 2 veckor) för att utvärdera exekutiv funktion (EF), BDNF och HRV.

Datainsamling Varje deltagare ombads utföra en uppsättning neuropsykologiska bedömningar, där olika EF-komponenter registrerades. Varje bedömning varade i 15 minuter följt av en 5-minuters paus för att förhindra kognitiv trötthet hos deltagarna. De neuropsykologiska bedömningarna genomfördes en timme före starten av den första träningsinterventionen (T1: baslinje), den 4:e interventionen (T2: mitt under interventionen) och den sista träningsinterventionen (T3: efter interventionen). Mittbedömningen ger värdefull information om hur mycket varians i EF som förklaras av varians i HRV-registreringar. HRV-bedömningen genomfördes 10 minuter efter slutet av den första (T1), 4:e (T2) och sista (T3) interventionen med hjälp av Garmin Venus 2S-klocka, en handledsenhet validerad för korttids-HRV-registreringar. Under en 5-minuters sittande viloperiod i en tyst miljö ombads deltagarna utföra ett på begäran Health Snapshot-test (2 minuter) för att fånga parasympatisk återhämtning efter träning. För att säkerställa komfort och datakvalitet instruerades barnen att bära Garmin Venus 2-klockan endast under viloperioden och ombads förbli stilla och andas naturligt. Garmin Venu 2:s Elevate V4 optiska hjärtfrekvenssensor registrerade intervall-data mellan hjärtslag, som bearbetades av Garmin Connect-appen för att beräkna RMSSD. Dessa procedurer standardiserades över grupperna för att minimera variabilitet på grund av miljömässiga eller procedurmässiga faktorer. Samtidigt samlades urinprover från deltagarna in i 120 ml sterila koppar vid T1, T2 och T3. Vid slutförande transporterades proverna omedelbart från deltagarnas hem till laboratoriet på Avdelningen för klinisk kemi beläget vid Princes Wales Hospital.

DELTAGARE Sextiotvå deltagare med mild till måttlig ASD, ålder 8-12 år, rekryterades från en specialskola för intellektuella funktionsnedsättningar, Chinese YMCA of Hong Kong och ett cykelföretag i Hong Kong med befintliga forskningskopplingar till studieteamet. Inklusionskriterier var: (1) ASD-diagnos enligt DSM-5 och ADOS-2; (2) icke-verbal IQ >40 (Wechsler Intelligence Scale for Children reviderad i Kina); (3) förmåga att följa instruktioner och utföra interventioner/bedömningar med assistans; (4) ingen ytterligare regelbunden fysisk aktivitet (utöver skolans idrottsundervisning) under 2 månader före; och (5) nybörjare på tvåhjulig cykling (<10 sekunder oberoende cykling). Exklusionskriterier inkluderade: (1) färgblindhet; (2) medicinska tillstånd som begränsar träning (t.ex. astma, epilepsi); (3) historia av hjärnskada eller komplexa neurologiska störningar och (4) fetma [>95:e percentilen BMI]. Screening genomfördes av en psykolog och en psykiatrisk läkare, med föräldrarapporterade autistiska drag bedömda via Social Responsiveness Scale, Second Edition (SRS-2). Efter screening randomiserades femtiosex kvalificerade deltagare till en av fyra grupper med hjälp av blockrandomisering (blockstorlek = 4) för att säkerställa lika fördelning. Vid studiens slutförande var antalet deltagare per grupp: LTB (n=13, 1 avhopp vid T2), BT (n=12, 2 avhopp vid T2), TW (n=14) och SC (n=12, 2 avhopp vid T2).

INTERVENTIONER Alla interventioner varade i 2 veckor, bestående av 8 sessioner (4 sessioner per vecka, 45 minuter vardera) i skolsalar/gymnastiksalar, ledda av en kvalificerad cykeltränare (Hong Kong Cycling Association) assisterad av studenthjälpare (1:1 personal-till-deltagar-förhållande). Varje interventionssession bestod av en 10-minuters förberedelse och uppvärmning, 30-minuters cykelträning och 5-minuters nedvarvning. Träningsintensiteten övervakades genom att fråga deltagarna var 10:e minut under träning att ange sina upplevda ansträngningsgrader (målnivå:3-5). Cykelavstånd mättes med hastighetsmätare för icke-stationära grupper (LTB, TW) för att säkerställa likvärdig rumslig exponering. Deltagarna positivt förstärktes verbalt med komplimanger för sina ansträngningar under interventionerna och deras förbättringar visualiserades genom grafer som förvarades i barnets sovrum hemma (t.ex. lista över prestationer: avstånd; kunna använda ett annat hjulpar och kunna självstarta). För den stationära cykelgruppen försågs deltagarna med en graf över den ackumulerade totala tiden spenderad på cykling eller motsvarande avstånd. Förutom LTB-gruppen lärdes alla deltagare i de andra grupperna hur man cyklar efter T3 för att erkänna deras bidrag i studien.

Inlärning att cykla (LTB): Deltagarna ombads cykla på en normal cykel med stödhjul. Deltagarna gick sedan vidare till en tvåhjulig cykel. För att hålla deltagarna på inlärningskurvan, i fall deltagarna hade behärskat cykelfärdigheten framgångsrikt före slutet av interventionsperioden, ombads de cykla genom en hinderbana som BLIVIT progressivt svårare att navigera. Hinderbanan designades av en fokusgrupp, som bestod av fyra idrottslärare från deltagande skolor och en erfaren cykeltränare med mer än 5 års tränarerfarenhet.

Cykeltredmill (BT): Deltagare i denna grupp lärde sig först hur man cyklar på en normal cykel med dess bakhjul och stödhjul på en rulle och framhjulet på hållarstativet. Sedan gick de vidare till att cykla på tvåhjulig cykel med dess bakhjul på en rulle (inga stödhjul), och slutligen till den konventionella tvåhjuliga cykeln på rullarna.

Cykling med stödhjul (TW): Deltagare i denna grupp ombads cykla på en cykel med stödhjul under hela studien. De cyklade också genom en hinderbana när de blev mer skickliga på att cykla.

Stationär cykling (SC): Deltagare i gruppen ombads cykla på en stationär cykel, med framsteg spårat via ackumulerade tid/avståndsgrafer.

STUDIESTATUS Rekrytering: 62/62 (slutförd 30 jun 2023) Sista deltagarens sista besök: 30 jun 2023 Datalåsning: 31 aug 2024 Huvudmanuskriptet kommer att skickas till Autism Journal för granskning.

SÄKERHET Inga allvarliga biverkningar inträffade; mindre skrapsår (n=1) behandlades på plats.

FINANSIERING & ETIK Finansierad av RGC General Research Fund 18616522 (HK$814,430). Godkänd av HREC-EdUHK 2021-2022-0397 (15 jun 2022).