DCD 儿童的 tDCS 和运动学习

经颅直流电刺激 (tDCS) 是最常见的非侵入性脑刺激技术之一，但在儿科人群中的应用相对尚未开发。 tDCS 在头皮上施加弱电流以调节皮质兴奋性。 阳极刺激激发受刺激的大脑区域。 应用于训练手对侧运动皮层的阳极 tDCS 可增强单日或多日训练课程的运动学习 (Reis 2009)。 tDCS 在发育中的大脑中显示出可喜的效果，包括增强运动技能的潜力，然后可以将这些技能转移到正常发育儿童的其他未经训练的技能中（Ciechanski 2017）。 tDCS 是一种安全、可耐受且可行的技术，对儿童只有轻微的短期不良反应（例如发红、刺痛、瘙痒和烧灼感）。 不良反应通常发生在电极部位，并在刺激开始后几分钟内消失 (Krishnan 2015)。

结合基于运动的干预措施，tDCS 可以提高成人 (Reis 2009、2011) 和儿童 (Gillick 2014；Grecco 2017；Kirton 2017；Moura 2016) 的运动表现。 它目前正与其他治疗方法（例如，行为疗法和神经康复）结合用于患有神经发育障碍的儿童和青少年 (Muszkat 2016)，包括自闭症谱系障碍 (Amatachaya 2014) 和注意力缺陷/多动障碍 (ADHD) (Bandeira) 2016 年），以及脑瘫等运动障碍（Gillick 2014 年；Grecco 2017 年；Kirton 2017 年；Moura 2016 年）。 然而，tDCS 对发育协调障碍 (DCD) 儿童技能运动学习的影响在很大程度上尚未得到探索。

DCD 是一种病因不明的慢性运动障碍，影响加拿大 5-6% 的学龄儿童（APA，2013 年）。 DCD 会影响儿童的学业成绩并限制他们参与日常活动（例如打印、穿衣、系鞋带、骑自行车、使用餐具）以及职业活动、休闲和玩耍的能力（APA，2013 年） .15 随后，儿童可能会出现社会心理困难，包括自尊心低下、抑郁、焦虑、孤独、同伴问题以及身体和社会活动参与度低（Zwicker 2013）。 DCD 是一种终生疾病，75% 的 DCD 儿童如果没有得到适当的治疗，成年后会继续出现运动困难 (Kirby 2014)。 多达一半患有 DCD 的儿童同时患有 ADHD (Piek 1999)。

几个大脑区域与 DCD 有关，包括小脑、基底神经节、顶叶和部分额叶（例如，背外侧前额叶皮层或 DLPFC）（Biotteau 2016）。 初级运动皮层 (M1) 位于额叶的背侧，在功能上与其他运动区域相连。 然而，M1 与涉及运动功能和感觉运动处理的大脑区域（例如纹状体和角回）之间的功能连接在患有 DCD 的儿童中可能会降低（McLeod 2014）。 在康复中针对这些特定的大脑区域可能会有效改善受影响儿童的运动结果。

目前，改善 DCD 儿童运动表现最有益的干预措施是任务导向的方法，该方法侧重于学习特定任务，而不是执行任务所需的身体功能（Smits-Engelsman 2013）。 许多以任务为导向的方法通常用于治疗患有 DCD 的儿童（Niemeijer 2007；Polatajko 2001）。 研究人员认为，大脑刺激可以增强 DCD 儿童的运动学习和任务导向方法的效果。 为了更好地理解 tDCS 作为 DCD 儿童的治疗方法，作为第一步，调查 tDCS 是否可以增强该人群的运动技能学习至关重要。 因此，研究人员旨在通过 M1 结合运动学习任务对阳极 tDCS 进行随机、盲法、假对照干预试验，以评估其对 DCD 儿童运动技能学习的有效性。 这是一项初步研究，旨在为更大规模的研究确定样本量。

目的和假设

目标 1：确定经颅直流电刺激 (tDCS) 是否能增强 DCD 儿童的运动学习。

假设 1：与假手术组的儿童相比，刺激组的儿童在每节课（在线学习）和 3 节课后会表现出更好的功能结果，运动学习速度更快。

目标 2：确定 tDCS 对 DCD 儿童运动学习影响的持续时间。

假设 2：与假手术组相比，刺激组儿童在 6 周后将保持运动学习。

方法

研究设计：本研究是一项随机、假对照、双盲试验。 参与者将被随机分配到主动或假刺激。

参与者：将从既定的 DCD 儿童队列中招募儿童，这些儿童在 BC 儿童医院或 Sunny Hill 儿童健康中心（温哥华，BC）接受过评估，并且符合 DSM-5 诊断标准（美国精神病学协会，2013 年）。

样本量：样本量是根据一项随机假对照设计的研究计算得出的，该研究针对接受 M1 A-tDCS 或假 tDCS 的正常发育儿童连续 3 天的 Purdue Pegboard 测试培训。 4 样本量计算表明，共有 14 名受试者，每组 7 名受试者，在 Purdue Pegboard 测试（效应量 = 2.58）中检测改善的能力为 95%，类型 1 错误为 0.05。

程序：筛选和招募后，家长同意，儿童同意参加研究。 我们会将儿童随机分配到主动或假刺激组；统计学家将使用计算机生成的 4 到 6 的顺序块随机化参与者。随机化代码将保存在密封的不透明信封中，直到研究注册。 一名接受过职业治疗培训的研究生将对小组作业视而不见，并将使用 Purdue Pegboard 测试（PPT；Tiffin 1968）、Bruininks-Oseretsky 运动能力测试-2（BOT-2；Bruininks 2005）和评估来评估儿童儿童手写工具（ETCH；Amundson，1995 年）。 然后，孩子们将接受 3 天的 tDCS，每天 30 分钟；在前 10 分钟内，孩子们将完成 Purdue Pegboard 测试训练（以评估对运动任务的学习），然后使用“像专业人士一样打印！”（蒙哥马利 2017）进行 20 分钟的手写练习，以评估对功能性运动的学习任务）。 职业治疗师将在培训的最后一天结束时和 6 周后再次对孩子进行重新评估。

干预措施

tDCS：将使用加拿大卫生部（Soterix Medical Inc.，纽约，美国）批准的经颅电刺激器提供直流电（Soterix Medical，2016）。 将通过两个 5×7 cm 海绵盐水浸泡电极对头皮施加刺激：活性电极和参考电极。 一个简单的头带系统，包括 EASYpads 和 EASYstraps，可以将电极固定到位。 在主动刺激组和假手术组中，阳极（活性电极）将位于左初级运动皮层上方，阴极（参考电极）位于眶上区域的右前额上方。 国际 10/20 脑电图电极系统将用于定位 M1 (Klem 1999)。 主要的左运动皮层将受到刺激，因为研究人员旨在同时训练优势手以完成运动学习任务和功能任务。 将在 1 mA 下施加刺激 30 分钟。 1 mA 的阳极刺激可能导致儿童的脑电流密度平均与暴露于 2 mA 电流的成人中看到的密度相当（Kessler 2013），随后的兴奋性可能持续超过一小时（Moliadze 2015）。 对于活跃的刺激组，电流将在 45-60 秒内上升到 1 mA，保持 30 分钟，并在 45-60 秒内下降到 0 mA。 对于假手术组，刺激将逐渐增加并持续 60 秒，然后慢慢减少。 这个程序称为 Fade-in-Short Stimulation-Fade out，它通过在成人 (Ambrus 2012) 和儿童 (Ciechanski 2017) 中产生与主动刺激相同的耐受性和短暂的头皮感觉，证明了它作为一种有效的假技术的可靠性。 如果在研究过程中发生任何“严重不良事件”（例如，电极垫部位的二度头皮烧伤，或临床癫痫发作），将立即停止。

运动学习任务：在连续三天的时间里，每个孩子将执行五个 Purdue Pegboard 测试块：tDCS 前一个块、期间三个块和 tDCS 后一个块。 每个积木由用右手重复进行 3 次 Purdue Pegboard Test 组成。 孩子们必须在 30 秒内以最快的速度将大头针插到钉板上。 最多需要 10 分钟的大脑刺激时间。

功能性运动任务：在 Purdue Pegboard 测试之后，每个孩子将在接受 tDCS 的同时接受基于认知的印刷技能干预 20 分钟。 “像专业人士一样打印！” （Montgomery 2017）-一种向小学适龄儿童教授印刷的认知方法-将用于教授每个孩子在正式的手写评估中确定最难清晰印刷的字母-ETCH（手稿）（Amundson 1995） .

数据分析方案：

Purdue Pegboard 测试是感兴趣的主要结果测量。 为了测量一个会话内的在线学习和跨会话的离线学习，我们将应用重复测量协方差分析 (ANCOVA)，α 水平为 0.05。 为了衡量干预和保留的效果，我们将对主要和次要结果应用配对 t 检验和重复测量 ANCOVA。 双向 ANCOVA 和独立 t 检验也将用于比较组（刺激与假）。 由 Conner 的 ADHD 指数评估的 MABC-2 分数和注意力水平将用作协变量，以解释注意力和运动技能的个体差异。

意义：

这是同类研究中的第一项研究，既研究了大脑刺激对 DCD 儿童运动学习的影响，又整合了技术以改善 DCD 儿童的功能性运动学习。 这项研究将有助于为这些儿童规划更有效的干预措施，以提高他们的运动技能和功能结果。 此外，儿科临床医生（例如，职业治疗师）和为这些儿童寻求更有效方法的父母以及神经康复领域的研究人员、学生和政策制定者也会对这些发现感兴趣。