Het effect van tactiele elektrische stimulatie op de verwerving van een motorische vaardigheid

Wat als we het aanleren van motorische vaardigheden zouden kunnen bevorderen en zo o.a. kinderen en patiënten de kans zouden kunnen bieden om op een efficiënte manier bepaalde motorische vaardigheden te verwerven of herstellen? De optimalisatie van het leerproces van motorische vaardigheden is het doel van onderzoekers werkend in uiteenlopende onderzoeksdomeinen. Om dergelijke functionele vooruitgang op patiëntniveau te kunnen bereiken, is het cruciaal om eerst terug te keren naar de basis en de effecten ervan te bestuderen op fundamentele bewegingen. En dat is exact wat we met dit bewegingswetenschappelijk onderzoek deden. We gebruikten een relatief nieuwe methode om het motorische geheugen te boosten met taak-specifieke tactiele elektrische stimulatie in gezonde subjecten, waarbij we alsook trachtten de onderliggende neurale mechanismen die dit proces ondersteunen, te ontrafelen. Ondanks het feit dat eerder onderzoek reeds het effect van sensorische stimulatie op het motorisch leren vaststelde, is dit slechts de tweede studie die tactiele stimulatie heeft gebruikt in de setting van taak-specifieke stimulatie en de eerste die de hersenactiviteit tijdens deze stimulatie heeft geregistreerd. Omwille hiervan is dit onderzoek dan ook vernieuwend en vormt het de basis voor verdere exploratie  en ontwikkeling van deze veelbelovende techniek.

Motorische leren doen we ieder moment van de dag

Doorheen ons leven worden we dagelijks geconfronteerd met motorisch leren, het proces waarbij men nieuwe motorische vaardigheden verwerft aan de hand van herhaaldelijke oefening. Deze essentiële capaciteit stelt kinderen in staat om nieuwe vaardigheden te leren, ouderen om zich aan te passen aan de moderne technologie, en patiënten met niet-aangeboren hersenletsel om te revalideren en zich aan te passen aan hun veranderde functionele mogelijkheden. In de literatuur wordt dit proces kenmerkend opgedeeld in fases. Een eerste, snelle verwervingsfase refereert naar de substantiële prestatieverbetering die geobserveerd kan worden doorheen een enkele, initiële trainingssessie. Hierna vindt er, zonder verdere oefening, een consolidatiefase plaats, waarbij initieel fragiele herinneringen gestabiliseerd, versterkt en gereorganiseerd worden in het brein. De heersende hypothese in de literatuur stelt dat deze consolidatie teweeg wordt gebracht door de reactivatie van de hersennetwerken die eerder tijdens de training van de motorische taak actief waren.

Eerder onderzoek toonde reeds de onlosmakelijke link tussen sensorische informatie en het motorische leren aan. Op basis daarvan lijkt de presentatie van de sensorische informatie die eerder tijdens de motorische taak vergaard werd, dan ook een veelbelovende techniek om de hersendelen actief tijdens de training van een motorische vaardigheid, te reactiveren en zo dit consolidatieproces te faciliteren.

Hoe werd dit onderzocht?

In ons onderzoek werden de participanten gevraagd om een sequentietaak uit de voeren met hun acht vingers (exclusief de duimen) in twee aparte sessies. Zoals gevisualiseerd in de afbeelding hiernaast, werden er bij deze taak acht lege vierkanten op het scherm gepresenteerd, die overeenkwamen met de acht toetsen op het toetsenbord en de acht vingers waarmee de participanten de taak uitvoerden. De vierkanten werden één voor één gevuld in een bepaalde volgorde, waarbij het doel van de participanten was om zo snel en accuraat mogelijk te reageren door op de corresponderende toets te drukken. Tijdens de trainingssessie werden er twee motorische sequenties verworven, waarvan er daarna, in de sessie die er direct op volgde, één kunstmatig gereactiveerd werd door middel van herhaaldelijke tactiele stimulatie van de vingers in de volgorde van deze sequentie. Ongeveer 24 uur hierna vond de tweede oefensessie plaats, waarin de participanten werden gevraagd om beide sequenties opnieuw zo snel en accuraat mogelijk uit te voeren. Hun functionele hersenactiviteit werd geregistreerd tijdens het uitvoeren van de motorische taak bij beide oefensessies en tijdens de tactiele stimulatie.

Veranderingen in het brein teweeg gebracht door elektrische stimulatie van de vingers

Uit de resultaten bleek dat de tactiele stimulatie geen onmiddellijke effecten had op de uitvoeringssnelheid maar wel een grotere prestatieverbetering van de gestimuleerde sequentie produceerde doorheen de tweede oefensessie, in vergelijking met de niet-gestimuleerde sequentie. Dit wijst er mogelijks op dat de tactiele stimulatie een effect had op de consolidatie van de gestimuleerde sequentie, maar dat dit effect pas later zichtbaar werd in de participant zijn prestatie. De hersenactiviteit die werd geregistreerd tijdens de tactiele stimulatie vertoonde een activatie van hersendelen die evenals geactiveerd waren tijdens het uitvoeren van de motorische taak. Dit zou erop kunnen wijzen dat de stimulatie een repetitie van de sequentie teweeg bracht in het brein zonder daadwerkelijk de bewegingen uit te voeren, wat op zijn beurt mogelijk een versterking van bepaalde hersennetwerken als gevolg had. Tenslotte werd er tijdens de tweede oefensessie, na de tactiele stimulatie, een activatie geobserveerd van hersendelen die wijzen op een hogere aandachtvereiste bij het uitvoeren van de niet-gestimuleerde sequentie, in vergelijking met de gestimuleerde sequentie.

De resultaten van dit onderzoek wijzen er dus op dat tactiele elektrische stimulatie op de vingers daadwerkelijk een effect heeft op de verwerving van deze essentiële motorische vaardigheid. Ondanks de uitgestelde effecten ervan, konden er op het neurale niveau toch reeds veranderingen in hersenactiviteit worden waargenomen die mogelijks op langere termijn gedragsveranderingen teweeg brachten.

Wat heeft dit onderzoek opgebracht?

Deze veelbelovende resultaten nodigen uit voor belangrijk aanvullend onderzoek om deze resultaten te reproduceren, na te gaan wat het exacte mechanisme hierachter is en zodoende de effecten van deze techniek op het motorisch leerproces te optimaliseren. Op lange termijn zou deze non-invasieve stimulatiemethode eventueel kunnen worden ingezet voor het verhogen van de effectiviteit van huidige behandelingen die het herstel na een neurologisch letsel of stoornis tot doel hebben.