Hypoteesejä kehityksellisen koordinaatiohäiriön (DCD) taustamekanismeista

• Kehityksellisen koordinaatiohäiriön (DCD) taustamekanismien tutkimus yhdistää kognitiivisen (neuro)psykologian, kognitiivisen neurotieteen ja ekologisen systeemiteorian lähestymistapoja «Wilson PH, Ruddock S, Smits-Engelsman B, ym. Under...»1, «Wilson PH, Smits-Engelsman B, Caeyenberghs K, ym. ...»2.
• Motorisen toiminnan nähdään tapahtuvan dynaamisessa vuorovaikutuksessa yksilön, tehtävän ja ympäristön välillä «Blank R, Barnett AL, Cairney J, ym. International ...»3, «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavio...»4, «Developmental coordination disorder. Kirjassa: Typ...»5, «Wilson PH, Smits-Engelsman B, Caeyenberghs K ym. T...»6. Täten kehittyvä motorinen kyvykkyys muotoutuu yksilöön (mm. perimä, fyysinen kypsyminen, neurokognitiiviset kyvyt, psyykkiset ominaisuudet), ympäristöön (mm. mahdollisuudet harjoitteluun, liikuntakasvatus, kulttuuritausta) ja tehtävään (mm. pelin säännöt, tehtävän tavoitteet, vaikeustaso, käytetty välineistö) liittyvien tekijöiden ja reunaehtojen yhteisvaikutuksen tuloksena «Wilson PH, Smits-Engelsman B, Caeyenberghs K ym. T...»6.
• DCD:n taustamekanismeista on esitetty useita behavioraalisiin kokeellisiin tutkimuksiin perustuvia hypoteesejä. Tulokset viittaavat yleistyneeseen (dW = 0,79–0,97) «Wilson PH, Ruddock S, Smits-Engelsman B, ym. Under...»1, «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavio...»4 motoriikan säätelyn (sisäinen mallintaminen, erityisesti ennustava säätely, peilisolujärjestelmä), oppimisen ja kognitiivisen säätelyn (toiminnanohjaus) «Kehityksellinen koordinaatiohäiriö (DCD) ja toiminnanohjaus»1 sekä näiden yhteensovittamisen toimintahäiriöön. Toiminnallisista osa-alueista huomattavimmat vaikeudet ilmenevät (suuri efektikoko) «Behavioral research on developmental coordination disorder (DCD)»2 aistihavainnoinnissa (silmänliikkeiden säätely, visuomotoriikka, visuospatiaaliset toiminnot) «Kehityksellinen koordinaatiohäiriö (DCD) ja visuaalinen hahmottaminen»3, «Wilson PH, McKenzie BE. Information processing def...»7, käden toimintojen säätelyssä (tavoittelu, tarttuminen ja manipulaatio, voimansäätely), toiminnan jäljittelyssä ja dynaamisen tasapainon hallinnassa «Wilson PH, Ruddock S, Smits-Engelsman B, ym. Under...»1, «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavio...»4, «Wilson PH, McKenzie BE. Information processing def...»7.
• Motoristen ja kognitiivisten vaikeuksien samanaikaisuus DCD:ssä on merkittävä, mikä on synnyttänyt johtopäätelmän kognitiivis-motorisesta häiriöstä  «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavio...»4.
•  Aivojen kuvantamis- ja neurofysiologisissa tutkimuksissa DCD:hen on todettu liittyvän sekä rakenteellisia että toiminnallisia muutoksia «Kehityksellisen koordinaatiohäiriön (DCD) aivokuvantamis- ja neurofysiologiset tutkimukset»4. Kuitenkin edelleen epäselvää on, ovatko motoriikan säätelyn vaikeudet seurausta hermoverkoston kehityksen viivästymisestä vai vaurion aiheuttamasta muutoksesta hermoratojen yhteyksissä ja toiminnassa «Wilson PH, Smits-Engelsman B, Caeyenberghs K, ym. ...»2. 

Sisäisen mallinnuksen häiriö (internal modelling deficit (IMD) hypothesis)

• Sisäisen mallinnuksen häiriö -hypoteesin mukaan motoriikan ongelmien taustalla on heikentynyt kyky käyttää hyväksi sisäisiä malleja, jotka ennustavat liikkeen lopputulosta ennen ajallisesti hitaampaa sensomotorista palautetta «Adams IL, Lust JM, Wilson PH, ym. Compromised moto...»8, «Wolpert DM. Computational approaches to motor cont...»9, «Wolpert DM, Kawato M. Multiple paired forward and ...»10, «Hari R. Tiedämmekö miten ihmisaivot toimivat? Kirj...»11. Ks. kuva «Ennustaminen motorisessa säätelyssä»1.

Kuva 1.

Ennustaminen motorisessa säätelyssä.

Muokattu lähteestä: Bubic A, von Cramon DY, Schubotz RI. Prediction, cognition and the brain. Front Hum Neurosci 2010;4:25 «PMID: 20631856»PubMed

• Tahdonalaisen tavoitteellisen liikkeen liikekäskyn (motorinen aivokuori) kanssa samanaikaisesti aivoihin tallentuu tästä liikekäskystä rinnakkaiskopio (efference copy, ennustava sisäinen malli), johon liikkeen aikaansaamaa sensorista palautetta verrataan «Adams IL, Lust JM, Wilson PH, ym. Compromised moto...»8, «Wolpert DM. Computational approaches to motor cont...»9, «Wolpert DM, Kawato M. Multiple paired forward and ...»10, «Hari R. Tiedämmekö miten ihmisaivot toimivat? Kirj...»11. Jos ennustavan ja aistipalautteeseen perustuvan todellisen liikkeen (raajan asennon) välillä todetaan epäsuhta, aivoissa muodostuu virhesignaali liikkeen reaaliaikaiseksi korjaamiseksi tai mukauttamiseksi (kuva 1). Päälaenlohkon ja pikkuaivojen välisen toimintasilmukan ajatellaan valvovan näitä sisäisiä malleja ja tarvittaessa korjaavan liikekäskyjä «Blakemore SJ, Sirigu A. Action prediction in the c...»12, «Wolpert DM, Miall RC, Kawato M. Internal models in...»13. Täten sisäiset mallit luovat vakautta motoriseen järjestelmään. «Wolpert DM. Computational approaches to motor cont...»9 Sisäisiä malleja voidaan pitää sensomotorisen kehityksen varhaisina rakennuspalikoina ("building blocks"), joiden perustalle motorinen oppiminen ja suorituskyky rakentuvat «Adams IL, Lust JM, Wilson PH, ym. Compromised moto...»8, «Wolpert DM, Kawato M. Multiple paired forward and ...»10.
• Lisääntyvä tutkimustieto «Wilson PH, Ruddock S, Smits-Engelsman B, ym. Under...»1, «Wilson PH, Smits-Engelsman B, Caeyenberghs K, ym. ...»2, «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavio...»4, «Adams IL, Lust JM, Wilson PH, ym. Compromised moto...»8 tukee hypoteesiä, että lapsilla, joilla on DCD, on puutteellinen kyky muodostaa ja käyttää hyväkseen ennustavia sisäisiä malleja tai mielikuvia (motor imagery) «Decety J. The neurophysiological basis of motor im...»14 liikkeistä ja liikesarjoista (liikkeenaikaisista kehon ja raajojen asennoista), mikä vaikeuttaa liikkeiden nopeaa ja tarkkaa korjaamista reaaliaikaisesti muuttuneessa tai häiriötilanteessa. Tämän vuoksi nämä lapset ovat riippuvaisia hitaammasta sensomotorisesta palautteesta tai turvautuvat kompensatoristen liikemallien ja strategioiden (liikkeiden suurempi vaihtelevuus, turvamarginaalit) käyttöön. Vaikeus saattaa heijastua myös kykyyn oppia uusia sisäisiä malleja tai muokata olemassa olevia toistuvien oppimisyritysten avulla.
• Sisäisen mallinnuksen häiriö vaikeuttaa liikkeiden automatisoitumista ja lapsen kykyä oppia uusia motorisia taitoja «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavio...»4.
• Sisäisen mallinnuksen häiriöstä DCD:ssä on tutkimusnäyttöä useissa motorisissa osatoiminnoissa, kuten silmänliikkeiden, käden toimintojen ja tasapainon säätelyssä «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavio...»4, «Adams IL, Lust JM, Wilson PH, ym. Compromised moto...»8.

Peilisolujärjestelmän toiminnan häiriö (mirror neuron system (MNS) deficit hypothesis)

• Lapsen kehittyessä hänen luonnollinen tapansa oppia uusia motorisia taitoja on toisen henkilön toiminnan jäljittely; jo vastasyntyneen vauvan on osoitettu jäljittelevän aikuisen kasvojen ilmeitä «Decety J. The neurophysiological basis of motor im...»14, «Meltzoff AN, Moore MK. Imitation of facial and man...»15.
• Ihmisen peilisolujärjestelmä (mirror neuron system) on otsa- ja päälaenlohkojen alueella (otsalohkopoimun alaosan Brocan alue, premotorinen aivokuori ja päälaenlohkon alaosa) sijaitseva hermoverkosto, jossa olevat peilisolut (visuomotoriset neuronit) aktivoituvat, kun henkilö havainnoi toisen henkilön suorittamaa liikettä, kuvittelee liikkeen mielessään tai suorittaa liikkeen itse «Iacoboni M, Dapretto M. The mirror neuron system a...»16, «Hari R. Ihmisaivojen peilautumisjärjestelmät. Duod...»17, «Cattaneo L, Rizzolatti G. The mirror neuron system...»18, «Reynolds JE, Thornton AL, Elliott C, ym. A systema...»19. Ohimolohko (superior temporal sulcus) välittää näkötiedon peilisolujärjestelmään. Nämä alueet ovat toiminnan jäljittelyn ja havainnoimalla tai jäljittelemällä oppimisen ydinalueita ja ovat osallisena toisen henkilön toiminnan ja aikomusten ymmärtämisessä «Iacoboni M, Dapretto M. The mirror neuron system a...»16, «Hari R. Ihmisaivojen peilautumisjärjestelmät. Duod...»17. Peilisolujärjestelmä tukee täten havainnon ja toiminnan yhteensovittamista (perception-action coupling). Sen merkitys on keskeinen motoristen toimintojen sisäisten mielikuvien (motor imagery) muodostamisessa ja havainnoimalla (action observation) oppimisessa «Iacoboni M, Dapretto M. The mirror neuron system a...»16, «Reynolds JE, Thornton AL, Elliott C, ym. A systema...»19, «Hari R, Forss N, Avikainen S, ym. Activation of hu...»20. Rakenteet ovat päällekkäisiä liikkeiden sisäisen mallinnuksen hermoverkoston rakenteiden kanssa.   
• Peilisolujärjestelmän (fronto-parietaalinen hermoverkko) aktiivisuus on voimakkaampaa liikettä suoritettaessa kuin tätä havainnoidessa ja kaikkein voimakkainta liikettä jäljiteltäessä «Werner JM, Cermak SA, Aziz-Zadeh L. Neural correla...»21. Lisäksi aktiivisuus näyttää olevan yhteydessä motoriseen kokemukseen ja motoriseen kyvykkyyteen, sillä aktiivisuus on suurempaa motoriikan erityisosaajilla (esim. balettitanssijat) ei-osaajiin verrattuna «Reynolds JE, Thornton AL, Elliott C, ym. A systema...»19, «Calvo-Merino B, Glaser DE, Grèzes J, ym. Action ob...»22.
• Jäljittelykyky ja toisen mielentilan ymmärtäminen linkittyvät myös empatiaan ja sosiaaliseen kognitioon, ja siten peilisolujärjestelmä on osa näiden aivoperustaa. «Iacoboni M, Dapretto M. The mirror neuron system a...»16, «Hari R. Ihmisaivojen peilautumisjärjestelmät. Duod...»17, «Gallese V, Keysers C, Rizzolatti G. A unifying vie...»23.
• Peilisolujärjestelmän toimintaa DCD:ssä on tutkittu toistaiseksi vähän. Behavioraalisissa tutkimuksissa lapsilla, joilla on DCD, on todettu heikompi kyky jäljitellä motorisia asentoja ja sarjallisia liikkeitä (praksiataidot) ikätovereihin verrattuna «Goyen TA, Lui K, Hummell J. Sensorimotor skills as...»24.
• Alustavaa näyttöä peilisolujärjestelmän toimintahäiriöstä DCD:ssä on saatu toiminnallisista magneettikuvauksista, joissa yksinkertaisten hienomotoristen tehtävien havainnoinnin tai jäljittelyn aikana DCD-ryhmällä on todettu heikentynyt aktivaatio otsalohkopoimun alaosassa «Reynolds JE, Thornton AL, Elliott C, ym. A systema...»19. Vahvempaa näyttöä peilisolujärjestelmän toimintahäiriöstä on saatu tuoreesta EEG:hen pohjautuvasta tutkimuksesta, jossa selvitettiin monimutkaisten sarjallisten liikkeiden oppimista havainnoimalla ja jäljittelemällä ja osoitettiin DCD-ryhmällä heikentynyt mu-rytmin supressio (peilisolujen aktiivisuus) ja pienempi frontoparietaalinen mu-koherenssi verrokkiryhmään verrattuna «Lust JM, van Schie HT, Wilson PH, ym. Activation o...»25.
• Kyky muodostaa mielikuvia liikkeistä (motor imagery) on todettu meta-analyysin mukaan verrokkeja heikommaksi lapsilla, joilla on DCD (d = 0,61) «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavio...»4.

Visuomotorinen integraatio

• Sensorisen informaation (input) ja motorisen vasteen (output) täsmällinen yhteensovittaminen (visuomotorinen integraatio) on edellytys tarkalle koordinoidulle liikkeelle.
• Aisteista näkö dominoi liikkeen säätelyä ja motorista oppimista, sillä suurin osa motorisista toiminnoista tapahtuu näönvaraisesti ohjattuina tai etenee visuaaliseen palautteeseen nojautuen.
• Tutkimusten perusteella DCD:hen näyttää liittyvän vaikeutta tahdonalaisten silmänliikkeiden säätelyssä ja katseenkäytössä, etenkin katseen kohdentamisessa ja erityisesti tilanteissa, joissa vaaditaan kognitiivista ohjausta, kuten suunnittelua, inhibitiota tai tarkkaavuuden siirtämistä «Kehityksellinen koordinaatiohäiriö (DCD) ja visuaalinen hahmottaminen»3, mikä korostaa kognitiivisen toiminnan (liikkeen suunnittelu ja ennakoiva säätely) tärkeyttä visuomotorisessa integraatiossa «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavio...»4, «Wilson PH, McKenzie BE. Information processing def...»7, «Adams IL, Lust JM, Wilson PH, ym. Compromised moto...»8.
• Katseen kohdentamisen ja motorisen toiminnan yhdistäminen on häiriöaltista, ja ongelma korostuu aikapaineisissa, täsmällistä silmän ja käden liikkeiden yhteensovittamista edellyttävissä toiminnoissa lapsilla, joilla on DCD «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavio...»4.
• Tutkimustulokset viittaavat myös siihen, että nämä lapset kohdistavat katseensa toimintaan tai ympäristöön tavanomaista tiheämmin ja lyhyemmälle etäisyydelle ohjatessaan liikkeitään epävarmuuden vähentämiseksi liikkeen suorituksessa «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavio...»4.