Effect of transcranial direct current stimulation on upper limb movement in children with Down syndrome

Transcranial direct-current stimulation (tDCS) has been widely studied with the aim of enhancing local synaptic efficacy and modulating the electrical activity of the cortex in patients with neurological disorders such as cerebral palsy, Parkinson disease or in patients stemming from a stroke. Down syndrome (DS) is the most common chromosome disorder among live births and affects approximately 20% of the total number of individuals with mental disability. It results in neuromotor impairment that affects selective motor control, compromising the acquisition of motor skills and functional independence. The aim of the study is to evaluate and compare the effects of multiple-monopolar anodal transcranial direct current stimulation and sham stimulation over the primary motor cortex during upper limb motor training on motor control in children with DS. A randomized, controlled, double-blind, clinical trial is conducted involving 22 children between six and twelve years of age. The participants are randomly allocated to two groups (experimental group – tDCS; and control group – placebo transcranial stimulation) and a reaching task is evaluated using three-dimensional analysis of upper limb movement before and immediately after the intervention as well as 1 month after the end of the intervention process. The protocol consists of ten 20-minute sessions of tDCS applied to the primary motor cortex at an intensity of 1 mA. This study is conducted together with the Movement Analysis Lab from the University Nove de Julho (Sao Paulo, Brazil) where the tDCS is applied and the evaluations are recorded. The results are be analyzed statistically, with a p value ≤ 0.05 considered indicative of statistical significance. Significant reduction in total reaching movement duration and in the number of movement units (NMU) are found, meaning a smoothening the movement. Furthermore, these improvements were maintained one month after the end of the sessions. No significant changes are found in the control group that received sham tDCS regarding any of the kinematic variables analyzed. Thus, our findings demonstrate that anodal tDCS combined with upper limb training was able to potentiate motor control during a reaching movement in children with Down syndrome, improving the movement of these patients with respect to their initial state and to the control group. This suggests that the administration of tDCS combined with upper limb training is a promising method for the rehabilitation of children with DS.

La stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) è stata ampiamente studiata allo scopo di migliorare l'efficacia sinaptica locale e modulare l'attività elettrica della corteccia in pazienti con disturbi neurologici come la paralisi cerebrale, Parkinson o in pazienti affetti da ictus. La sindrome di Down (DS) è il disturbo cromosomico più comune tra i nati e colpisce circa il 20% del numero totale di individui con disabilità mentale. Ne risulta un danno neuromotorio che influisce sul controllo motorio selettivo, compromettendo l'acquisizione di capacità motorie e indipendenza funzionale. Lo scopo dello studio è di valutare e confrontare gli effetti della stimolazione transcranica anodica diretta multi-monopolare e della stimolazione placebo sulla corteccia motoria primaria durante l'allenamento motorio dell'arto superiore sul controllo motorio nei bambini con DS. Viene condotto uno studio clinico randomizzato, controllato, in doppio cieco, che coinvolge 22 bambini tra sei e dodici anni. I partecipanti sono assegnati in modo casuale a due gruppi (gruppo sperimentale - tDCS e gruppo di controllo - stimolazione transcranica placebo) e un compito di raggiungimento viene valutato utilizzando l'analisi tridimensionale del movimento degli arti superiori prima e immediatamente dopo l'intervento e 1 mese dopo la fine del processo di intervento. Il protocollo consiste in dieci sessioni di 20 minuti di tDCS applicate alla corteccia motoria primaria con un'intensità di 1 mA. Questo studio è condotto in collaborazione con il Movement Analysis Lab dell'Università Nove de Julho (San Paolo, Brasile) dove viene applicata la tDCS e le valutazioni vengono registrate. I risultati sono analizzati statisticamente, con un valore p ≤ 0,05 considerato indicativo di significatività statistica. Si riscontra una significativa riduzione della durata del movimento di raggiungimento totale e del numero di unità di movimento (NMU), che significa una levigatura del movimento. Inoltre, questi miglioramenti sono stati mantenuti un mese dopo la fine delle sessioni. Nessun cambiamento significativo è stato riscontrato nel gruppo di controllo che ha ricevuto la stimolazione placebo per nessuna delle variabili cinematiche analizzate. Pertanto, i nostri risultati dimostrano che la tDCS combinata con l'allenamento degli arti superiori è in grado di potenziare il controllo motorio durante un movimento di raggiungimento nei bambini con sindrome di Down, migliorando il movimento di questi pazienti rispetto al loro stato iniziale e al gruppo di controllo. Ciò suggerisce che la somministrazione di tDCS combinata con l'allenamento degli arti superiori può essere considerato un metodo promettente per la riabilitazione di bambini con DS.