Neurale grondslagen van de effecten van organisatie van de oefenstonde op het leerproces van motorische vaardigheden

Aangezien we, onafhankelijk van leeftijd, continu motorische vaardigheden moeten aanleren, is het van cruciaal belang te weten welk type training tot het beste resultaat leidt. Zo kan het aanleren en onthouden van motorische vaardigheden geoptimaliseerd worden door een bepaalde moeilijkheidsgraad aan te bieden tijdens het oefenen. Dit kan bijvoorbeeld door de trainingsstructuur aan te passen, een fenomeen dat contextuele interferentie (CI) wordt genoemd. Door tijdens het aanleren van bepaalde taakvarianten een gerandomiseerd in plaats van een geblokt oefenschema aan te bieden, wordt een ‘rijkere’ oefencontext gecreëerd waardoor CI wordt geïnduceerd. Gerandomiseerde oefening biedt meer uitdaging dan geblokte oefening, waardoor gerandomiseerde oefening nadelig is voor performantie tijdens het aanleerproces, maar bevorderlijk voor performantie op lange termijn. Uit jarenlang onderzoek is gebleken dat de voordelige effecten van gerandomiseerde oefening, met andere woorden het CI effect, een robuust fenomeen is bij het aanleren van eerder eenvoudige motorische taken. Desalniettemin is de generaliseerbaarheid naar meer complexe, bimanuele, coördinatietaken van groot belang, daar deze alomtegenwoordig zijn in ons dagelijkse leven. Dit is zeker het geval in de context van veroudering, aangezien het behouden van deze vaardigheden cruciaal is om zo lang mogelijk zelfstandig te blijven. In de eerste fase van dit project werden de gedragsmatige effecten van het CI effect op het leren van een bimanuele coördinatietaak onderzocht. Hierbij werd nagegaan of CI opgaat voor het leren van meer complexe taken bij jongeren en ouderen. Het doel van de tweede fase was fundamentele kennis vergaren over de neurale basis van de gedragsmatige effecten van CI.

Een constante doorheen dit proefschrift was het gebruik van een bimanuele coördinatietaak waarbij verschillende taakvarianten werden aangeboden. Deze taakvarianten verschilden in taakcomplexiteit. Uit het gedragsmatig onderzoek (fase 1) is gebleken dat, zowel voor jongeren als ouderen, de typische effecten van CI opgaan bij een lage taakcomplexiteit. Dit wil zeggen dat gerandomiseerde oefening, in vergelijking met geblokte oefening, nadelig was voor performantie tijdens de aanleerfase maar uiteindelijk tot betere performantie leidde tijdens retentie één week later. Echter, wanneer de taakcomplexiteit hoog was, presteerden proefpersonen die gerandomiseerde oefening volgden niet beter op de retentietest dan diegenen die geblokte oefening volgden. Hoe dan ook, onafhankelijk van taakcomplexiteit en leeftijd, leidde gerandomiseerde oefening tot het beter onthouden van de taakvarianten, wat werd aangetoond aan de hand van een stabiele performantie vanaf het einde van de aanleerfase tot aan de retentie één week later. Men zou kunnen stellen dat het gebrek aan absolute prestatieverschillen tijdens retentie te wijten is aan een te hoge moeilijkheidsgraad, doordat hoge taakcomplexiteit gecombineerd wordt met een moeilijker oefenschema. Het lijkt ons echter waarschijnlijker dat de hogere taakcomplexiteit een voordeel opleverde binnen de geblokte groep. Dit omdat “het vergeten” van de aangeleerde taak minder uitgesproken was bij de hogere in vergelijking met lagere taakcomplexiteit. In de context van veroudering toonden onze resultaten aan dat ouderen, zoals verwacht, meer moeilijkheden hadden met het uitvoeren van de bimanuele taak in vergelijking met jongeren, maar dat ze in staat waren om aanzienlijk bij te leren en dat bovendien de voordelige effecten van CI behouden bleven. 

In de tweede fase van het proefschrift vergaarden we fundamentele kennis over de neurale grondslagen van het CI effect. Aan de hand van functionele beeldvorming (fMRI) werden zowel bij jongeren als ouderen hogere activaties in taakgerelateerde (motorische) gebieden gevonden tijdens de aanleerfase ten aanzien van geblokte in vergelijking met gerandomiseerde oefening. Omgekeerd vonden we dat bij gerandomiseerde oefening in beide leeftijdsgroepen, zowel tijdens de aanleerfase als tijdens retentie, meer beroep werd gedaan op gebieden die instaan voor visuele verwerking. Ook vanuit een neurochemisch perspectief bevestigden onze resultaten dat de visuele modaliteit belangrijk was bij gerandomiseerde oefening. Zo stelden we vast dat de hoeveelheid γ-aminobutyric acid (GABA) in de occipitale cortex daalde bij gerandomiseerde oefening, wat wijst op corticale neuroplasticiteit. Aangezien de bimanuele taak die doorheen dit proefschrift gebruikt werd een sterke visuele component bevatte, duidt dit mogelijk taak-specifieke effecten van CI aan. Een opvallende bevinding in dit proefschrift was dat, in de context van veroudering, activiteit in de regio’s geassocieerd met het default mode netwerk (DMN) en het taak-gerelateerde (motorische)netwerk kon gemoduleerd worden doorheen de trainingsperiode. Zo bleek dat activiteit in hersenregio’s van het DMN daalde bij het aanbieden van een rijkere oefencontext in de vorm van gerandomiseerde oefening, terwijl activiteit in taak-gerelateerde gebieden toenam naarmate oefening vorderde. Deze modulatie binnen de hersenen kwam de prestatie op gedragsmatig niveau ten goede. Het feit dat het reguleren van activiteit in DMN en taak-gerelateerde hersengebieden achteruit gaat bij veroudering, maar dat we desondanks kunnen spreken van omkeerbaardheid van deze effecten door het aanbieden van gerandomiseerde oefening, maakt deze bevindingen uitermate interessant binnen het bredere perspectief van neuroplasticiteit.

Samenvattend werd met dit proefschrift aangetoond dat gerandomiseerde in vergelijking met geblokte oefening leidde tot sterkere geheugenrepresentaties van bimanuele taakvarianten. Het feit dat dit zowel bij jongeren als ouderen werd gevonden, toont aan dat de voordelige effecten van bepaalde trainingsprotocols, zoals gerandomiseerde oefening, behouden blijven op latere leeftijd. Vanuit een neuraal perspectief kunnen we stellen dat onze bevindingen wijzen op een taak-afhankelijk effect van CI. Ten slotte werd aangetoond dat het aanbieden van een meer uitdagende oefencontext leidde tot veranderingen in de betrokkenheid van het DMN en taak-gerelateerde hersengebieden bij ouderen, dewelke uiteindelijk leidde tot voordelige effecten op gedragsniveau (retentie).