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. Understanding performance deficits in developmental coordination disorder: a meta-analysis of recent research. Dev Med Child Neurol 2013;55(3):217-28 »1, «Wilson PH, Smits-Engelsman B, Caeyenberghs K, ym. Cognitive and neuroimaging findings in developmental coordination disorder: new insights from a systematic review of recent research. Dev Med Child Ne»2.
• Motorisen toiminnan nähdään tapahtuvan dynaamisessa vuorovaikutuksessa yksilön, tehtävän ja ympäristön välillä «Blank R, Barnett AL, Cairney J, ym. International clinical practice recommendations on the definition, diagnosis, assessment, intervention, and psychosocial aspects of developmental coordination disor»3, «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavioral and Neuroimaging Research on Developmental Coordination Disorder (DCD): A Combined Systematic Review and Meta-Analysis of Recent Findings. Front P»4, «Developmental coordination disorder. Kirjassa: Typical and Atypical Motor Development. Sugden D, Wade M (toim.). Clinics in Developmental Medicine. Mac Keith Press 2013 »5, «Wilson PH, Smits-Engelsman B, Caeyenberghs K ym. Toward a Hybrid Model of Developmental Coordination Disorder. Curr Dev Disord Rep 2017;4:64–71. DOI 10.1007/s40474-017-0115-0. https://repository.ubn.r»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. Toward a Hybrid Model of Developmental Coordination Disorder. Curr Dev Disord Rep 2017;4:64–71. DOI 10.1007/s40474-017-0115-0. https://repository.ubn.r»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. Understanding performance deficits in developmental coordination disorder: a meta-analysis of recent research. Dev Med Child Neurol 2013;55(3):217-28 »1, «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavioral and Neuroimaging Research on Developmental Coordination Disorder (DCD): A Combined Systematic Review and Meta-Analysis of Recent Findings. Front P»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 deficits associated with developmental coordination disorder: a meta-analysis of research findings. J Child Psychol Psychiatry 1998;39(6):829-40 »7, käden toimintojen säätelyssä (tavoittelu, tarttuminen ja manipulaatio, voimansäätely), toiminnan jäljittelyssä ja dynaamisen tasapainon hallinnassa «Wilson PH, Ruddock S, Smits-Engelsman B, ym. Understanding performance deficits in developmental coordination disorder: a meta-analysis of recent research. Dev Med Child Neurol 2013;55(3):217-28 »1, «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavioral and Neuroimaging Research on Developmental Coordination Disorder (DCD): A Combined Systematic Review and Meta-Analysis of Recent Findings. Front P»4, «Wilson PH, McKenzie BE. Information processing deficits associated with developmental coordination disorder: a meta-analysis of research findings. J Child Psychol Psychiatry 1998;39(6):829-40 »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. Behavioral and Neuroimaging Research on Developmental Coordination Disorder (DCD): A Combined Systematic Review and Meta-Analysis of Recent Findings. Front P»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. Cognitive and neuroimaging findings in developmental coordination disorder: new insights from a systematic review of recent research. Dev Med Child Ne»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 motor control in children with DCD: a deficit in the internal model?—A systematic review. Neurosci Biobehav Rev 2014;47():225-44 »8, «Wolpert DM. Computational approaches to motor control. Trends Cogn Sci 1997;1(6):209-16 »9, «Wolpert DM, Kawato M. Multiple paired forward and inverse models for motor control. Neural Netw 1998;11(7-8):1317-29 »10, «Hari R. Tiedämmekö miten ihmisaivot toimivat? Kirjassa: Aivoaakkoset. Carlson S, Hari R (toim.). Aalto-yliopiston julkaisusarja. Otavan kirjapaino Oy 2021 »11. Ks. kuva «Ennustaminen motorisessa säätelyssä»1.

• 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 motor control in children with DCD: a deficit in the internal model?—A systematic review. Neurosci Biobehav Rev 2014;47():225-44 »8, «Wolpert DM. Computational approaches to motor control. Trends Cogn Sci 1997;1(6):209-16 »9, «Wolpert DM, Kawato M. Multiple paired forward and inverse models for motor control. Neural Netw 1998;11(7-8):1317-29 »10, «Hari R. Tiedämmekö miten ihmisaivot toimivat? Kirjassa: Aivoaakkoset. Carlson S, Hari R (toim.). Aalto-yliopiston julkaisusarja. Otavan kirjapaino Oy 2021 »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 cerebellum and in the parietal lobe. Exp Brain Res 2003;153(2):239-45 »12, «Wolpert DM, Miall RC, Kawato M. Internal models in the cerebellum. Trends Cogn Sci 1998;2(9):338-47 »13. Täten sisäiset mallit luovat vakautta motoriseen järjestelmään. «Wolpert DM. Computational approaches to motor control. Trends Cogn Sci 1997;1(6):209-16 »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 motor control in children with DCD: a deficit in the internal model?—A systematic review. Neurosci Biobehav Rev 2014;47():225-44 »8, «Wolpert DM, Kawato M. Multiple paired forward and inverse models for motor control. Neural Netw 1998;11(7-8):1317-29 »10.
• Lisääntyvä tutkimustieto «Wilson PH, Ruddock S, Smits-Engelsman B, ym. Understanding performance deficits in developmental coordination disorder: a meta-analysis of recent research. Dev Med Child Neurol 2013;55(3):217-28 »1, «Wilson PH, Smits-Engelsman B, Caeyenberghs K, ym. Cognitive and neuroimaging findings in developmental coordination disorder: new insights from a systematic review of recent research. Dev Med Child Ne»2, «Subara-Zukic E, Cole MH, McGuckian TB, ym. Behavioral and Neuroimaging Research on Developmental Coordination Disorder (DCD): A Combined Systematic Review and Meta-Analysis of Recent Findings. Front P»4, «Adams IL, Lust JM, Wilson PH, ym. Compromised motor control in children with DCD: a deficit in the internal model?—A systematic review. Neurosci Biobehav Rev 2014;47():225-44 »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 imagery. Behav Brain Res 1996;77(1-2):45-52 »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. Behavioral and Neuroimaging Research on Developmental Coordination Disorder (DCD): A Combined Systematic Review and Meta-Analysis of Recent Findings. Front P»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. Behavioral and Neuroimaging Research on Developmental Coordination Disorder (DCD): A Combined Systematic Review and Meta-Analysis of Recent Findings. Front P»4, «Adams IL, Lust JM, Wilson PH, ym. Compromised motor control in children with DCD: a deficit in the internal model?—A systematic review. Neurosci Biobehav Rev 2014;47():225-44 »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 imagery. Behav Brain Res 1996;77(1-2):45-52 »14, «Meltzoff AN, Moore MK. Imitation of facial and manual gestures by human neonates. Science 1977;198(4312):75-8 »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 and the consequences of its dysfunction. Nat Rev Neurosci 2006;7(12):942-51 »16, «Hari R. Ihmisaivojen peilautumisjärjestelmät. Duodecim 2007;123(13):1565-73 »17, «Cattaneo L, Rizzolatti G. The mirror neuron system. Arch Neurol 2009;66(5):557-60 »18, «Reynolds JE, Thornton AL, Elliott C, ym. A systematic review of mirror neuron system function in developmental coordination disorder: Imitation, motor imagery, and neuroimaging evidence. Res Dev Disab»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 and the consequences of its dysfunction. Nat Rev Neurosci 2006;7(12):942-51 »16, «Hari R. Ihmisaivojen peilautumisjärjestelmät. Duodecim 2007;123(13):1565-73 »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 and the consequences of its dysfunction. Nat Rev Neurosci 2006;7(12):942-51 »16, «Reynolds JE, Thornton AL, Elliott C, ym. A systematic review of mirror neuron system function in developmental coordination disorder: Imitation, motor imagery, and neuroimaging evidence. Res Dev Disab»19, «Hari R, Forss N, Avikainen S, ym. Activation of human primary motor cortex during action observation: a neuromagnetic study. Proc Natl Acad Sci U S A 1998;95(25):15061-5 »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 correlates of developmental coordination disorder: The mirror neuron system hypothesis. Journal of Behavioral and Brain Science 2012;2(2):258–268 »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 systematic review of mirror neuron system function in developmental coordination disorder: Imitation, motor imagery, and neuroimaging evidence. Res Dev Disab»19, «Calvo-Merino B, Glaser DE, Grèzes J, ym. Action observation and acquired motor skills: an FMRI study with expert dancers. Cereb Cortex 2005;15(8):1243-9 »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 and the consequences of its dysfunction. Nat Rev Neurosci 2006;7(12):942-51 »16, «Hari R. Ihmisaivojen peilautumisjärjestelmät. Duodecim 2007;123(13):1565-73 »17, «Gallese V, Keysers C, Rizzolatti G. A unifying view of the basis of social cognition. Trends Cogn Sci 2004;8(9):396-403 »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 associated with motor dysfunction in children born extremely preterm. Early Hum Dev 2011;87(7):489-93 »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 systematic review of mirror neuron system function in developmental coordination disorder: Imitation, motor imagery, and neuroimaging evidence. Res Dev Disab»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 of Mirror Neuron Regions Is Altered in Developmental Coordination Disorder (DCD)-Neurophysiological Evidence Using an Action Observation Paradigm. Fron»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. Behavioral and Neuroimaging Research on Developmental Coordination Disorder (DCD): A Combined Systematic Review and Meta-Analysis of Recent Findings. Front P»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. Behavioral and Neuroimaging Research on Developmental Coordination Disorder (DCD): A Combined Systematic Review and Meta-Analysis of Recent Findings. Front P»4, «Wilson PH, McKenzie BE. Information processing deficits associated with developmental coordination disorder: a meta-analysis of research findings. J Child Psychol Psychiatry 1998;39(6):829-40 »7, «Adams IL, Lust JM, Wilson PH, ym. Compromised motor control in children with DCD: a deficit in the internal model?—A systematic review. Neurosci Biobehav Rev 2014;47():225-44 »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. Behavioral and Neuroimaging Research on Developmental Coordination Disorder (DCD): A Combined Systematic Review and Meta-Analysis of Recent Findings. Front P»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. Behavioral and Neuroimaging Research on Developmental Coordination Disorder (DCD): A Combined Systematic Review and Meta-Analysis of Recent Findings. Front P»4.