Cognitieve dynamiek bij kinderen

1.1 Achtergrond
Deze studie heeft als doel de aard en implicaties van cognitieve fluctuaties te
onderzoeken, wat verwijst naar de schommelingen in prestaties die individuen
vertonen bij cognitieve taken over de tijd. Hoewel cognitieve vaardigheden
zoals redeneren, geheugen en woordenschat uitgebreid zijn bestudeerd, lag de
nadruk voornamelijk op gemiddelde prestatieniveaus, waarbij de rijke en
informatieve dimensie van variabiliteit grotendeels over het hoofd werd gezien.
Traditioneel werden cognitieve vaardigheden beschouwd als stabiele
eigenschappen met levenslange gevolgen (Deary, 2014). Deze benadering heeft
echter de cognitieve fluctuaties in verschillende contexten en situaties
genegeerd.

De literatuur heeft de aanzienlijke gevolgen van cognitieve fluctuaties voor
het echte leven en educatieve resultaten benadrukt (Gottfredson & Deary, 2004).
Bijvoorbeeld, individuen met een hogere fluctuatie in cognitieve prestaties
zijn meer vatbaar voor onjuiste plaatsing in ongeschikte educatieve omgevingen,
met langdurige gevolgen (Woodrow, 1932) tot gevolg. Bovendien is cognitieve
fluctuatie geïdentificeerd als een mogelijke vroegtijdige
waarschuwingsindicator voor nadelige resultaten en neurodevelopmentele
stoornissen zoals 'attention deficit hyperactivity disorder' (ADHD) (Fagot et
al., 2018; Kofler et al., 2013).

Ondanks speculaties over het belang van cognitieve fluctuaties die bijna een
eeuw aanhouden (Nesselroade, 1991), is empirisch onderzoek over dit onderwerp
beperkt gebleven vanwege logistieke uitdagingen en het gebrek aan geschikte
kwantitatieve technieken. Recentere studies hebben echter bewijs geleverd dat
individuen fluctuaties vertonen in cognitieve prestaties over verschillende
trials, uren, dagen en zelfs seizoenen (Kelly & Beltz, 2020; Licher et al.,
2019; Rabbitt et al., 2001; Sievertsen et al., 2016). Opmerkelijk is dat deze
fluctuatie met name uitgesproken is tijdens perioden van snelle cognitieve
ontwikkeling, zoals kindertijd en ouderdom (Galeano Weber et al., 2018;
MacDonald et al., 2006; Siegler, 1994).

Het begrijpen van cognitieve fluctuaties is om verschillende redenen cruciaal.
Ten eerste hebben individuen met grotere fluctuatie meer kans om onnauwkeurig
geclassificeerd te worden in scholen of beroepen, met levenslange gevolgen, wat
de noodzaak benadrukt van betrouwbare en nauwkeurige beoordelingsmethoden
(Cattell, 1966). Ten tweede impliceert fluctuatie in prestaties dat individuen
een aanzienlijk deel van hun tijd onder de drempel van adequate prestaties
kunnen presteren, wat ernstige gevolgen kan hebben, met name in beroepen met
hoge inzet, zoals piloot of chirurgie (MacDonald et al., 2006). Bovendien is
cognitieve fluctuatie in verband gebracht met neuro-ontwikkelingsstoornissen
zoals ADHD, en interventies gericht op fluctuatie hebben veelbelovende
resultaten getoond in het verlichten van symptomen (Kofler et al., 2013). Ten
slotte heeft het verminderen van cognitieve fluctuatie het potentieel om
dagelijkse functioneren te verbeteren en uitdagingen voor kwetsbare individuen
te verminderen (Li & Lindenberger, 1999; MacDonald et al., 2006).

In dit unieke longitudinale ontwerp, waarbij gebruik wordt gemaakt van
gegamificeerde versies van klassieke cognitieve domeinen, zullen we
variabiliteit meten over een reeks taken op meerdere niveaus van temporale
resolutie: maanden, dagen, gelegenheden en trials. Gedurende een periode van
drie jaar zullen 600 kinderen (waarvan 200 ook in de neuroimaging groep zullen
zijn) worden gemeten. Eens per jaar zullen ze deelnemen aan een 'burst': een
week waarin ze drie keer per dag worden gemeten, en tot twee andere
meetgelegenheden als klaslokalen of ouders van individuele deelnemers
instemmen. We zullen geavanceerde methodologie gebruiken om de gedragsm

2 DOELEN
2.1 Primaire Doelen:

De CODEC-studie heeft als primair doel de bestaande kenniskloven aan te pakken
en ons begrip van cognitieve variabiliteit verder te bevorderen. Dit wordt
gedaan door Experience Sampling Methods, longitudinale ontwerpen, diepgaande
fenotypering en state-of-the-art statistische methoden te integreren om drie
kernvragen te onderzoeken:

1. Hoe verschilt cognitieve variabiliteit tussen individuen?
2. Wat zijn de neurale, psychologische en omgevingsmechanismen die ten
grondslag liggen aan cognitieve variabiliteit?
3. Wat zijn de langetermijnsgevolgen en uitkomsten die verband houden met
verschillen in cognitieve variabiliteit?

2.2 Secundaire Doelen:

1. Meting en Modellering:
• Een uitgebreide en nauwkeurige meting van variabiliteit ontwikkelen met
behulp van DSEM.
• Variabiliteit verkennen over verschillende domeinen en tijdsresoluties.
2. De Mechanismen van Variabiliteit:
• De rol van strategie-exploratie en -exploitatie als drijvende krachten van
variabiliteit verkennen.
3. Langetermijngevolgen van Variabiliteit:
• Variabiliteit onderzoeken als een vroege marker voor atypische ontwikkeling,
met name bij neuro-ontwikkelingsstoornissen zoals autisme en ADHD.

Studieopzet: dit is een longitudinale observationele cohortstudie met kinderen
van 7 tot 10 jaar bij de eerste meting. We zullen een flexibel ontwerp
gebruiken, wat betekent dat we zullen proberen metingen te starten bij 8-jarige
kinderen om ze gedurende 3 jaar te volgen (terwijl ze nog op de basisschool
zitten). Om echter een voldoende grote steekproefomvang te hebben, zullen we
ook kinderen meten die graag willen deelnemen in de leeftijd van 7 tot 10 jaar
bij de eerste testsessie (gedragsdeel) en tussen 8 en 10 jaar bij de eerste
testsessie voor het imaging deel.

Duur: 3 jaar; Deelnemers die alleen deelnemen aan het gedragsonderzoek, worden
gedurende een 'burstperiode' (1 week van testen 2-3 keer per dag) jaarlijks
onderzocht gedurende 3 jaar (in totaal 3 burstperioden) en tot twee extra korte
metingen per jaar, indien dit is overeengekomen met de klas of ouders.
Deelnemers die ook deelnemen aan het imaging onderzoek zullen ook eenmaal
worden gescand aan het begin van de studie (jaar 1) en eenmaal aan het einde
van de studie (jaar 3).

Setting:

Het merendeel van de gegevensverzameling zal plaatsvinden in klaslokalen van
samenwerkende scholen.
Een subset van individuen kan onze individuele verwervingsroute gebruiken en
dus hun taken thuis uitvoeren.
200 van de 600 kinderen zullen deelnemen aan 2 beeldvormingssessies, die zullen
plaatsvinden aan het Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour aan
de Radboud Universiteit.

Onderbouwing van het Ontwerp:
De studie heeft tot doel om de cognitieve ontwikkeling van kinderen in de loop
van de tijd en de invloed van cognitieve variabiliteit op verschillende taken
te onderzoeken. Een longitudinaal cohortstudieontwerp is geschikt voor dit
onderzoek, omdat het de mogelijkheid biedt om veranderingen in variabiliteit
van cognitieve vermogens in de loop van de tijd te onderzoeken. Frequente
steekproeven zijn vereist om verschillende tijdsresoluties (bijvoorbeeld van
trial tot trial, van gelegenheid tot gelegenheid, van dag tot dag) te scheiden,
zorgen voor voldoende statistische kracht en ontwikkelingseffecten te scheiden
van herhalingseffecten.

Niet van toepassing.

Het risico voor de deelnemers aan dit onderzoek is verwaarloosbaar. De
volledige steekproef zal deelnemen aan een op tablets gebaseerde cognitieve
studie, vergelijkbaar met taken die al zijn geïmplementeerd als onderdeel van
veelgebruikte onderwijsplatforms. Een subgroep van deelnemers zal ook deelnemen
aan de neuroimaging fenotyperingsarm. MRI is een niet-invasieve techniek. MRI
is al veelvuldig gebruikt bij kinderen van vergelijkbare (en jongere)
leeftijden zonder schadelijke gevolgen wanneer aan de inclusiecriteria wordt
voldaan. Aangezien het doel van het onderzoek is om individuele verschillen in
cognitieve variabiliteit in de vroege kinderjaren te begrijpen, vereist dit
onderzoek de deelname van kinderen. Het onderzoek zal gedurende 3 jaar lopen en
kinderen zullen meerdere keren per jaar deelnemen aan gedragstesten (één week
intensief testen - 'burst-week' en tot 2 andere meetmomenten per jaar als
klassen of ouders van individuele deelnemers instemmen). De subgroep van 200
kinderen die deelneemt aan de MRI-studie zal in het eerste jaar een MRI-sessie
hebben en een vervolgonderzoeksscan na een interval van ongeveer 3 jaar.
Aangezien kinderen op de leeftijd van 11-12 jaar van school veranderen (van
basisschool naar middelbare school), richten we ons op kinderen van 7 tot 10
jaar om een maximale retentie gedurende de drie jaar te waarborgen terwijl ze
nog steeds de basisschool bijwonen. Op basis van eerdere positieve ervaringen
met het scannen van kinderen aan het Donders Instituut, vanaf 8-jarige
leeftijd, zullen alleen kinderen van 8 jaar en ouder worden toegelaten tot de
imagingsessies.
De belasting voor het gedragsdeel zal bestaan uit herhaalde deelname (meerdere
keren per jaar: 1 burst-week en tot twee andere meetmomenten per jaar als
klassen en individuele deelnemers instemmen) aan korte stemming- en
slaapschalen, vergezeld van cognitieve metingen, op een speelse manier getest
op het tablet-gebaseerde platform (m-Path). Gedurende 1 week (bijvoorbeeld
'burst-week') per jaar (gedurende 3 jaar) zullen kinderen 3 spellen spelen
gedurende 15 minuten (5 minuten per spel), 2 of 3 keer per dag (afhankelijk van
de mogelijkheden binnen de klassen of thuis). Verdere testmomenten bestaan uit
kinderen die alle 5 spellen één keer spelen gedurende in totaal 25 minuten (5
minuten per spel).
De belasting voor de beeldvormingsarm zal bestaan uit 2 bezoeken ter plaatse
aan het Donders Instituut voor ouder(s) en kind. Voor de kinderen omvat de
belasting twee beeldsessies (eenmaal aan het begin van het onderzoek en eenmaal
ongeveer 3 jaar later). Hoewel kinderen van 8-11 jaar hun deelname aan
MRI-onderzoek volgens de DISCO-RC-vragenlijst (DISCOmfort in Research with
Children; Staphorst et al., 2017;
https://vragenlijst.kindenonderzoek.nl/resultaten/mri-scan/) niet als eng of
vervelend beoordelen, geven sommige kinderen aan zich moe of verveeld te
voelen. Tijdens scans die het toelaten, zal een stille animatievideo worden
afgespeeld om verveling te verminderen, en we zullen regelmatig interactie
hebben met deelnemers tussen scans. De MRI-sessie zal in totaal ongeveer 2 uur
duren en omvat een screening en welkom (15 minuten), het beantwoorden van een
reeks korte vragenlijsten over stemming en vermoeidheid (15 minuten), een
oefenscan om kinderen vertrouwd te maken (30 minuten), de daadwerkelijke
MRI-sessie (~55 minuten), en een bedankje/debrief met een klein cadeautje (5
minuten). Om mogelijke ongemakken in de scanner verder te verminderen, zullen
kinderen gehoorbescherming krijgen die geschikt is voor hun leeftijd en zal hun
hoofd worden ondersteund met schuimkussens. Tijdens de twee taakgerichte
fMRI-blokken (2*8,5 minuten) zullen we de kijkrichting en pupilgrootte
registreren met behulp van het Eyelink 1000 Plus-systeem. Tijdens de scans