Pre- and postinjury neurocognitive functioning of adolescent Finnish athletes : acute signs of concussion and modifying factors

Concussion is a common injury in high velocity sports such as ice hockey. The importance of appropriate identification, evaluation and management of concussions has been emphasized to avoid more severe injuries and long-term consequences and premature retirements. Adolescent athletes are more prone to concussion than adults, and concussion may cause severe acute and long- term complications in the developing athletes. The initial recognition and evaluation of concussion occurs acutely on the scene of injury. Some observable on-field signs that are thought to indicate concussion diagnosis are loss of consciousness (LOC), amnesia, disorientation, postural instability, and vacant look. A multifaceted approach is recommended for concussion evaluation. The neuropsychological assessment is mentioned as the “cornerstone” of concussion management even if it is insufficient alone. It is important to model the typical cognitive performance and development and to provide reference values for clinicians in order for them to identify atypical brain function after injury. The general aim of the present study was to examine the cognitive performance and post-injury cognitive decline of adolescent athletes. The study’s objective was to explore the association between on-field signs of concussion and postinjury neurocognitive deficits. An additional aim was to examine the modifying factors in concussion assessment such as age, concussion history, learning disability and repeated testing. This thesis comprises three studies exploring the neurocognitive performance of adolescent athletes pre- and postinjury using the Immediate Post-Concussion Assessment and Cognitive Testing (ImPACT) battery. The first study examined the interaction effects of age, learning disability (LD), and previous concussion history on cognitive performance at a baseline in a sample of 1823 Finnish adolescent athletes. The second study explored the usefulness of on-field signs of concussion (i.e., LOC, amnesia, disorientation, postural instability, and vacant look) for predicting worse-than baseline neurocognitive performance during the acute, postinjury period in a sample of 34 concussed young athletes. The third study further examined the effects of on-field signs on the rate of acute neurocognitive decline in a sample of 32 concussed participants using reliable change indices (RCIs) derived from a healthy sample of 312 athletes. Compared to typically developing athletes, athletes with LD had lower neurocognitive scores across all domains in a preseason baseline assessment. Additionally, athletes with LD demonstrated atypical maturational trajectories in verbal memory and visual motor speed. The number of prior concussions did not affect neurocognitive performance at the baseline. Hierarchical regression analyses were utilized to examine the predictive value of on-field signs for postinjury cognitive recovery. On-field LOC, amnesia and vacant look were related to larger deficits in cognition at 7 days postinjury compared to concussed adolescent athletes without these signs. LOC accounted for 22% of the variance in verbal memory performance, and amnesia accounted for 15% of variance in verbal memory performance at group level. Vacant look sign accounted for 9% of the variance in visual memory scores. The effect of acute signs of concussion on postinjury cognitive functioning was further explored using RCI methodology. RCI methodology was applied to determine whether the change between baseline- and postinjury-cognitive functioning is meaningful at the individual level. The 1-year test-retest reliability of the Finnish version of ImPACT ranged from .39 to .71. RCIs derived from a healthy sample were calculated and applied to concussed sample. Athletes with an acute LOC, amnesia, or postural instability were approximately 8 times more likely to have impairments in two or more cognitive areas evaluated by ImPACT on day 3 postinjury. Acute on-field disorientation or a vacant look did not lead to reliable cognitive decline. In all, the findings of the present study suggest that cognitive functioning develops throughout adolescence and that athletes with LD differ from their counterparts in cognitive maturational trajectories. Separate reference values for LD athletes are needed, considering their unique cognitive development. Baseline testing might be beneficial in subpopulations such as youth athletes and athletes with LD that display large variability in cognitive performance or differing developmental trajectories over time. Based on the present study, the presence of LOC, amnesia, or vacant look are risk factors for longer recovery times. The presence of acute postural instability might also indicate a more severe injury that warrants an intensive cognitive follow-up. The present findings have direct implications for concussion recognition, evaluation, and management. Reference values and reliable change indices for Finnish language and culture are provided for youth athletes and can be directly implemented in real-life situations. Overall, this study adds valuable information about the neurocognitive performance of youth athletes.Aivotärähdys on yleinen vamma kovavauhtisissa urheilulajeissa, kuten jääkiekossa. Asianmukainen aivotärähdysten tunnistaminen, arviointi ja seuranta on tärkeää, jotta vältytään vaikeammilta vammoilta, mahdollisilta pitkäaikaisilta vaikutuksilta ja uran ennenaikaiselta päättymiseltä. Verrattuna aikuisiin nuoret ovat alttiimpia aivotärähdyksille. Nuoren aivotärähdys saattaa aiheuttaa vakavia akuutteja ja pitkäaikaisia vaikutuksia kehittyvälle urheilijalle. Aivotärähdyksen varhainen tunnistaminen ja arviointi tapahtuu välittömästi tapahtumapaikalla. Havaittavissa olevia aivotärähdyksen merkkejä ovat tajunnanmenetys, muistinmenetys, sekavuus, tasapainovaikeus ja tyhjä katse. Aivotärähdyksen arviointi tulisi suorittaa monipuolisesti eri toimintoja arvioiden. Vaikka neuropsykologinen arviointi ei yksin riitä, pidetään neuropsykologista tutkimusta aivotärähdysten arvioinnin kulmakivenä. Jotta voidaan tunnistaa vamman jälkeinen epätyypillinen aivotoiminta, on tärkeää tuottaa tietoa tyypillisestä kognitiivisesta suoriutumisesta ja kehityksestä sekä tuottaa viitearvoja kliiniseen käyttöön. Tämän tutkimuksen yleisenä tavoitteena on tutkia nuorten urheilijoiden kognitiivista suoriutumista ja vamman jälkeistä kognitiivista heikentymistä. Tutkimuksessa myös selvitetään, onko aivotärähdykseen viittaavilla merkeillä yhteyttä vamman jälkeiseen neurokognitiiviseen heikentymiseen. Lisäksi tutkimuksen tavoitteena on tutkia iän, aivotärähdyshistorian, oppimisvaikeuden ja toistotestauksen merkitystä aivotärähdysten arvioinnissa. Väitöskirja sisältää kolme osatutkimusta, joissa tutkitaan nuorten urheilijoiden kognitiivista suoriutumista ennen ja jälkeen vamman käyttäen kognitiivista testipatteristoa: the Immediate Post-Concussion Assessment and Cognitive Testing battery (ImPACT). Ensimmäisessä tutkimuksessa tarkasteltiin iän, oppimisvaikeuden ja aivotärähdyshistorian yhteisvaikutusta kognitiiviseen suoriutumiseen 1823:n nuoren suomalaisen urheilijan lähtötaso aineistossa. Toisessa tutkimuksessa selvitettiin, voivatko aivotärähdyksen merkit (tajunnanmenetys, muistinmenetys, sekavuus, tasapainovaikeus ja tyhjä katse) ennustaa heikentynyttä kognitiivista suoriutumista viikko vamman jälkeen 34:n aivotärähdyksen saaneen nuoren urheilijan aineistossa. Kolmannessa osatyössä tutkittiin vielä syvällisemmin aivotärähdyksen merkkien vaikutusta akuuttiin luotettavaan kognitiiviseen heikentymiseen 32:n aivotärähdyksen saaneen nuoren aineistossa. Luotettava kognitiivinen muutos laskettiin terveiden urheilijoiden aineistosta (n=312) käyttäen Reliable change indices (RCI)- menetelmää. Urheilijat, joilla oli oppimisvaikeuksia, saivat heikompia pisteitä kaikissa osa-alueissa ennen kauden alkua suoritetussa neurokognitiivisessa lähtötasotestissä verrattuna tyypillisesti kehittyviin nuoriin. Lisäksi urheilijat, joilla oli oppimisvaikeuksia, vaikuttivat kehittyvän epätyypillisesti kielellisessä muistissa ja visuaalismotorisessa nopeudessa. Aiempien aivotärähdysten lukumäärä ei vaikuttanut urheilijoiden neurokognitiiviseen suoriutumiseen lähtötasolla. Aivotärähdyksen merkkien yhteyttä vamman jälkeiseen kognitiiviseen toipumiseen tutkittiin hierarkkisen regressioanalyysin avulla. Jäällä havaittu tajunnanmenetys, muistinmenetys ja tyhjä katse olivat viikko vammasta arvioituna yhteydessä suurempaan kognitiiviseen heikentymiseen verrattuna aivotärähdyksen saaneisiin urheilijoihin, joilla ei ollut näitä merkkejä. Tajunnanmenetys selitti 22 % kielellisen muistisuoriutumisen vaihtelusta ja muistinmenetys selitti 15 % kielellisen muistisuoriutumisen vaihtelusta ryhmätasolla. Tyhjä katse puolestaan selitti 9 % aivotärähdyksen saaneen urheilijan näönvaraisen muistin vaihtelusta. Aivotärähdyksen merkkien vaikutusta vamman jälkeiseen kognitiiviseen suoriutumiseen tutkittiin edelleen käyttäen RCI-menetelmää. RCI-menetelmän avulla määriteltiin, millainen muutos vamman jälkeen kognitiossa vaadittiin, jotta sillä olisi merkitystä yksilölle ja kliinisessä työssä. Suomenkielisen ImPACT-menetelmän yhden vuoden toistomittaus reliabiliteetti osatesteille vaihteli .39 ja .71 välillä. Luotettavaa muutosta kuvaavat arvot (RCIs) laskettiin terveiden urheilijoiden aineistosta ja arvoja sovellettiin aivotärähdyksen saaneiden aineistoon. Akuutin tajunnanmenetyksen, muistinmenetyksen tai tasapainovaikeuden kokeneilla urheilijoilla, oli noin kahdeksankertainen todennäköisyys siihen, että heillä näkyi heikentymistä kahdessa tai useammassa kognition osa-alueessa 3 päivää vamman jälkeen. Urheilijan sekavuus tai tyhjä katse eivät puolestaan aiheuttaneet luotettavaa kognitiivista heikentymistä. Kaiken kaikkiaan tutkimuksemme osoittaa, että nuoren kognitiivinen toiminta kehittyy läpi nuoruusvuosien ja urheilijat, joilla on oppimisvaikeuksia, eroavat vertaisistaan kognitiivisessa kehityskulussa. Urheilijoille, joilla on oppimisvaikeuksia, tarvitaan erilliset viitearvotiedot, jotta voidaan huomioida heidän ainutlaatuinen kognitiivinen kehityksensä. Lähtötasoarviointi saattaa olla hyödyllistä nuorilla ja oppimisvaikeuksia omaavilla urheilijoilla, sillä näissä alaryhmissä ilmenee suurta vaihtelua lyhyessäkin ajassa kognitiivisissa taidoissa ja kehityksessä. Tämän tutkimuksen perusteella vamman yhteydessä ilmenevä tajunnanmenetys, muistinmenetys, tasapainovaikeus ja tyhjä katse saattavat viitata vakavampaan vammaan ja olla riskitekijöitä pitkittyneelle toipumiselle, minkä vuoksi tarvitaan kognitiivista seurantaa. Tämän tutkimuksen tuloksia voidaan suoraan hyödyntää suomalaisten jääkiekkoilijoiden aivotärähdysten tunnistamiseen, arviointiin ja seurantaan. Tarjoamme suomenkieliset nuorten viitearvotiedot ja luotettavaa muutosta kuvaavat arvot (RCIs), joita voidaan käyttää aidoissa tilanteissa ja kliinisessä työssä. Kokonaisuudessaan tutkimuksemme tuo lisää arvokasta tietoa nuorten urheilijoiden neurokognitiivisesta suoriutumisesta