EEG Biofeedback ke zlepšení paměti u dospělých s demencí (QMFFTD)

Cíle a význam

1. Co je (jsou) primárním cílem (cílemi) studie Účelem této studie je vyhodnotit účinnost biofeedbackového tréninku ke zvýšení regionálního průtoku krve mozkem (CBF) a maximální alfa frekvence (PAF) na kognitivní a behaviorální symptomy frontotemporální demence (FTD). Budeme také měřit účinky fotostimulace řízené EEG během neurofeedbacku PAF na učení vyšších stavů PAF a související klinické výsledky.
2. Co je (jsou) sekundárním cílem (cílemi) studie V této studii bude shromážděna rozmanitost klinických, neuropsychologických a fyziologických proměnných. Například při příjmu bude provedeno úplné 19kanálové kvantitativní hodnocení EEG (QEEG). Vztah mezi silou a koherencí EEG a symptomy této poruchy by potenciálně mohl poskytnout důležitý příspěvek do literatury o užitečnosti QEEG pro diferenciální diagnostiku.

Dalším cílem studie je přispět k pochopení toho, jak funguje neurofeedback. Například provedeme měření, abychom určili, zda učení se ovládat PAF zahrnuje uvědomění si nějakého vnitřního subjektivního stavu souvisejícího s PAF. Také účinek signálu odměny na mozkovou vlnu zvanou P300 může ukázat, jak je důležité, aby tón odměny zněl většinu času během sezení neurofeedbacku. Nakonec změříme, zda se při EEG biofeedbacku mění průtok krve a zda je EEG ovlivněno biofeedbackem krevního toku.

Navrhujeme několik měření, která přispějí k pochopení mechanismu účinku neurofeedbacku.

Frontotemporální demence a cerebrální hyperperfuze Studie jednofotonové emisní počítačové tomografie (SPECT) ukázaly, že průtok krve mozkem je významně snížen ve frontálních a temporálních oblastech u pacientů s FTD (Miller a kol., 1997; Read a kol., 1995). Anatomická distribuce sníženého CBF odpovídá vzorci neuropsychologických deficitů (McMurtray et al., 2006).

Není překvapením, že zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) a počítačová tomografie (CT) u pacientů s FTD ukazuje atrofii ve frontální a temporální oblasti (Mendez et al., 1996; Neary a Snowden, 1996). Nicméně Spilled a kol. (2005) předpokládali, že neurodegenerace a demence jsou do značné míry sekundární k patologiím cerebrálního krevního toku. Ve srovnání se staršími kontrolami s optimálními kognitivními funkcemi se pacienti s demencí DSM-IV významně nelišili od starších kontrol, pokud jde o počet mozkových infarktů. Dementní pacienti vykazovali významně více lézí bílé hmoty (p = 0,028) a mozkomíšního moku (CSF; p = 0,016), ale největší účinek mělo snížení průtoku krve mozkem (p

Dalším argumentem pro ústřední roli průtoku krve u demence je to, že pacienti s Alzheimerovou chorobou s poškozením mozku (oblasti hyperintenzity signálu MRI) mají zvýšenou extrakci kyslíku na ml/min. To znamená, že problémem se zdá být spíše zásoba krve než poptávka. Očekává se, že extrakce kyslíku se nezmění, pokud by byl snížený průtok krve sekundární k poškození tkáně (Spilt a kol., 2005; Yamaji a kol., 1997).

Zobrazování pomocí pozitronové emisní tomografie (PET) u pacientů s FTD odhaluje snížený metabolismus glukózy ve frontálních a předních temporálních lalocích, ale také v gyrus cingulate, insula, uncus a subkortikálních strukturách (Jeong et al., 2005; Garraux et al., 1999 Ishi a kol., 1998). Grimmer a kol. (2003) provedli longitudinální studii u deseti pacientů s diagnózou FTD. Při počátečním hodnocení měli pacienti s FTD sníženou metabolickou aktivitu ve srovnání s kontrolami ve frontálních kortikálních oblastech, caudate nuclei a thalami. Při 1-2letém sledování byla pozorována významná progrese původních deficitů v orbitofrontálním kortexu a subkortikálních strukturách.

Vzhledem k podstatným důkazům, které spojují demenci a FTD zejména se sníženým průtokem krve mozkem, předpokládáme, že trénink pacientů s FTD ke zvýšení průtoku krve mozkem zmírní příznaky FTD a zpomalí progresi onemocnění.

Nedávné studie naznačují, že jednotlivci se mohou naučit zvyšovat CBF pomocí biofeedbacku. Yoo a kol. (2006) prokázali, že účastníci, kteří dostali zpětnou vazbu o fMRI aktivitě sluchové kůry při poslechu hudby, dokázali významně zvýšit střední okysličení krve i počet významných voxelů. Jiná studie (deCharms et al., 2005) trénovala účastníky, aby změnili aktivitu fMRI v rostrálním předním cingulárním gyru (RACG), což je oblast, která se podílí na vnímání bolesti. Kontrolní podmínky zahrnovaly falešnou zpětnou vazbu nebo zpětnou vazbu z jiné oblasti mozku. Když byl aplikován škodlivý tepelný stimul, účastníci měli snížený pocit bolesti, když byli trénováni na snížení aktivity RACG, a zvýšený pocit bolesti, když trénovali na zvýšení aktivity RACG. V další fázi studie hlásilo osm pacientů s chronickou bolestí sníženou bolest po trénování fMRI ve stejné oblasti.

fMRI stojí více než 1000 USD za sezení, což staví tuto formu terapie mimo dosah většiny pacientů. Je však možné zajistit neurofeedback CBF pro nejvzdálenějších 1,5 cm mozkové kůry pomocí relativně levného zařízení, které využívá refrakční vlastnosti okysličeného hemogoblinu na červené a infračervené světlo (Toomim et al., 2004). Světelný zdroj je připevněn k pokožce hlavy (typicky na čele) čelenkou ve vzdálenosti 3 cm od infračerveného senzoru, který detekuje relativní absorpci okysličenou krví. Tento postup je známý jako hemoencefalografie nebo HEG. Toomim a kol. (2004) prokázali, že deset sezení zlepšilo skóre impulzivity v Testu proměnných pozornosti (TOVA) u 28 pacientů různé psychopatologie. Carmen (2004) poskytla frontální HEG 100 pacientům s migrénou a zjistila, že 90 % z těch, kteří absolvovali alespoň šest sezení, zaznamenalo významné zlepšení symptomů migrény. V jediné případové studii Mize (2004) uvedl, že dítě s ADHD vykazovalo významné zlepšení IVA, přičemž toto zlepšení přetrvávalo až do 18měsíčního sledování.

Frontotemporální demence a špičková frekvence alfa

PAF u zdravých dospělých má průměr 10-11 Hz. Vyšší PAF je spojeno s vyšším výkonem paměti (Klimesch, 1997), schopností číst (Suldo, 2000), slovní zásobou a kontrolou odezvy (Angelakis et al., 2004a). Po sérii kognitivních úkolů byla PAF snížena u pacientů s traumatickým poraněním mozku ve srovnání s normálními kontrolami, ale pouze slabě nebo nevýznamně snížena ve srovnání s kontrolami během úkolu nebo výchozích podmínek. Angelakis a kol. (2004b) tvrdili, že PAF je znakem i znakem stavu kognitivní připravenosti. Passant a kol. (2005), Chan a kol. (2004) a Yenner a kol. (1996) všichni pozorovali snížení PAF u pacientů s FTD.

Předpokládáme, že EEG biofeedback odměňující vyšší PAF povede ke zlepšení symptomů u pacientů s FTD. V EEG biofeedbacku nebo neurofeedbacku je EEG jednotlivce v reálném čase prezentováno nepřetržitě jako vizuální nebo sluchový signál a požadované variace jsou odměněny. Nedávná dvojitě zaslepená kontrolovaná studie (Angelakis et al., 2007) ukázala, že neurofeedback odměňující zvýšenou PAF zlepšuje rychlost kognitivního zpracování a výkonnou funkci u normálních starších dospělých.

Účinnost neurofeedbacku jako terapie byla prokázána u poruchy pozornosti s hyperaktivitou (ADHD), epilepsie, úzkosti a návykových poruch. Další poruchy, jako je schizofrenie, deprese, poruchy učení (LD) a traumatické poranění mozku, jsou předmětem zkoumání jako kandidáti na neurofeedback terapii (Monastra, 2003).

Frontotemporální demence a AVS vyvolaná EEG

Stejně jako neurofeedback EEG se i sluchová a vizuální stimulace (AVS) závislá na EEG ukázala jako slibná pro zlepšení kognitivních funkcí modifikací PAF. Rozsáhlá část výzkumu prokázala, že rytmická AVS může vyvolat EEG rytmy odpovídající frekvenci stimulace (Frederick et al., 2004). Russell (1997) referoval o studii, ve které byl kontinuálně se měnící PAF u dětí s LD a ADHD použit jako signál k produkci AVS střídavě o 5 % nad a 5 % pod PAF po 30 sekundových intervalech, po 20 minutových sezeních. Zatímco teoretickým cílem této studie bylo zlepšit flexibilitu PAF (nezměnit střední frekvenci), ukázalo se, že léčba PAF může účinně léčit kognitivní dysfunkci. Tyto děti vykazovaly významné zlepšení v kognitivních a behaviorálních měřeních, které přetrvávaly až do 16měsíčního sledování.

Předpokládáme, že souběžná fotostimulace řízená EEG během neurofeedbacku pro zvýšení PAF (kde jsou odměny prezentovány jako sluchové tóny, se zavřenýma očima) zvýší rychlost učení se vylepšení PAF a bude mít zvýšenou terapeutickou účinnost ve srovnání se samotným neurofeedbackem PAF. Kromě toho, že pomáhá indukovat vyšší PAF, má rytmická fotostimulace výhodu ve zvýšení CBF tím, že vyvolává opakované vlny aktivace v celém mozku. Může proto také zvýšit účinky tréninku HEG popsaného výše v části I.

Pochopení mechanismu účinku neurofeedbacku by mohlo potenciálně vést k propracovanějším metodám léčby se zlepšenou účinností. Navrhujeme tři měření, která by přispěla k lepšímu pochopení toho, jak funguje neurofeedback.

1. Běžnou praxí v EEG neurofeedbacku je nastavení signálu odměny tak, aby klient trávil většinu času se zapnutým tónem odměny. Má se za to, že to zlepšuje motivaci a dodržování pravidel, ale může to být i jiný důvod. Když zazní tón odměny, jedná se o vzácnou událost vyžadující změnu chování. Tato situace je podobná návrhu mnoha studií, které ukázaly, že absence očekávaného stimulu vyvolává pozitivní výchylku v EEG nazývanou vlna P300. P300 byl spojen s orientačním reflexem a fázovým resetem rytmů EEG na pozadí. Pokud je pozorován větší P300 během posunu tónu odměny než během nástupu tónu odměny, naznačuje to, že mozek reaguje na ztrátu odměny elektrickým signálem, který narušuje a resetuje probíhající aktivitu EEG. To by poskytlo nezávislou fyziologickou podporu konvenční klinické moudrosti poskytování častých odměn.
2. Někteří teoretici tvrdí, že účinnost neurofeedbacku závisí na normalizaci abnormální fyziologie (např. PAF nebo CBF) korelující s poruchou (Duff, 2004). Jiní (Othmer, Othmer a Kaiser, 1999) tvrdí, že účinnost neurofeedbacku vyplývá z adaptivních reakcí mozku na změněné mozkové stavy vyvolané tréninkem. Tento model je podobný modelu vysvětlujícímu účinnost antidepresiv a mohl by vysvětlit důležitost více sezení během týdnů a měsíců tréninku. Budeme tedy měřit, zda změny proměnných klinického a neuropsychologického testu souvisí se změnami PAF a CBF (průměr a rozptyl na sezení). Vztahy (nebo jejich nedostatek) mezi fyziologickými a psychologickými proměnnými z této studie přispějí k pochopení toho, jak neurofeedback funguje.
3. Kritika vznesená proti HEG tréninku ve prospěch EEG biofeedbacku spočívá v tom, že změny krevního toku jsou typicky sekundární k metabolickým požadavkům vytvářeným neuronální aktivitou. Není tedy jasné, zda zpětná vazba HEG trénuje nespecifickou aktivaci EEG nebo zda je zapojen nějaký jiný mechanismus. Navrhujeme změřit EEG v blízkosti tréninkového místa HEG, abychom určili, zda změny HEG korelují s aktivací EEG (zvýšená 14-21 Hz a snížená 4-7 Hz amplituda nebo zvýšená PAF). Podobně zajímavé je zjistit, zda se měření intenzity průtoku krve HEG během tréninku PAF zvyšuje.