EEG-biofeedback for at forbedre hukommelsen hos voksne med demens (QMFFTD)

Mål og betydning

1. Hvad er (er) undersøgelsens primære mål Formålet med denne undersøgelse er at evaluere effektiviteten af ​​biofeedback træning for at øge den regionale cerebrale blodgennemstrømning (CBF) og peak alfa frekvens (PAF) på de kognitive og adfærdsmæssige symptomer ved frontotemporal demens (FTD). Vi vil også måle virkningerne af EEG-drevet fotostimulering under PAF neurofeedback på indlæring af højere PAF-tilstande og relaterede kliniske resultater.
2. Hvad er (er) undersøgelsens sekundære mål En mangfoldighed af kliniske, neuropsykologiske og fysiologiske variabler vil blive indsamlet i denne undersøgelse. For eksempel vil en fuld 19-kanals kvantitativ EEG (QEEG) vurdering blive udført ved indtagelse. Forholdet mellem EEG-kraft og sammenhæng og symptomerne på denne lidelse kunne potentielt give et vigtigt bidrag til litteraturen om anvendeligheden af ​​QEEG til differentialdiagnose.

Et yderligere mål med undersøgelsen er at bidrage til forståelsen af, hvordan neurofeedback virker. For eksempel vil vi tage målinger for at afgøre, om det at lære at kontrollere PAF involverer bevidsthed om en intern subjektiv tilstand relateret til PAF. Effekten af ​​belønningssignalet på en hjernebølge kaldet P300 kan også vise vigtigheden af, at belønningstonen lyder det meste af tiden under neurofeedback-sessioner. Til sidst vil vi måle, om blodgennemstrømningen ændrer sig under EEG-biofeedback, og om EEG er påvirket af blodgennemstrømningsbiofeedback.

Vi foreslår flere målinger, der vil bidrage til en forståelse af neurofeedbacks virkningsmekanisme.

Frontotemporal demens og cerebral hyperperfusion Enkeltfotonemission computertomografi (SPECT) undersøgelser har vist, at cerebral blodgennemstrømning er signifikant reduceret i frontale og temporale regioner hos FTD-patienter (Miller et al., 1997; Read et al., 1995). Den anatomiske fordeling af reduceret CBF svarer til mønsteret af neuropsykologiske mangler (McMurtray et al., 2006).

Ikke overraskende viser magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) og computertomografi (CT) hos FTD-patienter atrofi i frontale og temporale regioner (Mendez et al., 1996; Neary og Snowden, 1996). Spilled et al. (2005) antog, at neurodegeneration og demens i høj grad er sekundære til patologier af cerebral blodgennemstrømning. Sammenlignet med ældre kontroller med optimal kognitiv funktion afveg patienter med DSM-IV demens ikke signifikant fra ældre kontroller med hensyn til antallet af hjerneinfarkter. Demente patienter viste signifikant flere læsioner af hvid substans (p=.028) og cerebrospinalvæske (CSF; p=.016), men en reduktion i cerebral blodgennemstrømning havde den største effektstørrelse (p

Et andet argument for blodgennemstrømningens centrale rolle ved demens er, at Alzheimers patienter med hjerneskade (regioner med MR-signal hyperintensitet) har øget iltekstraktion pr. ml/min. Det vil sige, at blodforsyning frem for efterspørgsel ser ud til at være problemet. Iltekstraktion ville forventes at være uændret, hvis nedsat blodgennemstrømning var sekundær til vævsskade (Spilt et al., 2005; Yamaji et al., 1997).

Positron-emissionstomografi (PET)-billeddannelse hos FTD-patienter afslører reduceret glukosemetabolisme i frontale og forreste temporallapper, men også i cingulate gyrus, insula, uncus og subcorticale strukturer (Jeong et al., 2005; Garraux et al., 1999 Ishi et al., 1998). Grimmer et al. (2003) udførte et longitudinelt studie på ti patienter diagnosticeret med FTD. Ved den indledende vurdering havde FTD-patienter reduceret metabolisk aktivitet sammenlignet med kontroller i frontale kortikale områder, caudatkernerne og thalami. Ved en 1-2 års opfølgning blev der observeret signifikant progression af de oprindelige underskud i den orbitofrontale cortex og de subkortikale strukturer.

I betragtning af den betydelige evidens, der forbinder demens og FTD i særdeleshed med reduceret cerebral blodgennemstrømning, antager vi, at træning af FTD-patienter til at øge cerebral blodgennemstrømning vil lindre FTD-symptomer og bremse udviklingen af ​​sygdommen.

Nylige undersøgelser har antydet, at individer kan lære at øge CBF gennem biofeedback. Yoo et al. (2006) viste, at deltagere, der fik feedback på fMRI-aktivitet af den auditive cortex, mens de lyttede til musik, var i stand til at øge den gennemsnitlige blodiltning såvel som antallet af signifikante voxels signifikant. En anden undersøgelse (deCharms et al., 2005) trænede deltagere til at ændre fMRI-aktivitet i den rostrale anterior cingulate gyrus (RACG), en region, der er impliceret i smerteopfattelse. Kontrolbetingelser inkluderede falsk feedback eller feedback fra en anden hjerneregion. Når en skadelig termisk stimulus blev anvendt, havde deltagerne nedsat smertefornemmelse, når de blev trænet til at reducere RACG-aktivitet, og øget smertefornemmelse, når de blev trænet til at øge RACG-aktivitet. I en anden fase af undersøgelsen rapporterede otte kroniske smertepatienter nedsat smerte efter nedtræning af fMRI i samme region.

fMRI koster mere end $1000 per session, hvilket placerer denne form for terapi uden for rækkevidde af de fleste patienter. Det er dog muligt at give CBF neurofeedback til de yderste 1,5 cm af hjernebarken med et relativt billigt apparat, der bruger de refraktive egenskaber af oxygeneret hæmogoblin til rødt og infrarødt lys (Toomim et al., 2004). En lyskilde er fastgjort til hovedbunden (typisk på panden) med et pandebånd, 3 cm væk fra en infrarød sensor, som registrerer den relative absorption af iltet blod. Denne procedure er kendt som hæmoencefalografi eller HEG. Toomim et al. (2004) viste, at ti sessioner forbedrede impulsivitetsscore på Test Of Variables of Attention (TOVA) hos 28 patienter med forskellig psykopatologi. Carmen (2004) gav frontal HEG til 100 migrænepatienter og fandt, at 90 % af dem, der gennemførte mindst seks sessioner, rapporterede signifikant forbedring af migrænesymptomer. I et enkelt casestudie rapporterede Mize (2004), at et barn med ADHD viste signifikant forbedring i forhold til IVA, hvilken forbedring vedvarer i 18-måneders opfølgning.

Frontotemporal demens og peak alfa-frekvens

PAF hos voksne voksne har et gennemsnit på 10-11 Hz. Højere PAF er forbundet med højere hukommelsesydelse (Klimesch, 1997), læseevne (Suldo, 2000), ordforråd og responskontrol (Angelakis et al., 2004a). Efter en række kognitive opgaver blev PAF reduceret hos patienter med traumatisk hjerneskade sammenlignet med normale kontroller, men kun svagt eller ikke-signifikant reduceret sammenlignet med kontroller under opgaven eller baseline-betingelserne. Angelakis et al. (2004b) hævdede, at PAF både er en egenskab og en tilstandsmarkør for kognitiv beredskab. Passant et al (2005), Chan et al. (2004) og Yenner et al. (1996) observerede alle en reduktion i PAF hos FTD-patienter.

Vi antager, at EEG-biofeedback, der belønner højere PAF, vil resultere i en forbedring af symptomer hos FTD-patienter. I EEG-biofeedback eller neurofeedback præsenteres et individs realtids-EEG kontinuerligt som et visuelt eller auditivt signal, og ønskede variationer belønnes. En nylig dobbeltblind kontrolleret undersøgelse (Angelakis et al., 2007) viste, at neurofeedback-belønning øgede PAF forbedrede kognitiv behandlingshastighed og eksekutiv funktion hos normale ældre voksne.

Effektiviteten af ​​neurofeedback som terapi er blevet påvist for ADHD (Attention Deficit Hyperactivity Disorder), epilepsi, angst og vanedannende lidelser. Andre lidelser såsom skizofreni, depression, indlæringsvanskeligheder (LD) og traumatisk hjerneskade er under undersøgelse som kandidater til neurofeedback-terapi (Monastra, 2003).

Frontotemporal demens og EEG-drevet AVS

Ligesom EEG neurofeedback har EEG-afhængig auditiv og visuel stimulation (AVS) vist løfte om at forbedre kognitiv funktion ved at modificere PAF. En betydelig mængde forskning har vist, at rytmisk AVS kan inducere EEG-rytmer svarende til stimuleringsfrekvensen (Frederick et al., 2004). Russell (1997) rapporterede om en undersøgelse, hvor den kontinuerligt varierende PAF af LD- og ADHD-børn blev brugt som et signal til at producere AVS skiftevis ved 5 % over og 5 % under PAF i 30 sekunders intervaller, i 20 minutters sessioner. Mens det teoretiske formål med denne undersøgelse var at forbedre fleksibiliteten af ​​PAF (ikke at ændre den gennemsnitlige frekvens), viste det, at behandling af PAF effektivt kan behandle kognitiv dysfunktion. Disse børn viste betydelige gevinster i kognitive og adfærdsmæssige foranstaltninger, der varede til 16-måneders opfølgning.

Vi antager, at samtidig EEG-drevet fotostimulering under PAF-forstærkning neurofeedback (hvor belønninger præsenteres som auditive toner, med lukkede øjne) vil øge hastigheden af ​​indlæring af PAF-forstærkning og have øget terapeutisk effekt sammenlignet med PAF neurofeedback alene. Ud over at hjælpe med at inducere højere PAF, har rytmisk fotostimulering fordelen ved at øge CBF ved at inducere gentagne bølger af aktivering i hele hjernen. Det kan derfor også forstærke virkningerne af HEG-træningen beskrevet ovenfor i del I.

Forståelse af virkningsmekanismen af ​​neurofeedback kan potentielt føre til mere raffinerede behandlingsmetoder med forbedret effektivitet. Vi foreslår tre målinger, der vil bidrage til en forbedret forståelse af, hvordan neurofeedback virker.

1. En almindelig praksis i EEG neurofeedback er, at belønningssignalet justeres, så klienten bruger størstedelen af ​​tiden med belønningstonen på. Dette menes at forbedre motivationen og compliance, men der kan være en anden grund. Når belønningstonen forsvinder, svarer det til en sjælden begivenhed, der kræver en adfærdsændring. Denne situation svarer til designet af mange undersøgelser, som har vist, at fraværet af en forventet stimulus fremkalder en positiv afbøjning i EEG'et kaldet P300-bølgen. P300 er blevet forbundet med orienteringsrefleksen og med en fase-nulstilling af baggrundens EEG-rytmer. Hvis der observeres en større P300 under belønningstoneoffset end under belønningstonestart, tyder dette på, at hjernen reagerer på tabet af belønning med et elektrisk signal, der forstyrrer og nulstiller igangværende EEG-aktivitet. Dette ville give uafhængig fysiologisk støtte til den konventionelle kliniske visdom at give hyppige belønninger.
2. Nogle teoretikere hævder, at effektiviteten af ​​neurofeedback afhænger af normaliseringen af ​​den unormale fysiologi (f.eks. PAF eller CBF), der korrelerer med lidelsen (Duff, 2004). Andre (Othmer, Othmer og Kaiser, 1999) hævder, at effektiviteten af ​​neurofeedback er resultatet af hjernens adaptive reaktioner på de ændrede hjernetilstande induceret af træning. Denne model ligner den, der forklarer effektiviteten af ​​antidepressive lægemidler, og kunne forklare vigtigheden af ​​flere sessioner over uger og måneders træning. Vi vil således måle, om ændringer i kliniske og neuropsykologiske testvariabler hænger sammen med ændringerne af PAF og CBF (gennemsnit og varians pr. session). Relationerne (eller mangel på samme) mellem fysiologiske og psykologiske variabler fra denne undersøgelse vil bidrage til feltets forståelse af, hvordan neurofeedback virker.
3. En kritik, der er rejst mod HEG-træning til fordel for EEG-biofeedback, er, at blodgennemstrømningsændringer typisk er sekundære til metaboliske krav skabt af neuronal aktivitet. Det er således uklart, om HEG-feedback træner en uspecifik EEG-aktivering, eller om en anden mekanisme er involveret. Vi foreslår at måle EEG'et ved siden af ​​HEG-træningsstedet for at bestemme, om HEG-ændringer er korreleret med EEG-aktivering (forbedret 14-21 Hz og reduceret 4-7 Hz amplitude eller øget PAF). Det er af lignende interesse at se, om HEG-blodstrømningsintensitetsmålet stiger under PAF-træning.