INSIGHT, et omfattende, tværfagligt hjernetræningssystem (INSIGHT)

Nylige innovationer inden for kognitiv neurovidenskab har avanceret forståelse af det neurobiologiske grundlag for flydende intelligens (Gf) og adaptiv ræsonnement og problemløsning (ARP). I stedet for at engagere sig i en enkelt hjernestruktur (f.eks. præfrontal cortex) eller operere på et fast præstationsniveau gennem voksenlivet, indikerer nye neurovidenskabelige beviser, at Gf og ARP medieres af et distribueret neuralt system, hvis funktioner kan forbedres væsentligt af specifikke typer interventioner , herunder kognitiv træning, high-definition transkraniel ligestrøms hjernestimulation (HD-tDCS) og fysisk konditionstræning. Hovedformålet med INSIGHT-projektet er at etablere og validere en omfattende og stringent hjernetræningsprotokol, der inkorporerer de bedste tilgængelige interventioner til forbedring af Gf og ARP.

Projektet var opdelt i to faser, hvor den første fandt sted i februar - november 2014 og den anden fandt sted i februar - december 2015. De to faser var ens i struktur og mål/hypoteser, men havde flere metodiske forskelle med hensyn til interventioner, arme og resultatmål. Dette dokument indeholder oplysninger, der kun er relevante for 2014-fasen, som undersøgte de relative bidrag fra fysisk konditionsintervention, videospilsbaseret træning og transkraniel ligestrøms hjernestimulering (HD-tDCS) i høj opløsning til forbedringen af ​​Gf/ARP, eksekutiv funktion, arbejdshukommelse, relationel hukommelse, fysisk konditionsniveau og hjernestruktur/funktion.

Arme/grupper gennemførte 1 uges test for at etablere baseline målinger af kognitive evner, fysisk kondition og hjernestruktur/funktion. 16 uger med forskellige interventionsprotokoller. Disse protokoller kan omfatte en enkelt eller flere interventionstyper med varierende tidsplaner. Tre 70-minutters træningssessioner blev gennemført om ugen, så alle arme gennemførte 56 timers træning i alt. Efter afslutningen af ​​interventionsperioden var der 1 uge efter vurdering for at måle ændringer i kognitive evner, fysisk kondition og hjernestruktur/funktion.

Teknisk begrundelse for fysisk konditionsintervention: De gavnlige virkninger af fysisk kondition på kognitiv ydeevne og hjernesundhed er blevet dokumenteret i mange undersøgelser. For eksempel tyder denne litteratur på, at øget motion fører til fødslen af ​​nye neuroner i hippocampus (en vigtig hjerneregion, der ligger til grund for Gf), øgede forbindelser mellem neuroner i hele hjernen, udvikling af ny vaskulaturstruktur, øget produktion af neurotrofiske proteiner, øget indlæring og hukommelse, og forbedret eksekutiv kontrol, herunder opmærksomhed og hæmning, arbejdshukommelse, mental fleksibilitet og handlingsovervågning. Især (1) træningseffekter er størst for opgaver, der involverer udøvende kontrolfunktioner til arbejdshukommelse, planlægning og problemløsning - evner, der er essentielle for Gf og ARP; og (2) aerob træning, kombineret med styrke- og smidighedstræning, havde en større positiv effekt på kognition sammenlignet med træningsprogrammer, der kun omfattede aerobe komponenter. Sådanne fund giver en vigtig begrundelse for den fysiske aktivitetsintervention, der foreslås her. Derfor anvender den foreslåede fitnessintervention et kombineret aerobic/modstandstræningsprogram for yderligere at forbedre fordelene ved kognitiv træning på Gf og ARP.

Teknisk begrundelse for videospilsbaseret træning: Træning i fem kognitive færdigheder - (1) behandlingshastighed, (2) opmærksomhed, (3) arbejdshukommelse, (4) relationel hukommelse og (5) kognitiv fleksibilitet - har vist sig at give lovende overførselsresultater til Gf og andre relevante konstruktioner. Dette træningsregime er grundlaget for designet af Mind Frontiers-softwareplatformen. Mind Frontiers inkluderer en integreret suite af minispil, der er designet til at træne disse fem kognitive kernefærdigheder. Mekanikken, som abstraktioner af de kognitive øvelser, sikrer, at øvelsernes videnskabelige integritet og træningseffekt bevares, men øvelserne gennemføres som lege med motiverende træk og tilpasningsbesvær.

Teknisk begrundelse for HD-tDCS: Det er blevet antaget, at Gf og ARP er kritisk afhængige af et frontoparietal hjernenetværk, og således at bilateral, specifik stimulering af frontal cortex med high definition transkraniel jævnstrømsstimulering (HD-tDCS) ville har en excitatorisk effekt på neuroner i det netværk, hvilket gør dem mere tilbøjelige til at skyde, og derved muliggøre hurtigere læring og lette overførsel til Gf.

Teknisk begrundelse for aktiv kontrol: Ændringsdetektion og visuelle søgeopgaver blev valgt som de aktive kontrolopgaver, fordi tidligere arbejde havde indikeret, at træning af perceptuelle evner på lavt niveau ikke overføres til Gf og ARP.