Forbedringer i kognitive færdigheder hos ældre voksne ved hjælp af dynamisk visuel opmærksomhedstræning

Målet med denne undersøgelse er at vise, at neurotræning i midten af ​​motion working range (PATH), der forbedrer kontrastfølsomheden for retningsdiskrimination (dorsal strømningsaktivitet forbedrer signifikant kognitive færdigheder hos ældre voksne mere end hos dem, der træner for at forbedre orienteringen diskrimination: bugstrømsaktivitet (sham træning). Hjernetræning vil blive administreret i 20 minutter tre gange om ugen i 12 uger: Arm 1) PATH neurotræning og Arm 2) Sham træning. Efterforskerne forudsiger, at ældre voksne, der laver PATH neurotræning, vil forbedre deres visuelle og kognitive færdigheder, forbedre opmærksomhed, multitasking, bearbejdningshastighed, læseflydende og arbejdshukommelse, betydeligt mere end dem, der laver falsk træning. Denne forudsigelse vil blive evalueret ved at måle, om ældre voksne forbedrer sig på standardiserede test af kognitive færdigheder efter PATH neurotræning mere end ældre voksne, der laver orienteringsdiskriminationstræning for at forbedre bearbejdningshastighed og opmærksomhed. MEG-hjernebilleddannelse vil blive brugt til at vise, at PATH-træning forbedrer dorsale, opmærksomheds- og udøvende kontrolnetværk, som tidligere fundet, mere end falsk træning. Efterforskerne forudsiger, at disse forbedringer vil blive fundet hos både raske voksne og dem med MCI.

Gennemførligheden af ​​hurtig, effektiv hjernetræning vil blive evalueret ved at bruge adfærdsmæssige metoder til at afhjælpe aldersrelateret kognitiv tilbagegang og til at behandle den kognitive svækkelse og/eller adfærdssymptomer forbundet med MCI, samt at bremse og/eller vende forløbet af kognitiv tilbagegang eller for at forhindre det helt. PATH neurotraining giver et computerbaseret produkt til at afhjælpe de visuelle og kognitive vanskeligheder hos ældre voksne hurtigt og effektivt. Den innovative PATH neurotræning forbedrer midten af ​​bevægelsesarbejdsområdet, hvorimod falsk træning forbedrer midten af ​​orienteringsdiskriminationsarbejdsområdet. De to hjernetræningsgrupper vil være afbalancerede, hvad angår raske ældre voksne og dem med MCI. Et emne vil blive anset for at have MCI, hvis WAIS Working Memory Index-score er mindre end 50 procent, og MOCA har en score på 19-25. Disse grupper vil også være afbalanceret med hensyn til alder og læsehastighed, et følsomt mål for behandlingshastighed.

Halvdelen af ​​de ældre vil gennemføre PATH-neurotræningen i 12 uger, og halvdelen vil gennemføre simuleret træning i 12 uger. Yderligere 12 uger vil være nødvendige for at uddanne personale, rekruttere forsøgspersoner og gennemføre de standardiserede tests og MEG-billeddannelse. Valget af, hvilke voksne der vil lave hver type hjernetræning, vil blive randomiseret, som skal bestemmes af studiestatistiker prof. John Shelley-Tremblay. Efter indledende standardiseret testning vil 12 voksne, der laver PATH-træning, blive udvalgt til pre-post MEG hjernebilleddannelse.

Præcise målinger ved hjælp af præ- og post-standardiserede test af kognitive færdigheder vil blive brugt til at validere den forbedrede visuelle og kognitive (opmærksomhed, bearbejdningshastighed og hukommelse) præstationer rapporteret tidligere hos ældre voksne. Standardiserede tests og MEG-billeddannelse på en undergruppe vil blive administreret af personalet før og efter kognitiv træning for at evaluere forbedringer i kognitive færdigheder efter behandling (PATH-neurotræning) og kontrol (sham-træning) interventioner.

Evaluering af forbedringer i kognitive færdigheder hos ældre voksne vil blive grupperet efter emnetype: om den voksne er rask eller har MCI for at afgøre, hvilken intervention der forbedrer kognitive færdigheder mest. Forskerne forudsiger, at PATH-neurotræning signifikant vil forbedre (ved p ≤ 0,05) læsehastighed, arbejdshukommelse og opmærksomhed (kognitiv fleksibilitet) hos ældre voksne mere end efter træning på falsk træning. Dette vil blive evalueret ved både: 1) at måle, om ældre voksne forbedrer sig på de standardiserede test, der er anført ovenfor efter hjernetræning, og 2) MEG-hjernekildebilleddannelse for at validere, at dorsale strøm-, opmærksomheds- og udøvende kontrolnetværk forbedres i funktion væsentligt efter PATH-neurotræning .

Denne undersøgelse planlægger at studere 40 ældre voksne mellem 55 og 75 år, 20 i hver gruppe. Ældre voksne vil blive rekrutteret ved at udsende brochurer, få henvisninger fra Dr. James Brewer og Dr. Michael Lobatz, som begge arbejder med ældre voksne med Alzheimers sygdom.

Uddannelsesprocedurer. Hjernetræningsøvelser vil blive implementeret på en høj troværdig måde ved hjælp af en detaljeret skriftlig protokol, som alle forskningsassistenter (RA'er) er uddannet til at følge omhyggeligt, nye PATH træningsfilm og nye motivationsstrategier. Personale vil blive ansat på UCSD efter interviews med studerende fra kognitiv videnskab, som har besvaret en annonce på Handshake, UCSD-portalen, der annoncerer for praktikophold for UCSD-studerende. Ansættelse af RA'er til dette projekt og en Senior RA (SRA) til at overvåge undersøgelsen vil blive udført af PI på UCSD. Elleve RA'er vil blive ansat til at administrere standardiserede tests og begge typer hjernetræning til ældre voksne på Perception Dynamics Institute (PDI), der har en klinik ideel til at indsamle data i rolige omgivelser med nem adgang for ældre voksne. Nye træningsvideoer rettet mod ældre voksne vil blive udviklet af Leslie Peters hos Desert Bay Productions i Encinitas.

RA'erne vil sikre, at hver ældre voksen er i gang med opgaven og gennemfører PATH neurotræningen (pathtoreading.com) designet til at aktivere de dorsale hjernebaner og Sham-træning designet til at aktivere de ventrale hjernebaner, og går gennem hvert program rettidigt ved at undersøge deres data. PI, der har stor erfaring med at udføre kontrollerede valideringsundersøgelser, vil være ansvarlig for at træne alt personale, køre daglige operationer, hvilket kræver overvågning af standardiseret testning og administration af interventionerne.

Foranstaltninger til at evaluere effektiviteten af ​​træning for at forbedre visuelle og kognitive færdigheder.

Adfærdsmål: Standardiseret test af kognitive færdigheder vil blive udført på PDI af UCSD-studerende i kognitiv videnskab, der er uddannet af PI, som tidligere gjort. Alle deltagere vil gennemgå en gennemgang af deres sygehistorie og hverdagsaktiviteter, der påvirkes efterhånden som de bliver ældre, ved hjælp af et 9-elements spørgeskema beskrevet i Human Subjects. Da disse er tidsindstillede tests med testelementer, der ikke kan huskes til fremtidig testning, minimeres praksiseffekter. Kognitive vurderinger, som tager omkring en time at administrere, vil blive evalueret før og efter træning ved standardiserede tests for voksne for at måle:

1. Opmærksomhed ved hjælp af Delis-Kaplan Executive Function System (D-KEFS) farve-ord interferenstest (10 minutter).
2. Læsehastighed ved hjælp af computerbaseret læsehastighedsopgave (læse 6 ord tekst på skærmen) fra interessant historie ved stigende hastigheder for at måle 2 læsehastighedstærskler ved hjælp af en procedure med dobbelt trappe, efter at være blevet trænet ved at se ReadingRate-film. (5 minutter).
3. Processing Speed ​​Index (Wechsler Adult Intelligence Scale (WAIS)-4 Coding and Symbol Search subtests) og Working Memory Index (WAIS-4 Digit Span og Letter-Number Sequencing subtests), (10 minutter).
4. Visuel arbejdshukommelse (VWM) ved hjælp af test af informationsbehandlingsfærdigheder, med to distraktionsopgaver, en tælleopgave og gentagelse af en kort sætning, med dyrenavne i slutningen af ​​testen (10 minutter).

Biomarkørmål: MEG Imaging vil blive brugt til at give en biomarkør for at vise, at kun forbedring af dorsale strømningsfunktion forbedrer kognitive færdigheder hos ældre voksne. For at fastslå gennemførligheden af ​​PATH neurotræning for at forbedre kognitiv funktion hos ældre voksne, vil prof. Ming-Xiong Huang optage voxel-vise MEG-kildestørrelsesbilleder fra 12 ældre voksne for at bestemme de kortikale områder, der forbedres i funktion efter PATH neurotræning og efter falsk træning . MEG-hjernebilleddannelse, ved hjælp af Fast-VESTAL-proceduren (Huang et al. 2016, 2017, 2018), viste, at denne bevægelsesdiskriminationstræning forbedrede tidslåst aktivitet i den dorsale strøm, opmærksomhed og udøvende kontrolnetværk. MEG-billeder, der dækker hele hjernen, for hvert frekvensbånd, efter Fast-VESTAL-proceduren, for at måle tidslåste signaler under en arbejdshukommelse N-back-opgave vil blive brugt til at evaluere forbedringer i hjernens funktion. N-back-opgaven er et af de hyppigst anvendte WM-paradigmer (Gevins og Cutillo, 1993) til at undersøge det neurale grundlag for WM-processer. To MEG-eksamener vil blive udført for hver deltager, en før og en anden efter PATH- eller sham-træningen.

N-back arbejdshukommelsesopgave. Deltagerne vil gennemgå MEG-optagelser, mens de udfører en N-back WM-opgave. Opgaven indebærer on-line overvågning, opdatering og manipulation af husket information. Under opgaven skal deltageren overvåge en række bogstaver (både store og små bogstaver) præsenteret i 500 ms midt på skærmen. Et fikseringskryds præsenteres under 3000 ms interstimulusintervallet. Deltageren instrueres i kun at svare, når der præsenteres et brev, der matcher (dvs. target) den, der blev præsenteret n forsøg tidligere, mens den ikke reagerede på de umatchede stimuli (ikke-mål). Der vil blive brugt to belastningsforhold (1-back og 2-back), som stiller stigende krav til WM-processer. Omkring 50 forsøg pr. belastningstilstand vil blive indsamlet for hver deltager. Ydeevnen vil blive optaget ved hjælp af en MEG-kompatibel responspude, hvor pegefingeren blokerer og ophæver en laserstråle. Outputtet fra responspuden inklusive reaktionstider vil blive registreret i MEG-filen. Den procentvise korrekte respons på mål- og ikke-målstimuli vil blive målt.

Forskellig fra den konventionelle MEG-tilgang, hvor sensorbølgeformer beregnes i gennemsnit med hensyn til begyndelsen af ​​stimuli, vil sensorkovariansmatricerne for individuelle forsøg blive beregnet. Derefter vil en total sensor-bølgeform kovariansmatrix for måltilstanden blive beregnet ved at beregne et gennemsnit på tværs af kovariansmatricerne fra individuelle forsøg for målstimuli. Derefter beregnes gennemsnittet af kovariansmatricerne på tværs af forsøg. Ved at bruge den totale kovariansmatrix vil voxel-vise MEG-kildestørrelsesbilleder, der dækker hele hjernen, blive opnået for hvert individ og hvert frekvensbånd, efter Fast-VESTAL-proceduren, se Metode i (Huang et al., 2014) og Appendiks i (Huang et al., 2016), måling af tidslåste signaler under en arbejdshukommelse N-back opgave for at evaluere forbedringer i hjernens funktion. En objektiv præ-whitening-metode vil blive anvendt til at fjerne korreleret miljøstøj og objektivt udvælge de dominerende egentilstande af sensor-bølgeform-kovariansmatrix (Huang et al., 2014).

Et andet mål er at studere de neuronale korrelater af potentielle kognitive dysfunktioner observeret ved hjælp af adfærdsmæssige foranstaltninger hos ældre voksne. Voxel-vise korrelationsanalyser vil også blive udført for at undersøge sammenhængen mellem N-back kildebilleder og neuropsykologiske scores. Alle emner vil blive kombineret til korrelationsanalyserne. I hvert frekvensbånd vil MEG-kildebillederne i MNI-152-rummet (efter den rumlige udjævning og logaritmetransformation) blive dannet i tre 4D-datasæt: Dimensioner 1-3 repræsenterer x-, y- og z-koordinaterne, og den fjerde dimension repræsenterer alle fag. I alt otte datasæt vil blive oprettet for 1- og 2-back-forhold og for fire frekvensbånd. Dernæst vil der langs den fjerde dimension blive udført voxel-vise gentagne mål korrelationsanalyser (Bakdash og Marusich, 2017) mellem MEG-kildebilleder og hver af de neuropsykologiske scores. For hvert frekvensbånd vil 1- og 2-back-tilstandene blive behandlet som gentagne mål i sådanne analyser. I denne undersøgelse vil vi kun undersøge de neuropsykologiske scores, der viser statistiske gruppeforskelle. De gentagne mål korrelationsanalyser skaber r-værdi korrelationskort og klyngeanalyse, der vil blive brugt til at kontrollere for familiemæssige fejl på et korrigeret p<0,01 niveau for r-værdi kortene, svarende til korrektionsproceduren for F-værdien Kort.