Verbesserungen der kognitiven Fähigkeiten älterer Erwachsener durch dynamisches visuelles Aufmerksamkeitstraining

Das Ziel dieser Studie ist es zu zeigen, dass Neurotraining im Zentrum des Bewegungsarbeitsbereichs (PATH), das die Kontrastempfindlichkeit für die Richtungsunterscheidung (Dorsalstromaktivität) verbessert, die kognitiven Fähigkeiten bei älteren Erwachsenen signifikant verbessert, mehr als bei denen, die ein Training zur Verbesserung der Orientierung durchführen Diskriminierung: Ventralstromaktivität (Scheintraining). Gehirntraining wird 12 Wochen lang dreimal pro Woche für 20 Minuten durchgeführt: Arm 1) PATH-Neurotraining und Arm 2) Scheintraining. Die Forscher sagen voraus, dass ältere Erwachsene, die PATH-Neurotraining machen, ihre visuellen und kognitiven Fähigkeiten verbessern werden, indem sie Aufmerksamkeit, Multitasking, Verarbeitungsgeschwindigkeit, Leseflüssigkeit und Arbeitsgedächtnis verbessern, deutlich mehr als diejenigen, die Scheintraining machen. Diese Vorhersage wird bewertet, indem gemessen wird, ob sich ältere Erwachsene bei standardisierten Tests der kognitiven Fähigkeiten nach dem PATH-Neurotraining mehr verbessern als ältere Erwachsene, die ein Orientierungsunterscheidungstraining durchführen, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit und Aufmerksamkeit zu verbessern. Die MEG-Gehirnbildgebung wird verwendet, um zu zeigen, dass das PATH-Training die dorsalen, Aufmerksamkeits- und exekutiven Kontrollnetzwerke verbessert, wie zuvor festgestellt wurde, mehr als Scheintraining. Die Forscher sagen voraus, dass diese Verbesserungen sowohl bei gesunden Erwachsenen als auch bei Patienten mit MCI zu finden sind.

Die Machbarkeit eines schnellen, effektiven Gehirntrainings wird durch den Einsatz von Verhaltensmethoden zur Behebung des altersbedingten kognitiven Rückgangs und zur Behandlung der mit MCI verbundenen kognitiven Beeinträchtigung und/oder Verhaltenssymptome sowie zur Verlangsamung und/oder Umkehrung des Verlaufs bewertet kognitiven Verfall oder um ihn ganz zu verhindern. PATH Neurotraining bietet ein computerbasiertes Produkt zur schnellen und effektiven Behebung der visuellen und kognitiven Schwierigkeiten älterer Erwachsener. Das innovative PATH-Neurotraining verbessert das Zentrum des Bewegungsarbeitsbereichs, während das Scheintraining das Zentrum des Orientierungsunterscheidungsarbeitsbereichs verbessert. Die beiden Gehirntrainingsgruppen werden in Bezug auf gesunde ältere Erwachsene und solche mit MCI ausgewogen sein. Ein Proband wird als MCI angesehen, wenn der WAIS Working Memory Index-Score weniger als 50 Prozent beträgt und der MOCA einen Score von 19-25 hat. Diese Gruppen werden auch in Bezug auf Alter und Lesegeschwindigkeit, ein sensibles Maß für die Verarbeitungsgeschwindigkeit, ausgewogen sein.

Die Hälfte der älteren Erwachsenen absolviert das PATH-Neurotraining für 12 Wochen und die andere Hälfte absolviert ein Scheintraining für 12 Wochen. Weitere 12 Wochen werden benötigt, um das Personal zu schulen, Probanden zu rekrutieren und die standardisierten Tests und die MEG-Bildgebung abzuschließen. Die Wahl, welche Erwachsenen welche Art von Gehirntraining durchführen, wird randomisiert und vom Studienstatistiker Prof. John Shelley-Tremblay bestimmt. Nach anfänglichen standardisierten Tests werden 12 Erwachsene, die das PATH-Training absolvieren, für die Prä-Post-MEG-Bildgebung des Gehirns ausgewählt.

Präzise Messungen mit prä- und poststandardisierten Tests der kognitiven Fähigkeiten werden verwendet, um die verbesserte visuelle und kognitive Leistung (Aufmerksamkeit, Verarbeitungsgeschwindigkeit und Gedächtnis) zu validieren, über die zuvor bei älteren Erwachsenen berichtet wurde. Standardisierte Tests und MEG-Bildgebung bei einer Teilmenge werden vom Personal vor und nach dem kognitiven Training durchgeführt, um die Verbesserungen der kognitiven Fähigkeiten nach Behandlung (PATH-Neurotraining) und Kontrollinterventionen (Scheintraining) zu bewerten.

Die Bewertung der Verbesserungen der kognitiven Fähigkeiten älterer Erwachsener wird nach Probandentyp gruppiert: ob der Erwachsene gesund ist oder MCI hat, um festzustellen, welche Intervention die kognitiven Fähigkeiten am meisten verbessert. Die Forscher sagen voraus, dass das PATH-Neurotraining die Lesegeschwindigkeit, das Arbeitsgedächtnis und die Aufmerksamkeit (kognitive Flexibilität) bei älteren Erwachsenen signifikant verbessern wird (bei p ≤ 0,05) mehr als nach einem Training mit Scheintraining. Dies wird von beiden bewertet: 1) Messung, ob sich ältere Erwachsene bei den oben aufgeführten standardisierten Tests nach dem Gehirntraining verbessern, und 2) MEG-Gehirnquellenbildgebung, um zu validieren, dass sich die Funktion von Dorsalstrom, Aufmerksamkeit und exekutiven Kontrollnetzwerken nach PATH-Neurotraining signifikant verbessert .

Diese Studie sieht vor, 40 ältere Erwachsene im Alter zwischen 55 und 75 Jahren zu untersuchen, 20 in jeder Gruppe. Ältere Erwachsene werden durch das Versenden von Broschüren rekrutiert und erhalten Empfehlungen von Dr. James Brewer und Dr. Michael Lobatz, die beide mit älteren Erwachsenen mit Alzheimer-Krankheit arbeiten.

Trainingsverfahren. Gehirntrainingsübungen werden in einer High-Fidelity-Weise implementiert, unter Verwendung eines detaillierten schriftlichen Protokolls, das alle Forschungsassistenten (RAs) sorgfältig befolgen, neuer PATH-Trainingsfilme und neuer Motivationsstrategien. Mitarbeiter werden an der UCSD nach Interviews mit Studenten der Kognitionswissenschaften eingestellt, die auf eine Anzeige auf Handshake geantwortet haben, dem UCSD-Portal, das Praktika für UCSD-Studenten bewirbt. Die Einstellung von RAs für dieses Projekt und eines Senior RA (SRA) zur Überwachung der Studie erfolgt durch den PI der UCSD. Elf RAs werden eingestellt, um standardisierte Tests und beide Arten von Gehirntraining für ältere Erwachsene am Perception Dynamics Institute (PDI) durchzuführen, das über eine Klinik verfügt, die sich ideal zum Sammeln von Daten in einer ruhigen Umgebung mit einfachem Zugang für ältere Erwachsene befindet. Neue Schulungsvideos für ältere Erwachsene werden von Leslie Peters bei Desert Bay Productions in Encinitas entwickelt.

Die RAs stellen sicher, dass jeder ältere Erwachsene bei der Arbeit ist und das PATH-Neurotraining (pathtoreading.com) absolviert. entwickelt, um die dorsalen Gehirnbahnen zu aktivieren, und Sham-Training, das entwickelt wurde, um die ventralen Gehirnbahnen zu aktivieren, und durchläuft jedes Programm zeitnah, indem es ihre Daten untersucht. Der PI, der über umfangreiche Erfahrung in der Durchführung kontrollierter Validierungsstudien verfügt, wird für die Schulung des gesamten Personals verantwortlich sein, den täglichen Betrieb führen, der die Überwachung standardisierter Tests und die Verwaltung der Interventionen erfordert.

Maßnahmen zur Bewertung der Wirksamkeit des Trainings zur Verbesserung der visuellen und kognitiven Fähigkeiten.

Verhaltensmaß: Standardisierte Tests kognitiver Fähigkeiten werden am PDI von UCSD-Studenten der Kognitionswissenschaft durchgeführt, die vom PI ausgebildet wurden, wie zuvor. Alle Teilnehmer werden anhand eines 9-Punkte-Fragebogens, der in Menschliche Probanden beschrieben wird, einer Überprüfung ihrer Krankengeschichte und alltäglichen Aktivitäten unterzogen, die sich mit zunehmendem Alter auswirken. Da es sich um zeitgesteuerte Tests mit Testelementen handelt, die nicht für zukünftige Tests gespeichert werden können, werden Übungseffekte minimiert. Kognitive Bewertungen, deren Durchführung etwa eine Stunde dauert, werden vor und nach dem Training durch standardisierte Tests für Erwachsene bewertet, um Folgendes zu messen:

1. Achtung mit Delis-Kaplan Executive Function System (D-KEFS) Color-Word Interference Test (10 Minuten).
2. Lesegeschwindigkeit unter Verwendung der computerbasierten Lesegeschwindigkeitsaufgabe (Lesen von 6 Wörtern Text auf dem Bildschirm) aus einer interessanten Geschichte bei zunehmender Geschwindigkeit, um 2 Lesegeschwindigkeitsschwellenwerte unter Verwendung eines Doppeltreppenverfahrens zu messen, nachdem sie durch das Ansehen des Lesegeschwindigkeitsfilms trainiert wurden. (5 Minuten).
3. Verarbeitungsgeschwindigkeitsindex (Wechsler Adult Intelligence Scale (WAIS)-4 Untertests für Kodierung und Symbolsuche) und Arbeitsgedächtnisindex (WAIS-4 Untertests für Ziffernspanne und Buchstabenfolge), (10 Minuten).
4. Visuelles Arbeitsgedächtnis (VWM) unter Verwendung von Test of Information Processing Skills, mit zwei Ablenkungsaufgaben, einer Zählaufgabe und Wiederholung eines kurzen Satzes, Tiernamen am Ende des Tests (10 Minuten).

Biomarker-Messung: Die MEG-Bildgebung wird verwendet, um einen Biomarker bereitzustellen, um zu zeigen, dass nur die Verbesserung der Dorsalstromfunktion die kognitiven Fähigkeiten bei älteren Erwachsenen verbessert. Um die Durchführbarkeit des PATH-Neurotrainings zur Verbesserung der kognitiven Funktion bei älteren Erwachsenen festzustellen, wird Prof. Ming-Xiong Huang voxelweise Bilder der MEG-Quellengröße von 12 älteren Erwachsenen aufzeichnen, um die kortikalen Bereiche zu bestimmen, deren Funktion sich nach dem PATH-Neurotraining und nach dem Scheintraining verbessert . Die MEG-Bildgebung des Gehirns unter Verwendung des Fast-VESTAL-Verfahrens (Huang et al. 2016, 2017, 2018) zeigte, dass dieses Bewegungsunterscheidungstraining die zeitgebundene Aktivität im Rückenstrom, Aufmerksamkeit und exekutiven Kontrollnetzwerken verbesserte. MEG-Bilder, die das gesamte Gehirn abdecken, für jedes Frequenzband, nach dem Fast-VESTAL-Verfahren, um zeitgebundene Signale während einer Arbeitsgedächtnis-N-Back-Aufgabe zu messen, werden verwendet, um Verbesserungen der Gehirnfunktion zu bewerten. Die N-Back-Aufgabe ist eines der am häufigsten verwendeten WM-Paradigmen (Gevins und Cutillo, 1993), um die neuronale Grundlage von WM-Prozessen zu untersuchen. Für jeden Teilnehmer werden zwei MEG-Prüfungen durchgeführt, eine vor und eine nach dem PATH- oder Scheintraining.

N-Back-Arbeitsgedächtnisaufgabe. Die Teilnehmer werden MEG-Aufnahmen unterzogen, während sie eine N-Rücken-WM-Aufgabe durchführen. Die Aufgabe umfasst die Online-Überwachung, -Aktualisierung und -Manipulation von gespeicherten Informationen. Während der Aufgabe muss der Teilnehmer eine Reihe von Buchstaben (sowohl Groß- als auch Kleinbuchstaben) überwachen, die für 500 ms in der Mitte des Bildschirms präsentiert werden. Während des Interstimulus-Intervalls von 3000 ms wird ein Fixationskreuz präsentiert. Der Teilnehmer wird angewiesen, nur zu antworten, wenn ein passender Buchstabe vorgelegt wird (d. h. Ziel) dasjenige, das n Versuche zuvor präsentiert wurde, während es nicht auf die nicht angepassten Stimuli reagierte (Nicht-Ziel). Es werden zwei Lastzustände verwendet (1-Back und 2-Back), die steigende Anforderungen an WM-Prozesse stellen. Für jeden Teilnehmer werden etwa 50 Versuche pro Belastungszustand gesammelt. Die Leistung wird mit einem MEG-kompatiblen Antwortpad aufgezeichnet, bei dem der Zeigefinger einen Laserstrahl blockiert und wieder freigibt. Die Ausgaben des Antwortpads inklusive Reaktionszeiten werden in der MEG-Datei aufgezeichnet. Der Prozentsatz korrekter Antworten auf Ziel- und Nicht-Zielreize wird gemessen.

Anders als beim herkömmlichen MEG-Ansatz, bei dem Sensorwellenformen in Bezug auf den Beginn der Stimuli gemittelt werden, werden die Sensorkovarianzmatrizen für einzelne Versuche berechnet. Dann wird eine gesamte Sensorwellenform-Kovarianzmatrix des Zielzustands berechnet, indem über die Kovarianzmatrizen aus einzelnen Versuchen für die Zielreize gemittelt wird. Dann werden die Kovarianzmatrizen über die Versuche hinweg gemittelt. Unter Verwendung der Gesamtkovarianzmatrix werden voxelweise MEG-Quellengrößenbilder, die das gesamte Gehirn abdecken, für jedes Subjekt und jedes Frequenzband nach dem Fast-VESTAL-Verfahren erhalten, siehe Methode in (Huang et al., 2014) und Anhang in (Huang et al., 2016), Messung zeitgebundener Signale während einer Arbeitsgedächtnis-N-Back-Aufgabe, um Verbesserungen der Gehirnfunktion zu bewerten. Eine objektive Pre-Whitening-Methode wird angewendet, um korreliertes Umgebungsrauschen zu entfernen und die dominanten Eigenmoden der Sensor-Wellenform-Kovarianzmatrix objektiv auszuwählen (Huang et al., 2014).

Ein weiteres Ziel ist die Untersuchung der neuronalen Korrelate potenzieller kognitiver Dysfunktionen, die anhand von Verhaltensmessungen bei älteren Erwachsenen beobachtet werden. Voxelweise Korrelationsanalysen werden auch durchgeführt, um die Assoziation von N-Back-Quellbildern und neuropsychologischen Scores zu untersuchen. Für die Korrelationsanalysen werden alle Fächer miteinander kombiniert. In jedem Frequenzband werden die MEG-Quellbilder im MNI-152-Raum (nach der räumlichen Glättung und logarithmischen Transformation) in drei 4D-Datensätze umgewandelt: Die Dimensionen 1-3 repräsentieren die x-, y- und z-Koordinaten, und die vierte Dimension repräsentiert alle Subjekte. Insgesamt werden acht Datensätze für 1- und 2-Back-Bedingungen und für vier Frequenzbänder erstellt. Als nächstes werden entlang der vierten Dimension voxelweise Korrelationsanalysen mit wiederholten Messungen (Bakdash und Marusich, 2017) zwischen MEG-Quellbildern und jedem der neuropsychologischen Scores durchgeführt. Für jedes Frequenzband werden die 1- und 2-Back-Bedingungen in solchen Analysen als wiederholte Messungen behandelt. In dieser Studie werden wir nur die neuropsychologischen Scores untersuchen, die statistische Gruppenunterschiede zeigen. Die Korrelationsanalysen mit wiederholten Messungen erstellen r-Wert-Korrelationskarten und Clusteranalysen, die verwendet werden, um familienbezogene Fehler auf einem korrigierten p < 0,01-Niveau für die r-Wert-Karten zu kontrollieren, ähnlich dem Korrekturverfahren für den F-Wert Karten.