EEG-Biofeedback zur Verbesserung des Gedächtnisses bei Erwachsenen mit Demenz (QMFFTD)

Ziele und Bedeutung

1. Was ist (sind) das/die primäre(n) Ziel(e) der Studie? Frontotemporale Demenz (FTD). Wir werden auch die Auswirkungen der EEG-gesteuerten Photostimulation während des PAF-Neurofeedbacks auf das Lernen höherer PAF-Zustände und damit verbundener klinischer Ergebnisse messen.
2. Was ist (sind) das/die sekundäre(n) Ziel(e) der Studie? In dieser Studie wird eine Vielzahl klinischer, neuropsychologischer und physiologischer Variablen erhoben. Zum Beispiel wird bei der Aufnahme eine vollständige quantitative EEG-Bewertung (QEEG) mit 19 Kanälen durchgeführt. Die Beziehung zwischen EEG-Stärke und -Kohärenz und den Symptomen dieser Störung könnte möglicherweise einen wichtigen Beitrag zur Literatur über den Nutzen von QEEG für die Differentialdiagnose leisten.

Ein weiteres Ziel der Studie ist es, zum Verständnis der Funktionsweise von Neurofeedback beizutragen. Zum Beispiel werden wir Messungen durchführen, um festzustellen, ob das Erlernen der Kontrolle des PAF das Bewusstsein eines inneren subjektiven Zustands im Zusammenhang mit dem PAF beinhaltet. Auch die Wirkung des Belohnungssignals auf eine Gehirnwelle namens P300 kann zeigen, wie wichtig es ist, dass der Belohnungston die meiste Zeit während Neurofeedback-Sitzungen erklingt. Schließlich messen wir, ob sich der Blutfluss während des EEG-Biofeedbacks ändert und ob das EEG durch das Blutfluss-Biofeedback beeinflusst wird.

Wir schlagen mehrere Messungen vor, die zum Verständnis des Wirkmechanismus von Neurofeedback beitragen werden.

Frontotemporale Demenz und zerebrale Hyperperfusion Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT)-Studien haben gezeigt, dass der zerebrale Blutfluss in den frontalen und temporalen Regionen bei FTD-Patienten signifikant reduziert ist (Miller et al., 1997; Read et al., 1995). Die anatomische Verteilung von reduziertem CBF entspricht dem Muster neuropsychologischer Defizite (McMurtray et al., 2006).

Es überrascht nicht, dass Magnetresonanztomographie (MRI) und Computertomographie (CT) bei FTD-Patienten eine Atrophie in den frontalen und temporalen Regionen zeigen (Mendez et al., 1996; Neary und Snowden, 1996). Spilled et al. (2005) stellten die Hypothese auf, dass Neurodegeneration und Demenz größtenteils sekundär zu Pathologien des zerebralen Blutflusses sind. Im Vergleich zu älteren Kontrollpersonen mit optimaler kognitiver Funktion unterschieden sich Patienten mit DSM-IV-Demenz nicht signifikant von älteren Kontrollpersonen in Bezug auf die Anzahl der Hirninfarkte. Demenzpatienten zeigten signifikant mehr Läsionen der weißen Substanz (p = 0,028) und Liquor cerebrospinalis (CSF; p = 0,016), aber eine Verringerung des zerebralen Blutflusses hatte die größte Effektgröße (p

Ein weiteres Argument für die zentrale Rolle des Blutflusses bei Demenz ist, dass Alzheimer-Patienten mit Hirnschäden (Regionen mit Hyperintensität des MRT-Signals) eine erhöhte Sauerstoffextraktion pro ml/min aufweisen. Das heißt, eher die Blutversorgung als die Nachfrage scheint das Problem zu sein. Es wäre zu erwarten, dass die Sauerstoffextraktion unverändert bleibt, wenn der reduzierte Blutfluss sekundär zu Gewebeschäden wäre (Spilt et al., 2005; Yamaji et al., 1997).

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET)-Bildgebung bei FTD-Patienten zeigt einen reduzierten Glukosestoffwechsel im frontalen und vorderen Temporallappen, aber auch im Gyrus cinguli, insula, uncus und subkortikalen Strukturen (Jeong et al., 2005; Garraux et al., 1999 ; Ishi et al., 1998). Grimmeret al. (2003) führten eine Längsschnittstudie an zehn Patienten durch, bei denen FTD diagnostiziert wurde. Bei der Erstbeurteilung hatten FTD-Patienten im Vergleich zu Kontrollen eine reduzierte Stoffwechselaktivität in frontalen kortikalen Bereichen, den Nuclei caudatus und den Thalami. Bei einem Follow-up von 1-2 Jahren wurde eine signifikante Progression der ursprünglichen Defizite im orbitofrontalen Kortex und den subkortikalen Strukturen beobachtet.

Angesichts der erheblichen Beweise, die Demenz und FTD insbesondere mit einer verminderten zerebralen Durchblutung in Verbindung bringen, nehmen wir an, dass das Training von FTD-Patienten zur Erhöhung der zerebralen Durchblutung die FTD-Symptome lindern und das Fortschreiten der Krankheit verlangsamen wird.

Jüngste Studien haben gezeigt, dass Menschen lernen können, CBF durch Biofeedback zu steigern. Yooet al. (2006) zeigten, dass Teilnehmer, denen beim Hören von Musik ein Feedback zur fMRT-Aktivität des Hörkortex gegeben wurde, in der Lage waren, die mittlere Blutsauerstoffversorgung sowie die Anzahl signifikanter Voxel signifikant zu erhöhen. Eine andere Studie (deCharms et al., 2005) trainierte die Teilnehmer, die fMRT-Aktivität im rostralen anterioren cingulären Gyrus (RACG) zu ändern, einer Region, die an der Schmerzwahrnehmung beteiligt ist. Zu den Kontrollbedingungen gehörten Schein-Feedback oder Feedback aus einer anderen Gehirnregion. Wenn ein schädlicher thermischer Stimulus angewendet wurde, hatten die Teilnehmer eine verringerte Schmerzempfindung, wenn sie darauf trainiert wurden, die RACG-Aktivität zu verringern, und eine erhöhte Schmerzempfindung, wenn sie darauf trainiert wurden, die RACG-Aktivität zu erhöhen. In einer anderen Phase der Studie berichteten acht chronische Schmerzpatienten über verminderte Schmerzen nach Down-Training fMRT in derselben Region.

fMRI kostet mehr als 1000 US-Dollar pro Sitzung, was diese Therapieform für die meisten Patienten unerreichbar macht. Es ist jedoch möglich, CBF-Neurofeedback für die äußersten 1,5 cm der Großhirnrinde mit einem relativ kostengünstigen Gerät bereitzustellen, das die Brechungseigenschaften von oxygeniertem Hämogoblin gegenüber rotem und infrarotem Licht nutzt (Toomim et al., 2004). Eine Lichtquelle wird mit einem Stirnband an der Kopfhaut (typischerweise an der Stirn) in 3 cm Entfernung von einem Infrarotsensor befestigt, der die relative Absorption durch sauerstoffreiches Blut erfasst. Dieses Verfahren ist als Hämoenzephalographie oder HEG bekannt. Toomim et al. (2004) zeigten, dass zehn Sitzungen die Impulsivitätswerte beim Test der Aufmerksamkeitsvariablen (TOVA) bei 28 Patienten mit unterschiedlicher Psychopathologie verbesserten. Carmen (2004) versorgte 100 Migränepatienten mit frontalem HEG und stellte fest, dass 90 % derjenigen, die mindestens sechs Sitzungen absolvierten, eine signifikante Verbesserung der Migränesymptome berichteten. In einer Einzelfallstudie berichtete Mize (2004), dass ein Kind mit ADHS eine signifikante Verbesserung des IVA zeigte, wobei diese Verbesserung bis zum 18-Monats-Follow-up anhielt.

Frontotemporale Demenz und Peak-Alpha-Frequenz

Die PAF bei gesunden Erwachsenen liegt im Durchschnitt bei 10-11 Hz. Ein höherer PAF ist mit einer höheren Gedächtnisleistung (Klimesch, 1997), Lesefähigkeit (Suldo, 2000), Wortschatz und Antwortkontrolle (Angelakis et al., 2004a) verbunden. Nach einer Reihe von kognitiven Aufgaben war PAF bei Patienten mit traumatischer Hirnverletzung im Vergleich zu normalen Kontrollen reduziert, aber nur schwach oder nicht signifikant reduziert im Vergleich zu Kontrollen während der Aufgabe oder den Ausgangsbedingungen. Daher haben Angelakis et al. (2004b) argumentierten, dass PAF sowohl ein Merkmal als auch ein Zustandsmarker der kognitiven Bereitschaft ist. Passant et al. (2005), Chan et al. (2004) und Yenneret al. (1996) beobachteten alle eine Verringerung der PAF bei FTD-Patienten.

Wir nehmen an, dass EEG-Biofeedback, das einen höheren PAF belohnt, zu einer Verbesserung der Symptome bei FTD-Patienten führt. Beim EEG-Biofeedback oder Neurofeedback wird das Echtzeit-EEG einer Person kontinuierlich als visuelles oder akustisches Signal präsentiert und gewünschte Variationen werden belohnt. Eine kürzlich durchgeführte doppelblinde kontrollierte Studie (Angelakis et al., 2007) zeigte, dass Neurofeedback, das erhöhte PAF belohnt, die kognitive Verarbeitungsgeschwindigkeit und exekutive Funktion bei normalen älteren Erwachsenen verbesserte.

Die Wirksamkeit von Neurofeedback als Therapie wurde bei Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS), Epilepsie, Angstzuständen und Suchterkrankungen nachgewiesen. Andere Erkrankungen wie Schizophrenie, Depression, Lernschwierigkeiten (LD) und traumatische Hirnverletzungen werden derzeit als Kandidaten für die Neurofeedback-Therapie untersucht (Monastra, 2003).

Frontotemporale Demenz und EEG-gesteuertes AVS

Wie das EEG-Neurofeedback hat sich die EEG-abhängige auditive und visuelle Stimulation (AVS) als vielversprechend für die Verbesserung der kognitiven Funktion durch Modifikation des PAF erwiesen. Umfangreiche Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass rhythmisches AVS EEG-Rhythmen induzieren kann, die der Stimulationsfrequenz entsprechen (Frederick et al., 2004). Russell (1997) berichtete über eine Studie, in der der kontinuierlich variierende PAF von LD- und ADHS-Kindern als Signal verwendet wurde, um AVS abwechselnd bei 5 % über und 5 % unter dem PAF für 30-Sekunden-Intervalle für 20-Minuten-Sitzungen zu erzeugen. Während das theoretische Ziel dieser Studie darin bestand, die Flexibilität der PAF zu verbessern (die mittlere Frequenz nicht zu ändern), zeigte sie, dass die Behandlung der PAF kognitive Dysfunktion wirksam behandeln kann. Diese Kinder zeigten signifikante Fortschritte bei den kognitiven und Verhaltensmessungen, die bis zum 16-monatigen Follow-up anhielten.

Wir gehen davon aus, dass die gleichzeitige EEG-gesteuerte Photostimulation während des Neurofeedbacks zur PAF-Verstärkung (bei der Belohnungen als Hörtöne mit geschlossenen Augen präsentiert werden) die Lernrate der PAF-Verstärkung erhöht und die therapeutische Wirksamkeit im Vergleich zum PAF-Neurofeedback allein erhöht. Die rhythmische Photostimulation trägt nicht nur dazu bei, eine höhere PAF zu induzieren, sondern hat auch den Vorteil, dass sie die CBF erhöht, indem sie sich wiederholende Aktivierungswellen im gesamten Gehirn auslöst. Es kann daher auch die Effekte des oben in Teil I beschriebenen HEG-Trainings verstärken.

Das Verständnis des Wirkmechanismus von Neurofeedback könnte möglicherweise zu verfeinerten Behandlungsmethoden mit verbesserter Wirksamkeit führen. Wir schlagen drei Messungen vor, die zu einem besseren Verständnis der Funktionsweise von Neurofeedback beitragen würden.

1. Eine gängige Praxis beim EEG-Neurofeedback besteht darin, das Belohnungssignal so anzupassen, dass der Klient die meiste Zeit mit eingeschaltetem Belohnungston verbringt. Es wird angenommen, dass dies die Motivation und Compliance verbessert, aber es könnte einen anderen Grund geben. Wenn der Belohnungston ertönt, läuft dies auf ein seltenes Ereignis hinaus, das eine Verhaltensänderung erfordert. Diese Situation ähnelt dem Design vieler Studien, die gezeigt haben, dass das Fehlen eines erwarteten Stimulus eine positive Auslenkung im EEG hervorruft, die als P300-Welle bezeichnet wird. Der P300 wurde mit dem Orientierungsreflex und mit einer Phasenrückstellung der Hintergrund-EEG-Rhythmen in Verbindung gebracht. Wenn ein größerer P300 während des Ausgleichs des Belohnungstons beobachtet wird als während des Beginns des Belohnungstons, würde dies darauf hindeuten, dass das Gehirn auf den Verlust der Belohnung mit einem elektrischen Signal reagiert, das die laufende EEG-Aktivität unterbricht und zurücksetzt. Dies würde der konventionellen klinischen Weisheit, häufige Belohnungen zu geben, eine unabhängige physiologische Unterstützung bieten.
2. Einige Theoretiker argumentieren, dass die Wirksamkeit von Neurofeedback von der Normalisierung der abnormalen Physiologie (z. B. PAF oder CBF) abhängt, die mit der Störung korreliert (Duff, 2004). Andere (Othmer, Othmer und Kaiser, 1999) argumentieren, dass die Wirksamkeit von Neurofeedback aus den adaptiven Reaktionen des Gehirns auf die durch Training induzierten veränderten Gehirnzustände resultiert. Dieses Modell ähnelt dem zur Erklärung der Wirksamkeit von Antidepressiva und könnte die Bedeutung mehrerer Sitzungen über Wochen und Monate des Trainings erklären. Daher werden wir messen, ob Änderungen in klinischen und neuropsychologischen Testvariablen mit den Änderungen von PAF und CBF zusammenhängen (Durchschnitt und Varianz pro Sitzung). Die Beziehungen (oder deren Fehlen) zwischen physiologischen und psychologischen Variablen aus dieser Studie werden zum Verständnis des Fachgebiets beitragen, wie Neurofeedback funktioniert.
3. Eine Kritik, die gegen das HEG-Training zugunsten des EEG-Biofeedbacks erhoben wird, ist, dass Änderungen des Blutflusses typischerweise sekundär zu metabolischen Anforderungen sind, die durch neuronale Aktivität erzeugt werden. Somit ist unklar, ob das HEG-Feedback eine unspezifische EEG-Aktivierung trainiert oder ob ein anderer Mechanismus beteiligt ist. Wir schlagen vor, das EEG neben der HEG-Trainingsstelle zu messen, um festzustellen, ob HEG-Veränderungen mit der EEG-Aktivierung korrelieren (erhöhte 14-21 Hz und reduzierte 4-7 Hz Amplitude oder erhöhte PAF). Es ist von ähnlichem Interesse zu sehen, ob die Messung der HEG-Durchblutungsintensität während des PAF-Trainings ansteigt.