Neurofeedback mit TMS als Bewertungsinstrument

NeuroFeedback kann als eine Form von Biofeedback beschrieben werden, die auf Aufzeichnungen der Gehirnaktivität basiert, die durch bildgebende Verfahren wie Echtzeit-fMRI (Johnston et al., 2010), aber hauptsächlich unter Verwendung von Kopfhaut-EEG-Aufzeichnungen (Angelakis et al., 2007) widergespiegelt werden. Diese Methode basiert auf klassischen und operanten Lernparadigmen und wird seit 40 Jahren als therapeutische Methode bei einer Reihe von Krankheitsbildern wie Epilepsie, Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung und dem Locked-in-Syndrom angewendet (Kübler et al., 2009; Vernon, Frick & Gruzelier, 2004) und um die Leistung bei gesunden Probanden zu optimieren (Egner & Gruzelier, 2003). Die Teilnehmer können ihre Echtzeit-Gehirnaktivität in Form von animierten visuellen oder auditiven Stimuli (das Feedback) erleben, die mit einer bestimmten Eigenschaft der aufgezeichneten Aktivität kovariieren. Indem sie für das Erreichen von Zielen verstärkt werden, lernen die Teilnehmer, ihre Gehirnaktivität willentlich zu modulieren. Das Feedback stellt die Gehirnaktivität kontinuierlich mit einer minimalen Verzögerung dar, die bei modernen Geräten in der Größenordnung von einigen zehn Millisekunden liegt.

sLORETA ist eine weit verbreitete lineare, diskrete, sofortige, inverse Lösungsnähe mit vollem Volumen für elektromagnetische Messungen des Gehirns (Pascual-Marqui, Esslen, Kochi & Lehmann, 2002; Pascual-Marqui, 2002). Während EEG ein Maß für Variationen des elektrischen Potentials auf einer zweidimensionalen Oberfläche ist, schätzt sLORETA die Stromdichte in einem dreidimensionalen Raum, die zu der Potentialdivergenz auf der Kopfhaut führt.

EEG-Tomographie-gesteuertes Bio-Feedback korreliert das physiologische Signal mit einem kontinuierlichen Feedback-Signal; das physiologische Signal ist jedoch als Stromdichte in einem bestimmten interessierenden Bereich (ROI) definiert, die mit Hilfe des sLORETA-Algorithmus berechnet wird. Dadurch kann das kontinuierliche Rückkopplungssignal zu einer Funktion der intrakraniellen Stromdichte werden und sich mit dieser kovariieren.

In der ersten LORETA-Neurofeedback-Studie, die darauf ausgelegt war, die Möglichkeit der Anwendung dieses Protokolls bei gesunden Probanden zu bewerten, zeichneten Condego (2004) et al. die Stromdichte aus dem anterioren cingulären Cortex (ACC) ihrer Probanden auf und meldeten sie als Größe an die Probanden zurück einer Diskette, die auf einem Computerbildschirm präsentiert wird. Eine größere Größe einer Scheibe repräsentierte eine höhere Stromdichte, die von der ACC des Subjekts aufgezeichnet wurde. Die Probanden wurden angewiesen, den Kreis so groß wie möglich zu machen, und wurden daher für eine höhere ACC-Aktivität verstärkt. Die Ergebnisse dieser Studie unterstützten die Wirkung des LORETA-Neurofeedback-Protokolls auf die Leistung der Testperson bei einer Aufgabe mit anhaltender Aufmerksamkeit.

Dies unterstützt die 'LORETA-Neurofeedback'-Wirkung auf die kognitive Leistungsfähigkeit, jedoch gibt es noch keinen direkten Beweis für die Wirkung von LORETA-Neurofeedback auf die Erregbarkeit des neuralen Gewebes selbst. Ein solcher direkter Nachweis kann durch Einzelpuls-TMS-Messung der motorischen Cortex-Plastizität erzielt werden.

Ros et al. (2010) zeigten die Wirkung des unipolaren Neurofeedback-Protokolls auf die Erregbarkeit des motorischen Kortex. In ihrer Studie wurde die Aufzeichnungselektrode in C3 (10-20-System) über dem motorischen Kortex positioniert und die Probanden nahmen an einem Neurofeedback-Protokoll teil. Die Plastizität des Motorkortex wurde auf beiden Hemisphären vor und nach dem Zug gemessen. Die Ergebnisse zeigten eine höhere Plastizität unter der Trainingselektrode im Vergleich sowohl vor dem Training als auch im Vergleich zum homologen Ort auf der gegenüberliegenden Hemisphäre.

Studienziel

In dieser Studie werden wir die spezifische Wirkung des M1-Trainings unter Verwendung von sLORETA-Neurofeedback auf die Erregbarkeit des motorischen Kortex auf beiden Hemisphären vor und nach dem Training im Vergleich zur Wirkung des Trainings des oberen Parietalgyrus (SPG) untersuchen.

Design Ein aktiv gesteuertes Doppelrollo, gemischtes Design. Der differentielle Protokolleffekt wird sowohl vor als auch nach der Anwendung untersucht. Außerdem wird ein Vergleich zwischen der trainierten Hemisphäre und der untrainierten Hemisphäre durchgeführt.

Statistische Analyse Wie in Abbildung 1 dargestellt, wird unser Design als 2 × 2 × 2 analysiert, mit einem Ziel für den Zug (M1, SPG) als eines zwischen dem Subjektfaktor und der weiteren Seite der motorischen Erregbarkeitsbewertung (links / rechts) und vor / nach der NBF-Ausbildung als zwei innerhalb der Fachfaktoren. ANOVA wird für den dreifachen Wechselwirkungseffekt berechnet.

Methode Protokoll Die Teilnehmer werden nach dem Zufallsprinzip entweder der aktiven Behandlungsgruppe rM1 (rechter primärer motorischer Kortex) oder der aktiven Behandlungsgruppe rSPG (rechter oberer Parietalgyrus) zugeordnet (siehe Abbildung 1). Der Experimentator programmiert das Trainingsprotokoll für jedes Subjekt separat. Der Neurofeedback-Therapeut wählt das Protokoll anhand der zugehörigen Subjektnummer aus. Daher sind der Teilnehmer und der Therapeut beide blind für die experimentellen Bedingungen.

Vor der ersten Sitzung werden den Teilnehmern die zugrunde liegenden Prinzipien des EEG-Bio-Feedbacks erklärt und sie werden freundlich gebeten, eine Einwilligungserklärung zu unterzeichnen, die auf dem Antragsformular der Ethikkommission zu finden ist.

Alle Aufnahmen und Sitzungen werden in einem angenehm abgedunkelten, schallgedämpften Raum im Beer-Sheva Psychiatric Center durchgeführt. Beleuchtung und Temperatur werden für die Dauer des Experiments konstant gehalten. Die Teilnehmer werden für eine Sitzung ins Labor eingeladen, um das gesamte Forschungsprotokoll abzuschließen.

Der Zeitplan der Sitzung ist in Abbildung 2 dargestellt. Zunächst werden die Probanden vor dem Neurofeedback-Training (T0) die MRT-Aufgabe (Shepard & Metzler, 1971) abschließen, danach werden wir die Erregbarkeit des motorischen Kortex (MEP) beider Hemisphären mit Einzelpuls-TMS testen Paradigma (unten beschrieben). Nach dem MEP werden dreiminütige EEG-Grundlinien bei geöffneten Augen und dreiminütigen Augen bei geschlossenen Augen aufgezeichnet. Anschließend nimmt das Subjekt an einem sLORETA-Neurofeedback-Protokoll teil (unten beschrieben). Unmittelbar (T1) nach der Neurofeedback-Sitzung wiederholen wir die bei T0 durchgeführten Bewertungen gemäß der umgekehrten Zeitachse.

EEG-Aufzeichnungen zur elektrophysiologischen Datenerfassung finden sowohl zu Beginn als auch am Ende des Forschungsprotokolls statt. Wir werden einen EEG-Hut mit 19 Elektroden auf die Skulptur der Teilnehmer setzen, die an einem EEG-Verstärker befestigt ist. Alle verwendeten Geräte und Materialien sind für klinische und Forschungszwecke zugelassen und werden routinemäßig im Krankenhaus in variablen Behandlungsprotokollen verwendet und können daher als sicher angesehen werden.

Die Teilnehmer werden auf die EEG-Aufzeichnung vorbereitet, indem der Abstand zwischen Nasion und Inion gemessen wird, um die geeignete Kappengröße für die Aufzeichnung zu bestimmen (Electrocap, Inc; Blom & Anneveldt, 1982). Der Kopf wird vor jeder Sitzung gemessen und markiert, um die Konsistenz zu gewährleisten. Die Ohren und die Stirn werden für die Aufnahme mit einem milden Scheuergel gereinigt, um Öl und Schmutz von der Haut zu entfernen. Nach dem Anbringen der Kappen wird jede Elektrodenstelle mit Elektrogel injiziert und so vorbereitet, dass die Impedanzen zwischen den einzelnen Elektroden und jedem Ohr weniger als 5 kΩ betragen. Das Training wird unter Verwendung des internationalen 10/20-Standardsystems mit 19 Ableitungen durchgeführt. Der Vorbereitungsprozess sollte nicht länger als 20 Minuten dauern und den Teilnehmer nicht belasten.

TMS, Bewertung der Plastizität des motorischen Kortex Alle Messungen werden mit dem monophasischen Magnetstimulator Magstim 2000 (Magstim, Whitland, UK) durchgeführt.

Wir werden die TMS-Parameter beider Hemisphären auswerten, zuerst die rechte (trainierte) und dann die linke (untrainierte) Hemisphäre, um die hemisphärischen Effekte von NFB zu untersuchen.

Die Intensität der motorischen Ruheschwelle (RMT) wird als die niedrigste Stimulatorausgabeintensität definiert, die in mindestens der Hälfte von 10 Studien MEPs mit einer Spitze-zu-Spitze-Amplitude von mindestens 50 µV im FDI-Muskel induzieren kann.

Die aktive motorische Schwelle wird als die Intensität definiert, die erforderlich ist, um eine MEP von etwa 200 &mgr;V während einer maximalen freiwilligen Kontraktion von 5–10 % hervorzurufen.

CSE wird durch die Amplitude des MEP quantifiziert, die durch einen einzelnen Test-TMS-Impuls ausgelöst wird. Die Testimpulsintensität wird so eingestellt, dass sie eine durchschnittliche MEP-Amplitude von 1 mV bei der Grundlinie (T0) ergibt, und wird während des gesamten Experiments konstant gehalten.

EEG-Biofeedback-Protokolle

Parameter:

Aufzeichnungsverstärker: Mitsar-EEG 201© Elektrodenpositionierung: 19 Elektrodenpositionierung nach dem Standard 10/20-System mit EEG-Haube mit Gel-Elektroden, die routinemäßig im Krankenhaus zur EEG-Auswertung und EEG-Biofeedback-Therapie verwendet werden.

ROI: rechts M1 (feste Talairach-Koordinaten: 34, -18, 35) rechts SPG (feste Talairach-Koordinaten: 24, -55, 50) Frequenzziele: Erhöhung der Hi-Alpha-Frequenz, Schwellenwert wird für jedes Subjekt individuell auf den ersten eingestellt Quartil der Hi-Alpha-Stromdichteverteilung über die ersten 120 Sekunden der Trainingseinheit.

Visuelle Reize: Ein emotional neutraler Film (Naturszenen). Verstärkungsmethode: Die aktuelle Quelldichte im ROI wird mit der Bildqualität durch weißes visuelles Rauschen variiert, das dem Bild hinzugefügt wird. Je näher der Teilnehmer der vordefinierten Schwelle kommt (siehe oben), desto klarer wird die Sicht. Gemäß der Neurofeedback-Hypothese wird ein klareres Bild in einer Videopräsentation die letzte Änderung der Gehirnaktivität in der trainierten Region verstärken.

Alle Verfahren gelten als sicher und werden standardmäßig und routinemäßig für die Behandlung und Forschung mit minimalen Nebenwirkungssymptomen eingesetzt, die in den letzten 40 Jahren der Anwendung dieser therapeutischen Methode berichtet wurden.