EEG Theta-Beta Ratio Neurofeedback-Training (TBR-NFT)

Hintergrund EEG-Messungen im Ruhezustand können nützliche spektrale Leistungsindizes in verschiedenen Frequenzbändern erzeugen. Ein robuster Befund bei der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) war eine erhöhte Theta-Band-Leistung (typischerweise 4–7 Hz) im Vergleich zur Beta-Band-Leistung (13–30 Hz), die ansonsten als „Theta-Beta-Verhältnis“ (TBR; Barry , Clark & ​​Johnstone, 2003). TBR spiegelt möglicherweise Interaktionen zwischen subkortikalen und präfrontalen kortikalen Bereichen im Gehirn wider (Schutter & Knyazev, 2012). Eine aktuelle Studie des Labors der Universität Leiden zeigte, dass eine erhöhte TBR mit einer geringeren selbstberichteten Aufmerksamkeitskontrolle und einem stärkeren Rückgang der Aufmerksamkeitskontrolle nach Stressinduktion (Putman et al., 2014) zusammenhängt, die Kernelemente der kognitiven Leistungsangst sind (CPA); ein Phänomen, das definiert wird, wenn Ängste die Fähigkeit einer Person beeinträchtigen, eine Aufgabe auszuführen. Angesichts der Tatsache, dass das Theta/Beta-Verhältnis als Marker für die PFC-vermittelte Aufmerksamkeitskontrolle und die Anfälligkeit für die Auswirkungen von CPA dienen könnte, besteht das letztendliche Ziel unseres Forschungsprogramms darin, zu testen, ob die Verringerung des Theta/Beta-Verhältnisses zur Verringerung der Symptome von CPA wirksam sein könnte. Neurofeedback-Training ist eine Methode, um Änderungen in den EEG-Frequenzleistungsbändern zu induzieren. Online-Feedback zum EEG-Spektrum von Personen, während sie darum bitten, die Leistung in bestimmten Frequenzbändern zu erhöhen oder zu verringern, kann schließlich dazu führen, dass dies möglich ist (Vernon, 2005). Die Anwendung eines TBR-Neurofeedback-Trainings mit dem Ziel, TBR zu reduzieren, könnte bei der Reduzierung von Aufmerksamkeitsstörungen wie bei ADHS-Patienten wirksam sein (Lofthouse et al., 2012) und möglicherweise die Widerstandsfähigkeit gegenüber schädlichen Auswirkungen von Stress auf die Kognition erhöhen (Putman et al., 2014 ). Die Forscher möchten letztendlich die Auswirkungen dieses Trainings bei Personen mit erhöhter Anfälligkeit für CPA untersuchen; mit einer überdurchschnittlich hohen TBR. Das primäre Ziel der aktuellen Studie ist nur zu sehen, ob es möglich ist, die EEG-TBR-Signatur in dieser Population mit Hilfe unseres NFT-Protokolls zu verändern. Darüber hinaus möchten wir die Auswirkungen auf präfrontale Mechanismen untersuchen, die die Aufmerksamkeit auf störende Ablenker regulieren, indem wir eine Buchstabenfolge-Interferenzaufgabe (Bishop, 2009) zu festgelegten Zeitpunkten während des Trainings durchführen. Daten zu diesem kognitiven Maß werden nur verwendet, um das Design zukünftiger Studien zu informieren, und alle Ergebnisse werden in Veröffentlichungen ausdrücklich als explorativ (falls überhaupt) erwähnt und liefern keinen Beweis dafür, Hypothesen über die Auswirkungen unseres NFT-Protokolls zu akzeptieren oder abzulehnen kognitive Leistungsfähigkeit. Unser Design wird sich von dem weit verbreiteten Design randomisierter kontrollierter Studien (RCT) unterscheiden. RCT-Designs gelten im Allgemeinen anderen Methoden als überlegen, wenn es darum geht, den tatsächlichen Effekt einer Intervention abzuschätzen. Andere Designs wie Fallstudien oder gut abgestimmte Vergleichsgruppenstudien können jedoch Informationen liefern, die in klinischen Interventionsstudien ebenso wertvoll sind, wenn die Intervention überzeugende Beweise für ihre Wirkung liefert. Die aktuelle Studie dient als erster Versuch, ob wir die TBR durch ein Neurofeedback-Training reduzieren können, für das ein RCT-Design unnötig viel Zeit und Mühe kosten könnte. Wir schlagen eine Alternative zum RCT-Design vor, nämlich die Verwendung kleinerer Gruppen von Teilnehmern, die mit EEG-Ruhezustandsmessungen als Baseline beginnen und zu verschiedenen Zeitpunkten zu echtem Neurofeedback-Training wechseln; so genanntes „Fallseriendesign mit mehreren Grundlinien“. Praktische Vorteile des Multiple-Baseline-Designs bestehen darin, dass das Design weniger Teilnehmer erfordert und dass die Teilnehmer als ihre eigenen Kontrollen agieren. Zur Bestimmung der Wirksamkeit dieses Neurofeedback-Trainings werden visuelle Inspektionen und Einzelfallstatistiken verwendet, indem die TBR-Unterschiede pro Gruppe im Laufe der Zeit beobachtet werden (siehe Abschnitt „Statistischer Analyseplan“).

Ziele, Forschungsfrage und Hypothese Die Hauptziele dieser Studie werden darin bestehen, die Auswirkungen eines Neurofeedback-Trainings auf die Verringerung des EEG-Theta/Beta-Verhältnisses bei Personen mit erhöhtem TBR-Basiswert zu bewerten. Darüber hinaus werden die Ermittler mit einem sehr zweiten Wichtigkeitsgrad testen, ob eine Verringerung der TBR die kognitive Leistung bei einer Antwortkonfliktaufgabe erhöht.

Die Forschungsfragen werden sein; Kann ein TBR-Neurofeedback-Training bei gesunden (Nicht-ADHS) Menschen mit erhöhtem TBR TBR reduzieren und (sehr sekundär) wird das Training vielleicht die kognitive Leistungsfähigkeit bei einer Reaktionskonfliktaufgabe steigern? Wenn dies der Fall ist, könnten wir mit weiteren Studien fortfahren, um die Auswirkungen von NFT auf die kognitive Leistung bei CPA bei gesunden Menschen zu bewerten. Es wird erwartet, dass sich die TBR nach Beginn des Trainings verringert. Außerdem wird erwartet, dass sich die Leistung bei der Interferenzaufgabe verbessert, nachdem die Teilnehmer mit dem TBR-Neurofeedback-Training begonnen haben.

Design Die Ermittler verwenden eine einzelne blinde Fallserie mit mehreren Baseline-Designs, wobei eine Baseline vor Beginn des Trainings variiert. Durch die Randomisierung von 12 Teilnehmern über drei Bedingungen mit unterschiedlichen Zeitpunkten des Trainingsbeginns werden die Forscher eine Variation der Basislinie verwenden, die die Möglichkeit bietet, zwischen Zeiteffekten des Neurofeedback-Trainings zu unterscheiden. Alle Teilnehmer beginnen mit einer Baseline-Phase mit drei Sitzungen, die eine Sitzung mit Fragebögen, Interferenzaufgabentraining (um schnell eine Lerneffektobergrenze zu erreichen, um zusätzliche Leistungsänderungen nach der Intervention besser beobachten zu können) und eine Ruhezustands-EEG-Messung umfasst gefolgt von zwei weiteren Sitzungen mit Ruhezustands-EEG-Messungen und der Interferenzaufgabe. Die Teilnehmer der Gruppe A werden dann mit 14 Sitzungen des TBR-Neurofeedback-Trainings fortfahren. Gruppe B erhält sechs zusätzliche Basis-EEG-Messungen, bevor sie mit acht TBR-Neurofeedback-Sitzungen fortfahren. Gruppe C hingegen erhält nach der kurzen Baseline-Phase nur noch 14 Placebo-Trainingseinheiten. Vor jedem TBR-Neurofeedbacktraining oder Placebotraining wird eine vierminütige EEG-Ruhezustands-Ausgangsmessung durchgeführt.

Die minimale Anzahl realer Trainingseinheiten (acht) ist notwendig, um den Wirkungseintritt des Neurofeedback-Trainings anhand früherer Studien mit einem TBR-Neurofeedback-Training (z. Studer et al., 2014; Doppelmayr & Weber, 2011; Leins et al., 2007; Gevensleben et al., 2009). Auch eine höhere Anzahl an Trainingseinheiten ist wichtig, damit eine mögliche verzögerte Wirkung des Neurofeedback-Trainings noch beobachtet werden kann.

Ablauf Vor dem ersten Praktikum werden die Teilnehmer stratifiziert per Zufallsprinzip einer der drei Gruppen zugeteilt. Alle Teilnehmer besuchen das Labor 17 Mal. Beim ersten Besuch füllen die Teilnehmer eine Einverständniserklärung, demografische Informationen und Fragebögen aus. Sie werden mit einem Training für die Buchstabenketten-Interferenzaufgabe fortfahren, um Lerneffekte zu vermeiden. Am Ende des ersten Besuchs wird der EEG-Ruhezustand gemessen. Während des zweiten und dritten Besuchs erhalten die Teilnehmer nur eine EEG-Messung im Ruhezustand und führen die Aufgabe zur Störung der Buchstabenfolge durch. In den Sitzungen nach diesen Basismessungen erhalten die Teilnehmer eine 4-minütige EEG-Augen-offen-Ruhezustandsmessung, je nach Teilnehmergruppe entweder nach einem TBR-Neurofeedback-Training oder einem Placebo-Training. Nach dem Neurofeedback-Training, der Ruhezustandsmessung oder dem Placebo-Training führen die Teilnehmer immer die Buchstaben-String-Interferenz-Aufgabe durch. Die Sitzungen finden (fast) täglich statt und dauern ungefähr zwischen 50 und 60 Minuten. mit Ausnahme des ersten Fragebogens/Interferenztrainings, das 90 Minuten dauert. Das komplette Experiment wird daher 17-19 Stunden pro Teilnehmer in 4-6 Wochen dauern.

Materialien und Schulungsfragebögen Die Teilnehmer vervollständigen demografische Informationen und füllen die Trait- und State-Version des State-Trait Anxiety Inventory (STAI-t, STAI-s; Spielberger, 1983; Van der Ploeg et al., 1981) aus, die nur angepasst wurde Bericht über die vergangene Woche vor der ersten Sitzung und die Trait- und State-Version der Attentional Control Scale (ACS; Derryberry & Reed, 2002). Der STAI-t bewertet die Eigenschaftsangst (Bereich 20-80), der STAI-s bewertet den aktuellen Angstzustand des Teilnehmers und der ACS bewertet die Aufmerksamkeitshemmung, die Aufmerksamkeitsverschiebung und die Fähigkeit, flexibel neue Gedanken zu generieren (Bereich 20-80). Die interne Konsistenz dieser Fragebögen ist im Allgemeinen gut. STAI-t, ACS-t und ein demografischer Fragebogen werden nur während der ersten Sitzung und während der letzten Sitzung (nach dem Training) gemessen. Die STAI-s und ACS-s werden bei jeder Sitzung vor der EEG-Messung oder dem Training bewertet.

Aufgabe zur Interferenz von Buchstabenfolgen

Die Letter-String-Interferenzaufgabe wird wie in Bishop (2009) sein, mit dem einzigen Unterschied, dass in dieser Studie die neutralen Versuche weggelassen werden, da sie keinen informativen Wert auf kognitive Interferenz haben.

Neurofeedback-Theta/Beta-Ratio-Training. Das TBR-Neurofeedback-Signal wird mittels eines NeXus-4-Verstärker- und Aufnahmesystems (Mindmedia, Niederlande) gegeben. Eine Ag/AgCl-Einwegelektrode wird auf der Kopfhaut des Teilnehmers zwischen den Stellen Cz und FCz angebracht. Für eine qualitativ hochwertige und genaue EEG-Messung werden 16 zusätzliche In-Cap-Elektroden (BioSemi, Niederlande) an den Standorten F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, P3, Pz, P4, T7, TP7, T8 hinzugefügt , TP8, O1, Oz und O2) während jeder Sitzung. Jede Sitzung besteht aus einer vierminütigen Ruhezustandsmessung, gefolgt von einer 25-minütigen Messung/einem Neurofeedback-Training oder einem Placebo-Training. Die Schwellenwerte werden 20 % über (Beta) oder unter (Theta) der Amplitude des Teilnehmers eingestellt, berechnet und alle 15 Sekunden automatisch angepasst. Während des Trainings werden Theta- und Beta-Aktivität in separaten Balkendiagrammen auf dem Bildschirm visualisiert und die Teilnehmer werden angewiesen, „zu versuchen, die Theta-Aktivität nach unten und die Beta-Aktivität unter oder über den Schwellenwert zu verschieben“. Es werden keine Anweisungen zur Beeinflussung ihrer Tätigkeit gegeben. Wenn die EEG-Theta-Leistung unter die Schwelle fällt und die Beta-Leistung gleichzeitig über ihrer Schwelle liegt, wird der Teilnehmer durch die Fortsetzung eines Videos belohnt. Wenn sie diesen Punkt nicht erreichen, wird das Video angehalten.

Das Placebo-Training ist eine zuvor aufgezeichnete Neurofeedback-Sitzung eines Teilnehmers der Gruppe A (erhält 14 echte Neurofeedback-Sitzungen). Bevor die Teilnehmer in Gruppe C (Placebo-Trainings) beginnen, werden sie einem Teilnehmer in Gruppe A zugeordnet und erhalten pro Sitzung von ihrem zugeordneten Teilnehmer genau das gleiche (voraufgezeichnete) Feedback. Auf diese Weise wird den Teilnehmern des Placebo-Trainings dann zwar vorgegaukelt, das Video- und EEG-Feedback sei ihr eigenes, sie haben aber tatsächlich keinen Einfluss auf die Fortsetzung des Videos.

Datenanalyse Zur Interpretation der Ergebnisse wird in erster Linie eine visuelle Inspektion verwendet, um die Wirksamkeit des TBR-Neurofeedback-Trainings zu bestimmen. Verringert sich die TBR in Gruppe A nach Einführung des echten Neurofeedback-Trainings im Vergleich zu keiner Veränderung in Gruppe C, liefert das Experiment einen überzeugenden Beweis für die Wirksamkeit des Neurofeedback-Trainings. Der Effekt wird noch stärker unterstützt, wenn wir eine ähnliche Reduktion nach Beginn des Neurofeedback-Trainings in Gruppe A und B sehen (wie nach einer gleichen Anzahl tatsächlicher NFT-Sitzungen wie in Gruppe A, unabhängig von der längeren Dauer der Baseline). Es wird angenommen, dass diese Veränderungen nach Beginn in Gruppe A und Gruppe B in Gruppe C fehlen, wo wir überhaupt keine Veränderungen erwarten. Der erwartete Effekt in Gruppe B kann auch als direkte Replikation des Effekts in Gruppe A angesehen werden. Die idealisierten erwarteten Änderungen der TBR sind in Abbildung 3 dargestellt (jede einzelne Linie repräsentiert die Änderungen der TBR pro Gruppe). Diese visuellen Inspektionen dienen zum Testen der primären Ergebnismaße.

Zusätzlich zum primären Test durch visuelle Inspektion führen wir sekundär statistische Tests zwischen der durchschnittlichen TBR von Gruppe A und B zusammen bei einer gleichen Anzahl von Sitzungen nach Trainingsbeginn im Vergleich zu Gruppe C bei derselben Anzahl von Sitzungen wie Gruppe A durch ( d.h. Sitzung 10 für Gruppe A gemittelt mit Sitzung 14 für Gruppe B im Vergleich zu Sitzung 10 für Gruppe C). Außerdem berechnen wir acht separate Kontrastwerte der durchschnittlichen TBR innerhalb der Gruppe A von Sitzung 1 minus Sitzung 17; Sitzung 2 minus Sitzung 16; Sitzung 3 minus Sitzung 15 usw. Dasselbe wird für die Gruppen B und C durchgeführt, gefolgt von einem statistischen Vergleich der Kontrastwerte der Gruppen A und B (zusammen als eine Gruppe zusammengefasst) mit den Kontrastwerten der Gruppe C.

Tertiär, nur für den Fall, dass es in Gruppe A Hinweise auf eine Änderung der TBR bei ungefähr der gleichen Sitzungszeit wie bei der visuellen Inspektion zu geben scheint, werden wir eine direkte Replikation dieses Effekts in Gruppe B unter Verwendung eines ähnlichen Permutationstestverfahrens testen wie Ter Kuile et al., (2009, siehe auch Bulté und Onghena, 2008) Der ungefähre Zeitpunkt der TBR-Änderung in Gruppe A könnte dazu dienen, die TBR-Daten pro Sitzung entweder als vor oder nach der Intervention zu bezeichnen.