INSIGHT, ein umfassendes, multidisziplinäres Gehirntrainingssystem (INSIGHT)

Jüngste Innovationen in der kognitiven Neurowissenschaft haben das Verständnis der neurobiologischen Grundlagen der Fluid Intelligence (Gf) und des adaptiven Denkens und Problemlösens (ARP) erweitert. Anstatt eine einzelne Gehirnstruktur (z. B. den präfrontalen Kortex) zu aktivieren oder während des gesamten Erwachsenenalters auf einem festgelegten Leistungsniveau zu arbeiten, deuten neuere neurowissenschaftliche Erkenntnisse darauf hin, dass Gf und ARP durch ein verteiltes neurales System vermittelt werden, dessen Funktionen durch bestimmte Arten von Interventionen erheblich verbessert werden können , einschließlich kognitivem Training, hochauflösender transkranieller Gleichstrom-Gehirnstimulation (HD-tDCS) und körperlichem Fitnesstraining. Das Hauptziel des INSIGHT-Projekts ist die Erstellung und Validierung eines umfassenden und strengen Gehirntrainingsprotokolls, das die besten verfügbaren Interventionen zur Verbesserung von Gf und ARP enthält.

Das Projekt wurde in zwei Phasen unterteilt, wobei die erste von Februar bis November 2014 und die zweite von Februar bis Dezember 2015 stattfand. Die beiden Phasen waren in Struktur und Zielen/Hypothesen ähnlich, wiesen jedoch mehrere methodologische Unterschiede in Bezug auf Interventionen, Waffen und Ergebnismessungen auf. Dieses Dokument enthält Informationen, die nur für die Phase 2014 relevant sind, in der die relativen Beiträge der körperlichen Fitnessintervention, des Videospiel-basierten Trainings und der hochauflösenden transkraniellen Gleichstrom-Hirnstimulation (HD-tDCS) zur Verbesserung von Gf/ARP untersucht wurden. Exekutivfunktion, Arbeitsgedächtnis, relationales Gedächtnis, körperliche Fitness und Gehirnstruktur/-funktion.

Die Arme/Gruppen absolvierten eine Testwoche, um grundlegende Messungen der kognitiven Fähigkeiten, der körperlichen Fitness und der Gehirnstruktur/-funktion zu erstellen. 16 Wochen verschiedener Interventionsprotokolle. Diese Protokolle könnten einzelne oder mehrere Interventionstypen mit unterschiedlichen Zeitplänen umfassen. Pro Woche wurden drei 70-minütige Trainingseinheiten absolviert, sodass alle Arme insgesamt 56 Stunden Training absolvierten. Nach Abschluss des Interventionszeitraums erfolgte eine 1-wöchige Nachbewertung, um Veränderungen der kognitiven Fähigkeiten, der körperlichen Fitness und der Gehirnstruktur/-funktion zu messen.

Technische Begründung für Interventionen bei körperlicher Fitness: Die vorteilhaften Auswirkungen körperlicher Fitness auf die kognitive Leistungsfähigkeit und die Gesundheit des Gehirns wurden in vielen Studien dokumentiert. Zum Beispiel legt diese Literatur nahe, dass vermehrte Bewegung zur Geburt neuer Neuronen im Hippocampus (einer Schlüsselregion des Gehirns, die Gf zugrunde liegt), zu erhöhten Verbindungen zwischen Neuronen im gesamten Gehirn, zur Entwicklung neuer Gefäßstrukturen und zu einer erhöhten Produktion neurotropher Proteine ​​führt Lernen und Gedächtnis sowie verbesserte exekutive Kontrolle, einschließlich Aufmerksamkeit und Hemmung, Arbeitsgedächtnis, geistige Flexibilität und Handlungsüberwachung. Insbesondere (1) Übungseffekte sind am größten für Aufgaben, die exekutive Kontrollfunktionen für Arbeitsgedächtnis, Planung und Problemlösung beinhalten – Fähigkeiten, die für Gf und ARP wesentlich sind; und (2) Aerobic-Übungstraining hatte in Kombination mit Kraft- und Beweglichkeitstraining eine größere positive Wirkung auf die Kognition im Vergleich zu Trainingsprogrammen, die nur aerobe Komponenten enthielten. Solche Befunde liefern eine wichtige Rechtfertigung für die hier vorgeschlagene körperliche Aktivitätsintervention. Daher verwendet die vorgeschlagene Fitnessintervention ein kombiniertes Aerobic-/Widerstandstrainingsprogramm, um die Vorteile des kognitiven Trainings auf Gf und ARP weiter zu verbessern.

Technische Rechtfertigung für Videospiel-basiertes Training: Es hat sich gezeigt, dass das Training von fünf kognitiven Fähigkeiten – (1) Verarbeitungsgeschwindigkeit, (2) Aufmerksamkeit, (3) Arbeitsgedächtnis, (4) relationales Gedächtnis und (5) kognitive Flexibilität – bietet vielversprechende Transferergebnisse zu Gf und anderen relevanten Konstrukten. Dieses Trainingsregime ist die Grundlage für das Design der Softwareplattform Mind Frontiers. Mind Frontiers enthält eine integrierte Suite von Minispielen, die darauf ausgelegt sind, diese fünf kognitiven Kernfähigkeiten zu trainieren. Die Mechanik stellt als Abstraktion der kognitiven Übungen sicher, dass die wissenschaftliche Integrität und der Trainingseffekt der Übungen erhalten bleiben, die Übungen aber als Spiele mit Motivationsmerkmalen und adaptivem Schwierigkeitsgrad umgesetzt werden.

Technische Begründung für HD-tDCS: Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass Gf und ARP entscheidend von einem fronto-parietalen Gehirnnetzwerk abhängig sind und dass daher eine bilaterale, spezifische Stimulation des frontalen Kortex mit hochauflösender transkranieller Gleichstromstimulation (HD-tDCS) erfolgen würde haben eine anregende Wirkung auf Neuronen innerhalb dieses Netzwerks, wodurch sie wahrscheinlicher feuern und dadurch ein schnelleres Lernen ermöglichen und den Transfer zu Gf erleichtern.

Technische Begründung für die aktive Kontrolle: Aufgaben zur Erkennung von Veränderungen und zur visuellen Suche wurden als aktive Kontrollaufgaben ausgewählt, da frühere Arbeiten darauf hindeuteten, dass das Training von Wahrnehmungsfähigkeiten auf niedrigem Niveau nicht auf Gf und ARP übertragbar war.