Neurofeedback-Training für ältere Erwachsene

Hintergrund:

Subklinische Symptome von Depressionen und Angstzuständen treten häufig bei älteren Erwachsenen auf. Einige Schätzungen deuten darauf hin, dass diese Symptome bei 10–52 % der in Wohngemeinschaften lebenden älteren Erwachsenen auftreten. Einige Studien haben gezeigt, dass bei älteren Erwachsenen mit subklinischer Depression und Angstzuständen im späteren Leben häufiger affektive Störungen und leichte kognitive Beeinträchtigungen oder Demenz diagnostiziert werden als bei Menschen mit geringen relevanten Symptomen. Daher sind Interventionen für ältere Menschen mit erhöhten subklinischen Symptomen von Depression und Angst von entscheidender Bedeutung für die Prävention affektiver Störungen und Demenz im späten Leben. Bei negativen emotionalen Erfahrungen spielt der präfrontale Kortex (PFC) eine entscheidende Rolle bei der Herunterregulierung der Aktivität. Eine PFC-Dysfunktion kann zu unterschiedlichen Stimmungs- und Angstsymptomen führen.

Neurofeedback-Training ist eine nicht-pharmazeutische Neurorehabilitationstechnik, die potenziell die präfrontale Funktion verbessern und die psychische Gesundheit sowie die kognitiven Funktionen verbessern kann. Diese Technik nutzt sensorisches Feedback, um Einzelpersonen beizubringen, bestimmte Gehirnaktivitäten selbst zu regulieren, mit dem Ziel, langfristige Neuroplastizität und funktionelle Verbesserungen herbeizuführen. Traditionell wurde das Neurofeedback-Training mithilfe des EEG durchgeführt, und viele Forschungsarbeiten haben solche Trainingsinterventionen zur Behandlung einer Vielzahl psychiatrischer Störungen eingesetzt. In den letzten Jahren ist das Interesse an der Verwendung von fNIRS zur Durchführung von Neurofeedback-Trainings gewachsen. Der zugrunde liegende Mechanismus eines solchen Trainings mit fNIRS unterscheidet sich von dem eines Trainings mit EEG. Im Vergleich zum EEG hat fNIRS eine geringere zeitliche Auflösung, aber eine höhere räumliche Auflösung und ist widerstandsfähiger gegenüber Bewegungsartefakten. Darüber hinaus zeigte eine aktuelle Studie, dass Patienten mit sozialer Angststörung nach einem fNIRS-Neurofeedback-Training weniger Angstsymptome hatten.

Forschungsplan und Methodik:

Design: Dieses vorgeschlagene Projekt wurde in Übereinstimmung mit dem aktuellen Konsens über die Berichterstattung und das experimentelle Design klinischer und kognitiv-verhaltensbezogener Neurofeedback-Studien konzipiert. Die Teilnehmer werden nach dem Zufallsprinzip und zu gleichen Teilen einer von drei Neurofeedback-Trainingsgruppen zugeordnet: (1) Scheinfeedback, (2) EEG und (3) fNIRS. Jeder Teilnehmer führt eine neurophysiologische Untersuchung durch (1) vor, (2) unmittelbar nach und (3) 1 Monat nach dem Eingriff.

Teilnehmer: 90 ältere Erwachsene ohne Demenz werden über Anzeigen bei PolyU und NGOs rekrutiert. Die Einschlusskriterien sind: (i) Alter von 60–79 Jahren; (ii) Rechtshändigkeit, bewertet anhand der Kurzform des Edinburgh Handedness Inventory; (iii) eine mittlere oder höhere Punktzahl auf mindestens einer der Unterskalen Depression und Angst (aber nicht unbedingt auf beiden) der Depression Anxiety Stress Scale-21 (DASS-21); (iv) keine Vorgeschichte einer neurologischen oder psychiatrischen Störung; (iv) keine traumatische Hirnverletzung in der Vorgeschichte, die einen Krankenhausaufenthalt erforderte; (vi) derzeit keine psychotropen Medikamente einnehmen; (vii) Fähigkeit, traditionelles Chinesisch zu lesen; (viii) normales oder auf Normalwert korrigiertes Sehvermögen; und (ix) eine Punktzahl von mindestens 19 beim Hong Kong Montreal Cognitive Assessment (HK-MoCA).

Die Einschlusskriterien, die wir verwenden wollten, basierten auf denen, die in präfrontalen Neurofeedback-Studien bei Stimmungs- oder Angststörungen angewendet wurden. Herkömmlicherweise werden die Teilnehmer auf der Grundlage einer bestimmten Schwelle an depressiven oder Angstsymptomen ausgewählt. Weder kognitive noch Hirnfunktionsstörungen stellen ein Einschlusskriterium dar. Da jedoch Schwankungen der kognitiven und PFC-Funktionsniveaus das Ansprechen auf die Behandlung beeinflussen können, werden nachfolgende Analysen die kognitiven und PFC-Funktionsniveaus zu Beginn berücksichtigen.

Studienverfahren: Potenzielle Teilnehmer werden zunächst einer Screening-Bewertung unterzogen, um ihre Eignung zu beurteilen. Berechtigte Personen werden zur Beurteilung und Schulung an die PolyU eingeladen. Die Schulung umfasst 10 60-minütige Sitzungen, die innerhalb von 4 Wochen durchgeführt werden. Jede Sitzung umfasst eine effektive Trainingszeit von 25 Minuten, was einer Gesamttrainingszeit von 250 Minuten entspricht, entsprechend den aktuellen Empfehlungen. Darüber hinaus werden die Teilnehmer drei experimentelle Aufgaben unter gleichzeitiger EEG-fNIRS-Aufzeichnung durchführen und mehrere Fragebögen zu drei Zeitpunkten ausfüllen, wie im Abschnitt „Neurophysiologische Beurteilung“ beschrieben. Mehrere Studien haben gezeigt, dass EEG-, fNIRS- und Neurofeedback-Training bei älteren Erwachsenen über 70 und sogar bei Menschen mit Demenz angewendet werden kann. Daher gehen wir davon aus, dass ältere Erwachsene, die vom HK-MoCA auf Demenz untersucht werden, sowohl den Beurteilungs- als auch den Schulungsprotokollen folgen können.

Neurofeedback-Training: Während des Trainings werden die Teilnehmer gebeten, den Anweisungen auf einem Computerbildschirm zu folgen. Sie absolvieren fünf Runden der Trainingsaufgabe. Jede Runde beginnt mit einer 30-sekündigen Ruhephase, gefolgt von einer 4,5-minütigen Selbstregulierungsphase. Während der Ruhephase erscheint ein Fixierungskreuz auf dem Bildschirm und die Teilnehmer werden angewiesen, still zu sitzen und sich zu entspannen. Während des regulären Zeitraums werden die Teilnehmer aufgefordert, das Quadrat von Weiß zu Schwarz zu wechseln (d. h. eine intrinsische soziale Belohnung), ihnen werden jedoch keine spezifischen Strategien vorgegeben. Die Dunkelheit der Farbe stellt die Zunahme entweder der frontalen Alpha-Asymmetrie oder der frontalen Oxyhämoglobin (HbO)-Asymmetrie dar. Die aktuellen Werte werden mit der 20-sekündigen Basislinie vor der Regulierung verglichen. Im Scheinzustand erhalten die Teilnehmer visuelles Feedback basierend auf Voraufzeichnungen und/oder Aufzeichnungen anderer Teilnehmer. Die Teilnehmer absolvieren vor und nach jeder Trainingseinheit eine 3-minütige Ruhephase, um Veränderungen der Gehirnaktivität im Ruhezustand innerhalb und zwischen den Sitzungen zu verfolgen.

Während jeder Trainingseinheit wird eine an die Kopfgröße des Teilnehmers angepasste Kappe zur Montage der EEG- und fNIRS-Sensoren verwendet. Der Hardware-Aufbau wird für alle Gruppen gleich sein, um sicherzustellen, dass sowohl der Teilnehmer als auch der Experimentator geblendet sind. Damit das EEG vom ANT eego rt8-Verstärker (ANT Neuro, Hengelo, Niederlande) aufgezeichnet werden kann, werden Elektroden bei Fp1, F3, F4, Fz, Fpz, Cz, GND (Masse), unterem VEOG und auf beiden platziert Ohrläppchen (Referenzen). Die Daten werden mit 2.048 Hz erfasst. Damit fNIRS durch das tragbare OctaMon+-System (Artinis Medical Systems, Gelderland, Niederlande) aufgezeichnet werden kann, werden zwei Quellen, die jeweils von vier Detektoren umgeben sind, die etwa 3 cm voneinander entfernt sind, so auf der Kopfhaut platziert, dass sich die beiden Kanäle in der Nähe der Hirnspalte befinden Auf jeder Seite sind die Halbkugeln F3 und F4 umgeben. Die Daten werden mit 50 Hz abgetastet. Als Zielsetzung wird je nach Trainingsgruppe die frontale Asymmetrie im Sinne der Differenz der Alphaleistung (8-13 Hz) zwischen F3 und F4 und der mittleren Änderung der HbO-Konzentration zwischen linkem und rechtem PFC gewählt. Für beide realen Trainingsgruppen wird das Echtzeit-Datenstreaming mithilfe des Lab Streaming Layer und OpenVibe gemäß den veröffentlichten Richtlinien durchgeführt.

Neurophysiologische Beurteilung: Eine 1,5-stündige neurophysiologische Beurteilung wird zu jedem der drei Zeitpunkte (vor, nach und einmonatiger Nachuntersuchung) durchgeführt, um die Auswirkungen des Neurofeedback-Trainings zu bewerten. Die Teilnehmer werden das DASS-21 (chinesische Version) ausfüllen, um ihre depressiven und Angstsymptome in der letzten Woche zu messen; die Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS; chinesische Version), um ihre Anzeichen von Angst und Depression während der Vorwoche zu messen; den Pittsburgh Sleep Quality Index zur Messung ihrer Schlafqualität im letzten Monat; die Lebenszufriedenheitsskala (chinesische Version) zur Quantifizierung ihrer allgemeinen Lebenszufriedenheit; und Lawton Instrumental Activities of Daily Living Scale (IADL; chinesische Version) zur Beurteilung der Fähigkeiten zum unabhängigen Leben. Die Teilnehmer werden außerdem drei computergestützte Aufgaben absolvieren, um verschiedene Komponenten der frontalen kognitiven Funktion unter gleichzeitigen EEG-fNIRS-Messungen zu bewerten, wobei der gleiche Aufbau wie beim Neurofeedback-Training verwendet wird. Beim ersten Besuch werden die Teilnehmer auch den HK-MoCA zum Screening auf Demenz ausfüllen. Unmittelbar nach der Intervention werden sie gefragt, ob sie ihre Behandlungsgruppenzuordnung kennen, um die Stärke der Verblindung zu überprüfen.

Jede für diese Forschung vorgeschlagene Bewertungsaufgabe (Augen offen, Emotional Stroop, N-Back) umfasst eine schwierige und eine einfache Bedingung. Der Augen-Offen-Test wird verwendet, um die Maschine die Aktivierungsbasislinie messen zu lassen, wenn die Teilnehmer ihre Augen öffnen. Dabei müssen die Teilnehmer ihre Augen drei Minuten lang offen halten. Die Emotional Stroop-Aufgabe wird zur Beurteilung der inhibitorischen Kontrolle verwendet. Den Teilnehmern werden Fotos verschiedener Emotionen gezeigt, deren traditionelle chinesische Emotionsnamen nichts miteinander zu tun haben. Sie werden gebeten, die Fotos nach Emotionen zu benennen. Es erfordert von den Teilnehmern, ihre Emotionen anhand der Formulierungen zu zügeln und auf den Inhalt des Fotos zu reagieren. Unterschiede in der Genauigkeit und der mittleren Reaktionszeit (RT) sowie Änderungen der präfrontalen HbO-Konzentration und der Theta-Leistung zwischen den beiden Bedingungen sind die abhängigen Variablen. Die N-Back-Aufgabe dient der Beurteilung des Arbeitsgedächtnisses. Während der Aufgabe wird den Teilnehmern eine Ziffernfolge gezeigt und sie werden gebeten, per Knopfdruck zu beurteilen, ob die Ziffer, die sie sehen, eine Null ist (0-rückwärts; einfach) oder mit der Ziffer übereinstimmt, die sie zwei Versuche zuvor gesehen haben (2-rückwärts; schwierig). ). Unterschiede in der Genauigkeit und der mittleren RT sowie Änderungen in der präfrontalen HbO-Konzentration und der Theta-Leistung zwischen den beiden Bedingungen sind die abhängigen Variablen.

Datenanalyse: In diesem Projekt sind die primären Ergebnismaße Stimmungs- und Angstmaße (d. h. DASS-21- und HADS-Scores), und die sekundären Ergebnismaße sind Aufgabenleistungs- und PFC-Maßnahmen sowie andere Maße für die psychische Gesundheit. Die Ergebnismaße werden gemäß der CRED-nf-Checkliste analysiert. Lineare gemischte Modelle mit Gruppe (Schein, EEG, fNIRS), Zeit (Grundlinie, Post, Follow-up) und Zustand (einfach, schwierig) als feste Faktoren; und das Subjekt als Zufallsfaktor wird zur Analyse der Verhaltens-, fNIRS- und EEG-Daten verwendet. Wir gehen davon aus, dass die Teilnehmer der beiden echten Neurofeedback-Trainingsgruppen im Vergleich zu den Teilnehmern der Scheingruppe bei den Post- und Folgeuntersuchungen signifikante Verbesserungen der psychischen Gesundheit, der kognitiven Funktion und der Frontallappenfunktion zeigen werden. Darüber hinaus werden wir Unterschiede in den Veränderungen der psychischen Gesundheit und der kognitiven Funktionen vor und nach den beiden realen Trainingsgruppen bewerten. Darüber hinaus werden wir die Korrelation zwischen den grundlegenden kognitiven und PFC-Funktionsniveaus und den Prä-Post-Änderungen der DASS-21-Scores untersuchen, um individuelle Unterschiede im Behandlungsansprechen für jede Neurofeedback-Gruppe aufzuklären.