Biofeedback EEG per migliorare la memoria negli adulti con demenza (QMFFTD)

Obiettivi e significato

1. Qual è (sono) l'obiettivo principale dello studio Lo scopo di questo studio è valutare l'efficacia dell'allenamento con biofeedback per aumentare il flusso sanguigno cerebrale regionale (CBF) e la frequenza alfa di picco (PAF) sui sintomi cognitivi e comportamentali di demenza frontotemporale (FTD). Misureremo anche gli effetti della fotostimolazione guidata da EEG durante il neurofeedback PAF sull'apprendimento di stati PAF più elevati e sui relativi esiti clinici.
2. Quali sono gli obiettivi secondari dello studio In questo studio verranno raccolte una varietà di variabili cliniche, neuropsicologiche e fisiologiche. Ad esempio, all'assunzione verrà eseguita una valutazione quantitativa completa dell'EEG (QEEG) a 19 canali. La relazione tra potenza e coerenza EEG ei sintomi di questo disturbo potrebbe potenzialmente fornire un importante contributo alla letteratura sull'utilità del QEEG per la diagnosi differenziale.

Un ulteriore obiettivo dello studio è quello di contribuire alla comprensione di come funziona il neurofeedback. Per esempio, prenderemo misure per determinare se imparare a controllare il PAF implichi la consapevolezza di qualche stato soggettivo interno relativo al PAF. Inoltre, l'effetto del segnale di ricompensa su un'onda cerebrale chiamata P300 può mostrare l'importanza di avere il tono di ricompensa che suona la maggior parte del tempo durante le sessioni di neurofeedback. Infine, misureremo se il flusso sanguigno cambia durante il biofeedback EEG e se l'EEG è influenzato dal biofeedback del flusso sanguigno.

Proponiamo diverse misurazioni che contribuiranno alla comprensione del meccanismo d'azione del neurofeedback.

Demenza frontotemporale e iperperfusione cerebrale Gli studi di tomografia computerizzata a emissione di fotone singolo (SPECT) hanno dimostrato che il flusso sanguigno cerebrale è significativamente ridotto nelle regioni frontali e temporali nei pazienti con FTD (Miller et al., 1997; Read et al., 1995). La distribuzione anatomica del CBF ridotto corrisponde al modello dei deficit neuropsicologici (McMurtray et al., 2006).

Non sorprende che la risonanza magnetica (MRI) e la tomografia computerizzata (TC) nei pazienti con FTD mostrino atrofia nelle regioni frontali e temporali (Mendez et al., 1996; Neary e Snowden, 1996). Tuttavia, Spill et al. (2005) hanno ipotizzato che la neurodegenerazione e la demenza siano in gran parte secondarie a patologie del flusso sanguigno cerebrale. Rispetto ai controlli anziani con una funzione cognitiva ottimale, i pazienti con demenza DSM-IV non differivano significativamente dai controlli anziani per quanto riguarda il numero di infarti cerebrali. I pazienti con demenza hanno mostrato un numero significativamente maggiore di lesioni della sostanza bianca (p=.028) e del liquido cerebrospinale (CSF; p=.016), ma una riduzione del flusso sanguigno cerebrale ha avuto la dimensione dell'effetto maggiore (p

Un altro argomento a favore del ruolo centrale del flusso sanguigno nella demenza è che i pazienti di Alzheimer con danni cerebrali (regioni di iperintensità del segnale MRI) hanno una maggiore estrazione di ossigeno per ml/min. Cioè, l'offerta di sangue piuttosto che la domanda sembra essere il problema. L'estrazione di ossigeno dovrebbe essere inalterata se la riduzione del flusso sanguigno fosse secondaria al danno tissutale (Spilt et al., 2005; Yamaji et al, 1997).

La tomografia a emissione di positroni (PET) nei pazienti con FTD rivela un ridotto metabolismo del glucosio nei lobi temporali frontali e anteriori, ma anche nel giro del cingolo, nell'insula, nell'uncus e nelle strutture subcorticali (Jeong et al., 2005; Garraux et al., 1999 ; Ishi et al., 1998). Grimmer et al. (2003) hanno condotto uno studio longitudinale su dieci pazienti con diagnosi di FTD. Alla valutazione iniziale, i pazienti con FTD avevano un'attività metabolica ridotta rispetto ai controlli nelle aree corticali frontali, nei nuclei caudati e nel talamo. In un follow-up di 1-2 anni, è stata osservata una significativa progressione dei deficit originari nella corteccia orbitofrontale e nelle strutture sottocorticali.

Date le prove sostanziali che collegano la demenza e l'FTD in particolare alla riduzione del flusso sanguigno cerebrale, ipotizziamo che addestrare i pazienti con FTD ad aumentare il flusso sanguigno cerebrale allevierà i sintomi dell'FTD e rallenterà il progresso della malattia.

Studi recenti hanno suggerito che le persone possono imparare ad aumentare il CBF attraverso il biofeedback. Yoo et al. (2006) hanno mostrato che i partecipanti che ricevevano feedback sull'attività fMRI della corteccia uditiva durante l'ascolto di musica erano in grado di aumentare significativamente l'ossigenazione media del sangue e il numero di voxel significativi. Un altro studio (deCharms et al., 2005) ha addestrato i partecipanti a modificare l'attività fMRI nel giro del cingolo anteriore rostrale (RACG), una regione implicata nella percezione del dolore. Le condizioni di controllo includevano feedback fittizi o feedback da una diversa regione del cervello. Quando veniva applicato uno stimolo termico nocivo, i partecipanti avevano una sensazione di dolore ridotta quando addestrati a diminuire l'attività RACG e una sensazione di dolore aumentata quando addestrati ad aumentare l'attività RACG. In un'altra fase dello studio, otto pazienti con dolore cronico hanno riportato una diminuzione del dolore dopo il down-training fMRI nella stessa regione.

fMRI costa più di $ 1000 per sessione, il che pone questa forma di terapia fuori dalla portata della maggior parte dei pazienti. Tuttavia, è possibile fornire il neurofeedback CBF per gli 1,5 cm più esterni della corteccia cerebrale con un dispositivo relativamente economico che utilizza le proprietà di rifrazione dell'emogoblin ossigenato alla luce rossa e infrarossa (Toomim et al., 2004). Una sorgente luminosa è attaccata al cuoio capelluto (tipicamente sulla fronte) con un archetto, a 3 cm di distanza da un sensore a infrarossi, che rileva il relativo assorbimento da parte del sangue ossigenato. Questa procedura è nota come emoencefalografia o HEG. Tomim et al. (2004) hanno dimostrato che dieci sessioni hanno migliorato i punteggi di impulsività nel Test delle variabili dell'attenzione (TOVA) in 28 pazienti con diverse psicopatologie. Carmen (2004) ha fornito HEG frontale a 100 pazienti con emicrania e ha scoperto che il 90% di coloro che hanno completato almeno sei sessioni ha riportato un miglioramento significativo dei sintomi dell'emicrania. In un singolo caso di studio, Mize (2004) ha riferito che un bambino con ADHD ha mostrato un miglioramento significativo dell'IVA, miglioramento che persiste nel follow-up di 18 mesi.

Demenza frontotemporale e frequenza alfa di picco

Il PAF negli adulti sani ha una media di 10-11 Hz. PAF più elevato è associato a prestazioni di memoria più elevate (Klimesch, 1997), capacità di lettura (Suldo, 2000), vocabolario e controllo della risposta (Angelakis et al., 2004a). Dopo una serie di compiti cognitivi, il PAF è stato ridotto nei pazienti con lesioni cerebrali traumatiche rispetto ai controlli normali, ma solo debolmente o non significativamente ridotto rispetto ai controlli durante il compito o le condizioni di base. Così, Angelakis et al. (2004b) hanno sostenuto che la PAF è sia un tratto che un indicatore di stato della preparazione cognitiva. Passant et al (2005), Chan et al. (2004) e Yenner et al. (1996) hanno tutti osservato una riduzione della PAF nei pazienti con FTD.

Ipotizziamo che il biofeedback EEG che premia un PAF più elevato si tradurrà in un miglioramento dei sintomi nei pazienti con FTD. Nel biofeedback EEG o neurofeedback, l'EEG in tempo reale di un individuo viene presentato continuamente come segnale visivo o uditivo e le variazioni desiderate vengono premiate. Un recente studio controllato in doppio cieco (Angelakis et al., 2007) ha dimostrato che la gratificazione del neurofeedback ha aumentato la velocità di elaborazione cognitiva e la funzione esecutiva del PAF negli adulti anziani normali.

L'efficacia del neurofeedback come terapia è stata dimostrata per il disturbo da deficit di attenzione e iperattività (ADHD), epilessia, ansia e disturbi da dipendenza. Altri disturbi come la schizofrenia, la depressione, le difficoltà di apprendimento (LD) e le lesioni cerebrali traumatiche sono allo studio come candidati per la terapia del neurofeedback (Monastra, 2003).

Demenza frontotemporale e AVS guidato da EEG

Come il neurofeedback EEG, la stimolazione uditiva e visiva (AVS) dipendente dall'EEG ha mostrato risultati promettenti per il miglioramento della funzione cognitiva modificando il PAF. Un corpus sostanziale di ricerche ha dimostrato che l'AVS ritmico può indurre ritmi EEG corrispondenti alla frequenza di stimolazione (Frederick et al., 2004). Russell (1997) ha riportato uno studio in cui il PAF continuamente variabile di bambini LD e ADHD è stato utilizzato come segnale per produrre AVS alternativamente al 5% sopra e al 5% sotto il PAF per intervalli di 30 secondi, per sessioni di 20 minuti. Sebbene lo scopo teorico di questo studio fosse migliorare la flessibilità del PAF (non modificare la frequenza media), ha dimostrato che il trattamento del PAF può trattare efficacemente la disfunzione cognitiva. Questi bambini hanno mostrato guadagni significativi nelle misure cognitive e comportamentali che sono persistiti fino al follow-up di 16 mesi.

Ipotizziamo che la fotostimolazione simultanea guidata da EEG durante il neurofeedback di potenziamento del PAF (dove i premi sono presentati come toni uditivi, con gli occhi chiusi) aumenterà il tasso di apprendimento del potenziamento del PAF e avrà una maggiore efficacia terapeutica rispetto al solo neurofeedback del PAF. Oltre ad aiutare a indurre PAF più elevati, la fotostimolazione ritmica ha il vantaggio di aumentare il CBF inducendo onde ripetitive di attivazione in tutto il cervello. Può quindi anche migliorare gli effetti della formazione HEG descritta sopra nella parte I.

Comprendere il meccanismo d'azione del neurofeedback potrebbe potenzialmente portare a metodi di trattamento più raffinati con una maggiore efficacia. Proponiamo tre misurazioni che contribuirebbero a una migliore comprensione di come funziona il neurofeedback.

1. Una pratica comune nel neurofeedback EEG è che il segnale di ricompensa venga regolato in modo che il cliente trascorra la maggior parte del tempo con il tono di ricompensa attivo. Si ritiene che ciò migliori la motivazione e la conformità, ma potrebbe esserci un'altra ragione. Quando il tono di ricompensa si spegne, equivale a un evento raro che richiede un cambiamento comportamentale. Questa situazione è simile al disegno di molti studi che hanno dimostrato che l'assenza di uno stimolo previsto evoca una deflessione positiva nell'EEG chiamata onda P300. Il P300 è stato associato al riflesso di orientamento e ad un ripristino di fase dei ritmi EEG di fondo. Se si osserva un P300 maggiore durante l'offset del tono di ricompensa rispetto all'inizio del tono di ricompensa, ciò suggerirebbe che il cervello risponda alla perdita della ricompensa con un segnale elettrico che interrompe e ripristina l'attività EEG in corso. Ciò fornirebbe un supporto fisiologico indipendente alla saggezza clinica convenzionale di fornire frequenti ricompense.
2. Alcuni teorici sostengono che l'efficacia del neurofeedback dipende dalla normalizzazione della fisiologia anormale (ad esempio, PAF o CBF) correlata al disturbo (Duff, 2004). Altri (Othmer, Othmer e Kaiser, 1999) sostengono che l'efficacia del neurofeedback derivi dalle risposte adattative del cervello agli stati cerebrali alterati indotti dall'allenamento. Questo modello è simile a quello che spiega l'efficacia dei farmaci antidepressivi e potrebbe spiegare l'importanza di più sessioni nel corso di settimane e mesi di allenamento. Pertanto, misureremo se i cambiamenti nelle variabili dei test clinici e neuropsicologici sono correlati ai cambiamenti di PAF e CBF (media e varianza per sessione). Le relazioni (o la loro mancanza) tra le variabili fisiologiche e psicologiche di questo studio contribuiranno alla comprensione del campo di come funziona il neurofeedback.
3. Una critica sollevata contro l'allenamento HEG a favore del biofeedback EEG è che i cambiamenti del flusso sanguigno sono tipicamente secondari alle richieste metaboliche create dall'attività neuronale. Pertanto, non è chiaro se il feedback HEG stia allenando un'attivazione EEG non specifica o se sia coinvolto qualche altro meccanismo. Proponiamo di misurare l'EEG adiacente al sito di addestramento HEG per determinare se i cambiamenti HEG sono correlati con l'attivazione EEG (aumentata 14-21 Hz e ridotta ampiezza 4-7 Hz o PAF aumentato). È di interesse simile vedere se la misura dell'intensità del flusso sanguigno HEG aumenta durante l'allenamento PAF.