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

Contesto Le misurazioni EEG in stato di riposo possono produrre utili indici spettrali di potenza in diverse bande di frequenza. Un risultato robusto nel disturbo da deficit di attenzione/iperattività (ADHD) è stato l'aumento della potenza della banda theta (tipicamente 4-7 Hz) rispetto alla potenza della banda beta (13-30 Hz) altrimenti espressa come "rapporto theta beta" (TBR; Barry ,Clark & ​​Johnstone, 2003). TBR probabilmente riflette le interazioni tra le aree corticali subcorticali e prefrontali nel cervello (Schutter & Knyazev, 2012). Un recente studio del laboratorio dell'Università di Leiden ha mostrato che l'aumento del TBR era correlato a un minore controllo dell'attenzione auto-riferito e correlato a un più forte declino del controllo dell'attenzione dopo l'induzione dello stress (Putman et al., 2014) che sono elementi fondamentali dell'ansia da prestazione cognitiva (CPA); un fenomeno definito come quando le paure compromettono la capacità di un individuo di eseguire un compito. Dato che il rapporto theta/beta potrebbe servire come marker per il controllo dell'attenzione mediato da PFC e la vulnerabilità agli effetti del CPA, l'obiettivo finale del nostro programma di ricerca è verificare se la riduzione del rapporto theta/beta potrebbe essere efficace nel ridurre i sintomi del CPA. L'addestramento al neurofeedback è un metodo per indurre cambiamenti nelle bande di potenza della frequenza EEG. Il feedback online sullo spettro EEG delle persone mentre si chiede di aumentare o diminuire la potenza in determinate bande di frequenza può alla fine portare alla capacità di farlo (Vernon, 2005). L'applicazione di un allenamento TBR Neurofeedback con l'obiettivo di ridurre la TBR potrebbe essere efficace nel ridurre la disfunzione dell'attenzione come nei pazienti con ADHD (Lofthouse et al., 2012) e potrebbe eventualmente aumentare la resilienza agli effetti deleteri dello stress sulla cognizione (Putman et al., 2014 ). I ricercatori vorrebbero infine studiare gli effetti di questa formazione in individui con elevata vulnerabilità per CPA; avere un TBR superiore alla media. L'obiettivo principale del presente studio è solo quello di vedere se è possibile modificare la firma EEG TBR in questa popolazione mediante il nostro protocollo NFT. Inoltre, vorremmo esplorare gli effetti sui meccanismi prefrontali che regolano l'attenzione ai distrattori interferenti somministrando un compito di interferenza con stringhe di lettere (Bishop, 2009) in momenti fissi durante l'allenamento. I dati relativi a questa misura cognitiva saranno utilizzati solo per informare la progettazione di studi futuri e qualsiasi scoperta sarà menzionata esplicitamente nelle pubblicazioni come esplorativa (se non del tutto) e non fornendo prove per accettare o rifiutare qualsiasi ipotesi sugli effetti del nostro protocollo NFT su performance cognitiva. Il nostro disegno sarà diverso dal disegno di studi controllati randomizzati (RCT) ampiamente utilizzato. I progetti RCT sono generalmente considerati superiori ad altri metodi nella stima del vero effetto di un intervento. Tuttavia, altri progetti come studi di casi o studi di gruppo di confronto ben assortiti possono fornire informazioni altrettanto preziose negli studi di intervento clinico nel caso in cui l'intervento fornisca prove convincenti del suo effetto. L'attuale studio servirà come primo tentativo per capire se possiamo ridurre il TBR utilizzando un training di neurofeedback per il quale un disegno RCT potrebbe costare inutilmente molto tempo e fatica. Proponiamo un'alternativa al progetto RCT, vale a dire l'utilizzo di gruppi più piccoli di partecipanti che iniziano con le misurazioni dello stato di riposo EEG come linea di base e passano al vero allenamento del Neurofeedback in diversi punti nel tempo; il cosiddetto 'case series multiple baseline design'. I vantaggi pratici del disegno di baseline multiplo sono che il disegno richiede un minor numero di partecipanti e che i partecipanti agiscono come propri controlli. Verranno utilizzate l'ispezione visiva e le statistiche dei singoli casi per determinare l'efficacia di questo training di neurofeedback osservando le differenze di TBR per gruppo nel tempo (vedere la sezione "Piano di analisi statistica").

Obiettivi, quesiti di ricerca e ipotesi Gli obiettivi principali di questo studio saranno valutare gli effetti di un training di Neurofeedback sulla riduzione del rapporto theta/beta dell'EEG in soggetti con TBR basale elevato. Inoltre, con un secondo grado di importanza, gli investigatori testeranno se una riduzione del TBR aumenta le prestazioni cognitive su un compito di conflitto di risposta.

Le domande di ricerca saranno; può un allenamento di neurofeedback TBR in persone sane (non ADHD) con TBR elevato ridurre il TBR e (molto secondario) l'allenamento forse aumenterà le prestazioni cognitive su un compito di conflitto di risposta? In tal caso, potremmo continuare con ulteriori studi per valutare gli effetti della NFT sulle prestazioni cognitive nel CPA nelle persone sane. Si prevede che il TBR si ridurrà dopo l'inizio dell'allenamento. Inoltre, si prevede che le prestazioni sul compito di interferenza miglioreranno dopo che i partecipanti avranno iniziato con la formazione TBR Neurofeedback.

Design Gli investigatori utilizzeranno un disegno di base multiplo di una singola serie di casi ciechi con una linea di base che varia prima dell'inizio dell'allenamento. Randomizzando 12 partecipanti su tre condizioni di diversi punti di inizio dell'allenamento nel tempo, i ricercatori useranno una variazione nella linea di base che offre la possibilità di differenziare tra gli effetti temporali dell'allenamento del Neurofeedback. Tutti i partecipanti inizieranno con una fase di riferimento di tre sessioni che includerà una sessione con questionari, formazione sul compito di interferenza (al fine di raggiungere rapidamente un tetto dell'effetto di apprendimento per poter meglio osservare ulteriori cambiamenti di prestazioni dopo l'intervento) e una misurazione EEG dello stato di riposo seguito da altre due sessioni di misurazioni EEG a riposo e il compito di interferenza. I partecipanti al gruppo A continueranno quindi con 14 sessioni di formazione TBR Neurofeedback. Il gruppo B riceverà sei misurazioni EEG di base extra prima di continuare con otto sessioni di neurofeedback TBR. Il gruppo C, d'altra parte, riceverà solo 14 sessioni di allenamento con placebo dopo la breve fase di riferimento. Prima di ogni TBR Neurofeedbacktraining o training con placebo, verrà eseguita una misurazione basale dello stato di riposo EEG di quattro minuti.

Il numero minimo di sessioni di allenamento reali (otto) è necessario per rendere possibile osservare l'insorgenza di un effetto dell'allenamento di Neurofeedback, sulla base di studi precedenti che utilizzano un allenamento di Neurofeedback TBR (ad es. Studer et al., 2014; Doppelmayr & Weber, 2011; Lein et al., 2007; Gevensleben et al., 2009). Inoltre, è importante un numero maggiore di sessioni di allenamento per garantire che si possa ancora osservare un possibile effetto ritardato dell'allenamento di Neurofeedback.

Procedura Prima della prima sessione di laboratorio, i partecipanti saranno stratificati in modo casuale assegnati a uno dei tre gruppi. Tutti i partecipanti visiteranno il laboratorio 17 volte. Durante la prima visita, i partecipanti compileranno un consenso informato, informazioni demografiche e questionari. Continueranno con una formazione per il compito di interferenza con stringhe di lettere per evitare effetti di apprendimento. Al termine della prima visita verrà misurato lo stato di riposo EEG. Durante la seconda e la terza visita, i partecipanti riceveranno solo una misurazione EEG a riposo ed eseguiranno il compito di interferenza della stringa di lettere. Nelle sessioni successive a queste misurazioni di base, i partecipanti riceveranno una misurazione dello stato di riposo a occhi aperti di 4 minuti EEG, dopo l'allenamento TBR Neurofeedback o un allenamento con placebo a seconda del gruppo di partecipanti. Dopo l'allenamento di neurofeedback, la misurazione dello stato di riposo o l'allenamento con placebo, i partecipanti eseguiranno sempre l'attività di interferenza della stringa di lettere. Le sessioni saranno (quasi) giornaliere e dureranno approssimativamente tra i 50 ei 60 minuti; ad eccezione del primo questionario/sessione di formazione sull'interferenza che durerà 90 minuti. L'esperimento completo richiederà quindi 17-19 ore per partecipante in 4-6 settimane.

Materiali e questionari di formazione I partecipanti completeranno le informazioni demografiche e compileranno la versione dei tratti e dello stato dello State-Trait Anxiety Inventory (STAI-t, STAI-s; Spielberger, 1983; Van der Ploeg et al., 1981) adattato solo a rapporto sull'ultima settimana prima della prima sessione e la versione dei tratti e dello stato dell'Attentional Control Scale (ACS; Derryberry & Reed, 2002). Lo STAI-t valuta l'ansia di tratto (intervallo 20-80), lo STAI-s valuta l'attuale stato di ansia del partecipante e l'ACS valuta l'inibizione dell'attenzione, lo spostamento dell'attenzione e la capacità di generare in modo flessibile nuovi pensieri (intervallo 20-80). La coerenza interna di questi questionari è generalmente buona. STAI-t, ACS-t e un questionario demografico saranno misurati solo durante la prima sessione e durante l'ultima sessione (dopo la formazione). Gli STAI e gli ACS saranno valutati in ogni sessione prima della misurazione o dell'allenamento EEG.

Attività di interferenza con stringhe di lettere

Il compito di interferenza di Letter String sarà come in Bishop (2009) con l'unica differenza che in questo studio le prove neutre saranno tralasciate in quanto non hanno valore informativo sull'interferenza cognitiva.

Allenamento del rapporto theta/beta del neurofeedback. Il segnale TBR Neurofeedback sarà fornito per mezzo di un amplificatore NeXus-4 e di un sistema di registrazione (Mindmedia, Paesi Bassi). Un elettrodo monouso Ag/AgCl verrà applicato sul cuoio capelluto del partecipante tra le posizioni Cz e FCz. Per una misurazione EEG accurata e di alta qualità, verranno aggiunti 16 elettrodi extra nel cappuccio (BioSemi, Paesi Bassi) nelle posizioni F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, P3, Pz, P4, T7, TP7, T8 , TP8, O1, Oz e O2) durante ogni sessione. Ogni sessione consisterà in una misurazione dello stato di riposo di quattro minuti, seguita da una misurazione di 25 minuti/allenamento di neurofeedback o allenamento con placebo. Le soglie saranno fissate al 20% al di sopra (beta) o al di sotto (theta) dell'ampiezza del partecipante, calcolate e regolate automaticamente ogni 15 secondi. Durante la formazione, l'attività theta e beta verrà visualizzata in grafici a barre separati sullo schermo e ai partecipanti verrà chiesto di "provare a spostare l'attività theta verso il basso e a salire l'attività beta al di sotto o al di sopra della soglia". Non verranno fornite istruzioni su come influenzare la loro attività. Quando la potenza theta dell'EEG scende al di sotto della soglia e la potenza beta sopra la sua soglia contemporaneamente, il partecipante sarà ricompensato dalla continuazione di un video. Se non riescono a raggiungere questo punto, il video verrà messo in pausa.

L'allenamento con placebo sarà una sessione di Neurofeedback precedentemente registrata di un partecipante del gruppo A (che riceve 14 sessioni di Neurofeedback reali). Prima che inizino i partecipanti al gruppo C (training con placebo), verranno abbinati a un partecipante del gruppo A e riceveranno esattamente lo stesso feedback (preregistrato) per sessione del partecipante corrispondente. In questo modo, i partecipanti all'addestramento con placebo vengono quindi portati a pensare che il video e il feedback EEG siano i loro, ma in realtà non sono in grado di influenzare la continuazione del video.

Analisi dei dati Per interpretare i risultati, l'ispezione visiva verrà utilizzata principalmente per determinare l'efficacia dell'addestramento TBR Neurofeedback. Se il TBR nel gruppo A si riduce dopo l'introduzione del vero allenamento di Neurofeedback rispetto a nessun cambiamento nel gruppo C, l'esperimento fornisce prove convincenti dell'efficacia dell'allenamento di Neurofeedback. L'effetto sarà ancora più fortemente supportato se vediamo una riduzione simile dopo l'inizio dell'allenamento di Neurofeedback nel gruppo A e B (come dopo un numero uguale di sessioni NFT effettive come nel gruppo A, indipendentemente dalla durata più lunga della linea di base). Si presume che questi cambiamenti dopo l'insorgenza nel gruppo A e nel gruppo B siano assenti nel gruppo C, dove non ci aspettiamo alcun cambiamento. L'effetto previsto nel gruppo B può anche essere considerato come una replica diretta dell'effetto nel gruppo A. I cambiamenti attesi idealizzati nel TBR sono rappresentati nella Figura 3 (ogni singola linea rappresenta i cambiamenti nel TBR per gruppo). Queste ispezioni visive servono come test delle misure di esito primarie.

Oltre al test primario mediante ispezione visiva, secondario, eseguiremo test statistici tra il TBR medio del gruppo A e B insieme su un numero uguale di sessioni dopo l'inizio dell'allenamento rispetto al gruppo C sullo stesso numero di sessioni del gruppo A ( cioè. sessione 10 per il gruppo A media con la sessione 14 per il gruppo B rispetto alla sessione 10 per il gruppo C). Inoltre, calcoleremo otto punteggi di contrasto separati del TBR medio all'interno del gruppo A della sessione 1 meno la sessione 17; sessione 2 meno sessione 16; sessione 3 meno sessione 15 ecc. Lo stesso sarà fatto per il gruppo B e C seguito da un confronto statistico dei punteggi di contrasto del gruppo A e B (presi insieme come un unico gruppo) con i punteggi di contrasto del gruppo C.

Terziario, solo nel caso in cui nel gruppo A sembri esserci evidenza di cambiamento nel TBR all'incirca nella stessa sessione nel tempo dell'ispezione visiva, testeremo una replica diretta di questo effetto nel gruppo B usando un metodo di test di permutazione simile come Ter Kuile et al., (2009, vedi anche Bulté e Onghena, 2008) Il punto temporale approssimativo del cambiamento TBR nel gruppo A potrebbe servire a designare i dati TBR per sessione come pre o post-intervento.