EEG Biofeedback om het geheugen te verbeteren bij volwassenen met dementie (QMFFTD)

Doelstellingen en betekenis

1. Wat is (zijn) de primaire doelstelling(en) van het onderzoek? Het doel van dit onderzoek is het evalueren van de effectiviteit van biofeedbacktraining om de regionale cerebrale bloedstroom (CBF) en piek-alfafrequentie (PAF) op de cognitieve en gedragssymptomen van frontotemporale dementie (FTD). We zullen ook de effecten meten van EEG-gestuurde fotostimulatie tijdens PAF-neurofeedback op het leren van hogere PAF-toestanden en gerelateerde klinische resultaten.
2. Wat is (zijn) de secundaire doelstelling(en) van het onderzoek In dit onderzoek wordt een diversiteit aan klinische, neuropsychologische en fysiologische variabelen verzameld. Zo zal er bij de intake een volledig 19-kanaals kwantitatief EEG (QEEG) onderzoek worden uitgevoerd. De relatie tussen EEG-vermogen en coherentie en de symptomen van deze aandoening zou mogelijk een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan de literatuur over het nut van QEEG voor differentiële diagnose.

Een bijkomend doel van de studie is om bij te dragen aan het begrip van hoe neurofeedback werkt. We zullen bijvoorbeeld metingen uitvoeren om te bepalen of het leren beheersen van de PAF inhoudt dat men zich bewust is van een interne subjectieve toestand die verband houdt met de PAF. Ook kan het effect van het beloningssignaal op een hersengolf genaamd de P300 aantonen hoe belangrijk het is om de beloningstoon het grootste deel van de tijd te laten klinken tijdens neurofeedback-sessies. Ten slotte zullen we meten of de bloedstroom verandert tijdens EEG-biofeedback en of het EEG wordt beïnvloed door bloedstroom-biofeedback.

We stellen verschillende metingen voor die zullen bijdragen tot een beter begrip van het werkingsmechanisme van neurofeedback.

Frontotemporale dementie en cerebrale hyperperfusie Onderzoeken met computertomografie met enkelvoudige fotonenemissie (SPECT) hebben aangetoond dat de cerebrale bloedstroom significant verminderd is in de frontale en temporale gebieden bij FTD-patiënten (Miller et al., 1997; Read et al., 1995). De anatomische verdeling van verminderde CBF komt overeen met het patroon van neuropsychologische tekorten (McMurtray et al., 2006).

Het is niet verrassend dat magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) en computertomografie (CT) bij FTD-patiënten atrofie vertonen in de frontale en temporale regio's (Mendez et al., 1996; Neary en Snowden, 1996). Spilled et al. (2005) veronderstelden dat neurodegeneratie en dementie grotendeels secundair zijn aan pathologieën van de cerebrale doorbloeding. In vergelijking met oudere controles met een optimale cognitieve functie, verschilden patiënten met DSM-IV-dementie niet significant van oudere controles met betrekking tot het aantal herseninfarcten. Demente patiënten vertoonden significant meer wittestoflaesies (p=0,028) en cerebrospinale vloeistof (CSF; p=0,016), maar een vermindering van de cerebrale doorbloeding had de grootste effectgrootte (p

Een ander argument voor de centrale rol van de bloedstroom bij dementie is dat Alzheimerpatiënten met hersenbeschadiging (regio's met hyperintensiteit van het MRI-signaal) een verhoogde zuurstofextractie per ml/min hebben. Dat wil zeggen, de bloedtoevoer in plaats van de vraag lijkt het probleem te zijn. Zuurstofextractie zou naar verwachting ongewijzigd blijven als verminderde bloedstroom secundair zou zijn aan weefselbeschadiging (Spilt et al., 2005; Yamaji et al, 1997).

Beeldvorming met positronemissietomografie (PET) bij FTD-patiënten onthult een verminderd glucosemetabolisme in de frontale en anterieure temporale kwabben, maar ook in de cingulate gyrus, insula, uncus en subcorticale structuren (Jeong et al., 2005; Garraux et al., 1999 Ishi et al., 1998). Grimm et al. (2003) voerden een longitudinaal onderzoek uit bij tien patiënten met de diagnose FTD. Bij de eerste beoordeling hadden FTD-patiënten een verminderde metabole activiteit vergeleken met controles in frontale corticale gebieden, de caudate nuclei en de thalami. Bij een follow-up van 1-2 jaar werd een significante progressie van de oorspronkelijke tekorten waargenomen in de orbitofrontale cortex en de subcorticale structuren.

Gezien het substantiële bewijs dat dementie en FTD in het bijzonder in verband brengt met verminderde cerebrale doorbloeding, veronderstellen we dat het trainen van FTD-patiënten om de cerebrale doorbloeding te verhogen, FTD-symptomen zal verlichten en de voortgang van de ziekte zal vertragen.

Recente studies hebben gesuggereerd dat individuen kunnen leren CBF te verhogen door middel van biofeedback. Joo et al. (2006) toonden aan dat deelnemers die feedback kregen van fMRI-activiteit van de auditieve cortex terwijl ze naar muziek luisterden, in staat waren om zowel de gemiddelde bloedoxygenatie als het aantal significante voxels aanzienlijk te verhogen. Een andere studie (deCharms et al., 2005) trainde deelnemers om de fMRI-activiteit in de rostrale anterieure cingulate gyrus (RACG), een regio die betrokken is bij pijnperceptie, te veranderen. Controlecondities omvatten schijnfeedback of feedback van een ander hersengebied. Wanneer een schadelijke thermische stimulus werd toegepast, hadden de deelnemers een verminderde pijnsensatie wanneer ze werden getraind om de RACG-activiteit te verminderen en een verhoogde pijnsensatie wanneer ze werden getraind om de RACG-activiteit te verhogen. In een andere fase van het onderzoek rapporteerden acht patiënten met chronische pijn verminderde pijn na downtraining van fMRI in dezelfde regio.

fMRI kost meer dan $ 1000 per sessie, waardoor deze vorm van therapie buiten het bereik van de meeste patiënten ligt. Het is echter mogelijk om CBF-neurofeedback te geven voor de buitenste 1,5 cm van de hersenschors met een relatief goedkoop apparaat dat gebruikmaakt van de brekingseigenschappen van geoxygeneerde hemoglobine voor rood en infrarood licht (Toomim et al., 2004). Een lichtbron wordt met een hoofdband op de hoofdhuid bevestigd (meestal op het voorhoofd), op 3 cm afstand van een infraroodsensor, die de relatieve absorptie door zuurstofrijk bloed detecteert. Deze procedure staat bekend als hemo-encefalografie of HEG. Toomim et al. (2004) toonden aan dat tien sessies de impulsiviteitsscores verbeterden op de Test Of Variables of Attention (TOVA) bij 28 patiënten met diverse psychopathologie. Carmen (2004) gaf frontale HEG aan 100 migrainepatiënten en ontdekte dat 90% van degenen die ten minste zes sessies voltooiden een significante verbetering van de migrainesymptomen meldden. In een enkele casestudy meldde Mize (2004) dat een kind met ADHD een significante verbetering liet zien op de IVA, welke verbetering aanhield tot in de follow-up van 18 maanden.

Frontotemporale dementie en piek-alfafrequentie

De PAF bij gezonde volwassenen heeft een gemiddelde van 10-11 Hz. Hogere PAF wordt geassocieerd met betere geheugenprestaties (Klimesch, 1997), leesvaardigheid (Suldo, 2000), woordenschat en responscontrole (Angelakis et al., 2004a). Na een reeks cognitieve taken was de PAF verminderd bij patiënten met traumatisch hersenletsel in vergelijking met normale controles, maar slechts zwak of niet-significant verminderd in vergelijking met controles tijdens de taak of de basiscondities. Zo hebben Angelakis et al. (2004b) voerden aan dat PAF zowel een kenmerk als een toestandskenmerk is van cognitieve paraatheid. Passant et al. (2005), Chan et al. (2004) en Yenner et al. (1996) observeerden allemaal een vermindering van PAF bij FTD-patiënten.

Onze hypothese is dat EEG-biofeedback die een hogere PAF beloont, zal resulteren in een verbetering van de symptomen bij FTD-patiënten. Bij EEG-biofeedback of neurofeedback wordt het real-time EEG van een individu continu gepresenteerd als een visueel of auditief signaal, en gewenste variaties worden beloond. Een recent dubbelblind gecontroleerd onderzoek (Angelakis et al., 2007) toonde aan dat het belonen van neurofeedback verhoogde PAF verbeterde cognitieve verwerkingssnelheid en uitvoerende functie bij normale oudere volwassenen.

De werkzaamheid van neurofeedback als therapie is aangetoond voor aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit (ADHD), epilepsie, angst en verslavingsstoornissen. Andere stoornissen zoals schizofrenie, depressie, leerstoornissen (LD) en traumatisch hersenletsel worden onderzocht als kandidaten voor neurofeedbacktherapie (Monastra, 2003).

Frontotemporale dementie en EEG-gestuurde AVS

Net als EEG-neurofeedback, is EEG-afhankelijke auditieve en visuele stimulatie (AVS) veelbelovend gebleken voor het verbeteren van de cognitieve functie door de PAF aan te passen. Een aanzienlijke hoeveelheid onderzoek heeft aangetoond dat ritmische AVS EEG-ritmes kan induceren die overeenkomen met de frequentie van stimulatie (Frederick et al., 2004). Russell (1997) rapporteerde over een onderzoek waarin de continu variërende PAF van LD- en ADHD-kinderen werd gebruikt als een signaal om AVS afwisselend 5% boven en 5% onder de PAF te produceren gedurende intervallen van 30 seconden, gedurende sessies van 20 minuten. Hoewel het theoretische doel van deze studie was om de flexibiliteit van de PAF te verbeteren (niet om de gemiddelde frequentie te veranderen), toonde het aan dat het behandelen van de PAF cognitieve disfunctie effectief kan behandelen. Deze kinderen vertoonden aanzienlijke vooruitgang in cognitieve en gedragsmetingen die aanhielden tot de follow-up van 16 maanden.

We veronderstellen dat gelijktijdige EEG-gestuurde fotostimulatie tijdens PAF-verbetering neurofeedback (waarbij beloningen worden gepresenteerd als auditieve tonen, met gesloten ogen) de leersnelheid van PAF-verbetering zal verhogen en de therapeutische werkzaamheid zal verhogen in vergelijking met alleen PAF-neurofeedback. Ritmische fotostimulatie helpt niet alleen om een ​​hogere PAF op te wekken, maar heeft ook het voordeel dat het de CBF verhoogt door herhaalde activeringsgolven door de hersenen te induceren. Het kan daarom ook de effecten van de hierboven in deel I beschreven HEG-training versterken.

Het begrijpen van het werkingsmechanisme van neurofeedback zou mogelijk kunnen leiden tot meer verfijnde behandelingsmethoden met verbeterde werkzaamheid. We stellen drie metingen voor die kunnen bijdragen aan een beter begrip van hoe neurofeedback werkt.

1. Een gangbare praktijk bij EEG-neurofeedback is dat het beloningssignaal zo wordt aangepast dat de cliënt het grootste deel van de tijd doorbrengt met de beloningstoon aan. Aangenomen wordt dat dit de motivatie en naleving verbetert, maar er kan nog een andere reden zijn. Wanneer de beloningstoon afgaat, komt dit neer op een zeldzame gebeurtenis die een gedragsverandering vereist. Deze situatie is vergelijkbaar met het ontwerp van veel onderzoeken die hebben aangetoond dat de afwezigheid van een verwachte stimulus een positieve afbuiging in het EEG oproept, de P300-golf genoemd. De P300 is in verband gebracht met de oriëntatiereflex en met een fasereset van de achtergrond-EEG-ritmes. Als een grotere P300 tijdens de offset van de beloningstoon wordt waargenomen dan tijdens het begin van de beloningstoon, zou dit suggereren dat de hersenen reageren op het verlies van beloning met een elektrisch signaal dat de lopende EEG-activiteit verstoort en reset. Dit zou onafhankelijke fysiologische ondersteuning bieden voor de conventionele klinische wijsheid van het geven van frequente beloningen.
2. Sommige theoretici beweren dat de werkzaamheid van neurofeedback afhangt van de normalisatie van de abnormale fysiologie (bijv. PAF of CBF) die correleert met de stoornis (Duff, 2004). Anderen (Othmer, Othmer en Kaiser, 1999) beweren dat de doeltreffendheid van neurofeedback het gevolg is van de adaptieve reacties van de hersenen op de veranderde hersentoestanden die door training worden veroorzaakt. Dit model is vergelijkbaar met het model dat de werkzaamheid van antidepressiva verklaart, en zou het belang kunnen verklaren van meerdere sessies gedurende weken of maanden van training. We gaan dus meten of veranderingen in klinische en neuropsychologische testvariabelen verband houden met de veranderingen van PAF en CBF (gemiddelde en variantie per sessie). De relaties (of het ontbreken daarvan) tussen fysiologische en psychologische variabelen uit dit onderzoek zullen bijdragen aan het begrip van de werking van neurofeedback in het veld.
3. Een kritiek op HEG-training ten gunste van EEG-biofeedback is dat veranderingen in de bloedstroom doorgaans secundair zijn aan metabole eisen die worden veroorzaakt door neuronale activiteit. Het is dus onduidelijk of HEG-feedback een niet-specifieke EEG-activering traint of dat er een ander mechanisme bij betrokken is. We stellen voor om het EEG naast de HEG-trainingslocatie te meten om te bepalen of HEG-veranderingen gecorreleerd zijn met EEG-activering (verhoogde 14-21 Hz en verminderde 4-7 Hz amplitude, of verhoogde PAF). Het is van vergelijkbaar belang om te zien of de HEG-bloedstroomintensiteitsmeting toeneemt tijdens PAF-training.