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

Achtergrond EEG-metingen in rusttoestand kunnen bruikbare spectrale krachtindices opleveren in verschillende frequentiebanden. Een robuuste bevinding bij aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit (ADHD) is een verhoogd theta-bandvermogen (meestal 4-7 Hz) ten opzichte van het bèta-bandvermogen (13-30 Hz), anders uitgedrukt als de 'theta beta-ratio' (TBR; Barry , Clark & ​​Johnstone, 2003). TBR weerspiegelt mogelijk interacties tussen subcorticale en prefrontale corticale gebieden in de hersenen (Schutter & Knyazev, 2012). Een recent onderzoek van het Leids Universitair laboratorium toonde aan dat verhoogde TBR verband hield met minder zelfgerapporteerde aandachtscontrole en correleerde met een sterkere afname van aandachtscontrole na stress-inductie (Putman et al., 2014), die kernelementen zijn van cognitieve faalangst. (CPA); een fenomeen gedefinieerd als wanneer angsten het vermogen van een individu om een ​​taak uit te voeren in gevaar brengen. Gezien het feit dat de theta/bèta-ratio kan dienen als een marker voor PFC-gemedieerde aandachtscontrole en kwetsbaarheid voor de effecten van CPA, is het uiteindelijke doel van ons onderzoeksprogramma om te testen of verlaging van de theta/bèta-ratio effectief kan zijn bij het verminderen van de symptomen van CPA. Neurofeedbacktraining is een methode om veranderingen in EEG-frequentievermogensbanden teweeg te brengen. Online feedback over het EEG-spectrum van mensen terwijl ze vragen om het vermogen in bepaalde frequentiebanden te verhogen of te verlagen, kan uiteindelijk leiden tot de mogelijkheid om dit te doen (Vernon, 2005). Toepassing van een TBR Neurofeedback-training met als doel TBR te verminderen, kan effectief zijn bij het verminderen van aandachtsdisfunctie zoals bij ADHD-patiënten (Lofthouse et al., 2012) en zou mogelijk de weerbaarheid tegen schadelijke effecten van stress op cognitie kunnen vergroten (Putman et al., 2014 ). De onderzoekers zouden uiteindelijk de effecten van deze training willen bestuderen bij personen met een verhoogde kwetsbaarheid voor CPA; met een hoger dan gemiddeld TBR. Het primaire doel van de huidige studie is alleen om te zien of het mogelijk is om de EEG TBR-handtekening in deze populatie te veranderen door middel van ons NFT-protocol. Daarnaast willen we de effecten onderzoeken op prefrontale mechanismen die de aandacht reguleren voor storende afleiders door op vaste momenten tijdens de training een interferentietaak met letterreeksen af ​​te nemen (Bishop, 2009). Gegevens met betrekking tot deze cognitieve maatstaf zullen alleen worden gebruikt om het ontwerp van toekomstige studies te informeren en elke bevinding zal in publicaties expliciet worden vermeld als zijnde verkennend (of helemaal niet) en geen bewijs leveren om hypothesen over effecten van ons NFT-protocol op cognitieve prestaties. Ons ontwerp zal verschillen van het veelgebruikte ontwerp voor gerandomiseerde gecontroleerde onderzoeken (RCT). RCT-ontwerpen worden over het algemeen beschouwd als superieur aan andere methoden bij het schatten van het werkelijke effect van een interventie. Andere ontwerpen, zoals casestudy's of goed op elkaar afgestemde vergelijkingsgroepstudies, kunnen echter informatie opleveren die net zo waardevol is in klinische interventiestudies in het geval dat de interventie overtuigend bewijs levert van het effect ervan. De huidige studie zal dienen als eerste try-out of we TBR kunnen verminderen met behulp van een Neurofeedback training waarbij een RCT-ontwerp onnodig veel tijd en moeite zou kunnen kosten. We stellen een alternatief voor het RCT-ontwerp voor, namelijk het gebruik van kleinere groepen deelnemers die beginnen met EEG-rusttoestandmetingen als basislijn en overschakelen naar echte Neurofeedback-training op verschillende tijdstippen; zogenaamde 'case series multiple baseline design'. Praktische voordelen van het ontwerp met meerdere basislijnen zijn dat het ontwerp minder deelnemers vereist en dat deelnemers fungeren als hun eigen controles. Visuele inspectie en individuele casusstatistieken zullen worden gebruikt om de effectiviteit van deze Neurofeedback-training te bepalen door verschillen in TBR per groep in de loop van de tijd te observeren (zie paragraaf 'Statistisch analyseplan').

Doelstellingen, onderzoeksvraag en hypothese De belangrijkste doelstellingen van deze studie zijn het evalueren van de effecten van een neurofeedbacktraining op het verminderen van de EEG thèta/bèta-ratio bij personen met een verhoogde baseline TBR. Bovendien zullen de onderzoekers, met een zeer tweede graad van belangrijkheid, testen of een vermindering van TBR de cognitieve prestaties op een reactieconflicttaak verhoogt.

De onderzoeksvragen zullen zijn; kan een TBR Neurofeedback-training bij gezonde (niet-ADHD) mensen met een verhoogde TBR TBR verminderen en (zeer secundair) zal de training misschien de cognitieve prestaties op een reactieconflicttaak verbeteren? Als dat zo is, kunnen we doorgaan met verdere studies om NFT-effecten op cognitieve prestaties bij CPA bij gezonde mensen te beoordelen. Verwacht wordt dat TBR na het begin van de training zal verminderen. Ook wordt verwacht dat de prestatie op de interferentaak zal verbeteren nadat deelnemers zijn gestart met de TBR Neurofeedback training.

Opzet De onderzoekers gebruiken een ontwerp met een enkele blinde casusreeks en meerdere basislijnen, waarbij de basislijn varieert voorafgaand aan het begin van de training. Door 12 deelnemers te randomiseren over drie condities met verschillende startpunten in de tijd, zullen de onderzoekers een variatie in basislijn gebruiken die de mogelijkheid biedt om onderscheid te maken tussen tijdseffecten van de Neurofeedback-training. Alle deelnemers starten met een basislijnfase van drie sessies, bestaande uit een sessie met vragenlijsten, interferentietaaktraining (om snel een leereffectplafond te bereiken om aanvullende prestatieverandering na interventie beter te kunnen waarnemen) en een EEG-meting in rusttoestand gevolgd door twee andere sessies van EEG-metingen in rusttoestand en de interferentietaak. Deelnemers in groep A gaan daarna door met 14 sessies TBR Neurofeedback training. Groep B krijgt zes extra baseline EEG-metingen voordat ze doorgaan met acht TBR Neurofeedback-sessies. Groep C daarentegen krijgt na de korte baselinefase slechts 14 placebotrainingen. Voorafgaand aan elke TBR Neurofeedbacktraining of placebotraining wordt een vier minuten durende EEG rusttoestand nulmeting uitgevoerd.

Het minimale aantal echte trainingssessies (acht) is nodig om het begin van een effect van de Neurofeedback-training waar te nemen, gebaseerd op eerdere studies met een TBR Neurofeedback-training (bijv. Studer et al., 2014; Doppelmayr & Weber, 2011; Leins et al., 2007; Gevensleben et al., 2009). Ook is een groter aantal trainingen van belang om ervoor te zorgen dat een mogelijk vertraagd effect van de Neurofeedback training toch waarneembaar is.

Procedure Voorafgaand aan de eerste labsessie worden de deelnemers willekeurig ingedeeld in één van de drie groepen. Alle deelnemers bezoeken het lab 17 keer. Tijdens het eerste bezoek vullen deelnemers een geïnformeerde toestemming, demografische informatie en vragenlijsten in. Om leereffecten te voorkomen, gaan ze door met een training voor de letterstring-interferentietaak. Aan het einde van het eerste bezoek wordt de EEG-rusttoestand gemeten. Tijdens het tweede en derde bezoek ontvangen de deelnemers alleen een EEG-meting in rusttoestand en voeren ze de interferentietaak uit. In de sessies na deze basislijnmetingen krijgen de deelnemers een EEG-ogen-open rusttoestandmeting van 4 minuten, na ofwel TBR Neurofeedback-training of een placebo-training, afhankelijk van de deelnemersgroep. Na de Neurofeedback training, rusttoestandmeting of placebo training zullen deelnemers altijd de letterstring interferentie taak uitvoeren. Sessies zullen (bijna) dagelijks zijn en ongeveer 50-60 minuten duren; behalve de eerste vragenlijsten/interferentietraining die 90 minuten duurt. Het volledige experiment duurt dus 17-19 uur per deelnemer in 4-6 weken.

Materiaal en training Vragenlijsten De deelnemers vullen demografische informatie in en vullen de eigenschap- en toestandsversie in van de State-Trait Anxiety Inventory (STAI-t, STAI-s; Spielberger, 1983; Van der Ploeg et al., 1981) aangepast aan alleen verslag over de afgelopen week voor de eerste sessie, en de trait- en state-versie van de Attentional Control Scale (ACS; Derryberry & Reed, 2002). De STAI-t beoordeelt angststoornis (bereik 20-80), STAI-s beoordeelt de huidige staat van angst van de deelnemer en de ACS beoordeelt aandachtsinhibitie, aandachtsverschuiving en het vermogen om flexibel nieuwe gedachten te genereren (bereik 20-80). De interne consistentie van deze vragenlijsten is over het algemeen goed. STAI-t, ACS-t en een demografische vragenlijst worden alleen gemeten tijdens de eerste sessie en tijdens de laatste sessie (na de training). De STAI-s en ACS-s worden bij elke sessie voorafgaand aan de EEG-meting of training beoordeeld.

Interferentietaak met letterreeksen

De Interferentietaak Letter String zal zijn zoals in Bishop (2009) met het enige verschil dat in deze studie de neutrale trials worden weggelaten omdat ze geen informatieve waarde hebben over cognitieve interferentie.

Neurofeedback theta/bèta ratio training. Het TBR Neurofeedback signaal wordt gegeven door middel van een NeXus-4 versterker en opnamesysteem (Mindmedia, Nederland). Tussen de locaties Cz en FCz wordt één Ag/AgCl-wegwerpelektrode op de hoofdhuid van de deelnemer aangebracht. Voor een hoogwaardige en nauwkeurige EEG-meting worden 16 extra in-cap elektroden (BioSemi, Nederland) toegevoegd op locaties F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, P3, Pz, P4, T7, TP7, T8 , TP8, O1, Oz en O2) tijdens elke sessie. Elke sessie bestaat uit een rusttoestandmeting van vier minuten, gevolgd door een meting/neurofeedbacktraining of placebotraining van 25 minuten. De drempels worden ingesteld op 20% boven (bèta) of onder (thèta) de amplitude van de deelnemer, berekend en automatisch elke 15 seconden aangepast. Tijdens de training worden theta- en bèta-activiteit gevisualiseerd in afzonderlijke staafdiagrammen op het scherm en deelnemers krijgen de instructie om "te proberen de theta-activiteit omlaag te brengen en de bèta-activiteit omhoog te bewegen onder of boven de drempel". Er worden geen instructies gegeven over hoe ze hun activiteit kunnen beïnvloeden. Wanneer het EEG theta-vermogen onder de drempel komt en het bèta-vermogen tegelijkertijd boven de drempel komt, wordt de deelnemer beloond met de voortzetting van een video. Als ze dit punt niet bereiken, wordt de video gepauzeerd.

De placebotraining is een eerder opgenomen Neurofeedback-sessie van een deelnemer in groep A (die 14 echte Neurofeedback-sessies ontvangt). Voordat de deelnemers in groep C (placebotrainingen) starten, worden ze gekoppeld aan een deelnemer in groep A, en krijgen ze per sessie exact dezelfde (opgenomen) feedback van hun gematchte deelnemer. Op deze manier worden deelnemers aan de placebo-training vervolgens in de waan gebracht dat de video en EEG-feedback van henzelf is, maar dat ze in feite geen invloed kunnen uitoefenen op het vervolg van de video.

Data-analyse Voor de interpretatie van de resultaten zal visuele inspectie primair worden gebruikt om de effectiviteit van de TBR Neurofeedback training te bepalen. Als TBR in groep A afneemt na de introductie van de echte Neurofeedback-training in vergelijking met geen veranderingen in groep C, levert het experiment overtuigend bewijs voor de effectiviteit van de Neurofeedback-training. Het effect zal zelfs nog sterker worden ondersteund als we een vergelijkbare vermindering zien na het begin van de neurofeedbacktraining in groep A en B (zoals na een gelijk aantal daadwerkelijke NFT-sessies als in groep A, ongeacht de langere duur van de basislijn). Deze veranderingen na aanvang in groep A en groep B worden verondersteld afwezig te zijn in groep C, waar we helemaal geen veranderingen verwachten. Het verwachte effect in groep B kan ook worden beschouwd als een directe replicatie van het effect in groep A. De geïdealiseerde verwachte veranderingen in TBR zijn weergegeven in figuur 3 (elke individuele lijn geeft veranderingen in TBR per groep weer). Deze visuele inspecties dienen als toetsing van de primaire uitkomstmaten.

Naast de primaire test door visuele inspectie, secundair, zullen we statistische tests uitvoeren tussen de gemiddelde TBR van groep A en B samen op een gelijk aantal sessies na aanvang van de training in vergelijking met groep C op hetzelfde aantal sessies als groep A ( d.w.z. sessie 10 voor groep A gemiddeld met sessie 14 voor groep B vergeleken met sessie 10 voor groep C). We zullen ook acht afzonderlijke contrastscores van gemiddelde TBR berekenen binnen groep A van sessie 1 minus sessie 17; sessie 2 min sessie 16; sessie 3 min sessie 15 enz. Hetzelfde wordt gedaan voor groep B en C, gevolgd door een statistische vergelijking van de contrastscores van groep A en B (samen genomen als één groep) met de contrastscores van groep C.

Tertiair, alleen in het geval dat er in groep A bewijs lijkt te zijn van verandering in TBR tijdens ongeveer dezelfde sessietijd als bij visuele inspectie, zullen we een directe replicatie van dit effect testen in groep B met behulp van een vergelijkbare permutatietestmethode zoals Ter Kuile et al., (2009, zie ook Bulté en Onghena, 2008). Het geschatte tijdstip van TBR-verandering in groep A zou kunnen dienen om de TBR-gegevens per sessie aan te duiden als pre- of postinterventie.