INSIGHT, een uitgebreid, multidisciplinair hersentrainingssysteem (INSIGHT)

Recente innovaties in de cognitieve neurowetenschappen hebben geleid tot een beter begrip van de neurobiologische grondslagen van vloeibare intelligentie (Gf) en adaptief redeneren en probleemoplossing (ARP). In plaats van een enkele hersenstructuur te gebruiken (bijv. Prefrontale cortex) of gedurende de volwassenheid op een vast prestatieniveau te werken, geeft opkomend neurowetenschappelijk bewijs aan dat Gf en ARP worden gemedieerd door een gedistribueerd neuraal systeem waarvan de functies aanzienlijk kunnen worden verbeterd door specifieke soorten interventies. , inclusief cognitieve training, high-definition transcraniële gelijkstroom-hersenstimulatie (HD-tDCS) en fysieke fitnesstraining. Het hoofddoel van het INSIGHT-project is het opstellen en valideren van een alomvattend en rigoureus hersentrainingsprotocol dat de best beschikbare interventies voor de verbetering van Gf en ARP bevat.

Het project was opgedeeld in twee fasen, de eerste in februari - november 2014 en de tweede in februari - december 2015. De twee fasen waren vergelijkbaar qua structuur en doelen/hypothesen, maar hadden verschillende methodologische verschillen in termen van interventies, armen en uitkomstmaten. Dit document bevat alleen informatie die relevant is voor de fase van 2014, waarin de relatieve bijdragen werden onderzocht van fysieke fitheidsinterventie, op videogames gebaseerde training en high-definition transcraniële gelijkstroom-hersenstimulatie (HD-tDCS) aan de verbetering van Gf/ARP, uitvoerende functie, werkgeheugen, relationeel geheugen, fysieke fitheid en hersenstructuur/functie.

Armen/groepen voltooiden 1 week testen om basismetingen vast te stellen van cognitieve vaardigheden, fysieke fitheid en hersenstructuur/-functie. 16 weken verschillende interventieprotocollen. Deze protocollen kunnen enkele of meerdere interventietype(s) bevatten met variërende schema's. Er werden drie trainingssessies van 70 minuten per week voltooid, dus alle armen voltooiden in totaal 56 uur training. Na afronding van de interventieperiode volgde 1 week post-assessment om veranderingen in cognitieve vaardigheden, fysieke fitheid en hersenstructuur/-functie te meten.

Technische rechtvaardiging voor interventie voor fysieke fitheid: De gunstige effecten van fysieke fitheid op de cognitieve prestaties en de gezondheid van de hersenen zijn in veel onderzoeken gedocumenteerd. Deze literatuur suggereert bijvoorbeeld dat meer lichaamsbeweging leidt tot de geboorte van nieuwe neuronen in de hippocampus (een belangrijk hersengebied dat ten grondslag ligt aan Gf), meer verbindingen tussen neuronen door de hele hersenen, de ontwikkeling van een nieuwe vasculatuurstructuur, verhoogde productie van neurotrofe eiwitten, verbeterde leren en geheugen, en verbeterde executieve controle inclusief aandacht en remming, werkgeheugen, mentale flexibiliteit en actiemonitoring. In het bijzonder zijn (1) de oefeneffecten het grootst voor taken waarbij executieve controlefuncties voor werkgeheugen, planning en probleemoplossing betrokken zijn - vaardigheden die essentieel zijn voor Gf en ARP; en (2) aerobe training, in combinatie met kracht- en flexibiliteitstraining, had een groter positief effect op de cognitie in vergelijking met trainingsprogramma's die alleen aerobe componenten bevatten. Dergelijke bevindingen vormen een belangrijke rechtvaardiging voor de hier voorgestelde fysieke activiteitsinterventie. Daarom maakt de voorgestelde fitnessinterventie gebruik van een gecombineerd aeroob/weerstandstrainingsprogramma om de voordelen van cognitieve training op Gf en ARP verder te verbeteren.

Technische rechtvaardiging voor op videogames gebaseerde training: training op vijf cognitieve vaardigheden - (1) verwerkingssnelheid, (2) aandacht, (3) werkgeheugen, (4) relationeel geheugen en (5) cognitieve flexibiliteit - levert veelbelovende overdrachtsresultaten naar Gf en andere relevante constructies. Dit trainingsregime is de basis voor het ontwerp van het softwareplatform Mind Frontiers. Mind Frontiers bevat een geïntegreerde reeks minigames die zijn ontworpen om deze vijf cognitieve kernvaardigheden te trainen. De mechanica, als abstracties van de cognitieve oefeningen, zorgen ervoor dat de wetenschappelijke integriteit en het trainingseffect van de oefeningen behouden blijven, maar de oefeningen worden geïmplementeerd als games met motiverende kenmerken en adaptieve moeilijkheidsgraad.

Technische rechtvaardiging voor HD-tDCS: Er is een hypothese dat Gf en ARP kritisch afhankelijk zijn van een fronto-pariëtaal hersennetwerk, en dus dat bilaterale, specifieke stimulatie van de frontale cortex met high-definition transcraniale gelijkstroomstimulatie (HD-tDCS) zou hebben een stimulerend effect op neuronen binnen dat netwerk, waardoor ze meer geneigd zijn te vuren, waardoor sneller leren mogelijk wordt en overdracht naar Gf wordt vergemakkelijkt.

Technische rechtvaardiging voor actieve controle: Veranderingsdetectie en visuele zoektaken werden geselecteerd als de actieve controletaken omdat eerder werk had aangetoond dat het trainen van lage waarnemingsvermogens niet overging op Gf en ARP.