Verbeteringen in cognitieve vaardigheden van oudere volwassenen met behulp van dynamische visuele aandachtstraining

Het doel van deze studie is om aan te tonen dat neurotraining in het centrum van het bewegingswerkbereik (PATH) dat de contrastgevoeligheid voor richtingsdiscriminatie verbetert (activiteit van de dorsale stroom, de cognitieve vaardigheden bij oudere volwassenen aanzienlijk verbetert, meer dan bij degenen die trainen om de oriëntatie te verbeteren). discriminatie: ventrale stroomactiviteit (schijntraining). Hersentraining wordt gedurende 12 weken drie keer per week gedurende 20 minuten gegeven: Arm 1) PATH neurotraining en Arm 2) Sham training. De onderzoekers voorspellen dat oudere volwassenen die PATH-neurotraining volgen, hun visuele en cognitieve vaardigheden zullen verbeteren, waardoor hun aandacht, multitasking, verwerkingssnelheid, leesvaardigheid en werkgeheugen zullen verbeteren, aanzienlijk meer dan degenen die schijntraining volgen. Deze voorspelling zal worden geëvalueerd door te meten of oudere volwassenen meer verbeteren op gestandaardiseerde tests van cognitieve vaardigheden na PATH neurotraining dan oudere volwassenen die oriëntatie-discriminatietraining volgen om de verwerkingssnelheid en aandacht te verbeteren. MEG-hersenbeeldvorming zal worden gebruikt om aan te tonen dat PATH-training de dorsale, aandachts- en uitvoerende controlenetwerken verbetert, zoals eerder werd gevonden, meer dan schijntraining. De onderzoekers voorspellen dat deze verbeteringen zullen worden gevonden bij zowel gezonde volwassenen als mensen met MCI.

De haalbaarheid van snelle, effectieve hersentraining zal worden geëvalueerd door gebruik te maken van gedragsmethoden om leeftijdsgerelateerde cognitieve achteruitgang te verhelpen, en om de cognitieve stoornissen en/of gedragssymptomen geassocieerd met MCI te behandelen, en om het beloop van MCI te vertragen en/of om te keren. cognitieve achteruitgang of om deze geheel te voorkomen. PATH neurotraining biedt een computergebaseerd product om de visuele en cognitieve problemen van oudere volwassenen snel en effectief te verhelpen. De innovatieve PATH neurotraining verbetert het centrum van het bewegingswerkbereik, terwijl de schijntraining het centrum van het oriëntatieonderscheidingswerkgebied verbetert. De twee hersentrainingsgroepen zullen in evenwicht zijn, in termen van gezonde oudere volwassenen en mensen met MCI. Een proefpersoon wordt geacht MCI te hebben als de WAIS Working Memory Index-score minder dan 50 procent is en de MOCA een score van 19-25 heeft. Deze groepen zullen ook in evenwicht zijn wat betreft leeftijd en leessnelheid, een gevoelige maatstaf voor verwerkingssnelheid.

De helft van de ouderen volgt de PATH neurotraining gedurende 12 weken en de andere helft volgt de schijntraining gedurende 12 weken. Er zijn nog eens 12 weken nodig om personeel op te leiden, proefpersonen te werven en de gestandaardiseerde tests en MEG-beeldvorming af te ronden. De keuze van welke volwassenen elk type hersentraining zullen doen, wordt gerandomiseerd, bepaald door onderzoeksstatisticus prof. John Shelley-Tremblay. Na initiële gestandaardiseerde tests zullen 12 volwassenen die PATH-training volgen, worden geselecteerd voor pre-post MEG-beeldvorming van de hersenen.

Nauwkeurige metingen met behulp van pre- en post-gestandaardiseerde tests van cognitieve vaardigheden zullen worden gebruikt om de verbeterde visuele en cognitieve (aandacht, verwerkingssnelheid en geheugen) prestaties te valideren die eerder bij oudere volwassenen zijn gerapporteerd. Gestandaardiseerde tests en MEG-beeldvorming op een subset zullen vóór en na cognitieve training door het personeel worden afgenomen om verbeteringen in cognitieve vaardigheden na behandelingsinterventies (PATH-neurotraining) en controle-interventies (schijntraining) te evalueren.

Het evalueren van verbeteringen in cognitieve vaardigheden van oudere volwassenen zal worden gegroepeerd op type onderwerp: of de volwassene gezond is of MCI heeft om te bepalen welke interventie de cognitieve vaardigheden het meest verbetert. De onderzoekers voorspellen dat PATH neurotraining de leessnelheid, het werkgeheugen en de aandacht (cognitieve flexibiliteit) significant zal verbeteren (bij p ≤ 0,05) bij oudere volwassenen, meer dan na training op schijntraining. Dit zal worden geëvalueerd door: 1) te meten of oudere volwassenen verbeteren op de hierboven vermelde gestandaardiseerde tests na hersentraining, en 2) MEG-beeldvorming van de hersenbron om te valideren dat dorsale stroom, aandacht en executieve controlenetwerken aanzienlijk verbeteren in functie na PATH neurotraining .

Deze studie is van plan om 40 oudere volwassenen tussen de 55 en 75 jaar te bestuderen, 20 in elke groep. Oudere volwassenen zullen worden geworven door brochures te plaatsen en doorverwijzingen te krijgen van Dr. James Brewer en Dr. Michael Lobatz, die beiden werken met oudere volwassenen met de ziekte van Alzheimer.

Trainingsprocedures. Hersentrainingsoefeningen zullen op een betrouwbare manier worden geïmplementeerd, met behulp van een gedetailleerd schriftelijk protocol dat alle Research Assistants (RA's) zijn opgeleid om nauwgezet te volgen, nieuwe PATH-trainingsfilms en nieuwe motiverende strategieën. Personeel zal worden aangenomen bij UCSD na interviews met Cognitive Science-studenten die hebben gereageerd op een advertentie op Handshake, de UCSD-portal die adverteert voor stages voor UCSD-studenten. Het inhuren van RA's voor dit project en een Senior RA (SRA) om onderzoek te monitoren zal worden gedaan door de PI van UCSD. Elf RA's zullen worden ingehuurd om gestandaardiseerde tests en beide soorten hersentraining toe te dienen aan oudere volwassenen bij het Perception Dynamics Institute (PDI), dat een kliniek heeft die ideaal is voor het verzamelen van gegevens in een rustige omgeving met gemakkelijke toegang voor oudere volwassenen. Nieuwe trainingsvideo's gericht op oudere volwassenen zullen worden ontwikkeld door Leslie Peters bij Desert Bay Productions in Encinitas.

De RA's zorgen ervoor dat elke oudere volwassene aan het werk is en de PATH neurotraining (pathtoreading.com) voltooit ontworpen om de dorsale hersenbanen te activeren en Sham-training ontworpen om de ventrale hersenbanen te activeren, en doorloopt elk programma tijdig door hun gegevens te onderzoeken. De PI, die uitgebreide ervaring heeft met het uitvoeren van gecontroleerde validatiestudies, zal verantwoordelijk zijn voor het opleiden van al het personeel, het uitvoeren van de dagelijkse werkzaamheden waarvoor toezicht moet worden gehouden op gestandaardiseerde tests en het uitvoeren van de interventies.

Maatregelen om de effectiviteit van training te evalueren om visuele en cognitieve vaardigheden te verbeteren.

Gedragsmeting: gestandaardiseerde tests van cognitieve vaardigheden zullen worden uitgevoerd bij PDI door UCSD-studenten Cognitive Science die zijn opgeleid door de PI, zoals eerder gedaan. Alle deelnemers ondergaan een beoordeling van hun medische geschiedenis en dagelijkse activiteiten die worden beïnvloed naarmate ze ouder worden, met behulp van een vragenlijst met 9 items die wordt beschreven in Menselijke proefpersonen. Aangezien dit getimede tests zijn met testitems die niet kunnen worden onthouden voor toekomstige tests, worden oefeneffecten geminimaliseerd. Cognitieve beoordelingen, die ongeveer een uur in beslag nemen, worden voor en na de training geëvalueerd door middel van gestandaardiseerde tests voor volwassenen om te meten:

1. Aandacht met behulp van Delis-Kaplan Executive Function System (D-KEFS) Color-Word Interference test (10 minuten).
2. Leessnelheid met behulp van computergebaseerde leessnelheidstaak (6 woorden tekst op het scherm lezen) van een interessant verhaal met toenemende snelheden om 2 leessnelheidsdrempels te meten met behulp van een procedure met dubbele trap, na getraind te zijn door de film ReadingRate te bekijken. (5 minuten).
3. Verwerkingssnelheidsindex (Wechsler Adult Intelligence Scale (WAIS)-4 subtests voor codering en symboolzoeken) en werkgeheugenindex (WAIS-4 subtests voor cijferreeksen en letternummervolgorde), (10 minuten).
4. Visueel werkgeheugen (VWM) met behulp van een test van informatieverwerkingsvaardigheden, met twee afleidingstaken, een teltaak en het herhalen van een korte zin, dierennamen aan het einde van de test (10 minuten).

Biomarker-meting: MEG-beeldvorming zal worden gebruikt om een ​​biomarker te bieden om aan te tonen dat alleen het verbeteren van de dorsale stroomfunctie de cognitieve vaardigheden bij oudere volwassenen verbetert. Om de haalbaarheid vast te stellen van PATH-neurotraining om de cognitieve functie bij oudere volwassenen te verbeteren, zal prof. Ming-Xiong Huang voxelgewijze MEG-bronmagnitudebeelden van 12 oudere volwassenen opnemen om de corticale gebieden te bepalen die in functie verbeteren na PATH-neurotraining en na schijntraining . MEG-hersenbeeldvorming, met behulp van de Fast-VESTAL-procedure (Huang et al. 2016, 2017, 2018), toonde aan dat deze bewegingsonderscheidingstraining de tijdgebonden activiteit in de dorsale stroom, aandacht en uitvoerende controlenetwerken verbeterde. MEG-beelden die de hele hersenen bestrijken, voor elke frequentieband, volgens de Fast-VESTAL-procedure, om tijdvergrendelde signalen te meten tijdens een N-back-taak met werkgeheugen, zullen worden gebruikt om verbeteringen in de hersenfunctie te evalueren. De N-back-taak is een van de meest gebruikte WM-paradigma's (Gevins en Cutillo, 1993) om de neurale basis van WM-processen te onderzoeken. Voor elke deelnemer worden twee MEG-examens afgenomen, één voor en één na de PATH- of schijntraining.

N-back werkgeheugentaak. Deelnemers ondergaan MEG-opnames tijdens het uitvoeren van een N-back WM-taak. De taak omvat het online monitoren, bijwerken en manipuleren van onthouden informatie. Tijdens de taak moet de deelnemer een reeks letters (zowel hoofdletters als kleine letters) volgen die gedurende 500 ms in het midden van het scherm worden gepresenteerd. Tijdens het interstimulusinterval van 3000 ms wordt een fixatiekruis gepresenteerd. De deelnemer wordt geïnstrueerd om alleen te reageren wanneer een brief wordt aangeboden die overeenkomt (d.w.z. doelwit) degene die eerder n proeven presenteerde, terwijl het niet reageerde op de ongeëvenaarde stimuli (niet-doelwit). Er zullen twee belastingscondities worden gebruikt (1-back en 2-back), die steeds hogere eisen stellen aan WM-processen. Voor elke deelnemer worden ongeveer 50 proeven per belastingstoestand verzameld. De uitvoering wordt opgenomen met behulp van een MEG-compatibele responspad, waarin wijsvinger een laserstraal blokkeert en deblokkeert. De uitvoer van de responspad inclusief reactietijden wordt opgenomen in het MEG-bestand. Het percentage correcte reacties op doel- en niet-doelstimuli zal worden gemeten.

Anders dan de conventionele MEG-benadering waarbij sensorgolfvormen worden gemiddeld met betrekking tot het begin van de stimuli, zullen de sensorcovariantiematrices voor individuele proeven worden berekend. Vervolgens wordt een totale sensorgolfvormcovariantiematrix van de doelconditie berekend door het gemiddelde te nemen van de covariantiematrices van individuele proeven voor de doelstimuli. Vervolgens worden de covariantiematrices over proeven gemiddeld. Met behulp van de totale covariantiematrix zullen voxelgewijze MEG-bronmagnitudebeelden worden verkregen die de hele hersenen bedekken, voor elk onderwerp en elke frequentieband, volgens de Fast-VESTAL-procedure, zie Methode in (Huang et al., 2014) en Bijlage in (Huang et al., 2016), het meten van tijdgebonden signalen tijdens een werkgeheugen N-back-taak om verbeteringen in de hersenfunctie te evalueren. Er zal een objectieve pre-whitening-methode worden toegepast om gecorreleerde omgevingsruis te verwijderen en objectief de dominante eigenmodi van de sensor-golfvorm-covariantiematrix te selecteren (Huang et al., 2014).

Een ander doel is het bestuderen van de neuronale correlaten van mogelijke cognitieve disfuncties die worden waargenomen met behulp van gedragsmetingen bij oudere volwassenen. Er zullen ook voxelgewijze correlatieanalyses worden uitgevoerd om de associatie van N-back-bronbeelden en neuropsychologische scores te onderzoeken. Alle onderwerpen worden gecombineerd voor de correlatieanalyses. In elke frequentieband zullen de MEG-bronbeelden in de MNI-152-ruimte (volgens de ruimtelijke afvlakking en logaritmetransformatie) worden gevormd tot drie 4D-gegevenssets: Dimensies 1-3 vertegenwoordigen de x-, y- en z-coördinaten, en de vierde dimensie vertegenwoordigt alle onderwerpen. Er worden in totaal acht datasets gemaakt voor 1- en 2-back-condities en voor vier frequentiebanden. Vervolgens zullen langs de vierde dimensie voxelgewijze herhaalde correlatieanalyses met metingen (Bakdash en Marusich, 2017) worden uitgevoerd tussen MEG-bronbeelden en elk van de neuropsychologische scores. Voor elke frequentieband zullen de 1- en 2-back-condities in dergelijke analyses als herhaalde metingen worden behandeld. In dit onderzoek kijken we alleen naar de neuropsychologische scores die statistische groepsverschillen laten zien. De correlatieanalyses met herhaalde metingen creëren correlatiekaarten voor de r-waarde en clusteranalyse die zal worden gebruikt om te controleren op familiefouten op een gecorrigeerd p<0,01-niveau voor de kaarten met de r-waarde, vergelijkbaar met de correctieprocedure voor de F-waarde kaarten.