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

Bakgrunn EEG-tiltak i hviletilstand kan produsere nyttige spektrale effektindekser i forskjellige frekvensbånd. Et robust funn ved oppmerksomhetssvikt/hyperaktivitetsforstyrrelse (ADHD) har vært økt tetabåndstyrke (typisk 4-7 Hz) i forhold til betabåndstyrke (13-30 Hz) ellers uttrykt som 'theta beta ratio' (TBR; Barry , Clark & ​​Johnstone, 2003). TBR reflekterer muligens interaksjoner mellom subkortikale og prefrontale kortikale områder i hjernen (Schutter & Knyazev, 2012). En fersk studie fra Leiden University lab viste at økt TBR var relatert til mindre selvrapportert oppmerksomhetskontroll og korrelerte til en sterkere nedgang i oppmerksomhetskontroll etter stressinduksjon (Putman et al., 2014) som er kjerneelementer i kognitiv prestasjonsangst (CPA); et fenomen definert som når frykt kompromitterer et individs kapasitet til å utføre en oppgave. Gitt at theta/beta-ratio kan tjene som en markør for PFC-mediert oppmerksomhetskontroll og sårbarhet for effektene av CPA, er det endelige målet med forskningsprogrammet vårt å teste om theta/beta-ratioreduksjon kan være effektiv for å redusere symptomer på CPA. Neurofeedback-trening er en metode for å indusere endringer i EEG-frekvensstyrkebånd. Tilbakemelding på nett på folks EEG-spektrum mens man ber om å øke eller redusere kraften i visse frekvensbånd kan til slutt føre til muligheten til å gjøre dette (Vernon, 2005). Anvendelse av en TBR Neurofeedback-trening med sikte på å redusere TBR kan være effektiv for å redusere oppmerksomhetsdysfunksjon som hos ADHD-pasienter (Lofthouse et al., 2012) og kan muligens øke motstandskraften mot skadelige effekter av stress på kognisjon (Putman et al., 2014) ). Etterforskerne ønsker til syvende og sist å studere effektene av denne treningen hos personer med økt sårbarhet for CPA; har en høyere TBR enn gjennomsnittet. Hovedmålet med den nåværende studien er kun å se om det er mulig å endre EEG TBR-signaturen i denne populasjonen ved hjelp av vår NFT-protokoll. I tillegg ønsker vi å utforske effektene på prefrontale mekanismer som regulerer oppmerksomhet til forstyrrende distraktorer ved å administrere en bokstavstrenginterferensoppgave (Bishop, 2009) på faste øyeblikk under treningen. Data knyttet til dette kognitive tiltaket vil kun bli brukt til å informere utformingen av fremtidige studier, og ethvert funn vil bli nevnt i publikasjoner eksplisitt som å være utforskende (hvis i det hele tatt) og ikke gi bevis for å akseptere eller avvise noen hypoteser om effekten av vår NFT-protokoll på kognitiv ytelse. Designet vårt vil være forskjellig fra den mye brukte designen for randomiserte kontrollerte studier (RCT). RCT-design anses generelt for å være overlegen andre metoder for å estimere en intervensjons sanne effekt. Imidlertid kan andre design som case-studier eller godt samsvarende sammenligningsgruppe-studier gi informasjon som er like verdifull i kliniske intervensjonsstudier i tilfelle intervensjonen gir overbevisende bevis på effekten. Den nåværende studien vil tjene som en første prøve på om vi kan redusere TBR ved å bruke en nevrofeedback-trening som en RCT-design kan koste unødvendig mye tid og krefter for. Vi foreslår et alternativ til RCT-designet, nemlig å bruke mindre grupper av deltakere som starter med EEG-målinger i hviletilstand som baseline og går over til ekte nevrofeedback-trening på forskjellige tidspunkter; såkalt 'case series multiple baseline design'. Praktiske fordeler med multippel grunnlinjedesign er at designet krever færre deltakere og at deltakerne fungerer som sine egne kontroller. Visuell inspeksjon og enkelttilfellestatistikk vil bli brukt for å bestemme effektiviteten av denne nevrofeedback-treningen ved å observere forskjeller i TBR per gruppe over tid (se avsnittet 'Statistisk analyseplan').

Mål, forskningsspørsmål og hypotese Hovedmålene med denne studien vil være å evaluere effekten av en nevrofeedback-trening på å redusere EEG-theta/beta-ratio hos individer med forhøyet baseline-TBR. Videre, med en aller andre grad av betydning, vil etterforskerne teste om en reduksjon i TBR øker kognitiv ytelse på en responskonfliktoppgave.

Forskningsspørsmålene vil være; kan en TBR Neurofeedback-trening hos friske (ikke-ADHD) personer med forhøyet TBR redusere TBR og (veldig sekundært) vil treningen kanskje øke kognitiv ytelse på en responskonfliktoppgave? I så fall kan vi fortsette med ytterligere studier for å vurdere NFT-effekter på kognitiv ytelse i CPA hos friske mennesker. Det forventes at TBR vil reduseres etter treningsstart. Det forventes også at ytelsen på interferensoppgaven vil forbedres etter at deltakerne har startet med TBR Neurofeedback-treningen.

Design Etterforskerne vil bruke en enkelt blind case serie med flere baseline design med en baseline som varierer før trening starter. Ved å randomisere 12 deltakere over tre tilstander med ulike tidspunkt for treningsstart, vil etterforskerne bruke en variasjon i baseline som gir mulighet til å skille mellom tidseffekter av nevrofeedback-treningen. Alle deltakerne vil starte med en baselinefase på tre økter som vil inkludere en økt med spørreskjemaer, interferensoppgavetrening (for raskt å nå et læringseffekttak for bedre å kunne observere ytterligere ytelsesendring etter intervensjon) og en hviletilstands EEG-måling etterfulgt av to andre økter med EEG-målinger i hviletilstand og interferensoppgaven. Deltakerne i gruppe A vil deretter fortsette med 14 økter med TBR Neurofeedback-trening. Gruppe B vil motta seks ekstra baseline EEG-målinger før de fortsetter med åtte TBR Neurofeedback-økter. Gruppe C på den annen side vil kun motta 14 placebo-treningsøkter etter den korte baseline-fasen. Før hver TBR-nevrofeedback-trening eller placebo-trening, vil en fire-minutters EEG hviletilstand baseline-måling bli utført.

Det minimale antallet reelle treningsøkter (åtte) er nødvendig for å gjøre det mulig å observere begynnelsen av en effekt av nevrofeedback-treningen, basert på tidligere studier som bruker en TBR-nevrofeedback-trening (f. Studer et al., 2014; Doppelmayr & Weber, 2011; Leins et al., 2007; Gevensleben et al., 2009). Dessuten er et høyere antall treningsøkter viktig for å sikre at en mulig forsinket effekt av nevrofeedback-treningen fortsatt kan observeres.

Fremgangsmåte Før den første labøkten vil deltakerne bli stratifisert tilfeldig fordelt i en av de tre gruppene. Alle deltakerne vil besøke laboratoriet 17 ganger. Under det første besøket vil deltakerne fylle ut et informert samtykke, demografisk informasjon og spørreskjemaer. De vil fortsette med en opplæring for bokstavstrenginterferensoppgaven for å unngå læringseffekter. Ved slutten av det første besøket vil EEG-hviletilstand bli målt. Under det andre og tredje besøket vil deltakerne kun motta en hviletilstands EEG-måling og utføre bokstavstrenginterferensoppgaven. I øktene etter disse baseline-målingene vil deltakerne motta en 4-minutters EEG-øyeåpne hviletilstandsmåling, etter enten TBR Neurofeedback-trening eller placebo-trening avhengig av deltakergruppen. Etter nevrofeedback-trening, hviletilstandsmåling eller placebo-trening, vil deltakerne alltid utføre bokstavstrenginterferensoppgaven. Øktene vil være (nesten) daglige og tar omtrent mellom 50-60 minutter; bortsett fra det første spørreskjemaet/interferenstreningsøkten som vil ta 90 minutter. Det komplette eksperimentet vil derfor ta 17-19 timer per deltaker på 4-6 uker.

Materialer og opplæring Spørreskjema Deltakerne skal fylle ut demografisk informasjon og fylle ut egenskaps- og tilstandsversjonen av State-Trait Anxiety Inventory (STAI-t, STAI-s; Spielberger, 1983; Van der Ploeg et al., 1981) tilpasset kun til rapport om den siste uken før den første økten, og egenskaps- og tilstandsversjonen av Attentional Control Scale (ACS; Derryberry & Reed, 2002). STAI-t vurderer egenskapsangst (område 20-80), STAI-s vurderer deltakerens nåværende angsttilstand, og ACS vurderer oppmerksomhetshemming, oppmerksomhetsforskyvning og kapasiteten til fleksibelt å generere nye tanker (område 20-80). Den interne konsistensen i disse spørreskjemaene er generelt god. STAI-t, ACS-t og et demografisk spørreskjema vil kun bli målt under den første økten og under den siste økten (etter treningen). STAI-ene og ACS-ene vil bli vurdert på hver økt før EEG-måling eller trening.

Bokstavstrenginterferensoppgave

Letter String interference-oppgaven vil være som i Bishop (2009) med den eneste forskjellen at i denne studien vil de nøytrale forsøkene utelates da de ikke har noen informativ verdi på kognitiv interferens.

Nevrofeedback theta/beta ratio trening. TBR Neurofeedback-signalet vil bli gitt ved hjelp av en NeXus-4 forsterker og opptakssystem (Mindmedia, Nederland). Én Ag/AgCl-engangselektrode vil bli påført på deltakerens hodebunn mellom stedene Cz og FCz. For en høykvalitets og nøyaktig EEG-måling vil 16 ekstra in-cap-elektroder (BioSemi, Nederland) bli lagt til på plassene F3, Fz, F4, C3, Cz, C4, P3, Pz, P4, T7, TP7, T8 , TP8, O1, Oz og O2) under hver økt. Hver økt vil bestå av en fire-minutters hviletilstandsmåling, etterfulgt av en 25-minutters måling/Neurofeedback-trening eller placebo-trening. Tersklene vil bli satt 20 % over (beta) eller under (theta) deltakerens amplitude, beregnet og justert automatisk hvert 15. sekund. Under treningen vil theta- og betaaktiviteten bli visualisert i egne søylediagrammer på skjermen og deltakerne vil bli instruert om å «prøve å flytte ned theta-aktiviteten og gå opp betaaktiviteten under eller over terskelen». Det vil ikke bli gitt instruksjoner om hvordan de kan påvirke deres aktivitet. Når EEG-theta-styrken går under terskelen, og beta-styrken over terskelen samtidig, vil deltakeren bli belønnet med fortsettelsen av en video. Hvis de ikke når dette punktet, blir videoen satt på pause.

Placebo-treningen vil være en tidligere registrert Neurofeedback-økt av en deltaker i gruppe A (som mottar 14 ekte Neurofeedback-økter). Før deltakerne i gruppe C (placebo-treninger) starter, vil de bli matchet med en deltaker i gruppe A, og motta nøyaktig samme (forhåndsinnspilte) tilbakemelding per økt fra deres matchede deltaker. På denne måten får deltakerne i placebo-treningen til å tro at video- og EEG-tilbakemeldinger er deres egne, men de er faktisk ikke i stand til å påvirke fortsettelsen av videoen.

Dataanalyse For å tolke resultatene vil visuell inspeksjon primært bli brukt for å bestemme effektiviteten av TBR Neurofeedback-treningen. Hvis TBR i gruppe A reduseres etter introduksjonen av den ekte nevrofeedback-treningen sammenlignet med ingen endringer i gruppe C, gir eksperimentet overbevisende bevis for effektiviteten av nevrofeedback-treningen. Effekten vil bli enda sterkere støttet hvis vi ser en tilsvarende reduksjon etter oppstart av nevrofeedback-trening i gruppe A og B (som etter like mange faktiske NFT-økter som i gruppe A, uavhengig av den lengre varigheten av baseline). Disse endringene etter debut i gruppe A og gruppe B antas å være fraværende i gruppe C, hvor vi ikke forventer noen endringer i det hele tatt. Den forventede effekten i gruppe B kan også betraktes som en direkte replikering av effekten i gruppe A. De idealiserte forventede endringene i TBR er avbildet i figur 3 (hver enkelt linje representerer endringer i TBR per gruppe). Disse visuelle inspeksjonene fungerer som testing av de primære utfallsmålene.

I tillegg til primærtesten ved visuell inspeksjon, sekundær, vil vi utføre statistiske tester mellom gjennomsnittlig TBR i gruppe A og B sammen på like mange økter etter treningsstart sammenlignet med gruppe C på samme antall økter som gruppe A ( dvs. økt 10 for gruppe A i gjennomsnitt med økt 14 for gruppe B sammenlignet med økt 10 for gruppe C). Vi vil også beregne åtte separate kontrastskårer for gjennomsnittlig TBR innenfor gruppe A på økt 1 minus økt 17; økt 2 minus økt 16; økt 3 minus økt 15 osv. Det samme vil bli gjort for gruppe B og C etterfulgt av en statistisk sammenligning av kontrastskårene til gruppe A og B (samlet som én gruppe) med kontrastskårene til gruppe C.

Tertiær, bare i tilfelle at det i gruppe A ser ut til å være bevis på endring i TBR ved omtrent samme sesjon i tid som per visuell inspeksjon, vil vi teste en direkte replikering av denne effekten i gruppe B ved å bruke en lignende permutasjonstestmetode som Ter Kuile et al., (2009, se også Bulté og Onghena, 2008) Det omtrentlige tidspunktet for TBR-endring i gruppe A kan tjene til å utpeke TBR-dataene per økt som enten før eller etter intervensjon.