INSIGHT, et omfattende, tverrfaglig hjernetreningssystem (INSIGHT)

Nylige innovasjoner innen kognitiv nevrovitenskap har avansert forståelse av det nevrobiologiske grunnlaget for flytende intelligens (Gf) og adaptiv resonnement og problemløsning (ARP). I stedet for å engasjere en enkelt hjernestruktur (f.eks. prefrontal cortex) eller operere på et fast ytelsesnivå gjennom voksen alder, indikerer nye nevrovitenskapelige bevis at Gf og ARP er mediert av et distribuert nevralt system hvis funksjoner kan forbedres betydelig av spesifikke typer intervensjoner , inkludert kognitiv trening, høyoppløselig transkraniell likestrøms hjernestimulering (HD-tDCS) og fysisk kondisjonstrening. Hovedmålet med INSIGHT-prosjektet er å etablere og validere en omfattende og streng hjernetreningsprotokoll som inkluderer de beste tilgjengelige intervensjonene for forbedring av Gf og ARP.

Prosjektet ble delt inn i to faser, med den første i februar - november 2014 og den andre i februar - desember 2015. De to fasene var like i struktur og mål/hypoteser, men hadde flere metodiske forskjeller når det gjelder intervensjoner, armer og utfallsmål. Dette dokumentet inneholder informasjon som bare er relevant for 2014-fasen, som undersøkte de relative bidragene fra fysisk formintervensjon, videospillbasert trening og høyoppløselig transkraniell likestrøms hjernestimulering (HD-tDCS) til forbedring av Gf/ARP, eksekutiv funksjon, arbeidsminne, relasjonsminne, fysisk formnivå og hjernestruktur/funksjon.

Armer/grupper fullførte 1 uke med testing for å etablere baseline målinger av kognitive evner, fysisk form og hjernestruktur/funksjon. 16 uker med ulike intervensjonsprotokoller. Disse protokollene kan inkludere én eller flere intervensjonstyper med varierende tidsplaner. Tre 70-minutters treningsøkter ble gjennomført per uke, så alle armer fullførte 56 timers trening totalt. Etter fullføring av intervensjonsperioden var det 1 uke etter vurdering for å måle endringer i kognitive evner, fysisk form og hjernestruktur/funksjon.

Teknisk begrunnelse for fysisk formintervensjon: De gunstige effektene av fysisk form på kognitiv ytelse og hjernehelse er dokumentert i mange studier. For eksempel antyder denne litteraturen at økt trening fører til fødselen av nye nevroner i hippocampus (en viktig hjerneregion som ligger til grunn for Gf), økte forbindelser mellom nevroner i hele hjernen, utvikling av ny vaskulaturstruktur, økt produksjon av nevrotrofiske proteiner, forbedret læring og hukommelse, og forbedret eksekutiv kontroll inkludert oppmerksomhet og hemming, arbeidsminne, mental fleksibilitet og handlingsovervåking. Spesielt (1) treningseffekter er størst for oppgaver som involverer utøvende kontrollfunksjoner for arbeidsminne, planlegging og problemløsning - evner som er essensielle for Gf og ARP; og (2) aerob trening, kombinert med styrke- og smidighetstrening, hadde en større positiv effekt på kognisjon sammenlignet med treningstreningsprogrammer som bare inkluderte aerobe komponenter. Slike funn gir viktig begrunnelse for den fysiske aktivitetsintervensjonen som er foreslått her. Derfor bruker den foreslåtte treningsintervensjonen et kombinert aerobic/motstandstreningsprogram for ytterligere å forbedre fordelene med kognitiv trening på Gf og ARP.

Teknisk begrunnelse for videospillbasert trening: Trening på fem kognitive ferdigheter - (1) prosesseringshastighet, (2) oppmerksomhet, (3) arbeidsminne, (4) relasjonsminne og (5) kognitiv fleksibilitet - har vist seg å gi lovende overføringsresultater til Gf og andre relevante konstruksjoner. Dette opplæringsregimet er grunnlaget for utformingen av Mind Frontiers programvareplattform. Mind Frontiers inkluderer en integrert pakke med minispill som er designet for å trene disse fem kjernekognitive ferdighetene. Mekanikken, som abstraksjoner av de kognitive øvelsene, sørger for at den vitenskapelige integriteten og treningseffekten av øvelsene bevares, men øvelsene gjennomføres som spill med motivasjonstrekk og tilpasningsvansker.

Teknisk begrunnelse for HD-tDCS: Det har blitt antatt at Gf og ARP er kritisk avhengige av et frontoparietalt hjernenettverk, og dermed at bilateral, spesifikk stimulering av frontal cortex med høydefinisjon transkraniell likestrømstimulering (HD-tDCS) ville ha en eksitatorisk effekt på nevroner i det nettverket, noe som gjør dem mer sannsynlig å skyte, og dermed muliggjøre raskere læring og forenkle overføring til Gf.

Teknisk begrunnelse for aktiv kontroll: Oppgaver for endringsdeteksjon og visuelle søk ble valgt som aktive kontrolloppgaver fordi tidligere arbeid hadde indikert at trening på lavnivå perseptuelle evner ikke ble overført til Gf og ARP.