Forbedringer i kognitive ferdigheter hos eldre voksne ved bruk av dynamisk visuell oppmerksomhetstrening

Målet med denne studien er å vise at nevrotrening i midten av bevegelsesarbeidsområdet (PATH) som forbedrer kontrastfølsomheten for retningsdiskriminering (dorsal strømaktivitet forbedrer kognitive ferdigheter betydelig hos eldre voksne mer enn hos de som trener for å forbedre orienteringen diskriminering: ventral strømaktivitet (sham-trening). Hjernetrening vil bli gitt i 20 minutter tre ganger i uken i 12 uker: Arm 1) PATH-nevrotrening og Arm 2) Sham-trening. Etterforskerne spår at eldre voksne som utfører PATH-nevrotrening vil forbedre sine visuelle og kognitive ferdigheter, forbedre oppmerksomhet, multitasking, prosesseringshastighet, leseflyt og arbeidsminne, betydelig mer enn de som driver med falsk trening. Denne prediksjonen vil bli evaluert ved å måle om eldre voksne forbedrer seg på standardiserte tester av kognitive ferdigheter etter PATH-nevrotrening mer enn eldre voksne som trener orienteringsdiskriminering for å forbedre prosesseringshastighet og oppmerksomhet. MEG-hjerneavbildning vil bli brukt for å vise at PATH-trening forbedrer dorsal-, oppmerksomhets- og utøvende kontrollnettverk, som tidligere funnet, mer enn falsk trening. Etterforskerne spår at disse forbedringene vil bli funnet hos både friske voksne og de med MCI.

Gjennomførbarheten av rask, effektiv hjernetrening vil bli evaluert ved å bruke atferdsmetoder for å rette opp aldersrelatert kognitiv svikt, og for å behandle kognitiv svekkelse og/eller atferdssymptomer forbundet med MCI, samt for å bremse og/eller reversere forløpet av kognitiv svikt eller for å forhindre det helt. PATH-nevrotrening gir et datamaskinbasert produkt for å avhjelpe de visuelle og kognitive vanskene til eldre voksne raskt og effektivt. Den innovative PATH-nevrotreningen forbedrer midten av arbeidsområdet for bevegelse, mens falsk trening forbedrer sentrum av arbeidsområdet for orienteringsdiskriminering. De to hjernetreningsgruppene vil være balansert, når det gjelder friske eldre voksne og de med MCI. Et emne vil anses å ha MCI hvis WAIS Working Memory Index-score er mindre enn 50 prosent, og MOCA har en score på 19-25. Disse gruppene vil også balanseres når det gjelder alder og lesehastighet, et sensitivt mål på prosesseringshastighet.

Halvparten av de eldre vil fullføre PATH-nevrotrening i 12 uker og halvparten vil fullføre falsk trening i 12 uker. Ytterligere 12 uker vil være nødvendig for å trene personalet, rekruttere forsøkspersoner og fullføre de standardiserte testene og MEG-bildebehandlingen. Valget av hvilke voksne som skal utføre hver type hjernetrening vil bli randomisert, for å bli bestemt av studiestatistiker prof. John Shelley-Tremblay. Etter innledende standardisert testing, vil 12 voksne som utfører PATH-trening bli valgt ut for pre-post MEG hjerneavbildning.

Nøyaktige målinger ved bruk av pre- og poststandardiserte tester av kognitive ferdigheter vil bli brukt for å validere den forbedrede visuelle og kognitive ytelsen (oppmerksomhet, prosesseringshastighet og hukommelse) rapportert tidligere hos eldre voksne. Standardiserte tester og MEG-avbildning på en undergruppe vil bli administrert av personalet før og etter kognitiv trening for å evaluere forbedringer i kognitive ferdigheter etter behandlings- (PATH-nevrotrening) og kontroll- (sham-trening) intervensjoner.

Evaluering av forbedringer i kognitive ferdigheter hos eldre voksne vil bli gruppert etter emnetype: om den voksne er frisk eller har MCI for å avgjøre hvilken intervensjon som forbedrer kognitive ferdigheter mest. Etterforskerne spår at PATH-nevrotrening vil forbedre signifikant (ved p ≤ 0,05) lesehastighet, arbeidsminne og oppmerksomhet (kognitiv fleksibilitet) hos eldre voksne mer enn etter trening på falsk trening. Dette vil bli evaluert ved både: 1) å måle om eldre voksne forbedrer seg på de standardiserte testene oppført ovenfor etter hjernetrening, og 2) MEG-hjernekildeavbildning for å validere at dorsalstrøm, oppmerksomhet og utøvende kontrollnettverk forbedres i funksjon betydelig etter PATH-nevrotrening .

Denne studien planlegger å studere 40 eldre voksne mellom 55 og 75 år, 20 i hver gruppe. Eldre voksne vil bli rekruttert ved å legge ut brosjyrer, få henvisninger fra Dr. James Brewer og Dr. Michael Lobatz, begge som jobber med eldre voksne som har Alzheimers sykdom.

Opplæringsprosedyrer. Hjernetreningsøvelser vil bli implementert på en høy troverdig måte, ved å bruke en detaljert skriftlig protokoll som alle forskningsassistenter (RA) er opplært til å følge nøye, nye PATH-treningsfilmer og nye motivasjonsstrategier. Ansatte vil bli ansatt ved UCSD etter intervjuer med studenter fra kognitiv vitenskap som svarte på en annonse på Handshake, UCSD-portalen som annonserer for praksisplasser for UCSD-studenter. Ansettelse av RA for dette prosjektet og en Senior RA (SRA) for å overvåke studien vil bli utført av PI ved UCSD. Elleve RA-er vil bli ansatt for å administrere standardiserte tester og begge typer hjernetrening til eldre voksne ved Perception Dynamics Institute (PDI) som har en klinikk ideell for å samle inn data i rolige omgivelser med enkel tilgang for eldre voksne. Nye treningsvideoer rettet mot eldre voksne vil bli utviklet av Leslie Peters ved Desert Bay Productions i Encinitas.

RA-ene vil sikre at hver eldre voksen er i gang med oppgaven, og fullfører PATH-nevrotrening (pathtoreading.com) designet for å aktivere de dorsale hjernebanene og Sham-trening designet for å aktivere de ventrale hjernebanene, og går gjennom hvert program i tide ved å undersøke dataene deres. PI, som har lang erfaring med å gjennomføre kontrollerte valideringsstudier, vil ha ansvaret for å trene alle ansatte, drive daglig drift som krever tilsyn med standardisert testing og administrering av intervensjonene.

Tiltak for å evaluere effektiviteten av trening for å forbedre visuelle og kognitive ferdigheter.

Atferdsmål: Standardisert testing av kognitive ferdigheter vil bli utført ved PDI av UCSD-studenter i kognitiv vitenskap som er opplært av PI, som tidligere gjort. Alle deltakere vil gjennomgå sin medisinske historie og hverdagsaktiviteter som blir påvirket etter hvert som de blir eldre ved å bruke et 9-elements spørreskjema beskrevet i Human Subjects. Siden dette er tidsbestemte tester med testelementer som ikke kan lagres for fremtidig testing, minimeres praksiseffekter. Kognitive vurderinger, som tar omtrent en time å administrere, vil bli evaluert før og etter trening ved standardiserte tester for voksne for å måle:

1. Oppmerksomhet ved bruk av Delis-Kaplan Executive Function System (D-KEFS) farge-ord interferenstest (10 minutter).
2. Lesehastighet ved hjelp av datamaskinbasert lesehastighetsoppgave (lesing av 6 ord med tekst på skjermen) fra interessant historie ved økende hastighet for å måle 2 lesehastighetsterskler ved hjelp av en prosedyre med dobbel trapp, etter å ha blitt trent ved å se ReadingRate-filmen. (5 minutter).
3. Behandlingshastighetsindeks (Wechsler Adult Intelligence Scale (WAIS)-4 deltester for koding og symbolsøk) og arbeidsminneindeks (WAIS-4-sifferspenn og bokstav-tallsekvens-deltester), (10 minutter).
4. Visuelt arbeidsminne (VWM) ved hjelp av test av informasjonsbehandlingsferdigheter, ha to distraktoroppgaver, en telleoppgave og gjenta en kort setning, å måtte oppgi dyrenavn på slutten av testen (10 minutter).

Biomarkørmål: MEG Imaging vil bli brukt for å gi en biomarkør for å vise at bare forbedring av ryggstrømfunksjonen forbedrer kognitive ferdigheter hos eldre voksne. For å etablere muligheten for PATH-nevrotrening for å forbedre kognitiv funksjon hos eldre voksne, vil prof. Ming-Xiong Huang ta opp vokselvise MEG-kildestørrelsesbilder fra 12 eldre voksne for å bestemme de kortikale områdene som forbedrer funksjonen etter PATH-nevrotrening og etter falsk trening. . MEG-hjerneavbildning, ved bruk av Fast-VESTAL-prosedyren (Huang et al. 2016, 2017, 2018), viste at denne treningen for bevegelsesdiskriminering forbedret tidslåst aktivitet i dorsalstrømmen, oppmerksomhets- og utøvende kontrollnettverk. MEG-bilder som dekker hele hjernen, for hvert frekvensbånd, etter Fast-VESTAL-prosedyren, for å måle tidslåste signaler under en arbeidsminne N-back-oppgave vil bli brukt til å evaluere forbedringer i hjernens funksjon. N-back-oppgaven er et av de mest brukte WM-paradigmene (Gevins og Cutillo, 1993) for å undersøke det nevrale grunnlaget for WM-prosesser. To MEG-eksamener vil bli utført for hver deltaker, en før og en etter PATH- eller sham-treningen.

N-rygg arbeidsminneoppgave. Deltakerne vil gjennomgå MEG-opptak mens de utfører en N-back WM-oppgave. Oppgaven innebærer online overvåking, oppdatering og manipulering av husket informasjon. Under oppgaven er deltakeren pålagt å overvåke en serie bokstaver (både store og små bokstaver) presentert i 500 ms midt på skjermen. Et fikseringskryss presenteres i løpet av 3000 ms interstimulusintervallet. Deltakeren blir bedt om å svare kun når et brev presenteres som samsvarer (dvs. mål) den som ble presentert n forsøk tidligere, mens den ikke reagerer på de uovertrufne stimuli (ikke-mål). Det skal benyttes to belastningsforhold (1-back og 2-back), som stiller økende krav til WM-prosesser. Omtrent 50 forsøk per belastningstilstand vil bli samlet inn for hver deltaker. Ytelsen vil bli registrert ved hjelp av en MEG-kompatibel responspute, der pekefingeren blokkerer-og-opphever en laserstråle. Utdataene fra responsfeltet inkludert reaksjonstider vil bli registrert i MEG-filen. Den prosentvise korrekte responsen på mål- og ikke-målstimuli vil bli målt.

Forskjellig fra den konvensjonelle MEG-tilnærmingen der sensorbølgeformer beregnes i gjennomsnitt med hensyn til begynnelsen av stimuliene, vil sensorkovariansmatrisene for individuelle forsøk beregnes. Deretter vil en total sensor-bølgeform-kovariansmatrise for måltilstanden bli beregnet ved å beregne gjennomsnitt over kovariansmatrisene fra individuelle forsøk for målstimuliene. Deretter vil kovariansmatrisene på tvers av forsøk bli gjennomsnittet. Ved å bruke den totale kovariansmatrisen vil vokselvise MEG-kildestørrelsesbilder som dekker hele hjernen bli oppnådd for hvert individ og hvert frekvensbånd, etter Fast-VESTAL-prosedyren, se Metode i (Huang et al., 2014) og vedlegg i (Huang et al., 2016), måling av tidslåste signaler under en arbeidsminne N-back-oppgave for å evaluere forbedringer i hjernens funksjon. En objektiv pre-whitening-metode vil bli brukt for å fjerne korrelert miljøstøy og objektivt velge de dominerende egenmodusene til sensor-bølgeform-kovariansmatrise (Huang et al., 2014).

Et annet mål er å studere de nevronale korrelatene til potensielle kognitive dysfunksjoner observert ved bruk av atferdsmål hos eldre voksne. Voxel-vise korrelasjonsanalyser vil også bli utført for å undersøke assosiasjonen av N-ryggkildebilder og nevropsykologiske skårer. Alle emner vil bli kombinert sammen for korrelasjonsanalysene. I hvert frekvensbånd vil MEG-kildebildene i MNI-152-rommet (etter romlig utjevning og logaritmetransformasjon) bli formet til tre 4D-datasett: Dimensjon 1-3 representerer x-, y- og z-koordinatene, og den fjerde dimensjonen representerer alle fag. Totalt åtte datasett vil bli opprettet for 1- og 2-back-forhold, og for fire frekvensbånd. Deretter, langs den fjerde dimensjonen, vil voxel-vise gjentatte mål korrelasjonsanalyser (Bakdash og Marusich, 2017) utføres mellom MEG-kildebilder og hver av de nevropsykologiske skårene. For hvert frekvensbånd vil 1- og 2-back-forholdene bli behandlet som gjentatte tiltak i slike analyser. I denne studien skal vi kun undersøke de nevropsykologiske skårene som viser statistiske gruppeforskjeller. Korrelasjonsanalysene med gjentatte mål skaper r-verdikorrelasjonskart, og klyngeanalyse som vil bli brukt til å kontrollere for familiemessige feil på et korrigert p<0,01-nivå for r-verdikartene, tilsvarende korreksjonsprosedyren for F-verdien kart.