Nevrofeedback-trening for eldre voksne

Bakgrunn:

Subkliniske symptomer på depresjon og angst er vanlige hos eldre voksne, med noen estimater som indikerer at disse symptomene er tilstede hos 10-52 % av eldre voksne i lokalsamfunnet. Noen studier har vist at eldre voksne med subklinisk depresjon og angst er mer sannsynlig enn de med lave nivåer av relevante symptomer for å bli diagnostisert med affektive lidelser og mild kognitiv svikt eller demens senere i livet. Derfor er intervensjoner for eldre med forhøyede subkliniske symptomer på depresjon og angst avgjørende for å forebygge affektive lidelser og demens sent i livet. Under negative emosjonelle opplevelser spiller den prefrontale cortex (PFC) en sentral rolle i nedregulering av aktivitet. PFC-dysfunksjon kan forårsake forskjellige humør- og angstsymptomer.

Neurofeedback-trening er en ikke-farmasøytisk nevrorehabiliteringsteknikk som potensielt kan forbedre prefrontal funksjon og forbedre mental helse og kognitive funksjoner. Denne teknikken bruker sensorisk tilbakemelding for å lære individer å selvregulere spesifikke hjerneaktiviteter, med målet om å indusere langsiktig nevroplastisitet og funksjonelle forbedringer. Tradisjonelt har nevrofeedback-trening blitt utført ved bruk av EEG, og mye forskning har brukt slike treningsintervensjoner for behandling av en rekke psykiatriske lidelser. De siste årene har interessen for å bruke fNIRS for å levere nevrofeedback-trening vokst. Den underliggende mekanismen for slik trening med fNIRS er forskjellig fra trening med EEG. Sammenlignet med EEG har fNIRS en lavere tidsoppløsning, men en høyere romlig oppløsning og er mer motstandsdyktig mot bevegelsesartefakter. I tillegg viste en nylig studie at pasienter med sosial angstlidelse hadde reduserte angstsymptomer etter fNIRS-nevrofeedback-trening.

Forskningsplan og metodikk:

Design: Dette foreslåtte prosjektet er designet i samsvar med gjeldende konsensus om rapportering og eksperimentell design av kliniske og kognitiv-atferdsmessige neurofeedback-studier. Deltakerne vil bli tilfeldig og likt tildelt en av tre nevrofeedback-treningsgrupper: (1) sham, (2) EEG og (3) fNIRS. Hver deltaker vil gjennomføre en nevrofysiologisk vurdering (1) før, (2) umiddelbart etter og (3) 1 måned etter intervensjon.

Deltakere: 90 eldre voksne uten demens vil bli rekruttert via annonser hos PolyU og frivillige organisasjoner. Inklusjonskriteriene er: (i) alder 60-79 år; (ii) høyrehendthet vurdert ved bruk av den korte formen til Edinburgh Handedness Inventory; (iii) en moderat eller høyere skåre på minst én av depresjons- og angstsubskalaene (men ikke nødvendigvis begge) av depresjonsangst-stressskalaen-21 (DASS-21); (iv) ingen historie med nevrologisk eller psykiatrisk lidelse; (iv) ingen historie med traumatisk hjerneskade som krever sykehusinnleggelse; (vi) for øyeblikket ikke bruker psykotrope medisiner; (vii) evne til å lese tradisjonell kinesisk; (viii) normalt eller korrigert til normalt syn; og (ix) en poengsum på minst 19 på Hong Kong Montreal Cognitive Assessment (HK-MoCA).

Inklusjonskriteriene som vi planla å bruke var basert på de som ble brukt i prefrontale neurofeedback-studier i humør- eller angstlidelser. Konvensjonelt velges deltakerne ut fra en viss terskel for depressive eller angstsymptomer, verken kognitiv eller hjernedysfunksjon utgjør et inklusjonskriterium. Ikke desto mindre, siden variasjon i kognitive og PFC-funksjonsnivåer kan påvirke behandlingsresponsen, vil påfølgende analyser vurdere grunnleggende kognitive og PFC-funksjonsnivåer.

Studieprosedyrer: Potensielle deltakere vil først bli gjenstand for en screeningsevaluering for å vurdere kvalifisering. Kvalifiserte personer vil bli invitert til PolyU for vurdering og opplæring. Treningen vil omfatte 10 økter på 60 minutter gjennomført i løpet av 4 uker. Hver økt vil inkludere 25-minutters effektiv treningstid, for en total treningstid på 250 minutter, i tråd med nylige anbefalinger. I tillegg vil deltakerne påta seg 3 eksperimentelle oppgaver under samtidig EEG-fNIRS-registrering og fylle ut flere spørreskjemaer på 3 tidspunkter, som beskrevet i avsnittet "Neurofysiologisk vurdering". Flere studier har vist at EEG-, fNIRS- og neurofeedback-trening kan brukes på eldre voksne over 70 år, og til og med på personer med demens. Derfor forventer vi at eldre voksne som er screenet for demens av HK-MoCA vil kunne følge både vurderings- og opplæringsprotokollene.

Neurofeedback-trening: Under trening vil deltakerne bli bedt om å følge instruksjonene på en dataskjerm. De skal fullføre fem runder med treningsoppgaver. Hver runde starter med en 30-s hvilefase etterfulgt av 4,5 min med selvreguleringsfase. I hvilefasen vil et fikseringskryss vises på skjermen, og deltakerne får beskjed om å sitte stille og slappe av. I løpet av reguleringsperioden vil deltakerne bli bedt om å endre kvadratet fra hvit til svart (dvs. en iboende sosial belønning), men vil ikke få spesifikke strategier. Fargens mørke vil representere økningen i enten frontal alfa-asymmetri eller frontal oksyhemoglobin (HbO) asymmetri. Verdiene for øyeblikket vil bli sammenlignet med 20-tallets førreguleringsgrunnlag. I sham-tilstanden vil deltakerne få visuell tilbakemelding basert på forhåndsinnspillinger og/eller andre deltakeres opptak. Deltakerne vil gjennomgå en 3-minutters hvileperiode før og etter hver treningsøkt for å spore endringer i hjerneaktivitet i hviletilstand innenfor og på tvers av økter.

Under hver treningsøkt vil en hette tilpasset deltakerens hodestørrelse bli brukt til å montere EEG- og fNIRS-sensorene. Maskinvareoppsettet vil være det samme for alle grupper for å sikre at både deltakeren og eksperimentatoren er blindet. For at EEG skal registreres av ANT eego rt8-forsterkeren (ANT Neuro, Hengelo, Nederland), vil elektrodene plasseres ved Fp1, F3, F4, Fz, Fpz, Cz, GND (jord), nedre VEOG og på de to øreflipper (referanser). Data vil bli samlet inn ved 2048 Hz. For at fNIRS skal registreres av det bærbare OctaMon+-systemet (Artinis Medical Systems, Gelderland, Nederland), vil to kilder, hver omgitt av fire detektorer plassert omtrent 3 cm fra hverandre, plasseres på hodebunnen slik at de to kanalene nær hjernefissuren på hver side av halvkulene er omgitt F3 og F4. Data vil bli samplet ved 50 Hz. Avhengig av treningsgruppen vil frontal asymmetri med hensyn til forskjellen i alfastyrke (8-13 Hz) mellom F3 og F4 og gjennomsnittlig endring i HbO-konsentrasjon mellom venstre og høyre PFC bli valgt som målmål. For begge ekte treningsgrupper vil datastrømming i sanntid utføres ved bruk av Lab Streaming Layer og OpenVibe i henhold til publiserte retningslinjer.

Nevrofysiologisk vurdering: En 1,5-timers nevrofysiologisk vurdering vil bli administrert på hvert av 3 tidspunkter (før, etter og 1 måneds oppfølging) for å evaluere effekten av nevrofeedback-trening. Deltakerne vil fullføre DASS-21 (kinesisk versjon) for å måle sine depressive og angstsymptomer den siste uken; Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS; kinesisk versjon) for å måle deres tegn på angst og depresjon i løpet av forrige uke; Pittsburgh Sleep Quality Index for å måle søvnkvaliteten den siste måneden; Satisfaction with Life Scale (kinesisk versjon) for å kvantifisere deres generelle livstilfredshet; og Lawton Instrumental Activities of Daily Living Scale (IADL; kinesisk versjon) for å vurdere ferdigheter i selvstendig liv. Deltakerne vil også fullføre tre datastyrte oppgaver for å vurdere ulike komponenter av frontal kognitiv funksjon under samtidige EEG-fNIRS-målinger, ved å bruke samme oppsett som nevrofeedback-trening. Ved første besøk vil deltakerne også fullføre HK-MoCA for å screene for demens. Umiddelbart etter intervensjonen vil de bli spurt om de kjenner sin behandlingsgruppeoppgave for å kontrollere styrken av blinding.

Hver vurderingsoppgave (øyne åpne, Emosjonell Stroop, n-rygg) foreslått for denne forskningen vil omfatte en vanskelig og en lett tilstand. Øyeåpne-testen brukes til å la maskinen måle aktiveringsgrunnlinjen når deltakerne åpner øynene. Det krever at deltakerne holder øynene åpne i 3 minutter. Emotional Stroop-oppgaven brukes til å vurdere hemmende kontroll. Deltakerne får vist bilder av forskjellige følelser med ikke-relaterte tradisjonelle kinesiske følelsesnavn. De blir bedt om å navngi bildene etter følelser. Det krever at deltakerne hemmer følelsene sine ledet av formuleringene og reagerer på innholdet i bildet. Forskjeller i nøyaktighet og gjennomsnittlig reaksjonstid (RT) og endringer i prefrontal HbO-konsentrasjon og theta-styrke mellom de to tilstandene vil være de avhengige variablene. n-ryggoppgaven brukes til å vurdere arbeidsminnet. I løpet av oppgaven blir deltakerne vist en sekvens med sifre og bedt om å bedømme via knappetrykk om sifferet de ser er null (0-tilbake; lett) eller det samme som sifferet de så to forsøk før (2-back; vanskelig) ). Forskjeller i nøyaktighet og gjennomsnittlig RT og endringer i prefrontal HbO-konsentrasjon og theta-styrke mellom de to tilstandene vil være de avhengige variablene.

Dataanalyse: I dette prosjektet er de primære utfallsmålene humør- og angstmål (dvs. DASS-21 og HADS-skåre), og de sekundære utfallsmålene er oppgaveytelse og PFC-mål, samt andre psykiske helsemål. Resultatmålene vil bli analysert i henhold til sjekklisten CRED-nf. Lineære blandede modeller med gruppe (sham, EEG, fNIRS), tid (grunnlinje, post, oppfølging) og tilstand (lett, vanskelig) som faste faktorer; og emnet som en tilfeldig faktor vil bli brukt til å analysere atferds-, fNIRS- og EEG-data. Vi forventer at deltakere i de to ekte nevrofeedback-treningsgruppene vil vise betydelige forbedringer i mental helse, kognitiv funksjon og frontallappens funksjon ved post- og oppfølgingsvurderinger i forhold til sham-gruppedeltakerne. I tillegg vil vi evaluere forskjeller i pre-post endringer i mental helse og kognitive funksjoner mellom de to reelle treningsgruppene. Videre vil vi undersøke korrelasjonen mellom kognitive og PFC-funksjonsnivåer i utgangspunktet og pre-post-endringene i DASS-21-score for å belyse individuelle forskjeller i behandlingsresponsen for hver nevrofeedback-gruppe.