EEG Biofeedback w celu poprawy pamięci u dorosłych z demencją (QMFFTD)

Cele i znaczenie

1. Jaki jest (są) główny(e) cel(e) badania Celem tego badania jest ocena skuteczności treningu biofeedback w celu zwiększenia regionalnego mózgowego przepływu krwi (CBF) i szczytowej częstotliwości alfa (PAF) na poznawcze i behawioralne objawy otępienie czołowo-skroniowe (FTD). Zmierzymy również wpływ fotostymulacji sterowanej EEG podczas neurofeedbacku PAF na uczenie się wyższych stanów PAF i powiązanych wyników klinicznych.
2. Co jest (są) drugorzędnymi celami badania W tym badaniu zostanie zebrana różnorodność zmiennych klinicznych, neuropsychologicznych i fizjologicznych. Na przykład przy przyjęciu zostanie przeprowadzona pełna 19-kanałowa ilościowa ocena EEG (QEEG). Związek między mocą i koherencją EEG a objawami tego zaburzenia może potencjalnie stanowić ważny wkład w literaturę dotyczącą przydatności QEEG w diagnostyce różnicowej.

Dodatkowym celem badania jest przyczynienie się do zrozumienia, jak działa neurofeedback. Na przykład przeprowadzimy pomiary, aby określić, czy nauka kontrolowania PAF obejmuje świadomość pewnego wewnętrznego subiektywnego stanu związanego z PAF. Również wpływ sygnału nagrody na falę mózgową zwaną P300 może pokazać, jak ważne jest, aby dźwięk nagrody brzmiał przez większość czasu podczas sesji neurofeedbacku. Na koniec zmierzymy, czy przepływ krwi zmienia się podczas biofeedbacku EEG i czy biofeedback przepływu krwi wpływa na EEG.

Proponujemy kilka pomiarów, które przyczynią się do zrozumienia mechanizmu działania neurofeedbacku.

Otępienie czołowo-skroniowe i hiperperfuzja mózgowa Badania tomografii emisyjnej pojedynczego fotonu (SPECT) wykazały, że mózgowy przepływ krwi jest znacznie zmniejszony w obszarach czołowych i skroniowych u pacjentów z FTD (Miller i in., 1997; Read i in., 1995). Anatomiczny rozkład zmniejszonego CBF odpowiada wzorowi deficytów neuropsychologicznych (McMurtray i in., 2006).

Nic dziwnego, że rezonans magnetyczny (MRI) i tomografia komputerowa (CT) u pacjentów z FTD wykazują atrofię w obszarach czołowych i skroniowych (Mendez i in., 1996; Neary i Snowden, 1996). Jednak Spilled i in. (2005) postawili hipotezę, że neurodegeneracja i demencja są w dużej mierze wtórne do patologii mózgowego przepływu krwi. W porównaniu ze starszą grupą kontrolną z optymalną funkcją poznawczą, pacjenci z otępieniem DSM-IV nie różnili się istotnie od grupy kontrolnej w podeszłym wieku pod względem liczby zawałów mózgu. Pacjenci z demencją wykazywali istotnie więcej uszkodzeń istoty białej (p=0,028) i płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF; p=0,016), ale zmniejszenie przepływu krwi w mózgu miało największy wpływ (p

Innym argumentem przemawiającym za centralną rolą przepływu krwi w demencji jest to, że pacjenci z chorobą Alzheimera z uszkodzeniem mózgu (obszary hiperintensywnego sygnału MRI) mają zwiększoną ekstrakcję tlenu na ml/min. Oznacza to, że problemem wydaje się być podaż krwi, a nie popyt. Oczekuje się, że ekstrakcja tlenu pozostanie niezmieniona, jeśli zmniejszony przepływ krwi będzie wtórny do uszkodzenia tkanki (Spilt i in., 2005; Yamaji i in., 1997).

Obrazowanie pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) u pacjentów z FTD ujawnia zmniejszony metabolizm glukozy w płatach czołowych i przednich płatach skroniowych, ale także w zakręcie obręczy, wysepce, uncus i strukturach podkorowych (Jeong i in., 2005; Garraux i in., 1999 ; Ishi i in., 1998). Grimmer i in. (2003) przeprowadzili badanie podłużne na dziesięciu pacjentach, u których zdiagnozowano FTD. Podczas wstępnej oceny pacjenci z FTD wykazywali zmniejszoną aktywność metaboliczną w porównaniu z grupą kontrolną w obszarach kory czołowej, jądrze ogoniastym i wzgórzu. W 1-2 letniej obserwacji zaobserwowano znaczną progresję pierwotnych deficytów w korze oczodołowo-czołowej i strukturach podkorowych.

Biorąc pod uwagę istotne dowody łączące otępienie i FTD w szczególności ze zmniejszonym mózgowym przepływem krwi, stawiamy hipotezę, że szkolenie pacjentów z FTD w celu zwiększenia mózgowego przepływu krwi złagodzi objawy FTD i spowolni postęp choroby.

Ostatnie badania sugerują, że osoby mogą nauczyć się zwiększać CBF poprzez biofeedback. Yoo i in. (2006) wykazali, że uczestnicy otrzymujący informację zwrotną o aktywności fMRI kory słuchowej podczas słuchania muzyki byli w stanie znacznie zwiększyć średnie utlenowanie krwi, a także liczbę znaczących wokseli. Inne badanie (deCharms i in., 2005) przeszkoliło uczestników w zakresie zmiany aktywności fMRI w donosowym przednim zakręcie obręczy (RACG), regionie odpowiedzialnym za odczuwanie bólu. Warunki kontrolne obejmowały pozorowaną informację zwrotną lub informację zwrotną z innego obszaru mózgu. Po zastosowaniu szkodliwego bodźca termicznego uczestnicy odczuwali zmniejszony ból, gdy byli szkoleni w zakresie zmniejszania aktywności RACG, i zwiększali odczuwanie bólu, gdy byli szkoleni w celu zwiększenia aktywności RACG. W innej fazie badania ośmiu pacjentów z przewlekłym bólem zgłosiło zmniejszenie bólu po treningu fMRI w tym samym regionie.

fMRI kosztuje ponad 1000 USD za sesję, co stawia tę formę terapii poza zasięgiem większości pacjentów. Możliwe jest jednak zapewnienie neurofeedbacku CBF dla najbardziej zewnętrznych 1,5 cm kory mózgowej za pomocą stosunkowo niedrogiego urządzenia, które wykorzystuje właściwości refrakcyjne utlenionej hemogobliny w świetle czerwonym i podczerwonym (Toomim i in., 2004). Źródło światła jest przymocowane do skóry głowy (zwykle na czole) za pomocą opaski, w odległości 3 cm od czujnika podczerwieni, który wykrywa względną absorpcję przez natlenioną krew. Ta procedura jest znana jako hemoencefalografia lub HEG. Toomim i in. (2004) wykazali, że dziesięć sesji poprawiło wyniki impulsywności w Teście Zmiennych Uwagi (TOVA) u 28 pacjentów o zróżnicowanej psychopatologii. Carmen (2004) zastosowała czołową HEG u 100 pacjentów z migreną i stwierdziła, że ​​90% osób, które ukończyły co najmniej sześć sesji, zgłosiło znaczną poprawę objawów migreny. W pojedynczym studium przypadku Mize (2004) poinformował, że dziecko z ADHD wykazało znaczną poprawę w IVA, która to poprawa utrzymywała się przez 18 miesięcy obserwacji.

Otępienie czołowo-skroniowe i szczytowa częstotliwość alfa

PAF u zdrowych osób dorosłych ma średnio 10-11 Hz. Wyższy PAF wiąże się z wyższą wydajnością pamięci (Klimesch, 1997), umiejętnością czytania (Suldo, 2000), słownictwem i kontrolą odpowiedzi (Angelakis i in., 2004a). Po serii zadań poznawczych PAF zmniejszyło się u pacjentów z urazowym uszkodzeniem mózgu w porównaniu z normalnymi kontrolami, ale tylko słabo lub nieistotnie zmniejszyło się w porównaniu z grupą kontrolną podczas zadania lub w warunkach wyjściowych. Tak więc Angelakis i in. (2004b) argumentowali, że PAF jest zarówno cechą, jak i wskaźnikiem stanu gotowości poznawczej. Passant i in. (2005), Chan i in. (2004) oraz Yenner i in. (1996) wszyscy zaobserwowali zmniejszenie PAF u pacjentów z FTD.

Stawiamy hipotezę, że biofeedback EEG nagradzający wyższą PAF spowoduje poprawę objawów u pacjentów z FTD. W biofeedbacku lub neurofeedbacku EEG zapis EEG danej osoby w czasie rzeczywistym jest prezentowany w sposób ciągły jako sygnał wzrokowy lub słuchowy, a pożądane zmiany są nagradzane. Niedawne kontrolowane badanie z podwójnie ślepą próbą (Angelakis i in., 2007) wykazało, że nagradzanie za neurofeedback zwiększa PAF poprawia szybkość przetwarzania poznawczego i funkcje wykonawcze u normalnych starszych osób dorosłych.

Skuteczność neurofeedbacku jako terapii została wykazana w przypadku zespołu nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD), padaczki, lęku i zaburzeń uzależnieniowych. Inne zaburzenia, takie jak schizofrenia, depresja, trudności w uczeniu się (LD) i urazowe uszkodzenie mózgu są badane jako kandydaci do terapii neurofeedback (Monastra, 2003).

Otępienie czołowo-skroniowe i AVS sterowane EEG

Podobnie jak neurofeedback EEG, zależna od EEG stymulacja słuchowa i wzrokowa (AVS) okazała się obiecująca w zakresie poprawy funkcji poznawczych poprzez modyfikację PAF. Liczne badania wykazały, że rytmiczne AVS mogą wywoływać rytmy EEG odpowiadające częstotliwości stymulacji (Frederick i in., 2004). Russell (1997) opisał badanie, w którym ciągle zmieniająca się PAF dzieci z LD i ADHD była wykorzystywana jako sygnał do wytwarzania AVS naprzemiennie o 5% powyżej i 5% poniżej PAF przez 30-sekundowe interwały podczas 20-minutowych sesji. Chociaż teoretycznym celem tego badania była poprawa elastyczności PAF (a nie zmiana średniej częstości), wykazano, że leczenie PAF może skutecznie leczyć dysfunkcje poznawcze. Dzieci te wykazywały znaczne korzyści w pomiarach poznawczych i behawioralnych, które utrzymywały się do 16-miesięcznej obserwacji.

Stawiamy hipotezę, że jednoczesna fotostymulacja sterowana EEG podczas neurofeedbacku wzmacniającego PAF (gdzie nagrody są prezentowane jako tony słuchowe, przy zamkniętych oczach) zwiększy szybkość uczenia się wzmocnienia PAF i zwiększy skuteczność terapeutyczną w porównaniu z samym neurofeedbackiem PAF. Oprócz pomocy w indukowaniu wyższego PAF, rytmiczna fotostymulacja ma tę zaletę, że zwiększa CBF poprzez indukowanie powtarzalnych fal aktywacji w całym mózgu. Może więc również wzmacniać efekty treningu HEG opisanego powyżej w części I.

Zrozumienie mechanizmu działania neurofeedbacku może potencjalnie prowadzić do bardziej udoskonalonych metod leczenia o zwiększonej skuteczności. Proponujemy trzy pomiary, które przyczyniłyby się do lepszego zrozumienia działania neurofeedbacku.

1. Powszechną praktyką w neurofeedbacku EEG jest dostosowanie sygnału nagrody tak, aby klient spędzał większość czasu z włączonym tonem nagrody. Uważa się, że poprawia to motywację i zgodność, ale może istnieć inny powód. Gdy sygnał nagrody się wyłączy, oznacza to rzadkie zdarzenie wymagające zmiany zachowania. Ta sytuacja jest podobna do projektu wielu badań, które wykazały, że brak oczekiwanego bodźca wywołuje pozytywne odchylenie w EEG zwane falą P300. P300 został powiązany z odruchem orientacyjnym i resetem fazowym rytmów EEG w tle. Jeśli obserwuje się większe P300 podczas przesunięcia tonu nagrody niż podczas początku tonu nagrody, sugerowałoby to, że mózg reaguje na utratę nagrody sygnałem elektrycznym, który zakłóca i resetuje trwającą aktywność EEG. Zapewniłoby to niezależne wsparcie fizjologiczne dla konwencjonalnej mądrości klinicznej polegającej na zapewnianiu częstych nagród.
2. Niektórzy teoretycy twierdzą, że skuteczność neurofeedbacku zależy od normalizacji nieprawidłowej fizjologii (np. PAF lub CBF) korelującej z zaburzeniem (Duff, 2004). Inni (Othmer, Othmer i Kaiser, 1999) twierdzą, że skuteczność neurofeedbacku wynika z adaptacyjnych odpowiedzi mózgu na zmienione stany mózgu wywołane treningiem. Ten model jest podobny do tego, który wyjaśnia skuteczność leków przeciwdepresyjnych i może wyjaśniać znaczenie wielu sesji w ciągu tygodni i miesięcy treningu. W ten sposób zmierzymy, czy zmiany klinicznych i neuropsychologicznych zmiennych testowych odnoszą się do zmian PAF i CBF (średnia i wariancja na sesję). Związki (lub ich brak) między zmiennymi fizjologicznymi i psychologicznymi z tego badania przyczynią się do zrozumienia w tej dziedzinie, jak działa neurofeedback.
3. Krytyka podnoszona przeciwko treningowi HEG na rzecz biofeedbacku EEG polega na tym, że zmiany przepływu krwi są zazwyczaj wtórne w stosunku do wymagań metabolicznych tworzonych przez aktywność neuronów. Dlatego nie jest jasne, czy sprzężenie zwrotne HEG trenuje niespecyficzną aktywację EEG, czy też zaangażowany jest jakiś inny mechanizm. Proponujemy pomiar EEG przylegający do miejsca treningu HEG w celu określenia, czy zmiany HEG są skorelowane z aktywacją EEG (wzmocniona 14-21 Hz i zmniejszona amplituda 4-7 Hz lub zwiększona PAF). Podobnie interesujące jest sprawdzenie, czy miara intensywności przepływu krwi HEG zwiększa się podczas treningu PAF.