Биологическая обратная связь ЭЭГ для улучшения памяти у взрослых с деменцией (QMFFTD)

Цели и значение

1. Что является (являются) основной целью (целями) исследования? Целью этого исследования является оценка эффективности тренировки с биологической обратной связью для увеличения регионального мозгового кровотока (CBF) и пиковой альфа-частоты (PAF) на когнитивные и поведенческие симптомы лобно-височная деменция (ЛВД). Мы также измерим влияние фотостимуляции, управляемой ЭЭГ, во время нейробиоуправления PAF на изучение более высоких состояний PAF и связанных с ними клинических результатов.
2. Что является (являются) вторичной целью (целями) исследования В этом исследовании будут собраны разнообразные клинические, нейропсихологические и физиологические переменные. Например, при поступлении будет проводиться полная 19-канальная количественная оценка ЭЭГ (QEEG). Взаимосвязь между мощностью и когерентностью ЭЭГ и симптомами этого расстройства потенциально может внести важный вклад в литературу о полезности QEEG для дифференциальной диагностики.

Дополнительная цель исследования — способствовать пониманию того, как работает нейробиоуправление. Например, мы проведем измерения, чтобы определить, включает ли обучение управлению PAF осознание некоторого внутреннего субъективного состояния, связанного с PAF. Кроме того, влияние сигнала вознаграждения на мозговую волну, называемую P300, может показать важность того, чтобы тон вознаграждения звучал большую часть времени во время сеансов нейробиоуправления. Наконец, мы измерим, изменяется ли кровоток во время биологической обратной связи ЭЭГ и влияет ли на ЭЭГ биологическая обратная связь кровотока.

Мы предлагаем несколько измерений, которые будут способствовать пониманию механизма действия нейробиоуправления.

Лобно-височная деменция и церебральная гиперперфузия Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) показала, что мозговой кровоток значительно снижен в лобной и височной областях у пациентов с ЛВД (Miller et al., 1997; Read et al., 1995). Анатомическое распределение сниженного CBF соответствует картине нейропсихологического дефицита (McMurtray et al., 2006).

Неудивительно, что магнитно-резонансная томография (МРТ) и компьютерная томография (КТ) у пациентов с ЛВД показывают атрофию в лобной и височной областях (Mendez et al., 1996; Neary and Snowden, 1996). Однако Spilled et al. (2005) предположили, что нейродегенерация и деменция в значительной степени вторичны по отношению к патологиям мозгового кровотока. По сравнению с контрольной группой пожилых людей с оптимальной когнитивной функцией пациенты с деменцией по DSM-IV существенно не отличались от контрольной группы пожилых людей в отношении количества церебральных инфарктов. У пациентов с деменцией было значительно больше поражений белого вещества (p = 0,028) и спинномозговой жидкости (ЦСЖ; p = 0,016), но снижение мозгового кровотока имело наибольший эффект (p = 0,016).

Другим аргументом в пользу центральной роли кровотока при деменции является то, что у пациентов с болезнью Альцгеймера с повреждением головного мозга (области гиперинтенсивности сигнала МРТ) повышена экстракция кислорода на мл/мин. То есть проблема заключается в кровоснабжении, а не в спросе. Ожидается, что экстракция кислорода не изменится, если снижение кровотока будет вторичным по отношению к повреждению тканей (Spilt et al., 2005; Yamaji et al., 1997).

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) у пациентов с ЛВД выявляет снижение метаболизма глюкозы в лобных и передних височных долях, а также в поясной извилине, островке, крючке и подкорковых структурах (Jeong et al., 2005; Garraux et al., 1999). ; Иши и др., 1998). Гриммер и др. (2003) провели лонгитюдное исследование десяти пациентов с диагнозом ЛВД. При первоначальной оценке у пациентов с ЛВД была снижена метаболическая активность по сравнению с контрольной группой в лобных областях коры, хвостатых ядрах и таламусах. Через 1-2 года наблюдения в орбитофронтальной коре и подкорковых структурах наблюдалось значительное прогрессирование исходных нарушений.

Учитывая существенные доказательства связи деменции и ЛВД, в частности, со снижением мозгового кровотока, мы предполагаем, что обучение пациентов с ЛВД для увеличения мозгового кровотока облегчит симптомы ЛВД и замедлит прогресс заболевания.

Недавние исследования показали, что люди могут научиться увеличивать CBF с помощью биологической обратной связи. Ю и др. (2006) показали, что участники, получившие обратную связь об активности фМРТ слуховой коры во время прослушивания музыки, смогли значительно увеличить среднюю оксигенацию крови, а также количество значимых вокселей. В другом исследовании (deCharms et al., 2005) участников обучали изменять активность фМРТ в ростральной передней поясной извилине (RACG), области, связанной с восприятием боли. Условия контроля включали фиктивную обратную связь или обратную связь из другой области мозга. При применении вредного теплового раздражителя у участников снижалась болевая чувствительность при обучении снижению активности RACG и усиливалась болевая чувствительность при обучении увеличению активности RACG. На другом этапе исследования восемь пациентов с хронической болью сообщили об уменьшении боли после фМРТ в той же области.

ФМРТ стоит более 1000 долларов за сеанс, что делает эту форму терапии недоступной для большинства пациентов. Тем не менее, можно обеспечить нейробиоуправление CBF для самых внешних 1,5 см коры головного мозга с помощью относительно недорогого устройства, которое использует преломляющие свойства оксигенированного гемогоблина для красного и инфракрасного света (Toomim et al., 2004). Источник света прикрепляется к коже головы (обычно на лбу) с помощью оголовья на расстоянии 3 см от инфракрасного датчика, который определяет относительное поглощение насыщенной кислородом кровью. Эта процедура известна как гемоэнцефалография или ГЭГ. Тумим и др. (2004) показали, что десять сеансов улучшили показатели импульсивности в тесте переменных внимания (TOVA) у 28 пациентов с различной психопатологией. Carmen (2004) провела фронтальную ГЭГ у 100 пациентов с мигренью и обнаружила, что 90% из тех, кто прошел не менее шести сеансов, сообщили о значительном улучшении симптомов мигрени. В одном исследовании Mize (2004) сообщил, что у ребенка с СДВГ наблюдалось значительное улучшение IVA, которое сохранялось в течение 18 месяцев наблюдения.

Лобно-височная деменция и пиковая альфа-частота

PAF у здоровых взрослых имеет в среднем 10-11 Гц. Более высокий PAF связан с более высокой производительностью памяти (Klimesch, 1997), способностью к чтению (Suldo, 2000), словарным запасом и контролем реакции (Angelakis et al., 2004a). После серии когнитивных задач PAF была снижена у пациентов с черепно-мозговой травмой по сравнению с нормальным контролем, но лишь слабо или незначительно снижена по сравнению с контролем во время выполнения задачи или в исходных условиях. Так, Angelakis et al. (2004b) утверждали, что PAF является как чертой, так и маркером состояния когнитивной готовности. Пассант и др. (2005), Чан и др. (2004) и Yenner et al. (1996) наблюдали снижение PAF у пациентов с ЛВД.

Мы предполагаем, что биологическая обратная связь ЭЭГ, вознаграждающая более высокую PAF, приведет к улучшению симптомов у пациентов с ЛВД. В биологической обратной связи ЭЭГ или нейробиоуправлении ЭЭГ человека в реальном времени непрерывно представляется в виде визуального или слухового сигнала, и желаемые изменения вознаграждаются. Недавнее двойное слепое контролируемое исследование (Angelakis et al., 2007) показало, что нейробиоуправление, вознаграждающее повышенную PAF, улучшает скорость когнитивной обработки и исполнительную функцию у нормальных пожилых людей.

Эффективность нейробиоуправления в качестве терапии была продемонстрирована при синдроме дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), эпилепсии, тревоге и аддиктивных расстройствах. Другие расстройства, такие как шизофрения, депрессия, неспособность к обучению (LD) и черепно-мозговая травма, находятся в стадии изучения в качестве кандидатов для нейробиоуправления (Monastra, 2003).

Лобно-височная деменция и ЭЭГ-зависимая АВС

Подобно нейробиоуправлению ЭЭГ, ЭЭГ-зависимая слуховая и зрительная стимуляция (AVS) продемонстрировала перспективность улучшения когнитивных функций за счет модификации PAF. Значительный объем исследований продемонстрировал, что ритмичная АВС может индуцировать ритмы ЭЭГ, соответствующие частоте стимуляции (Frederick et al., 2004). Russell (1997) сообщил об исследовании, в котором непрерывно меняющаяся PAF у детей с LD и ADHD использовалась в качестве сигнала для создания AVS поочередно на 5% выше и на 5% ниже PAF с 30-секундными интервалами в течение 20-минутных сеансов. Хотя теоретической целью этого исследования было улучшение гибкости PAF (не изменение средней частоты), оно показало, что лечение PAF может эффективно лечить когнитивную дисфункцию. Эти дети продемонстрировали значительное улучшение когнитивных и поведенческих показателей, которое сохранялось в течение 16 месяцев наблюдения.

Мы предполагаем, что одновременная фотостимуляция, управляемая ЭЭГ, во время нейробиоуправления с усилением PAF (где вознаграждение представлено в виде звуковых тонов с закрытыми глазами) увеличит скорость обучения усилению PAF и повысит терапевтическую эффективность по сравнению с нейробиоуправлением только PAF. В дополнение к тому, что ритмическая фотостимуляция помогает вызвать более высокий PAF, она увеличивает CBF, вызывая повторяющиеся волны активации по всему мозгу. Таким образом, это может также усилить эффект тренировки HEG, описанной выше в части I.

Понимание механизма действия нейробиоуправления потенциально может привести к более совершенным методам лечения с повышенной эффективностью. Мы предлагаем три измерения, которые помогут лучше понять, как работает нейробиоуправление.

1. Обычная практика нейробиоуправления ЭЭГ заключается в том, что сигнал вознаграждения настраивается таким образом, чтобы клиент проводил большую часть времени с включенным тоном вознаграждения. Считается, что это улучшает мотивацию и уступчивость, но может быть и другая причина. Когда срабатывает звуковой сигнал вознаграждения, это равносильно редкому событию, требующему изменения поведения. Эта ситуация аналогична дизайну многих исследований, которые показали, что отсутствие ожидаемого стимула вызывает положительное отклонение ЭЭГ, называемое волной Р300. P300 был связан с ориентировочным рефлексом и фазовым сбросом фоновых ритмов ЭЭГ. Если во время смещения тона вознаграждения наблюдается больший P300, чем во время начала тона вознаграждения, это может свидетельствовать о том, что мозг реагирует на потерю вознаграждения электрическим сигналом, который прерывает и сбрасывает текущую активность ЭЭГ. Это обеспечило бы независимую физиологическую поддержку общепринятому клиническому подходу к частому вознаграждению.
2. Некоторые теоретики утверждают, что эффективность нейробиоуправления зависит от нормализации аномальной физиологии (например, PAF или CBF), коррелирующей с расстройством (Duff, 2004). Другие (Othmer, Othmer and Kaiser, 1999) утверждают, что эффективность нейробиоуправления является результатом адаптивных реакций мозга на измененные состояния мозга, вызванные обучением. Эта модель аналогична модели, объясняющей эффективность антидепрессантов, и может объяснить важность нескольких занятий в течение недель и месяцев тренировок. Таким образом, мы будем измерять, связаны ли изменения переменных клинических и нейропсихологических тестов с изменениями PAF и CBF (среднее значение и дисперсия за сеанс). Отношения (или их отсутствие) между физиологическими и психологическими переменными из этого исследования будут способствовать пониманию того, как работает нейробиоуправление.
3. Критика, высказанная против тренировки ГЭГ в пользу биологической обратной связи ЭЭГ, заключается в том, что изменения кровотока обычно вторичны по отношению к метаболическим потребностям, создаваемым активностью нейронов. Таким образом, неясно, обучает ли обратная связь ГЭГ неспецифическую активацию ЭЭГ или задействован какой-то другой механизм. Мы предлагаем измерить ЭЭГ рядом с участком тренировки ГЭГ, чтобы определить, коррелируют ли изменения ГЭГ с активацией ЭЭГ (увеличение 14-21 Гц и снижение амплитуды 4-7 Гц или увеличение PAF). Не менее интересно посмотреть, увеличивается ли показатель интенсивности кровотока HEG во время тренировки PAF.