INSIGHT, ett omfattande, multidisciplinärt hjärnträningssystem (INSIGHT)

Nya innovationer inom kognitiv neurovetenskap har avancerad förståelse för de neurobiologiska grunderna för vätskeintelligens (Gf) och adaptivt resonemang och problemlösning (ARP). Istället för att engagera en enda hjärnstruktur (t.ex. prefrontal cortex) eller arbeta på en fast prestationsnivå under vuxen ålder, indikerar framväxande neurovetenskapliga bevis att Gf och ARP förmedlas av ett distribuerat neuralt system vars funktioner kan förbättras avsevärt genom specifika typer av interventioner , inklusive kognitiv träning, högupplöst transkraniell likströms hjärnstimulering (HD-tDCS) och fysisk konditionsträning. Huvudsyftet med INSIGHT-projektet är att etablera och validera ett omfattande och rigoröst hjärnträningsprotokoll som innehåller de bästa tillgängliga interventionerna för att förbättra Gf och ARP.

Projektet var uppdelat i två faser, där den första inträffade i februari-november 2014 och den andra inträffade februari - december 2015. De två faserna var likartade i struktur och mål/hypoteser, men hade flera metodologiska skillnader vad gäller interventioner, armar och resultatmått. Detta dokument innehåller information som endast är relevant för 2014-fasen, som undersökte de relativa bidragen från fysisk konditionsintervention, videospelsbaserad träning och högupplöst transkraniell direktströms hjärnstimulering (HD-tDCS) till förbättringen av Gf/ARP, exekutiv funktion, arbetsminne, relationsminne, fysisk konditionsnivå och hjärnans struktur/funktion.

Armar/grupper genomförde 1 veckas testning för att fastställa baslinjemätningar av kognitiva förmågor, fysisk kondition och hjärnans struktur/funktion. 16 veckor av olika interventionsprotokoll. Dessa protokoll kan inkludera en eller flera interventionstyper med varierande scheman. Tre 70-minuters träningspass genomfördes per vecka, så alla armar genomförde 56 timmars träning, totalt. Efter avslutad interventionsperiod var det 1 vecka efter utvärdering för att mäta förändringar i kognitiva förmågor, fysisk kondition och hjärnans struktur/funktion.

Teknisk motivering för fysisk konditionsintervention: De gynnsamma effekterna av fysisk kondition på kognitiv prestation och hjärnhälsa har dokumenterats i många studier. Till exempel tyder denna litteratur på att ökad träning leder till födelsen av nya neuroner i hippocampus (en viktig hjärnregion som ligger bakom Gf), ökade kopplingar mellan neuroner i hela hjärnan, utveckling av ny kärlstruktur, ökad produktion av neurotrofiska proteiner, förbättrad inlärning och minne, och förbättrad exekutiva kontroll inklusive uppmärksamhet och hämning, arbetsminne, mental flexibilitet och handlingsövervakning. Speciellt (1) träningseffekterna är störst för uppgifter som involverar exekutiva kontrollfunktioner för arbetsminne, planering och problemlösning - förmågor som är väsentliga för Gf och ARP; och (2) aerob träning, i kombination med styrke- och flexibilitetsträning, hade en större positiv effekt på kognitionen jämfört med träningsprogram som endast inkluderade aeroba komponenter. Sådana fynd ger viktiga motiveringar för den fysiska aktivitetsinsats som föreslås här. Därför använder den föreslagna fitnessinterventionen ett kombinerat aerobic/motståndsträningsprogram för att ytterligare förbättra fördelarna med kognitiv träning på Gf och ARP.

Teknisk motivering för videospelsbaserad träning: Träning i fem kognitiva färdigheter - (1) bearbetningshastighet, (2) uppmärksamhet, (3) arbetsminne, (4) relationsminne och (5) kognitiv flexibilitet - har visat sig ge lovande överföringsresultat till Gf och andra relevanta konstruktioner. Denna utbildningsregim är grunden för designen av Mind Frontiers mjukvaruplattform. Mind Frontiers innehåller en integrerad svit med minispel som är designade för att träna dessa fem kognitiva kärnförmågor. Mekaniken, som abstraktioner av de kognitiva övningarna, säkerställer att övningarnas vetenskapliga integritet och träningseffekt bevaras, men övningarna genomförs som spel med motivationsdrag och anpassningssvårigheter.

Teknisk motivering för HD-tDCS: Det har antagits att Gf och ARP är kritiskt beroende av ett frontoparietalt hjärnnätverk, och därmed skulle bilateral, specifik stimulering av den frontala cortex med högupplöst transkraniell likströmsstimulering (HD-tDCS) har en exciterande effekt på neuroner inom det nätverket, vilket gör dem mer benägna att skjuta, och därigenom möjliggöra snabbare inlärning och underlätta överföring till Gf.

Teknisk motivering för aktiv kontroll: Ändringsdetektering och visuella sökningsuppgifter valdes ut som aktiva kontrolluppgifter eftersom tidigare arbete har indikerat att träning på lågnivå perceptuella förmågor inte överfördes till Gf och ARP.