Neurofeedback-träning för äldre vuxna

Bakgrund:

Subkliniska symtom på depression och ångest är vanliga hos äldre vuxna, med vissa uppskattningar som tyder på att dessa symtom finns hos 10-52 % av de äldre vuxna som bor i samhället. Vissa studier har visat att äldre vuxna med subklinisk depression och ångest är mer benägna än de med låga nivåer av relevanta symtom att diagnostiseras med affektiva störningar och mild kognitiv funktionsnedsättning eller demens senare i livet. Insatser för äldre personer med förhöjda subkliniska symtom på depression och ångest är alltså avgörande för att förebygga affektiva störningar och demens sent i livet. Under negativa känslomässiga upplevelser spelar den prefrontala cortex (PFC) en avgörande roll för att nedreglera aktivitet. PFC-dysfunktion kan orsaka olika humör och ångestsymptom.

Neurofeedback-träning är en icke-farmaceutisk neurorehabiliteringsteknik som potentiellt kan förbättra prefrontal funktion och förbättra mental hälsa och kognitiva funktioner. Denna teknik använder sensorisk feedback för att lära individer att självreglera specifika hjärnaktiviteter, med målet att inducera långsiktig neuroplasticitet och funktionsförbättringar. Traditionellt har neurofeedback-träning utförts med hjälp av EEG, och mycket forskning har tillämpat sådana träningsinterventioner för behandling av en mängd olika psykiatriska störningar. Under de senaste åren har intresset för att använda fNIRS för att ge neurofeedback-träning ökat. Den underliggande mekanismen för sådan träning med fNIRS skiljer sig från den för träning med EEG. Jämfört med EEG har fNIRS en lägre tidsupplösning men en högre rumslig upplösning och är mer motståndskraftig mot rörelseartefakter. Dessutom visade en nyligen genomförd studie att patienter med social ångeststörning hade minskade ångestsymtom efter fNIRS neurofeedback-träning.

Forskningsplan och metodik:

Design: Detta föreslagna projekt har utformats i enlighet med nuvarande konsensus om rapportering och experimentell design av kliniska och kognitiva beteendemässiga neurofeedback-studier. Deltagarna kommer att slumpmässigt och lika tilldelas en av tre neurofeedback-träningsgrupper: (1) bluff, (2) EEG och (3) fNIRS. Varje deltagare kommer att göra en neurofysiologisk bedömning (1) före, (2) omedelbart efter och (3) 1 månad efter intervention.

Deltagare: 90 äldre vuxna utan demens kommer att rekryteras via annonser hos PolyU och frivilligorganisationer. Inklusionskriterierna är: (i) ålder 60-79 år; (ii) högerhänthet bedömd med den korta formen av Edinburgh Handedness Inventory; (iii) en måttlig eller högre poäng på minst en av depressions- och ångestunderskalorna (men inte nödvändigtvis båda) på depressionsångeststressskalan-21 (DASS-21); (iv) ingen historia av neurologisk eller psykiatrisk störning; (iv) ingen historia av traumatisk hjärnskada som kräver sjukhusvistelse; (vi) för närvarande inte använder psykotropa läkemedel; (vii) förmåga att läsa traditionell kinesiska; (viii) normal eller korrigerad till normal syn; och (ix) ett betyg på minst 19 på Hong Kong Montreal Cognitive Assessment (HK-MoCA).

Inklusionskriterierna som vi planerade att använda var baserade på de som användes i prefrontala neurofeedback-studier i humör- eller ångeststörningar. Konventionellt väljs deltagare ut utifrån en viss tröskel för depressiva eller ångestsymtom, varken kognitiv eller hjärndysfunktion utgör ett inklusionskriterium. Ändå, eftersom variationer i kognitiva och PFC-funktionsnivåer kan påverka behandlingssvaret, kommer efterföljande analyser att ta hänsyn till kognitiva och PFC-funktionsnivåer vid baslinjen.

Studieförfaranden: Potentiella deltagare kommer först att utsättas för en screeningutvärdering för att bedöma behörigheten. Berättigade personer kommer att bjudas in till PolyU för bedömning och utbildning. Utbildningen kommer att omfatta 10 60-minuterspass som genomförs inom 4 veckor. Varje pass kommer att inkludera 25 minuters effektiv träningstid, för en total träningstid på 250 minuter, i enlighet med de senaste rekommendationerna. Dessutom kommer deltagarna att utföra 3 experimentella uppgifter under samtidig EEG-fNIRS-inspelning och fylla i flera frågeformulär vid 3 tidpunkter, som beskrivs i avsnittet "Neurofysiologisk bedömning". Flera studier har visat att EEG-, fNIRS- och neurofeedback-träning kan tillämpas på äldre vuxna över 70 år och till och med på personer med demens. Därför förväntar vi oss att äldre vuxna som screenas för demens av HK-MoCA kommer att kunna följa både bedömnings- och träningsprotokollen.

Neurofeedback-träning: Under träningen kommer deltagarna att bli ombedda att följa instruktionerna på en datorskärm. De kommer att slutföra fem omgångar av träningsuppgifter. Varje omgång börjar med en 30-s vilofas följt av 4,5 min självregleringsfas. Under vilofasen kommer ett fixeringskors att dyka upp på skärmen och deltagarna instrueras att sitta stilla och slappna av. Under regleringsperioden kommer deltagarna att uppmanas att ändra kvadraten från vit till svart (dvs en inneboende social belöning) men kommer inte att ges några specifika strategier. Den mörka färgen kommer att representera ökningen av antingen frontal alfa-asymmetri eller frontal oxyhemoglobin (HbO) asymmetri. Värdena för tillfället kommer att jämföras med 20-talets förregleringsbaslinje. I skentillståndet kommer deltagarna att få visuell feedback baserad på förinspelningar och/eller andra deltagares inspelningar. Deltagarna kommer att genomgå en 3-minuters viloperiod före och efter varje träningspass för att spåra förändringar i hjärnaktivitet i vilotillstånd inom och över sessioner.

Under varje träningspass kommer en keps anpassad till deltagarens huvudstorlek att användas för att montera EEG- och fNIRS-sensorerna. Hårdvaruinställningen kommer att vara densamma för alla grupper för att säkerställa att både deltagaren och försöksledaren är blinda. För att EEG ska registreras av ANT eego rt8-förstärkaren (ANT Neuro, Hengelo, Nederländerna), kommer elektroderna att placeras vid Fp1, F3, F4, Fz, Fpz, Cz, GND (jord), lägre VEOG och på de två örsnibbar (referenser). Data kommer att samlas in vid 2 048 Hz. För att fNIRS ska registreras av det bärbara OctaMon+-systemet (Artinis Medical Systems, Gelderland, Nederländerna), kommer två källor, var och en omgiven av fyra detektorer placerade cirka 3 cm från varandra, att placeras på hårbotten så att de två kanalerna nära hjärnfissuren på vardera sidan av hemisfärerna är omgivna F3 och F4. Data kommer att samplas vid 50 Hz. Beroende på träningsgrupp kommer frontal asymmetri vad gäller skillnaden i alfastyrka (8-13 Hz) mellan F3 och F4 och medelförändringen i HbO-koncentration mellan vänster och höger PFC att väljas som målmål. För båda riktiga träningsgrupperna kommer dataströmning i realtid att utföras med Lab Streaming Layer och OpenVibe enligt publicerade riktlinjer.

Neurofysiologisk bedömning: En 1,5-timmars neurofysiologisk bedömning kommer att administreras vid var och en av 3 tidpunkter (före, efter och 1 månads uppföljning) för att utvärdera effekterna av neurofeedback-träning. Deltagarna kommer att slutföra DASS-21 (kinesisk version) för att mäta sina depressiva och ångestsymtom under den senaste veckan; Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS; kinesisk version) för att mäta deras tecken på ångest och depression under föregående vecka; Pittsburgh Sleep Quality Index för att mäta deras sömnkvalitet under den senaste månaden; Satisfaction with Life Scale (kinesisk version) för att kvantifiera deras allmänna livstillfredsställelse; och Lawton Instrumental Activities of Daily Living Scale (IADL; kinesisk version) för att bedöma självständigt boende. Deltagarna kommer också att slutföra tre datoriserade uppgifter för att bedöma olika komponenter i frontal kognitiv funktion under samtidiga EEG-fNIRS-mätningar, med samma uppsättning som neurofeedback-träning. Vid det första besöket kommer deltagarna också att genomföra HK-MoCA för att screena för demens. Omedelbart efter interventionen kommer de att tillfrågas om de kan sin behandlingsgruppsuppgift för att kontrollera styrkan av blindning.

Varje bedömningsuppgift (öppna ögon, Emotional Stroop, n-back) som föreslås för denna forskning kommer att omfatta ett svårt och ett lätt tillstånd. Ögonöppna testet används för att låta maskinen mäta aktiveringsbaslinjen när deltagarna öppnar ögonen. Det kräver att deltagarna håller ögonen öppna i 3 minuter. Uppgiften Emotional Stroop används för att bedöma hämmande kontroll. Deltagarna visas foton av olika känslor med orelaterade traditionella kinesiska känslonamn. De ombeds att namnge bilderna efter känslor. Det kräver att deltagarna hämma sina känslor med hjälp av formuleringarna och reagera på bildens innehåll. Skillnader i noggrannhet och medelreaktionstid (RT) och förändringar i den prefrontala HbO-koncentrationen och theta-styrkan mellan de två tillstånden kommer att vara de beroende variablerna. Uppgiften n-back används för att bedöma arbetsminnet. Under uppgiften visas deltagarna en sekvens av siffror och ombeds att bedöma via knapptryckning om siffran de ser är noll (0-back; lätt) eller samma som siffran de såg två försök innan (2-back; svår). ). Skillnader i noggrannhet och genomsnittlig RT och förändringar i den prefrontala HbO-koncentrationen och theta-styrkan mellan de två tillstånden kommer att vara de beroende variablerna.

Dataanalys: I detta projekt är de primära utfallsmåtten humör- och ångestmått (dvs. DASS-21 och HADS-poäng), och de sekundära utfallsmåtten är uppgiftsutförande och PFC-mått, såväl som andra mentala hälsomått. Resultatmåtten kommer att analyseras enligt CRED-nf-checklistan. Linjära blandade modeller med grupp (sham, EEG, fNIRS), tid (baslinje, post, uppföljning) och tillstånd (lätt, svårt) som fasta faktorer; och ämnet som en slumpmässig faktor kommer att användas för att analysera beteende-, fNIRS- och EEG-data. Vi förväntar oss att deltagare i de två riktiga neurofeedback-träningsgrupperna kommer att visa betydande förbättringar av mental hälsa, kognitiv funktion och frontallobsfunktion vid post- och uppföljningsbedömningar i förhållande till skengruppsdeltagarna. Dessutom kommer vi att utvärdera skillnader i pre-post förändringar i mental hälsa och kognitiva funktioner mellan de två riktiga träningsgrupperna. Dessutom kommer vi att undersöka korrelationen mellan kognitiva baslinje- och PFC-funktionsnivåer och förändringarna i DASS-21-poäng före efter för att belysa individuella skillnader i behandlingssvaret för varje neurofeedback-grupp.