Graz, 6.4.2006Jürgen KurzmannNeurofeedback Training Neurofeedback Training zur Verbesserung...

Neurofeedback Training Graz, 6.4.2006Jürgen Kurzmann

Neurofeedback Trainingzur Verbesserungkognitiver Leistung


Inhaltsverzeichnis

• Einführung• Untersuchungsgebiete

– Sport– Kognitive Leistung– Artistik

• Begründung der Literaturwahl• Zusammenfassung der Ableitungen• Diskussion


Einführung

Literaturquelle:

Vernon D. (2005). Can Neurofeedback Training Enhance Performance? An Evaluation of the Evidence with Implications for Future Research. Applied Psychophysiology and Biofeedback,

30(4), 347-364.


Einführung

• LeistungsfähigkeitKontinuum zwischen Dysfunktion und Optimalleistung

• ZielgruppeMenschen mit normaler Basisleistungsfähigkeit

• Neurofeedback Trainingdurch Rückmeldung bestimmter Charakteristika der Gehirnaktivität, soll eine gezielte willentliche Kontrolle über diese erlangt werden

• HintergrundZusammenhang spezifischer Leistungsfähigkeiten und dafür typischer kortikaler Aktivierungsmuster

Grundprinzip: Verbesserung der Leistungsfähigkeit durch Spiegelung „optimaler“ Aktivierungsmuster


Sport

Untersuchungsgebiet


sportliche Leistung

• Untersuchung an Bogenschützen

(Landers et al., 1991)– Methode

• Feedback: Slow Cortical Potential (SCP)• 3 Gruppen

– Reduktion der kortikalen Aktivität links temporal (T3)

– Reduktion der kortikalen Aktivität rechts temporal (T4)

– Kontrollgruppe

• Ablauf: – Messung Trefferquote 1

– Neurofeedback Training (NFT)

– Messung Trefferquote 2


sportliche Leistung

– Ergebnisse• reduzierte Aktivität links signifikant bessere Leistung• reduzierte Aktivität rechts signifikant schlechtere Leistung• Kontrollgruppe keine sign. Leistungsänderung

• Diskussion– SCP Feedback Training einer Hemisphäre wenig

spezifisch– nur visuelles Feedback

• versus multimodales Feedback


Ableitungen für Dissertation

• Fokussierung• Differenzierung

– Lokalisation• Auflösung (Elektrodenanzahl)

– Frequenzkomponenten

• Feedbackmodalität– visuelles Feedback– auditives Feedback– Kombination


kognitive Leistungen

Untersuchungsgebiet


kognitive Leistung

Es existieren eine Vielzahl von Studien, die Zusammenhang zwischen Leistungsfähigkeit in einem spezifischen kognitiven Bereich und bestimmten EEG Parametern belegen

wichtigste Trainingsprotokolle:• theta • alpha• beta


theta



kognitive Leistung: theta

• Radar-Überwachungsaufgabe(Beatty et al., 1974)– Methode

• Feedback: theta-Anteil (3-7 Hz) am Frequenzbereich 3-30 Hz

• 2 Gruppen (19 Vpn)– theta Unterdrückung

– theta Erhöhung

• Ablauf:– NFT (2 x 60min.) (Elektrodenpositionen: O1 und P3)

– Radarüberwachungsaufgabe (120 min.)» mit Feedback» ohne Feedback


kognitive Leistung: theta

– Ergebnisse• theta-Anteil konnte willentlich kontrolliert werden• Überwachungsaufgabe mit Feedback

– theta-Unterdrückung signifikant bessere Leistung

– theta-Erhöhung signifikant schlechtere Leistung

• Überwachungsaufgabe ohne Feedback– keine signifikante Leistungsänderung

– Diskussion• theta-Veränderung für Leistungsänderung verantwortlich?

– NFT-Länge von 2 x 60 Minuten eventuell zu kurz

• tatsächlich theta-Veränderung?– Angabe absoluter statt relativer Werte



• Differenzierung– absolute Werte (statt Verhältnissen)

• welche Parameter ändern sie wie

– Paradigmen• die möglichst wenige kognitive Funktion beanspruchen• Within-Session Design

• Cross-Session Design– NFT Erfolg abhängig von Dauer des Trainings

• Einflussfaktoren (Intervall, Sessionlänge, …)

– pre/post Veränderungen?• Referenz-EEG• fMRI• NIRS


alpha



kognitive Leistung: alpha

• Untersuchung zur Leistung des Kurzzeitgedächtnis (Bauer, 1976)– Methode:

• 13 Vpn• Ablauf:

– 1h auditorisches alpha-NFT

» (Elektrodenpositionen: O1, O2, P3, C3, Cz, T3)

– pre/post Vergleich

» free recall Test

» digit span Test


kognitive Leistung: alpha

– Ergebnisse• signifikante Erhöhung der alpha-Aktivität• jedoch keine signifikanten Leistungsänderungen

– Diskussion• problematische Interpretation

– Widerspruch zu Studien die Zusammenhang zwischen alpha-Aktivität und Gedächtnisleistung belegen (Klimesch 1990, 1993)



• Individuelle Anpassung– Individuelle Alpha Frequenz IAF (Klimesch, 1990)

• Festlegung der Frequenzbänder anhand von IAF

• höhere Differenzierung– der Frequenzbänder

• theta: [ IAF-6 … IAF-4 ] Hz• lower alpha 1: [ IAF-4 … IAF-2 ] Hz• lower alpha 2: [ IAF-2 … IAF ] Hz• upper alpha: [ IAF … IAF+2 ] Hz

– Aufgaben• Schwierigkeitsgrad• Aufgabentyp



• Effekt ≠ Wirkung– erfolgreiche Beeinflussung von EEG Aktivität durch

NFT muss nicht unbedingt Veränderung der kognitiven Leistungsfähigkeit zur Folge haben

– Fragestellung:• Inwieweit können topografische Aktivierungsmuster durch

NFT erzeugt werden?• Welche Bereiche sind in welchen Frequenzbändern

trainierbar?


beta



kognitive Leistung: beta

• Untersuchung zu semantischem Arbeitsgedächtnis (Vernon et al., 2003)– Methode

• 8 x 15 min. NFT (Elektrodenposition: Cz)

• 3 Gruppen– theta erhöhen: (4-8 Hz)↑ [(0-4 Hz)↓, (8-12 Hz)↓]

– low-beta erhöhen: (12-15 Hz)↑ [(4-8 Hz)↓, (18-22 Hz)↓]

– Kontrollgruppe

• pre/post Messung– Aufmerksamkeit

– semantische Leistungsfähigkeit


kognitive Leistung: beta

• Ergebnisse: – theta Erhöhung konnte nicht trainiert werden. – low-beta Training konnte (within sessions) gut trainiert

werden, jedoch keine baseline Veränderungen – Leistung semantisches Arbeitsgedächtnis signifikant

erhöht.

• Diskussion– kausaler Zusammenhang zwischen NFT und

Leistungsverbesserung fraglich– Replikation nicht erfolgreich (2004)



• Kausalität– Vorhandensein eines Feedbacks ausreichend für

Leistungsveränderungen?• Feedback und inverses Feedback

Effekt und inverser Effekt?

– Langzeit-Effekte durch Cross-Session Design

• Ausgangspunkt– Replikation von gut kontrollierter Studie– Variation der Parameter


artistische Leistungen

Untersuchungsgebiet


artistische Leistungen

• Untersuchungen zur musikalischen Leistung (Egner und Gruzelier, 2003)– Methode:

• 10 x 15 min. NFT (Elektrodenposition: Pz)

• alpha/theta• pre/post Wertung einer Jury

– Ergebnisse• signifikante Verbesserung in

Gesamtleistung, musikalisches Verständnis, stilistische Genauigkeit und Interpretationsvorstellung

– Diskussion• keine Änderung von alpha, theta bzw. alpha/theta Verhältnis



• Kausalität– Störvariablen– bisher keine Änderungen in Referenz EEG

nachweisbar:• Dauer/Häufigkeit des NFT verantwortlich?

• Gütekriterium:– objektivierbare Leistungsvariable


Literaturwahl


Literaturwahl

• Artikel– gute Übersicht über Forschungsstand

• bisher wenige Publikationen zu Leistungsverbesserung gesunder Menschen

• uneinheitliche Ergebnisse

– kritisch• zeigt breites Spektrum an Verbesserungsvorschlägen auf• Bedarf an kontrollierten Grundlagenstudien

– auch für klinischen Bereich relevant

– Boom/Euphorie im Bereich Neurowissenschaften• ernüchternde Ergebnisse


Zusammenfassung Ableitungen

• Fokussierung• Differenzierung

– Lokalisation• Auflösung (Elektrodenanzahl)

– Frequenzkomponenten– IAF-Anpassung

• IAF Banddefinitionen

– Paradigmen• möglichst nur eine kognitive Funktion• Schwierigkeitsgrad• Aufgabentyp



• kontrollierte Grundlagenstudien– Wirkungsweise des Feedbacks

• Kontrollguppen– Feedback

– fingiertes Feedback

– kein Feedback

– NFT Möglichkeiten/Grenzen• Inwieweit können durch NFT „beliebige“ topografische

Aktivierungsmuster erzeugt werden?• Welche Topografien in welchen Frequenzbändern?



• Within-Session Design– genaue Kontrolle (Übungseffekte, Kausalität, …)– Kurzzeiteffekte

• durch Wiederholung Langzeiteffekte?– Kausalität der (Kurzzeit-)Effekte

• Kontrollgruppe: inverses Feedback

• Cross-Session Design– NFT Erfolg abhängig von

• Dauer des Trainings?• Trainingsintervallen?• Sessionlänge?

– Veränderungen?• Referenz-EEG• fMRI• NIRS



• allgemeine Grundregeln beachten– Verwendung von Kontrollgruppen– keine Konfundierung durch verschiedene Treatment– pre/post EEG-Messungen um Veränderungen

feststellen zu können

• Ausgangspunkt– Replikation von gut kontrollierter Studie– Variation der Parameter


Diskussion

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