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Neurofeedback Training Graz, 6.4.2006Jürgen Kurzmann
Neurofeedback Trainingzur Verbesserungkognitiver Leistung
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Neurofeedback Training Graz, 6.4.2006Jürgen Kurzmann
Inhaltsverzeichnis
• Einführung• Untersuchungsgebiete
– Sport– Kognitive Leistung– Artistik
• Begründung der Literaturwahl• Zusammenfassung der Ableitungen• Diskussion
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Neurofeedback Training Graz, 6.4.2006Jürgen Kurzmann
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.
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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
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Sport
Untersuchungsgebiet
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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
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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
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Ableitungen für Dissertation
• Fokussierung• Differenzierung
– Lokalisation• Auflösung (Elektrodenanzahl)
– Frequenzkomponenten
• Feedbackmodalität– visuelles Feedback– auditives Feedback– Kombination
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kognitive Leistungen
Untersuchungsgebiet
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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
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theta
kognitive Leistungen
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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
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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
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Ableitungen für Dissertation
• 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
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alpha
kognitive Leistungen
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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
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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)
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Ableitungen für Dissertation
• 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
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Ableitungen für Dissertation
• 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?
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beta
kognitive Leistungen
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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
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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)
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Ableitungen für Dissertation
• 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
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artistische Leistungen
Untersuchungsgebiet
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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
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Ableitungen für Dissertation
• Kausalität– Störvariablen– bisher keine Änderungen in Referenz EEG
nachweisbar:• Dauer/Häufigkeit des NFT verantwortlich?
• Gütekriterium:– objektivierbare Leistungsvariable
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Literaturwahl
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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
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Zusammenfassung Ableitungen
• Fokussierung• Differenzierung
– Lokalisation• Auflösung (Elektrodenanzahl)
– Frequenzkomponenten– IAF-Anpassung
• IAF Banddefinitionen
– Paradigmen• möglichst nur eine kognitive Funktion• Schwierigkeitsgrad• Aufgabentyp
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Zusammenfassung Ableitungen
• 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?
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Zusammenfassung Ableitungen
• 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
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Zusammenfassung Ableitungen
• 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
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Diskussion