Die Auswirkung des quellenlokalisierten phasenkodierten EEG-Neurofeedbacks auf die Hirnaktivität

Rauchmann, Boris-Stephan (2019): Die Auswirkung des quellenlokalisierten phasenkodierten EEG-Neurofeedbacks auf die Hirnaktivität: eine placebokontrollierte EEG-fMRT-Pilotstudie. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

In vorausgegangenen Studien konnte gezeigt werden, dass eine Modulation der Hirnaktivität mittels EEG-Neurofeedback (NFB) möglich ist. Ziel der Studie war es herauszufinden, ob ge-sunde Probanden die frontoparietale Phasensynchronisation im EEG über quellenlokalisiertes NFB erhöhen können. Im Fokus der Untersuchung stand die Evaluation der Fragen, welche Auswirkungen NFB auf die funktionelle Konnektivität und Magnitude in unterschiedlichen Frequenzbändern des EEG, sowie die funktionelle Konnektivität der Ruhenetzwerke in der fMRT hat. Darüber hinaus wurde untersucht, ob es durch NFB auf behavioraler Ebene zu einer Verbesserung der Aufmerksamkeitsleistung kommt. Dazu wurden Veränderungen der Reakti-onsgeschwindigkeit und der Fehlerrate (Inhibitionskontrolle) in einer Go/NoGo-Aufgabe un-tersucht. Ergänzend wurden aufgabenbezogene fMRT und neurophysiologische Parameter in Form ereigniskorrelierter Potentiale (ERPs) im EEG erfasst. In Abgrenzung zu den meisten Voruntersuchungen wurde ein Interventionseffekteffekt im Vergleich zu einer Placebokontrolle (Sham-NFB) geprüft. 27 gesunde männliche Probanden absolvierten in einem Cross-over-Design mit Sham Kontrolle 31 min EEG-Neurofeedback-Training (8 Runden à 3 min, 1 min Pause zwischen den Runden). Das NFB-Paradigma bestand in einem bilateralen frontoparietalen Training der Phasensyn-chronisation im Frequenzband zwischen 8-15 Hz (1, 2, 1-Band) quellenlokalisiert mittels sLORETA Algorithmus in den BA 7, 8, 9, 39 und 40. Die Rückmeldung der frontoparietalen Phasensynchronisation an den Probanden erfolgte über ein visuelles Feedbacksignal. Vor und nach NFB/Sham-NFB, sowie während der Durchführung der Go/NoGo-Aufgabe erfolgte eine simultane EEG-fMRT-Aufzeichnung im Ruhezustand. Das NFB/Sham-NFB unmittelbar flan-kierend erfolgte die Aufzeichnung eines weiteren Ruhe-EEGs und einer Go/NoGo-Aufgabe außerhalb der MRT. Um den Zusammenhang zwischen zeitlich hochaufgelösten dynamischen Potentialschwankungen des Ruhe-EEGs (frontoparietale Phasensynchronisation) und den räumlich hochaufgelösten Veränderungen der fMRT-BOLD-Fluktuationen darzustellen, wur-den die simultan gemessenen Signalverläufe beider Modalitäten verglichen. Die Auswertung erfolgte für das frontoparietale Netzwerk in einer Korrelationsanalyse im prä-post Vergleich der Gruppen NFB und Sham-NFB. In einer gemischten Varianzanalyse mit Messwiederholung konnte eine Überlegenheit der NFB-Intervention gegenüber dem Sham-NFB für den Trainingsparameter, die frontoparietale Phasensynchronisation des Ruhe-EEGs im Frequenzband zwischen 8-15 Hz, für die linke He-misphäre aufgezeigt werden. Für die rechte Hemisphäre konnte dieser Zusammenhang nicht signifikant nachgewiesen werden. Im Ruhe-EEG konnte als Hauptergebnis im prä-post Ver-gleich eine signifikante Erhöhung der Magnitude im 1-Frequenzband (8-10 Hz) rechts fronto-zentral nachgewiesen werden. Gleichzeitig war die Magnitude des hochfrequenten EEGs (-1 und -2 (30-70 Hz), -3 (21-30 Hz) und -1 (12-15 Hz), sowie des niederfrequenten EEGs ( (1-4 Hz)) auf Sensorebene signifikant verringert. Auf EEG-Quellebene zeigte sich für das FPN in der Kondition mit geschlossenen Augen eine signifikante Reduktion im -Band und mit ge-öffneten Augen eine signifikante Erhöhung im 1-Frequenzband. In der Analyse der funktionellen Konnektivität der in Ruhe gemessenen fMRT zeigten sich als Hauptergebnis im prä-post Vergleich für das FPN links temporal ein Cluster erhöhter funktio-neller Konnektivität, sowie rechts frontal, links frontal, im anterioren Cingulum und der linken Insel Cluster reduzierter funktioneller Konnektivität. Für das DMN konnte rechts parietal ein Cluster erhöhter und im rechten Thalamus ein Cluster reduzierter funktioneller Konnektivität nachgewiesen werden. Nach Sham-NFB wurden keine signifikanten Konnektivitätsverände-rungen beobachtet. Im direkten Vergleich zwischen NFB und Sham-Kondition zeigte sich als Hauptergebnis für das FPN ein großes Cluster erhöhter funktioneller Konnektivität in der NFB-Gruppe links fronto-parieto-occipital. In der Sham-NFB Gruppe wurde linksfrontal ein Cluster erhöhter funktioneller Konnektivität nachgewiesen. Die Analyse der behavioralen Veränderungen zeigte keine signifikante Überlegenheit des NFB im Vergleich zum Sham-NFB, weder in der Reaktionsgeschwindigkeit, noch bei den falschen Reaktionen in der Go/NoGo-Aufgabe. Im Einklang mit diesem Ergebnis konnten auch in der Analyse des aufgabenbezogenen EEGs (ERP-Komponenten) und der aufgabenbezogenen fMRT (BOLD-Aktivität) keine signifikanten Unterschiede zwischen NFB und Sham-NFB aufgezeigt werden. EEG-Phasensynchronisation und BOLD-Zeitserien waren im linken FPN vor NFB nicht signi-fikant positiv und nach NFB signifikant negativ korreliert. Vor und nach Sham-NFB blieb die Korrelation beider Parameter negativ. Die Ergebnisse zeigen, dass mittels NFB eine Erhöhung der Phasensynchronisation im linken FPN erreicht werden kann, nicht jedoch durch Sham-NFB. Die NFB-Intervention führt zu ei-ner Modulation sowohl der Magnitude des EEGs, als auch der Ruhenetzwerke mit Betonung der linken Hemisphäre. Es kommt zu weitläufig verteilten Aktivitätsänderungen, auch über die Trainingsregionen hinaus. Vor allem eine Verringerung der Magnitude des Delta-Bandes kann zusammen mit einer linksseitig und temporal erhöhten funktionellen Konnektivität des FPN in der Resting-State fMRT als Modulation aufmerksamkeitsassoziierter Aktivierungsmuster ver-standen werden. Auch im Vergleich zwischen NFB und Sham-NFB wird deutlich, dass es durch NFB vor allem in parietalen Hirnregionen zu einer Erhöhung der funktionellen Konnek-tivität gekommen ist. Dieser Region wird eine wichtige Kontrollfunktion als Hubregion zwi-schen Aufmerksamkeitsnetzwerken zugeschrieben. Auf behavioraler Ebene zeigt sich in dieser Untersuchung keine Überlegenheit des NFB gegenüber der Sham-NFB. Longitudinale, Sham-kontrollierte Untersuchungen müssen in Zukunft zeigen, ob sich NFB als additives Therapie-verfahren diverser pathologisch bedingter Hirnfunktionsstörungen etablieren kann.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 10. Oktober 2019
• 1. Bericht­erstatter:in: Ertl-Wagner, Birgit