Indirekte Hirnstimulation durch EEG-Neurofeedback und Auditive Beat Stimulation

Engelbregt, H.J. (2024): Indirekte Hirnstimulation durch EEG-Neurofeedback und Auditive Beat Stimulation. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Zusammenfassung In der vorliegenden Dissertation wurde der Einfluss von EEG-Neurofeedback Training (E-NFT) und Auditiver Beat Stimulation auf Kognition, Emotion und elektrische Gehirnaktivitäten untersucht. Grundlage dieser kumulativen Dissertation sind die folgenden Publikationen: Short and long-term effects of sham-controlled prefrontal EEG-neurofeedback training in healthy subjects H.J. Engelbregt, D. Keeser, L. van Eijk, E.M. Suiker, D. Eichhorn, S. Karch, J.B. Deijen, O. Pogarell Clinical Neurophysiology 127 (2016) 1931–1937 The effects of binaural and monoaural beat stimulation on cognitive functioning in subjects with different levels of emotionality Hessel Engelbregt, Nora Meijburg, Marjolein Schulten, Jan Berend Deijen Advances in Cognitive Psychology (2019) Effects of binaural and monaural beat stimulation on attention and EEG Engelbregt, H., Barmentlo, M., Keeser, D., Pogarell, O., & Deijen, J. B. Experimental Brain Research, 239 ((2021 ,9), 2781-2791 Die kumulative Dissertation präsentiert zwei verschiedene Techniken der nichtinvasiven Hirnstimulation. Es wird gezeigt, dass es mehrere Möglichkeiten gibt, die Gehirnaktivität auf vorhersagbare Weise zu beeinflussen, indem man sie über primäre menschliche Sinnesorgane wie Augen oder Gehör stimuliert. Die erste Studie zeigt die Effekte von EEG-Neurofeedback (E-NFT) auf gesunde Probanden. E-NFT ist eine Therapieform, bei der mit Hilfe eines geschlossenen Kreislaufs Feedback über die elektrische Aktivität eines Probanden gegeben wird, welche von einem Computergerät gemessen und dann auf leicht verständliche Weise an den Probanden zurückgegeben wird. Ein Beispiel ist das Bild eines Delphins, der anfängt zu springen, sobald sich die 8 Hz Gehirnaktivität erhöht. Die Studie zeigt, dass es möglich ist, EEG-Neurofeedback (E-NFT) in einer Gruppe gesunder Studierender nach wissenschaftlichen Maßstäben zu untersuchen. Die Studie wurde randomisiert, doppelblind und Placebo-kontrolliert durchgeführt. Es wurde ein Nachweis für kurz und langfristige Auswirkungen des E-NFT auf das Elektroenzephalogramm (EEG) im Ruhezustand gefunden. Bei den kognitiven Funktionen wurden keine Änderungen festgestellt. Diese Ergebnisse werden vorgestellt und erörtert. Die Verteilung, Richtung und das Ausmaß von E-NFT- herbeigeführten Wirkungen auf die Gehirnphysiologie sind noch nicht gut erforscht. Die Entwicklung weiterer Hypothesen in Bezug auf die neurophysiologischen Effekte der präfrontalen E-NFT ist von entscheidender Bedeutung, um Informationen für zukünftige experimentelle und therapeutische E-NFT Anwendungen zu erhalten. Die zweite und dritte Studie zeigen die Wirkung von 40 Hz Frequenzen, die auf zwei verschiedene Arten angeboten werden: monaural und binaural. Bei den binauralen Beats (BB) werden dem Zuhörer auf das linke und das rechte Ohr separat ein Ton mit leicht unterschiedlicher Frequenz vorgespielt. Im Gehirn entsteht eine Überlagerung, die vom Teilnehmer bewusst registriert wird in Form eines pulsierenden Tones. In unseren Studien betrug der Unterschied zwischen beiden Schallwellen 40 Hz. Für Mono-Beats (MB) werden beiden Ohren die zwei Frequenzen vorgespielt, jedoch wird von den Probanden nur die 40 Hz Frequenz bewusst registriert. Wir fanden keinen Unterschied zwischen beiden Bedingungen bei der Ausführung einer Aufmerksamkeitsaufgabe, jedoch führten Probanden sowohl in der MB- als BB-Bedingung die Aufmerksamkeitsaufgabe schneller aus als in der Kontrollbedingung bei der weißes und rosa Rauschen vorgespielt wurde. Rosa Rauschen (Pink Noise) ist fast dasselbe wie weißes Rauschen (White Noise). Genau wie beim weißen Rauschen werden auch beim rosa Rauschen alle Frequenzen aus unserem hörbaren Spektrum einbezogen, jedoch mit (deutlich) geringerer Stärke. Beim rosa Rauschen gilt: Je höher die Frequenz, desto geringer die Lautstärke. Die 40Hz Beat Stimulation hatte keine messbaren Auswirkungen auf das Elektroenzephalogramm (EEG) im Ruhezustand. Die vorliegenden spärlichen und widersprüchlichen Befunde rechtfertigen den Schluss, dass BB keine konsistente Wirkung auf die EEG-Aktivität hat. Daher fanden wir keine überzeugenden neurophysiologischen Beweise dafür, dass neuronale Oszillation, d. h. neuronale Synchronisation, eine Rolle bei der BB-induzierten kognitiven Verbesserung spielt. Da die kognitive Verbesserung nicht der neuronalen Synchronisation im Gehirn zugeschrieben werden konnte, was sich in einer Erhöhung der Leistung von 40–45 Hz widerspiegelte, dürfte die verbesserte kognitive Leistung durch andere Faktoren hervorgerufen werden.

Abstract

Abstract The principal purpose of the present thesis was to investigate the possible application of EEG-neurofeedback and Binaural Beat stimulation for brain-state, cognitive and emotional modulation in healthy subjects. The cumulative dissertation is based on the following publications: Short and long-term effects of sham-controlled prefrontal EEG-neurofeedback training in healthy subjects H.J. Engelbregt, D. Keeser, L. van Eijk, E.M. Suiker, D. Eichhorn, S. Karch, J.B. Deijen, O. Pogarell Clinical Neurophysiology 127 (2016) 1931–1937 The effects of binaural and monoaural beat stimulation on cognitive functioning in subjects with different levels of emotionality Hessel Engelbregt, Nora Meijburg, Marjolein Schulten, Jan Berend Deijen Advances in Cognitive Psychology (2019) Effects of binaural and monaural beat stimulation on attention and EEG Engelbregt, H., Barmentlo, M., Keeser, D., Pogarell, O., & Deijen, J. B. Experimental Brain Research, 239 ((2021 ,9), 2781-2791 The cumulative dissertation presents two different techniques of non-invasive brain stimulation through eyes and ears. The combined papers show that there are more ways to influencing brain activity in a predictable way input via primary human sensory systems. The first study shows the effects of EEG-Neurofeedback (E-NFT) on healthy subjects. ENFT is a closed loop feedback therapy in which a subjects electrical activity is measured by a computer device, which returns the measured activity in an easy to understand way to the subject. An example is a dolphin which jumps when 8 Hz. brain activity enhances. The study shows that EEG-Neurofeedback (E-NFT) can be studied according to scientific standards in a group of healthy students. The study was carried out in a randomized, double blind, placebo controlled manner. Proof was found for both short- and long term effects of E-NFT on resting state electroencephalogram (EEG). No changes were found in cognitive functions. These results are presented and discussed. The distribution, direction, and extent of E-NFT mediated effects on brain physiology are not well understood. The development of further hypotheses with regard to the neurophysiological effects of prefrontal E-NFT is crucial to obtain information for future experimental and therapeutic E-NFT applications. The second and third studies show the effect of 40 Hz. beats which are offered to the ears in two different ways, Monaural and Binaural. For Binaural Beats (BB), 2 different frequencies of tics are presented to both ears. The difference between the 2 beats is registered consciously by the participant. In our study, the difference between both frequencies was 40 Hz.. For Monaural beats (MB), both frequencies are presented to both ears. Consciously, the participants also register only a 40 Hz frequency. We found no difference between these condition for performance on an attention task. However, in both MB and BB conditions, subjects outperform white noise control condition and in BB condition, subjects outperform pink noise condition. The present scarce and conflicting findings only justify the conclusion that 40 Hz. BB has no consistent effect on EEG activity. Thus, we did not find convincing neurophysiological evidence that neural oscillation, i.e. neural synchronization, plays a role in BB-induced cognitive enhancement. As the present cognitive enhancement could not be attributed to neural synchronization in the brain as reflected by an increase of 40–45 Hz power, the improved cognitive performance might be mediated by other factors.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Binaural Beats, Monaural Beats, EEG, Neurofeedback, Auditory Beat Stimulation, Brain, Cognition, Emotionality, ABS, BB, Effects, EEG-Neurofeedback, Healthy subjects, Brain activity, 40 Hz, Beta activity
• 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: 2024
• 1. Bericht­erstatter:in: Pogarell, Oliver