Theta and alpha neurofeedback for age-related cognitive deficits

Abstract

With the growing life expectancy, the number of elderly people is increasing tremendously worldwide. The progressive decrease of synaptic plasticity and neuronal inter-connectivity, concomitant with neurophysiological and behavioral alterations in the ageing brain, may be delayed by neurorehabilitation. Current approaches used to modify cognitive capabilities are often divided into behavioral training procedures and techniques for direct modulation of neural mechanisms, as neurostimulation or neurofeedback. Neurofeedback, which most of the times is based on electroencephalogram signals, is used to train individuals on learning how to influence their own brain functions based on the online-analysis of the brain activity. However, the potential greater effects of rehabilition through a combined methodology of these two trends are poorly investigated. In the present study, we wanted to examine the effects of a protocol with neurofeedback training interleaved with neurocognitive tasks. It was hypothesized that the combined approach might have a superior impact on cognitive performance, in comparison with a neurofeedback training alone approach. A protocol for neurorehabilitation covering the two proposed methodologies was developed. It supports Alpha and Theta neurofeedback up-training, and can be interleaved with neurocognitive tasks, namely the n-Back Task (the 1-back and the 2-back versions) and the Corsi Block-Tapping Task (either in forward or in backward order). Then, 10 participants from a Health Care Centre from Braga, aged above 55 years-old, were intervened in a twelve-day protocol with either a neurofeedback-combined cognitive protocol or a neurofeedback-single protocol. In general, the protocol established appear to induce an enhancement of Alpha and Theta activity as an enhancement in working-memory overall state. However, no clear conclusions could be drawn about the real effects of the intervention due to the small sample size and inter-individual differences. With a forthcoming increase in the number of participants (with more participants already being recruited and intervened) we hope to better address the potential enhancement effects of the combined approach of behavioral training and neurofeedback, as well as understand the possible explanations in the origin of these effects.

Com o aumento da esperança média de vida, a população idosa tem vindo a aumentar exponencialmente no mundo inteiro, e Portugal não é excepção. O decréscimo progressivo da plasticidade sináptica e da inter-conectividade neuronal, em simultâneo com as alterações neurofisiológicas e comportamentais, decorrentes do envelhecimento do cérebro, podem ser atenuados pela neuro-reabilitação. As actuais abordagens utilizadas para estimular as capacidades cognitivas podem ser divididas entre treino comportamental e técnicas de modulação directa de mecanismos neuronais, como a neuroestimulação e o neurofeedback. O neurofeedback, que na maioria dos casos é baseado em sinais de electroencefalograma, é usado para treinar sujeitos no sentido de uma aprendizagem de como influenciar as suas próprias funções cerebrais com base numa análise em tempo real da actividade cerebral. Ainda assim, um possível benefício acrescido da reabilitação através de uma combinação metodológica destas abordagens não tem sido explorado com afinco. No presente estudo, procurámos examinar os efeitos de um protocolo de treino de neurofeedback intercalado com tarefas neurocognitivas. Partindo da hipótese de que uma abordagem combinada poderia ter um impacto positivo mais significativo no comportamento cognitivo, quando comparada com um treino de neurofeedback em exclusivo, desenvolveu-se um protocolo para neuroreabilitação abrangendo as duas metodologias propostas. O referido protocolo promove um treino de aumento da potência de Alfa e Teta e pode ser intercalado com tarefas neurocognitivas, nomeadamente a tarefa n-Back (as versões 1-back e 2-back) e a tarefa Corsi Block-Tapping (quer directa quer invertida). De seguida, foram recrutados 10 participantes do Centro de Saúde de Braga, com idade superior a 55 anos, que participaram num protocolo de treino de 12 dias, ou com um protocolo neurocognitivo e de neurofeedback combinado, ou com um protocolo simples de neurofeedback. Em termos gerais, o protocolo estabelecido poderá induzir um aumento da potência de Alfa e Teta, bem como uma melhoria da memória de trabalho. Salienta-se, contudo, que devido à pequena amostra de indivíduos neste trabalho, nenhuma conclusão exacta acerca dos efeitos da intervenção pode ser retirada. De todo o modo, com o aumento do número de participantes, esperamos estar aptos a responder e a providenciar um entendimento mais conclusivo acerca dos efeitos de uma abordagem combinada de treino comportamental e de neurofeedback, sem descurar as possíveis explicações na base destes efeitos.