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Regulation und Diskrimination von EEG -Alphaaktivität mit Sonifikation?

Autor

Alexis Olguin Baxman

Co-Autoren

Prof. Dr. Stefan Debener, Wolf Pink

Einleitung

Klassische Neurofeedback-Studien weisen darauf hin, dass gesunde Erwachsene lernen können, ihre Alpha-Aktivität willentlich zu regulieren und zu diskriminieren. Das Erlernen insbesondere der Diskrimination von Alpha-Zuständen verläuft jedoch typischerweise langsam und wird subjektiv als schwierig erlebt. Wir haben untersucht, ob die Echtzeit-Sonifikation der okzipitalen Alpha-Amplitude die Regulations- und Diskriminationsleistung innerhalb einer einzelnen Sitzung verbessert. Unsere Hypothese war, dass eine Sonifikation während der Regulationstrials in den experimentellen Bedingungen im Vergleich zu Kontrollbedingungen (ohne Sonifikation) sowohl die Regulationsleistung verbessert (Haupteffekt) als auch die Diskriminationsleistung erhöht (Carryover-Effekt). Darüber hinaus wollten wir frühere Befunde replizieren, die nahelegen, dass sich die Diskriminationsgenauigkeit bei extremen Alpha-Zuständen, d. h. bei sehr hohen oder sehr niedrigen Alpha-Amplituden, verbessert (Frederick, 2012; Frederick et al., 2016).

Methoden

Die Gehirnaktivität von dreiunddreißig Teilnehmenden wurde mit einem mobilen 32-Kanal-EEG-System aufgezeichnet. Sechs Teilnehmende wurden aufgrund unzureichender Alpha-Reaktivität ausgeschlossen (Differenz der Alpha-Amplitude zwischen Augen-offen- und Augen-geschlossen-Baseline). Die Teilnehmenden absolvierten sowohl Regulations- als auch Diskriminationsaufgaben mit geschlossenen Augen unter beiden Bedingungen (Within-Subjects-Design). Die Regulationsaufgabe war bidirektional: gleichmäßig auf Up- und Down-Regulationstrials verteilt. Die EEG-Daten wurden online mittels eines 4-Sekunden-Schiebefenster (90 % Überlappung) verarbeitet. Die Rohdaten von Kanal O2 wurden bandpassgefiltert (8–12 Hz), und die momentane Hüllkurvenamplitude wurde mittels Hilbert-Transformation extrahiert. Ein dynamischer Schwellenwert klassifizierte die fortlaufende Alpha-Amplitude während der Aufgaben als hohen oder niedrigen Alpha-Zustand. Dieser Schwellenwert steuerte zugleich das auditive Feedback: Die Alpha-Amplitude wurde direkt auf die Lautstärke eines kontinuierlichen roten Rauschens abgebildet (hohe Amplitude = hohe Lautstärke).

Ergebnisse

Die Sonifikation führte innerhalb einer einzelnen Sitzung zu keiner signifikanten Verbesserung der Regulationsleistung oder der Diskriminationsleistung. Für extreme Alpha-Amplituden zeigten sich Hinweise auf eine leicht verbesserte Diskriminationsleistung. Explorative Analysen zeigten signifikante Effekte von Richtung und Bedingung auf die Alpha-Amplitude während der Regulationsaufgabe: Die Teilnehmenden konnten ihre Alpha-Amplitude wie instruiert erfolgreich steigern und senken. Die Alpha-Amplitude war jedoch in den experimentellen Bedingungen im Vergleich zu den Kontrollbedingungen geringer. Es zeigte sich keine signifikante Interaktion.

Diskussion

Die Sonifikation verbesserte in einer einzelnen Sitzung weder die Regulation noch die Diskrimination signifikant. Effekte im Zusammenhang mit extremen Alpha-Amplituden waren minimal. Dies könnte dadurch erklärt werden, dass die Sonifikation eine Dual-Task-Situation schafft: Die Teilnehmenden mussten gleichzeitig ihre okzipitale Alpha-Aktivität modulieren und das Feedback-Signal kontinuierlich überwachen. Dennoch waren die Leistungsniveaus vergleichbar mit den Ergebnissen der ersten Trainingssitzung in Studien, die mehrere Sitzungen umfassten. Dies deutet darauf hin, dass die Teilnehmenden mehr Zeit benötigen, um stabile Assoziationen zwischen dem Feedback-Signal und den sensorischen Korrelaten ihrer Alpha-Zustände aufzubauen, damit sie das Feedback erfolgreich in ihre Regulationsstrategien integrieren können.