Please use this identifier to cite or link to this item: doi:10.22028/D291-27613
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Title: Theta neurofeedback training and its transfer to cognitive and memory control processes
Author(s): Eschmann, Kathrin Christine Johanna
Language: English
Year of Publication: 2018
SWD key words: Neurofeedback
Theta-Aktivität
Episodisches Gedächtnis
Free key words: neurofeedback
theta oscillations
cognitive control
source memory
DDC notations: 150 Psychology
500 Science
Publikation type: Doctoral Thesis
Abstract: Cognitive and memory enhancement is not only a desire of a gradually aging society, but also of a young, increasingly competitive, and achievement-oriented society. Cognitive and memory control processes are necessary to select appropriate behavior and memories out of interfering ones and seem to be reflected in frontal-midline (FM) theta activity. Neurofeedback training (NFT) is a neuro-scientific method that is increasingly used for the training of brain activity underlying cognitive processes. Previous studies showed mixed findings of FM theta NFT to cognitive control processes. Furthermore, transfer to memory control processes that especially support the accurate recollection of contextual details (source memory) has not been investigated. The present thesis provides novel insights in the neural mechanisms underlying cognitive control processes as well as FM theta NFT and its transfer to cognitive and memory control processes. Study 1 revealed that although cognitive control processes occurring before and after cognitively demanding events (proactive and reactive control) are reflected in FM theta activity, their topographies differ depending on task requirements. While theta activity was focally activated at frontal sites in a proactive control task, it had a broader topographical distribution in a reactive control task. Study 2 and 3 demonstrated greater FM theta increase over seven NFT sessions for a training group who trained individual FM theta activity compared to an active control group who trained session-wise randomly chosen frequency bands. Moreover, FM theta NFT showed transfer to proactive control and source memory performance not one but 13 days after the last training session that was additionally predicted by FM theta NFT increase. These findings suggest that cognitive control transfer might become manifest late after training and that enhancement of memory control processes possibly improves the protection of memories from proactive interference. Interestingly, training-induced behavioral transfer tended to be accompanied by decreased FM theta activity, suggesting a more efficient use of cognitive and memory control processes after training. Together, the present thesis constitutes an intervention technique for cognitive enhancement in young adults that might be potentially relevant for treatment of cognitive and memory decline in old age.
Kognitions- und Gedächtnissteigerung ist nicht nur der Wunsch einer immer älter werdenden Gesellschaft, sondern auch einer jungen, zunehmend wettbewerbsorientierten und leistungsorientierten Gesellschaft. Kognitive Kontrollprozesse und Gedächtniskontrollprozesse sind notwendig, um angemessene Verhaltensoptionen und gewünschte Gedächtnisrepräsentationen aus vielen konkurrierenden Varianten auszuwählen. Diese Kontrollprozesse scheinen sich in der Theta-Aktivität, die über der frontalen Mittellinie (FM) gemessenen wird, widerzuspiegeln. Neurofeedbacktraining (NFT) ist eine neurowissenschaftliche Methode, die zunehmend für das Training kognitiver Prozesse zugrunde liegender Gehirnaktivität eingesetzt wird. Bisherige Studien zeigten unterschiedliche Befunde zur Verbesserung von kognitiven Kontrollprozessen durch FM Theta NFT. Darüber hinaus wurde der Transfer eines solchen Trainings zu Gedächtniskontrollprozessen, die insbesondere die Erinnerung kontextueller Details (Quellengedächtnis) unterstützen, noch nicht untersucht. Die vorliegende Arbeit liefert neue Einblicke sowohl in die neuronalen Mechanismen, die kognitiven Kontrollprozessen zugrunde liegen, als auch in FM Theta NFT und dessen Transfer zu kognitiven Kontrollprozessen und Gedächtniskontrollprozessen. Studie 1 offenbarte, dass kognitive Kontrollprozesse, die vor und nach kognitiv anspruchsvollen Ereignissen auftreten (proaktive und reaktive Kontrolle), beide in FM Theta-Aktivität reflektiert sind, sich jedoch je nach Aufgabenanforderung in ihrer Topographie unterscheiden. In einer Aufgabe, die hauptsächlich proaktive Kontrolle beanspruchte, war die gemessene Theta-Aktivität fokal an frontalen Elektroden präsent, während in einer Aufgabe, welche maßgeblich die reaktive Kontrolle involvierte, die Theta-Aktivität eine weitere topographische Verteilung hatte. In Studie 2 und 3 zeigte eine Trainingsgruppe, die individuell bestimmte FM Theta-Aktivität trainierte, einen größeren FM Theta-Anstieg über sieben NFT-Sitzungen im Vergleich zu einer aktiven Kontrollgruppe, die sitzungsweise zufällig ausgewählte Frequenzbänder trainierte. Darüber hinaus führte FM Theta NFT zu einer Verbesserung proaktiver Kontrolle und der Quellengedächtnisleistung nicht einen Tag nach der letzten Trainingssitzung, sondern 13 Tage später. Das Ausmaß der Performanzverbesserung wurde zusätzlich durch den FM Theta NFT Anstieg vorhergesagt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich einerseits der Transfer zu kognitiven Kontrollprozessen möglicherweise spät nach dem Training manifestiert und andererseits die Verbesserung von Gedächtniskontrollprozessen vermutlich Erinnerungen vor proaktiver Interferenz schützt. Interessanterweise ging der trainingsinduzierte Transfer tendenziell mit einer verminderten FM Theta-Aktivität einher, was auf eine effizientere Nutzung von kognitiven und Gedächtniskontrollprozessen nach dem Training schließen lässt. Die vorliegende Arbeit stellt eine Interventionsmethode zur kognitiven Verbesserung bei jungen Erwachsenen mit potentieller Relevanz für die Behandlung von Kognitions- und Gedächtnisverlusten im Alter dar.
Link to this record: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-276139
hdl:20.500.11880/27272
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27613
Advisor: Mecklinger, Axel
Date of oral examination: 14-Dec-2018
Date of registration: 21-Dec-2018
Third-party funds sponsorship: Deutsche Forschungsgesellschaft, IRTG "Adaptive Minds"
Sponsorship ID: GRK 1457
Description of the related object: Veröffentlichter Artikel im Journal Brain and Cognition (entspricht Kapitel 2 der Dissertation)
Related object: https://doi.org/10.1016/j.bandc.2018.02.002
Faculty: HW - Fakultät für Empirische Humanwissenschaften und Wirtschaftswissenschaft
Department: HW - Psychologie
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