Intensive Bewertung der exekutiven Funktionen anhand der Leistung in kognitiven Trainingsspielen

Der Forscher Antonio Javier Sutil Jiménez präsentiert in diesem Artikel die wichtigsten Informationen aus der Studie „Intensive Bewertung exekutiver Funktionen basierend auf der Leistung in kognitiven Trainingsspielen“, an der unsere Plattform für kognitive Stimulation, NeuronUP, beteiligt war.

Autoren und beteiligte Universitäten

Diese Studie entstand aus der PENSA-Studie, die darauf abzielte, den Effekt auf den Fortschritt des kognitiven Abbaus durch eine personalisierte Intervention zu untersuchen, die auf die Förderung eines gesunden Lebensstils abzielt und durch eine natürliche Verbindung aus grünem Tee, genannt Epigallocatechingallat, ergänzt wurde. Die PENSA-Studie wurde vom Barcelonaβeta Brain Research Center (BBRC) und dem Institut Hospital del Mar d’Investigacions Mèdiques (IMIM) geleitet. Zudem arbeiteten weitere spanische Universitäten und NeuronUP mit, um exekutive Funktionen auf innovative Weise mittels Fernüberwachung zu untersuchen.

Unter den Autoren konzipierten Natalia Soldevila-Domenech, Ilario de Toma und Rafael de la Torre vom IMIM die Studie. Auch Forscher der Universität Pompeu Fabra in Barcelona, des Instituts für Gesundheit Carlos III, des Netzwerks für biomedizinische Forschung zu Gebrechlichkeit und gesundem Altern (CIBERFES) in Madrid sowie der Monash University in Melbourne beteiligten sich an der Datenanalyse, deren Interpretation oder der Manuskripterstellung. Darüber hinaus war die Mitarbeit von Iñigo Fernández de Piérola und Carolina Sastre von NeuronUP entscheidend für die Datenerhebung, um Interessenkonflikte in Bezug auf die Ergebnisse der Studie zu vermeiden.

Zielpopulation

Die Zielpopulation dieser Studie bestand aus Personen ohne kognitive Beeinträchtigungen im Alter von 60 bis 80 Jahren. Konkret wurde eine Untergruppe von 56 Personen aus der PENSA-Studie ausgewählt, bestehend aus 23 Männern und 33 Frauen in der genannten Altersgruppe. Die Teilnehmer traten schrittweise in Gruppen von 9 bis 14 Personen in die Studie ein.

Zunächst wurde festgestellt, dass es sich um eine Population mit erhöhtem Alzheimer-Risiko handelte, da sie Träger des APOE-ε4-Gens waren. Anschließend wurde eine standardisierte neuropsychologische Bewertung durchgeführt, um zu überprüfen, dass die Teilnehmer keine kognitive Beeinträchtigung aufwiesen und ihre Ergebnisse normal waren. Darüber hinaus mussten die Teilnehmer die Kriterien für subjektive kognitive Beeinträchtigung (SCD) erfüllen. 

Subjektive kognitive Beeinträchtigung (SCD)

Die subjektive kognitive Beeinträchtigung (SCD) ist die anhaltende Wahrnehmung einer Person, dass ihre kognitiven Fähigkeiten im Vergleich zu ihrem normalen Zustand abnehmen. Dieser Begriff wurde vor etwa einem Jahrzehnt eingeführt, um ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung von leichten kognitiven Beeinträchtigungen oder Alzheimer bei Personen mit dieser subjektiven Wahrnehmung zu identifizieren.

Dieses Konzept ist hochaktuell, und seit seiner Einführung hat die Zahl der Studien, die SCD und kognitiven Abbau in Verbindung bringen, stetig zugenommen. Weitere Informationen finden sich in der in Lancet Neurology* veröffentlichten Studie, an der José Luis Molinuevo, ebenfalls Autor der hier analysierten Studie, beteiligt war.

Bewertung – Behandlung

Programm für kognitives Training

Das Programm für kognitives Training wurde mit 36 neurorehabilitativen Aktivitäten der Plattform NeuronUP entwickelt, die die Teilnehmer aus der Ferne an ihren Computern oder Tablets durchführten.

Zunächst erhielten die Teilnehmer eine Präsenzschulung zur Nutzung der Plattform und absolvierten zwei kurze Sitzungen, um sich mit den Aktivitäten vertraut zu machen. Nach diesem Workshop wurde ein von Neuropsychologen entwickelter Trainingsplan implementiert, der 8 Aktivitäten zu exekutiven Funktionen, 6 zu Gedächtnis, 6 zu Sprache, 6 zu Aufmerksamkeit, 7 zu visuell-räumlichen Fähigkeiten und 3 zu Orientierung umfasste. Diese Aktivitäten wurden ausgewählt, um verschiedene kognitive Bereiche im Zusammenhang mit Alzheimer abzudecken, und einmal monatlich in 12 Sitzungen durchgeführt. Diese Sitzungen fanden mit einer Frequenz von 2 bis 3 pro Woche statt, wobei jede Sitzung aus 3 Aktivitäten von etwa 10 Minuten bestand.

Das gesamte Programm dauerte 12 Monate. Die ersten zwei Monate dienten der Eingewöhnung der Teilnehmer an die Funktionsweise der Spiele, um Lerneffekte zu kontrollieren, und wurden nicht analysiert. Die Leistung im dritten Monat wurde als Maß für die Ausgangskapazität verwendet, da angenommen wurde, dass die Teilnehmer bis dahin ihr optimales Niveau in jedem Spiel erreicht hatten. Der dritte Monat wurde somit als Ausgangsreferenz betrachtet. Die Leistung in den Monaten 4 bis 12 wurde genutzt, um kognitive Veränderungen im Laufe der Zeit zu überwachen.

Es wurde ein Punktesystem entwickelt, um die monatliche Leistung in jedem Spiel zu bewerten. Das NeuronUP-Punktesystem bestand aus einer ganzen Zahl, die auf den am häufigsten gespielten Schwierigkeitsgrad verwies, und einer Dezimalstelle, die richtige und fehlerhafte Übungen sowie die benötigte Zeit widerspiegelte. Die Verwendung des am häufigsten gespielten Schwierigkeitsgrades als Kriterium wurde als konservativ angesehen, um kognitive Veränderungen zu bewerten, und die Einbeziehung einer Dezimalstelle erhöht die Variabilität der Punktzahlen innerhalb desselben Schwierigkeitsgrades. 

Funktionsweise der Aktivitäten

Es gab zwei Arten von Aktivitäten , die zwischen 9 und 12 verschiedene Schwierigkeitsstufen aufwiesen. Diese beiden Aktivitätstypen waren: (1) Arbeitsblätter, die den Schwierigkeitsgrad nicht automatisch änderten, und (2) Spiele, bei denen der Schwierigkeitsgrad automatisch angepasst wurde. Bei den Spielen begann der Schwierigkeitsgrad bei 2-3 und variierte in Abhängigkeit von der Leistung des Teilnehmers. Um ein Niveau aufzusteigen, war es notwendig, 5 Aktivitäten korrekt abzuschließen, und um ein Niveau zu senken, waren 3 Fehler erforderlich. Obwohl jeden Monat dieselbe Anzahl von Aktivitäten durchgeführt wurde, konnte die Schwierigkeit variieren, da das Startniveau das höchste im Vormonat erreichte Schwierigkeitsniveau war.

Beispiele für Aktivitäten

1. Balance the Bags (Die Taschen ausbalancieren): Eine Person erscheint an der Kasse des Supermarktes und muss alle Produkte in Taschen packen. Die Aktivität besteht darin, das Gewicht jedes Produkts zu berechnen, damit beide Arme das gleiche Gewicht tragen. 
2. Home Delivery (Hauslieferung): Mehrere Gebäude leuchten nacheinander auf. Die Aufgabe besteht darin, sich die Reihenfolge der Beleuchtung zu merken und diese in umgekehrter Reihenfolge wiederzugeben.

Traditionelle Tests und Vergleich mit den NeuronUP-Versionen

Nach der neuropsychologischen Bewertung, die im Rahmen der PENSA-Studie durchgeführt wurde, wurde eine umfassende Bewertung einschließlich einer Messung der globalen Kognition vorgenommen. Diese Hauptbewertung der PENSA-Studie war der Alzheimer Disease Cooperative Study Preclinical Alzheimer Cognitive Composite (ADCS-PACC) und eine modifizierte Version (ADCS-PACC-plus-exe), die den Interferenz-Score des Stroop-Tests und die Flexibilität des FDT einschloss. Der Mini-Mental State Exam (MMSE) und der Montreal Cognitive Assessment (MoCA) wurden ebenfalls zur Bewertung der globalen Kognition eingesetzt, ebenso wie der semantische Wortflüssigkeitstest für Tiere und der Boston Naming Test.

Zur Bewertung der exekutiven Funktionen wurden folgende Tests einbezogen: WAIS Digit Symbol Substitution Test, WAIS Visual Puzzle Test, WAIS Digit Span Test (Rückwärtszählen), der Five Digits Test (FDT) zur Flexibilität und der Wort-Farb-Score des Stroop Colour and Word Test. Das Gedächtnis wurde mit dem Free and Cued Selective Reminding Test (FCSRT) in der Modalität des unmittelbaren (IFR) und verzögerten freien Abrufs (DFR) sowie dem Untertest Logisches Gedächtnis (LM) der WMS im unmittelbaren (IR), verzögerten (DR) und Erkennungsabruf bewertet.

Für die Analyse und Interpretation dieser Daten wurden zusammengesetzte Punktzahlen für Gedächtnis (NPS-MEM) und exekutive Funktionen (NPS-EXE) erstellt, indem die standardisierten Z-Werte gemittelt wurden.

Hinsichtlich des Vergleichs zwischen traditionellen Tests und der Fernbewertung durch NeuronUP ist festzuhalten, dass die Auswahl der Spiele für exekutive Funktionen auf traditionellen neuropsychologischen Messungen der exekutiven Funktionen basierte. Diese traditionellen neuropsychologischen Messungen wurden auch in der PENSA-Studie durchgeführt, was den Vergleich beider Messmethoden der exekutiven Funktionen ermöglichte. Im Gegensatz dazu wurden die Gedächtnisspiele von NeuronUP nicht analysiert, da sie sich auf das visuelle Gedächtnis konzentrieren, während die in der PENSA-Studie verfügbaren traditionellen Gedächtnistests das verbale episodische Gedächtnis messen und daher als Gedächtnismessungen nicht vergleichbar sind.

Erzielte Ergebnisse

Validität und Zuverlässigkeit des Modells

Um die Validität zu untersuchen, wurde ein Modell erstellt, das die Gesamtnote der Tests zu exekutiven Funktionen repräsentiert. Die Validität dieses globalen Modells wurde durch eine konfirmatorische Faktorenanalyse getestet.

Der Prozess zur Untersuchung der Validität begann mit der Erstellung einer Faktorstruktur basierend auf den 8 Tests zu exekutiven Funktionen von NeuronUP (NeuronUP EXE, das erstellte Modell kann in Abbildung 1 des Originalartikels eingesehen werden). Zwei dieser Tests wurden aus dem Modell ausgeschlossen, da sie niedrige Korrelationen mit den anderen Punktzahlen zeigten. Anschließend wurde das Modell kalibriert und getestet, wobei ein guter Fit erzielt wurde. Das hypothetische Modell zeigte in der Kalibrierungsstichprobe folgendes Ergebnis: χ2(9) = 10, p = 0.383; comparative fit index [CFI] = 0.99; robust mean square error of approximation [RMSEA] = 0.035; und standardized root-mean-square residual [SRMR] = 0.059. 

Darüber hinaus war die Faktorladung für jedes Spiel signifikant und größer als 0.5. Der durchschnittliche extrahierte Varianzanteil war moderat (0.41), und die Zuverlässigkeit, gemessen mit Cronbachs Alpha, war angemessen (α = 0.81). Das Modell wurde außerdem nach 6 und 12 Monaten getestet, was die Validität des Modells bestätigte und die Zuverlässigkeitswerte leicht verbesserte. Diese Ergebnisse können im Originalartikel nachgelesen werden.

Konvergente und diskriminante Validität des Modells

Zur Untersuchung der konvergenten und diskriminanten Validität des Modells wurden die Gesamtnoten der exekutiven Funktionen und des Gedächtnisses aus neuropsychologischen Tests und der Plattform NeuronUP verwendet.

	6 Monate	12 Monate
NeuronUP EXE vs Neuropsychologie EXE	r = 0.66	r = 0.57
NeuronUP EXE vs Neuropsychologie MEM	r = 0.45	r = 0.37

Darüber hinaus zeigte die NeuronUP EXE-Messung eine starke Korrelation mit globalen Kognitionsmaßen, einschließlich ADCS-PACC (r = 0.65), ADCS-PACC-plus-exe (r = 0.63) und MoCA (r = 0.47), sowie eine moderate Korrelation mit MMSE (r = 0.42). Abschließend wird eine Tabelle mit den Korrelationen zwischen der NeuronUP EXE-Messung und einigen traditionellen Messungen dargestellt.

Bereich	Test	Baseline-Messung	6 Monate	12 Monate
Exekutive Funktionen	FDT Flexibility	r = 0.10	r = 0.40	r = 0.41
	Digit span backwards	r = 0.34	r = 0.46	r = 0.35
Gedächtnis	FCSRT IFR	r = 0.34	r = 0.40	r = 0.15
	LM recognition	r = 0.27	r = 0.20	r = 0.35
Andere Messung	Boston Naming Test	r = 0.66	r = 0.66	r = 0.66

Adhärenz zur Plattform

Die durchschnittliche Adhärenz zur kognitiven Trainingstherapie betrug 73,8 %. Fast alle Teilnehmer (94,6 %) absolvierten mindestens die Hälfte der Trainingseinheiten. Eine Zusammenfassung der Entwicklung der Adhärenz über die 12 Monate des Trainings ist in der folgenden Tabelle dargestellt.

Monat	1	2	4	7	11	12
Durchschnittliche Adhärenz (%)	44,2	73,2	77,1	82	78,9	68

Darüber hinaus haben die meisten Teilnehmer (48 von 56) eine Online-Umfrage zur Intervention abgeschlossen. In dieser Umfrage gaben fast alle an, dass sie über die notwendigen Kenntnisse zur Nutzung der Plattform verfügten, und mehr als 80 % bestätigten, dass diese einfach zu bedienen sei. Bis zu 70 % der Teilnehmer berichteten, dass ihre Motivation während der gesamten Studie hoch blieb und die Häufigkeit der Sitzungen als angemessen empfunden wurde.

Fazit

Im Rahmen der PENSA-Studie wurde beschlossen, eine Kohorte von Patienten mit SCD zu untersuchen, um eine mögliche Entwicklung zu einer neurodegenerativen Erkrankung zu verhindern. Diese Studie bestätigte die Entwicklung einer Messung der exekutiven Funktionen, basierend auf der kognitiven Leistung in Spielen, die auf der digitalen Plattform NeuronUP durchgeführt wurden.

Die Ergebnisse der Studie unterstützen die Validität dieser Messungen durch eine monatliche Fernüberwachung, die es ermöglicht, Veränderungen in den exekutiven Funktionen zu erkennen und gleichzeitig Lerneffekte zu minimieren. Die Minimierung der Lerneffekte wird erreicht, indem die Schwierigkeit automatisch an die individuelle Fähigkeit angepasst wird, um verlässliche Messungen der optimalen Leistung jedes Teilnehmers nach wiederholten Tests zu erhalten. Dies deutet darauf hin, dass diese Messung dazu beitragen könnte, die Einschränkungen traditioneller neuropsychologischer Bewertungsmethoden zu überwinden. Darüber hinaus war die Adhärenz zur kognitiven Trainingstherapie hoch, und die Teilnehmer bewerteten die Nützlichkeit der digitalen Plattform positiv. 

Literaturverzeichnis

• Natalia Soldevila-Domenech, Ilario De Toma, Laura Forcano, Patrícia Diaz-Pellicer, Aida Cuenca-Royo, Beatriz Fagundo, Thais Lorenzo, Maria Gomis-Gonzalez, Gonzalo Sánchez-Benavides, Karine Fauria, Carolina Sastre, Íñigo Fernandez De Piérola, José Luis Molinuevo, Antonio Verdejo-Garcia, Rafael de la TorreIntensive assessment of executive functions derived from performance in cognitive training games, iScience, Volume 26, Issue 6, 2023, 106886,ISSN 2589-0042,https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.106886.
• * The characterisation of subjective cognitive decline. Jessen, Frank et al. The Lancet Neurology, Volume 19, Issue 3, 271 – 278

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