高齢者のためのワーキングメモリトレーニング:制御グループトレーニングレジメンと初期知的機能評価

サマリー

高齢者における認知トレーニング介入と、事前トレーニング認知能力の評価が提示される。実験的およびアクティブな制御の2つのバージョンのトレーニングを示し、認知テストの配列に及ぼす影響を実証します。

要約

認知トレーニング介入の有効性は、最近非常に議論されています。どのような訓練レジメンが最も効果的であるかに関するコンセンサスはありません。また、トレーニング結果の予測値としての個々の特性は、まだ調査中です。この記事では、高齢者の認知効果に対するワーキングメモリ(WM)トレーニングの影響だけでなく、初期WM容量(WMC)がトレーニングの結果に与える影響を調べることによって、この問題に取り組む試みを示します。アクティブコントロールグループ(メモリクイズ)で適応型デュアルnバックトレーニングの5週間を実施する方法を詳細に説明します。ここでは、トレーニングの技術的側面と参加者のWMCの初期評価に焦点を当てています。他の認知的寸法のトレーニング前と後のパフォーマンスの評価は、メモリ更新、阻害、注意シフト、短期記憶(STM)および推論のテストの結果に基づいていました。WMCの初期レベルは、nバックトレーニング介入の効率を予測することを発見しました。我々はまた、我々が測定した認知機能のほぼすべての側面でポストトレーニングの改善に気づいたが、それらの効果は主に介入独立であった。

概要

多くの認知トレーニング研究では、デュアルnバックタスクはワーキングメモリ(WM)トレーニングの方法として使用されます。WMは、他の、より高いレベルの知的機能のための重要性のために認知介入の共通のターゲット^{です 1}.しかし、このようなトレーニングの有効性と認知のより一般的な改善を作成するためのその可能性は、非常に議論されています(メタ分析については、2、3、4、5、6、7、14、レビューについては、4、8、9、10、11、12、13を参照)。一部の研究者はそれを主張するが'..他のスキル'4にワーキングメモリトレーニングの一般化の説得力のある証拠^{はありませんでした'4、}他の人は、WMトレーニング^{2、3、5、6、11}の非常に重要な効果を示すメタ分析データ^を提示します。別の問題は、高齢者人口におけるWMの有効性である。いくつかのWMトレーニング研究は^{、高齢者15、16、17、18、19、20}と比較して若い成人でより大きな利益を報告し^、他の人は、両方の年齢層で同様の効果が観察できることを示しています^{21,22,23,24,25.}

様々な要素は、メモリトレーニング²⁶の利点を予測すると考えられています。これらの要因のいくつかは、WMトレーニング有効性²¹の潜在的なモデレーターであるように見えます。精神的能力, ベースライン認知能力または一般的な認知リソースとして記述されている, この位置のための最も強い選択肢の一つであるようです。.初期知的レベルの役割を評価するために、トレーニングレジメンを適用する前に、認知能力の測定に特別な重点(ここで記載の方法)を置いた。これは、トレーニングの開始時に高い認知能力を特徴とする参加者が、初期認知機能²⁷の低レベルのものと比較して実質的に良いトレーニング結果を達成したことを示すデータによって指示された。同様の現象が教育研究で観察され、マシュー効果²⁸と呼ばれ、最初はより良いスキルを持つ人々が問題の予備的に低いレベルの能力を持つ人々と比較してさらに改善するという観察。

しかし、このトピック^21,29に関してはそれほど多くのレポートが発表されていないのは、考えさせられるものではない。また、特に高齢者集団に関しては、実質的な個人差でさえ、データ分析および解釈³⁰の間に放置されることが多い。本研究では、健康な高齢者のグループにおけるWMトレーニングの成功に対するワーキングメモリ容量の初期レベルの影響を調べる。実験群と対照群の間で、訓練レジメンのあらゆる要素を可能な限り類似した状態に保つために、積極的な制御群設計を採用した。したがって、トレーニング内容(WM対意味記憶)は、トレーニング結果の予想差を決定する1つの重要な要因であり続けました。両方のグループは、コンピュータ化されたホームベースのトレーニングを行いました。実験グループのメンバーは、適応型デュアルnバックトレーニングプログラムと、セマンティックメモリクイズに基づくタスクでトレーニングされたアクティブな制御グループに割り当てられました。ここでのアプローチの新しいは、ワーキングメモリ容量(WMC)を評価することによって参加者の認知レベルの初期評価に重点を置いている。さらに、この記事で紹介する初期の WMC レベルを評価する方法は、その後のワーキング メモリ トレーニング中に成功する人と成功しない人を区別する効果的なツールであることが証明されています。我々は、この研究⁴⁴からの結果を以前に説明し、公表した。したがって、この記事では、使用したプロトコルの詳細な説明に焦点を当てています。

プロトコル

SWPS社会科学大学人文科学倫理委員会は、ここで説明するプロトコルを評価しました。ヘルシンキ宣言に従った書面によるインフォームド・コンセントは、すべての参加者から得られました。

1. 参加者募集

1. 各トレーニンググループに少なくとも36人のボランティアを募集します。この数は、著者の以前の研究と主題に関する文献によってグループ間の効果を観察するのに十分であることが証明された。ワーキングメモリトレーニングスタディの一般的な効果サイズは、トレーニングタイプまたはターゲットグループに応じてd=0.6~0.8の範囲です。これらの値に基づいて、0.05のアルファを持つ0.8のまともな統計的な力を目指して、このタイプの研究(Soper⁴⁵によって提案された式に従って計算される)の最小サンプルサイズは36(好ましくはもっと)である。
   1. 次の包含基準を使用してください:55歳以上、神経障害または精神疾患の既往歴がなく、上肢の運動能力を保持し、失明や難聴もなく、他の認知(特に記憶)トレーニングに現在関与していない。
2. ソーシャルメディアのプロフィール、研究、仕事のプラットフォーム、ディスカッショングループに投稿されたオンライン広告、第三年齢の大学での直接発表、高齢者のためのピクニック(ポスターやチラシの使用)などの古い聴衆が関与するイベントで、募集された人々がインターネットユーザーだけではないという確信を得るなど、さまざまな方法を使用して参加者を募集します。
3. 探している参加者の種類を広告に適切に記述してください。

2. 倫理委員会の評価

1. 研究を開始する前に、脳に直接干渉することなく、この行動を変えることを目的とした人間の行動への積極的な介入からなる相互作用(例えば、認知トレーニング、心理療法など)を含む、あなたの地元の倫理委員会の評価フォームを取得します(これは、回答者に利益をもたらすことを意図した介入にも適用されます。特に、サブジェクトを識別できるデータ。

3. 初期審査

1. まず、プロジェクトの目的、撤退の可能性、個人データ保護について詳しく参加者に知らせる短いインタビューから始めます。
2. 参加者が薬物を服用していないか、中枢神経系の機能に影響を与える可能性のある病気に苦しんだことがないことを確認してください。同様に, 認知機能に影響を与える神経疾患に関連しない薬のコントロール摂取量.スクリーニングで不要な情報が明らかになった場合は、ボランティアを調査から除外します。
3. 審査が成功した後、参加者に書面によるインフォームド・コンセント・フォームを提示し、読んでもらいます。書面によるインフォームド・コンセントには、a)特定の国に固有のデータ収集および処理のための法的根拠、b)データ所有者の権利に関する情報(例えば、個人データへのアクセス、不完全な個人データの補完の可能性、データの削除または処理制限)に関する情報が含まれる必要があります。
   1. 参加者にインフォームド・コンセントに署名してもらいます。
4. ミニ精神状態検査(MMSE)32を実施して、参加者が軽度の認知障害の兆候を示さないことを確認する - 少なくとも27ポイントは、研究の次の段階に入る必要があります。
   1. MMSE の入門スクリプトを参加者に読み、試験スクリプトに従って質問します。
   2. 一連の質問をすることによって、場所と時間へのオリエンテーションの評価から始めます:今日の完全な日付は何ですか?今日は何曜日ですか私たちはどこにいますか(どの都市、建物に名前を付け、どの階に名前を付けますか)。
   3. メモリテストに従ってください:参加者に、あなたが大声で読んだ3つのオブジェクトを暗記するように頼みます。注意、集中力、計算を評価する一連の7つのタスクを経て、最後に参加者に以前に学んだ3つのオブジェクトを思い出すように頼みます。
   4. 最後に、試験スクリプトに従って命名、繰り返し、理解をテストします。
   5. 次のように回答をスコア付け: 0 = 正しくないか、または答えの欠如、1 = 正解。
   6. MMSEテストの管理に10分以上かからないでください。
   7. 必要なしきい値 (27 ポイント) に達しない場合は、結果を知らせます。臨床的に低下した認知機能の疑いがある場合は、そのような人を専門ユニット(例えば、神経学的センターの認定心理学者)に紹介してください。
5. 現地の法律および/または一般データ保護規則に準拠した方法で文書を保管してください。

4. トレーニンググループの課題

1. 実験グループまたは制御グループに参加者をランダムに割り当てます ( 図 1)。プロセスのランダム性を確保するには、1 と 2 に割り当てられた 50 個のコードネーム ( 図 2)のリスト (トレーニング グループ) を生成し、各参加者をそれらのコード (別々のファイルに保存) で採用順に接続します。今後は、参加者データをコード名に置き換えます。

図 1.トレーニングタスクの例を含むデザインを学ぶ。参加者は、5週間のトレーニングプロトコルの前後に2回の測定セッションを受けました。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

2. グループの割り当てが年齢、性別、教育水準に偏らないようにしてください。 図 2に示すように、各トレーニング グループ (1 と 2) のコード名の一覧に年齢、性別、および教育グループを事前に割り当てます。各ボランティアをその特性に基づいてテーブルに収める。

図 2.グループ割り当てに推奨されるコーディング フォームの例。

5. 認知機能の初期評価

1. 各手順の開始時に各タスクを実行する方法について、参加者に非常に明確で詳細な指示を与えることに重点を置きます。各タスクの前に 「トレーニング ブロック」 を実行し (トレーニング タスクと同じです)、参加者の回答が指示を理解していることを示している場合は、参加者を観察します。
   注: このようなブロックを含めることは、以下の各タスクの説明の冒頭で説明されています。
2. 各タスクの指示と実践の部分を提示した後、手順の主要部分を開始する前に、参加者が手順の要件を理解しているかどうかをもう一度尋ねます。
3. 各参加者が次のタスクの完全なセットを実行することを確認します。
4. 操作スパン タスク (OSPAN)
   1. トレーニングブロックを実行して、各参加者が単純な数学方程式(加算、減算、除算、および1桁の乗算-より大きな数字ではない)を計算するのに必要な個々の時間を推定します。
   2. 白い画面の中央に、参加者に方程式を表示します。参加者に結果を考えさせ、次の画面に向けて矢印を押し、方程式の結果が表示されます。参加者が True または False ボタンを押して回答を返します。
   3. 方程式の解決に必要な時間をカウントします。タスクの主要部分に方程式を表示する時間として、最終ブロックで必要な平均時間を使用します。方程式の結果の正確性を推定するために、固定の時間制限を課します: 5 s.
   4. 次のトレーニングブロックでは、画面に文字を表示します - それぞれ500msのために、一つずつ、それらを覚えておくと参加者に指示します。フルセット(3~9文字)の後、参加者に12文字の行列を提示し、正しい順序で暗記された文字をマークするように依頼します。答えに時間制限を与えないでください。正しさを記録します。
   5. タスクの主要部分を実行します。最後のブロックでは、上記の2つのトレーニングブロックを混ぜます:各部分の後に方程式(時間制限について覚えておいてください!)は覚えておくために1文字を提示します。「方程式+文字」の2〜5組を表示し、その後、「方程式+文字」のペアの全体のシーケンスを提示した後、正しい順序で記憶された文字をマークする参加者のための文字の行列を表示します。数学とメモリ部分の正確性を記録します。
      注: このテストでは、作業メモリの操作スパン (他の種類の情報を記憶しながら処理) が評価されます。
5. スターンバーグのタスク
   1. 黒い画面に白いフォントでランダムな数字のシーケンス(1セットで2から5)を提示し、それぞれ500 msの間隔を2500〜3000 msの範囲で指定します。
   2. 2500 ms の固定クロスを表示します。
   3. 提示シーケンスの最後に、500 ms の黄色のフォントでターゲットの数字を表示します。
   4. 参加者は、黄色の数字が表示された以前の白数字のセットの中に表示されるかどうかを決定します。参加者が3000ミリ秒以内に回答を出さない場合は、固定ポイントを使用して画面に移動し、次のトライアルを開始します。この答えを間違った答えとしてカウントします。
   5. ステップ 5.5.1 ~ 5.5.4 120 回(試行)を繰り返し、シーケンスにターゲット桁を含むプローブの 50% を、50% は (ランダムに) 含まない。
   6. 各試験の正確性と反応時間を記録します。
      注: このタスクは、メモリ内の情報の検索速度をテストします。反応時間の増加は、メモリコンテンツの連続検索のプロセスとして説明されるセットの拡大に伴います。
6. 実行中のメモリスパンタスク
   1. 画面で覚えておく文字数(ブロックの難易度に応じて3、4、5、または6文字)を表示し、参加者にキーを押して次の画面に移動してもらいます。
   2. 白い画面の中央に、それぞれ 0.25 s の黒いフォントで、一連の文字を提示します。
   3. 参加者にシーケンスの最後の文字の固定番号を再現するように依頼します。シーケンス;K U J D S T W A;暗記する手紙:S T W A.
   4. 参加者の答えを受け取るためには、画面上に9文字(3x3)の行列を表示し、マウスで適切な文字(文字が現れた順番)に印を付けてもらうように参加者に依頼します。答えに時間制限を与えないでください。
   5. 正確性を記録します(シーケンスエラーに注意してください)。
      注: このテストでは、リストのどの文字が覚えておける部分かを予測することができないという形で、追加の気晴らしを使用して作業メモリの容量を測定します。
7. テストゴーノーゴー
   1. で構成される白い画面表示試験で: a) 250 ms - 固定点 (白い十字), b) 1250 ms - 刺激 (文字), c) 2000 ms - 固定の刺激間間隔.
   2. ターゲット刺激 (文字 X) が画面に表示されたら、できるだけ早くキーを押して反応させます。
   3. 反応時間と回答の正確性を記録します。
      注:テストは2つの条件で阻害の効率を測定する:より簡単な条件では、文字Xは他の文字に50/50の割合で提示され、より困難な状態では、ターゲット刺激は他の文字に70/30の割合で表示されます。
8. 切り替えタスク
   1. 水平線を使用して画面を 2 つに分割します。この線の上または下の小さな正方形または長方形で構成される赤い正方形または長方形を提示します。
   2. 画面の上部に「小さな数字に注意を払う」(ローカル)、画面の下部に「小さな数字から構成される数字全体に注意を払う」(グローバル)という2つの異なるルールを参加者が反応させる。刺激が現れた画面の部分に応じて参加者に反応してもらいます。
   3. 参加者が応答するディメンション (グローバルまたはローカル) を示すキューを追加します。ローカルディメンションに関連するキューは、ターゲット刺激の一方の側に提示された小さな赤い四角形と、ターゲット刺激の反対側に表示される小さな赤い長方形で構成される必要があります。したがって、グローバル寸法に関連するキューは、ターゲット刺激の一方の側に提示された大きな赤い四角形と、ターゲット刺激の反対側に表示される大きな赤い長方形で構成する必要があります。
   4. 中間線の上または下の図をランダムな順序で表示します。
   5. 参加者は、以前に提示されたルールに従って反応させる:左ボタンを使用して「長方形」に答え、右のボタンを押して「正方形」に答えます。
   6. 反応時間と回答の正確性を記録します。
      注: 応答の時間は 3500 ミリ秒で固定する必要があります。キューとターゲット刺激の間の時間間隔は 500 ミリ秒である必要があります。応答とキューの表示間隔は 1000 ミリ秒にする必要があります。各図と各キューは、参加者がいずれかのキーを押して反応するために必要なすべての時間のために提示されるべきです。切り替えタスクは、それぞれの要素間で迅速な注意の切り替えを必要とするため、認知の流暢さを測定します。
9. 線形のシログリズムタスク
   1. 一緒に関係の論理的なチェーンを構成する3つの「前提」のセットを画面に表示します:それらの間の関係に関する情報を持つ文字のペア:A > B、B > CとC > D。各前提は1500 msの画面に表示され、それらの間の間隔は3000、3500または4000 ms(ランダム)持続する必要があります。このようなペアのセットの統合されたメンタルモデル表現³² は、常に線形の順序で「A> B > C > D」になります。
   2. 別々の試験で施設間の可能な関係の3組を含める:1)A>B、B>C、C>D(隣接するペア、学習段階で見られたものとまったく同じ)、2)A >C、B>D(以前は見られなかった2段階の関係、情報の統合を必要とする)、3)A>D(終点関係、見られない情報と統合を必要とする)。
   3. タスクを構成して、2 つの条件を含むタスクを構築します: 簡単な条件で、前提が論理文字列を形成する順序で次々と表示されます (例: 文字列: Q>W>R>T、前提順序: Q>W、W>E、E>R、R>T)。困難な条件では、施設の順序を変更する必要があります(例: W>E、Q>W、R>T、E>R)。
   4. 施設のプレゼンテーションの直後に、参加者が真 (回答: 右ボタン) または false (回答: 左ボタン) として評価する必要があるステートメント (それぞれ 1500 ms) を表示して、施設のプレゼンテーションの直後にテストします。回答の制限時間を設定する - 6000ミリ秒、および各回答の後に、次の質問を表示する前に、さらに1000ミリ秒待ちます。各ステートメントは、正しい ("W > E?" など) または誤った設定 ("E> W?" など) で、1 組の文字とそれらの間の関係 ('<' または '>'' ) のみで構成する必要があります。
   5. 文字の配置をランダム化して、文字のアルファベット順を示す黙示によって誘発される干渉を最小限に抑えます。
   6. 言語的な意味合いを避けるために、文全体の代わりに英大文字を使用し、要素間の関係を示すために記号">"を使用します。
   7. 各質問に対する回答の正確性と反応時間に関するデータを収集します。
      注:隣接するペアに関する質問は、メモリを推定するために使用され、混在した順序で提示された施設に関する質問と、論理的なシーケンスの遠い要素間の関係について尋ねるものは、情報統合の能力を測定するように求められます。

6. トレーニングプロトコル

1. 実験的な(nバック)とコントロール(クイズ)の両方のトレーニングでは、参加者が1日に1回以上トレーニングを行う状況を避けるために、24時間ごとにサイトに入ることを可能にするインターネットプラットフォーム(ログインとパスワード)へのアクセスを参加者に提供します。
2. 参加者がタスクとトレーニングレジメンを理解していることを確認します。
3. 外部の注意をそらしのレベルが低い場合は、穏やかで静かな場所で、毎回同じような状態で訓練するように参加者に指示します。
4. 実験訓練:ワーキングメモリパラダイム
   注: 適応型デュアル n バック タスクは、ワーキング メモリ トレーニング プログラムとして機能します。このタスクはJaeggiらら³³ によって導入され、同時に聴覚と視覚的注意、メンテナンス、および更新プロセスを募集します。
   1. レベル N=2 のタスクについて参加者に指示します ( 図 1Bを参照)。
   2. 3x3行列の9つの場所の1つで視覚的刺激として提示される聴覚刺激と緑の正方形としてアルファベット文字を使用してください。
   3. 参加者が応答する予定の間に、500 ミリ秒の 1 つの項目と 2500 ミリ秒間隔を提示します。現在の刺激は、ターゲットビジュアル(左手での応答)または聴覚刺激(右手での応答)、またはその両方(両手で同時に応答)に一致することができます。
   4. nバックトレーニングのシングルセッション
      1. タスクの最初のブロックで、N のレベルを 2 に設定します。各ブロックの後で、回答の正確性を評価し、これに基づいて次のブロックのレベルNを調整します。精度が85%を超えた場合、難易度を1ポイント上げ、精度が60%を下回った場合は難易度を下げます。それ以外の場合、N は変更されません。
      2. 最初のブロックでは、n-back タスク・レベルを N=2 に固定します。後で、前のブロックの回答の正確性に基づいて、現在のブロックの N レベルを決定します。精度が85%を超える場合は、難易度を上げます。精度が60%を下回る場合は、難易度を下げる必要があります。それ以外の場合は、N レベルは変更されません。
      3. 15 ラウンド(15 ブロックのタスク)に対して 1 つのデュアル n バック セッションを設定し、それぞれに 20 + N トライアルと 25 セッションのトレーニング セット全体を設定します。
      4. 各試行の反応時間(RT)と精度(ACC)の測定を記録します。
5. 制御訓練:エピソード記憶パラダイム
   1. 意味的記憶を係るクイズタスクを構築するためにインターネットから資料を収集します(例えば、ハンガリーの首都は何ですか?
   2. クイズタスクの各トレーニングセッションで15の質問を提示します(2回目のセッションから始まる5つの質問は前回のセッションから来て、10は新しいはずです)。「回答」ボタンを選択した後、40秒以内に4つの可能性のいずれかを選択する必要があることを参加者に指示します。回答の正確性に関するフィードバックを提供します。
   3. 25 セッションのトレーニング全体を設定します。

7. 研修の監督

1. トレーニングの過程で、各参加者のトレーニングの進捗状況を確認します。トレーニングの進行状況を確認 (オンライン) する実験者を各参加者に割り当てます。
2. セッション間の休憩が 2 日を超える場合は、実験者にテキストメッセージで参加者に連絡し、トレーニングの再開を促してもらいます。

8. 認知機能のトレーニング後評価

1. 事前トレーニングミーティングとまったく同じ方法で、トレーニング後のセッションを進めます。
2. 研究に専念する時間のプロトコル全体を完了した各参加者を150 PLN(〜$40)で補償します。

結果

トレーニング関連の効果

研究に参加した被験者は85人(29人は男性)で、平均66.7歳であった。技術的な問題のため、nバックトレーニンググループの1人の参加者からのデータは記録されませんでした。最後に、nバックトレーニンググループの43人の参加者とクイズトレーニンググループの42人のデータを分析しました。反復メジャーを伴う多変量分散分析 (MANOVA) を使用して、両方のトレーニンググループに対するトレーニング固有の効果を時間経過に伴う (事前、後トレーニング) 分析しました。各認知テストの結果は従属変数(表1)であり、トレーニング群と測定ポイント(前と後の訓練)は独立変数であった。これらの結果を表 2に示します。

分析の結果は、...

ディスカッション

ここに示された研究では、高齢者がワーキングメモリトレーニングの恩恵を受けることができるかどうか、そしてそれが基本的な認知の初期レベルに関連しているかどうかを調査しました。実験的介入としてn-backタスクを使用し、作業メモリ容量(OSPANタスクで測定)は参加者の知的機能の初期レベルを調査する方法であった。プロトコルには2つの重要なステップがありました。最初に最も重要だったのが、初期 WM レベルの評価でした。2つ目は、可能な限り「認知的な内容」(ワーキングメモリとセマンティックメモリ)を除くすべての方法で2つのトレーニングレジメンを慎重にマッチングした点です。研究の開始時に参加者の認知レベルの評価を導入することで、介入の開始時に良い推定を行うことがいかに重要であるかを示すことができました。これは、認知トレーニングの有効性の最も重要な予測者でした.我々は、ほとんどの介入研究において、研究者は何かまたは別の方法で、参加者の最初の認知レベルを評価すると考えている。このような情報を得るために、認知トレーニング有効性の予測者として、トレーニングされた認知タスクの最初の測定から結果を使用することができる。予想通り、NバックタスクのNレベルはトレー...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
GEx	n/a	authorial online platform: Nバックトレーニングに使用され、Quiz
IBM SPSS Statistics 26.0	IBM Corporation	SPSSソフトウェアを使用して統計分析を計算しました。
Inquisitバージョン4.0.8.0	ミリ秒ソフトウェア	ソフトウェア:実験の設計と管理のためのツール に使用されました:Sternbergタスク、線形三段論法タスク、およびベースラインEEG記録
MATLAB R2018b	MathWorks、Inc	MATLABソフトウェアは、統計の計算、データベースのエクスポート、および結果の
視覚化に使用されましたPsychoPy version 2 v.1.83.04	Jonathan Peirce; supported by University of Nottingham	オープンソースソフトウェア 使用対象: Go/no Go Task, The Switching Task, Running Memory Span Taskckage based on Python
Sublime Text (version 2.0.2)	該当なし	: オープンソースソフトウェア: HTML editor 使用対象: オンライン OSPAN タスク