Ενίσχυση της μάθησης σε ένα παράδειγμα αντιληπτικής-γνωστικής εκπαίδευσης χρησιμοποιώντας EEG-νευροανάδραση

Αυτή η εργασία καλύπτει τις θεμελιώδεις έννοιες της συνάφειας του NeuroTracker με την εκπαίδευση των γνωστικών ικανοτήτων που θεωρούνται κρίσιμες στις αθλητικές επιδόσεις, ιδιαίτερα στα δυναμικά ομαδικά αθλήματα. Περιέχει επίσης μια μελέτη που διερευνά τις επιδράσεις των φορτίων προσοχής στα μαθησιακά παραδείγματα, με στόχο την κατανόηση των βέλτιστων συνθηκών φορτίου για την εκπαίδευση της αντιληπτικής-γνωστικής ικανότητας.

‍

4 ελίτ επαγγελματικές αθλητικές ομάδες εκπαίδευσαν τους αθλητές τους στο NeuroTracker (15-30 συνεδρίες) κατά τη διάρκεια των αγωνιστικών τους σεζόν. Μια αγγλική ομάδα Premier Team, μια ομάδα του National Hockey League και μια ευρωπαϊκή ομάδα ράγκμπι εκπαιδεύτηκαν στην τυπική καθιστή θέση για να απομονώσουν οποιαδήποτε επιρροή από τους μηχανισμούς προσοχής που εμπλέκονται στον έλεγχο της στάσης του σώματος. Μια άλλη ομάδα του NHL πραγματοποίησε την προπόνηση σε όρθια θέση, περιλαμβάνοντας βασικές απαιτήσεις ισορροπίας στην προσοχή.

Λαμβάνοντας τον στατιστικό μέσο όρο για την πρόοδο της μάθησης στο NeuroTracker, οι τρεις επαγγελματικές αθλητικές ομάδες που προπονήθηκαν σε καθιστή θέση παρουσίασαν σχεδόν ίδια εξέλιξη, με την ταχεία πρώιμη μάθηση να επιβραδύνεται προς τη μακροπρόθεσμη αλλά συνεχιζόμενη μάθηση. Η όρθια αθλητική ομάδα έδειξε πολύ χαμηλότερες βαθμολογίες NeuroTracker, αλλά το πιο σημαντικό ήταν πιο αργή συνολική πρόοδος εκμάθησης, με μεγάλο μέγεθος διαφοράς από τις άλλες ομάδες. Τα ευρήματα δείχνουν ξεκάθαρα τη σχέση μεταξύ των μηχανισμών ελέγχου ισορροπίας και των αντιληπτικών-γνωστικών απαιτήσεων που ζητούνται από την εκπαίδευση NeuroTracker. Αυτό δείχνει ότι τα φορτία της γνωστικής εκπαίδευσης πρέπει να βελτιστοποιηθούν με ευαισθησία στα όρια προσοχής, προκειμένου να δημιουργηθούν αποτελεσματικές βραχυπρόθεσμες και μακροπρόθεσμες προσαρμογές μάθησης.

‍

‍

Για να διερευνηθεί εάν μια παρέμβαση NeuroTracker θα μπορούσε να βελτιώσει τις γνωστικές ικανότητες σε ενήλικες μεγαλύτερης ηλικίας με υποκειμενική γνωστική έκπτωση και να καθορίσει εάν τα μοντέλα AI θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την αύξηση της αποτελεσματικότητας της προπόνησης.

48 συμμετέχοντες ηλικίας μεταξύ 60 και 90 ετών με υποκειμενικά γνωστικά προβλήματα, αλλά κατά τα άλλα υγιείς, ανατέθηκαν στην ομάδα εκπαίδευσης NeuroTracker (26) ή σε μια ομάδα ελέγχου (22). Όλοι οι συμμετέχοντες παρείχαν λεπτομερείς κοινωνικοδημογραφικές πληροφορίες μέσω ερωτηματολογίων και βασικών νευροψυχολογικών αξιολογήσεων (California Verbal Learning Test, Digit Span, D-KEFS Trail Making Test, D-KEFS Verbal Fluency Test και Stroop Test). Η ομάδα NeuroTracker πραγματοποίησε 7 εβδομάδες εκπαίδευσης, η ομάδα ελέγχου πραγματοποίησε μόνο αξιολογήσεις βασικής γραμμής NeuroTracker. Και οι δύο ομάδες πραγματοποίησαν νευροψυχολογικές αξιολογήσεις παρακολούθησης στις 8 και 11 εβδομάδες. Τα μοντέλα μηχανικής μάθησης χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση δημογραφικών δεδομένων και δεδομένων αξιολόγησης για να ελεγχθεί εάν μπορούσαν να προβλεφθούν οι γνωστικές επιδόσεις και η ανταπόκριση στην εκπαίδευση.

‍

Η ομάδα NeuroTracker παρουσίασε μεγάλη βελτίωση σε βαθμολογίες περίπου 70%, μαζί με ευρεία και ισχυρή μεταφορά απόδοσης στις νευροψυχολογικές αξιολογήσεις την εβδομάδα 8, με περαιτέρω κέρδη (χωρίς εκπαίδευση) την εβδομάδα 11. Τα μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης απέδωσαν εξαιρετικά ακριβείς προβλέψεις ανταπόκρισης στις εκπαιδευτική παρέμβαση. Οι ερευνητές προτείνουν ότι τέτοια μοντέλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποτελεσματική προσαρμογή των προγραμμάτων NeuroTracker στις ανάγκες των ατόμων.

Για τη διερεύνηση της σκοπιμότητας χρήσης μιας εξ αποστάσεως θεραπευτικής γνωστικής παρέμβασης για επιζώντες εγκεφαλικού τραυματισμού χρησιμοποιώντας ένα πρόγραμμα εκπαίδευσης στο σπίτι.

20 μεγαλύτερης ηλικίας γυναίκες και άνδρες ενήλικες αξιολογήθηκαν για την κατάσταση της γνωστικής υγείας χρησιμοποιώντας ένα ερωτηματολόγιο αυτοαναφοράς και την εξέταση Mini-Mental State Examination (MMSE) και κρίθηκαν γνωστικά υγιείς. Στους συμμετέχοντες στο σπίτι παρασχέθηκε εκπαίδευση NeuroTracker και ολοκλήρωσαν 20 εκπαιδευτικές συνεδρίες σε διάστημα 5 εβδομάδων. Η πρόσληψη, η διατήρηση, η συμμόρφωση και η εμπειρία των συμμετεχόντων χρησιμοποιήθηκαν ως δείκτες σκοπιμότητας. Αξιολογήθηκαν επίσης οι βαθμολογίες μεμονωμένων συνεδριών, η συνολική βελτίωση και τα ποσοστά μάθησης μεταξύ των ομάδων.

Η εξ αποστάσεως παρέμβαση διαπιστώθηκε ότι έχει ισχυρή σκοπιμότητα συνολικά. Αυτό υποστηρίχθηκε από υψηλή πρόσληψη και διατήρηση, 90% συμμόρφωση των συμμετεχόντων, μαζί με την ευκολία χρήσης του προγράμματος. Οι διαφορές στο μέγεθος της οθόνης και στην τεχνολογία 3D δεν έδειξαν διαφορές στα γνωστικά οφέλη που επιτεύχθηκαν από την προπόνηση, με σημαντικές βελτιώσεις στην απόδοση εργασιών σε όλο το πρόγραμμα, η οποία ήταν επίσης ισοδύναμη με την εκπαίδευση σε εργαστήριο. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το NeuroTracker παρέχει μια πολλά υποσχόμενη επιλογή στο σπίτι για γνωστική εκπαίδευση για γνωστικά υγιείς ενήλικες και επιζώντες εγκεφαλικού τραυματισμού.

Να αναλύσει την αποτελεσματικότητα της προπόνησης NeuroTracker για τη βελτίωση της αθλητικής όρασης και της γνωστικής απόδοσης χρησιμοποιώντας ένα προοδευτικό πρωτόκολλο προπόνησης μίας και διπλής εργασίας.

37 ελίτ αθλητές υδατοσφαίρισης (13), ταεκβοντό (12) και αθλητές του τένις (12) ολοκλήρωσαν 26 συνεδρίες NeuroTracker που εξελίσσονταν από προπόνηση μίας εργασίας σε προοδευτικά σύνθετη προπόνηση διπλής εργασίας. Όλοι οι αθλητές πριν και μετά την προπόνηση υποβλήθηκαν σε μια ολοκληρωμένη σειρά οπτομετρικών αξιολογήσεων όρασης. Καθ' όλη τη διάρκεια του προπονητικού προγράμματος τόσο οι αθλητές όσο και οι προπονητές τους συμπλήρωσαν συχνές αξιολογήσεις με οπτικοαναλογικό ερωτηματολόγιο για να αξιολογήσουν τις αλλαγές στη συγκέντρωση, την ταχύτητα αντίληψης και την απόδοση της περιφερειακής όρασης.

‍

‍

Τα συνολικά ποσοστά εκμάθησης NeuroTracker ήταν υψηλά. Αν και οι βαθμολογίες αρχικά έπεσαν όταν προχωρούσαν σε πιο σύνθετες κινητικές δεξιότητες διπλής εργασίας, η απόδοση ανέκαμψε γρήγορα στο επίπεδο που αναμενόταν με την απόδοση μιας εργασίας. Αυτό σημαίνει ότι οι μέθοδοι εκπαίδευσης διπλής εργασίας με το NeuroTracker μπορούν να ενοποιήσουν αποτελεσματικά νέες δεξιότητες στη χρήση μιας μεθοδολογίας προοδευτικής υπερφόρτωσης. Οι αξιολογήσεις μετά την προπόνηση αποκάλυψαν στατιστικά σημαντικά κέρδη στις περισσότερες οπτικές ικανότητες, συμπεριλαμβανομένης της στατικής οπτικής οξύτητας, της στερεοψίας, της ευαισθησίας στη χωρική αντίθεση, των σακαδικών οφθαλμικών κινήσεων και της οπτικής επιλεκτικής προσοχής. Η μεταφορά σε σχετικές ικανότητες αθλητικής απόδοσης παρατηρήθηκε με τις αξιολογήσεις ερωτηματολογίων προπονητών και αθλητών, με σταθερά σημαντικές βελτιώσεις σε όλο το πρόγραμμα. Αν και οι αθλητές έτειναν να βαθμολογούν την απόδοσή τους υψηλότερα από τους προπονητές, οι βαθμολογίες βελτίωσής τους ήταν σχεδόν πανομοιότυπες.

Να εξετάσει τις επιδράσεις της εκπαίδευσης NeuroTracker σε τυποποιημένα μέτρα προσοχής, μνήμης εργασίας και ταχύτητας επεξεργασίας οπτικών πληροφοριών χρησιμοποιώντας τυποποιημένα νευροψυχολογικά τεστ. Επιπλέον για τη μέτρηση των αλλαγών στην κατάσταση του εγκεφάλου χρησιμοποιώντας λειτουργική απεικόνιση του εγκεφάλου.

‍

Επιλέχθηκαν 20 φοιτητές πανεπιστημιακής ηλικίας και χωρίστηκαν σε μια ομάδα εκπαίδευσης NT (30 συνεδρίες NeuroTracker) και σε μια μη ενεργή ομάδα ελέγχου. Οι γνωστικές λειτουργίες αξιολογήθηκαν χρησιμοποιώντας τυποποιημένα νευροψυχολογικά τεστ (IVA+Plus, WAIS-III, D-KEFS) και οι συσχετίσεις των εγκεφαλικών λειτουργιών αξιολογήθηκαν χρησιμοποιώντας ποσοτική ηλεκτροεγκεφαλογραφία (qEEG).

‍

Η εκπαιδευμένη ομάδα έδειξε ισχυρές και σταθερές βελτιώσεις στα κατώφλια ταχύτητας του NeuroTracker σε όλη την περίοδο της προπόνησης. Η ομάδα NT έδειξε σημαντικά υψηλότερες βαθμολογίες στις υποδοκιμές IVA+Plus Auditory, WAIS Symbol Search, WAIS Code, WAIS Block Design, WAIS Letter-Number Sequence, d2 Test of Attention και D-KEFS Color Naming, Inhibition and Inhibition/Switching ( P < .01). Για μετρήσεις qEEG, η ομάδα NT έδειξε σημαντικές αυξήσεις σχετικής ισχύος σε ένα εύρος συχνοτήτων εντός του εύρους ζώνης βήτα, με ανοιχτά και κλειστά μάτια καταστάσεις ηρεμίας. Αυτές οι αλλαγές παρατηρήθηκαν σε όλες τις μετωπικές περιοχές του εγκεφάλου (εκτελεστική λειτουργία) και αντιπροσώπευαν αυξήσεις στην ταχύτητα των εγκεφαλικών κυμάτων που σχετίζονται με αυξημένη εγκεφαλική δραστηριότητα και νευροπλαστικότητα. Τα συνολικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η εκπαίδευση NeuroTracker μπορεί να ενισχύσει την προσοχή, την ταχύτητα επεξεργασίας πληροφοριών και τη μνήμη εργασίας και επίσης να οδηγήσει σε θετικές αλλαγές στη νευροηλεκτρική λειτουργία του εγκεφάλου.