Neurofeedback: Elektrophysiologische und lerntheoretische Grundlagen
Beim
Neurofeedback kann der Patient schrittweise lernen, seine Hirnaktivität, die der Aufmerksamkeit und Steuerung sonst nicht zugänglich ist, wahrzunehmen und auf sie Einfluss zu nehmen. Technisch wird Neurofeedback mittels einer Rückmeldeeinheit realisiert, die EEG-Signale computergestützt so aufbereitet, dass sie dem Patienten unmittelbar und kindgerecht rückgemeldet werden. Vor dem Patienten befindet sich der Bildschirm, auf dem die jeweiligen Aufgaben erscheinen, während simultan das
EEG abgeleitet und über den Bildschirm rückgemeldet wird. Damit steht Neurofeedback im größeren Kontext verhaltensmodifizierender Therapien. Das Erlernen des Neurofeedbacks beruht auf dem verhaltenstherapeutischen Prinzip des operanten Konditionierens: die Produktion von „erwünschter“ EEG-Aktivität wird durch die Darbietung leicht wahrnehmbarer und verständlicher Rückmeldesignale verstärkt. Mit dieser Methode lernen die meisten Menschen innerhalb relativ kurzer Zeit, ihre Hirnaktivität zu beeinflussen und später auch ohne externe Rückmeldung die angestrebten EEG-Muster zu produzieren.
Grundlage für den Einsatz von
Neurofeedback bei
Aufmerksamkeitsstörungen und Impulsivität sind Befunde über Veränderungen der Hirnströme bei Kindern und Jugendlichen mit
ADHS. Eine ausführliche Darstellung der elektrophysiologischen Grundlagen von
Neurofeedback bei ADHS findet sich in Heinrich et al. (
2020). Analysiert werden üblicherweise die Frequenzbänder Delta (0,1–4 Hz), Theta (4–8 Hz), Alpha (8–12 Hz) und Beta (12–30 Hz) und neuerdings auch Gamma (über 35 Hz). Vereinfacht dargestellt entspricht den Frequenzen ein Verhaltenskontinuum von Tiefschlaf (Delta) und Schläfrigkeit (Theta) über den entspannten Wachzustand (Alpha) und wache Aufmerksamkeit (Beta) bis hin zu sehr rascher Aktivität (Gamma), die vermutlich Ausdruck der funktionellen Koppelung neuronaler Verbände ist. Veränderungen des Spontan-EEG
-Profils bei Kindern mit ADHS sind lange bekannt und wurden durch moderne Untersuchungen mittels quantitativer Elektroenzephalografie (QEEG) im Wesentlichen bestätigt.
Auch Studien zu
ereigniskorrelierten Potenzialen bei ADHS geben Hinweise auf eine Dysfunktion reizbezogener kognitiver Verarbeitungs- und Aktivierungsprozesse. So spiegelt sich in den langsamen kortikalen Potenzialen (slow cortical potentials, SCP) das Erregungsniveau der oberen Schichten der Hirnrinde wider. Es handelt sich um Gleichspannungsverschiebungen des EEGs, die eher träge reagieren, sich über mehrere Sekunden auf- und abbauen und ein elektrophysiologisches Korrelat der Aufmerksamkeitsregulation darstellen. Oberflächenpositive SCPs zeigen eine Reduzierung und Hemmung kortikaler Aktivierung (etwa beim Übergang vom Wach- in den Schlafzustand) an, während oberflächennegative Hirnpotenziale auf eine erhöhte Erregbarkeit neuronaler Netzwerke und Mobilisierung zusätzlicher Energiereserven hindeuten. Zu den SCP gehört u. a. die Contingente Negative Variation (CNV; sog. Erwartungswelle).
Auf der Grundlage der Befunde zum Spontan-EEG und zu den
ereigniskorrelierten Potenzialen wurden für das Neurofeedback-Training bei
ADHS sog. Standardprotokolle entwickelt, die mit Aufmerksamkeitsprozessen oder mit exekutiven Hirnfunktionen zusammenhängen.
So soll durch das Frequenzfeedback oder Theta/Beta-Training die Rückmeldung der Aktivität in den Frequenzbändern Theta (Verringerung von 4–8 Hz) und Beta (Steigerung von 13–21 Hz) das Gehirn aktivieren und damit Defizite in der Aufmerksamkeit reduzieren. Grundlage für Anwendung des Theta/Beta-Protokolls bei Kindern mit
ADHS sind ältere Befunde aus Ruhe-EEG-Studien, die eine erhöhte Theta- und verminderte Beta-Aktivität zeigten. Diese Befunde konnten jedoch in jüngeren Studien nicht repliziert werden. Allerdings lassen Abweichungen bei einem Teil der ADHS-Patienten insbesondere im Theta-Band das Frequenzband-Training dennoch als sinnvoll erscheinen.
Ein weiterer und vermutlich besserer Ansatz ist das Training der langsamen Potenziale (SCP-Training). Kinder mit
ADHS zeigen in kognitiven Aufgaben in Erwartung eines Zielreizes eine verminderte CNV-Amplitude, einer typischen langsamen Komponente. Beim SCP-Neurofeedback-Training sollen Kinder mit ADHS erlernen, negative SCPs (Zunahme der kortikalen Erregbarkeit; Zuwendung von Aufmerksamkeit) und positive SCPs (Abnahme der Erregbarkeit; entspannter, gelassener Zustand) über den sensomotorischen Kortex zu generieren.
In der Praxis wird häufig auch das sog. QEEG-Training eingesetzt. Dieses Training postuliert eine Veränderung des individuellen EEG-Musters des Kindes in Richtung auf ein „Normal-Profil“. Hierzu wird vor Behandlungsbeginn ein QEEG abgeleitet, das mit EEG-Datenbanken verglichen werden kann, um „Abweichungen“ zu identifizieren und anhand dessen entsprechende Zielparamater zu bestimmen. Für viele Eltern hat diese Trainingsform wegen der Anschaulichkeit und des vermeintlich personalisierten Trainingsprogramms eine hohe
Plausibilität. Allerdings liegen zum
Neurofeedback mittels QEEG bislang keine überzeugenden und methodisch fundierten kontrollierten Studien vor. Daher muss von diesem Ansatz abgeraten werden.
Praktische Durchführung von Neurofeedback
Während des
Neurofeedbacks sitzt der Patient vor einem Bildschirm, auf dem ihm EEG-Signale entwicklungsgerecht rückgemeldet werden. Mittlerweile sind eine Vielzahl von Präsentationsmöglichkeiten für die Rückmeldung entwickelt worden, darunter auch attraktive, spielerische Verfahren für Kinder. Die EEG-Aktivität wird dann z. B. über in ihrer Höhe an die Aktivität angepasste Säulen auf dem Bildschirm rückgemeldet oder über ein Objekt, das während eines Trainings-Durchgangs auf dem Bildschirm von links nach rechts fliegt und dabei über die Regulation nach oben oder nach unten gelenkt werden soll. Über die vertikale Position des Flugobjektes wird dann die EEG-Aktivität rückgemeldet. In anderen Programmen bewegt sich eine Comic-Figur auf dem Bildschirm nur dann vorwärts, wenn z. B. die Theta/Beta-Ratio niedriger als der
Referenzwert ist. Alternativ können Videosequenzen verwendet werden, die nur bei erfolgreicher Neuroregulation weiterabgespielt werden oder klar und deutlich zu sehen sind. Ob zum erfolgreichen Erlernen der Selbstregulation eher die „asketischer“ gestalteten Rückmeldungen oder lebhaftere Darstellungen besser geeignet sind ist unklar.
Viele Trainingsprotokolle sehen vor, dass die Patienten für erfolgreiche Sitzungen Verstärkerpunkte erhalten, welche sie sammeln und später gegen Belohnungen eintauschen können.
Abhängig vom Entwicklungsstand und der Ausdauer des Kindes oder Jugendlichen dauert eine Trainingssitzung zwischen einer halben und einer Stunde, unterteilt in mehrere Übungsblöcke. Die Veränderung des Hirnstrombildes im Training ist aber nur der erste Schritt. Ihm folgt die Übertragung der erlernten Änderungen auf den Alltag: Neben Durchgängen mit unmittelbarer Rückmeldung werden auch Transfer-Durchgänge in das Training eingebaut, bei denen man die Regulation ohne Rückmeldung bewerkstelligen soll, d. h. ohne dass die Bildschirmanzeige die Hirnaktivität simultan widerspiegelt. Zudem wird die Generalisierung der erlernten Strategien zur Selbstregulation auf den Alltag erprobt, etwa im Schulkontext oder bei den Hausaufgaben. Mit den Kindern und Jugendlichen wird erarbeitet, wann und wie sie die Strategien hilfreich einsetzen können. Am Anfang muss dies noch sehr bewusst und geplant stattfinden, später scheint sich der Einsatz zu automatisieren. Diese schrittweise Generalisierung und der bewusste Transfer der Regulationsstrategien in den Alltag gelten für den Erfolg des Trainings als besonders wichtig, auch wenn dies bislang nicht systematisch untersucht wurde. Aber Befunde aus mehreren Studien lassen sich in diese Richtung interpretieren.
Jeder Therapieplan sollte alle drei Elemente (Training im Labor mit und ohne Rückmeldung und Übertragung in den Alltag) umfassen.
Insgesamt sind beim herkömmlichen EEG-Feedback mindestens 25 Sitzungen von 30–60 Minuten Dauer notwendig. Vermutlich ist eine größere Zahl von Sitzungen (bis zu 40) sinnvoll. Um einen schnelleren Lernfortschritt zu ermöglichen, sollten möglichst zu Beginn des Trainings mehrere Sitzungen in der Woche durchgeführt werden. Im Verlauf kann dann die Frequenz reduziert werden auf eine Sitzung in der Woche. Sinnvoll sind Auffrischungssitzungen mehrere Wochen nach dem Ende des Trainings, um das Erlernte aufzufrischen und zu festigen.
Beim Frequenzfeedback oder Theta/Beta-Training
werden zu Beginn einer Trainingseinheit üblicherweise Baseline-Werte (Referenzwerte) während einer 2- bis 3-minütigen Ruhebedingung bestimmt. Innerhalb der Trainingseinheit wird dann Neuroregulation geübt, unterteilt in einzelne Durchgänge von z. B. 5 Minuten Dauer. Die Schwellwerte sollten angepasst werden, wenn die Regulationsleistung außerhalb eines vorgegebenen Bereiches (z. B. 40–75 % positive Rückmeldung) fällt. Zu häufiges, automatisiertes Anpassen (z. B. alle 20 Sekunden) scheint für den Lernerfolg nicht förderlich zu sein. Ein Durchgang bei einem SCP-Training besteht typischerweise aus einer 2 Sekunden langen Baseline-Phase und einer 6 Sekunden dauernden Feedback-Phase.
Das
Neurofeedback benötigt eine enge Begleitung durch einen verhaltenstherapeutisch oder verhaltenspädagogisch geschulten Anleiter. Dieser ermuntert das Kind beim Erproben der Strategien, weist auf das Entstehen von Artefakten hin und motiviert es in Phasen von Therapiemüdigkeit. Der Trainer sollte zudem über elektrophysiologische Grundkenntnisse verfügen, um die Sitzungen technisch einwandfrei durchführen zu können. Entsprechende Schulungen werden von vielen Geräteanbietern durchgeführt.
Neurofeedback wird bislang überwiegend in Praxen und Klinikambulanzen angeboten, was eine Reihe von praktischen Hürden mit sich bringt. Zudem findet die Behandlung dann nicht in der Umgebung statt, in der die Kinder ihre Probleme haben. Tragbare Systeme erlauben die Anwendung von Neurofeedback prinzipiell auch zu Hause. Auch dann sollte das Training aber von einer entsprechend qualifizierten Person eingeführt und begleitet werden.
Die Hirnaktivität kann außer durch das
EEG auch über bildgebende Verfahren (funktionelle Magnetresonanztomografie, fMRT; funktionelle
Nahinfrarotspektroskopie, fNIRS; tomografische EEG-Analyse) rückgemeldet werden. Zu jeder der genannten Varianten liegen erste Studien vor (vgl. Heinrich et al.
2020). Es konnte aufgezeigt werden, dass die Methoden bei Kindern mit
ADHS anwendbar sind und zu positiven klinischen Effekten führen. Diese Verfahren benötigen deutlich weniger Trainingsdurchgänge.
Anhaltende oder schwere unerwünschte Wirkungen von
Neurofeedback sind bisher nicht berichtet worden. Selten werden
Kopfschmerzen, Verspannung im Nackenbereich und Müdigkeit beklagt, die aber vorübergehend sind und offenbar durch die Trainingssituation mit anhaltender Konzentration und damit verbundener muskulärer Anspannung bedingt sind.
Befunde zu Neurofeedback bei ADHS
Lange Zeit waren die Studien zur Wirksamkeit von
Neurofeedback bei ADHS durch zahlreiche methodische Mängel gekennzeichnet. Diesen Schwächen wurde in der Folge durch die Entwicklung verbesserter Behandlungs- und Studienprotokolle begegnet. Zur Einschätzung des Stellenwertes von Neurofeedback als Behandlungsbaustein für ADHS liegen nun mehrere methodisch hochwertige randomisiert-kontrollierte Studien vor, in denen auch geprüft wurde, ob Neurofeedback bei Kindern mit ADHS spezifisch wirksam ist bzw. kontrolliert wurde, inwiefern unspezifische Faktoren zu positiven Effekten auf Verhaltensebene führen. Die Studien geben Hinweise auf spezifische, aber auch auf unspezifische Effekte des Neurofeedbacks.
Auf Basis der klinischen Studien sind auch mehrere Meta-Analysen verfügbar. Theta/Beta-Training und SCP-Training scheinen auf der Verhaltensebene zu vergleichbaren klinischen Effekten zu führen.
Eine erste Meta-Analyse (Arns et al.
2009) von 10 prospektiven, kontrollierten Studien mit 467 Patienten fand mittlere bis hohe Effektstärken für alle drei Bereiche der ADHS-Kernsymptomatik. Eine Meta-Analyse der Europäischen ADHS-Leitliniengruppe mit einem strengen methodischen Ansatz, die 8 Studien einbezog, zeigte einen bedeutsamen Effekt des Trainings auf die ADHS-Gesamtsymptomatik im Elternurteil bzw. durch vermutlich unverblindete Beurteiler (Sonuga-Barke et al.
2013). In diese Untersuchung gingen aber auch Studien mit nicht allgemein akzeptierten Trainingsprotokollen ein. Für die praktische Anwendung wegweisend ist eine Sekundäranalyse der wenigen methodisch hochwertigen Studien, bei denen u. a. Standard-Elektrodenplatzierungen und evidenzbasierte, an verhaltens- und lerntherapeutischen Grundsätzen orientierte Trainingsprotokolle zum Einsatz kamen. In dieser Analyse zeigten sich signifikante, wenngleich kleine Effekte auch bei Beurteilern, die nicht über die Zuordnung zu den Behandlungsgruppen informiert waren (Cortese et al.
2016). Dies wurde in neueren Studien (Geladé et al.
2016; Strehl et al.
2017) nicht bestätigt, sodass eine Replikation aussteht und endgültige Schlussfolgerungen nicht möglich sind.
Untersuchungen mittels funktioneller Kernspintomografie (fMRI) belegen und verdeutlichen Effekte des
Neurofeedbacks auf die zugrunde liegenden Hirnfunktionen. Hirnregionen, die für die Verhaltenshemmung zuständig sind, sind bei vielen ADHS-Patienten weniger aktiv. Neurofeedback führt zu einer weitgehenden Normalisierung der Aktivierung in diesen Regionen (Baumeister et al.
2018).
Zur längerfristigen Wirksamkeit von
Neurofeedback gibt eine erste Meta-Analyse Hinweise auf anhaltende mittlere Effekte nach bis zu 1 Jahr (Van Doren et al.
2019; vgl. Aggensteiner et al.
2019). Wünschenswert wären aber noch mehr fundierte Nachuntersuchungen, um die spezifische Langzeitwirkung des Feedbacks und die Notwendigkeit von Auffrischungssitzungen beurteilen zu können. Erst dann scheint auch eine Beurteilung der ökonomischen Aspekte des Neurofeedbacks sinnvoll, das in der Trainingsphase mit einem hohem Betreuungsaufwand verbunden ist.
Wirkmechanismen und Prädiktoren
Der eigentliche Wirkmechanismus von
Neurofeedback ist noch nicht abschließend geklärt. Wie durch das Training zunächst vorübergehende und dann über die Behandlung hinaus anhaltende Veränderungen des EEGs und der klinischen Symptomatik erreicht werden, bedarf weiterer Untersuchungen. Verschiedene Autoren haben hierzu Hypothesen vorgelegt, deren experimentelle Bestätigung aber noch aussteht. Naheliegend ist es, die Effekte des Neurofeedbacks als Ausdruck sog. kortikaler Plastizität
zu verstehen Das Training könnte demzufolge zu einer Steigerung der synaptischen Übertragungseffizienz führen.
Es ist – wie bei anderen Therapien auch – nicht zu erwarten, dass das Training für alle Kinder und Jugendlichen gleichermaßen wirksam ist. Die heterogene Befundlage der klinischen Studien legt nahe, dass nicht alle Patienten mit
ADHS (oder auch anderen neuropsychiatrischen Störungsbildern) von
Neurofeedback profitieren, dass die Behandlung aber mit hoher Wahrscheinlichkeit für Subgruppen hilfreich ist. Für den klinischen Einsatz wichtig ist daher die Frage nach Indikatoren dafür, bei welchen Gruppen von Patienten an Neurofeedback als Baustein der Behandlung gedacht werden sollte.
Diskutiert wird, ob bestimmte EEG-Veränderungen (z. B. mehr Theta-Aktivität im Ruhe-EEG vor Beginn des Theta/Beta-Trainings oder eine höhere CNV vor SCP-Trainingsbeginn) Hinweise hierauf geben können. Allerdings sind die vorliegenden Befunde aus Gruppenvergleichen noch nicht gut auf einzelne Kinder übertragbar. Auch eine größere Unterstützung durch die Eltern bei den Transfer-Aufgaben zu Hause war in einer Studie mit einer deutlicheren Verbesserung im Verhalten assoziiert, während der allgemeine Erziehungsstil keinen signifikanten Einfluss hatte.
Schlussfolgerungen für die Anwendung von Neurofeedback
Die belastbarsten Befunde für die Anwendung von
Neurofeedback liegen, wie oben dargelegt, vor für den Einsatz als Baustein im Rahmen einer multimodalen Behandlung der
ADHS. Die deutsche S3-Leitlinie für ADHS hat vor dem Hintergrund der verbesserten Datenlage folgende Empfehlungen für den Einsatz von Neurofeedback im Rahmen eines Behandlungsplanes der ADHS bei Kindern und Jugendlichen formuliert (DGKJP et al.
2018):
-
EEG-Neurofeedback wird als mögliches ergänzendes Verfahren eingestuft, das bei Kindern ab 6 Jahren eingesetzt werden kann, wenn dadurch keine andere effektivere Therapie verzögert oder verhindert wird. Die Qualität der Evidenz wird insgesamt als „moderat“ eingestuft.
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Es sollen nur gut untersuchte Trainingsprotokolle eingesetzt werden. Diese umfassen das Theta/Beta-Feedback über der frontozentralen Region, sowie Feedback des sensomotorischen Rhythmus (SMR) über dem Motorkortex oder der langsamen kortikalen Potenziale (sog. SCP-Training) über der Scheitelregion. Sog. QEEG-basierte Protokolle mit z. T. anderen Frequenzbereichen und Platzierungen der
Elektroden sollen nicht verwendet werden.
-
Beim Training sollen Prinzipien der Lerntheorie berücksichtigt werden, die u. a. auch Transferübungen zum Übertragen des Erlernten in den Alltag umfassen.
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So lange noch keine guten Prädiktoren zum Ansprechen auf Neurofeedback verfügbar sind, liegt ein pragmatisches Vorgehen nahe: Etwa alle 10 Sitzungen sollte gemeinsam mit dem Kind und seinen Eltern überlegt werden, ob eine Fortführung der Behandlung sinnvoll ist. Dies soll vermeiden, dass Kinder in ein zeitaufwendiges Training eingebunden werden, das für sie nicht hilfreich ist.
Die Qualität der gegenwärtig angebotenen Behandlungen schwankt stark. Empfehlenswert für Eltern ist es, die jeweiligen Therapeuten nach ihrer Qualifikation zu fragen.
Neurofeedback ist bisher in der Regel eine Behandlung, die in Praxen und Klinikambulanzen mit hohem Personaleinsatz angeboten wird. Sinnvoll wäre künftig ein Einsatz auch in der Umgebung, in der sich die Probleme konkret zeigen, etwa bei den Hausaufgaben oder in der Schule. Hierfür ist die Entwicklung von tragbaren Systemen erforderlich, die dennoch den hohen technischen Anforderungen an eine gute EEG-Ableitung entsprechen.