Effects of cognitive training in neuronal synchrony - EEG resting state analysis
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2022-01-17
Department
Major/Subject
Human Neuroscience and Technology
Mcode
SCI3061
Degree programme
Master’s Programme in Life Science Technologies
Language
en
Pages
48
Series
Abstract
Computerized cognitive training has been shown to improve cognitive functions such as working memory and cognitive control. This kind of repeated strain on a cognitive system exposes for neuro plastic changes and thereby leads to cognitive improvements. Communication between neural networks is achieved through coherently oscillating neurons. This synchronous communication between neuronal populations is associated with cognitive functions. Detecting and quantifying these rhythmic oscillations of different frequency bands can lead to important insights into the dynamic networks of cognition and behavior. This master’s thesis compares the synchronization between pre and post resting states in a cognitive training paradigm. Participants either were randomly divided into the active or control version of the paradigm. Active version consisted of cognitive control, working memory, and mental planning tasks in partially randomized order and control version was a simple psycho-motoric task. Data were collected with continuous electroencephalography (EGI 256 ch HD) and source modeled prior to analysis. Interareal synchronization was summarized as a proportion of significant connections from all possible connections, as a connection density K. Results showed synchronization differences between the action and control group, where active group had positive connections in the cognitive control and working memory frequency bands. Based on the literature, strengthened theta and alpha activity on the positive connections can be linked to enhanced cognitive control, whereas strengthened theta band activity on the positive connections can be linked to enhanced working memory. However, more research, participants and training data are needed to validate these results. In line with these, results give promising direction for computerized cognitive training, where paradigms can be utilized as a therapeutics for neurological and psychological disorders in the future.Tutkimukset osoittavat, että aivot kykenevät neuroplastisiin muutoksiin tehostaen eri aivoalueiden aktiivisuutta. Kognitiivinen harjoittelu on osoittanut parantavan kognitiivisia toimintoja, kuten työmuistia ja kognitiivista ohjausta. Tämän kaltainen toistuva rasitus kognitiivisessa järjestelmässä johtaa neuroplastisiin muutoksiin ja parantavat kognitiivista ohjausta. Hermoverkostojen välinen kommunikaatio saavutetaan yhdenaikaisesti värähtelevien hermosolujen välityksellä. Tämä synkroninen kommunikaatio hermoverkkojen välillä liitetään kognitiivisiin toimintoihin. Näiden eri taajuusaluilla olevien rytmisten värähtelyjen havaitseminen ja kvantifiointi on tärkeää kognition ymmärtämiseksi. Tämä diplomityö vertailee kognitiivisen harjoittelun vaikutuksia lepomittausten synkronioissa. Osallistujat jaettiin satunnaisesti joko tutkimusparadigman aktiiviseen tai kontrolliversioon. Aktiivinen versio käsitteli kognitiivisen ohjauksen, työmuistin ja suunnittelun tehtäviä. Kontrolliversio oli puolestaan yksinkertainen psykomotorinen tehtävä. Mittaus suoritettiin elektroenkefalografialla (EGI 256 ch HD) ja lähdemallinnettiin ennen analyysiä. Aivoalueiden välinen synkronointi kuvattiin yhteystiheys K:na, joka kuvaa mahdollisia merkityksellisiä synkronioita aivoalueiden välillä. Tulokset näyttivät synkronointieroja aktiivi- ja kontrolliryhmän välillä, jossa aktiiviryhmä osoitti positiivisia yhteyksiä kognitiivisen ohjauksen ja työmuistin taajuuksilla. Kirjallisuus viittaa, että voimistunut theeta- ja alfa-aktiivisuuden synkronia yhdistetään tehostuneeseen kognitiiviseen ohjaukseen, kun taas theeta-aktiivisuuden synkronia yhdistetään parantuneeseen työmuistiin. Näiden tulosten validoimiseksi tarvitaan kuitenkin enemmän tutkimusta, osallistujia ja mittausdataa. Tulokset antavat kuitenkin lupaavaa suuntaa siitä, mitä jo lyhyellä harjoittelujaksolla voidaan synkroniaverkostoissa saavuttaa. Kognitiivista harjoittelua voidaan täten tulevaisuudessa mahdollisesti hyödyntää entistä enemmän neurologisten ja psykologisen sairauksien terapiamuotona.Description
Supervisor
Palva, MatiasThesis advisor
Palva, MatiasKeywords
cognitive control, working memory, cognitive training, phase-synchronization