Neurofeedback

ergo-mara
15. Jan.
9 Min. Lesezeit

Neurofeedback – Eine Einführung

Neurofeedback ist eine Form des Biofeedbacks, die darauf abzielt, die Veränderungen der elektrischen Hirnaktivität sichtbar zu machen und somit Rückmeldungen über mentale Zustände wie Konzentration, Wachsamkeit, Entspannung oder Anspannung zu geben.

Das Gehirn ist kontinuierlich elektrisch aktiv. Diese Aktivität kann mithilfe moderner Elektroden außerhalb des Schädels erfasst werden. Verfahren zur Messung dieser Aktivität sind als EEG (Elektroenzephalogramm) bekannt, wobei die Ergebnisse in Form von Hirnstromkurven (Spannungsverlauf über die Zeit) dargestellt werden. Charakteristische Merkmale dieser Messung sind die Amplituden (Spannungsunterschiede) und Frequenzen (Amplituden pro Sekunde). In der Neurologie ist das EEG nach wie vor eines der bedeutendsten diagnostischen Instrumente.

Was ist Neurofeedback?

Neurofeedback ist eine Methode, bei der man Informationen über die Aktivität des Gehirns erhält, die mit einem speziellen Gerät (EEG) gemessen wird. Um besser zu verstehen, wie Neurofeedback funktioniert, ist es hilfreich, sich mit den Aufgaben und der Organisation des Gehirns sowie den messbaren Werten im EEG zu beschäftigen. Daher werden hier einige grundlegende Informationen über das Gehirn zusammengefasst, die für ein erfolgreiches Neurofeedbacktraining wichtig sind.

Aufgaben des Gehirns

Die Hauptaufgabe unseres Gehirns ist, richtig auf unsere Umwelt zu reagieren, um unser Überleben zu sichern. Es nimmt ständig viele Informationen aus der Umgebung und aus unserem eigenen Körper wahr. Diese Informationen müssen sinnvoll verarbeitet werden: das Gehirn muss entscheiden, welche Informationen wichtig sind und welche nicht. Die wichtigen Informationen müssen herausgefiltert, verstärkt und weiterverarbeitet werden. Diese Verarbeitung geschieht sowohl durch chemische als auch elektrische Vorgänge.

Unsere Emotionen, unser Denken und Handeln richten sich nach dieser Informationsverarbeitung. Damit das Gehirn richtig funktioniert, ist es wichtig, dass das Erregungslevel, also die Aktivität im Gehirn, im richtigen Bereich liegt. Sowohl eine zu niedrige als auch eine zu hohe Erregung wirken sich negativ auf die höheren Funktionen des Gehirns aus. Daher hat das Gehirn die wichtige Aufgabe, ein Gleichgewicht zwischen Erregung und Entspannung zu finden, sowohl auf zellulärer Ebene als auch im gesamten Netzwerk des Gehirns. Interessanterweise verwendet das Gehirn einen Großteil seiner Energie dafür, seinen eigenen Erregungszustand zu regulieren. Wenn es eine Denksportaufgabe löst, steigt der Energiebedarf nur um etwa 3 % im Vergleich zum Ruhezustand.

Viele Störungen im Gehirn können als Probleme in dieser Balance zwischen Erregung und Entspannung sowie in der Vernetzung der Nervenzellen verstanden werden.

Bau und Organisation des Gehirns

Das Gehirn hat eine spezielle Struktur, die zeigt, wie es funktioniert. Die oberen Bereiche sind mehr für komplexe Gedanken und geistige Prozesse verantwortlich, während die unteren Bereiche vor allem unsere grundlegenden Körperfunktionen steuern. Obwohl die beiden Gehirnhälften ähnlich aussehen, haben sie unterschiedliche Aufgaben. Diese Unterschiede sind wichtig für Neurofeedbacktraining, weil die Positionierung von Elektroden den Trainingseffekt beeinflusst.

Vertikale Organisation

Um die Wirkungsweise von Neurofeedbacktraining besser zu verstehen, ist es hilfreich, die vertikale Struktur des zentralen Nervensystems (ZNS) zu betrachten.

Kortex

Der Kortex, also die äußere Schicht des Gehirns, ist wie die Rinde eines Baums. Er hat sechs Schichten, ist aber nur 2-3 mm dick. Um so viele Zellen wie möglich unterzubringen, ist der Kortex stark gefaltet, was die typischen Windungen und Grübchen erzeugt. Wenn man die Kortex-Oberfläche glatt ausbreiten würde, wäre sie etwa 2 m² groß. Diese Schicht besteht aus grauer Substanz, die sich farblich von der darunter liegenden weißen Substanz abhebt. Die Anzahl der Nervenzellen im Kortex wird auf 10 bis 50 Milliarden geschätzt.

Zusätzlich zu den Nervenzellen gibt es im Kortex auch Gliazellen, die oft als Stützzellen bezeichnet werden. Früher dachte man, sie hätten hauptsächlich eine unterstützende Funktion, aber inzwischen weiß man, dass sie auch wichtig für die Informationsverarbeitung und die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts im Nervengewebe sind. Tatsächlich gibt es mehr Gliazellen als Neuronen im Gehirn, obwohl die Neuronen mehr Platz einnehmen.

Kognitive Prozesse wie Denken, Planen und Problemlösen sind das Ergebnis des Austauschs von Informationen zwischen Neuronen im Kortex. Auch unsere Emotionen und Charaktereigenschaften hängen von dieser neuronalen Kommunikation ab.

Subkortikale Kerne (Nuklei)

Unterhalb des Kortex befinden sich viele Gruppen von Nervenzellen, die sogenannten subkortikalen Kerne. Diese Kerne sind mit anderen Gehirnbereichen verbunden, wie dem Kortex und dem Hirnstamm. Die Verbindungen zwischen den Bereichen werden als weiße Substanz bezeichnet und unterscheiden sich farblich von der grauen Substanz, die die Nervenzellkörper bildet. Diese subkortikalen Bereiche sind wichtig für die Verarbeitung von Sinneseindrücken, Bewegungen und Emotionen. Ihre Funktionen laufen oft unbewusst ab und beeinflussen unser Verhalten.

Hirnstamm

Der Hirnstamm, der tiefer im Gehirn liegt, regelt unsere grundlegenden Körperfunktionen. Er leitet Informationen zwischen dem Rückenmark und dem Gehirn weiter und steuert unsere Wach- und Schlafzyklen.

Rückenmark

Das Rückenmark gehört ebenfalls zum ZNS. Es zieht sich bis zu den unteren Teilen der Wirbelsäule und ist von schützenden Häuten umgeben. Im Rückenmark werden Informationen zwischen dem Körper und dem Gehirn verarbeitet und einige Reflexe gesteuert.

Das Neurofeedbackverfahren eignet sich jedoch nur bedingt für diagnostische Zwecke. Es wird in der Regel angenommen, dass bereits eine Diagnose vorliegt (z.B. ADHS) oder dass eine Verbesserung der Hirnleistung sowie der Konzentrationsfähigkeit angestrebt wird, etwa im Rahmen von sportlichen Aktivitäten oder im Berufsleben. Aktuelle wissenschaftliche Forschungen belegen die Eignung des Neurofeedbacktrainings für diese Anwendungsbereiche.

Was wird mit dem EEG gemessen?

Ursprung des EEG-Signals

Damit ein EEG (Elektroenzephalogramm) aufgezeichnet werden kann, muss im Gehirn ein elektrisches Signal erzeugt werden. Diese Flash-Informationen kommen vor allem von den Nervenzellen im Kortex, die als Pyramidenzellen bekannt sind. Ihr Name stammt von ihrer Form, die an eine Pyramide erinnert. Diese Zellen sind relativ groß und die häufigsten Nervenzellen im Kortex. Durch ihre spezielle Anordnung können wir ein elektrisches Signal oberhalb des Schädels messen.

Die Pyramidenzellen sind senkrecht zur Oberfläche des Kortex ausgerichtet und stehen dicht beieinander wie Säulen. Ihre Zellkörper befinden sich in den unteren Schichten des Kortex, während die dünnen Ausläufer (Dendriten) in den oberen Schichten zu finden sind. Diese Dendriten wirken wie Antennen und empfangen Informationen, hauptsächlich von anderen Teilen des Gehirns. Die hemmenden Verbindungen, die dafür sorgen, dass bestimmte Signale nicht weitergegeben werden, befinden sich eher in der Nähe der Zellkörper.

Rhythmen im EEG

Die in Abschnitt 1.2.5 beschriebenen Vorgänge sind die direkten Quellen für das messbare EEG. Zusätzlich gibt es im Gehirn bestimmte Bereiche, die festlegen, wie oft und in welchem Rhythmus solche größeren Erregungsmuster entstehen. Diese Bereiche nennt man funktionelle Generatoren. Sie befinden sich unter der Hirnrinde, also im subkortikalen Bereich, und zu den wichtigsten gehören der Thalamus und die Formatio reticularis. Beide sind dafür verantwortlich, den Kortex zu aktivieren.

Wie stark der Kortex aktiv ist, zeigt sich in verschiedenen Geschwindigkeiten der elektrischen Signale. Diese werden in Frequenzbänder unterteilt, die man mathematisch durch eine Technik namens Fast-Fourier-Transformation analysieren kann. Man kann das EEG in vier Hauptfrequenzbänder aufteilen, die sich unterscheiden, wie oft pro Sekunde die Neuronen aktiv werden, was sich als Ausschlag im EEG zeigt. Diese Schwingungen werden in Hertz (Hz) gemessen.

Je nach Bewusstseinszustand überwiegen unterschiedliche Frequenzen im EEG. Das bedeutet, der Anteil eines Frequenzbands kann variieren. Man kann sich das wie die Lautstärke verschiedener Instrumente in einem Orchester vorstellen. Zum Beispiel ist im entspannten Wachzustand das Alpha-Band am stärksten, während während mentaler Aktivität das Beta-Band dominant ist. Im Tiefschlaf dominiert das Delta-Band, und beim Dösen das Theta-Band. Die Fast-Fourier-Transformation zeigt also an, wie laut ein bestimmtes Instrument zu einem bestimmten Zeitpunkt im Gesamtklang des Orchesters ist.

Die klassischen Frequenzbänder (Alpha, Beta, Theta, Delta) spiegeln den Aktivitätsgrad des Gehirns wider, während langsame elektrische Schwankungen (Frequenzen unter 0,1 Hz) eher zeigen, wie bereit die neuronalen Netzwerke sind, aktiv zu werden. Man könnte das metaphorisch mit einem Orchester vergleichen: Es zeigt, wann welche Stimmen einsetzen und wie sie wissen, wann sie die Lautstärke anpassen sollen.

Neurofeedback ist eine Lernmethode

Die Neurofeedback-Anwendungen bieten verschiedene Ansätze zur Beeinflussung der Gehirnwellen. Dies hängt in erster Linie von den spezifischen Zielsetzungen ab, die mit positivem oder negativem Feedback unterstützt werden. Eine angestrebte Veränderung wird durch Rückmeldung „belohnt“, während unerwünschte Veränderungen „abgelehnt“ werden. (Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Begriffe Belohnung und Ablehnung nicht im Sinne der Theorie des operanten Konditionierens verwendet werden).

Die Rückmeldung erfolgt durch ein Computerprogramm, das die Veränderungen erfasst und eine zuvor festgelegte Motivation initiiert oder stoppt. Diese Motivation kann beispielsweise ein Lichtsignal, ein einfaches Spiel, ein Puzzle oder ein kurzer Film sein. Die Erfassung der Änderungen sowie die Rückmeldung erfolgen in Echtzeit, das heißt innerhalb von wenigen Sekundenbruchteilen.

Durch diese äußerst schnelle Rückmeldung bezüglich der Steigerung oder Verringerung der Konzentrationsleistung oder der Veränderung des mentalen Zustands entsteht ein „Lerneffekt“.

Anleitung, sich selbst zu helfen

Die Neurofeedback-Therapie stellt eine moderne Methode dar, die zur Behandlung einer Vielzahl von physischen und psychischen Beschwerden eingesetzt wird. Sie basiert auf der Erkennung und Analyse spezifischer Gehirnwellenmuster, die mit bestimmten körperlichen oder emotionalen Zuständen korrelieren. Beispielsweise können bei Migräne charakteristische Gehirnwellenmuster identifiziert werden. Während der Neurofeedback-Therapie werden diese Muster visualisiert, was den Patienten ermöglicht, ein Bewusstsein für ihre Gehirnaktivität zu entwickeln und diese aktiv zu regulieren. In den Therapiesitzungen lernen die Patienten, ihre ungünstigen Muster gezielt zu verändern, um Migräneankünfte zu verhindern.

Typischerweise zeigt die Neurofeedback-Therapie nachhaltige Erfolge und kann in vielen Fällen dazu beitragen, die Notwendigkeit von Medikamenten zu verringern oder sogar ganz zu eliminieren.

Anwendungsbereiche der Neurofeedback-Therapie

Die Neurofeedback-Therapie wird zur Intervention bei einer Vielzahl spezifischer psychischer und physischer Störungen sowie Erkrankungen implementiert. Eine Vielzahl empirischer Studien belegen die Effektivität dieser therapeutischen Methode. Derzeit wird Neurofeedback gezielt zur Behandlung von Aufmerksamkeits-Defizit-Hyperaktivitäts-Störung (ADHS), Epilepsie, Tinnitus, Autismus-Spektrum-Störungen, post-stroke Rehabilitation, Substanzabhängigkeit, Tic-Störungen, Tourette-Syndrom, Angststörungen, Migräne, Major Depression, affektiven Störungen und Schlafpathologien angewendet. Es ist hervorzuheben, dass Neurofeedback nicht als panazea angesehen werden sollte, sondern als integraler und adjuvanter Bestandteil einer multimodalen therapeutischen Strategie.

Frequenzbandtraining

Das Frequenzband-Neurofeedback basiert auf den Amplituden bestimmter Frequenzbänder im EEG (Elektroenzephalogramm). Das Roh-EEG setzt sich aus Wellen oder Frequenzen zusammen, die im Zeitverlauf variieren, vergleichbar mit einem Tonsignal oder einer Vibration. Diese Frequenzen lassen sich in verschiedene Frequenzbänder unterteilen, die jeweils mit griechischen Buchstaben bezeichnet werden. Jedes dieser Frequenzbänder weist spezifische Charakteristika auf und ist in unterschiedliche Verhaltensmuster involviert.

Durch den Einsatz eines EEGs stehen Ihnen bereits wertvolle Daten zur Verfügung. Die Kombination mit weiteren physiologischen Signalen wie EMG (Elektromyographie), HFV (Herzfrequenzvariabilität) oder Hautleitfähigkeit (HLF) ermöglicht es, Zustandsänderungen anhand momentaner autonomer Reaktionen zu identifizieren.

Es existieren zahlreiche Frequenzbandprotokolle, die im Training Anwendung finden können. Alle Frequenzbereiche sind zugänglich, wobei einige gängige vordefinierte Trainingsprotokolle zur Verfügung stehen:

Neurofeedback-Protokolle

SMR

Das SMR-Trainingsprotokoll basiert auf einem Steigerungstraining der Beta-Aktivität im Frequenzbereich von 12 bis 15 Hz. Die SMR-Frequenzen zeigen eine spindelartige Wellenform im EEG und originate aus dem Thalamus, wobei sie auf den sensomotorischen Cortex projiziert werden, wenn die sensorischen und motorischen Nervenbahnen eine reduzierte Aktivität aufweisen. Anders ausgedrückt, erzeugt das Gehirn vermehrt SMR-Frequenzen, wenn eine Person physisch inaktiv und gleichzeitig mental aktiv bleibt, ohne übermäßig aktiv zu werden.

Theta/Beta

Das Theta/Beta-Verhältnis wird ermittelt, indem die absolute Energie des Theta-Bandes (4-8 Hz) durch die absolute Energie des Beta-Bandes (13-21 Hz) dividiert wird. Die Theta/Beta-Ratio (TBR), also das Verhältnis der langsamen zu den schnellen Wellen im EEG, hat sich als Marker für die Erregung des zentralen Nervensystems etabliert.

Alpha/Theta

Das Alpha/Theta-Training nutzt das Feedback der EEG-Aktivitäten der langsamen Wellen, um eine Person in einen Zustand tiefer Entspannung, in einen hypnagogen Zustand oder sogar in einen anfänglichen Schlafzustand zu versetzen, jedoch ohne tatsächlich einzuschlafen. In diesem Zustand können bestimmte Therapie- und/oder Biofeedback-Formen effizienter wirken als im aktiven Wachzustand.

Gamma

Der Gamma-Rhythmus stellt ein Muster neuronaler Schwingungen dar, das im gesamten Gehirn beobachtet werden kann. Über den genauen Frequenzbereich des Gamma-Rhythmus besteht noch kein Konsens, allerdings wird dieser häufig im Bereich von 35 bis 45 Hz angegeben.