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EEG Correlates of Self-Managed Neurofeedback Treatment of Central Neuropathic Pain in Chronic Spinal Cord Injury

A, Vučković; MKH, Altaleb; M, Fraser; C, McGeady; M, Purcell

Abstract:

Background Neurofeedback (NFB) is a neuromodulatory technique that enables voluntary modulation of brain activity in order to treat neurological condition, such as central neuropathic pain (CNP). A distinctive feature of this technique is that it actively involves participants in the therapy. In this feasibility study, we present results of participant self-managed NFB treatment of CNP. Methods Fifteen chronic spinal cord injured (SCI) participants (13M, 2F), with chronic CNP equal or greater than 4 on the Visual Numeric Scale, took part in the study. After initial training in hospital (up to 4 sessions), they practiced NF at home, on average 2–3 times a week, over a period of several weeks (min 4, max 20). The NFB protocol consisted of upregulating the alpha (9–12 Hz) and downregulating the theta (4–8 Hz) and the higher beta band (20–30 Hz) power from electrode location C4, for 30 min. The output measures were pain before and after NFB, EEG before and during NFB and pain questionnaires. We analyzed EEG results and show NFB strategies based on the Power Spectrum Density of each single participant. Results Twelve participants achieved statistically significant reduction in pain and in eight participants this reduction was clinically significant (larger than 30%). The most successfully regulated frequency band during NFB was alpha. However, most participants upregulated their individual alpha band, that had an average dominant frequency at αp = 7.6 ± 0.8 Hz (median 8 Hz) that is lower than the average of the general population, which is around 10 Hz. Ten out of fifteen participants significantly upregulated their individual alpha power (αp ± 2 Hz) as compared to 4 participants who upregulated the power in the fixed alpha band (8–12 Hz). Eight out of the twelve participants who achieved a significant reduction of pain, significantly upregulated their individual alpha band power. There was a significantly larger increase in alpha power (p < 0.0001) and decrease of theta power (p < 0.04) in participant specific rather than in fixed frequency bands. Conclusion Neurofeedback is a neuromodulatory technique that gives participants control over their pain and can be self-administered at home. Regulation of individual frequency band was related to a significant reduction in pain.

Patologie/Applicazioni:

• Terapia del dolore
• Bio – Neurofeedback (NFB)

Anno:

2019

Tipo di pubblicazione:

Articolo

Parola chiave:

Neurofeedback; Dolore neuropatico cronico; Lesione midollo spinale; NFB; SMR

Testata scientifica:

Frontiers in Neuroscience

Nota:

Hanno partecipato a questo studio 20 persone con lesione del midollo spinale (4 femmine e 16 maschi, di età compresa tra 50,6 ± 14,1 anni), precedentemente diagnosticate con dolore neuropatico centrale. Il training di NFB è stato somministrato in corrispondenza della posizione dell'elettrodo C4 posizionato sopra la corteccia motoria primaria del braccio sinistro e della mano. Le sessioni di Neurofeedback sono sempre iniziate con una registrazione di base di 2 minuti. Le sessioni di training di NFB sono durate 5 minuti e ai partecipanti è stato consigliato di compiere 5-6 sessioni giornaliere. I valori della potenza relativa di theta, alfa e beta sono stati mostrati sullo schermo di un computer, in una forma di tre barre separate. Durante il NFB, i partecipanti miravano ad aumentare la potenza della banda alfa e diminuire la potenza della banda theta e beta, rispetto alla potenza di base registrata lo stesso giorno prima della seduta. È stato selezionato un intervallo alfa leggermente superiore a partire da 9 anziché 8 Hz al fine di spostare la frequenza dominante verso i valori più alti, poiché una frequenza alfa dominante inferiore è risultata essere una forma di dolore neuropatico centrale. Mentre le bande theta e beta erano correlate alle forme EEG di dolore, queste due bande sono anche correlate al rumore proveniente dal battito di ciglia (banda theta) e dall'attività muscolare (banda beta). In tal modo minimizzare la potenza di theta e beta ha anche minimizzato il rumore. La soglia di allenamento è stata fissata e impostata sul 110% della potenza alfa basale e sul 90% della theta basale e sulla potenza beta più elevata. Un colore della barra rappresentativa era verde quando la potenza alfa era al di sopra della soglia ed era rossa in caso contrario. Per il potere theta e beta il colore delle barre rappresentative era verde quando il potere era sotto la soglia e rosso altrimenti. Le barre hanno anche cambiato dimensione proporzionale all'ampiezza della potenza. E' stata analizzata la capacità media di ciascun partecipante di aumentare l'alfa e di regolare in diminuzione la potenza della banda theta e beta. In particolare, solo tre partecipanti hanno significativamente sovraregolato la loro potenza in banda alfa, ma nove partecipanti hanno significativamente ridimensionato la potenza in banda theta o beta. Lo studio è durato in media meno di 3 mesi, quindi è possibile che una pratica NFB prolungata comporti uno spostamento del picco alfa, supponendo che il NFB causerebbe una depolarizzazione talamica a lungo termine dall'alto verso il basso.

DOI:

10.3389/fnins.2019.00762