Träning för hjärnan: En lösning för bättre kognition?

Mellan 2020 och 2023 ledde Elaine forskningsprojektet RECOG, med målet att utveckla ny innovativ teknologi för hjärnträning. I projektgruppen ingick också forskare och annan nyckelpersonal från ledande företag inom testsystem (National Instruments), AI-baserade feedbacksystem (Prevas) och ögonspårningsteknologi (Smart Eye). Tillsammans undersökte man nyckelutmaningar i hur neurofeedback används – och varför det inte verkar fungera för alla.

”En stor utmaning med neurofeedback är att många, upp till 50 procent av användarna, har svårt att lära sig att reglera sin hjärnaktivitet – och man vet inte riktigt varför. Därför är det väldigt viktigt att försöka förstå vad de här individuella skillnaderna beror på.”

Övade på olika hjärnvågor

I sin första studie samarbetade forskarna med 20 friska frivilliga deltagare. Först fick deltagarna utföra en rad kognitiva tester för att mäta deras kognitiva kapacitet. Därefter fick de träna sin hjärna med hjälp av neurofeedback.

Deltagarna tränade på att reglera fyra typer av hjärnvågor: Alfa, Beta, Theta och SMR (Sensorimotor rythm). Hjärnvågorna har olika frekvenser och är förknippade med olika typer av tankeverksamhet – till exempel fokus, arbetsminne och rörelse. Som stöd fick deltagarna visuell återkoppling i form av en pil som pekade uppåt när de lyckades.

”Alla som deltog i studien kunde lära sig minst två olika typer av hjärnvågor och ingen kunde lära sig alla fyra. Vi märkte att vissa typer av hjärnaktivitet är svårare att reglera än andra. Det är tydligt att inlärningsförmågan är högst individuell, men vi arbetar fortfarande med att analysera hur prestationen på de kognitiva testerna är kopplad till förmågan att självreglera sin hjärnaktivitet”, säger Elaine.

Ögon kan skvallra om kognitiv belastning

En förutsättning för att neurofeedback ska kunna användas för rehabilitering är att det går att tolka vilken kognitiv aktivitet som pågår. Detta går delvis att mäta genom hjärnans aktivitet – men ytterligare ledtrådar kan faktiskt finnas i våra ögon. Det Göteborgsbaserade företaget Smart Eye är experter på just detta.

Smart Eye är specialiserade på teknik som används för att analysera mänskligt beteende genom ögonspårning. Forskare är en viktig målgrupp, men tekniken används också inom bil- och flygindustrin för att exempelvis kunna upptäcka trötthet och ouppmärksamhet hos förare och piloter.

I projektet RECOG bidrog Smart Eye med avancerad teknik och expertis för att kunna undersöka sambanden mellan kognitiv aktivitet, ögonrörelser och pupillstorlek.

”Vi vill lära oss hur våra produkter kan förbättras – och det gör vi bäst tillsammans med våra kunder. Vi vill också lära oss om nya potentiella användningsområden för våra produkter. I det här projektet var vi nyfikna på hur man kan mäta stress och kognitiv belastning hos till exempel bilförare och piloter.”

När man studerar pupillens storlek måste mätningarna ske oftare än vid många andra typer av analyser, menar Björn. Därför utvecklade Smart Eye en ny produkt som mäter av ögonen med en högre frekvens. Genom att medverka i projektet kunde företaget färdigställa produkten med hjälp av tester i verklig användningsmiljö.

”När deltagarna utförde en arbetsminnesuppgift såg vi tydligt att pupillstorleken påverkades av den kognitiva belastningen och att pupillen minskade när den kognitiva belastningen blev lägre. Vi undersökte även ifall mönster i ögonrörelser kunde ge oss någon information kring kognitiv belastning. Detta visade sig dock vara mycket individuellt: vissa deltagare uppvisade tydliga mönster vid hög belastning medan andra inte gjorde det”, säger Elaine.

Gett underlag för ytterligare studier

Ett annat viktigt resultat handlar om hur snabbt systemet för neurofeedback ger respons. Det finns nämligen en fördröjning i systemet från att du tänker en tanke till att du får återkoppling på den. Ju längre fördröjning, desto svårare blir det för användaren att lära sig reglera sin aktivitet. Tack vare samarbetet med National Instruments kunde projektet använda sig av en industriell kontroller – en specialdator som möjliggör extremt snabba beräkningar. På så sätt kunde forskarna minska fördröjningen avsevärt – till 20 millisekunder jämfört med ungefär 80 millisekunder på en vanlig dator.

Ännu har forskargruppen inte genomfört någon studie om teknikens potential för kognitiv rehabilitering. Först behöver forskarna färdigställa neurofeedbacksystemet. RECOG är ett steg på vägen mot en klinisk studie men det finns fortfarande mycket data kvar att analysera.

Nu arbetar Elaine och hennes kollegor med en ny ansökan till KK-stiftelsen. Flera av företagen från RECOG kommer också att medverka i det uppföljande projektet och det pågår diskussioner för att hitta gemensamma frågeställningar. Fokus för den nya studien kommer att vara människocentrerad AI för hälsorobotik, med inriktning på bland annat neurala gränssnitt, hjärnavbildning och ögonspårning.