Was ist Pfiff2?
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Die neurophysiologische Untersuchung
Dr. Patrick Gajewski
Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU-Dortmund (IfADo)


 
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Einleitung


Die Ergebnisse des PFIFF 1 Projekts weisen darauf hin, dass langjährige, geistig wenig anregende Tätigkeit zu neurokognitiven Beeinträchtigungen führen kann (Gajewski et al. 2010a). Stress kann diesen Effekt zusätzlich verstärken. Diese kognitiven Defizite dienten als Ausgangsbasis für das PFIFF2 Projekt. Das Ziel war, die kognitiven Funktionen durch ein Bündel von Maßnahmen wieder stabil zu verbessern.

Methode

Die elektrophysiologische Untersuchung wurde an den Teilnehmern der Staffel 2 im Jahr 2010 durchgeführt. Es wurden 58 Linienarbeiter (Durchschnittsalter 47 Jahre) akquiriert und per Zufall auf zwei Gruppen aufgeteilt. Die erste Gruppe bildete die Trainingsgruppe, die das kognitive Training erhielt. Die zweite Gruppe bildete die Wartekontrollgruppe, die erst nach der zweiten Messung die Kombination aus Stressbewältigung/Entspannung und kognitivem Training erhielt. Jede Intervention dauerte 3 Monate (2 x pro Woche á 90 min).

Alle Probanden wurden an drei Zeitpunkten untersucht. Für die erste Gruppe war der dritte Messzeitpunkt eine sog. Follow-up Messung, die zum Ziel hatte, den nachhaltigen Effekt des Trainings zu untersuchen.

Ähnlich wie bei PFIFF 1 wurden mit Hilfe eines Aufgabenwechselparadigmas eine Reihe von Funktionen und ihre elektrophysiologischen Korrelate analysiert. Dazu gehörten Vorbereitungsprozesse vor einem bevorstehenden Ereignis, Arbeitsgedächtnisprozesse, mit denen Informationen gespeichert und manipuliert werden, Entscheidungsprozesse beim Wechsel zwischen Aufgaben sowie Fehlerverarbeitungsprozesse, d.h. Wahrnehmung eigener Fehler als Grundlage fürs Lernen und Vermeiden von zukünftigen Fehlern.

In der Untersuchung wurde in jedem Durchgang eine Zahl von 1 bis 9 (ausgenommen 5) dargeboten, die je nach Aufgabenregel unterschiedlich kategorisiert werden soll:

a)  kleiner oder größer als 5 ist (NUM)
b)  gerade oder ungerade ist (GER)
c)  kleine oder große Schrift  (SCH)

Die Antwort sollte mit einer von zwei Tasten (links oder rechts) so schnell wie möglich erfolgen.

Die Untersuchung setzte sich aus drei Blöcken zusammen, in denen die drei Aufgabenregeln separat angewandt wurden. In einem gemischten Block sollten die Aufgabenregeln nach einem festen Schema alle drei Durchgänge gewechselt werden, wobei keinerlei Hilfsinformationen präsentiert wurden. Wurden 3 Fehler hintereinander begangen, wurden statt XXX entsprechende Hinweisreize für 3 nachfolgende Durchgänge präsentiert, um an die Sequenz anzuknüpfen.


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Abb. 1. Schematische Abfolge eines Durchgangs (RT = Reaktionszeit)

Ergebnisse

Verhalten:

Bei den Reaktionszeiten auf Abb. 2 links sieht man einen indirekten Trainingseffekt in der Gruppe mit dem kombinierten Training, die im Vergleich zur t1 in den Wechseldurchgängen schneller geworden ist. Auf der rechten Seite sind die Fehlerraten abgebildet. Dort sieht man einen deutlichen Effekt des kognitiven Trainings, in dem die Fehlerraten knapp auf die Hälfte reduziert wurden, während sogar eine leichte Zunahme in der Kontrollgruppe zu verzeichnen war. Man sieht auch, dass dieser Gewinn durch das Training auch zumindest die 3 Monate bis zur Follow-up Messung anhielt. Nach einem kombinierten Training, das zwischen t2 und t3 stattfand, wurden die Fehler auch in der anderen Gruppe deutlich reduziert.

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Abb. 2. Reaktionszeiten und Fehlerraten in dem gemischten Block zu den drei Messzeitpunkten (t1, t2, t3) für die Gruppe mit kognitivem Training zwischen t1 und t2 und einer Follow-up Messung t3 (graue Balken) und für die Wartekontrollgruppe zwischen t1 und t2, die zwischen t2 und t3 ein kombiniertes Training erhielt (weiße Balken).


Elektrophysiologie:

Abbildung 3 stellt das ereigniskorrelierte Potential (EKP) in der Vorbereitungsphase dar, also in der Phase, wo die nächste relevante Aufgabenregel aus dem Gedächtnis abgerufen werden muss. Es ist eine langanhaltende negative Welle, die mit der Arbeitsgedächtnisbelastung in Verbindung gebracht wird (z.B. Ruchkin et al. 1990). Hier ist die Arbeitsgedächtnisbelastung relativ groß, was auch bei der Vormessung in der kognitiven (KT) und der kombinierten (KT + ST) Trainingsgruppe durch die negative Ausprägung der Welle erkennbar ist. Bei der Nachmessung (t2) erkennt man, dass diese Welle weniger negativ geworden ist und dieser Effekt auch drei Monate später nach Beendigung des Trainings (t3) sichtbar bleibt. Auch in der Kombinierten Gruppe sieht man nach dem Training (t3) diesen Effekt.


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Abb. 3. Vorbereitung auf einen wechselnden Durchgang. Das langsame, frontale Potential wird mit der Aufrechterhaltung von Gedächtnisinhalten in Verbindung gebracht. Das Potential wird nach dem Training und bleibt auch 3 Monate später weniger negativ.

Nachdem die Zahl präsentiert wurde, beginnt die Phase der Aufgabenimplementierung. Während dieser Phase wird auf die präsentierte Zahl hin eine bestimmte Reaktion in Übereinstimmung mit der relevanten Aufgabenregel initiiert. Hier wird also eine Entscheidung getroffen, welche Taste die richtige ist. Dieser Entscheidungsprozess spiegelt sich in der fronto-zentralen negativen Welle, der N2, wieder (Gajewski et al. 2008, 2010b). Dabei scheint der Entscheidungsprozess effizienter zu sein, wenn die N2 stärker ausgeprägt ist. Diesen Anstieg sieht man bei der kognitiven Trainingsgruppe nach dem Training, also bei t2 und drei Monate, nachdem das Training absolviert wurde (t3). Auch in der kombinierten Gruppe wird die Amplitude nach dem Training (t3) verstärkt.


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Abb. 4. Entscheidung und Implementierung einer Reaktion wird von einer fronto-zentralen negativen Welle, der N2 begleitet. Das Potential nimmt nach dem Training zu und bleibt auf dem Niveau mindestens 3 Monate später.

Während einer falschen Entscheidung, d.h. beim Druck einer falschen Taste, erscheint an den fronto-zentralen Elektroden die Fehlernegativität (Ne), die ein Index der Fehlerwahrnehmung ist (Falkenstein et al. 1991). Auch hier ist ein Anstieg der Ne nach dem Training erkennbar, der ebenfalls bis zur Follow-up Nachmessung anhält. Erwartungsgemäß sieht man bei der Wartekontrollgruppe keine Differenz zwischen t1 und t2, und eine Verstärkung nach dem Training (t3).

 
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Abb. 5. Fehlernegativität (Ne), die auftritt, wenn eine falsche Entscheidung bezüglich der Reaktion getroffen wurde. Die Amplitude nimmt nach dem Training zu und hält mindestens 3 Monate später an. Sie wird ebenfalls verstärkt in der Wartekontrollgruppe, nach der kombinierten Trainingsintervention (t3).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beobachtbare Reduktion der Fehlerraten nach dem kognitiven und kombinierten Stressbewältigung + kognitiven Training mit einer Reihe von Veränderungen in Hirnpotentialen einhergeht. Dabei wird deutlich, dass die Effekte nicht auf eine wiederholte Messung, sondern auf die Intervention zurückgeführt werden können. Dies äußert sich in einer effizienteren Aufrechterhaltung und einem effizienteren Abruf von Gedächtnisinhalten, einer Verbesserung der Entscheidung, welche Aufgabe und Reaktion ausgewählt werden muss und einer verbesserten Überwachung von Fehlreaktionen. Offensichtlich wird durch das Training ein Lernprozess angestoßen, der qualitative Veränderungen der Kognition bewirkt. Dabei handelt es sich um Verbesserungen in denjenigen Funktionen, die bei Montage- und Produktionsbeschäftigten als defizitär im Vergleich zu flexibel arbeitenden Beschäftigten aus dem Bereich der Instandhaltung bei PFIFF 1 gefunden wurden.

 

Ergebnisse der Cortisolaufwachreaktion (CAR)

CAR ist ein Index für das Ausmaß an psychosozialem, emotionalem und körperlichem Stress und dient der Übertragung der psychologischen und emotionalen Erfahrungen in physiologische Körperaktivierung (Adam et al. 2006). Die Frage, die wir im Rahmen von PFIFF2 gestellt haben, ist, ob sich durch die unterschiedlichen Trainingsmaßnahmen eine Stressreduktion einstellt und ob neben den subjektiven Maßen dieser Effekt in der Reduktion der CAR erscheint.

Um die CAR zu messen, wird eine Speichelprobe direkt nach dem Aufwachen und 30 Minuten später erhoben, wo die Konzentration die höchste ist. Dabei sind die Veränderungen, die mit dem aktuellen Gemütszustand einhergehen, am deutlichsten in der zweiten Probe zu sehen. Die Datenqualität hängt dabei maßgeblich von der Zuverlässigkeit der Probanden ab, inwieweit sie sich an die Bedingungen der Erhebung halten. Sie dürfen zwischen dem Aufwachen und der zweiten Probe nichts essen, trinken oder rauchen.


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Abb. 6. Ergebnisse der CAR für die 3 Messzeitpunkte für alle Interventionstypen und beide Staffeln aus 2009 und 2010. Die grauen Balken repräsentieren das kognitive Training, blau das kombinierte kognitive und Stressbewältigungstraining und hell blau das kognitive und Entspannungstraining.

Auffällig ist zunächst, dass das allgemeine Niveau der CAR in der Staffel 1 wesentlich höher als in Staffel 2 ist. Über beide Staffeln hinweg zeigt sich ein deutlicher Effekt des kombinierten Entspannungstrainings und kognitiven Trainings. In der ersten Staffel wird die Reduktion der CAR hochsignifikant in der zweiten tendenziell signifikant. Ebenfalls wird die Reduktion der CAR in der Kognitionsgruppe der zweiten Staffel tendenziell signifikant.

Das weist darauf hin, dass ein kurzes Entspannungstraining effizient ist, um das subjektive Stresserleben zu reduzieren, das von einem reduzierten Spiegel des Stresshormons Cortisol begleitet wird.

Fazit

Kognitive Funktionen können durch langjährige repetitive Tätigkeit beeinträchtigt werden. Durch einfache Maßnahmen wie kognitives Training und Entspannungsübungen lässt sich nach kurzer Zeit ein nachhaltig verbesserter kognitiver und emotionaler Status wiederherstellen, der objektiv nachweisbar ist.

 

Die Ergebnisse der neuropsychologischen Untersuchung finden Sie hier.

 

Literatur

Adam, E.K., Hawkley, L.C., Kudielka, B.M., Cacioppo, J.T.: Day-to-day dynamics of experience-cortisol associations in a population-based sample of older adults. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103(45), 17058-17063 (2006)

Falkenstein, M., Hohnsbein, J., Hoormann, J.: Effects of crossmodal divided attention on late ERP components. II. Error processing in choice reaction tasks. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 78(6), 447-455 (1991)

Gajewski, P.D., Stoerig P, Falkenstein M.: ERP-correlates of response selection in a response conflict paradigm. Brain Res. 1189, 127-134 (2008)

Gajewski, P.D., Wild-Wall, N., Falkenstein, M., Schapkin, S., Erdmann, U., Freude, G.: Effects of Aging and Job demands on cognitive flexibility assessed by task switching: an electrophysiological study. Biol. Psychol. 85(2), 187-199 (2010a)

Gajewski, P.D., Kleinsorge, T., Falkenstein, M.: Electrophysiological correlates of residual switch costs. Cortex 46(9), 1138-1148 (2010b)

Ruchkin, D.S., Johnson, R.Jr., Conaoune, H., Ritter, W.: Short-term memory storage and retention: an event-related brain potential study. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 76, 419-439 (1990)