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The history of neurofeedback

Like many of the inventions made by man, neuro­feedback is also owed to chance. However, it was first of all necessary to discover the wave activities of the human brain.

In the 30s of the last century, Hans Berger was the first person to detect the rhythmic activity of alpha waves by using the "electroencephalo­graph“ he developed. Yet it wasn't until the 1960s that the first applications of neurofeedback resulted from the experiments by Joe Kamya. It was Barry Sterman who was entitled to the glory of being the first to have researched the positive effect of n. At the time he was just exploring the sensomotoric rhythm (SMR) of cats and training it on them when he was contracted by the NASA to examine a fuel mixture of rocket scientists with regard to its effect in relation to epileptic den fits. Most of the cats exposed to this substance developed signs of epileptic brain activity after a short period. This was not the case with the cats that had received SMR training beforehand. They were many times more resistant and almost immune to the impact that is harmful for the central nervous system (CNS).

The learning process with neurofeedback

The nerve cells and their activity

Our brain is always electrically active in some way. Nerve cells set off impulses and these impulses are passed onto the synapses. The result is a constant alternation of excitation and inhibition. Surprisingly, with that, the majority of the nervous activity of the cerebral cortex is characterized by inhibition. Synapses are dipoles in their electrical property. This means that that in terms of electrical activity, they can be either plus or minus poles. Through this, they constantly change their charge. Now, there are dipoles that frequently and those that rarely charge and discharge themselves. This activity totally depends on which activation level has just been reached or is required. In this way, the slow dipolar activity clearly increases whereas much faster charge cycles go on. This explains the term brain waves or grain frequencies or brain frequencies. A relatively slow charge cycle is, e.g. the well known alpha rhythm. It is produced by synapses which alter their charge approx. eight to twelve times per second. The alpha state is a highly relaxing state and becomes even more intense as soon as we close out eyes. Increased theta (4-7 Hz) occurs, e.g. as soon as there is an increase in relaxation, turning into sleep. Higher frequencies can be found in the wakeful period. These are in the range of 12 to20 Hz.

Quantitative examinations of the EEG spectrum

The aim of the first neurofeedback therapies conducted by J. Kamya, J. Lubar and B. Sterman was to increase or decrease certain parts of the frequency spectrum. Yet hos did they know which parts needed to be amplified for instance? Ausschlag­gebend dafür war die Unter­suchung von normaler und nicht normaler Hirn­aktivi­tät mittels EEG. So stellten sie fest, dass z. B. bei Patienten mit AD(H)S besonders hohe Aktivität von Theta nach­zuweisen war, während bei den nicht be­troffenen Patienten der dominate Rhythmus im Bereich von Alpha liegt. Die Vermutung lag nahe, dass das vermehrte Auf­treten von Theta im Wach­zustand womöglich als Ursache für be­kannten Kon­zen­trations­störungen in Frage kommen könnte.
Eine Ver­ringerung der Theta-Feldstärke mit gleich­zeitiger Erhöhung der Beta-Frequenz müsse demnach auch zu Ver­besserungen in der Kon­zen­tration führen. Und in der Tat: Die Ergebnisse bestätigten, dass ein Heruntertrainieren von Theta, als auch ein Erhöhen von Beta zu den gewünschten Ergebnissen in der Kon­zentration und im Verhalten führte. Diese Ver­änderungen waren dauer­haft, sobald eine aus­reichende An­zahl von Trainings­sitzungen durch­geführt wurde.

Wie funktioniert das Neuro­feedback-Training von bestimmen Hirn­frequenzen?

Die Aktivität von Hirn­wellen in eine ge­wünschte Richtung (mehr oder weniger davon) zu trainieren ist vor allen Dingen mittels operantem Kon­di­tionieren möglich. Das operante Kon­di­tionieren ist im Prinzip die Basis von allen Bio­feed­back­verfahren, wie auch dem Neuro­feed­back.

Es ist auch das Kern­instrument der klassischen Verhaltens­therapie: Positives Ver­halten wird belohnt und damit ver­stärkt. Negatives Ver­halten wird ignoriert und eben nicht belohnt. Auf diese Art und Weise ist die Auf­tretens­wahr­scheinlich­keit von positiver Verhaltens­weise deutlich erhöht und es kommt zu einem Zuwachs von positivem Verhalten.
Was diesem Mechanismus zugrunde liegt, ist das im Gehirn ver­anlagte Belohnungs­zentrum. Wichtig ist im Prinzip nur, dass jedwede Be­lohnung als positiv empfunden wird. In der Verhaltens­therapie ist dies meist ein verbales Lob oder ein so­genanntes Token. Die Freude über die B­elohnung scheint die be­lohnte Person automatisch an­zu­spornen sich weiter für Belohnungen einzusetzen. Das Gehirn hat im Prinzip nur die Möglichkeit Reize entsprechend zu interpretieren, ohne dass jedoch das Bewusstsein mit beteiligt ist.
Wie aber lernt jetzt das Gehirn, was ist für das Gehirn selbst eine Belohnung, wenn es das überhaupt geben kann?
Schwellen überschreiten - Schwellen unter­schreiten - alles nur eine Frage des "drunter und drüber".
Beim Neuro­feedback geschieht zunächst nichts weiter als dass wir elektrischen Strom messen. Ströme im millionstel Volt Bereich werden entlang der Kopf­haut mittels Elektroden gemessen. Ein Verstärker leitet diese Signale an einen Computer weiter, wo sie bestimmten Be­dingungen ausgesetzt sind.
Das Computer­programm legt anhand von Schwellen­werten fest, welche Frequenz­bänder ver­stärkt und welche ignoriert werden. Der Neuro­feedback-Therapeut kann aber auch anhand einer Base­line die Werte für diese Schwellen selbst fest­legen (Protokoll).

Worin besteht nun die Be­lohnung und wie funktioniert diese Be­lohnung und führt zu einer Ver­änderung?

Ein Beispiel: Es soll Beta 12-15 Hz erhöht werden, Theta gesenkt und hohes Beta ebenso gesenkt werden.
Die Bedingung lautet: immer wenn alle Kriterien er­füllt sind, gibt es eine Be­lohnung, im Falle von Neuro­feedback spricht man eher von einem Be­lohnungs­reiz. D. h. erst dann, wenn die Frequenz­aktivität gleich­zeitig ober­halb der erwünschten Frequenz­schwelle liegt und unter­halb der unerwünschten Frequenz­schwellen, gibt der Computer ein be­stimmtes vorher fest­gelegtes Signal von sich. Dies kann ein einfacher Piepston sein, ein Summton, eine animierte Figur auf dem Bild­schirm reicht dazu ebenso.
Dr. Siegfried Othmer,Wissen­schaftler bei EEG-Info, erklärt dies so: Durch sein Belohnungs­zentrum ist das Gehirn sozusagen auf Be­lohnung programmiert. Hinzu kommt, dass das Gehirn wo­möglich über eine weitere Kommunkations­schnitt­stelle verfügt, welche es ihm ermöglicht Information, die mit seiner eigenen Aktivität in Beziehung stehen zu ver­arbeiten und miteinander zu verknüpfen. D. h. das Gehirn erfährt beim Neurofeedback (indem es unmittelbar erfährt ob es bestimmte Schwellen erreicht oder nicht) Information über seine eigene Aktivität und ist a priori bereit dar­über mit sich selbst in Kommunikation zu treten.
Die Be­lohnungen beim Neuro­feedback erfolgen so un­mittelbar, dass es für das Gehirn im Grunde gar keine Wahl gibt: es muss darauf reagieren. Dieser Umstand macht die Therapie auch bei schwerem Autismus und Asperger-Syndrom möglich.

Ziel des Neuro­feedback

Gehirne sind in ihrer Komplexi­tät wunder­volle Instrumente. Sie ermöglichen uns Flug­zeuge zu bauen, den Genuss eines spannenden Buches, sowie die Freude über die schönen Dinge des Lebens. Aber dieses Hi-Tech-Organ scheint auch seinen Preis zu haben. Es ist anfällig gegen­über einer Viel­zahl von Störungen, und es kann darauf sehr empfindlich reagieren, wie dies immer wieder deutlich beim Phänomen Stress her­vor­tritt.

Diese Vulnerabilität stellt zugleich auch eine der großen Ge­fahren für die Gesundheit des Individuums dar. Man denke nur an die Zu­nahme stress­bedingter Krankheiten, wie Depression, Angst-, Herz-, Kreis­lauf­er­krankungen und Schlaf­störungen.
Gehirn­training mittels Neuro­feedback soll dem Gehirn nicht irgend ein starres Programm ausführen lassen. Vielmehr soll es ihm helfen, mit mehr Stabilität aber auch mehr Flexibilität auf die vielfältigen Ein­wirkungen reagieren zu können.
Nun reicht es aber nicht aus dieses Training einmalig durch­zu­führen, denn erst viele Wieder­holungen führen auch zu lang an­dauernden Er­folgen. In der Regel sind 20-40 Sitzungen aus­reichend. Die Erfolge sind auch über einen längeren Zeit­raum stabil, denn das Gehirn hat ein neues Verhalten gelernt.