Biofeedback Training of the Sensorimotor Electroencephalogram Rhythm in Man: Effects on Epilepsy

Authors

  • M. B. Sterman,

    1. Sepulveda and Wadsworth Veterans Administration Hospitals, and Departments of Anatomy and Neurology, School of Medicine, University of California Los Angeles, California 90024
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  • L. R. Macdonald,

    1. Sepulveda and Wadsworth Veterans Administration Hospitals, and Departments of Anatomy and Neurology, School of Medicine, University of California Los Angeles, California 90024
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  • R. K. Stone

    1. Sepulveda and Wadsworth Veterans Administration Hospitals, and Departments of Anatomy and Neurology, School of Medicine, University of California Los Angeles, California 90024
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Abstract

Summary

Previous work in cats demonstrated a discrete 12–16 Hz rhythm in sensorimotor cortex (SMR), present only during absence of movement, that could be operantly conditioned. Trained cats were resistant to drug-induced seizures. Similar biofeedback training procedures were employed with epileptic and nonepileptic human subjects, utilizing lights, tones, and slides. Initially SMR activity was detected only at low voltage by tuned filters. Biofeedback training sessions resulted in a significant increase in this activity after 2 to 3 months. Learned SMR responses in nonepileptic subjects were trains of pure or polyrhythmic 12–16 Hz activity at 20 to 25 μV over central and frontal areas. Although epileptic subjects failed to develop the enhanced SMR amplitude, they did demonstrate increased occurrence of this frequency. Training in four epileptic patients, who previously were not controlled by chemotherapy, was accompanied by a significant reduction of EEG and clinical epileptic manifestations, as indicated by sequential power spectral analysis, clinical EEG records, and seizure logs. Tonic-clonic and myoclonic seizures were most markedly reduced.

RÉsumé

Des travaux antérieurs chez des chats ont démontré qu'il y a un rythme discret à 12–16 Hz dans le cortex sensorimoteur (SMR) évident seulement au repos mais suceptible d'étre conditioné. Les chats entrainés étaient résistants aux crises provoquées par des drogues. Des procédés analogues de biofeedback training ont été employeś chez des personnes avec ou sans épilepsie, en utilisant des lumières des sons et des diapositives. Au début, le rythme du cortex sensorimoteur était détecté seulement à des bas voltages avec des filtres à sonorisation appropriée. A la suite de séances de biofeedback training, il y avait après 2–3 mois, une augmentation significative de L'activité rythmique des régions sensorimotrices. Chez les sujets sans épilepsies, les activités acquises à la suite de L'apprentissage étaient constituées par des bouffées d'activités mono- ou polyrythmique à 12–16 Hz et de 20–25 μV d'amplitude, intéressant les régions centrales et frontales. Bien que les sujets avec épilepsie ne soient pas arriveés à augmenter L'amplitude des rythmes des régions sensorimotrices, ils ont cependant mis en évidence une augmentation quantitative de ces rythmes. Chez 4 sujets avec épilepsie qui avant L'entra înement n'étaient pas contrôlés par les médicaments, on a observéà la suite de L'entraînement une diminution significative des decharges paroxystiques sur L'EEG et des crises diminution objectiveée par L'analyse séquentielle des spectres de puissances et par le compte rendu du nombre des crises. Les crises tonico-cloniques et myocloniques etaient le plus remarquablement diminuées.

RESUMEN

Estudios previos en gatos nan demostrado que un discreto ritmo de 12 a 16 Hz en la corteza sensorial-motora (SMR), registrable solamente en ausencia de movimiento, podía ser condicionado. Los gatos entrenados eran resistentes a los ataques inducidos. Un entrenamiento semejante (bio-feedback) se utilizeó en enfermos epilépticos y en individuos sanos mediante el empleo de luces, tonos y diapositivas. Inicialmente la actividad SMR se registró solamente con voltajes bajos y filtros apropiados. El entrenamiento con retro-información boilógica (biofeedback) produjo un aumento significativo de esta actividad a los 2 o 3 meses. En individuos sanos, las respuestas SMR aprendidas, se expresaban en forma de trenes de una actividad, pura o polirítmica, de 12 a 16 Hz y de 20 a 25 micro-voltios en las areas frontal y central. Los enfermos epilépticos mostraron un aumento de estas frecuencias a pesar de que no se pudo conseguir un incremento de la amplitud SMR. En cuatro enfermos epilépticos entrenados sin posible control farmacológico previo, se consiguió una reducción significativa de las manifestaciones clínicas o electroencefalográficas de la epilepsyía, como demostró el análisis espectral secuencial y los trazados clónicos de EEG Los ataques tónico-clónicos y las mioclónias fueron los que más se redujeron.

ZUSAMMEnfassung

Frühere Untersuchungen bei Katzen liessen einen diskreten 12 bis 16 Hz-Rhythmus im sensomotorischen Cortex (SMR) erkennen. Er war nur bei Bewegungsruhe vorhanden und konnte konditioniert werden. Trainierte Katzen waren gegenüber medicamentös erzeugten Anfällen resistent. Ahnliche Programme mit biologischem Rückkopplungstraining wurden mit epileptischen und nicht epileptischen Patienten durchgeführt, wobei Licht, Töne und Dias verwendet wurden. Anfangs wurde die SMR.-Aktivität nur mit niedriger Amplitude durch abgestimmte Filter gefunden. Nach 2 bis 3 Monaten dauerndem Training der biologischen Rückkopplung wurde eine signifikante Zunahme dieser Aktivität gefunden. Bei nicht epileptischen Patienten bestanden die erlernten SMR-Ant-worten in Zügen reiner oder polyrhythmischer 12 bis 16 Hz-Aktivität mit 20 bis 25 μV über den zentralen und frontalen Ableitepunkten. Obwohl epileptische Patienten keine verstärkte SMR-Amplitude aufwiesen, zeigten sie doch eine vermehrte Häufigkeit dieser Frequenz. Das Training von 4 epileptischen Patienten, deren Anfälle durch Chemotherapie vorher nicht zu kontrollieren waren, wurde von einer signifikanten Verminderung der epileptischen Manifestationen im EEG und klinisch begleitet. Das zeigten die sequentielle Power-Spektrumanalyse, klinische EEG-Untersuchugnen und Anfallsaufzeichnungen. Tonisch-klonische und myoklonische Anfälle wurden am deutlichsten vermindert.

Ancillary