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

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. REsume Des travaux anterieurs chez des chats ont demontre qu'il y a un rythme discret a 12–16 Hz dans le cortex sensorimoteur (SMR) evident seulement au repos mais suceptible d'etre conditione. Les chats entraines etaient resistants aux crises provoquees par des drogues. Des procedes analogues de biofeedback training ont ete employeś chez des personnes avec ou sans epilepsie, en utilisant des lumieres des sons et des diapositives. Au debut, le rythme du cortex sensorimoteur etait detecte seulement a des bas voltages avec des filtres a sonorisation appropriee. A la suite de seances de biofeedback training, il y avait apres 2–3 mois, une augmentation significative de L'activite rythmique des regions sensorimotrices. Chez les sujets sans epilepsies, les activites acquises a la suite de L'apprentissage etaient constituees par des bouffees d'activites mono- ou polyrythmique a 12–16 Hz et de 20–25 μV d'amplitude, interessant les regions centrales et frontales. Bien que les sujets avec epilepsie ne soient pas arrivees a augmenter L'amplitude des rythmes des regions sensorimotrices, ils ont cependant mis en evidence une augmentation quantitative de ces rythmes. Chez 4 sujets avec epilepsie qui avant L'entra inement n'etaient pas controles par les medicaments, on a observea la suite de L'entrainement une diminution significative des decharges paroxystiques sur L'EEG et des crises diminution objectiveee par L'analyse sequentielle des spectres de puissances et par le compte rendu du nombre des crises. Les crises tonico-cloniques et myocloniques etaient le plus remarquablement diminuees. 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, podia ser condicionado. Los gatos entrenados eran resistentes a los ataques inducidos. Un entrenamiento semejante (bio-feedback) se utilizeo en enfermos epilepticos y en individuos sanos mediante el empleo de luces, tonos y diapositivas. Inicialmente la actividad SMR se registro solamente con voltajes bajos y filtros apropiados. El entrenamiento con retro-informacion boilogica (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 poliritmica, de 12 a 16 Hz y de 20 a 25 micro-voltios en las areas frontal y central. Los enfermos epilepticos mostraron un aumento de estas frecuencias a pesar de que no se pudo conseguir un incremento de la amplitud SMR. En cuatro enfermos epilepticos entrenados sin posible control farmacologico previo, se consiguio una reduccion significativa de las manifestaciones clinicas o electroencefalograficas de la epilepsyia, como demostro el analisis espectral secuencial y los trazados clonicos de EEG Los ataques tonico-clonicos y las mioclonias fueron los que mas se redujeron. ZUSAMMEnfassung Fruhere 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 gegenuber medicamentos erzeugten Anfallen resistent. Ahnliche Programme mit biologischem Ruckkopplungstraining wurden mit epileptischen und nicht epileptischen Patienten durchgefuhrt, wobei Licht, Tone und Dias verwendet wurden. Anfangs wurde die SMR.-Aktivitat nur mit niedriger Amplitude durch abgestimmte Filter gefunden. Nach 2 bis 3 Monaten dauerndem Training der biologischen Ruckkopplung wurde eine signifikante Zunahme dieser Aktivitat gefunden. Bei nicht epileptischen Patienten bestanden die erlernten SMR-Ant-worten in Zugen reiner oder polyrhythmischer 12 bis 16 Hz-Aktivitat mit 20 bis 25 μV uber den zentralen und frontalen Ableitepunkten. Obwohl epileptische Patienten keine verstarkte SMR-Amplitude aufwiesen, zeigten sie doch eine vermehrte Haufigkeit dieser Frequenz. Das Training von 4 epileptischen Patienten, deren Anfalle 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 Anfalle wurden am deutlichsten vermindert.