Remote computer-based testing of executive functions in assesment of brain wellbeing
Siro, Aleksi (2022)
Siro, Aleksi
2022
Sähkötekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-05-19
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202205054435
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202205054435
Tiivistelmä
The impact of prolonged stress on brain structure and function has gained increased interest as burnout has become one of the major concerns in modern life. Prolonged stress has been linked with decreased grey matter volumes in the prefrontal cortex, responsible for higher cognitive control functions like executive functions (EF). EF is an umbrella term for multiple cognitive control processes that are needed in various everyday life situations. There are three core EF: working memory, inhibitory control and cognitive flexibility.
Modern work environment exposes people to multiple stressors and challenges cognitive abilities in an unprecedented way. That’s why it would be beneficial that there would be easily accessible neuropsychological tests that are accurate, reliable, repeatable, and sensitive to even subtle cognitive impairments. One possible tool for such evaluation could be a computer-based Executive reaction time (ERT) test (Hartikainen et al., 2010). ERT test simultaneously assess all core EF and emotion-attention interaction. To assess feasibility of remote testing of EF, a novel remote version of the ERT test was developed and tested. Users only had to install a third-party software to complete the ERT test. Often the changes in the EF are detected if the test is challenging enough. To meet this criterion, new trial type was included in the test. The new trial type was designed to challenge inhibitory control and cognitive flexibility. In the new trail type, subjects are required to give the answer in reversed pattern. In the thesis the feasibility of remote assessment of EF, the effects of burnout on EF and effectiveness of new trial type were evaluated.
In total 26 subjects participated in the project. All subjects filled a consent form, Beck’s depression inventory (BDI), Bergen burnout inventory (BBI-15), Behavior Rating Inventory of Executive Function-Adult version (BRIEF-A) and a novel COVID-19 brain health questionnaire devel oped in the Behavioral Neurology Research Unit, Tampere University Hospital as part of Sustainable Brain Health -Project. Based on the BBI-15 results the subjects were divided into two study groups, subject with (n = 6) and without burnout (n = 20).
No statistical differences in reaction times (RT) or error rates were detected between the study groups. Reversed trial type significantly prolonged the reaction times and increased the total error rates Incorrect responses of subjects with burnout were significantly increased in reversed trial with the negative emotional distractor but not with the neutral emotional distractor. For assessing the impact of negative emotional distractor on reaction times (RT) and error rates, mean RT in context of negative distractor was subtracted from mean RT in context of neutral distractor within subjects. Same was done for error rates. Absolute value of the subtraction score (absΔERT). reflecting the extent but not direction of emotional impact on RTs in reversed trial type correlated with the BRIEF-A’s initiate, working memory and metacognition indicis absΔERT in regular trial types correlated with each BBI-15 index. The BBI-15 results correlated with 83 % of BRIEF-A indicis.
While no significant decrement in objective measures of EF due to burnout was detected probably due to small sample size an index reflecting the extent of emotional modulation of executive functions did correlate with symptoms of burnout. The ERT test can be efficiently conducted remotely. Subjects were able to install and conduct the ERT test with the provided instructions. New trial type challenged subjects’ EF as intended as it significantly increased reaction times and certain error types. Therefore, remotely executed ERT test has the potential to be used as an efficient assessment tool of EF, burnout and more generally brain wellbeing. Kroonistuneen stressin vaikutuksia aivojen rakenteisiin ja toimintoihin tutkitaan yhä enemmissä määrin, sillä työuupumus on nykyään yksi suurimmista huolenaiheista työelämässä. Pitkittynyt stressi on liitetty harmaan aineen tilavuuden pienemiseen etuotsalohkojen aivokuoressa. Etuotsalohkopiirit mahdollistavat korkeamman asteen kognitiiviset kontrollitoiminnot kuten toiminnanohjauksen. Toiminnanohjaus on yläkäsite monille kognitiivisille toiminnoille, joita tarvitaan arkielämässä. Toiminnanohjaus voidaan jakaa kolmeen pääluokkaan: työmuistiin, vasteenestoon ja joustavuuteen.
Nykyajan työelämä altistaa ihmiset useille stressilähteille ja haastaa kognitiivisia toimintoja ennennäkemättömällä tavalla. Siksi olisi hyödyllistä, että olisi olemassa helposti saatavilla olevia neuropsykologisia testejä, jotka ovat tarkkoja, luotettavia, toistettavia ja herkkiä vähäisillekin kognitiivisille häiriöille. Yksi mahdollinen työkalu tällaiseen arviointiin voisi olla tietokonepohjainen Executive reaction time (ERT) -testi (Hartikainen et al., 2010). ERT-testillä voidaan arvioida samanaikaisesti kaikkia kolmea toiminnanohjauksen pääluokkaa sekä lisäksi tunteiden ja tarkkaavaisuuden vuorovaikutusta. Etätestauksen toimivuuden arvioimiseksi ERT-testistä kehitettiin uusi etäversio. Käyttäjien täytyi asentaa kolmannen osapuolen ohjelmisto testin suorittamiseksi. Toiminnanohjauksen muutokset havaitaan herkemmin testeillä, jotka ovat riittävän haastavia. Tämän vuoksi ERT-testiin lisättiin uusi käänteinen tilanne. Uusi tilanne haastaa vasteenestoa sekä joustavuutta. Opinnäytetyössä arvioidaan toiminnanohjauksen etätestaamisen toimivuutta, työuupumuksen vaikutuksia toiminnanohjaukseen sekä uuden käänteisen tilanteen tehokkuutta.
Kaiken kaikkiaan 26 henkilöä osallistui testiin. Koehenkilöt täyttivät esitietolomakkeen, masennuskyselyn (BDI), työuupumuskyselyn (BBI-15), toiminnanohjauskyselyn (BRIEF-A) sekä CO VID-19 aivoterveys kyselyn, jonka Käyttäytymisneurologian tutkimusyksikkö on kehittänyt osana Kestävä Aivoterveys -hanketta. Työuupumuskyselyn perusteella koehenkilöt jaettiin kahteen ryhmään: uupuneisiin (n = 6) ja terveisiin (n = 20).
Uusi käänteinen tilanne merkittävästi pidensi koehenkilöiden reaktioaikoja ja lisäsi kokonaisvirheiden ja väärien vastauksien lukumäärää. Tilastollista eroa terveiden ja uupuneiden reaktioaikojen sekä virhemäärien välillä ei löytynyt. Käänteisessä tilanteessa uupuneiden koehenkilöiden väärien vastauksien lukumäärä kasvoi merkittävästi negatiivisella tunneärsykkeellä. Negatiivisen tunneärsykkeen vaikutusta reaktioaikoihin ja virheisiin arvioitiin vähentämällä reaktioaika negatiivisen ärsykkeen aikana neutraalin ärsykkeen aikaisesta reaktioajasta koehenkilökohtaisesti. Sama tehtiin eri virhetyypeille. Itseisarvo käänteisen tilanteen vähennyslaskun tuloksesta, mikä heijastaa tunneärsykkeen vaikutuksen määrää, muttei suuntaa, korreloi BRIEF-A:n Initiate, working memory ja metakognitio indeksien kanssa. Vastaava tunneärsykkeen vaikutuksen määrää heijastava indeksi ei-käänteisessä, normaali, tilanteessa korreloi kaikkien BBI-15 indeksien kanssa. BBI-15 kyselyn tulokset korreloivat 83 % BRIEF-A indeksien kanssa.
Vaikka toiminnanohjaus ei objektiivisten mittarien valossa eronnut merkittävästi uupuneiden ja terveiden välillä mahdollisesti pienestä otoskoosta johtuen, tunteen vaikutuksen määrä toiminnanohjaukseen korreloi uupumusoireiden kanssa. ERT-testi pystyttiin toteuttamaan etänä. Koehenkilöillä ei ollut ongelmia asentaa ja toteuttaa testiä annettujen ohjeiden pohjalta. Uusi tilanne haastoi koehenkilöiden toiminnanohjausta oletetusti, sillä se kasvatti merkittävästi reaktioaikoja ja tiettyjen virheiden lukumäärää. Etänä toteutettua ERT-testiä voitaisiin mahdollisesti käyttää toiminnanohjauksen, työuupumuksen ja yleisemminkin aivohyvinvoinnin arvioinnissa.
Modern work environment exposes people to multiple stressors and challenges cognitive abilities in an unprecedented way. That’s why it would be beneficial that there would be easily accessible neuropsychological tests that are accurate, reliable, repeatable, and sensitive to even subtle cognitive impairments. One possible tool for such evaluation could be a computer-based Executive reaction time (ERT) test (Hartikainen et al., 2010). ERT test simultaneously assess all core EF and emotion-attention interaction. To assess feasibility of remote testing of EF, a novel remote version of the ERT test was developed and tested. Users only had to install a third-party software to complete the ERT test. Often the changes in the EF are detected if the test is challenging enough. To meet this criterion, new trial type was included in the test. The new trial type was designed to challenge inhibitory control and cognitive flexibility. In the new trail type, subjects are required to give the answer in reversed pattern. In the thesis the feasibility of remote assessment of EF, the effects of burnout on EF and effectiveness of new trial type were evaluated.
In total 26 subjects participated in the project. All subjects filled a consent form, Beck’s depression inventory (BDI), Bergen burnout inventory (BBI-15), Behavior Rating Inventory of Executive Function-Adult version (BRIEF-A) and a novel COVID-19 brain health questionnaire devel oped in the Behavioral Neurology Research Unit, Tampere University Hospital as part of Sustainable Brain Health -Project. Based on the BBI-15 results the subjects were divided into two study groups, subject with (n = 6) and without burnout (n = 20).
No statistical differences in reaction times (RT) or error rates were detected between the study groups. Reversed trial type significantly prolonged the reaction times and increased the total error rates Incorrect responses of subjects with burnout were significantly increased in reversed trial with the negative emotional distractor but not with the neutral emotional distractor. For assessing the impact of negative emotional distractor on reaction times (RT) and error rates, mean RT in context of negative distractor was subtracted from mean RT in context of neutral distractor within subjects. Same was done for error rates. Absolute value of the subtraction score (absΔERT). reflecting the extent but not direction of emotional impact on RTs in reversed trial type correlated with the BRIEF-A’s initiate, working memory and metacognition indicis absΔERT in regular trial types correlated with each BBI-15 index. The BBI-15 results correlated with 83 % of BRIEF-A indicis.
While no significant decrement in objective measures of EF due to burnout was detected probably due to small sample size an index reflecting the extent of emotional modulation of executive functions did correlate with symptoms of burnout. The ERT test can be efficiently conducted remotely. Subjects were able to install and conduct the ERT test with the provided instructions. New trial type challenged subjects’ EF as intended as it significantly increased reaction times and certain error types. Therefore, remotely executed ERT test has the potential to be used as an efficient assessment tool of EF, burnout and more generally brain wellbeing.
Nykyajan työelämä altistaa ihmiset useille stressilähteille ja haastaa kognitiivisia toimintoja ennennäkemättömällä tavalla. Siksi olisi hyödyllistä, että olisi olemassa helposti saatavilla olevia neuropsykologisia testejä, jotka ovat tarkkoja, luotettavia, toistettavia ja herkkiä vähäisillekin kognitiivisille häiriöille. Yksi mahdollinen työkalu tällaiseen arviointiin voisi olla tietokonepohjainen Executive reaction time (ERT) -testi (Hartikainen et al., 2010). ERT-testillä voidaan arvioida samanaikaisesti kaikkia kolmea toiminnanohjauksen pääluokkaa sekä lisäksi tunteiden ja tarkkaavaisuuden vuorovaikutusta. Etätestauksen toimivuuden arvioimiseksi ERT-testistä kehitettiin uusi etäversio. Käyttäjien täytyi asentaa kolmannen osapuolen ohjelmisto testin suorittamiseksi. Toiminnanohjauksen muutokset havaitaan herkemmin testeillä, jotka ovat riittävän haastavia. Tämän vuoksi ERT-testiin lisättiin uusi käänteinen tilanne. Uusi tilanne haastaa vasteenestoa sekä joustavuutta. Opinnäytetyössä arvioidaan toiminnanohjauksen etätestaamisen toimivuutta, työuupumuksen vaikutuksia toiminnanohjaukseen sekä uuden käänteisen tilanteen tehokkuutta.
Kaiken kaikkiaan 26 henkilöä osallistui testiin. Koehenkilöt täyttivät esitietolomakkeen, masennuskyselyn (BDI), työuupumuskyselyn (BBI-15), toiminnanohjauskyselyn (BRIEF-A) sekä CO VID-19 aivoterveys kyselyn, jonka Käyttäytymisneurologian tutkimusyksikkö on kehittänyt osana Kestävä Aivoterveys -hanketta. Työuupumuskyselyn perusteella koehenkilöt jaettiin kahteen ryhmään: uupuneisiin (n = 6) ja terveisiin (n = 20).
Uusi käänteinen tilanne merkittävästi pidensi koehenkilöiden reaktioaikoja ja lisäsi kokonaisvirheiden ja väärien vastauksien lukumäärää. Tilastollista eroa terveiden ja uupuneiden reaktioaikojen sekä virhemäärien välillä ei löytynyt. Käänteisessä tilanteessa uupuneiden koehenkilöiden väärien vastauksien lukumäärä kasvoi merkittävästi negatiivisella tunneärsykkeellä. Negatiivisen tunneärsykkeen vaikutusta reaktioaikoihin ja virheisiin arvioitiin vähentämällä reaktioaika negatiivisen ärsykkeen aikana neutraalin ärsykkeen aikaisesta reaktioajasta koehenkilökohtaisesti. Sama tehtiin eri virhetyypeille. Itseisarvo käänteisen tilanteen vähennyslaskun tuloksesta, mikä heijastaa tunneärsykkeen vaikutuksen määrää, muttei suuntaa, korreloi BRIEF-A:n Initiate, working memory ja metakognitio indeksien kanssa. Vastaava tunneärsykkeen vaikutuksen määrää heijastava indeksi ei-käänteisessä, normaali, tilanteessa korreloi kaikkien BBI-15 indeksien kanssa. BBI-15 kyselyn tulokset korreloivat 83 % BRIEF-A indeksien kanssa.
Vaikka toiminnanohjaus ei objektiivisten mittarien valossa eronnut merkittävästi uupuneiden ja terveiden välillä mahdollisesti pienestä otoskoosta johtuen, tunteen vaikutuksen määrä toiminnanohjaukseen korreloi uupumusoireiden kanssa. ERT-testi pystyttiin toteuttamaan etänä. Koehenkilöillä ei ollut ongelmia asentaa ja toteuttaa testiä annettujen ohjeiden pohjalta. Uusi tilanne haastoi koehenkilöiden toiminnanohjausta oletetusti, sillä se kasvatti merkittävästi reaktioaikoja ja tiettyjen virheiden lukumäärää. Etänä toteutettua ERT-testiä voitaisiin mahdollisesti käyttää toiminnanohjauksen, työuupumuksen ja yleisemminkin aivohyvinvoinnin arvioinnissa.