Noise improves cognitive performance in children with dysfunctional neurotransmission

Abstrakt

Tidigare forskning avseende barn med uppmärksamhetsstörning och/eller hyperaktivitet (ADHD) har betonat att dessa barn är extremt påverkade av störande inslag från omgivningen. Lättstördheten innebär att minsta distraherande ljud får dem att prestera sämre på kognitiva test. Avhandlingen visar att ADHD-barn kan prestera lika bra som en kontrollgrupp om de exponeras för vitt brusljud under inlärningsfasen samtidigt som kontrollgruppen försämras under samma betingelse. Den första studien i avhandlingen presenteraren teoretisk modell som förklaringsgrund för den positiva bruseffekten, MBA-modellen (moderate brain arousal model). Denna neurala nätverksmodell predicerar en selektiv kognitiv förbättring av brusljud för ADHDbarn. Modellen visar vidare att brusljud har en positiv effekt på nervsystem med låg dopaminnivå via fenomenet stokastisk resonans (SR). Detta fenomen förklarar hur förhållandet mellan signal och brus kan förbättras genom att tillföra externt brus i ett tröskelbaserat system som i nervsystemets aktionspotentialer. Den andra studien ger empirisikt stöd för MBA-modellen och visar att brusljud förbättrar ADHD-barns förmåga i ett minnestest med fri återgivning av korta meningar. Hos en kontrollgrupp försämras minnesförmågan under samma betingelse. Den tredje studien generaliserar bruseffekten till att omfatta även lågpresterande skolbarn, vilka antas ha låga dopaminnivåer. Lågpresterande barns minnesförmåga förbättrades av brusljud medan högpresterande barn, med hög dopamin nivå, presterade sämre. Slutsatsen är att brusljud kan höja låga dopaminnivåer och därigenom förbättra resultatet på kognitiva test via SR-fenomenet. En ytterligare slutsats är att dopaminnivån modulerar SR-effekten. Personer med låga dopaminnivåer behöver mer brusljud för att SR-effekten skall inträffa. Såväl för hög som för låg dopaminnivå är negativt för kognitiva funktioner, lagom är bäst, dvs. en moderat hjärnaktivitet. MBA-modellen kan ses både som ett hjälpmedel att förstå barn med koncentrationsproblem som ett redskap för att utforma lämpliga lärandemiljöer i skolan för dessa barn.

Noise improves cognitive performance in children with dysfunctional neurotransmission

Research on children with Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) has shown that they are extremely sensitive to distraction from external stimuli that lead to poor cognitive performance. This thesis shows that cognitive performance can be improved if this external stimulus is smooth and continuous (e.g. auditory white noise). Control children attenuate their performance under such conditions. The first Study proposes the moderate brain arousal model (MBA). This neurocomputational model predicts selective improvement from noise in ADHD children. Noise through a phenomenon called stochastic resonance (SR), can be beneficial in dopamine deprived neural systems. The statistical phenomenon of SR explains how the signal-to-noise ratio can be improved by noise in neural systems where the passing a threshold is required. The second Study provides experimental support for the MBA-model by showing that ADHD children improve performance in a free recall task while exposed to auditive noise. Control children declines in the same condition. The third Study generalizes this finding among low achieving children, which it is argued have low dopamine levels. Noise exposure improves performance in low achievers, but inhibits performance in high achievers. The conclusion is that external auditory noise can restore low dopamine levels and thus improve cognitive performance. It is also proposed that dopamine levels modulate the SR effect; this means that low dopamine persons require more noise to obtain an SR effect. Both excessive and insufficient dopamine is detrimental for cognitive performance. The MBA model can be used to explain several shortcomings where changes in the dopamine system have been identified. The MBA model can also help create appropriate and adaptive environments, especially in schools, for persons with a deficient dopamine function, such as ADHD children.