Critical Flicker Fusion Frequency Assessment for Executive Function Performance in clinical and extreme Environments

Critical Flicker Fusion Frequency (CFFF), defined as the threshold at which a blinking LED light is seen as continuous (Schipke, 2023), is discussed as a diagnostic for cognitive function assessment in extreme environments. Rapid cognitive assessment can be vital for people health and safety in extreme situations. Although much research has been conducted on CFFF and cognition, an overview of specific cognitive functions that can be predicted using this technique, is currently lacking. For this reason, this study aimed to correlate core executive functions (inhibition & working memory) and higher order processes like planning and goal directed actions with the CFFF diagnostic tool. Heart-rate variability (HRV) served as a control variable, since HRV has widely been linked to cognition (Mosley & Laborde, 2022; Thayer et al., 2009). 44 participants (female = 23; MeanAge = 24.61± 3.67) were tested on Flanker (Eriksen & Eriksen, 1974), N-Back (Soveri et al., 2017) and Tower-of-London (Baker et al., 1996) tasks. Results showed that CFFF and vmHRV were not able to predict cognitive performance on Flanker, N-Back and Tower-of-London tasks. This may be the result of low sensitivity of the CFFF diagnostic as well as potential differences in distribution of resources within the brain that result in different activations across multiple neural circuits. Hence, the brain can use different strategies to complete the required task. Future research should focus on longitudinal study designs to evaluate the usefulness of CFFF as a parameter for global brain states that could still be used in extreme environments. More research is also necessary to identify recommendations concerning optimal distance to the light source and operation of the Flicker device.

Zusammenfassung

Die kritische Flimmerfusionsfrequenz (CFFF), definiert als Schwellenwert, ab dem ein blinkendes Licht als durchgehend wahrgenommen wird (Schipke, 2023), wird als diagnostisches Verfahren zur Beurteilung kognitiver Leistungsfähigkeit in extremen Umweltbedingungen untersucht. Die unmittelbare Beurteilung der kognitiven Leistungsfähigkeit kann in Extremsituationen entscheidend zum Schutz der Betroffenen beitragen, zum Beispiel um einen Taucher frühzeitig auf seine Bewusstseinsbeeinträchtigung aufmerksam zu machen. Obwohl bereits einige Ergebnisse auf einen Zusammenhang zwischen CFFF und kognitiven Funktionen hinweisen, so fehlt bisher eine Identifikation der spezifischen Teilbereiche, die mit dieser Diagnostik vorhergesagt werden können. Aus diesem Grund ist es das Ziel dieser Studie, Kernelemente der Exekutivfunktionen (Inhibition/Verhaltenshemmung und Arbeitsgedächtnis) sowie höhere Funktionen (planvolles Handeln) in standardisierten kognitiven Tests mit der CFFF-Diagnostik zu korrelieren. Dabei dient der Parameter der Herzratenvariabilität (HRV) als Kontrollvariable, da ein Zusammenhang mit kognitiven Funktionen allgemein akzeptiert ist (Mosley & Laborde, 2022; Thayer et al., 2009). 44 Probanden (w = 23; MeanAge = 24.61± 3.67) wurden mithilfe eines Flanker (Eriksen & Eriksen, 1974), eines N-Back (Soveri et al., 2017) und eines Tower-of-London Tests (Baker et al., 1996) untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass CFFF und vmHRV die kognitive Leistungsfähigkeit der durchgeführten Tests nicht vorhersagen konnten. Einerseits scheint die CFFF-Diagnostik nicht sensitiv genug als diagnostischer Test zu sein, andererseits spielt auch die Verteilung von Ressourcen im Gehirn eine wichtige Rolle bei der Bewerkstelligung der Aufgabe. In Zukunft könnte ein longitudinaler Studienansatz Aufklärungen über die Stabilität der Messung liefern, um unvorhergesehene Abweichungen doch noch im Sinne der allgemeinen Leistungsbestimmung zu verwenden. Darüber hinaus sollten zukünftig weitere Richtlinien erstellt werden, die die Reliabilität der Verwendung der CFFF Diagnostik erhöhen.