fNIRS Neurofeedback i meget impulsive deltagere med ROI-regioner DLPFC og IFG

Mål:

Efterforskerne vil vurdere virkningerne - og specificiteten - af to fNIRS-baserede NF-protokoller, en rettet mod DLPFC og en rettet mod IFG. Begge grupper vil også blive sammenlignet med en "sham" træningsgruppe med regulering af fNIRS-signalet uden for frontallapperne. Før/efter test vil blive udført i alle tre grupper, dvs. målinger af hjerneaktivitet, kognition og impulsiv adfærd vil blive opnået før starten af ​​NF træningsfasen samt efter den sidste træningssession. Derved vil en Go/Nogo opgave og en n-back opgave blive anvendt til at evaluere træningsrelaterede ændringer i hjerneaktivitet og neuropsykologisk ydeevne. Undersøgelsespopulationen vil være meget impulsive (sunde) individer, som tidligere viste sig at vise en reduceret DLPFC- og IFG-aktivitet (svarende til patienter med ADHD), og efterforskerne forventer, at deres DLPFC- og IFG-funktion vil stige efter fNIRS-NF-træning. Vores hypotese er, at begge aktive NF-grupper (DLPFC og IFG) vil forbedre sig mere end placebogruppen (sham-træning) på alle relevante mål. Derved forventes specifikke fordele i DLPFC-gruppen for arbejdshukommelsesdata (n-back-opgave) og i IFG-gruppen for foranstaltninger til hæmmende kontrol (Go/Nogo-opgave). Yderligere vil efterforskerne teste effekten af ​​fNIRS-NF på stressresponsen ved hjælp af TSST som en standardiseret stresstest. Det er en hypotese, at fNIRS-NF træning også er effektiv til at reducere stress ved at styrke stressrelateret regulering (der også har været relateret til frontallappen).

Det er en hypotese, at begge træninger vil være succesfulde med hensyn til at reducere impulsiv adfærd; i en pre/post-test forventes der dog specifikke effekter af fNIRS-baseret NF fra DLPFC på arbejdshukommelsesfunktionen og af fNIRS-baseret NF af IFG på hæmmende kontrol. Korrelationer mellem både funktioner og impulsive symptomer vil give en indikation af, hvilken trænings-ROI der kan være mere lovende til behandling af (specifikke undergrupper af) ADHD. Korrelationer mellem regulering af forskellige trænings-ROI'er vil indikere specificiteten af ​​feedbackregulering af afgrænsede kortikale områder.

Funktionel nær-infrarød spektroskopi (fNIRS):

Et fNIRS-system (ETG-4000, Hitachi Medical Corporation, Japan) vil blive brugt til at måle hæmodynamiske responser i den præfrontale cortex (PFC).

Alle eksperimenter vil blive udført ved Institut for Psykiatri og Psykoterapi, Universitetet i Tübingen (Calwerstraße 14/Osianderstraße 24, 72076 Tübingen). Alt medicinsk-teknisk udstyr er CE-certificeret og godkendt til anvendelse på patienter og vil kun blive brugt i henhold til deres godkendte formål af personer, der har viden og erfaring til at betjene, anvende og vedligeholde udstyret.

Neurofeedback:

Én NF-session består af 2 feedbackblokke, der hver varer 12 min. og en overførselsblok, der varer 8 min. En feedbackblok består af 12 reguleringsforsøg. Et reguleringsforsøg består af 20 s hviletid og 30 s reguleringstid. Opgaven er at øge eller mindske den hæmodynamiske aktivitet i DLPFC eller IFG (eller, for den falske kontrolgruppe, 4 kanaler i den temporale cortex, som formodentlig ikke er involveret i impulsivitet/ADHD symptomatologi; desuden i et upubliceret pilotstudie, disse 4 kanaler viste sig at være inaktive under en Stroop-opgave, der involverede kognitive kontrolfunktioner), med 50 % aktiveringsforsøg og 50 % deaktiveringsforsøg, som blev præsenteret i tilfældig rækkefølge. Som en tilbagemelding af hæmodynamisk hjerneaktivering vises en bold til deltageren på en skærm, der bevæger sig fra venstre mod højre og viser koncentrationsændringer i iltet hæmoglobin ved at bevæge sig under eller over en linje i midten af ​​skærmen. En pil i midten af ​​skærmen indikerer, om aktivering (peger opad) eller deaktivering (peger nedad) forventes på en given prøve. I aktiveringsforsøg bør koncentrationen af ​​oxygeneret hæmoglobin stige i forhold til baseline, i deaktiveringsforsøg skal den falde. Ved afslutningen af ​​et vellykket forsøg (bolden bevægede sig i den forventede retning i mindst 7 s af de sidste 15 s reguleringstid), en givende feedback ("Gut gemacht, weiter so!", som er tysk for "Godt gået, fortsæt sådan!") vises på skærmen. En transferblok består af 8 reguleringsforsøg, hvor den bevægende bold ikke vises, men belønningen ved forsøgets afslutning indikerer stadig, om deltageren havde succes. Overførselsblokkene er inkluderet for at lette overførslen af ​​de tillærte reguleringsstrategier til hverdagen.

Undersøgelsespopulation:

Deltagerne vil blive rekrutteret fra den lokale studerende befolkning via annoncer/e-mail og fra eksisterende databaser. Et online system vil blive brugt til at få potentielle deltagere til at udfylde ASRS for at klassificere dem som høj- eller lavimpulsive. Under denne online screeningsprocedure bekræfter de med et knaptryk, at de har læst undersøgelsesinformationen og det informerede samtykke, og at de er indforstået med brugen af ​​deres data. De "fortsætter" ved endnu et knaptryk og vil blive informeret om deres rettigheder. Passende potentielle deltagere (stærkt-impulsive raske forsøgspersoner med ASRS-score >15 men <23) kontaktes igen for at få en studieaftale. Den fuldstændige undersøgelsesinformation, informeret samtykke og datasikkerhedsformular vil blive sendt til den potentielle deltager på det tidspunkt. Når de ankommer til selve laboratorieaftalen, vil de igen modtage forklaringer på alle procedurer og mulige risici mundtligt og skriftligt. De indgår i undersøgelsen, når de giver deres skriftlige informerede samtykke.

Estimeret prøvestørrelse:

Det foreslåede projekt er planlagt som et randomiseret, kontrolleret forsøg og omfatter i alt 60 deltagere fordelt på en IFG-, en DLPFC- og en placebo-træningsgruppe, der modtager enten IFG-baseret, DLPFC-baseret eller en falsk (temporal cortex) NF-kontroltræning . Baseret på effektstørrelserne af NF-interventioner typisk observeret hos patienter med ADHD (omkring d=0,8 for opmærksomhedsrelaterede symptomforbedringer, sammenlignet med forskellige kontrolgrupper inklusive venteliste, EMG-biofeedback og kognitiv træning; se f.eks. Arns, de Ridder, Strehl, Breteler & Coenen, 2009), undergruppestikprøvestørrelser på n=20 ville være resultatet af en formel potensberegning med en foruddefineret α på 0,05 og en tilsigtet potens på mindst 80 %. Nært relateret til den aktuelt planlagte træningsprotokol bekræfter nyere egne data effektstørrelser på mindst 0,8 for præ-post sammenligninger inden for et kontrolgruppedesign. I detaljer, efter otte træningssessioner med en frontallappen-fokuseret fNIRS-baseret NF-træning, viste stærkt impulsive forsøgspersoner positive ændringer i både kognitive mål (standardafvigelse af RT'er i en stopsignalopgave) og kortikal aktivering (venstre DLPFC), som var signifikant stærkere end i en EMG-baseret kontroltræningsgruppe (Hudak et al., 2017) med effektstørrelser på henholdsvis dcorr = 0,981 og 1,61 (formel ifølge Klauer (2001) for pre-post kontrol designstudier). Samlet set, og baseret på den mere konservative estimering af NF-effekter på selve symptomniveauet (se ovenfor), ser en stikprøvestørrelse på n=20 pr. gruppe og behandlingsarm således ud til at være tilstrækkelig til de forskellige mål og spørgsmål i den foreslåede undersøgelse .

Risici og bivirkninger:

FNIRS: Der er ingen medicinske risici forbundet med en fNIRS-optagelse; når der anvendes laserdioder, hvilket er tilfældet i nærværende undersøgelse, sker der ingen væsentlig vævsopvarmning. For at undgå utilsigtede problemer vil alle mulige forholdsregler blive taget. Retningslinjer og protokoller om, hvordan man håndterer måleapplikationerne (f.eks. komfortabel justering af NIRS-hætten) vil blive fulgt strengt som foreslået af erfarne laboratorier. Desuden vil forsøgslederne arbejde under tæt opsyn af Dr. Ann-Christine Ehlis.

FNIRS-baseret NF: Risici forbundet med fNIRS-baseret NF-behandling er få, sjældne og kan hurtigt afhjælpes. For personer, der er meget følsomme eller modtagelige, kan fNIRS-baseret NF udløse migrænehovedpine (induceret muskelspændinger), hedeture eller mild angst (præstationsinduceret). Potentielle problemer kan minimeres og afværges ved at indhente en tilstrækkelig sygehistorie før behandling. Bivirkninger er typisk milde, forbigående og hurtigt afhjælpelige, så deltagerne kan fortsætte med behandlingen.

Databeskyttelse:

Alle forsøgsledere er bundet til professionelt skøn. Medicinske ph.d.-studerende/masterstuderende, der potentielt er involveret i projektet, vil få detaljerede forklaringer af alle procedurer og vil underskrive en kontrakt om anvendelse af disse retningslinjer. Den fortrolige behandling af data i henhold til databeskyttelsesloven er garanteret. Da data er kodet ved erhvervelse, er det ikke muligt at tildele offentliggjorte resultater til enkeltpersoner. Optagelser, der muliggør en genidentifikation, er låst og kun tilgængelige for medarbejdere (for yderligere detaljer, se nedenfor). Følgende regler vil blive anvendt for håndtering af data.

Dataindsamling og lagring:

Data vil blive gemt ved hjælp af koder. Disse pseudonymer vil blive oprettet for hver deltager (tysk: "Pseudonymisierung"). Koderne er sammensat af navnet på det brugte paradigme og deltagerens løbende nummer.

Der vil kun være tre formularer med deltagernes navn på. Først vil deltagerne skrive deres navn, fødselsdato og underskrift på samtykkeerklæringen. For det andet vil forsøgslederen notere deltagernes navn, fødselsdato og studiekode på protokolformularen. Denne protokol vil være den eneste måde at forbinde en deltagers undersøgelseskode med hendes/hans identitet. For det tredje vil deltagerne underskrive en formular for at have modtaget deltagergebyr. Alle tre dokumenter vil blive opbevaret bortset fra de øvrige undersøgelsesdokumenter i et aflåseligt skab. Nøglerne til dette skab og til rummet vil kun være tilgængelige med en licens underskrevet af Dr. A.-C. Ehlis, leder af forskningsgruppen "Psychophysiology and Optical Imaging" ved Institut for Psykiatri og Psykoterapi i Tübingen.

De psykometriske spørgeskemaer vil blive opbevaret i et skab i et aflåseligt rum. Kun deltagernes undersøgelseskode er noteret på disse spørgeskemaer. Nøglerne til rummet vil også være tilgængelige udelukkende med en licens underskrevet af Dr. A.-C. Ehlis. Disse dokumenter vil blive destrueret efter ti år. Endvidere vil spørgeskemadata og deltagernes undersøgelseskoder blive indtastet i en datamatrix af programmerne Excel eller SPSS til yderligere analyser. Billeddataene er også mærket med deltagernes undersøgelseskoder.

Online spørgeskemaet vil blive konstrueret og distribueret ved hjælp af SoSciSurvey software. SoSciSurvey gemmer alle data på en tysk server (placeret i München). SoSciSurvey deler ingen data med tredjeparter, gemmer ikke IP-adresser og sletter alle data, hvis projektlederen ikke har logget ind i systemet i tre måneder. Alle data krypteres under dataoverførsel. SoSciSurvey tilbyder således en meget høj sikkerhedsstandard. Efter onlinevurderingsperioden vil dataene blive downloadet og gemt på en adgangskodebeskyttet harddisk fra Universitetshospitalet Tübingen (Psykofysiologi & Optisk Imaging-gruppe). Alle data vil derefter blive slettet fra SoSciSurvey-serveren.

Dataanalyse:

De kodede data vil blive analyseret, og resultaterne vil blive offentliggjort i specifikke videnskabelige tidsskrifter. Der vil ikke være mulighed for at udlede oplysninger om enkelte deltagere ud fra disse resultater.

FNIRS-data vil blive analyseret med softwarepakken implementeret i ETG-4000 (Topo-software fra Hitachi Medical Co., Japan) samt MATLAB (The MathWorks Inc.), en kommerciel software, der anvendes til offlineanalyse af ændringen i hæmoglobin koncentration. Derudover vil der blive udført statistiske analyser med softwarepakkerne Excel (Microsoft inc.) og SPSS. Til statistisk analyse vil hovedsageligt ANOVA'er for gentagne mål og korrelationsanalyser blive anvendt. Post-hoc sammenligninger vil blive udført ved hjælp af t-tests for matchede eller uafhængige prøver samt korrelationsanalyser.