Reaktionshemmung auf Hinweise auf kalorienreiche Nahrungsmittel bei Jugendlichen nach aktivem und sitzendem Videospielen

Design. Ein randomisiertes Crossover-Design mit ausgeglichenen Behandlungsbedingungen wird verwendet, um das Ausmaß der neuronalen Hemmung bei kalorienreichen und kalorienarmen Nahrungsmitteln bei Jugendlichen zwischen zwei Bedingungen zu vergleichen. Diese beiden Bedingungen umfassen eine 60-minütige Sitzung mit aktivem Videospielen und eine 60-minütige Sitzung mit sitzendem Videospielen. Die Reihenfolge der Behandlungsbedingungen wird mithilfe einer validierten einfachen Randomisierungstechnik zufällig zugewiesen. Während jeder Laborsitzung werden EEG-Daten aufgezeichnet und später analysiert, um die einzelnen ereignisbezogenen Potenzialkomponenten (ERP) nach jeder der beiden Bedingungen zu bewerten. Die Teilnehmer absolvieren eine Aufgabe zur Betrachtung der Go/No-Go-Reaktionshemmung mit Bildern von kalorienreichen und kalorienarmen Lebensmitteln, die auf einem Computermonitor angezeigt werden. Die Aufgabe zur Reaktionshemmung wird unmittelbar nach Beendigung jeder Videospielbedingung durchgeführt.

Bedingungen für Videospiele. Die Bedingung für sitzendes Videospielen erfordert, dass die Teilnehmer 60 Minuten lang sitzend spielen. Die Bedingung für das aktive Spielen von Videospielen erfordert, dass die Teilnehmer 60 Minuten aktives Videospiel auf mäßig intensivem Niveau (3,0–5,9 Stoffwechseläquivalente (METs)) absolvieren und dabei ein beliebtes Tanzsimulationsspiel namens „Dance Dance Revolution“ (DDR von Konami Digital Entertainment, Redwood City, CA). DDR löst eine mäßige Intensität aus (3,0-5,9). METs) Grad der körperlichen Aktivität. Es hat sich gezeigt, dass 60 Minuten aktives Videospielen zu mäßig intensiver körperlicher Aktivität führen. Aktuelle Richtlinien empfehlen Jugendlichen, sich täglich mindestens 60 Minuten lang mäßig bis intensiv körperlich zu betätigen.

Teilnehmer. 62 gesunde Jugendliche (31 Frauen und 31 Männer) werden durch Anzeigen und Flugblätter in der örtlichen Gemeinde rekrutiert. Teilnehmer sind Jugendliche im Alter zwischen 12 und 15 Jahren.

Verfahrensscreening. Kandidaten für die Studie und ihre Erziehungsberechtigten erhalten eine E-Mail mit einem Link zu einer Online-Umfrage. Bei der Online-Umfrage handelt es sich um einen „Ja oder Nein“-Fragebogen, um sicherzustellen, dass die Teilnehmer die Einschlusskriterien erfüllen. Um sich für die Studie zu qualifizieren, müssen die Kandidaten jede Frage richtig beantworten. Im Rahmen der Online-Umfrage werden die Teilnehmer gebeten, etwaige Nahrungsmittelallergien zu melden und einen Fragebogen zu Nahrungsmittelpräferenzen auszufüllen. Der Fragebogen zur Lebensmittelpräferenz wird verwendet, um die standardisierten Mahlzeiten für jeden Teilnehmer zuzubereiten. Qualifizierte Kandidaten werden zur Teilnahme an der Studie eingeladen.

Orientierung. Teilnehmer der Studie werden gebeten, vor der ersten Laborsitzung die Einwilligungs- und Einwilligungsformulare auszufüllen. Die Teilnehmer und ihre Erziehungsberechtigten kommen mindestens einen Tag vor ihrer ersten Laborsitzung zum Labor für klinische Neurowissenschaften, um ihre standardisierten Mahlzeiten abzuholen. Jeder Teilnehmer wird über den Hauptzweck der Studie informiert und mit den Testverfahren vertraut gemacht. Die Teilnehmer werden angewiesen, am Testtag den Konsum von Koffein und anderen Stimulanzien sowie in den 24 Stunden vor dem Test keine intensiven körperlichen Aktivitäten zu unternehmen. Den Teilnehmern wird eine Kopie dieser Testanleitung ausgehändigt.

Standardisierte Mahlzeiten. Die Teilnehmer erhalten an jedem Testtag ein standardisiertes Frühstück und Mittagessen. Der Energiebedarf jedes Teilnehmers wird anhand der Gleichungen der Weltgesundheitsorganisation zur Vorhersage der Grundumsatzraten geschätzt. Diese Gleichung verwendet Größe (cm), Gewicht (kg) und Alter (Jahre), um den Grundumsatz vorherzusagen, und wurde auf Genauigkeit und Zuverlässigkeit validiert. Zur Schätzung des gesamten täglichen Energiebedarfs wird ein Aktivitätsfaktor von 1,6 für Jungen und 1,5 für Mädchen verwendet.

Die Mahlzeiten werden basierend auf dem Makronährstoffgehalt (60 % Kohlenhydrate, 20 % Fett, 20 % Protein), Alter, Geschlecht und körperlicher Aktivität (leichte, mäßige oder hohe Aktivität) standardisiert. Die Teilnehmer erhalten 25 % ihres täglichen Kalorienbedarfs zum Frühstück und 25 % zum Mittagessen. An beiden Testtagen werden die gleichen Lebensmittel verabreicht und die Teilnehmer werden angewiesen, alle Lebensmittel für beide Mahlzeiten zu sich zu nehmen. Die Einhaltung der Mahlzeiten wird zu Beginn jeder Sitzung beurteilt. Bei Nichteinhaltung (nicht alle Nahrungsmittel zu sich nehmen und/oder andere Nahrungsmittel zu sich nehmen) müssen die Teilnehmer diese bestimmte Laborsitzung an einem anderen Tag wiederholen, wenn sie die Ernährungsprotokolle befolgt haben.

Die Mahlzeiten sind so gestaltet, dass sie eine angemessene Nahrungsmenge darstellen, um den Teilnehmern eine ausreichende Nahrungsaufnahme zu ermöglichen. Die Teilnehmer erhalten vor dem ersten Testtag ihre beiden standardisierten Mahlzeiten zusammen mit der Anweisung, an Testtagen nur standardisierte Mahlzeiten zu sich zu nehmen, Koffeinkonsum zu vermeiden und sich 24 Stunden vor dem Test intensiv körperlich zu betätigen. Die Teilnehmer werden angewiesen, ihr Frühstück und Mittagessen an jedem Testtag zur gleichen Tageszeit und mindestens zwei Stunden vor ihrer Ankunft einzunehmen.

Videospielsitzungen. Jeder Teilnehmer absolviert zwei separate Laborsitzungen. Demografische und anthropometrische Informationen werden zu Beginn der ersten Laborsitzung gesammelt. Zu Beginn jeder Laborsitzung werden die Teilnehmer gebeten, ihren Hunger einzuschätzen. Hoffman et al. verglichen die P3- und N2-Komponenten zwischen gefüttertem Zustand (1 Stunde postprandial) und nüchternem Zustand (17 Stunden fasten) und fanden bei jungen Erwachsenen keine signifikanten Unterschiede in der Amplitude oder Latenz der P3- oder N2-Komponente. Testverfahren und -protokolle werden mit jedem Teilnehmer vor Beginn jeder Videospielsitzung besprochen. Anschließend werden die Teilnehmer in das Videospiellabor gebracht, wo sie eine 60-minütige Videospielsitzung absolvieren. Zu Beginn der Videospielsitzung werden die Teilnehmer mit dem Stoffwechselsystem K4b2 (Cosmed, Rom, Italien), dem Polar-Herzfrequenzmesser (Polar, Helsinki, Finnland) und dem Aktivitätsmonitor GT3X (Pensicola, FL) ausgestattet, um den Energieverbrauch zu messen . Die Stoffwechselinformationen jedes Teilnehmers werden gemessen und zur Analyse aufgezeichnet.

Unmittelbar nach jeder Videospielbedingung werden die Teilnehmer in einen angrenzenden Raum mit EEG-Geräten gebracht, wo sie die Aufgaben zur Reaktionshemmung erledigen. Nach der zweiten Videospielsitzung werden die Teilnehmer gebeten, jedes Lebensmittelbild entweder als kalorienreich oder kalorienarm zu klassifizieren, um sicherzustellen, dass die Teilnehmer die Lebensmittelbilder während der Aufgaben zur Reaktionshemmung korrekt identifiziert haben. Nach Abschluss der Aufgabe zur Reaktionshemmung werden die Teilnehmer in einen separaten Raum geführt, um den Stroop-Color Word-Test zu absolvieren.

Aufgabe zur Reaktionshemmung. Unmittelbar nach den aktiven und passiven Videospielbedingungen absolvieren die Teilnehmer zwei Go/No-Go-Aufgaben zum aktiven Betrachten. Die Go/No-Go-Aufgabe umfasst Bilder von kalorienreichen und kalorienarmen Lebensmitteln. Die Bilder für die Betrachtungsaufgaben werden auf der Grundlage von Erkenntnissen von Blechert et al. ausgewählt, die kürzlich über normative Bewertungen von 568 Bildern von Lebensmitteln mit hohem und niedrigem Kaloriengehalt berichteten. Bei der ersten Betrachtungsaufgabe werden insgesamt 150 Bilder verwendet, davon 100 Bilder mit hohem Kaloriengehalt und 50 Bilder mit niedrigem Kaloriengehalt; Die kalorienarmen Bilder werden die Zielreize sein. Die zweite Betrachtungsaufgabe umfasst 100 Bilder mit niedrigem Kaloriengehalt und 50 Bilder mit hohem Kaloriengehalt; Die kalorienreichen Bilder werden die Zielreize sein. Jede der Betrachtungsaufgaben wird für jeden Teilnehmer in einer anderen zufälligen Reihenfolge angezeigt. Die Bilder werden 500 Millisekunden (ms) lang angezeigt, mit einem Versuchsintervall von 1300 ms zwischen den Bildern. Nach der zweiten Aufgabe zur Reaktionshemmung werden die Teilnehmer gebeten, die Bilder subjektiv nach Angenehmheit und Erregung zu bewerten, indem sie eine Bildbewertungsskala von 1 bis 9 verwenden (wobei 1 die niedrigste und 9 die höchste ist). Um das Verständnis der Teilnehmer für kalorienarme und kalorienreiche Lebensmittel zu ermitteln, werden die Teilnehmer gebeten, eine kurze Aufgabe zu lösen, in der sie jedes Lebensmittelbild entweder als kalorienarm oder kalorienreich kategorisieren.

Go/No-Go-Paradigma. Für den kalorienreichen Teil der Go/No-Go-Aufgabe werden die Teilnehmer angewiesen, mit dem rechten Zeigefinger einen Knopf zu drücken, wenn sie Bilder von kalorienarmen Lebensmitteln sehen, die als Zielreize dienen. Die kalorienarmen Lebensmittel sind der Zielreiz und die Teilnehmer müssen ihre Reaktion durch Drücken der entsprechenden Taste festlegen. Dieser Teil der Aufgabe wird „Los“ genannt. Der „No-Go“-Teil der Aufgabe erfordert, dass die Teilnehmer den Knopf nicht drücken, wenn Bilder von kalorienreichen Lebensmitteln präsentiert werden. Die zweite Go/No-Go-Aufgabe verwendet die umgekehrten Anweisungen der ersten Aufgabe. Die Teilnehmer werden angewiesen, zu „gehen“ oder einen Knopf zu drücken, wenn Bilder von kalorienreichen Lebensmitteln präsentiert werden, und die Bilder von kalorienreichen Lebensmitteln zurückzuhalten oder „nicht zu gehen“, wenn die Bilder von kalorienarmen Lebensmitteln präsentiert werden die Zielreize sein. Bilder für beide Aufgaben werden in zufälliger Reihenfolge präsentiert, wobei 150 Bilder 500 ms lang mit einem Intervall zwischen den Versuchen von 1300 ms angezeigt werden. Die Teilnehmer werden angewiesen, so ruhig wie möglich zu bleiben und ihre Augenzwinkern zu minimieren, um die Menge an Artefakten (Störungen oder Lärm) zu reduzieren, während EEG-Daten aufgezeichnet werden.

Um die Auswirkungen mäßig intensiver körperlicher Aktivität auf die Reaktionshemmung weiter zu untersuchen, werden den Teilnehmern mehrere Nahrungsmittel zur Auswahl gestellt, während sie einen auditiven verbalen Lerntest, den Rey auditory verbalen Learning Test (AVLT), absolvieren. Das Rey AVLT wird gemäß dem von Vakil et al. validierten Protokoll verabreicht, das zuvor beschrieben wurde. Nach dem 6. Versuch des Rey AVLT erhalten die Teilnehmer 30 Minuten vor den letzten Teilen des Lerntests die Möglichkeit, nach Belieben Lebensmittel mit hoher und niedriger Energiedichte zu sich zu nehmen. Während der 30-minütigen Verzögerungszeit werden jedem Teilnehmer Lebensmittel ausgehändigt, die zuvor auf 0,1 Gramm genau abgemessen und gewogen wurden, während sie auf die Verzögerungszeit des Rey AVLT warten. Zu den kalorienreichen Lebensmitteln gehören auch Lebensmittel mit hoher Energiedichte. Zu den kalorienarmen Lebensmitteln gehören Lebensmittel mit geringer Energiedichte, wie zum Beispiel Obstscheiben und Gemüse. Der Test wird 8 Versuche umfassen und den Teilnehmern ausreichend Zeit geben, vorab abgemessene Lebensmittel zu sich zu nehmen. Mit dem Abschluss des Rey AVTL-Tests ist die gesamte Sitzung abgeschlossen.

Nach Abschluss der ersten Videospielsitzung kehren die Teilnehmer nach 7 Tagen zurück, um die zweite Videospielsitzung abzuschließen. Die Teilnehmer werden 24 Stunden vor ihrer zweiten Videospielsitzung kontaktiert, um die Teilnehmer an die bevorstehende Testsitzung zu erinnern. Teilnehmer, die sowohl Videospielsitzungen als auch die begleitenden Tests absolvieren, erhalten für den Abschluss der Studie 40 US-Dollar.

Leistungsanalyse. Die Anzahl der Teilnehmer wurde auf der Grundlage einer signifikanten Verschiebung der N2-Amplituden geschätzt. Da gezeigt wurde, dass Bewegung bei Erwachsenen einen mäßigen Einfluss auf die neuronalen Reaktionen auf Nahrungsmittelsignale hat, wurde eine geschätzte mittlere Differenz von 0,50 Mikrovolt verwendet. In dieser Analyse wurde auch ein mittlerer Standardfehler von 0,63 Mikrovolt verwendet, basierend auf früheren Untersuchungen, die dabei halfen, eine Test-Retest-Zuverlässigkeit der N2-Amplituden mithilfe von EEG-Techniken zu ermitteln.197 Basierend auf einer mittleren N2-Differenz von 0,5 Mikrovolt, einem mittleren Standardfehler von 0,63 Mikrovolt und einem Alpha von 0,05 ist eine Stichprobe von 55 Teilnehmern erforderlich, um eine Leistung von 90 % zu erreichen. Basierend auf früheren Erfahrungen mit der Messung von ERPs gehen wir außerdem davon aus, dass 10 % der EEG-Messungen aufgrund schlechter oder unvollständiger Daten verloren gehen. Um diesen Verlust auszugleichen, werden wir weitere 7 Teilnehmer rekrutieren, also insgesamt 62 Teilnehmer.

Statistische Analyse. Die Analyse wird mit der SAS-Statistiksoftware (Version 9.4; SAS Institute, Inc. Cary NC) durchgeführt. Die Teilnehmerdaten werden als Mittelwerte und Standardabweichungen angegeben. Um die Haupt- und Interaktionseffekte innerhalb jedes Subjekts zu bewerten, wird eine ANOVA mit wiederholten Messungen aus 2 Bedingungen (aktiv und passiv) x 2 neuronalen Hemmungen (Go und No/Go) x 2 Kalorien (hohe Kalorien und niedrige Kalorien) verwendet. Für diese Analyse wird ein Alpha-Wert von 0,05 verwendet. Post-hoc-T-Tests werden durchgeführt, wenn signifikante Effekte beobachtet werden, um signifikante Unterschiede zu identifizieren. Bonferroni-Anpassungen werden für mehrere Vergleiche durchgeführt.