Ein Biofeedback-Training bei Schulkindern mit einer Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS)

1. Strategien 90 Schulkinder der Klassen 1 bis 4, die die Kriterien für eine DSM-V-Diagnose von ADHS (beliebige Präsentation) erfüllen, werden rekrutiert. Das Design umfasst drei Gruppen (n = 30 pro Gruppe; N = 90), denen rekrutierte Kinder nach dem Zufallsprinzip zugeordnet werden, aber nach Alter, Geschlecht und Medikation angepasst werden. Zusätzlich zu den VR NIRS NF- und VR EMG-Biofeedback-Gruppen wird eine dritte Gruppe NIRS NF in genau derselben 2D-Klassenzimmerumgebung erleben.
2. Die Studie 2.1. Testprotokoll Aufklärungsgespräch: Eltern von Kindern, bei denen ADHS vordiagnostiziert wurde, werden keinem Screeningverfahren unterzogen. Eltern, deren Kinder zuvor noch keine ADHS-Vordiagnose hatten, erhalten jedoch die deutsche Version des Conners-3-Eltern-ADHS-Index (C3-AI). Nur wenn das Screening zeigt, dass das Kind ein erhöhtes ADHS-Risiko hat, werden die Ermittler mit einem Aufklärungsgespräch fortfahren. Wenn das Screening ergibt, dass es unwahrscheinlich ist, dass das Kind ADHS hat, schließen die Prüfärzte das Kind aus der Studie aus. Wenn bei dem Kind zuvor entweder ADHS vordiagnostiziert wurde oder das Screening eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für das Kind anzeigt, ADHS zu haben, haben die Eltern nach dem Treffen genügend Zeit, um darüber nachzudenken, ob sie eine schriftliche Einverständniserklärung zur Teilnahme an der Sitzung abgeben möchten lernen.

Wenn die Eltern eine schriftliche Einverständniserklärung abgeben, ist der nächste Schritt eine Sitzung, in der die ADHS-Diagnose überprüft wird. Für diese Sitzung werden die Eltern über drei Möglichkeiten informiert.

1. Diagnostikgespräch im Rahmen ihrer Teilnahme an einer zweiten Studie an der Kinderklinik Tübingen parallel zur Teilnahme an unserer Biofeedback-Studie. „Aufmerksamkeit und Kognition bei Kindern mit Neurofibromatose Typ 1“ heißt diese Studie, in der noch ausschließlich Kinder mit ADHS (ohne Neurofibromatose Typ 1) als Kontrollgruppe gesucht werden.
2. Diagnostikgespräch im Rahmen der Spezialsprechstunde ADHS in der Ambulanz der Abteilung für Kinder- und Jugendpsychiatrie.
3. Diagnosesitzung im Rahmen dieser Biofeedback-Studie wie unten beschrieben.

Diagnosegespräch: Zur standardisierten Bestätigung sowie Charakterisierung der Diagnose werden die Langversionen der Conners-3 Eltern- und Lehrerbewertungsskalen (3-P und 3-T) angewendet. Darüber hinaus wird die deutsche Version des Stärken- und Schwierigkeitenfragebogens (SDQ-Deu) die Schwere der Symptome sowie Komorbiditäten aus Klassenlehrer- und Elternsicht erfassen. Zur Einschätzung der tatsächlichen Lebensqualität von Eltern und Kind werden Eltern und Kinder gebeten, das Kiddy-Kindl in der entsprechenden Fassung auszufüllen. Außerdem werden Umgebungsvariablen wie Medikamente, Vorbehandlungen, andere klinische Diagnosen etc. mit einem Fragebogen erhoben. Als neuropsychologische Variablen wird die Intelligenz mit der Kurzversion des Culture Fair Tests (CFT 1-R oder CFT 20-R) erfasst.

Vortest:

Sitzung 1 des Vortests wird die exekutiven Funktionen der Teilnehmer bewerten und erfordert eine Auswaschung von Methylphenidat (MPH) sowie Amphetaminen. MPH und Amphetamine sollten über das Wochenende mindestens 48 Stunden ausgewaschen werden, damit der Vortest montags stattfinden kann. Atomoxetin muss nicht ausgewaschen werden, da die Wirkung von Medikamenten nicht direkt mit dem Wirkstoffspiegel im Blut zusammenhängt. In dieser ersten Sitzung findet eine kombinierte EEG/NIRS-Messung statt, da die Untersucher Aufschluss darüber geben möchten, ob sich durch die BF-Intervention verursachte Veränderungen auch in Veränderungen widerspiegeln, die mit EEG und NIRS bei folgenden Aufgaben gemessen werden können: a Go/No-Go-Aufgabe (10 Min.), eine verbale Redegewandtheitsaufgabe (10 Min.) und eine n-back-Aufgabe (10 Min.). Außerdem wird die Leistung der Teilnehmer bei einer Digit-Span-Aufgabe (vorwärts & rückwärts) (10 Min.) wird verbales WM bewerten, während eine Matrizenspanne-Aufgabe (15 Min.) und die Corsi-Block-Tapping-Aufgabe (vorwärts & rückwärts) (10 Min.) bewertet die visuell-räumliche WM-Leistung. Die Hemmung wird noch einmal mit der Stoppsignal-Aufgabe (10 Min.) bewertet.

In Sitzung 2 (ohne medikamentöse Auswaschung) wird die schulische Leistung mit einem der entsprechenden DEMAT 1+-4 (20-40 Min.) zur Bewertung der mathematischen Leistung und dem SLRT-II (25-35 Min.) zur Bewertung der Lese- und Schreibleistung bewertet. Weiterhin wird die Daueraufmerksamkeit mit dem CPT nach Conner (15 Min.) erfasst. Fragebögen zur Selbstbeherrschung und schulischen Selbstwirksamkeit werden von den Kindern ausgefüllt (ca. 20 Minuten.).

Darüber hinaus wird ein Beschleunigungsmesser, der an zehn aufeinanderfolgenden Tagen auf der nicht dominanten Körperseite (Hüfte) mit einem leichten Gürtel am Hosenbund getragen wird, die motorische Hyperaktivität objektiv beurteilen. Während dieser Zeit werden die Eltern einmal täglich angerufen, um die ADHS-Symptome mit dem Global Index ADHS (ADHS-GI) zu bewerten und zu überprüfen, ob der Beschleunigungsmesser getragen wird und funktioniert.

Eltern und Lehrer werden gebeten, den BRIEF sowie den SDQ-Deu, die Langversionen der Conners-3-Bewertungsskalen für Eltern und Lehrer (3-P und 3-T) und das Kiddy-Kindl auszufüllen. Darüber hinaus werden die Ermittler die Eltern bitten, eine angepasste Version des FERT sowie eine angepasste Version der kurzen Selbstkontrollskala auszufüllen, um ihre Erwartungen an das Training einzuschätzen.

Midway-Test: Nach acht Einheiten haben die Teilnehmer eine zwei- bis dreiwöchige Pause, in der kein NF- oder BF-Training stattfindet. ADHS-Verhalten wird beurteilt, indem Eltern und Lehrer gebeten werden, den Conners 3-P/3-T auszufüllen.

Nachtest: Der Nachtest folgt dem bereits im Vortest angewandten Verfahren.

Follow-Up-Test (6 Monate nach der letzten Trainingseinheit): Der Follow-Up-Test folgt genau dem Ablauf des Post-Tests.

Jede Sitzung. Während jeder Sitzung bewerten die Ermittler die Motivation des Teilnehmers mit einem kurzen Fragebogen, der Freude, Anstrengung und Begeisterung misst. Weiterhin wird die Herzratenvariabilität (HRV) erfasst, da diese nachweislich mit Motivationsprozessen in Zusammenhang steht. Beschleunigungsmesserdaten von Knie und Handgelenk werden aufgezeichnet, um hyperaktives Verhalten zu untersuchen.

2.2. Trainingsplan und -protokoll Die NIRS- und EMG-basierten NF- und BF-Trainingsprotokolle dieser Studie umfassen insgesamt 15 Trainingseinheiten, zwei bis drei pro Woche. Jede Trainingseinheit dauert ca. 60 Minuten einschließlich des eigentlichen Biofeedback-Trainings und einer Vorbereitungsphase zu Beginn, in der bei einem NF-Training die NIRS-Haube und ihre Optoden auf den Kopf aufgesetzt bzw. die EMG-Elektroden über beiden platziert werden Musculi supraspinatus bei einem BF-Training. Weiterhin ist das Head-Mounted Display (HMD) für die VR montiert (nur in den VR 3D-Klassenzimmergruppen).

Jede Trainingseinheit mit NIRS- und EMG-basierter NF/BF besteht aus drei Durchgängen, von denen der erste und der zweite mit kontinuierlichem Leistungsfeedback (Feedback-Bedingung) durchgeführt werden. Im dritten Durchlauf erfolgt keine Rückmeldung (Übergabebedingung). Die Beleuchtung im 3D-VR- oder 2D-Klassenzimmer nimmt mit der Aktivierung zu und mit der Deaktivierung ab. Während der ersten acht Trainingseinheiten folgt das Training einem Protokoll mit 50 % Aktivierungs- und 50 % Deaktivierungsversuchen. Für die zweite Hälfte der Trainingseinheiten ändert sich das Protokoll zu 80 % Aktivierungs- und 20 % Deaktivierungsversuchen.

Nach acht Sitzungen haben die Teilnehmer eine zwei- bis dreiwöchige Pause, die darauf abzielt, den Transfer in ein reales Setting weiter zu unterstützen, indem sie Stimuluskarten mit Screenshots des Trainingssettings und Anweisungen verwenden, um die Aktivierung und Deaktivierung täglich zu Hause zu üben. Die Stimuluskarten zeigen das Bild des Klassenzimmers, das die Teilnehmer während des Trainings sehen, und werden direkt nach den Trainingseinheiten 6, 7 und 8 im Labor eingeführt. Das heißt, mit Hilfe dieser Kärtchen und beim Anschauen sollen die Teilnehmer (je nachdem, ob sie zur NIRS-NF- oder EMG-BF-Gruppe gehören) mehrmals Gehirn- oder Muskelaktivierung so üben, wie sie es im Training gelernt haben, also sie sollte sich vorstellen, beim Betrachten der Reizkarten für zwei bis vier Minuten die Beleuchtung im Raum zu erhöhen. Nach dieser Aktivierungsaufgabe lösen sie einige mathematische Aufgaben oder Rätsel, die ihrem Alter und ihrem Wissen entsprechen. In der zweiten Hälfte der Trainingseinheiten, nach der Pause, werden die Teilnehmer gebeten, die Aktivierung zu Hause vor den Hausaufgaben sowie in anderen Situationen, die Aufmerksamkeit erfordern, weiter zu üben.

2.3. Experimentelles Paradigma Teilnehmer, die ein NIRS-basiertes NF-Training erhalten, müssen das BOLD-Signal entsprechend erhöhen (Aktivierung) oder verringern (Deaktivierung). Analog dazu müssen die Teilnehmer im BF-Trainingszustand die mit EMG gemessene Muskelaktivität erhöhen und verringern. Jede Session besteht aus drei Läufen. Im ersten und zweiten Durchlauf erfolgt eine bedingte Leistungsrückmeldung, im dritten Durchlauf erfolgt keine Rückmeldung. Die Rückmeldung an die Teilnehmer erfolgt über einen kontinuierlichen Lichtwechsel im Raum; der Raum wird mit zunehmender Aktivierung heller und mit zunehmender Deaktivierung dunkler. Zusätzliches Feedback von einem animierten Lehrer sowie eine Anzeigetafel geben ihnen am Ende jeder Prüfung positive Bestätigung.

Visuelle, auditive und gemischte Ablenker wie zB durch den Raum fliegende Papierflieger, flüsternde Kommilitonen oder Menschen, die an die Tür klopfen und den Raum betreten, werden ab der vierten Trainingseinheit in jedem Lauf eingeführt. Die Distraktoren erscheinen mit einem Abstand von mindestens 60 Sekunden zwischen zwei Distraktoren.

Die Basislinie des ersten, zweiten und dritten Durchlaufs wird aus dem BOLD-Signal in den letzten zwei Sekunden vor dem Erscheinen des Triggers (Pfeil) berechnet. Die Verstärkung wird mit 1 Smiley bereitgestellt, wenn der Teilnehmer 60 % der Zeit der zweiten Hälfte des Versuchs auf der erforderlichen Seite der Grundlinie verbracht hat (d. h. unterhalb, wenn eine Deaktivierung erforderlich ist, oder darüber, wenn eine Aktivierung erforderlich ist). Analog erhält er/sie 2 Smileys mit 70% und 3 Smileys mit 80% der zweiten Versuchshälfte in der geforderten Richtung. Die Bewehrung für den zweiten Lauf ändert sich adaptiv mit der Leistung im ersten Lauf. Wenn der Teilnehmer zwischen 40-60 % Erfolgsquote erzielt hat (mindestens 1 Smiley bekommen), bleibt der zweite Block genauso wie der erste. Wenn der Teilnehmer eine Erfolgsquote von weniger als 40 % erzielt, sinkt der Schwellenwert auf 0,8 Standardabweichungen (STD) in beide Richtungen relativ zur Grundlinie, sodass die Normalisierung des Lichts es leistungsempfindlicher macht. Darüber hinaus würde die Schwelle für das Erhalten eines Smileys auf 50 %, 60 % bzw. 70 % für einen, zwei oder drei Smileys sinken. Wenn der Teilnehmer im ersten Durchgang eine Erfolgsquote von mehr als 60 % erzielt, würde sich der Schwellenwert auf 1,2 STD über und unter der Grundlinie erhöhen. Darüber hinaus müsste der Prozentsatz der Zeit, der über oder unter der Grundlinie verbracht wird, 0,1 STD über oder unter der Grundlinie liegen, um auf den Gesamtprozentsatz angerechnet zu werden. Der dritte Lauf ist der gleiche wie der zweite in der Berechnung.