Verbesserung der Sprachverständlichkeit durch transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) (StimSpeechCom)

Hintergrund und Begründung In Europa leiden 71 Millionen Menschen – 16 % der Bevölkerung – an Hörproblemen. Eine der Hauptfolgen einer Hörbeeinträchtigung ist die verminderte Sprachverständlichkeit, insbesondere in akustisch anspruchsvollen Bedingungen, wie z. B. in halligen oder lauten Umgebungen.

Das vorgeschlagene Projekt soll unser Verständnis der Mechanismen entwickeln, die genutzt werden können, um das Sprachverstehen unter schwierigen Hörbedingungen zu unterstützen, und wie sie bei hörgeschädigten und älteren Hörern verbessert werden können.

Zu diesem Zweck werden die kompensatorischen neuronalen Mechanismen der artikulatorisch-motorischen Integration getestet, indem eine transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) über dem vMC angewendet wird.

Ziel(e) Das übergeordnete Ziel der Studie ist es, Licht in die Kompensationsmechanismen zu bringen, die das Sprachverstehen unter wahrnehmungsmäßig herausfordernden Bedingungen unterstützen.

Experimente 1 bis 3 Das Hauptziel besteht darin, die Nützlichkeit der auditiv-motorischen Integration für das Sprachverständnis (DS) zu testen.

Ein sekundäres Ziel ist es, die Wechselwirkung zwischen dem Abbaugrad von DS und der tACS-induzierten Leistungsverbesserung zu bewerten. Ein weiteres sekundäres Ziel ist es, potenzielle Unterschiede von tACS-induzierten Verbesserungen bei jüngeren und älteren Hörgeschädigten zu untersuchen.

Experiment 4 Das Hauptziel besteht darin, die Nützlichkeit der zerebroakustischen Kohärenz für das SIN-Verständnis zu testen. Das sekundäre Ziel von Experiment 4 ist zu testen, ob die zerebroakustische Kohärenz die Verarbeitung auf Silbenebene widerspiegelt.

Statistische Überlegungen:

Für alle Experimente werden ANOVAs mit wiederholten Messungen mit gemischten Effekten durchgeführt. Für Post-hoc-Vergleiche werden um Mehrfachvergleiche korrigierte gepaarte t-Tests angewendet.

Anzahl der Teilnehmer mit Begründung

Leistungsanalysen wurden für jedes Experiment separat durchgeführt, wobei eine mittlere Effektgröße angenommen wurde. Das Ergebnis der Trennschärfeanalyse legt nahe, dass die minimale Gesamtstichprobengröße für Experiment 1 30, für Experiment 2+3 50 und 60 für Experiment 4 beträgt.

Experiment 1 Das Ergebnis der Power-Analyse legt eine minimale Gesamtstichprobengröße von 30 jüngeren Teilnehmern nahe.

Experiment 2-3 Das Ergebnis der Power-Analyse legt eine minimale Gesamtstichprobengröße von 50 nahe, darunter 25 jüngere und 25 ältere Teilnehmer; Experiment 4 Das Ergebnis der Power-Analyse legt eine minimale Gesamtstichprobengröße von 60 nahe, darunter 30 jüngere und 30 ältere Teilnehmer an dem Experiment.

Umgang mit fehlenden Daten und Studienabbrechern Studienabbrecher sowie Teilnehmer, die aufgrund einer im Pretest-Screening festgestellten Unterschreitung der Hörschwelle ausgeschlossen werden müssen, werden durch neu rekrutierte Teilnehmer ersetzt. Bei fehlenden Daten werden die Analysen mit den verfügbaren Daten durchgeführt. Abbruchdaten werden nach Beendigung der Datenauswertung ausgewertet und anonymisiert.

Studienintervention

Die Hauptintervention der Studie ist die tACS-Stimulation. Es werden zwei Stimulationsprotokolle verwendet.

Das in den Experimenten 1–3 verwendete Stimulationsprotokoll 1 (SP1) umfasst eine kontinuierliche Hochfrequenzstimulation (2 kHz). In Experiment 1 wird SP1 online angewendet (während einer MEP-Aufzeichnung). In den Experimenten 2-3 wird SP1 20 Minuten lang offline (vor Beginn der Aufgabe) angewendet.

Das in Experiment 4 verwendete Stimulationsprotokoll 2 (SP2) umfasst online (während der Aufgabenausführung) eine tACS-Stimulation mit niederfrequenter Sprachhüllkurve (env) (1–8 Hz).

In allen Experimenten beträgt die Stimulationsintensität 2 mA (Spitze-zu-Spitze-Wert, entsprechend einer Sinuswelle mit einer Amplitude von ±1 mA).

Die Stimulation erfolgt über leitfähige Gummielektroden, die über dem ventralen motorischen Kortex (vMC) platziert werden. Die Elektroden werden gemäß dem 10-20 International EEG System platziert, um den Zielort zu identifizieren.

Darüber hinaus wird die TMS-Stimulation in Experiment 1 angewendet, um artikulatorische motorisch evozierte Potenziale (aMEPs) zu messen.

Die Stimulationsintensität beträgt 120 % der individuellen motorischen Schwelle der Teilnehmer [3].

Monophasisches Einzelpuls-TMS wird über dem Lippenmotorkortex im vMC angewendet, um aMEPs zu induzieren.

Studienverfahren

Vorabsiebung

• Bewertung der Einschluss-/Ausschlusskriterien
• Sammlung demografischer Informationen

Screening des Hör- und Sprachverständnisses

• Screening der Hörschwelle
• Sprachrezeptionsschwelle
• Textempfangsschwelle

Subjektives Verständlichkeitsniveau Vor der experimentellen Sitzung jedes Experiments wird das subjektive Verständlichkeitsniveau bewertet, um die Verschlechterungsniveaus abzuschätzen, die zu einer Erkennungsleistung von 75 % (einfach), 50 % (mittel) und 25 % (schwierig) führen. Die Verschlechterung erfolgt in Form von Noise Vocoding, das eine parametrische Manipulation der Sprachverständlichkeit ermöglicht. Dies ist eine Manipulation, die den spektralen Inhalt der Sprache reduziert, ohne ihren zeitlichen Inhalt zu beeinflussen. Das Ergebnis ähnelt einem heiseren Roboterflüstern.

Versuch 1:

Jeder Teilnehmer durchläuft zwei tACS-Sitzungen: eine experimentelle Sitzung mit Online-tACS bei 2 kHz und eine Kontrollsitzung, in der eine Scheinstimulation geliefert wird, die jeweils 20 Minuten dauern (Sitzungsreihenfolge ist ausgeglichen). Während des Experiments werden TMS-induzierte aMEPs von den Lippenmuskeln der Teilnehmer aufgezeichnet.

Versuch 2:

Jeder Teilnehmer durchläuft zwei tACS-Sitzungen: eine experimentelle Sitzung, in der 2 kHz tACS geliefert wird, und eine Kontrollsitzung, in der eine Scheinstimulation geliefert wird, die jeweils 10 Minuten dauern (Sitzungsreihenfolge ist ausgeglichen). In den 20 Minuten nach jeder tACS-Sitzung hören die Teilnehmer Sprachreize, die auf verschiedenen Verständlichkeitsstufen herabgesetzt wurden. Sie werden gebeten, die gehörten Wörter so schnell wie möglich und mit maximal 10 Sekunden pro Element (mit einer Computertastatur) zu transkribieren. Ihnen werden jeweils 30 Wörter mit niedrigem, mittlerem und hohem Abbaugrad sowie 30 klare Stimuli in zufälliger Reihenfolge präsentiert.

Versuch 3:

Das geräuschvocodierte Sprachverständnis der Teilnehmer (für eine Beschreibung des Verfahrens siehe Abschnitt 3.2) wird anhand des gleichen Testverfahrens wie in Experiment 1 bewertet. In einer experimentellen Gruppe wird tACS mit den gleichen Einstellungen wie oben beschrieben (SP1) verwendet, um eine erhöhte artikulatorisch-motorische Erregbarkeit zu induzieren; in einer Kontrollgruppe wird Schein-tACS verabreicht. In den folgenden 20 Minuten erhalten die Teilnehmer eine Schulung zu geräuschvokodierter Sprache. Das Training besteht aus 250 Wörtern, die paarweise präsentiert werden, zuerst eine klare Instanz eines Wortes, dann sein herabgesetztes Gegenstück, 200 ms nach dem Versatz des klaren Wortes. Wortpaare werden mit einem Jitter-Inter-Trial-Intervall (ITI) von 1500 ± 500 ms präsentiert. Es hat sich gezeigt, dass diese Art der Präsentation sehr effektiv sein kann, um das geräuschvokodierte Wortverständnis schnell zu verbessern: Mit der Präsentation von 120 Elementen (die etwa 10 Minuten für die Präsentation dauern) verbesserte sich die Genauigkeit der Teilnehmer bei der Worterkennung von etwa 20 % auf über 30 % [4]. Das geräuschvocodierte Wortverständnis wird nach dem Training erneut bewertet.

Versuch 4:

Die Teilnehmer durchlaufen zwei tACS-Sitzungen, in denen ihr DS-Verständnis getestet wird, während sie entweder env-tACS- oder zeitumgekehrte env-tACS-Versuche erhalten, die von Scheinstimulationsversuchen unterbrochen werden. Wie in Experiment 1 werden den Teilnehmern 30 Reize präsentiert, die in drei verschiedenen Ausmaßen degradiert wurden, und 30 klare Reize, und sie werden gebeten, die gehörten Wörter innerhalb von 10 Sekunden zu transkribieren.

Weitere Aspekte Ethische Gesamtüberlegungen Die Studie hat das Potenzial, sowohl einen wissenschaftlichen Wert zu tragen, der mit der Verbesserung des Verständnisses der Kompensationsmechanismen verbunden ist, die ein vermindertes Sprachverständnis unterstützen, als auch einen sozialen Wert, da ihre Ergebnisse die Entwicklung neuer Interventionsstrategien zur Überwindung des Hörvermögens beeinflussen könnten Beeinträchtigung oder informieren über die Verbesserung bestehender. Die Ergebnisse der Studie sind auf viele (wenn nicht sogar die meisten) Situationen des Hörens unter wahrnehmungsmäßig herausfordernden Bedingungen, wie z. B. Schwerhörigkeit, verallgemeinerbar. Angesichts der Tatsache, dass die größten gesellschaftlichen Belastungen durch Hörbeeinträchtigung mit normalem altersbedingtem Hörverlust (d. h. Presbyakusis) verbunden sind, zielen wir darauf ab, die Verallgemeinerbarkeit der Ergebnisse auf das dritte Lebensalter auszudehnen, indem wir eine Stichprobe von Teilnehmern aus einer älteren Bevölkerung einbeziehen.

Erklärung zur guten klinischen Praxis (GCP) Diese Studie wird in Übereinstimmung mit dem Protokoll, der aktuellen Version der Deklaration von Helsinki, der International Conference on Harmonisation-GCP, dem Schweizerischen Humanforschungsgesetz sowie anderen lokal relevanten gesetzlichen und regulatorischen Anforderungen durchgeführt

Risiko-Nutzen-Bewertung Mit den Studieninterventionen selbst sind keine Risiken verbunden, solange die Ausschlusskriterien eingehalten werden, mit Ausnahme der seltenen leichten und vorübergehenden Wirkungen der tACS-Stimulation. Ebenso wenig sind Risiken eines unbefugten Datenzugriffs durch Dritte oder einer ungewollten Identifizierung von Teilnehmern zu erwarten.

Die Studien erwarten auch keinen unmittelbaren Nutzen für den Teilnehmer. Die Teilnehmer (und alle anderen) können jedoch von den potenziell starken wissenschaftlichen und sozialen Werten der Studie profitieren, die sich aus einem besseren Verständnis der (kompensatorischen) neuronalen Mechanismen ergeben, die an der Herausforderung der Sprachwahrnehmung und den möglicherweise folgenden medizinischen Geräten (z. B. Hörgeräten) beteiligt sind .

Qualitätskontrolle und Datenschutz Qualitätsmaßnahmen Um eine gute Datenqualität zu gewährleisten, werden alle Projektmitarbeiter in allen wichtigen studienrelevanten Aspekten geschult. Dem Personal werden theoretische und praktische Kenntnisse über das spezifische nicht-invasive elektrische Hirnstimulationsgerät sowie das experimentelle Protokoll vermittelt, das in dem jeweiligen Experiment verwendet wird, an dem es beteiligt ist, durch sorgfältige Prüfung des experimentellen Protokolls und Durchführung von Übungssitzungen. Damit die Daten nicht verloren gehen oder beschädigt werden, werden sie doppelt gespeichert. Der Ermittler führt regelmäßige Datenqualitätsprüfungen durch.

Zur Qualitätssicherung können der Sponsor, die Ethikkommission oder ein unabhängiger Studienmonitor die Forschungszentren besuchen. Bei solchen Gelegenheiten wird direkter Zugriff auf die Quelldaten und alle studienbezogenen Dateien gewährt. Alle Beteiligten behandeln die Teilnehmerdaten streng vertraulich.

Datenaufzeichnung und Quelldaten

Ein elektronisches Fallberichtsformular (e-CRF) wird aufbewahrt für:

• Teilnehmer, die eingeschlossen wurden* und die Studie erfolgreich abgeschlossen haben
• Teilnehmer*innen, die in die Studie eingeschlossen* wurden, aber aufgrund eines subnormalen Hörvermögens ausgeschlossen werden mussten, wie im Vorscreening festgestellt wurde (die Teilnehmer sind sich dieser Möglichkeit bewusst, da sie sowohl in der Teilnehmerinformation als auch in der Einverständniserklärung angegeben wird) *Einschluss wird durch Unterzeichnung der Einwilligungserklärung festgestellt. Es liegt in der Verantwortung des Prüfarztes sicherzustellen, dass alle Daten im Verlauf der Studie vollständig und richtig in die jeweilige Datenbank eingegeben werden. Wesentliche Unterlagen sind mindestens 10 Jahre nach dem ordentlichen Ende oder einer vorzeitigen Beendigung des jeweiligen Studiums aufzubewahren (Art. 25 der KlinV). e-CRFs identifizieren die Teilnehmer nicht anhand ihres Namens oder Geburtsdatums, sondern liefern geeignete Dummy-codierte Identifikations-IDs. e-CRFs werden in einem passwortgeschützten Excel-Sheet gespeichert und sind nur autorisiertem Personal zugänglich, das die Daten zur Erfüllung ihrer Aufgaben im Rahmen der Studie benötigt. Der Studienleiter kontrolliert die korrekte Dateneingabe in die Datenbank.

Quelldokumente in dieser Studie sind demografische Daten, Einverständniserklärungen, Randomisierungsnummern, (S)AEs und Ergebnisse relevanter Untersuchungen. In den e-CRFs erfasste Daten sind die anonymisierte Teilnehmer-ID, Alter, Teilnahmedatum, Ein- und Ausschlusskriterien, Hörschwellen, zugeordnete Erkrankungen und subjektive Behandlungsbewertung.

Vertraulichkeit und Codierung Studien- und Teilnehmerdaten werden streng vertraulich behandelt und sind nur autorisiertem Personal zugänglich, das die Daten zur Erfüllung ihrer Aufgaben im Rahmen der Studie benötigt. Auf den CRFs und anderen studienspezifischen Dokumenten werden die Teilnehmer nur durch eine eindeutige Teilnehmernummer identifiziert, die in der Teilnehmeridentifikationsliste gespeichert ist.

Um sie vor unbefugter oder versehentlicher Weitergabe, Veränderung, Löschung, Vervielfältigung und Diebstahl zu schützen, aber gleichzeitig die Nachvollziehbarkeit (Audit Trail; KlinV, Art. 18), speichert der Ermittler die Teilnehmeridentifikationsliste in zwei Formaten. Eine elektronische Version wird auf einem sicheren Netzwerkordner des zuständigen Forschungszentrums (Universität Zürich (UZH) oder Inselspital Bern) gespeichert, auf den nur die Forschenden zugreifen können. Zusätzlich wird eine Papierversion im Gebäude des Psychologischen Instituts der UZH verschlossen und nur für die Untersuchungsperson zugänglich sein.

Aufbewahrung und Vernichtung von Studiendaten Alle Studiendaten werden für 10 Jahre nach Studienende oder vorzeitigem Studienende archiviert. Alle Studiendaten (einschließlich digitaler Kopien physischer Dokumente) werden in zwei Archiven gespeichert, um die Verfügbarkeit einer Sicherungskopie zu gewährleisten, falls Dateien in einem der Archive beschädigt, falsch geändert oder verloren gehen. So werden die Daten auf einem sicheren Netzwerkordner der UZH gespeichert, auf den nur die Projektmitglieder und nur innerhalb des Netzes der Universität Zürich zugreifen können, sowie auf einem passwortgeschützten Ordner einer Massenspeicherfestplatte (HDD). Wird vor Beendigung der Studie ein zentraler Backup-Speicher der UZH frei, werden die Daten von der Festplatte dorthin ausgelagert. Die Papierdaten (d.h. Einwilligungserklärung und Fragebögen) werden im UZH-Gebäude verschlossen.

Monitoring und Registrierung Aufgrund der geringen Risiken dieser Studie wird ein internes Studienmonitoring angewendet: Der Studienleiter wird das Protokoll, die Daten und die von den Projektmitgliedern eingeholten Einwilligungserklärungen regelmäßig auf Richtigkeit überprüfen und sicherstellen, dass keine Daten fehlen und Datenspeicherung in Übereinstimmung mit dem Protokoll. Die Quelldaten/Dokumente werden Beobachtern zugänglich gemacht und Fragen werden während des Monitorings beantwortet.

Die Studie wird auch in einer Landessprache (Deutsch) im Swiss National Clinical Trial Portal (SNCTP) via BASEC registriert.

Finanzierung/Publikation/Interessenerklärung Die Studie wird vollständig vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) finanziert. Nach statistischen Analysen jedes Experiments wird der Projektleiter die unveröffentlichten, nicht begutachteten Vorabdrucke über ein Open-Access-Portal (z. B. BioRχive®) zugänglich machen und sich bemühen, die Daten in einer wissenschaftlichen, begutachteten Form zu veröffentlichen Tagebuch. Lediglich nichtklinische Daten werden in anonymisierter Form zur Verfügung gestellt. Die Studienergebnisse werden den Teilnehmern mitgeteilt, wenn sie angeben, dass sie über die Studienergebnisse informiert werden möchten.

Alle Projektmitglieder geben keinen Interessenkonflikt an.