fNIRS-Neurofeedback bei sehr impulsiven Teilnehmern mit ROI-Regionen DLPFC und IFG

Ziele:

Die Forscher werden die Auswirkungen – und Spezifität – von zwei fNIRS-basierten NF-Protokollen bewerten, eines für die DLPFC und eines für das IFG. Beide Gruppen werden auch mit einer „Schein“-Trainingsgruppe mit Regulierung des fNIRS-Signals außerhalb der Frontallappen verglichen. In allen drei Gruppen werden Vor- und Nachtests durchgeführt, d. h. Messungen der Gehirnaktivität, der Kognition und des impulsiven Verhaltens werden vor Beginn der NF-Trainingsphase sowie nach der letzten Trainingseinheit durchgeführt. Dabei werden eine Go/Nogo-Aufgabe und eine N-Back-Aufgabe eingesetzt, um trainingsbedingte Veränderungen der Gehirnaktivität und der neuropsychologischen Leistungsfähigkeit zu bewerten. Die Studienpopulation wird aus sehr impulsiven (gesunden) Personen bestehen, bei denen zuvor festgestellt wurde, dass sie eine verringerte DLPFC- und IFG-Aktivität aufweisen (ähnlich wie bei Patienten mit ADHS), und die Forscher gehen davon aus, dass ihre DLPFC- und IFG-Funktion nach dem fNIRS-NF-Training zunimmt. Unsere Hypothese ist, dass sich beide aktiven NF-Gruppen (DLPFC und IFG) bei allen relevanten Maßnahmen stärker verbessern als die Placebo-Gruppe (Scheintraining). Dabei werden spezifische Vorteile in der DLPFC-Gruppe für Arbeitsgedächtnisdaten (n-back-Aufgabe) und in der IFG-Gruppe für Maßnahmen der inhibitorischen Kontrolle (Go/Nogo-Aufgabe) erwartet. Darüber hinaus werden die Forscher die Wirkung von fNIRS-NF auf die Stressreaktion testen, indem sie den TSST als standardisierten Stresstest verwenden. Es wird angenommen, dass fNIRS-NF-Training auch bei der Stressreduzierung wirksam ist, indem es die stressbedingte Regulierung stärkt (die auch mit dem Frontallappen in Zusammenhang steht).

Es wird angenommen, dass beide Trainings erfolgreich bei der Reduzierung impulsiven Verhaltens sein werden; In einem Vor-/Nachtest werden jedoch spezifische Auswirkungen der fNIRS-basierten NF des DLPFC auf die Arbeitsgedächtnisfunktion und der fNIRS-basierten NF des IFG auf die Hemmkontrolle erwartet. Korrelationen zwischen beiden Funktionen und impulsiven Symptomen werden einen Hinweis darauf geben, welcher Trainings-ROI für die Behandlung von (bestimmten Untergruppen von) ADHS vielversprechender sein könnte. Korrelationen zwischen der Regulierung verschiedener Trainings-ROIs werden die Spezifität der Feedback-Regulierung umschriebener kortikaler Bereiche aufzeigen.

Funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS):

Ein fNIRS-System (ETG-4000, Hitachi Medical Corporation, Japan) wird verwendet, um hämodynamische Reaktionen innerhalb des präfrontalen Kortex (PFC) zu messen.

Alle Experimente werden in der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie der Universität Tübingen (Calwerstraße 14/Osianderstraße 24, 72076 Tübingen) durchgeführt. Alle medizinisch-technischen Geräte sind CE-zertifiziert und für die Anwendung am Patienten zugelassen und dürfen bestimmungsgemäß nur von Personen verwendet werden, die über die Kenntnisse und Erfahrungen zur Bedienung, Anwendung und Wartung der Geräte verfügen.

Neurofeedback:

Eine NF-Sitzung besteht aus 2 Feedbackblöcken von jeweils 12 Minuten Dauer und einem Transferblock von jeweils 8 Minuten Dauer. Ein Feedbackblock besteht aus 12 Regulierungsversuchen. Ein regulärer Versuch besteht aus 20 Sekunden Ruhezeit und 30 Sekunden regulärer Zeit. Die Aufgabe besteht darin, die hämodynamische Aktivität im DLPFC oder IFG (oder, für die Scheinkontrollgruppe, 4 Kanäle des temporalen Kortex, die vermutlich nicht an der Impulsivitäts-/ADHS-Symptomatik beteiligt sind) zu erhöhen oder zu verringern; außerdem wurde in einer unveröffentlichten Pilotstudie Es wurde festgestellt, dass diese 4 Kanäle während einer Stroop-Aufgabe mit kognitiven Kontrollfunktionen inaktiv waren, wobei 50 % Aktivierungsversuche und 50 % Deaktivierungsversuche in zufälliger Reihenfolge dargestellt wurden. Als Rückmeldung der hämodynamischen Gehirnaktivierung wird dem Teilnehmer auf einem Bildschirm ein Ball gezeigt, der sich von links nach rechts bewegt und Konzentrationsänderungen im sauerstoffhaltigen Hämoglobin darstellt, indem er sich unter oder über einer Linie in der Mitte des Bildschirms bewegt. Ein Pfeil in der Mitte des Bildschirms zeigt an, ob bei einem bestimmten Versuch eine Aktivierung (nach oben zeigend) oder eine Deaktivierung (nach unten zeigend) erwartet wird. Bei Aktivierungsversuchen sollte die Konzentration an sauerstoffhaltigem Hämoglobin im Vergleich zum Ausgangswert ansteigen, bei Deaktivierungsversuchen sollte sie sinken. Am Ende eines erfolgreichen Versuchs (der Ball hat sich in den letzten 15 Sekunden der regulären Spielzeit mindestens 7 Sekunden lang in die erwartete Richtung bewegt) erfolgt eine lohnende Rückmeldung („Gut gemacht, weiter so!“). „Weiter so!") wird auf dem Bildschirm angezeigt. Ein Transferblock besteht aus 8 regulären Versuchen, bei denen der sich bewegende Ball nicht gezeigt wird, die Belohnung am Ende des Versuchs aber dennoch anzeigt, ob der Teilnehmer erfolgreich war. Um den Transfer der erlernten Regulationsstrategien in den Alltag zu erleichtern, sind die Transferbausteine ​​enthalten.

Studienpopulation:

Die Teilnehmer werden aus der lokalen Studentenschaft über Anzeigen/E-Mails und aus bestehenden Datenbanken rekrutiert. Über ein Online-System werden potenzielle Teilnehmer das ASRS ausfüllen lassen, um sie als stark oder wenig impulsiv einzustufen. Bei diesem Online-Screening-Verfahren bestätigen sie per Knopfdruck, dass sie die Studieninformationen und die Einverständniserklärung gelesen haben und mit der Nutzung ihrer Daten einverstanden sind. Durch einen weiteren Tastendruck „fahren“ sie weiter und werden über ihre Rechte informiert. Geeignete potenzielle Teilnehmer (stark impulsive gesunde Probanden mit ASRS-Werten >15, aber <23) werden erneut für einen Studientermin kontaktiert. Die vollständigen Studieninformationen, die Einverständniserklärung und das Datensicherheitsformular werden zu diesem Zeitpunkt an den potenziellen Teilnehmer gesendet. Beim Eintreffen zum eigentlichen Labortermin erhalten Sie noch einmal mündliche und schriftliche Erläuterungen zu allen Abläufen und möglichen Risiken. Sie werden in die Studie einbezogen, wenn sie ihr schriftliches Einverständnis geben.

Schätzung der Stichprobengröße:

Das vorgeschlagene Projekt ist als randomisierte, kontrollierte Studie geplant und umfasst insgesamt 60 Teilnehmer, aufgeteilt in eine IFG-, eine DLPFC- und eine Placebo-Trainingsgruppe, die entweder ein IFG-basiertes, ein DLPFC-basiertes oder ein Schein-NF-Kontrolltraining (temporaler Kortex) erhalten . Basierend auf den Effektgrößen von NF-Interventionen, die typischerweise bei Patienten mit ADHS beobachtet werden (ca. d=0,8 für aufmerksamkeitsbezogene Symptomverbesserungen im Vergleich zu verschiedenen Kontrollgruppen, einschließlich Warteliste, EMG-Biofeedback und kognitivem Training; siehe z. B. Arns, de Ridder, Strehl, Breteler & Coenen, 2009) wären Untergruppen-Stichprobengrößen von n=20 das Ergebnis einer formalen Trennschärfeberechnung mit einem vordefinierten α von 0,05 und einer beabsichtigten Trennschärfe von mindestens 80 %. In engem Zusammenhang mit dem aktuell geplanten Trainingsprotokoll bestätigen aktuelle eigene Daten Effektstärken von mindestens 0,8 für Prä-Post-Vergleiche innerhalb eines Kontrollgruppendesigns. Im Detail zeigten hochimpulsive Probanden nach acht Trainingseinheiten mit einem auf den Frontallappen fokussierten fNIRS-basierten NF-Training positive Veränderungen sowohl bei den kognitiven Zielmaßen (Standardabweichung der RTs bei einer Stoppsignalaufgabe) als auch bei der kortikalen Aktivierung (linker DLPFC). waren signifikant stärker als in einer EMG-basierten Kontrolltrainingsgruppe (Hudak et al., 2017) mit Effektgrößen von dcorr = 0,981 bzw. 1,61 (Formel nach Klauer (2001) für Prä-Post-Kontrolldesignstudien). Zusammengenommen und basierend auf der konservativeren Schätzung der NF-Effekte auf der Symptomebene selbst (siehe oben) scheint eine Stichprobengröße von n=20 pro Gruppe und Behandlungsarm daher für die unterschiedlichen Ziele und Fragestellungen der vorgeschlagenen Studie angemessen zu sein .

Risiken und Nebenwirkungen:

FNIRS: Mit einer fNIRS-Aufzeichnung sind keine medizinischen Risiken verbunden. Beim Einsatz von Laserdioden, was in der vorliegenden Studie der Fall ist, kommt es zu keiner nennenswerten Erwärmung des Gewebes. Um versehentliche Probleme zu vermeiden, werden alle möglichen Vorsichtsmaßnahmen getroffen. Richtlinien und Protokolle zur Handhabung der Messanwendungen (z. B. bequeme Anpassung der NIRS-Kappe) werden strikt befolgt und von erfahrenen Labors empfohlen. Darüber hinaus werden die Experimentatoren unter der engen Aufsicht von Dr. Ann-Christine Ehlis arbeiten.

FNIRS-basierte NF: Die mit der fNIRS-basierten NF-Behandlung verbundenen Risiken sind gering, selten und schnell behebbar. Bei Personen, die hochsensibel oder anfällig sind, kann fNIRS-basiertes NF Migränekopfschmerzen (induziert durch Muskelverspannungen), Hitzewallungen oder leichte Angstzustände (induziert durch Leistung) auslösen. Potenzielle Probleme können minimiert und vermieden werden, indem vor der Behandlung eine angemessene Anamnese erhoben wird. Nebenwirkungen sind in der Regel mild, vorübergehend und schnell behebbar, so dass die Teilnehmer die Behandlung fortsetzen können.

Datenprivatsphäre:

Alle Experimentatoren unterliegen der Schweigepflicht. Potenzielle am Projekt beteiligte Medizindoktoranden/Masterstudierende erhalten ausführliche Erläuterungen zu allen Abläufen und unterzeichnen einen Vertrag zur Anwendung dieser Richtlinien. Die vertrauliche Behandlung der Daten im Sinne des Datenschutzgesetzes ist gewährleistet. Da die Daten bei der Erfassung verschlüsselt werden, ist eine Zuordnung veröffentlichter Ergebnisse zu Einzelpersonen nicht möglich. Aufzeichnungen, die eine erneute Identifizierung ermöglichen, sind gesperrt und nur für Mitarbeiter zugänglich (weitere Details siehe unten). Für den Umgang mit den Daten gelten die folgenden Regeln.

Datenerfassung und -speicherung:

Die Datenspeicherung erfolgt mittels Codes. Diese Pseudonyme werden für jeden Teilnehmer erstellt (deutsch: „Pseudonymisierung“). Die Codes setzen sich aus dem Namen des verwendeten Paradigmas und der laufenden Nummer des Teilnehmers zusammen.

Es wird nur drei Formulare geben, auf denen der Name des Teilnehmers steht. Zunächst tragen die Teilnehmer ihren Namen, ihr Geburtsdatum und ihre Unterschrift auf das Einverständnisformular ein. Zweitens notiert der Experimentator den Namen, das Geburtsdatum und den Studiencode des Teilnehmers auf dem Protokollformular. Dieses Protokoll ist die einzige Möglichkeit, den Studiencode eines Teilnehmers mit seiner Identität zu verknüpfen. Drittens unterzeichnen die Teilnehmer ein Formular zur Bestätigung der Teilnahmegebühr. Alle drei Dokumente werden getrennt von den anderen Studienunterlagen in einem abschließbaren Schrank aufbewahrt. Die Schlüssel für diesen Schrank und für das Zimmer sind ausschließlich mit einer von Dr. A.-C. unterzeichneten Lizenz zugänglich. Ehlis, Leiter der Forschungsgruppe „Psychophysiologie und optische Bildgebung“ an der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie in Tübingen.

Die psychometrischen Fragebögen werden in einem Schrank in einem abschließbaren Raum aufbewahrt. Auf diesen Fragebögen wird nur der Studiencode der Teilnehmer vermerkt. Auch die Zimmerschlüssel sind ausschließlich mit einer von Dr. A.-C. unterzeichneten Lizenz zugänglich. Ehlis. Diese Unterlagen werden nach zehn Jahren vernichtet. Darüber hinaus werden die Fragebogendaten und Studiencodes der Teilnehmer für weitere Analysen in eine Datenmatrix der Programme Excel oder SPSS eingegeben. Die Bilddaten sind außerdem mit den Studiencodes der Teilnehmer gekennzeichnet.

Der Online-Fragebogen wird mit der SoSciSurvey-Software erstellt und verteilt. SoSciSurvey speichert alle Daten auf einem deutschen Server (Standort München). SoSciSurvey gibt keine Daten an Dritte weiter, speichert keine IP-Adressen und löscht alle Daten, wenn sich der Projektleiter drei Monate lang nicht im System angemeldet hat. Alle Daten werden bei der Datenübertragung verschlüsselt. Somit bietet SoSciSurvey einen sehr hohen Sicherheitsstandard. Im Anschluss an den Online-Beurteilungszeitraum werden die Daten heruntergeladen und auf einer passwortgeschützten Festplatte des Universitätsklinikums Tübingen (Gruppe Psychophysiologie & Optische Bildgebung) gespeichert. Anschließend werden alle Daten vom SoSciSurvey-Server gelöscht.

Datenanalyse:

Die kodierten Daten werden analysiert und die Ergebnisse in bestimmten wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht. Rückschlüsse auf einzelne Teilnehmer sind aus diesen Ergebnissen nicht möglich.

FNIRS-Daten werden mit dem im ETG-4000 implementierten Softwarepaket (Topo-Software von Hitachi Medical Co., Japan) sowie mit MATLAB (The MathWorks Inc.), einer kommerziellen Software zur Offline-Analyse der Hämoglobinveränderung, analysiert Konzentration. Zusätzlich werden statistische Analysen mit den Softwarepaketen Excel (Microsoft Inc.) und SPSS durchgeführt. Für die statistische Analyse werden hauptsächlich ANOVAs für wiederholte Messungen und Korrelationsanalysen verwendet. Post-hoc-Vergleiche werden mithilfe von T-Tests für übereinstimmende oder unabhängige Stichproben sowie Korrelationsanalysen durchgeführt.