fNIRS Neurofeedback in partecipanti altamente impulsivi con regioni ROI DLPFC e IFG

Obiettivi:

Gli investigatori valuteranno gli effetti - e la specificità - di due protocolli NF basati su fNIRS, uno mirato al DLPFC e uno mirato all'IFG. Entrambi i gruppi saranno anche confrontati con un gruppo di addestramento "fittizio" con regolazione del segnale fNIRS al di fuori dei lobi frontali. I test pre/post saranno condotti in tutti e tre i gruppi, ovvero le misure dell'attività cerebrale, della cognizione e del comportamento impulsivo saranno ottenute prima dell'inizio della fase di formazione NF e dopo l'ultima sessione di formazione. Pertanto, verranno applicati un compito Go/Nogo e un compito n-back per valutare i cambiamenti correlati all'allenamento nell'attività cerebrale e nelle prestazioni neuropsicologiche. La popolazione dello studio sarà composta da individui altamente impulsivi (sani), che in precedenza avevano dimostrato di mostrare una ridotta attività DLPFC e IFG (simile ai pazienti con ADHD), e i ricercatori si aspettano che la loro funzione DLPFC e IFG aumenti dopo l'allenamento fNIRS-NF. La nostra ipotesi è che entrambi i gruppi NF attivi (DLPFC e IFG) miglioreranno più del gruppo placebo (sham training) su tutte le misure rilevanti. Pertanto, sono attesi vantaggi specifici nel gruppo DLPFC per i dati della memoria di lavoro (attività n-back) e nel gruppo IFG per misure di controllo inibitorio (attività Go/Nogo). Inoltre, i ricercatori testeranno l'effetto di fNIRS-NF sulla risposta allo stress utilizzando il TSST come test di stress standardizzato. Si ipotizza che l'allenamento fNIRS-NF sia anche efficace nel ridurre lo stress rafforzando la regolazione correlata allo stress (che è stata anche correlata al lobo frontale).

Si ipotizza che entrambi gli allenamenti avranno successo nel ridurre il comportamento impulsivo; tuttavia, in un test pre/post, sono previsti effetti specifici della NF basata su fNIRS del DLPFC sulla funzione della memoria di lavoro e della NF basata su fNIRS dell'IFG sul controllo inibitorio. Le correlazioni tra entrambe le funzioni ei sintomi impulsivi forniranno un'indicazione su quale ROI dell'allenamento potrebbe essere più promettente per il trattamento di (specifici sottogruppi di) ADHD. Le correlazioni tra la regolazione delle diverse ROI di formazione indicheranno la specificità della regolazione del feedback delle aree corticali circoscritte.

Spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS):

Un sistema fNIRS (ETG-4000, Hitachi Medical Corporation, Giappone) verrà utilizzato per misurare le risposte emodinamiche all'interno della corteccia prefrontale (PFC).

Tutti gli esperimenti saranno condotti presso il Dipartimento di Psichiatria e Psicoterapia dell'Università di Tubinga (Calwerstraße 14/Osianderstraße 24, 72076 Tubinga). Tutti i dispositivi medico-tecnici sono certificati CE e approvati per l'applicazione nei pazienti e saranno utilizzati solo in base allo scopo approvato da persone che hanno le conoscenze e l'esperienza per utilizzare, applicare e mantenere i dispositivi.

Neurofeedback:

Una sessione NF comprende 2 blocchi di feedback ciascuno della durata di 12 min e un blocco di trasferimento della durata di 8 min. Un blocco di feedback è costituito da 12 prove di regolazione. Una prova regolamentare consiste in 20 s di riposo e 30 s di tempo regolamentare. Il compito è aumentare o diminuire l'attività emodinamica nel DLPFC o IFG (o, per il gruppo di controllo fittizio, 4 canali della corteccia temporale, che presumibilmente non è coinvolta nella sintomatologia dell'impulsività/ADHD; inoltre, in uno studio pilota non pubblicato, questi 4 canali sono risultati inattivi durante un'attività Stroop che coinvolge funzioni di controllo cognitivo), con il 50% di prove di attivazione e il 50% di prove di disattivazione, che sono state presentate in ordine casuale. Come feedback dell'attivazione cerebrale emodinamica, una palla viene mostrata al partecipante su uno schermo, spostandosi da sinistra a destra e rappresentando i cambiamenti di concentrazione nell'emoglobina ossigenata spostandosi sotto o sopra una linea al centro dello schermo. Una freccia al centro dello schermo indica se per una determinata prova è prevista l'attivazione (rivolta verso l'alto) o la disattivazione (rivolta verso il basso). Negli studi di attivazione, la concentrazione di emoglobina ossigenata dovrebbe aumentare rispetto al basale, negli studi di disattivazione dovrebbe diminuire. Al termine di una prova riuscita (la palla si è mossa nella direzione prevista per almeno 7 s degli ultimi 15 s del tempo regolamentare), un feedback gratificante ("Gut gemacht, weiter so!", che in tedesco significa "Ben fatto, continua così!") viene mostrato sullo schermo. Un blocco di trasferimento consiste in 8 prove regolamentari in cui la palla in movimento non viene mostrata, ma la ricompensa alla fine della prova indica comunque se il partecipante ha avuto successo. I blocchi di trasferimento sono inclusi per facilitare il trasferimento nella vita quotidiana delle strategie di regolazione apprese.

Popolazione studiata:

I partecipanti saranno reclutati dalla popolazione studentesca locale tramite pubblicità/e-mail e da database esistenti. Verrà utilizzato un sistema online per consentire ai potenziali partecipanti di compilare l'ASRS al fine di classificarli come altamente o poco impulsivi. Durante questa procedura di screening online, confermano premendo un pulsante di aver letto le informazioni sullo studio e il consenso informato e di essere d'accordo con l'utilizzo dei propri dati. Essi "continuano" premendo un'ulteriore pulsante e saranno informati sui loro diritti. I potenziali partecipanti appropriati (soggetti sani altamente impulsivi con punteggi ASRS> 15 ma <23) vengono contattati nuovamente per un appuntamento di studio. Le informazioni complete sullo studio, il consenso informato e il modulo sulla sicurezza dei dati saranno inviati al potenziale partecipante in quel momento. Quando arriveranno per l'appuntamento vero e proprio in laboratorio, riceveranno nuovamente spiegazioni verbali e scritte su tutte le procedure e gli eventuali rischi. Sono inclusi nello studio, quando danno il loro consenso informato scritto.

Stima della dimensione del campione:

Il progetto proposto è pianificato come uno studio randomizzato e controllato e comprende un totale di 60 partecipanti divisi in un gruppo di formazione IFG, DLPFC e placebo che riceve una formazione di controllo NF basata su IFG, DLPFC o fittizia (corteccia temporale) . Sulla base delle dimensioni dell'effetto degli interventi NF tipicamente osservati nei pazienti con ADHD (circa d=0,8 per miglioramenti dei sintomi legati all'attenzione, rispetto a diversi gruppi di controllo tra cui lista d'attesa, biofeedback EMG e allenamento cognitivo; vedere ad es. Arns, de Ridder, Strehl, Breteler & Coenen, 2009), le dimensioni del campione di sottogruppi di n=20 sarebbero il risultato di un calcolo formale della potenza, con un α predefinito di 0,05 e una potenza prevista di almeno l'80%. Strettamente correlati al protocollo di allenamento attualmente pianificato, dati propri recenti confermano dimensioni dell'effetto di almeno 0,8 per i confronti pre-post all'interno di un progetto di gruppo di controllo. In dettaglio, dopo otto sessioni di allenamento con un allenamento NF basato su fNIRS focalizzato sul lobo frontale, i soggetti altamente impulsivi hanno mostrato cambiamenti positivi sia nelle misure cognitive target (deviazione standard degli RT in un compito di segnale di arresto) sia nell'attivazione corticale (DLPFC sinistro) che erano significativamente più forti rispetto a un gruppo di addestramento di controllo basato su EMG (Hudak et al., 2017) con dimensioni dell'effetto di dcorr = 0,981 e 1,61, rispettivamente (formula secondo Klauer (2001) per studi di progettazione pre-post controllo). Nel loro insieme, e basandosi sulla stima più conservativa degli effetti NF sul livello dei sintomi stessi (vedi sopra), una dimensione del campione di n=20 per gruppo e braccio di trattamento sembra quindi essere adeguata per i diversi obiettivi e domande dello studio proposto .

Rischi ed effetti collaterali:

FNIRS: nessun rischio medico è associato a registrazioni fNIRS; quando si utilizzano diodi laser, come nel caso del presente studio, non si verifica alcun riscaldamento significativo dei tessuti. Al fine di evitare eventuali problemi accidentali, verranno prese tutte le precauzioni possibili. Linee guida e protocolli su come gestire le applicazioni di misurazione (ad esempio, regolazione confortevole del cappuccio NIRS) saranno seguiti rigorosamente come suggerito da laboratori esperti. Inoltre, gli sperimentatori lavoreranno sotto stretta supervisione della Dott.ssa Ann-Christine Ehlis.

NF basata su FNIRS: i rischi associati al trattamento NF basato su fNIRS sono pochi, rari e rapidamente risolvibili. Per gli individui che sono altamente sensibili o suscettibili, la NF basata su fNIRS può scatenare un'emicrania (tensione muscolare indotta), vampate di calore o lieve ansia (indotta dalle prestazioni). Potenziali problemi possono essere minimizzati ed evitati ottenendo un'anamnesi adeguata prima del trattamento. Gli effetti collaterali sono in genere lievi, transitori e rapidamente risolvibili, consentendo ai partecipanti di continuare il trattamento.

Privacy dei dati:

Tutti gli sperimentatori sono tenuti alla discrezione professionale. I dottorandi in medicina/studenti magistrali potenzialmente coinvolti nel progetto riceveranno spiegazioni dettagliate su tutte le procedure e firmeranno un contratto per l'applicazione di queste linee guida. E' garantito il trattamento riservato dei dati secondo la legge sulla privacy. Poiché i dati sono codificati all'acquisizione, non è possibile assegnare i risultati pubblicati a singoli individui. Le registrazioni che consentono una reidentificazione sono bloccate e accessibili solo ai membri del personale (per ulteriori dettagli, vedere di seguito). Per la gestione dei dati verranno applicate le seguenti regole.

Acquisizione e archiviazione dei dati:

I dati verranno archiviati utilizzando codici. Questi pseudonimi verranno creati per ogni partecipante (tedesco: "Pseudonymisierung"). I codici sono composti dal nome del paradigma utilizzato e dal numero progressivo del partecipante.

Ci saranno solo tre moduli con sopra il nome dei partecipanti. Innanzitutto, i partecipanti scriveranno il loro nome, data di nascita e firma sul modulo di consenso. In secondo luogo, lo sperimentatore annoterà il nome dei partecipanti, la data di nascita e il codice dello studio sul modulo del protocollo. Questo protocollo sarà l'unico modo per collegare il codice di studio di un partecipante con la sua identità. In terzo luogo, i partecipanti firmeranno un modulo per aver ricevuto la quota di partecipazione. Tutti e tre i documenti saranno conservati separatamente dagli altri documenti di studio in un armadio con serratura. Le chiavi di questo armadio e della stanza saranno accessibili esclusivamente con una licenza firmata dal Dr. A.-C. Ehlis, capo del gruppo di ricerca "Psicofisiologia e imaging ottico" presso il Dipartimento di psichiatria e psicoterapia di Tuebingen.

I questionari psicometrici saranno conservati in un armadio in una stanza chiusa a chiave. Solo il codice di studio dei partecipanti è annotato su questi questionari. Anche le chiavi della camera saranno accessibili esclusivamente con licenza firmata dal Dott. A.-C. Ehlis. Questi documenti saranno distrutti dopo dieci anni. Inoltre, i dati del questionario ei codici di studio dei partecipanti saranno inseriti in una matrice di dati dei programmi Excel o SPSS per ulteriori analisi. I dati di imaging sono anche etichettati con i codici di studio dei partecipanti.

Il questionario online sarà costruito e distribuito utilizzando il software SoSciSurvey. SoSciSurvey salva tutti i dati su un server tedesco (situato a Monaco). SoSciSurvey non condivide alcun dato con terze parti, non salva gli indirizzi IP e cancella tutti i dati se il project manager non ha effettuato l'accesso al sistema per tre mesi. Tutti i dati vengono crittografati durante il trasferimento dei dati. Pertanto, SoSciSurvey offre uno standard di sicurezza molto elevato. Dopo il periodo di valutazione online, i dati verranno scaricati e archiviati su un disco rigido protetto da password dell'ospedale universitario di Tubinga (gruppo di psicofisiologia e imaging ottico). Tutti i dati verranno quindi eliminati dal server SoSciSurvey.

Analisi dei dati:

I dati codificati saranno analizzati ei risultati saranno pubblicati su specifiche riviste scientifiche. Non sarà possibile dedurre informazioni sui singoli partecipanti da questi risultati.

I dati FNIRS saranno analizzati con il pacchetto software implementato nell'ETG-4000 (software Topo di Hitachi Medical Co., Giappone) e MATLAB (The MathWorks Inc.), un software commerciale applicato all'analisi offline del cambiamento nell'emoglobina concentrazione. Inoltre, le analisi statistiche saranno condotte con i pacchetti software Excel (Microsoft inc.) e SPSS. Per l'analisi statistica, verranno applicati principalmente ANOVA per misure ripetute e analisi di correlazione. I confronti post-hoc saranno condotti utilizzando t-test per campioni abbinati o indipendenti, nonché analisi di correlazione.