fNIRS Neurofeedback bij zeer impulsieve deelnemers met ROI-regio's DLPFC en IFG

Doelstellingen:

De onderzoekers zullen de effecten - en specificiteit - beoordelen van twee op fNIRS gebaseerde NF-protocollen, één gericht op de DLPFC en één gericht op de IFG. Beide groepen zullen ook worden vergeleken met een "sham" trainingsgroep met regulering van het fNIRS-signaal buiten de frontale kwabben. Pre-/post-testen worden uitgevoerd in alle drie de groepen, d.w.z. metingen van hersenactiviteit, cognitie en impulsief gedrag worden verkregen vóór de start van de NF-trainingsfase en na de laatste trainingssessie. Daarbij zullen een Go/Nogo-taak en een n-back-taak worden toegepast om trainingsgerelateerde veranderingen in hersenactiviteit en neuropsychologische prestaties te evalueren. De onderzoekspopulatie zal bestaan ​​uit zeer impulsieve (gezonde) personen, waarvan eerder is vastgesteld dat ze een verminderde DLPFC- en IFG-activiteit vertonen (vergelijkbaar met patiënten met ADHD), en de onderzoekers verwachten dat hun DLPFC- en IFG-functie zal toenemen na fNIRS-NF-training. Onze hypothese is dat beide actieve NF-groepen (DLPFC en IFG) meer zullen verbeteren dan de placebogroep (schijntraining) op alle relevante maatregelen. Daarbij worden specifieke voordelen verwacht in de DLPFC-groep voor werkgeheugengegevens (n-back-taak) en in de IFG-groep voor maatregelen van remmende controle (Go/Nogo-taak). Verder zullen de onderzoekers het effect van fNIRS-NF op de stressrespons testen met behulp van de TSST als een gestandaardiseerde stresstest. Er wordt verondersteld dat fNIRS-NF-training ook effectief is in het verminderen van stress door stressgerelateerde regulatie te versterken (die ook verband houdt met de frontale kwab).

De hypothese is dat beide trainingen succesvol zullen zijn in het verminderen van impulsief gedrag; bij een pre/post-test worden echter specifieke effecten van op fNIRS gebaseerde NF van de DLPFC op de werkgeheugenfunctie en van op fNIRS gebaseerde NF van de IFG op remmende controle verwacht. Correlaties tussen beide functies en impulsieve symptomen zullen een indicatie geven welke trainings-ROI kansrijker kan zijn voor de behandeling van (specifieke subgroepen van) ADHD. Correlaties tussen regulatie van verschillende trainings-ROI's zullen de specificiteit van feedbackregulatie van afgebakende corticale gebieden aangeven.

Functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS):

Een fNIRS-systeem (ETG-4000, Hitachi Medical Corporation, Japan) zal worden gebruikt om hemodynamische reacties in de prefrontale cortex (PFC) te meten.

Alle experimenten zullen worden uitgevoerd op de afdeling Psychiatrie en Psychotherapie, Universiteit van Tübingen (Calwerstraße 14/Osianderstraße 24, 72076 Tübingen). Alle medisch-technische hulpmiddelen zijn CE-gecertificeerd en goedgekeurd voor toepassing bij patiënten en zullen alleen worden gebruikt in overeenstemming met hun goedgekeurde doel door personen die de kennis en ervaring hebben om de hulpmiddelen te bedienen, toe te passen en te onderhouden.

Neurofeedback:

Een NF-sessie bestaat uit 2 feedbackblokken van elk 12 min en een transferblok van 8 min. Een feedbackblok bestaat uit 12 regulatiepogingen. Een regulatieproef bestaat uit 20 sec. rusttijd en 30 sec. regulatietijd. De taak is het verhogen of verlagen van de hemodynamische activiteit in de DLPFC of IFG (of, voor de sham-controlegroep, 4 kanalen van de temporale cortex, die vermoedelijk niet betrokken is bij impulsiviteit/ADHD-symptomatologie; bovendien, in een niet-gepubliceerde pilotstudie, deze 4 kanalen bleken inactief te zijn tijdens een Stroop-taak met cognitieve controlefuncties), met 50% activeringsproeven en 50% deactiveringsproeven, die in willekeurige volgorde werden gepresenteerd. Als feedback van hemodynamische hersenactivatie wordt een bal op een scherm aan de deelnemer getoond, die van links naar rechts beweegt en concentratieveranderingen in geoxygeneerde hemoglobine weergeeft door onder of boven een lijn in het midden van het scherm te bewegen. Een pijl in het midden van het scherm geeft aan of activering (naar boven wijzend) of deactivering (naar beneden wijzend) wordt verwacht bij een bepaalde proef. Bij activeringsonderzoeken zou de concentratie van geoxygeneerd hemoglobine moeten toenemen in vergelijking met de basislijn, bij deactiveringsonderzoeken zou deze moeten afnemen. Aan het einde van een succesvolle poging (de bal bewoog in de verwachte richting gedurende ten minste 7 seconden van de laatste 15 seconden reguliere tijd), een lonende feedback ("Gut gemacht, weiter so!", wat Duits is voor "Goed gedaan, ga zo door!") wordt op het scherm weergegeven. Een transferblok bestaat uit 8 regulatiepogingen waarbij de bewegende bal niet wordt getoond, maar de beloning aan het einde van de proef geeft wel aan of de deelnemer geslaagd is. De overdrachtsblokken zijn opgenomen om de overdracht van de aangeleerde regelstrategieën naar het dagelijks leven te vergemakkelijken.

Studiepopulatie:

Deelnemers worden geworven uit de lokale studentenpopulatie via advertenties/e-mail en uit bestaande databases. Een online systeem zal worden gebruikt om potentiële deelnemers de ASRS te laten invullen om ze te classificeren als hoog- of laagimpulsief. Tijdens deze online screening bevestigen zij met een druk op de knop dat zij de studie-informatie en de geïnformeerde toestemming hebben gelezen en akkoord gaan met het gebruik van hun gegevens. Door nog een keer op de knop te drukken "gaan ze verder" en worden ze geïnformeerd over hun rechten. Geschikte potentiële deelnemers (zeer impulsieve gezonde proefpersonen met ASRS-scores >15 maar <23) worden opnieuw gecontacteerd voor een studieafspraak. De volledige onderzoeksinformatie, geïnformeerde toestemming en gegevensveiligheidsformulier worden op dat moment naar de potentiële deelnemer gestuurd. Bij hun aankomst voor de eigenlijke laboratoriumafspraak krijgen ze opnieuw mondeling en schriftelijk uitleg over alle procedures en mogelijke risico's. Ze worden in de studie opgenomen wanneer ze hun schriftelijke geïnformeerde toestemming geven.

Schatting van de steekproefomvang:

Het voorgestelde project is gepland als een gerandomiseerde, gecontroleerde studie en omvat in totaal 60 deelnemers verdeeld in een IFG-, een DLPFC- en een placebo-trainingsgroep die IFG-gebaseerde, DLPFC-gebaseerde of een sham (temporale cortex) NF-controletraining krijgen. . Gebaseerd op de effectgroottes van NF-interventies die doorgaans worden waargenomen bij patiënten met ADHD (ongeveer d=0,8 voor verbetering van aandachtsgerelateerde symptomen, in vergelijking met verschillende controlegroepen, waaronder wachtlijst, EMG-biofeedback en cognitieve training; zie b.v. Arns, de Ridder, Strehl, Breteler & Coenen, 2009), subgroepsteekproeven van n=20 zouden het resultaat zijn van een formele powerberekening, met een vooraf gedefinieerde α van 0,05 en een beoogd power van ten minste 80%. Nauw gerelateerd aan het momenteel geplande trainingsprotocol, bevestigen recente eigen gegevens effectgroottes van ten minste 0,8 voor pre-post vergelijkingen binnen een controlegroepontwerp. Na acht trainingssessies met een op de frontale kwab gerichte fNIRS-gebaseerde NF-training, vertoonden zeer impulsieve proefpersonen in detail positieve veranderingen in zowel cognitieve doelmetingen (standaarddeviatie van RT's in een stopsignaaltaak) als corticale activatie (linker DLPFC) die waren significant sterker dan in een EMG-gebaseerde controle-trainingsgroep (Hudak et al., 2017) met effectgroottes van respectievelijk dcorr = 0,981 en 1,61 (formule volgens Klauer (2001) voor pre-post control design studies). Alles bij elkaar genomen, en vertrouwend op de meer conservatieve schatting van NF-effecten op het symptoomniveau zelf (zie hierboven), lijkt een steekproefomvang van n=20 per groep en behandelingsarm dus voldoende te zijn voor de verschillende doelen en vragen van het voorgestelde onderzoek. .

Risico's en bijwerkingen:

FNIRS: Er zijn geen medische risico's verbonden aan een fNIRS-opnames; wanneer laserdiodes worden gebruikt, wat het geval is in de huidige studie, vindt er geen significante weefselverhitting plaats. Om eventuele accidentele problemen te voorkomen, zullen alle mogelijke voorzorgsmaatregelen worden genomen. Richtlijnen en protocollen voor het omgaan met de meettoepassingen (bijv. comfortabele aanpassing van de NIRS-dop) zullen strikt worden gevolgd, zoals voorgesteld door ervaren laboratoria. Bovendien zullen de onderzoekers werken onder nauw toezicht van Dr. Ann-Christine Ehlis.

FNIRS-gebaseerde NF: risico's verbonden aan fNIRS-gebaseerde NF-behandeling zijn klein, zeldzaam en snel te verhelpen. Voor personen die zeer gevoelig of vatbaar zijn, kan op fNIRS gebaseerde NF migraine veroorzaken (geïnduceerde spierspanning), opvliegers of milde angst (geïnduceerd door prestatie). Potentiële problemen kunnen worden geminimaliseerd en voorkomen door voorafgaand aan de behandeling een adequate medische geschiedenis te verkrijgen. Bijwerkingen zijn doorgaans mild, van voorbijgaande aard en snel te verhelpen, waardoor deelnemers de behandeling kunnen voortzetten.

Data Privacy:

Alle onderzoekers zijn gebonden aan professionele discretie. Doctoraatsstudenten geneeskunde / masterstudenten die mogelijk bij het project betrokken zijn, krijgen gedetailleerde uitleg over alle procedures en tekenen een contract voor het toepassen van deze richtlijnen. De vertrouwelijke behandeling van de gegevens volgens de wet op de privacy is gewaarborgd. Aangezien gegevens bij verwerving worden gecodeerd, is het niet mogelijk om gepubliceerde resultaten aan individuen toe te wijzen. Opnames die een heridentificatie mogelijk maken, zijn vergrendeld en alleen toegankelijk voor personeelsleden (voor meer details, zie hieronder). Voor de omgang met de gegevens worden de volgende regels gehanteerd.

Data-acquisitie en opslag:

Gegevens worden opgeslagen door middel van codes. Deze pseudoniemen worden voor elke deelnemer aangemaakt (Duits: "Pseudonymisierung"). De codes zijn samengesteld uit de naam van het gebruikte paradigma en het volgnummer van de deelnemer.

Er zullen slechts drie formulieren zijn met de naam van de deelnemers erop. Eerst schrijven deelnemers hun naam, geboortedatum en handtekening op het toestemmingsformulier. Ten tweede noteert de onderzoeker de naam van de deelnemer, de geboortedatum en de studiecode op het protocolformulier. Dit protocol is de enige manier om de studiecode van een deelnemer te koppelen aan zijn/haar identiteit. Ten derde ondertekenen deelnemers een formulier voor het ontvangen van deelnamegeld. Alle drie de documenten worden apart van de overige studiedocumenten opgeborgen in een afsluitbare kast. De sleutels van deze kast en van de kamer zijn uitsluitend toegankelijk met een door Dr. A.-C. ondertekende licentie. Ehlis, hoofd van de onderzoeksgroep "Psychofysiologie en optische beeldvorming" bij de afdeling Psychiatrie en Psychotherapie in Tübingen.

De psychometrische vragenlijsten worden opgeborgen in een kast in een afsluitbare ruimte. Op deze vragenlijsten wordt alleen de studiecode van de deelnemers genoteerd. De sleutels van de kamer zullen ook alleen toegankelijk zijn met een licentie ondertekend door Dr. A.-C. Ehlis. Deze documenten worden na tien jaar vernietigd. Verder worden de vragenlijstgegevens en de studiecodes van de deelnemers ingevoerd in een datamatrix van de programma's Excel of SPSS voor verdere analyse. De beeldvormingsgegevens zijn ook gelabeld met de studiecodes van de deelnemers.

De online vragenlijst wordt samengesteld en verspreid met behulp van SoSciSurvey-software. SoSciSurvey bewaart alle gegevens op een Duitse server (gevestigd in München). SoSciSurvey deelt geen gegevens met derden, slaat geen IP-adressen op en verwijdert alle gegevens als de projectmanager drie maanden niet heeft ingelogd in het systeem. Alle gegevens worden versleuteld tijdens de gegevensoverdracht. SoSciSurvey biedt dus een zeer hoge beveiligingsstandaard. Na de online beoordelingsperiode worden de gegevens gedownload en opgeslagen op een met een wachtwoord beveiligde harde schijf van het Universitair Ziekenhuis Tübingen (groep Psychofysiologie & Optische Beeldvorming). Alle gegevens worden dan verwijderd van de SoSciSurvey-server.

Gegevensanalyse:

De gecodeerde gegevens worden geanalyseerd en de resultaten worden gepubliceerd in specifieke wetenschappelijke tijdschriften. Uit deze resultaten kan geen informatie over individuele deelnemers worden afgeleid.

FNIRS-gegevens zullen worden geanalyseerd met het softwarepakket dat is geïmplementeerd in de ETG-4000 (Topo-software van Hitachi Medical Co., Japan) en met MATLAB (The MathWorks Inc.), een commerciële software die wordt toegepast op de offline analyse van de verandering in hemoglobine concentratie. Daarnaast zullen statistische analyses worden uitgevoerd met de softwarepakketten Excel (Microsoft inc.) en SPSS. Voor statistische analyse zullen voornamelijk ANOVA's voor herhaalde metingen en correlatieanalyses worden toegepast. Post-hoc vergelijkingen zullen worden uitgevoerd met behulp van t-testen voor gematchte of onafhankelijke steekproeven, evenals correlatieanalyses.