fNIRS Neurofeedback hos svært impulsive deltakere med ROI-regioner DLPFC og IFG

Mål:

Etterforskerne vil vurdere effekten - og spesifisiteten - av to fNIRS-baserte NF-protokoller, en rettet mot DLPFC og en rettet mot IFG. Begge gruppene vil også bli sammenlignet med en "sham" treningsgruppe med regulering av fNIRS-signalet utenfor frontallappene. Pre/post testing vil bli utført i alle tre gruppene, det vil si at mål på hjerneaktivitet, kognisjon og impulsiv atferd vil bli oppnådd før starten av NF-treningsfasen samt etter den siste treningsøkten. Derved vil en Go/Nogo-oppgave og en n-back-oppgave bli brukt for å evaluere treningsrelaterte endringer i hjerneaktivitet og nevropsykologisk ytelse. Studiepopulasjonen vil være svært impulsive (friske) individer, som tidligere ble funnet å vise redusert DLPFC- og IFG-aktivitet (ligner på pasienter med ADHD), og etterforskerne forventer at deres DLPFC- og IFG-funksjon vil øke etter fNIRS-NF-trening. Vår hypotese er at begge aktive NF-gruppene (DLPFC og IFG) vil forbedre seg mer enn placebo-gruppen (sham training) på alle relevante tiltak. Derved forventes det spesifikke fordeler i DLPFC-gruppen for arbeidsminnedata (n-back-oppgave) og i IFG-gruppen for tiltak for hemmende kontroll (Go/Nogo-oppgave). Videre vil etterforskerne teste effekten av fNIRS-NF på stressresponsen ved å bruke TSST som en standardisert stresstest. Det antas at fNIRS-NF-trening også er effektiv for å redusere stress ved å styrke stressrelatert regulering (som også har vært relatert til frontallappen).

Det er en hypotese om at begge treningene vil lykkes med å redusere impulsiv atferd; i en pre/post-testing forventes det imidlertid spesifikke effekter av fNIRS-basert NF av DLPFC på arbeidsminnefunksjonen og av fNIRS-basert NF av IFG på hemmende kontroll. Korrelasjoner mellom både funksjoner og impulsive symptomer vil gi en indikasjon på hvilken trenings-ROI som kan være mer lovende for behandling av (spesifikke undergrupper av) ADHD. Korrelasjoner mellom regulering av ulike trenings-ROIer vil indikere spesifisiteten til tilbakemeldingsregulering av omskrevne kortikale områder.

Funksjonell nær-infrarød spektroskopi (fNIRS):

Et fNIRS-system (ETG-4000, Hitachi Medical Corporation, Japan) vil bli brukt til å måle hemodynamiske responser i den prefrontale cortex (PFC).

Alle eksperimenter vil bli utført ved Institutt for psykiatri og psykoterapi, Universitetet i Tübingen (Calwerstraße 14/Osianderstraße 24, 72076 Tübingen). Alt medisinsk-teknisk utstyr er CE-sertifisert og godkjent for bruk hos pasienter og vil kun brukes i henhold til deres godkjente formål av personer som har kunnskap og erfaring til å betjene, bruke og vedlikeholde enhetene.

Nevrofeedback:

En NF-økt består av 2 tilbakemeldingsblokker som hver varer 12 minutter og en overføringsblokk som varer i 8 minutter. En tilbakemeldingsblokk består av 12 reguleringsforsøk. Ett reguleringsforsøk består av 20 s hviletid og 30 s reguleringstid. Oppgaven er å øke eller redusere den hemodynamiske aktiviteten i DLPFC eller IFG (eller, for falsk kontrollgruppe, 4 kanaler i den temporale cortex, som antagelig ikke er involvert i impulsivitet/ADHD symptomatologi; videre, i en upublisert pilotstudie, disse 4 kanalene ble funnet å være inaktive under en Stroop-oppgave som involverte kognitive kontrollfunksjoner), med 50 % aktiveringsforsøk og 50 % deaktiveringsforsøk, som ble presentert i tilfeldig rekkefølge. Som en tilbakemelding på hemodynamisk hjerneaktivering vises en ball til deltakeren på en skjerm, som beveger seg fra venstre til høyre og viser konsentrasjonsendringer i oksygenert hemoglobin ved å bevege seg under eller over en linje i midten av skjermen. En pil midt på skjermen indikerer om aktivering (peker oppover) eller deaktivering (peker nedover) forventes på en gitt prøveversjon. I aktiveringsforsøk bør konsentrasjonen av oksygenert hemoglobin øke i forhold til baseline, i deaktiveringsforsøk bør den reduseres. På slutten av en vellykket forsøk (ballen beveget seg i forventet retning i minst 7 s av de siste 15 s reguleringstid), en givende tilbakemelding ("Gut gemacht, weiter so!", som er tysk for "Godt gjort, fortsett slik!") vises på skjermen. En overføringsblokk består av 8 reguleringsforsøk der den bevegelige ballen ikke vises, men belønningen på slutten av forsøket indikerer fortsatt om deltakeren var vellykket. Overføringsblokkene er inkludert for å lette overføring av de lærte reguleringsstrategiene inn i hverdagen.

Studiepopulasjon:

Deltakere vil bli rekruttert fra den lokale studentpopulasjonen via annonser/e-post og fra eksisterende databaser. Et nettbasert system vil bli brukt for å la potensielle deltakere fylle ut ASRS for å klassifisere dem som høy- eller lavimpulsive. Under denne nettbaserte screeningprosedyren bekrefter de med et knappetrykk at de har lest studieinformasjonen og det informerte samtykket og at de godtar bruken av dataene deres. De "fortsetter" ved ytterligere et knappetrykk og vil bli informert om rettighetene sine. Passende potensielle deltakere (svært impulsive friske forsøkspersoner med ASRS-skår >15 men <23) kontaktes igjen for en studieavtale. Fullstendig studieinformasjon, informert samtykke og datasikkerhetsskjema vil bli sendt til den potensielle deltakeren på det tidspunktet. Når de kommer til selve laboratorietimen vil de igjen få forklaringer på alle prosedyrer og mulige risikoer muntlig og skriftlig. De er inkludert i studien når de gir sitt skriftlige informerte samtykke.

Beregning av prøvestørrelse:

Det foreslåtte prosjektet er planlagt som en randomisert, kontrollert studie og omfatter totalt 60 deltakere fordelt på en IFG-, en DLPFC- og en placebo-treningsgruppe som mottar enten IFG-basert, DLPFC-basert eller en sham (temporal cortex) NF-kontrolltrening . Basert på effektstørrelsene til NF-intervensjoner som vanligvis observeres hos pasienter med ADHD (rundt d=0,8 for oppmerksomhetsrelaterte symptomforbedringer, sammenlignet med forskjellige kontrollgrupper inkludert venteliste, EMG-biofeedback og kognitiv trening; se f.eks. Arns, de Ridder, Strehl, Breteler & Coenen, 2009), undergruppeprøvestørrelser på n=20 ville være resultatet av en formell potensberegning, med en forhåndsdefinert α på 0,05 og en tiltenkt potens på minst 80 %. Nært knyttet til den for øyeblikket planlagte treningsprotokollen, bekrefter nyere egne data effektstørrelser på minst 0,8 for sammenligninger før etter i et kontrollgruppedesign. I detalj, etter åtte treningsøkter med en frontallappfokusert fNIRS-basert NF-trening, viste svært impulsive forsøkspersoner positive endringer i både kognitive mål (standardavvik for RT i en stoppsignaloppgave) og kortikal aktivering (venstre DLPFC) som var signifikant sterkere enn i en EMG-basert kontrolltreningsgruppe (Hudak et al., 2017) med effektstørrelser på henholdsvis dcorr = 0,981 og 1,61 (formel ifølge Klauer (2001) for designstudier før etter kontroll). Sett sammen, og basert på den mer konservative estimeringen av NF-effekter på selve symptomnivået (se ovenfor), ser en prøvestørrelse på n=20 per gruppe og behandlingsarm derfor ut til å være tilstrekkelig for de forskjellige målene og spørsmålene til den foreslåtte studien .

Risikoer og bivirkninger:

FNIRS: Ingen medisinsk risiko er forbundet med et fNIRS-opptak; når laserdioder brukes, som er tilfellet i denne studien, forekommer ingen vesentlig vevsoppvarming. For å unngå tilfeldige problemer vil alle mulige forholdsregler bli tatt. Retningslinjer og protokoller for hvordan man håndterer måleapplikasjonene (f.eks. komfortabel justering av NIRS-hetten) vil bli fulgt strengt som foreslått av erfarne laboratorier. I tillegg vil forsøkslederne arbeide under tett oppsyn av Dr. Ann-Christine Ehlis.

FNIRS-basert NF: Risiko forbundet med fNIRS-basert NF-behandling er få, sjeldne og kan raskt utbedres. For personer som er svært sensitive eller mottakelige, kan fNIRS-basert NF utløse migrenehodepine (muskelspenningsindusert), hetetokt eller mild angst (ytelsesindusert). Potensielle problemer kan minimeres og avverges ved å innhente en adekvat sykehistorie før behandling. Bivirkninger er vanligvis milde, forbigående og raskt utbedrende, slik at deltakerne kan fortsette med behandlingen.

Personvern:

Alle eksperimenter er bundet til profesjonelt skjønn. Medisinske doktorgradsstudenter / masterstudenter som potensielt er involvert i prosjektet vil få detaljerte forklaringer av alle prosedyrer og vil signere en kontrakt for å anvende disse retningslinjene. Konfidensiell behandling av dataene i henhold til personvernloven er garantert. Siden data er kodet ved anskaffelse, er det ikke mulig å tilordne publiserte resultater til enkeltpersoner. Opptak som muliggjør re-identifikasjon er låst og kun tilgjengelig for ansatte (for ytterligere detaljer, se nedenfor). Følgende regler vil bli brukt for håndtering av data.

Datainnsamling og lagring:

Data vil bli lagret ved hjelp av koder. Disse pseudonymene vil bli opprettet for hver deltaker (tysk: "Pseudonymisierung"). Kodene er satt sammen av navnet på det brukte paradigmet og løpende nummer til deltakeren.

Det vil kun være tre skjemaer med deltakernes navn på. Først vil deltakerne skrive navn, fødselsdato og signatur på samtykkeskjemaet. For det andre vil eksperimentatoren notere deltakernes navn, fødselsdato og studiekode på protokollskjemaet. Denne protokollen vil være den eneste måten å koble en deltakers studiekode med hennes/hans identitet. For det tredje vil deltakerne signere et skjema for å ha mottatt deltakeravgift. Alle tre dokumentene vil bli oppbevart bortsett fra de andre studiedokumentene i et låsbart skap. Nøklene til dette skapet og til rommet vil kun være tilgjengelig med en lisens signert av Dr. A.-C. Ehlis, leder for forskningsgruppen «Psychophysiology and Optical Imaging» ved Institutt for psykiatri og psykoterapi i Tübingen.

De psykometriske spørreskjemaene vil bli oppbevart i et skap i et låsbart rom. Kun deltakernes studiekode er notert på disse spørreskjemaene. Nøklene til rommet vil også være tilgjengelige kun med en lisens signert av Dr. A.-C. Ehlis. Disse dokumentene vil bli ødelagt etter ti år. Videre vil spørreskjemadata og deltakernes studiekoder legges inn i en datamatrise av programmene Excel eller SPSS for videre analyser. Bildedataene er også merket med deltakernes studiekoder.

Det elektroniske spørreskjemaet vil bli konstruert og distribuert ved hjelp av SoSciSurvey-programvare. SoSciSurvey lagrer alle data på en tysk server (plassert i München). SoSciSurvey deler ingen data med tredjeparter, lagrer ikke IP-adresser og sletter alle data dersom prosjektlederen ikke har logget på systemet på tre måneder. Alle data er kryptert under dataoverføring. Dermed tilbyr SoSciSurvey en meget høy sikkerhetsstandard. Etter den elektroniske vurderingsperioden vil dataene bli lastet ned og lagret på en passordbeskyttet harddisk fra Universitetssykehuset Tübingen (gruppe for psykofysiologi og optisk bildebehandling). Alle data vil da bli slettet fra SoSciSurvey-serveren.

Dataanalyse:

De kodede dataene vil bli analysert og resultatene vil bli publisert i spesifikke vitenskapelige tidsskrifter. Det vil ikke være mulighet for å utlede informasjon om enkeltdeltakere fra disse resultatene.

FNIRS-data vil bli analysert med programvarepakken implementert i ETG-4000 (Topo-programvare fra Hitachi Medical Co., Japan) samt MATLAB (The MathWorks Inc.), en kommersiell programvare brukt til offline-analyse av endringen i hemoglobin konsentrasjon. I tillegg vil det bli utført statistiske analyser med programvarepakkene Excel (Microsoft inc.) og SPSS. For statistisk analyse vil hovedsakelig ANOVAer for gjentatte mål og korrelasjonsanalyser benyttes. Post-hoc sammenligninger vil bli utført ved bruk av t-tester for matchede eller uavhengige prøver samt korrelasjonsanalyser.