fNIRS Neurofeedback u wysoce impulsywnych uczestników z regionami ROI DLPFC i IFG

Celuje:

Badacze ocenią efekty - i specyficzność - dwóch protokołów NF opartych na fNIRS, jednego ukierunkowanego na DLPFC, a drugiego na IFG. Obie grupy zostaną również porównane do „pozorowanej” grupy trenującej z regulacją sygnału fNIRS poza płatami czołowymi. Testy przed/po zostaną przeprowadzone we wszystkich trzech grupach, tj. pomiary aktywności mózgu, funkcji poznawczych i zachowań impulsywnych zostaną uzyskane przed rozpoczęciem fazy treningu NF, jak również po ostatniej sesji treningowej. W ten sposób zadanie Go/Nogo i zadanie n-back zostaną zastosowane do oceny zmian związanych z treningiem w aktywności mózgu i wydajności neuropsychologicznej. Badana populacja będzie składała się z wysoce impulsywnych (zdrowych) osób, u których wcześniej wykazano zmniejszoną aktywność DLPFC i IFG (podobnie jak u pacjentów z ADHD), a badacze spodziewają się, że ich funkcje DLPFC i IFG wzrosną po treningu fNIRS-NF. Nasza hipoteza jest taka, że ​​obie aktywne grupy NF (DLPFC i IFG) poprawią się bardziej niż grupa placebo (trening pozorowany) we wszystkich istotnych pomiarach. W związku z tym oczekuje się szczególnych korzyści w grupie DLPFC dla danych pamięci roboczej (zadanie n-back) oraz w grupie IFG dla miar kontroli hamowania (zadanie Go/Nogo). Ponadto badacze przetestują wpływ fNIRS-NF na reakcję na stres, używając TSST jako standardowego testu warunków skrajnych. Postawiono hipotezę, że trening fNIRS-NF jest również skuteczny w zmniejszaniu stresu poprzez wzmocnienie regulacji związanej ze stresem (która była również związana z płatem czołowym).

Postawiono hipotezę, że oba treningi odniosą sukces w ograniczaniu zachowań impulsywnych; jednak w teście przed/po, oczekuje się specyficznego wpływu NF opartego na fNIRS DLPFC na funkcję pamięci roboczej i NF opartego na fNIRS IFG na kontrolę hamowania. Korelacje między obiema funkcjami i objawami impulsywnymi dadzą wskazówkę, który ROI treningu może być bardziej obiecujący w leczeniu (określonych podgrup) ADHD. Korelacje między regulacją różnych ROI treningowych wskażą na specyfikę regulacji sprzężenia zwrotnego ograniczonych obszarów korowych.

Funkcjonalna spektroskopia bliskiej podczerwieni (fNIRS):

System fNIRS (ETG-4000, Hitachi Medical Corporation, Japonia) zostanie użyty do pomiaru odpowiedzi hemodynamicznych w obrębie kory przedczołowej (PFC).

Wszystkie eksperymenty zostaną przeprowadzone na Wydziale Psychiatrii i Psychoterapii Uniwersytetu w Tybindze (Calwerstraße 14/Osianderstraße 24, 72076 Tybinga). Wszystkie urządzenia medyczno-techniczne posiadają certyfikat CE i są dopuszczone do stosowania u pacjentów i będą używane wyłącznie zgodnie z zatwierdzonym przeznaczeniem przez osoby posiadające wiedzę i doświadczenie w zakresie obsługi, stosowania i konserwacji urządzeń.

Neurofeedback:

Jedna sesja NF składa się z 2 bloków sprzężenia zwrotnego, z których każdy trwa 12 minut i jednego bloku transferu trwającego 8 minut. Blok sprzężenia zwrotnego składa się z 12 prób regulacyjnych. Jedna próba regulacji składa się z 20 s czasu odpoczynku i 30 s czasu regulacji. Zadanie polega na zwiększeniu lub zmniejszeniu aktywności hemodynamicznej w DLPFC lub IFG (lub, w przypadku pozorowanej grupy kontrolnej, w 4 kanałach kory skroniowej, która przypuszczalnie nie jest zaangażowana w symptomatologię impulsywności/ADHD; ponadto w niepublikowanym badaniu pilotażowym, te 4 kanały okazały się nieaktywne podczas zadania Stroopa obejmującego funkcje kontroli poznawczej), z 50% próbami aktywacji i 50% próbami dezaktywacji, które zostały przedstawione w przypadkowej kolejności. W odpowiedzi na hemodynamiczną aktywację mózgu, uczestnikowi pokazywana jest na ekranie piłka, poruszająca się od lewej do prawej i przedstawiająca zmiany stężenia utlenowanej hemoglobiny, przesuwając się poniżej lub powyżej linii na środku ekranu. Strzałka na środku ekranu wskazuje, czy w danej próbie oczekiwana jest aktywacja (skierowana w górę) czy dezaktywacja (skierowana w dół). W próbach aktywacji stężenie hemoglobiny utlenowanej powinno wzrosnąć w stosunku do wartości wyjściowej, w próbach dezaktywacji powinno się zmniejszyć. Na koniec udanej próby (piłka poruszała się w oczekiwanym kierunku przez co najmniej 7 s z ostatnich 15 s regulaminowego czasu gry), nagradzana informacja zwrotna („Gut gemacht, weiter so!”, co po niemiecku oznacza „Dobra robota, Kontynuuj w ten sposób!”) jest wyświetlany na ekranie. Blok transferowy składa się z 8 prób regulacyjnych, w których poruszająca się piłka nie jest pokazana, ale nagroda na koniec próby nadal wskazuje, czy uczestnikowi się powiodło. Bloki transferowe są dołączone, aby ułatwić przeniesienie poznanych strategii regulacyjnych do codziennego życia.

Badana populacja:

Uczestnicy będą rekrutowani z lokalnej populacji studentów za pośrednictwem ogłoszeń/e-maili oraz z istniejących baz danych. Zostanie wykorzystany system online, aby potencjalni uczestnicy wypełnili ASRS w celu sklasyfikowania ich jako wysoce lub mało impulsywnych. Podczas tej procedury przesiewowej online potwierdzają naciśnięciem przycisku, że zapoznali się z informacjami dotyczącymi badania i świadomą zgodą oraz że zgadzają się na wykorzystanie ich danych. Kolejne naciśnięcie przycisku „kontynuuje” i zostanie poinformowany o przysługujących mu prawach. Ponownie kontaktuje się z odpowiednimi potencjalnymi uczestnikami (wysoce impulsywnymi zdrowymi osobami z wynikami ASRS >15, ale <23) w celu umówienia się na badanie. Pełne informacje o badaniu, świadoma zgoda i formularz bezpieczeństwa danych zostaną przesłane potencjalnemu uczestnikowi w tym czasie. Po przybyciu na właściwą wizytę laboratoryjną ponownie otrzymają ustne i pisemne wyjaśnienia dotyczące wszystkich procedur i możliwych zagrożeń. Zostają włączeni do badania, gdy wyrażą pisemną świadomą zgodę.

Oszacowanie wielkości próbki:

Proponowany projekt jest planowany jako randomizowana, kontrolowana próba i obejmuje łącznie 60 uczestników podzielonych na grupę treningową IFG, DLPFC i placebo, otrzymujących trening kontrolny NF oparty na IFG, oparty na DLPFC lub pozorowany (kora skroniowa) . W oparciu o wielkość efektów interwencji NF zwykle obserwowanych u pacjentów z ADHD (około d=0,8 dla poprawy objawów związanych z uwagą, w porównaniu z różnymi grupami kontrolnymi, w tym listą oczekujących, biofeedbackiem EMG i treningiem poznawczym; patrz np. Arns, de Ridder, Strehl, Breteler & Coenen, 2009), liczebność próby podgrupy n=20 byłaby wynikiem formalnego obliczenia mocy, z predefiniowanym α równym 0,05 i zamierzoną mocą co najmniej 80%. Ściśle powiązane z obecnie planowanym protokołem treningowym, ostatnie dane własne potwierdzają wielkość efektu co najmniej 0,8 dla porównań przed postem w ramach projektu grupy kontrolnej. Szczegółowo, po ośmiu sesjach treningowych z treningiem NF opartym na fNIRS skoncentrowanym na płacie czołowym, wysoce impulsywni badani wykazali pozytywne zmiany zarówno w docelowych pomiarach poznawczych (odchylenie standardowe RT w zadaniu sygnału stop), jak i aktywacji korowej (lewy DLPFC), które były znacznie silniejsze niż w kontrolnej grupie treningowej opartej na EMG (Hudak i in., 2017) z wielkością efektu odpowiednio dcorr = 0,981 i 1,61 (wzór według Klauera (2001) dla badań projektowych kontroli przed i po). Podsumowując i opierając się na bardziej konserwatywnym oszacowaniu wpływu NF na sam poziom objawów (patrz powyżej), wielkość próby n=20 na grupę i ramię leczenia wydaje się być odpowiednia dla różnych celów i pytań proponowanego badania .

Zagrożenia i skutki uboczne:

FNIRS: Z nagraniami fNIRS nie wiąże się żadne ryzyko medyczne; gdy stosowane są diody laserowe, co ma miejsce w niniejszym badaniu, nie występuje znaczące nagrzewanie tkanek. Aby uniknąć przypadkowych problemów, zostaną podjęte wszelkie możliwe środki ostrożności. Wytyczne i protokoły dotyczące obsługi aplikacji pomiarowych (np. wygodnej regulacji nasadki NIRS) będą ściśle przestrzegane zgodnie z sugestiami doświadczonych laboratoriów. Ponadto eksperymentatorzy będą pracować pod ścisłym nadzorem dr Ann-Christine Ehlis.

NF oparty na FNIRS: Ryzyko związane z leczeniem NF opartym na fNIRS jest nieliczne, rzadkie i można je szybko naprawić. U osób, które są bardzo wrażliwe lub podatne, NF oparty na fNIRS może wywołać migrenowy ból głowy (wywołany napięciem mięśni), uderzenia gorąca lub łagodny niepokój (wywołany występem). Potencjalne problemy można zminimalizować i uniknąć, uzyskując odpowiednią historię medyczną przed rozpoczęciem leczenia. Działania niepożądane są zazwyczaj łagodne, przejściowe i szybko uleczalne, co pozwala uczestnikom kontynuować leczenie.

Prywatność danych:

Wszyscy eksperymentatorzy są zobowiązani do dyskrecji zawodowej. Potencjalnie zaangażowani w projekt doktoranci medycyny/studenci studiów magisterskich otrzymają szczegółowe wyjaśnienia wszystkich procedur oraz podpiszą umowę na stosowanie niniejszych wytycznych. Gwarantuje się poufne traktowanie danych zgodnie z ustawą o ochronie danych. Ponieważ dane są kodowane podczas pozyskiwania, nie ma możliwości przypisania opublikowanych wyników do poszczególnych osób. Nagrania umożliwiające ponowną identyfikację są zablokowane i dostępne tylko dla pracowników (więcej informacji znajduje się poniżej). Przy przetwarzaniu danych obowiązywać będą poniższe zasady.

Akwizycja i przechowywanie danych:

Dane będą przechowywane przy użyciu kodów. Pseudonimy te zostaną utworzone dla każdego uczestnika (niem. „Pseudonymisierung”). Kody składają się z nazwy używanego paradygmatu i numeru startowego uczestnika.

Będą tylko trzy formularze z nazwiskami uczestników. Najpierw uczestnicy wpiszą swoje imię i nazwisko, datę urodzenia i podpis na formularzu zgody. Po drugie, eksperymentator zanotuje imię i nazwisko uczestnika, datę urodzenia i kod badania na formularzu protokołu. Protokół ten będzie jedynym sposobem na powiązanie kodu badania uczestnika z jego tożsamością. Po trzecie, uczestnicy podpiszą formularz odbioru opłaty startowej. Wszystkie trzy dokumenty będą przechowywane oddzielnie od innych dokumentów badawczych w zamykanej szafce. Klucze do tej szafki i do pokoju będą dostępne wyłącznie z licencją podpisaną przez dr A.-C. Ehlis, kierownik grupy badawczej „Psychofizjologia i obrazowanie optyczne” na Wydziale Psychiatrii i Psychoterapii w Tybindze.

Kwestionariusze psychometryczne będą przechowywane w szafce w zamykanym pomieszczeniu. W tych kwestionariuszach zapisany jest tylko kod badania uczestników. Klucze do pokoju będą również dostępne wyłącznie z licencją podpisaną przez dr A.-C. Ehlis. Dokumenty te zostaną zniszczone po dziesięciu latach. Ponadto dane z kwestionariusza i kody badań uczestników zostaną wprowadzone do matrycy danych programów Excel lub SPSS w celu dalszych analiz. Dane obrazowania są również oznaczone kodami badań uczestników.

Kwestionariusz online zostanie skonstruowany i rozprowadzony za pomocą oprogramowania SoSciSurvey. SoSciSurvey zapisuje wszystkie dane na niemieckim serwerze (znajdującym się w Monachium). SoSciSurvey nie udostępnia żadnych danych osobom trzecim, nie zapisuje adresów IP i usuwa wszystkie dane, jeśli kierownik projektu nie logował się do systemu przez trzy miesiące. Wszystkie dane są szyfrowane podczas przesyłania danych. Tym samym SoSciSurvey oferuje bardzo wysoki standard bezpieczeństwa. Po okresie oceny online dane zostaną pobrane i zapisane na chronionym hasłem dysku twardym Szpitala Uniwersyteckiego w Tybindze (grupa Psychofizjologia i Obrazowanie Optyczne). Wszystkie dane zostaną wówczas usunięte z serwera SoSciSurvey.

Analiza danych:

Zakodowane dane zostaną poddane analizie, a wyniki zostaną opublikowane w określonych czasopismach naukowych. Nie będzie możliwości wydedukowania informacji o pojedynczych uczestnikach z tych wyników.

Dane FNIRS będą analizowane za pomocą pakietu oprogramowania zaimplementowanego w ETG-4000 (oprogramowanie Topo firmy Hitachi Medical Co., Japonia) oraz MATLAB (The MathWorks Inc.), komercyjnego oprogramowania stosowanego do analizy offline zmiany stężenia hemoglobiny stężenie. Dodatkowo analizy statystyczne będą wykonywane przy użyciu pakietów oprogramowania Excel (Microsoft inc.) i SPSS. Do analizy statystycznej zastosowane zostaną głównie ANOVA dla pomiarów powtarzanych oraz analizy korelacji. Porównania post-hoc zostaną przeprowadzone przy użyciu testów t dla prób dopasowanych lub niezależnych, a także analizy korelacji.