fNIRS Neurofeedback hos mycket impulsiva deltagare med ROI-regioner DLPFC och IFG

Mål:

Utredarna kommer att bedöma effekterna - och specificiteten - av två fNIRS-baserade NF-protokoll, ett riktat till DLPFC och ett riktat mot IFG. Båda grupperna kommer också att jämföras med en "sken" träningsgrupp med reglering av fNIRS-signalen utanför frontalloberna. För-/eftertestning kommer att utföras i alla tre grupperna, det vill säga mätningar av hjärnaktivitet, kognition och impulsivt beteende kommer att erhållas före starten av NF-träningsfasen samt efter det sista träningspasset. Därmed kommer en Go/Nogo-uppgift och en n-back-uppgift att tillämpas för att utvärdera träningsrelaterade förändringar i hjärnaktivitet och neuropsykologisk prestation. Studiepopulationen kommer att vara mycket impulsiva (friska) individer, som tidigare visat sig visa en minskad DLPFC- och IFG-aktivitet (liknande patienter med ADHD), och utredarna förväntar sig att deras DLPFC- och IFG-funktion kommer att öka efter fNIRS-NF-träning. Vår hypotes är att båda aktiva NF-grupperna (DLPFC och IFG) kommer att förbättras mer än placebogruppen (skenträning) på alla relevanta åtgärder. Därmed förväntas specifika fördelar i DLPFC-gruppen för arbetsminnesdata (n-back-uppgift) och i IFG-gruppen för åtgärder för hämmande kontroll (Go/Nogo-uppgift). Vidare kommer utredarna att testa effekten av fNIRS-NF på stressresponsen med hjälp av TSST som ett standardiserat stresstest. Det antas att fNIRS-NF-träning också är effektiv för att minska stress genom att stärka stressrelaterad reglering (som också har varit relaterad till frontalloben).

Det antas att båda träningarna kommer att vara framgångsrika för att minska impulsivt beteende; i en pre/post-testning förväntas dock specifika effekter av fNIRS-baserad NF från DLPFC på arbetsminnesfunktionen och av fNIRS-baserad NF från IFG på hämmande kontroll. Korrelationer mellan både funktioner och impulsiva symtom kommer att ge en indikation på vilken tränings-ROI som kan vara mer lovande för behandling av (specifika undergrupper av) ADHD. Korrelationer mellan reglering av olika tränings-ROI kommer att indikera specificiteten för återkopplingsreglering av avgränsade kortikala områden.

Funktionell nära-infraröd spektroskopi (fNIRS):

Ett fNIRS-system (ETG-4000, Hitachi Medical Corporation, Japan) kommer att användas för att mäta hemodynamiska svar inom den prefrontala cortex (PFC).

Alla experiment kommer att genomföras vid Institutionen för psykiatri och psykoterapi, University of Tübingen (Calwerstraße 14/Osianderstraße 24, 72076 Tübingen). Alla medicintekniska produkter är CE-certifierade och godkända för applicering på patienter och kommer endast att användas enligt deras godkända syfte av personer som har kunskap och erfarenhet att använda, applicera och underhålla enheterna.

Neurofeedback:

En NF-session består av 2 återkopplingsblock som vardera varar 12 minuter och ett överföringsblock som varar i 8 minuter. Ett återkopplingsblock består av 12 reglerförsök. Ett reglerförsök består av 20 s vilotid och 30 s reglertid. Uppgiften är att öka eller minska den hemodynamiska aktiviteten i DLPFC eller IFG (eller, för skenkontrollgruppen, 4 kanaler i den temporala cortexen, som förmodat inte är involverad i impulsivitet/ADHD-symptomatologi; dessutom, i en opublicerad pilotstudie, dessa 4 kanaler visade sig vara inaktiva under en Stroop-uppgift som involverade kognitiva kontrollfunktioner), med 50 % aktiveringsförsök och 50 % deaktiveringsförsök, som presenterades i slumpmässig ordning. Som en återkoppling av hemodynamisk hjärnaktivering visas en boll för deltagaren på en skärm, som rör sig från vänster till höger och visar koncentrationsförändringar i syresatt hemoglobin genom att röra sig under eller över en linje i mitten av skärmen. En pil i mitten av skärmen indikerar om aktivering (pekar uppåt) eller avaktivering (pekar nedåt) förväntas vid en given provversion. I aktiveringsförsök bör koncentrationen av syresatt hemoglobin öka i jämförelse med baslinjen, i deaktiveringsförsök bör den minska. I slutet av ett framgångsrikt försök (bollen rörde sig i den förväntade riktningen under minst 7 s av de senaste 15 s regleringstiden), en givande feedback ("Gut gemacht, weiter so!", som är tyska för "Bra gjort, fortsätt så här!") visas på skärmen. Ett överföringsblock består av 8 reglerförsök där den rörliga bollen inte visas, men belöningen i slutet av försöket indikerar fortfarande om deltagaren lyckades. Överföringsblocken ingår för att underlätta överföringen av de inlärda regleringsstrategierna till vardagen.

Studera befolkning:

Deltagare kommer att rekryteras från den lokala studentpopulationen via annonser/e-post och från befintliga databaser. Ett onlinesystem kommer att användas för att låta potentiella deltagare fylla i ASRS för att klassificera dem som hög- eller lågimpulsiva. Under denna onlinescreeningsprocedur bekräftar de med en knapptryckning att de läser studieinformationen och det informerade samtycket och att de samtycker till användningen av deras data. De "fortsätter" genom ytterligare en knapptryckning och kommer att informeras om sina rättigheter. Lämpliga potentiella deltagare (högimpulsiva friska försökspersoner med ASRS-poäng >15 men <23) kontaktas igen för ett studiebesök. Den fullständiga studieinformationen, informerat samtycke och datasäkerhetsformulär kommer att skickas till den potentiella deltagaren vid den tidpunkten. När de kommer till själva laboratoriebesöket får de återigen förklaringar om alla procedurer och eventuella risker muntligt och skriftligt. De ingår i studien när de ger sitt skriftliga informerade samtycke.

Uppskattning av provstorlek:

Det föreslagna projektet är planerat som en randomiserad, kontrollerad studie och omfattar totalt 60 deltagare fördelade på en IFG-, en DLPFC- och en placeboträningsgrupp som får antingen IFG-baserad, DLPFC-baserad eller en skenbar (temporal cortex) NF-kontrollträning . Baserat på effektstorlekarna av NF-interventioner som vanligtvis observeras hos patienter med ADHD (cirka d=0,8 för uppmärksamhetsrelaterade symtomförbättringar, jämfört med olika kontrollgrupper inklusive väntelista, EMG-biofeedback och kognitiv träning; se t.ex. Arns, de Ridder, Strehl, Breteler & Coenen, 2009), skulle undergruppsprovstorlekar på n=20 vara resultatet av en formell potensberäkning, med ett fördefinierat α på 0,05 och en avsedd potens på minst 80 %. Nära relaterat till det för närvarande planerade träningsprotokollet bekräftar färska egna data effektstorlekar på minst 0,8 för jämförelser före efter i en kontrollgruppsdesign. I detalj, efter åtta träningspass med en frontallobsfokuserad fNIRS-baserad NF-träning, visade högimpulsiva ämnen positiva förändringar i både kognitiva mål (standardavvikelse för RTs i en stoppsignaluppgift) och kortikal aktivering (vänster DLPFC) som var signifikant starkare än i en EMG-baserad kontrollträningsgrupp (Hudak et al., 2017) med effektstorlekar på dcorr = 0,981 respektive 1,61 (formel enligt Klauer (2001) för designstudier före efter kontroll). Sammantaget, och förlitar sig på den mer konservativa uppskattningen av NF-effekter på själva symtomnivån (se ovan), tycks en urvalsstorlek på n=20 per grupp och behandlingsarm således vara adekvat för de olika syftena och frågorna i den föreslagna studien .

Risker och biverkningar:

FNIRS: Inga medicinska risker är förknippade med en fNIRS-inspelning; när laserdioder används, vilket är fallet i föreliggande studie, sker ingen betydande vävnadsuppvärmning. För att undvika oavsiktliga problem kommer alla möjliga försiktighetsåtgärder att vidtas. Riktlinjer och protokoll för hur man hanterar mätapplikationerna (t.ex. bekväm justering av NIRS-kåpan) kommer att följas strikt enligt föreslagna av erfarna laboratorier. Dessutom kommer försöksledarna att arbeta under noggrann övervakning av Dr Ann-Christine Ehlis.

FNIRS-baserad NF: Risker förknippade med fNIRS-baserad NF-behandling är få, sällsynta och snabbt åtgärdbara. För individer som är mycket känsliga eller mottagliga kan fNIRS-baserad NF utlösa migränhuvudvärk (inducerad muskelspänning), värmevallning eller mild ångest (prestationsinducerad). Potentiella problem kan minimeras och avvärjas genom att skaffa en adekvat medicinsk historia före behandling. Biverkningar är vanligtvis milda, övergående och snabbt åtgärdbara, vilket gör att deltagarna kan fortsätta med behandlingen.

Dataintegritet:

Alla experimenterare är bundna till professionellt omdöme. Medicinska doktorander/masterstudenter som potentiellt är involverade i projektet kommer att få detaljerade förklaringar av alla procedurer och kommer att underteckna ett kontrakt för att tillämpa dessa riktlinjer. Den konfidentiella behandlingen av uppgifterna enligt dataskyddslagen garanteras. Eftersom data kodas vid förvärvet är det inte möjligt att tilldela publicerade resultat till individer. Inspelningar som möjliggör omidentifiering är låsta och endast tillgängliga för personal (för ytterligare information, se nedan). Följande regler kommer att tillämpas för hantering av uppgifterna.

Datainsamling och lagring:

Data kommer att lagras med hjälp av koder. Dessa pseudonymer kommer att skapas för varje deltagare (tyska: "Pseudonymisierung"). Koderna är sammansatta av namnet på det använda paradigmet och deltagarens löpnummer.

Det kommer endast att finnas tre blanketter med deltagarnas namn på. Först kommer deltagarna att skriva sitt namn, födelsedatum och underskrift på samtyckesformuläret. För det andra kommer försöksledaren att anteckna deltagarnas namn, födelsedatum och studiekod på protokollformuläret. Detta protokoll kommer att vara det enda sättet att koppla en deltagares studiekod med hennes/hans identitet. För det tredje kommer deltagarna att underteckna ett formulär för att ha mottagit deltagaravgiften. Alla tre dokument kommer att förvaras förutom de övriga studiehandlingarna i ett låsbart skåp. Nycklarna till detta skåp och för rummet kommer att vara tillgängliga endast med en licens undertecknad av Dr. A.-C. Ehlis, chef för forskargruppen "Psychophysiology and Optical Imaging" vid institutionen för psykiatri och psykoterapi i Tübingen.

De psykometriska frågeformulären kommer att förvaras i ett skåp i ett låsbart rum. Endast deltagarnas studiekod noteras på dessa enkäter. Nycklarna till rummet kommer också att vara tillgängliga endast med en licens undertecknad av Dr. A.-C. Ehlis. Dessa dokument kommer att förstöras efter tio år. Vidare kommer enkätdata och deltagarnas studiekoder att läggas in i en datamatris av programmen Excel eller SPSS för vidare analyser. Avbildningsdata är också märkta med deltagarnas studiekoder.

Online-frågeformuläret kommer att konstrueras och distribueras med hjälp av programvaran SoSciSurvey. SoSciSurvey sparar all data på en tysk server (belägen i München). SoSciSurvey delar ingen data med tredje part, sparar inte IP-adresser och raderar all data om projektledaren inte har loggat in i systemet på tre månader. All data krypteras under dataöverföringen. Således erbjuder SoSciSurvey en mycket hög säkerhetsstandard. Efter onlinebedömningsperioden kommer data att laddas ner och lagras på en lösenordsskyddad hårddisk från universitetssjukhuset Tübingen (gruppen för psykofysiologi och optisk bild). All data kommer sedan att raderas från SoSciSurvey-servern.

Dataanalys:

Den kodade datan kommer att analyseras och resultaten kommer att publiceras i specifika vetenskapliga tidskrifter. Det kommer inte att finnas någon möjlighet att härleda information om enskilda deltagare från dessa resultat.

FNIRS-data kommer att analyseras med mjukvarupaketet implementerat i ETG-4000 (Topo-mjukvara från Hitachi Medical Co., Japan) samt MATLAB (The MathWorks Inc.), en kommersiell programvara som används för offlineanalys av förändringen i hemoglobin koncentration. Dessutom kommer statistiska analyser att genomföras med mjukvarupaketen Excel (Microsoft inc.) och SPSS. För statistisk analys kommer främst ANOVA för upprepade mätningar och korrelationsanalyser att tillämpas. Post-hoc-jämförelser kommer att utföras med hjälp av t-tester för matchade eller oberoende prover samt korrelationsanalyser.