Behavioral Measurement of Neuroplasticity in Game-Based DTx for MDD Treatment

No Thumbnail Available

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.

Date

2024-05-25

Department

Major/Subject

Bioinformaatioteknologia

Mcode

ELEC3016

Degree programme

Sähkötekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

31

Series

Abstract

Major depressive disorder (MDD) is one of the greatest health-related problems societies face worldwide. Along with low-mood symptoms, the disorder is associated with several cognitive difficulties and diminished neuroplasticity, which is the ability to modify brain connectivity based on intrinsic and extrinsic stimuli. Neuroplasticity enables humans to learn new skills and adapt to new environments; diminished neuroplasticity suggests treatment resistance in MDD. This thesis concentrated on finding neuroplasticity markers from a game-based digital therapeutics (DTx), a form of digital therapy using elements from video games to alleviate the cognitive symptoms of MDD. These markers could be used to predict patient treatment response. The neuroplasticity markers were obtained by comparing patient performance and improvement in certain memory tasks of the DTx with the difficulty increase of the game. The hypothesis was that good performance in the memory tasks would correlate with increasing difficulty level. If a patient performs well in the memory tasks with increasing game difficulty, this would imply that they are able to learn and adapt, which indicates decent levels of neuroplasticity. The results revealed that good performance in memory tasks of the DTx can not be taken as an indicator of good neuroplasticity levels, as the hypothesis suggested. In turn, results implied that low performance in memory tasks indicates a low increase in difficulty which hints at poor neuroplasticity. However, the generalization of the results is affected by various error factors associated with the utilized sample. Final statements of subject neuroplasticity should not be made based entirely on the results of this thesis. Future study should focus on obtaining other neuroplasticity markers and compare them with the ones obtained in this thesis.

Vakava masennus (major depressive disorder, MDD) on eräs hankalimmista maailmanlaajuisista terveysongelmista. Olennaisena osana MDD:n taudinkuvaan kuuluvat yli kahden viikon mittaiset masennusepisodit, joihin liittyy alakuloinen mieliala, kyvyttömyys kokea mielihyvää, uniongelmat sekä ruokailutottumusten muutokset. On myös havaittu, että sairauteen liittyy vahvasti kognitiivisten toimintojen heikentyminen sekä neuroplastisuuden muutokset. Neuroplastisuudella tarkoitetaan aivojen kykyä muovata itseään ulkoisten sekä sisäisten ärsykkeiden perusteella. Hyvä neuroplastisuus onkin edellytys uusien taitojen oppimiselle sekä uuteen ympäristöön sopeutumiselle. Matala neuroplastisuus MDD-potilailla liitetään huonoon hoitovasteeseen. Tässä työssä pyrittiin löytämään pelipohjaisesta digitaalisesta terapiamuodosta (game-based digital therapeutics, DTx) mittareita, jotka kertovat potilaan neuroplastisuuden tasosta. Tällaisia mittareita voitaisiin käyttää potilaan hoitovasteen ennustamisessa. Työ toteutettiin osittain kirjallisuuskatsauksena, jossa käsiteltiin MDD:n yhteyttä kognitiiviseen alenemaan ja neuroplastisuuteen, sekä osittain kokeellisena tutkimuksena, jossa käsiteltiin erästä pelipohjaista digitaalista terapiamuotoa sekä neuroplastisuuden mittaamista siitä kerätystä datasta. Kyseisen DTx:n avulla pyritään lievittämään MDD:stä kärsivien potilaiden kognitiivisia oireita erilaisten pelinsisäisten tehtävien avulla. Työssä vertailtiin henkilön suoriutumista DTx:n muistitehtävissä pelinsisäisen adaptaation kanssa. Adaptaation kasvu pelissä merkitsee vaikeusasteen nousua. Työn hypoteesi oli, että hyvä suoriutuminen tarkasteluissa muistitehtävissä ennustaa adaptaation kasvua. Hyvä suoritus adaptaation kasvaessa kertoo kyvystä oppia sekä sopeutua uuteen ympäristöön, mikä viittaa hyvään neuroplastisuuden tasoon. Työssä tarkasteltiin, onko hypoteesi oikeassa ja kyetäänkö muistitehtävien suoritusta käyttämään neuroplastisuusmittarina. Työssä käytettiin kahta erilaista menetelmää hypoteesin arviointiin. Ensimmäisessä menetelmässä muistitehtävien keskiarvollista suoritusta verrattiin adaptaation muutokseen. Toisessa menetelmässä muistitehtävien suorituksen parantumista verrattiin adaptaation muutokseen. Menetelmien avulla saaduista tuloksista havaittiin, että parempi koehenkilön keskiarvollinen suoritus sekä suorituksen parantuminen muistitehtävissä korreloi positiivisesti adaptaation kasvun kanssa. Kuitenkin havaittiin, ettei pelkästään hyvän suorituksen perusteella voi ennustaa adaptaation kasvua, kuten hypoteesissa oletettiin. Tulosten mukaan heikko suoritus muistitehtävissä tai suorituksen heikentyminen pelin aikana ennustaa matalaa adaptaation kasvua. Tästä syystä heikon suorituksen tai suorituksen heikentymisen perusteella voisi ennustaa matalaa neuroplastisuutta, sillä heikkoja tuloksia saaneilla koehenkilöillä voisi olla muuta otosta puutteellisempi kyky sopeutua digitaaliseen terapiaan. Pieni otoskoko sekä puutteellinen tieto käytetystä otoksesta kuitenkin vaikeuttavat tulosten yleistettävyyttä koko masennuksesta kärsivien populaatioon. Myöhemmän tutkimuksen tulisikin pyrkiä soveltamaan tässä työssä esiteltyjä menetelmiä edustavampaan otokseen sekä löytämään DTx:stä muita neuroplastisuusmittareita, joita voitaisiin vertailla tässä työssä määriteltyihin mittareihin.

Description

Supervisor

Turunen, Markus

Thesis advisor

Palva, Matias

Keywords

cognitive impairment, DTx, MDD, neuroplasticity, working memory

Other note

Citation