Sensory noise as a possible non-pharmacological intervention for children with attention-deficit/hyperactivity disorder

Abstract

Background
Children diagnosed with attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) commonly
exhibit academic underachievement. The condition is thought to be linked to a
dysregulation of the dopamine (DA) and norepinephrine (NE) systems, which are
normalized with pharmacological medication. While pharmacological and non-
pharmacological interventions are available, more than 50% abort treatment after one year, and children with ADHD continue to struggle to achieve academic performance levels comparable to their typically developing peers.

Previous research suggests that white noise stimulation may enhance cognitive
performance in children with ADHD. While many of the existing studies have used
auditory white noise, the theoretical framework of this thesis suggests that noise
stimulation in any sensory modality could yield similar benefits as from auditory noise. This thesis also investigates potential regulatory effects from white noise stimulation on DA and NE through the measurement of blink rate and pupil diameter, which serve as proxies for these neurotransmitter systems.

Methods
Three distinct noise modalities – auditory, visual, and vestibular – were examined
regarding their ability to affect cognitive performance, pupil diameter and blink rate in children with ADHD and typically developing children (TDC). Each noise modality
was compared against a no-noise condition, during tasks previously validated for their sensitivity in discerning differences between children with ADHD and TDC.
Performance on the tasks was evaluated in relation to the different groups (ADHD and
TDC), while blink rate and pupil diameter were assessed regarding their relationship
to ADHD symptom severity in the entire sample.

Results
No beneficial effects on cognitive performance attributable to noise stimulation were
observed, irrespective of noise modality. Furthermore, no relationship between blink
rate or pupil diameter and ADHD symptom severity was found. The level of symptoms
experienced did not predict pupil diameter or blink rate without noise. Neither did it
interact with the noise stimulation in any way. However, boys had significantly larger
pupil diameters compared to girls during both the no-noise condition and during
auditory white noise stimulation. The boys were significantly affected by the noise
stimulation.

Conclusions
White noise stimulation seems to be ineffective in improving cognitive performance for children with ADHD in several tasks related to working memory and executive
function. Additionally, blink rate and pupil diameter do not seem to be reliably
associated with ADHD symptom severity, nor modulated by auditory white noise
stimulation. However, the pupil diameter in boys was consistently larger throughout
the entire task as a result of the noise stimulation. The fact that only boys, and not girls, were significantly affected by the auditory white noise stimulation suggests that
individual differences may influence responsiveness, warranting further investigation
into potential influencing factors.

Abstract (Swedish)

Bakgrund
Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) är en vanlig neuropsykiatrisk diagnos
som påverkar ungefär 5% av jordens barn, med en större andel pojkar än flickor.
Diagnosen debuterar oftast i barndomen och kännetecknas av svårigheter med
uppmärksamhet, hyperaktivitet och impulsivitet. Dessa symtom gör det svårt för barn
att hantera vardagens krav, särskilt i skolmiljöer som ställer höga krav på koncentration, självkontroll och samspel med andra. För många unga med ADHD innebär detta inte bara en försämrad skolfunktion, utan också en ökad risk för långvariga svårigheter i livet, såsom lägre akademiska prestationer och problem med att etablera stabila sociala och yrkesmässiga relationer.

ADHD tros vara kopplat till en dysreglering av hjärnans signalsystem, framför allt
dopamin och noradrenalin, två neurotransmittorer som är viktiga för uppmärksamhet, impulskontroll och belöningssystem. Farmakologisk behandling med läkemedel, såsom stimulerande medel, hjälper till att normalisera dessa system, vilket kan leda till förbättrad koncentration och minskad impulsivitet. Trots denna symptomlindring fortsätter många barn att kämpa med akademiska utmaningar, och även om den medicinska behandlingen ofta ger positiva effekter, leder den inte alltid till förbättrade resultat i skolan. Det finns därmed ett stort behov av nya behandlingsmetoder som kan komplettera de nuvarande insatserna och hjälpa barn med ADHD att nå sin fulla potential, särskilt när det gäller akademisk prestation.

Tidigare forskning har visat att stimulering med vitt brus kan förbättra arbetsminne
och exekutiva funktioner hos barn med ADHD. En fördel med denna typ av icke-
farmakologisk intervention är att den potentiellt kan bidra till att stärka kognitiva
funktioner utan de biverkningar som ibland är förknippade med medicinsk behandling. Trots lovande resultat från tidigare studier, finns det dock fortfarande osäkerheter kring de underliggande mekanismerna för hur vitt brus fungerar samt hur de påverkar olika individer och uppgifter. Inte alla barn eller uppgifter verkar svara på brusstimulering, och mer forskning behövs för att fastställa om denna metod kan utvecklas till en alternativ icke-farmakologisk intervention för barn med ADHD.

De flesta tidigare studier har fokuserat på auditivt vitt brus, men teorierna bakom
effekterna föreslår att stimulering med brus i andra sensoriska modaliteter, så som
visuell, taktil eller elektrisk, också kan ge liknande fördelaktiga resultat – något som
denna avhandling undersöker. För att försöka få en bättre förståelse för de
underliggande mekanismerna bakom effekterna av vitt brus undersöker denna
avhandling även de möjliga regulatoriska effekterna av vitt brus på dopamin- och
noradrenalin-systemen genom att mäta blinkfrekvens och pupillstorlek, som fungerar
som indikatorer för dessa neurotransmittorer.

Material och metoder
Denna avhandling har undersökt effekterna av vitt brus i tre olika brusmodaliteter–
auditiv, visuell och vestibulär–och deras inverkan på arbetsminnesprestation och
exekutiva funktioner hos barn med ADHD och jämnåriga kontroller utan
neuropsykiatriska funktionsnedsättningar. Målet var att utforska om brusstimulering, i olika sensoriska former, kan förbättra kognitiva funktioner hos barn med ADHD och
om denna typ av stimulering har olika effekter på barn med ADHD jämfört med friska
jämnåriga.

I Studie I undersöktes 43 barn med ADHD och 28 kontroller för att bedöma effekterna
på arbetsminnesprestation av elektrisk stimulering av det vestibulära systemet. I Studie II deltog 52 barn med ADHD och 45 friska kontroller, som genomförde två
ögonrörelseuppgifter som utvärderar exekutiva funktioner, medan de samtidigt blev
stimulerade med antingen auditivt eller visuellt brus. Uppgifterna i Studie I och II har
tidigare visat sig vara känsliga i sin förmåga att skilja mellan barn med och utan ADHD. Prestation under brusstimulering jämfördes med prestation utan brusstimulering för att undersöka om och i vilken grad stimuleringen påverkade de exekutiva funktionerna och arbetsminnesprestation.

Utöver detta har blinkfrekvens och pupillstorlek undersökts hos barn med olika nivåer
av ADHD-symptom både utan brusstimulering samt hur dessa påverkas av stimulering med auditivt vitt brus.

Resultat
Varken den auditiva, visuella eller vestibulära stimuleringen förbättrade
arbetsminnesprestationerna eller de exekutiva funktionerna hos barn med ADHD
jämfört med kontrollgruppen. Trots att uppgifterna tidigare har visat sig ha hög
känslighet i sin förmåga att skilja mellan barn med och utan ADHD framkom inte
heller några generella signifikanta skillnader mellan ADHD- och kontrollgruppens
prestationer på de olika uppgifterna utan brusstimulering.

Vidare visade resultaten att graden av ADHD-symtom inte hade någon signifikant
påverkan på blinkfrekvens eller pupillstorlek, varken under brusstimulering eller utan
stimulering. Detta tyder på att den fysiologiska responsen på vitt brus inte var direkt
relaterad till barnens ADHD-symtom.

Intressant nog uppvisade pojkar generellt en större pupillstorlek än flickor utan
brusstimulering. Detta resultat blev ännu mer uttalat under auditiv brusstimulering,
där pojkarnas pupillstorlek ökade signifikant jämfört med utan brusstimulering.
Pupillstorleken var konsekvent större under hela uppgiften som ett resultat av brusstimuleringen. Effekten av brusstimulering verkar därmed hålla i sig under den
tidsperiod som den är aktiv.

Slutsatser
Stimulering med vitt brus verkar vara ineffektivt för att öka den kognitiva prestationen hos barn med ADHD i flera uppgifter relaterade till arbetsminne och exekutiv funktion. Detta innebär att vitt brus, oavsett om det är auditivt, visuellt eller vestibulärt, i denna avhandling inte visat sig ha samma positiva effekter på kognitiva förmågor hos barn med ADHD som tidigare studier funnit. Det finns flera möjliga förklaringar till att inga signifikanta skillnader observerades mellan ADHD-gruppen och kontrollgruppen utan brusstimulering samt till att inga effekter på kognitiv prestation framkom under brusstimulering. Dessa kommer diskuteras i avhandlingen.

Det verkar inte heller finnas något samband mellan blinkfrekvens eller pupillstorlek
och ADHD-symtomens svårighetsgrad, eller att barn med olika nivå av ADHD-
symtom påverkas olika av den auditiva brusstimuleringen. Att pojkar hade en större
pupillstorlek än flickor samt att de fick signifikant större pupillstorlek under auditiv
brusstimulering tyder dock på att vissa individer kan påverkas av brusstimulering. Om
detta reflekterar förändringar i kognitiv prestation, och vilka de exakta karaktärsdrag
personer som påverkas av brusstimulering har, kräver fortsatt forskning för att få svar
på.

• author: Jostrup, Erica
• supervisor: Emma Claesdotter-Knutsson; Marcus Nyström; Pia Tallberg; Göran Söderlund; Peik Gustafsson
• opponent: Professor Warkentin, Siegbert, Linnaeus University
• organization: Child and Adolescent Psychiatry; LUNDD (LUnd Neurodevelopmental Disorders) (research group); Child and Adolescent Psychiatric Conditions and Associated Risk Factors: CARE (research group)
• publishing date: 2025
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Psychiatry
• keywords: Sensory noise, ADHD, White noise, Eye tracking, Blink rate, Pupi diameter, Cognitive performance
• in: Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• issue: 2025:7
• pages: 116 pages
• defense location: Konferensrum 12, Psykiatrihuset, Baravägen 1 i Lund
• defense date: 2025-02-07 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-8021-660-9
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 55dbf1a9-f170-4a7d-913c-d4799ac838ac
• date added to LUP: 2025-01-13 11:10:16
• date last changed: 2025-04-04 15:31:33