tDCS primární motorické kůry pro zlepšení učení implicitní motorické sekvence u Parkinsonovy choroby

STUDOVAT DESIGN

Vyšetřovatelé provedou jednoduše zaslepenou, falešně kontrolovanou, vyváženou studii, aby prozkoumali účinky M1 tDCS na IMSL. Protože účinky související s věkem mohou sloužit jako vysvětlení protichůdných nálezů u zdravých mladých dospělých a osob s PD, výzkumníci zahrnou zdravou kontrolní skupinu, věkově odpovídající skupině PD. Pro sekvenčně specifický aspekt IMSL (primární výsledek) bude provedena smíšená faktoriální opakovaná měření ANOVA se „skupinou“ (2 úrovně: PD, zdravý) jako mezisubjektovým faktorem a „stimulací“ (2 úrovně: anodická, podvod), „bloky“ (2 úrovně: náhodný blok, průměr sousedních bloků) a „čas“ (3 úrovně: během, po 5 minutách, po 1 týdnu) jako faktory v rámci subjektů. Podobně pro obecné učení (sekundární výstup) bude provedena smíšená faktoriální opakovaná měření ANOVA se „skupinou“ (2 úrovně: PD, zdravá) jako mezisubjektovým faktorem a „stimulací“ (2 úrovně: anodická, simulovaná), „bloky“ (7 úrovní: bloky 1-6, blok 8) a „čas“ (3 úrovně: během, po 5 minutách, po 1 týdnu) jako faktory v rámci jednotlivých předmětů. Všichni účastníci obdrží anodický (skutečný) i falešný (placebo) tDCS v náhodném pořadí. Vyvážení bude provedeno nezávislým vyšetřovatelem pomocí Microsoft Excel®. Základní skóre v dotazníku Scale for Outcomes in Parkinson's disease COGnition (SCOPA-COG), Montreal Cognitive Assessment (MoCA) a Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS), stejně jako klinické podtypy (akineticko-rigidní podtyp, podtyp třesu) a sekvence Skóre povědomí budou brány jako kovariáty.

STRATEGIE NÁBORU

Osoby s PD budou přijímány prostřednictvím následujících instancí a center: Vlámská Parkinsonova liga (VPL); neurologové z Univerzitní nemocnice v Bruselu (UZ Brussel), University Colleges Leuven-Limburg (UCLL) a rehabilitačního centra RevArte (Antverpy); privátní fyzioterapeuti se specializací na neurologickou rehabilitaci. Zdraví účastníci odpovídajícího věku budou náborováni prostřednictvím kandidátů na PD (partnerů pacientů), několika rezidenčních pečovatelských domů v Bruselu a jeho okolí a vyvěšováním digitálních letáků na sociálních sítích.

Pro subjekty neexistují žádná omezení ani zákazy. Účastníci budou pokračovat v užívání léků během zkušebního období a experimentální postup provedou během ON-fáze své medikace. Je to proto, aby se maximalizovala proveditelnost provedení úkolu a aby byla zajištěna jednotnost s předchozími studiemi zkoumajícími účinky tDCS u PD.

MATERIÁLY

Pro generování a dodávání tDCS pomocí páru identických čtvercových pryžových elektrod (velikost 35 cm2), umístěných v obdélníkových houbách napuštěných fyziologickým roztokem, bude použit 1x1 nízkointenzivní stimulátor stejnosměrného proudu (Soterix Medical Inc, New York, USA). Pro stimulaci M1 budou elektrody umístěny nad C3 nebo C4 podle mezinárodního systému elektroencefalogramů 10-20, odpovídajících M1 kontralaterální k provádějící ruce. Referenční elektroda bude umístěna na F1 nebo F2, ipsilaterálně k provádějící ruce.

Stimulace proudu se bude pomalu zvyšovat z 0 miliampérů (mA) na 2 mA za jednu minutu. Pro anodický stav tDCS bude tato intenzita udržována po dobu trvání úlohy SRT (přibližně 20 minut), což je v rámci bezpečnostních standardů pro tDCS založených na důkazech. Výsledkem bude proudová hustota 0,057 mA/cm2. U falešného tDCS stavu – který subjekt nezná – bude stimulace postupně snižována směrem k 0 mA ihned po jednominutovém náběhu. Během posledního bloku úlohy SRT bude toto postupné navyšování a zpomalování aktuální stimulace opakováno, aby se optimalizoval proces oslepování účastníků. Pro kontrolu zaslepení subjektů budou po poslední relaci subjekty dotázány, zda si byly vědomy stavu stimulace nebo ne. Přechodné vedlejší účinky budou inventarizovány experimentátorem během a dva týdny po protokolu tDCS, včetně mírného svědění pod elektrodou, zarudnutí kůže pod elektrodou, bolesti hlavy, nevolnosti, únavy nebo nespavosti.

K určení IMSL bude použita úloha Serial Reaction Time (SRT-task). Úloha SRT bude provedena na notebooku pomocí softwaru E-Prime® (Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania, USA). Účastníci budou požádáni, aby stiskli vodorovně zarovnané klávesy odezvy C, V, B, N standardní klávesnice Azerty pro cíl zcela vlevo, vlevo, vpravo, resp. Odpovědi budou dány ukazováčkem nejméně postižené ruky v případě osob s PD a dominantní rukou v případě zdravých kontrol. Pokud jsou obě ruce stejně postiženy u osob s PD, použije se i ruka dominantní. Tlačítka odezvy C, V, B a N budou jedinými viditelnými klávesami, všechny ostatní klávesy budou zakryty.

POSTUP

Experiment bude probíhat v laboratoři Vrije Universiteit Brussel (VUB), v domácím prostředí účastníků nebo v blízkém komunitním centru dle vlastního výběru, pod dohledem výzkumníka. Možnost provést experiment mimo naši laboratoř ve VÚB je dána, protože posuny nejsou pro tyto účastníky vždy zřejmé.

Experimentálnímu postupu bude předcházet osobní pohovor za účelem shromáždění obecných klinických a demografických charakteristik. Zkrácený, 3-blok x 25 pokusů náhodný úkol SRT bude také proveden k posouzení, zda účastníci mají dostatečnou motorickou funkci k dokončení experimentů. Po rozhovoru bude provedeno neuropsychologické vyšetření pomocí tří dotazníků:

• Montrealský kognitivní test (MoCA) bude použit k posouzení kognitivních funkcí v 8 doménách (výkonné funkce, vizuoprostorové dovednosti, pozornost, koncentrace, jazyk, krátkodobá paměť a orientace).
• Stupnice pro výsledky u Parkinsonovy nemoci, část COGnition (SCOPA-COG) je krátký, spolehlivý a platný nástroj pro hodnocení kognitivních funkcí u PD. Skládá se z 10 položek, rozdělených do čtyř oblastí: paměť (4 položky), výkonná funkce (3 položky), pozornost (2 položky) a vizuoprostorová funkce (1 položka). Skórováno 0-43, přičemž nižší skóre ukazuje na závažnější kognitivní poruchu.
• Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS) je dvourozměrná škála vyvinutá k identifikaci deprese a úzkosti. Skládá se ze 14 položek, rozdělených do dvou 7-položkových subškál. Každá položka je hodnocena na 4bodové škále od 0 (absence) do 3 (extrémní přítomnost).

Kromě toho budou motorické funkce účastníků hodnoceny pomocí:

• Unified Parkinson's Disease Rating Scale, part III (UPDRS-III), jedna z nejrozšířenějších klinických hodnotících škál pro PD, která se skládá ze 4 částí. Pro tuto studii bude použita pouze část III, která hodnotí motorické funkce pomocí 14 položek.

Po screeningovém sezení (T0) budou všichni způsobilí účastníci vidět čtyřikrát (T1-T4) v průběhu minimálně pěti až maximálně jedenácti týdnů. Všechny čtyři sezení (T1, T2, T3, T4) začnou cvičným blokem úlohy SRT skládající se ze 72 náhodných pokusů, po kterém bude následovat skutečný experimentální úkol SRT s osmi bloky po 72 pokusech. Bloky budou odděleny třicetisekundovou přestávkou. V blocích 1 až 6 a v bloku 8 je pořadí cíle (tj. černá tečka) bude následovat opakující se sekvence. To účastník neví. Důvodem je, že reakční časy se budou zkracovat s opakováním sekvence v blocích 1-6 a 8, což znamená obecný tréninkový efekt (sekundární výsledná míra IMSL). Když se sekvence náhle změní na náhodnou sekvenci v bloku 7, reakční doba se zvýší v bloku 7 a ještě jednou se sníží v pravidelně seřazeném bloku 8, což znamená sekvenčně specifický efekt učení (primární výsledná míra IMSL). Aby bylo možné kontrolovat možné přenosové efekty, bude úloha SRT sledovat v každé stimulační podmínce jinou sekvenci (např. 132342134142 v T1-T2 a 243413241213 v T3-T4). Aby bylo zajištěno, že IMSL je nezávislá na konkrétní sekvenci, bude mezi účastníky vyváženo šest různých, strukturálně identických sekvencí o délce 12 prvků.

První intervenční sezení (T1) bude plánováno nejméně 1 týden po screeningovém sezení (T0) a bude sestávat z aktivního (anodálního) tDCS nebo falešného (placebo) tDCS podávaného během úlohy SRT. Pět minut po tDCS budou subjekty požádány, aby provedly krátkou, tříblokovou verzi úkolu SRT bez použití tDCS, aby se prozkoumaly potenciální krátkodobé konsolidační účinky: Bloky 1 a 3 ve stejném pravidelném pořadí jako dříve; Blok 2 po náhodné sekvenci.

Druhé sezení (T2) bude naplánováno o týden později. Během této týdenní relace po tDCS bude provedena stejná, plná verze úlohy SRT z jednoho týdne dříve, tentokrát bez aplikace tDCS, aby se určily potenciální dlouhodobé konsolidační účinky. Po T2 bude naplánováno vymývací období v délce alespoň tří týdnů pro kontrolu přenosových účinků mezi dvěma stimulačními podmínkami (aktivní/falešná tDCS). Dojde ke zkřížení a stejný postup s opačnou stimulační podmínkou se zopakuje během třetího (T3) intervenčního a čtvrtého (T4) kontrolního sezení. Polovina účastníků v každé skupině dostane aktivní tDCS během T1 a falešné tDCS během T3, zatímco druhá polovina účastníků dostane tyto stavy v obráceném a náhodném pořadí.

Každé sezení bude SRT-úloha zahájena do 90 minut po podání léku ("Fáze ON"). Je to proto, aby se maximalizovala proveditelnost provedení úkolu a aby byla zajištěna jednotnost s předchozími studiemi zkoumajícími účinky tDCS u PD. Dotazník po SRT úkolu bude vyplněn po posledním sezení (T4), aby se zjistilo, zda si účastníci uvědomili sekvenční povahu úkolu. Pokud účastníci uvedou, že se domnívají, že se objevila určitá sekvence, budou muset sekvenci z posledního sezení co nejpřesněji zopakovat. Toto sekvenční skóre (x/12, založené na nejvyšším počtu sekvenčních prvků, které mohou reprodukovat ve správném pořadí) bude sloužit jako výsledná míra pro explicitní znalosti týkající se opakujících se sekvencí.

STATISTICKÉ ANALÝZY

Všechny statistické analýzy budou provedeny pomocí statistického balíčku International Business Machines (IBM) Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) Statistics verze 26. Hladina významnosti bude stanovena na α = 0,05. Trend k významnosti bude definován jako 0,05 ≤ α < 0,10. V případě potřeby budou provedeny Bonferroniho korekce pro vícenásobná srovnání. Budou hlášeny velikosti Cohenova f efektu s hodnotami 0,10, .25 a .40 představující malé, střední a velké velikosti efektů.

V případě nulových účinků dojdou vyšetřovatelé k závěru, že neexistuje žádný důkaz o rozdílu mezi podmínkami. Vyšetřovatelé však také vypočítají post-hoc Bayesovy faktory pro každou skupinu (PD, zdravé kontroly), aby posoudili, zda by nedostatek rozdílu v sekvenčním učení mezi podmínkami anodické a simulované stimulace mohl být interpretován jako důkaz absence účinku tDCS o sekvenčním učení.

Pro skupinu PD budou pacienti klasifikováni jako akineticko-rigidní podtyp nebo podtyp třesu na základě dílčích skóre UPDRS-III ve stavu "vypnuto". Tento klinický podtyp osob s PD bude považován za kovariát, aby bylo možné posoudit, zda tato charakteristika ovlivňuje IMSL nebo její léčbu prostřednictvím tDCS. Metoda podobná té, kterou použili Xu et al. (2018) bude použito [70]. Za prvé, „tremor score“ (součet položek UPDRS 20 a 21 děleno 7) a „non-tremor score“ (součet položek UPDRS 18, 19, 22, 27, 28, 29, 30 a 31 děleno 12) vypočítat na pacienta. Pokud je skóre třesu alespoň dvojnásobkem skóre bez třesu, pacienti jsou klasifikováni jako podtyp třesu; pokud je skóre bez třesu alespoň dvojnásobkem skóre třesu, jsou pacienti klasifikováni jako akineticko-rigidní podtyp.

Budou provedeny korelační analýzy, Bonferroniho korigované pro vícenásobná srovnání, aby se zjistilo, zda množství IMSL koreluje s demografickými, neuropsychologickými a klinickými proměnnými (včetně klinických podtypů PD). Pokud jsou porušeny předpoklady pro parametrické testování, bude vypočtena neparametrická alternativa Spearmanovo Rho.

Analýzy výkonu úlohy SRT budou založeny na střední reakční době (RT) na blok namísto průměrné RT, aby se minimalizovaly potenciální odlehlé účinky. Cvičné zkoušky, první reakce po každé přestávce, chybné reakce a reakce po chybě budou z analýz vyloučeny. Medián RT na blok bude analyzován za účelem stanovení (1) obecného efektu učení (míra sekundárního výsledku) a (2) sekvenčně specifického efektu učení (míra primárního výsledku).

Obecné efekty učení během a jeden týden po tDCS budou odvozeny z poklesu středních RT během sedmi pravidelně sekvenovaných bloků (tj. Bloky 1-6 a Blok 8). To se nebude vztahovat na 5minutovou úlohu SRT po tDCS, protože jde o krátkou verzi s pouze třemi bloky. Provede se ANOVA s opakovanými měřeními 2x2x2x7 se skupinou (PD, zdravé kontroly) jako faktorem mezi subjekty a stimulací (aktivní, simulovaná), časem (během, po 1 týdnu) a blokem (bloky 1-6, blok 8) jako v rámci- předměty faktory.

Efekty učení specifické pro sekvenci během, 5 minut a 1 týden po tDCS budou analyzovány odečtením průměru středních RT sousedních sekvenovaných bloků (bloky 6 a 8 během stimulace a 1 týden po tDCS; bloky 1 a 3 v 5 minut po tDCS) od mediánu RT náhodného bloku (blok 7 během stimulace a 1 týden po tDCS; blok 2 5 minut po tDCS). Provede se 2x2x2x3 opakovaná měření ANOVA (nebo Friedman a Wilcoxon podepsaný hodnostní test jako neparametrické alternativy) se skupinou (PD, zdravé kontroly) jako faktorem mezi subjekty a stimulací (aktivní, simulovaná), sekvencí (náhodný blok, průměr sousedních sekvenovaných bloků) a čas (během, po 5 minutách, po 1 týdnu) jako faktory v rámci subjektu.

V případě porušení předpokladů sféricity budou hlášeny opravy Greenhouse-Geisser nebo Huynh-Feldt. Pro další analýzu významných hlavních a interakčních efektů budou implementovány Bonferroniho korigované t-testy.

Procenta chyb v úloze SRT jsou obecně malá, a proto jsou kvůli omezenému počtu pozorování méně citlivá na IMSL. Procento chybných reakcí na blok bude vypočítáno pro obě stimulační podmínky (anodální, simulovaná) a pro tři měření v průběhu času (souběžně, po 5 minutách, po 1 týdnu). Pro vyhodnocení normality distribuce bude proveden Shapiro-Wilkův test reziduí.

Sekvenční skóre, jako měřítko výsledku pro explicitní znalosti, bude v analýzách bráno jako kovariát. Bude proveden nezávislý vzorkový t-test (nebo neparametrický alternativní Mann-Whitney U test), aby se zjistilo, zda se sekvenční skóre (x/12) PD skupiny liší od zdravé kontrolní skupiny.