Pulzní tVNS protokol a zesílení učení

Studie se řídí jednoduchým zaslepeným randomizovaným zkříženým designem pouze s 1 faktorem v rámci subjektu (podmínka stimulace, 2 úrovně: taVNS, simulace), což vede ke 2 experimentálním sezením na účastníka.

Předchozí studie se zaměřovaly hlavně na podávání tonické stimulace, aplikované nepřetržitě se stimulačním protokolem 30s ON 30s OFF po celou dobu trvání úkolu. V poslední době byly vyvinuty protokoly poskytující krátké vzplanutí taVNS, aby přesněji napodobovaly vagové signály. Nicméně optimální parametry (např. délka stimulace, frekvence) pro vyvolání fázových signálů ještě nejsou určeny. Aby se otestovalo, která kombinace parametrů nejúspěšněji vyvolává fázové reakce, výzkumníci provedli pilotní sběr dat se sadou parametrů porovnávajících taVNS a simulovanou stimulaci. Jako proxy pro fázovou signalizaci vyšetřovatelé zkoumali dilatace zornic zprostředkované locus coeruleus, hlavním cílem nervu vagus. Deset účastníků bylo pozváno na 2 sezení (taVNS, sham), během kterých dostali pulzní stimulaci s následujícím nastavením: trvání stimulace 1, 2 nebo 3 s, stimulační frekvence 20, 25 nebo 30 Hz. Výsledkem tohoto pilotního projektu bylo zjištění, že většina účastníků pilotního projektu (7 z 10) vykazovala nejsilnější odezvu vyvolanou taVNS oproti simulované stimulaci po dobu 1 s frekvencí 20 Hz. Proto bude tato kombinace nastavení implementována během hlavní studie. Pro stimulaci se používá tVNS Health - R® (tVNS Health, Erlangen, Německo) a pro sledování očí SR Research Eyelink 1000Plus®.

Pro hlavní studii budou účastníci pozváni na tři experimentální sezení. Výzkumníci pozorovali značnou interindividuální variabilitu v reakci zornice na stimulaci a podobná variabilita byla dříve popsána pro mozkové reakce vyvolané taVNS. Tato variabilita může částečně souviset s různými anatomickými charakteristikami. Účastníci proto nejprve absolvují relaci sledování očí, aby vyhodnotili reakci jejich zornic na krátké pulzy taVNS. Vyšetřovatelé pak pouze pozvou účastníky reagující na taVNS do neuroimagingových relací, aby otestovali, zda mohou krátké stimulační pulzy v principu indukovat fázové signály. Na prvním sezení je získán informovaný souhlas. Bude testována odezva zornice na stimulaci se zvoleným nastavením stimulace (1 s a 20 Hz, 45 pokusů, ~25 minut) porovnáním taVNS a simulované stimulace (dva bloky oddělené 5minutovou přestávkou po náhodném pořadí), aby se potvrdilo, že vyvolávají robustní pupilární odezva. taVNS na pravé cymba concha bude použita pro aktivní taVNS a simulovanou stimulaci v ušním lalůčku. Pro dvě neurozobrazovací sezení plánují vyšetřovatelé pozvat účastníky, kteří během prvního sezení vykazovali větší dilataci zornice pro taVNS vs. simulovanou stimulaci. Vyšetřovatelé budou v jedné relaci spravovat taVNS a ve druhé předstírat. Pořadí relací bude náhodné. Během kalibrace bude intenzita stimulace upravena tak, aby odpovídala mírnému pocitu píchání pro taVNS a simulaci. Jak bylo uvedeno dříve, intenzita se bude zvyšovat z 0,1 mA v krocích po 0,1 mA, dokud účastník neoznámí, že zažívá tento pocit. Aby bylo zajištěno účinné oslepení, vyšetřovatelé spárují nevýherní vodítka (pro bloky, ve kterých je stimulace spárována s odměňující zpětnou vazbou) nebo akce spojené s nesprávným stimulem (vodítko s menší pravděpodobností poskytne odměnu v blocích, kde je stimulace spárována s akce) s nízkou intenzitou (0,1 mA) stimulací. To slouží jako další kontrolní podmínka pro srovnání účinků skutečné stimulace (vysoká intenzita) se stimulací, která by neměla aktivovat vagové aferenty (nízká intenzita). Účastníci budou informováni, že ve všech testech dostanou stimulaci s různou intenzitou, i když stimulace nebude vždy vnímána.

Před vstupem do skeneru účastníci absolvují krátké procvičení úlohy instrumentálního učení, aby se seznámili se strukturou a postupem úlohy. Poté účastníci vstoupí do skeneru fMRI. Zde vyšetřovatelé provedou kalibraci intenzity stimulace a také další krátké procvičení úkolu pro kalibraci zařízení síly úchopu používaného během úkolu. Po tomto druhém cvičení bude pořízen anatomický snímek, následovaný měřením klidového stavu pro analýzy funkční konektivity. Během měření se bude promítat film, který omezí pohyb a zabrání tomu, aby účastník usnul (Inscapes). Na závěr sezení účastníci provedou úkol instrumentálního učení (popsaný v části níže) se současnou taVNS nebo falešnou stimulací (~1 hodina stimulace).

Instrumentální výukový úkol Pravděpodobnostní výukový úkol k vyhodnocení potenciálu pulzního taVNS na instrumentální výuku bude použit tam, kde se účastníci musí naučit, které akce souvisí s vyšší pravděpodobností odměny na základě konkrétních vodítek. Účastníkům budou předloženy dvojice abstraktních podnětů a pokusem a omylem se naučí, které vodítko s větší pravděpodobností přinese odměnu. Pro každý pár stimulů budou účastníci instruováni, aby vybrali jeden stimul stisknutím zařízení pro sílu úchopu po dobu 3 po sobě jdoucích sekund. V každé ruce budou držet jedno zařízení pro sílu úchopu a jsou instruováni, aby stiskli sílu úchopu odpovídající straně zvoleného podnětu.

Aby byly zajištěny různé úrovně obtížnosti, budou se pravděpodobnosti výhry „správného“ stimulu lišit mezi snadnými a těžkými zkouškami. V jednoduchých zkouškách bude pravděpodobnost výhry správného stimulu 0,75, což znamená, že výběr související akce povede k odměně v 75 % případů. V tvrdých zkouškách bude pravděpodobnost výhry správného stimulu o něco nižší na 0,65. Pravděpodobnost výhry druhého podnětu ("nesprávného" podnětu) se vypočítá jako 1 mínus pravděpodobnost správného podnětu.

Úloha se bude skládat z osmi dvojic tág rozdělených do čtyř bloků. Každý blok obsahuje dvě dvojice, jednu s vysokou obtížností a jednu s nízkou obtížností. Během dvou bloků budou účastníci stimulováni vysoce intenzivní stimulací vždy, když dostanou odměnu, bez ohledu na zvolenou akci. Během dalších dvou bloků bude stimulace aplikována vždy, když účastníci provedou akci spojenou se správným stimulem (vodítko s vyšší pravděpodobností poskytne odměnu), bez ohledu na výsledek. Jako další kontrolní podmínka kromě simulace bude intenzita kolísat mezi nízkou intenzitou taVNS, která je nedostatečná k vyvolání aktivace vagu (konstantní mezi všemi účastníky) a stimulací vysoké intenzity, jak je stanoveno individuální kalibrací. Pro každý pokus bude správná volba dostávat stimulaci vysoké intenzity, zatímco nesprávná volba bude spárována se stimulací nízké intenzity.