Konventionel eller High Definition tDCS for at forbedre implicit motorisk sekvenslæring hos raske unge voksne?

STUDERE DESIGN

Efterforskerne vil udføre en enkelt-blind, sham-kontrolleret, modvægtig undersøgelse. For det sekvensspecifikke aspekt af IMSL (primært resultat), vil en blandet faktoriel gentagne målinger ANOVA blive udført med "enhed" (2 niveauer: konventionel tDCS, HD tDCS) som mellem-subjektsfaktor og "stimulering" (2 niveauer: anodal, sham), "blokke" (2 niveauer: tilfældig blokering, middelværdi af tilstødende blokke) og "tid" (3 niveauer: under, efter 5 min, efter 1 uge) som faktorer inden for forsøgspersoner. Tilsvarende, for generel læring (sekundært udbytte), vil en blandet faktoriel gentagne foranstaltninger ANOVA blive udført med "enhed" (2 niveauer: konventionel tDCS, HD tDCS) som mellem-fagsfaktor og "stimulering" (2 niveauer: anodal, sham) , "blokke" (7 niveauer: Blok 1-6, Blok 8) og "tid" (3 niveauer: under, efter 5 min, efter 1 uge) som faktorer inden for emner. Deltagerne tildeles tilfældigt til enten den konventionelle tDCS-gruppe eller HD tDCS-gruppen ved blokrandomisering. Alle deltagere vil modtage både anodal (ægte) og sham (placebo) tDCS i en tilfældig rækkefølge. Modbalancen vil blive udført af en uafhængig efterforsker, der bruger Microsoft Excel®.

REKRUTTERINGSSTRATEGI

Sunde unge voksne vil blive rekrutteret fra Vrije Universiteit Brussel. Der er ingen begrænsninger eller forbud for fagene.

MATERIALER

Til den konventionelle tDCS vil en 1x1 lavintensitets jævnstrømsstimulator (Soterix Medical Inc, New York, USA) blive brugt til at generere og levere tDCS gennem et par identiske firkantede gummielektroder (størrelse 35 cm2), placeret i rektangulært saltvandsgennemvædet. svampe. Til stimulering af M1 vil elektroderne blive placeret over C3 eller C4 i henhold til det internationale 10-20 elektroencefalogram system, der matcher med M1 kontralateral til den udførende hånd. Referenceelektroden vil blive placeret på F1 eller F2, ipsilateralt til den udførende hånd.

Den aktuelle stimulering vil langsomt blive rampet op fra 0 milliampere (mA) til 2 mA på et minut. For den anodale tDCS-tilstand vil denne intensitet blive opretholdt i hele SRT-opgaven (ca. 20 minutter), hvilket er godt inden for evidensbaserede sikkerhedsstandarder for tDCS. Dette vil resultere i en strømtæthed på 0,057 mA/cm2. For sham tDCS-tilstanden - uvidende af forsøgspersonen - vil stimulation gradvist blive reduceret mod 0 mA umiddelbart efter et minuts ramp-up. Under den sidste blok af SRT-opgaven vil denne gradvise op- og nedstigning af den aktuelle stimulation blive gentaget for at optimere processen med at blinde deltagerne. For at kontrollere for blindning af forsøgspersonerne vil forsøgspersonerne efter den sidste session blive spurgt, om de var opmærksomme på stimuleringstilstanden eller ej. Forbigående bivirkninger vil blive oplyst af forsøgslederen under og to uger efter tDCS-protokollen og kan omfatte en let kløende fornemmelse under elektroden, rødme af huden under elektroden, hovedpine, kvalme, træthed eller søvnløshed.

Til High Definition tDCS vil en 4x1 Multichannel Stimulation Adapter (Soterix Medical Inc, New York, USA) blive brugt til at levere HD tDCS over M1. Ved at forbinde den konventionelle tDCS-enhed (beskrevet ovenfor) til denne multikanalstimuleringsadapter, leveres jævnstrømmen langs 4x1 HD tDCS-konfigurationen, hvilket muliggør neuromodulation begrænset til det ønskede område. I modsætning til de relativt store svampe-elektroder, der anvendes i konventionelle tDCS-montager (figur 1A), leveres stimulering via HD tDCS ved hjælp af en central gel-elektrode og fire returelektroder placeret i plastikindkapslinger indlejret i en EEG-hætte (figur 1B) ). Opsætning af enheden vil blive udført i henhold til den omfattende eksperimentelle protokol leveret af Villamar og kolleger (2013). Til stimulering af venstre M1, kontralateralt til den udførende højre hånd, vil den anodale stimulation blive leveret via den centrale elektrode svarende til C3 og holdt på plads ved hjælp af den specialdesignede syntetiske hætte til at holde HD-tDCS elektroderne på hovedet. Returelektroderne er placeret ved Cz, F3, T7 og P3 (internationalt 10-20 elektroencefalogramsystem), se figur 2. For den højre M1, modsat den udførende venstre hånd, vil den centrale elektrode blive placeret ved C4 med returelektroderne ved Cz, F4, T8 og P4. Den stimulerende (anodale) jævnstrøm øges i 60 sekunder til en intensitet på 2 mA og opretholdes i hele SRT-opgaven (ca. 20 minutter).

Opgaven Serial Reaction Time (SRT-task) vil blive brugt til at bestemme IMSL. SRT-opgaven vil blive udført på en bærbar computer ved hjælp af E-Prime®-software (Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania, USA). Deltagerne vil blive bedt om at trykke på de horisontalt justerede svartaster C, V, B, N på et standard azerty-tastatur for henholdsvis et mål længst til venstre, til venstre, til højre og længst til højre. Svar vil blive givet med pegefingeren på den mindst ramte hånd i tilfælde af personer med PD og med den dominerende hånd i tilfælde af raske kontroller. Hvis begge hænder er lige påvirket hos personer med PD, vil den dominerende hånd også blive brugt. Svartasterne C, V, B og N vil være de eneste synlige taster, alle andre nøgler vil være dækket.

PROCEDURE

Eksperimentet vil finde sted på et laboratorium ved Vrije Universiteit Brussel (VUB) eller i et stille rum hjemme hos deltageren under opsyn af efterforskeren.

Efter en screeningssession (T0), hvor baseline demografiske karakteristika (køn, alder, dominerende hånd) vil blive indsamlet. Deltagerne vil blive tildelt enten den konventionelle tDCS-gruppe eller HD tDCS-gruppen og vil blive set fire gange (T1-T4) i løbet af mindst fem til maksimalt elleve uger. Alle fire sessioner starter med en praksis-SRT-opgave på en tilfældig blok af 25 forsøg, efterfulgt af den faktiske eksperimentelle SRT-opgave på otte blokke af 72 forsøg med en 30 sekunders pause mellem på hinanden følgende blokke. I blok 1 til 6 og blok 8, rækkefølgen af ​​målet (dvs. sort prik) placeringer vil følge en gentagende sekvens. Dette er uvidende for deltageren. Begrundelsen er, at reaktionstiderne vil falde med gentagelse af sekvensen gennem blok 1-6 og 8, hvilket angiver en generel træningseffekt (sekundært resultatmål). Når den gentagne sekvens pludselig ændres til en tilfældig sekvens i blok 7, vil reaktionstiden stige i blok 7 og falde endnu en gang i regulært sekvenseret blok 8, hvilket angiver en sekvensspecifik indlæringseffekt (primært resultatmål). For at kontrollere for mulige overførselseffekter vil SRT-opgaven følge en anden sekvens i hver stimuleringstilstand (f.eks. 132342134142 i T1-T2 og 243413241213 i T3-T4). For at sikre, at IMSL er uafhængig af en specifik sekvens, vil seks forskellige, strukturelt identiske sekvenser på 12 elementer lange blive udlignet mellem deltagerne.

Den første interventionelle session (T1) vil blive planlagt mindst 1 uge efter screeningssessionen (T0) og vil bestå af aktiv (anodal) tDCS eller sham (placebo) tDCS administreret under SRT-opgaven. Fem minutter efter tDCS vil forsøgspersoner blive bedt om at udføre en kort, tre-blok version af SRT-opgaven uden anvendelse af tDCS for at undersøge potentielle kortsigtede konsolideringseffekter: Blok 1 og 3 følger samme regulære sekvens som tidligere; Blok 2 følger en tilfældig sekvens.

Den anden session (T2) planlægges en uge senere. I løbet af denne en-uges post-tDCS-session vil den samme, fulde version af SRT-opgaven fra en uge tidligere blive udført, denne gang uden anvendelse af tDCS, for at bestemme potentielle langsigtede konsolideringseffekter. Efter T2 vil der blive planlagt en udvaskningsperiode på mindst tre uger for at kontrollere for overførselseffekter mellem de to stimuleringsbetingelser (aktiv/sham tDCS). Cross-over vil finde sted, og den samme procedure med den modsatte stimulationstilstand vil blive gentaget under den tredje (T3) interventionelle og fjerde (T4) opfølgningssession. Halvdelen af ​​deltagerne i hver gruppe vil have modtaget aktiv tDCS under T1 og sham tDCS under T3, mens den anden halvdel af deltagerne vil have modtaget disse tilstande i omvendt og randomiseret rækkefølge.

Den aktuelle stimulering vil langsomt blive øget fra 0 mA til 2 mA på et minut. For den anodale tDCS-tilstand vil denne intensitet blive opretholdt i hele SRT-opgaven (ca. 20 minutter). For den falske tDCS-tilstand - uvidende for forsøgspersonen - vil stimulationen gradvist blive reduceret mod 0 mA umiddelbart efter det ene minut. rampe op.

Et post-SRT-opgave spørgeskema vil blive udfyldt efter den sidste session (T4) for at afgøre, om deltagerne blev opmærksomme på opgavens sekventielle karakter. Hvis deltagerne angiver, at de mener, at en bestemt sekvens dukkede op, bliver de nødt til at gengive sekvensen fra den sidste session så korrekt som muligt.

STATISTISKE ANALYSER

Alle statistiske analyser vil blive udført ved hjælp af International Business Machines (IBM) Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) Statistics version 26. Signifikansniveauet vil blive sat til α = 0,05. En tendens til signifikans vil blive defineret som 0,05 ≤ α < 0,10. Der vil blive foretaget passende rettelser for flere sammenligninger, når det er nødvendigt. Cohens f-effektstørrelser vil blive rapporteret med værdier på 0,10, .25 og .40 repræsenterer henholdsvis små, mellemstore og store effektstørrelser.

I tilfælde af null-effekter vil efterforskerne konkludere, at der ikke er tegn på forskel mellem tilstande. Forskerne vil dog også beregne post-hoc Bayes-faktorer for hver gruppe (konventionel tDCS, HD tDCS) for at vurdere, om en mangel på forskel i sekvensindlæring mellem de anodale og sham-stimuleringsbetingelser kan tolkes som bevis for fraværet af en effekt af tDCS om sekvenslæring.

Korrelationsanalyser, Bonferroni-korrigeret for flere sammenligninger, vil blive udført for at undersøge, om mængden af ​​IMSL korrelerer med demografiske variabler (inklusive kliniske undertyper af PD). Hvis forudsætninger for parametrisk testning overtrædes, vil det ikke-parametriske alternativ Spearman's Rho blive beregnet.

Resultaterne af SRT-opgaverne under, 5 minutter efter og en uge efter sham tDCS vil tjene som baseline mål, der skal sammenlignes med resultaterne efter faktisk anodal tDCS.

Analyserne af SRT-opgavens ydeevne vil være baseret på median reaktionstid (RT) pr. blok i stedet for middel RT for at minimere potentielle outlier-effekter. Praksisforsøg, det første svar efter hver pause, fejlbesvarelser og svar efter en fejl vil blive udelukket fra analyserne. Median RT'er pr. blok vil blive analyseret for at bestemme (1) en generel læringseffekt (sekundært resultatmål) og (2) en sekvensspecifik læringseffekt (primært resultatmål).

Generelle læringseffekter under og en uge efter tDCS vil blive afledt af et fald i median RT'er over de syv regelmæssigt sekvenserede blokke (dvs. Blok 1-6 og Blok 8). Dette vil ikke være gældende for 5-minutters SRT-opgaven efter tDCS, da det er en kort version med kun tre blokke. En 2x2x2x7 gentagne målinger ANOVA vil blive udført med enhed (konventionel tDCS, HD tDCS) som mellem-fagsfaktor og stimulering (aktiv, sham), tid (i løbet af, post1 uge) og blok (blok 1-6, blok 8) som inden for -fagsfaktorer.

Sekvensspecifikke indlæringseffekter under 5 minutter og 1 uge efter tDCS vil blive analyseret ved at subtrahere middelværdien af ​​median-RT'erne for tilstødende sekventerede blokke (blok 6 og 8 under stimulering og en uge efter tDCS; blok 1 og 3 kl. 5 minutter efter tDCS) fra median RT af den tilfældige blok (blok 7 under stimulering og 1 uge efter tDCS; Blok 2 5 minutter efter tDCS). En 2x2x2x3 gentagne målinger ANOVA (eller Friedman og Wilcoxon underskrevne rangtests som ikke-parametriske alternativer) vil blive udført med enhed (konventionel tDCS, HD tDCS) som mellem-fagsfaktor og stimulering (aktiv, sham), sekvens (tilfældig blok, middelværdi af tilstødende sekventerede blokke) og tid (i løbet af, efter 5 min, efter 1 uge) som faktorer inden for emnet.

I tilfælde af, at antagelser om sfæricitet overtrædes, vil Greenhouse-Geisser eller Huynh-Feldt korrektioner blive rapporteret. Bonferroni-korrigerede t-tests vil blive implementeret for yderligere at analysere væsentlige hoved- og interaktionseffekter.

Fejlprocenterne i SRT-opgaven er generelt små og derfor, på grund af et begrænset antal observationer, mindre følsomme over for IMSL. Procentdelen af ​​fejlreaktioner pr. blok vil blive beregnet for både stimuleringsbetingelser (anodal, sham) og for de tre målinger over tid (samtidig, efter 5 minutter, efter 1 uge). Shapiro-Wilk-testen af ​​residualer vil blive udført for at evaluere normaliteten af ​​fordelingen.

Den sekventielle score, som resultatmål for eksplicit viden, vil blive taget op som en kovariat i analyserne. En uafhængig sample t-test (eller ikke-parametrisk alternativ Mann-Whitney U-test) vil blive udført for at fastslå, om de sekventielle scores (x/12) af den konventionelle tDCS-gruppe er forskellige fra HD tDCS-gruppen.