Pulseret tVNS-protokol og forstærkningslæring

Undersøgelsen følger et enkelt-blindt randomiseret cross-over-design med kun 1 inden-subjektfaktor (stimuleringstilstand, 2 niveauer: taVNS, sham), hvilket fører til 2 eksperimentelle sessioner pr. deltager.

Tidligere undersøgelser fokuserede hovedsageligt på administration af tonic-stimulering, anvendt kontinuerligt med en 30s ON 30s OFF-stimuleringsprotokol i hele opgavens varighed. For nylig er protokoller, der leverer korte taVNS-bursts, blevet udviklet til tættere at efterligne vagale signaler. Imidlertid er optimale parametre (f.eks. stimulationslængde, frekvens) til at fremkalde fasiske signaler endnu ikke bestemt. For at teste, hvilken kombination af parametre der mest succesfuldt fremkalder fasiske reaktioner, gennemførte efterforskerne en pilotdataindsamling med et sæt parametre, der sammenlignede taVNS og sham-stimulering. Som en proxy for fasisk signalering undersøgte efterforskerne pupiludvidelser medieret af locus coeruleus, et hovedmål for vagusnerven. Ti deltagere blev inviteret til 2 sessioner (taVNS, sham), hvorunder de modtog pulserende stimulering med følgende indstillinger: stimulationsvarighed på 1, 2 eller 3s, stimulationsfrekvens på 20, 25 eller 30Hz. Som et resultat af denne pilot fandt efterforskerne ud af, at de fleste pilotdeltagere (7 ud af 10) viste den stærkeste taVNS-inducerede respons vs. sham ved stimulering i 1 sekunder med 20 Hz frekvens. Derfor vil denne kombination af indstillinger blive implementeret under hovedundersøgelsen. Til stimulering bruges tVNS Health - R® (tVNS Health, Erlangen, Tyskland) og til eye-tracking SR Research Eyelink 1000Plus®.

Til hovedundersøgelsen vil deltagerne blive inviteret til tre eksperimentelle sessioner. Forskerne observerede betydelig interindividuel variabilitet i elevresponsen på stimulering, og lignende variabilitet er tidligere blevet beskrevet for taVNS-inducerede hjerneresponser. Denne variabilitet kan være delvist relateret til forskellige anatomiske karakteristika. Derfor vil deltagerne først gennemføre en eye-tracking-session for at evaluere deres pupilrespons på korte taVNS-impulser. Efterforskerne inviterer derefter kun deltagere, der reagerer på taVNS, til neuroimaging-sessionerne for at teste, om korte stimuleringsimpulser i princippet kan inducere fasiske signaler. I den første session indhentes informeret samtykke. Elevresponsen på stimulering med de valgte stimuleringsindstillinger (1s og 20Hz, 45 forsøg, ~25min), der sammenligner taVNS og sham-stimulering (to blokke adskilt af en 5-minutters pause efter en randomiseret rækkefølge) vil blive testet for at bekræfte, at de fremkalder en robust pupilrespons. taVNS ved højre cymba concha til aktiv taVNS og sham-stimulering ved øreflippen vil blive brugt. Til de to neuroimaging-sessioner planlægger efterforskerne at invitere deltagere, som viste større pupiludvidelse for taVNS vs. sham-stimulering under den første session. Efterforskerne vil administrere taVNS i den ene session og sham i den anden. Sessionsrækkefølgen vil blive randomiseret. Under kalibrering vil stimulationsintensiteten blive justeret, så den svarer til en mild prikkende fornemmelse for taVNS og sham. Som tidligere rapporteret vil intensiteten blive øget fra 0,1 mA i trin på 0,1 mA, indtil deltageren rapporterer at opleve denne fornemmelse. For at sikre effektiv blinding vil efterforskerne parre ikke-vindende cues (for de blokke, hvor stimulering er parret med belønnende feedback) eller handlinger forbundet med den forkerte stimulus (cue, der er mindre tilbøjelig til at give en belønning i blokkene, hvor stimulation er parret med en handling) med en lav intensitet (0,1 mA) stimulering. Dette tjener som en yderligere kontrolbetingelse for at sammenligne virkningerne af den faktiske stimulation (høj intensitet) med stimulering, der ikke bør aktivere vagale afferenter (lav intensitet). Deltagerne vil blive informeret om, at de vil modtage stimulering med varierende intensitet i alle forsøg, selvom stimulationen ikke altid vil blive opfattet.

Inden de går ind i scanneren, vil deltagerne gennemføre en kort øvelse af den instrumentelle læringsopgave for at blive fortrolige med strukturen og proceduren for opgaven. Derefter vil deltagerne gå ind i fMRI-scanneren. Her vil efterforskerne foretage en kalibrering af stimulationsintensiteten samt en anden kort øvelse af opgaven for at kalibrere den gribekraftanordning, der blev brugt under opgaven. Efter denne anden praksis vil et anatomisk billede blive erhvervet, efterfulgt af en hviletilstandsmåling til funktionelle tilslutningsanalyser. Under målingen vil der blive vist en film for at reducere bevægelse og forhindre deltageren i at falde i søvn (Inscapes). For at afslutte sessionen vil deltagerne udføre den instrumentelle læringsopgave (beskrevet i afsnittet nedenfor) med samtidig taVNS eller sham-stimulering (~1 times stimulering).

Instrumentel læringsopgave En probabilistisk læringsopgave til at evaluere potentialet af pulseret taVNS på instrumentel læring vil blive brugt, hvor deltagerne skal lære, hvilke handlinger der er relateret til højere sandsynlighed for belønning baseret på specifikke signaler. Deltagerne vil blive præsenteret for par af abstrakte stimuli og vil lære gennem trial and error, hvilken cue der er mere tilbøjelig til at give en belønning. For hvert par stimuli vil deltagerne blive instrueret i at vælge en stimulus ved at trykke på en gribekraftanordning i 3 på hinanden følgende sekunder. De vil holde en gribekraftanordning i hver hånd og bliver bedt om at trykke på den gribekraft, der svarer til siden af ​​den valgte stimulus.

For at give varierende sværhedsgrader vil sejrssandsynligheden for den "korrekte" stimulus være forskellig mellem lette og hårde forsøg. I lette forsøg vil vindesandsynligheden for den korrekte stimulus være 0,75, hvilket betyder, at valg af den tilknyttede handling vil resultere i en belønning 75% af tiden. I hårde forsøg vil sejrssandsynligheden for den korrekte stimulus være lidt lavere ved 0,65. Vindsandsynligheden for den anden stimulus (den "forkerte" stimulus) vil blive beregnet som 1 minus sandsynligheden for den korrekte stimulus.

Opgaven vil bestå af otte cue-par opdelt i fire blokke. Hver blok indeholder to par, et med høj sværhedsgrad og et med lav sværhedsgrad. I løbet af to blokke vil deltagerne blive stimuleret med højintensitetsstimulering, når de modtager en belønning, uanset den valgte handling. I løbet af de to andre blokke vil stimulation blive administreret, når deltagerne udfører handlingen forbundet med den korrekte stimulus (det signal, der er mere tilbøjeligt til at give en belønning), uanset resultatet. Som en yderligere kontrolbetingelse udover sham vil intensiteten varieres mellem lavintensitets taVNS, der er utilstrækkelig til at inducere vagal aktivering (konstant mellem alle deltagere) og højintensitetsstimulering som bestemt af individuel kalibrering. For hvert forsøg vil det korrekte valg modtage højintensitetsstimulering, mens det forkerte valg vil blive parret med lavintensitetsstimulering.