Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen Gehirnnetzwerken und bimanueller Koordination bei älteren Erwachsenen

Es wird ein einfach verblindetes, pseudo-randomisiertes, scheinkontrolliertes Within-Subject-Design verwendet. Die Studie besteht aus drei experimentellen Sitzungen. In jeder Sitzung wurde eine von drei Stimulationsbedingungen angewendet: (1) In-Phase-Stimulation; (2) Anti-Phasen-Stimulation; (3) Scheinstimulation. Die Reihenfolge der drei Stimulationsbedingungen über die Sitzungen hinweg wird für alle Teilnehmer pseudo-randomisiert. In jeder Sitzung wird die Stimulation während der Ausführung von zwei Aufgaben angewendet: einer 2-Rücken-Aufgabe zur Bewertung des reinen räumlichen Arbeitsgedächtnisses (sWM) und einer komplexen bimanuellen Tracking-Aufgabe (BTT) zur Bewertung des bimanuellen Fähigkeitserwerbs. Um Lern- und Übertragungseffekte über Sitzungen hinweg zu minimieren, wird eine Auswaschphase von 6 Wochen zwischen den Sitzungen und drei verschiedene Varianten der BTT-Aufgabe (eine für jede Sitzung) verwendet. Die Reihenfolge dieser Varianten wurde auch über die Teilnehmer hinweg pseudo-randomisiert.

Zur Bewertung von sWM führen die Teilnehmer eine angepasste Version des visuell-räumlichen 2-Back-Match-to-Sample-Tests durch, der in Alekseichuk et al., 2016 verwendet wird. Die Teilnehmer sitzen auf einem Stuhl, ihre rechte Hand ruht auf einem Antwortfeld. Ein Computerbildschirm wird vor dem Teilnehmer platziert. Auf dem Bildschirm wird ein blaues 3x3-Raster auf schwarzem Hintergrund gezeichnet. Jeder Versuch besteht aus drei Ereignissen: einem Stimulus, einer Sonde und einer Reaktionsperiode. Während des Stimulus erscheinen für 2150 ms zwei oder drei weiße Punkte irgendwo im Raster. Nach einem Zeitintervall von 50 ms folgt das Erscheinen der Sonde, bestehend aus einem kleinen blauen Punkt, für 300 ms. Während der Reaktionszeit (Dauer von 2000 ms) wird der Teilnehmer aufgefordert, die Reaktionstaste entweder zu drücken oder nicht zu drücken, um anzuzeigen, ob die Position der Sonde mit der Position des Stimulus im vorherigen Versuch übereinstimmt oder nicht (d. h. 2-Back-Bedingung ).

Zur Einarbeitung wird den Teilnehmern zunächst erklärt, was das Ziel der Aufgabe ist. Als nächstes übten sie eine Reihe von zehn oder zwanzig Versuchen ohne Stimulation.

Für das Experiment (d. h. Aufgabenleistung während der Stimulation) wird ein vollständiger Versuchssatz in fünf Blöcken organisiert, die aus 30 Versuchen bestehen (d. h. 150 Versuche pro Satz). Die fünf Blöcke sind durch 1-minütige Pausen getrennt. Die Verteilung der 2-Punkt- oder 3-Punkt-Stimulusbedingungen in dem 150-Versuchs-Set betrug 50 %–50 %, dargestellt in zufälliger Reihenfolge. 40 % der Studien sind Matched Trials (d. h. 58 Studien) und 60 % sind nicht gematchte Studien (d.h. 87 Versuche).

Für diese Studie verwenden wir drei feste Versuchsreihen, d. h. eine für jede Sitzung. Die Reihenfolge dieser Sätze über die Sitzungen hinweg wird für alle Teilnehmer pseudozufällig gewählt.

Zur Bewertung des anfänglichen bimanuellen Lernens verwenden wir eine komplexe visuomotorische bimanuelle Tracking-Aufgabe (BTT). Die Teilnehmer sitzen vor einem Computerbildschirm mit pronierten Armen auf dem Tisch. Jeder Zeigefinger wird in einen Controller gelegt. Die Controller sind zwei drehbare Zifferblätter mit kleinen Rillen für die Fingerplatzierung. Durch bimanuelles Drehen der beiden Zifferblätter kann der Teilnehmer die Position eines roten Cursors auf dem Display verschieben. Drehungen des linken und rechten Zifferblatts induzierten eine Cursorbewegung entlang der Ordinate und Abszisse.

Das Ziel des BTT ist es, die Position der Cursor zu manipulieren, um einem sich bewegenden Zielpunkt auf einer geraden geneigten Linie, die auf der Anzeige dargestellt wird, so genau wie möglich zu folgen. Jeder BTT-Versuch beginnt mit dem Erscheinen der Ziellinie. Am Ursprung dieser Linie wird in der Mitte des Displays 2 Sekunden lang ein roter Zielpunkt angezeigt (d. h. Vorbereitungszeit). Dann zeigt ein akustisches GO-Signal den Beginn der Bewegungsperiode an: Der Zielpunkt beginnt sich mit konstanter Geschwindigkeit entlang der Linie in Richtung des peripheren Endes der Linie zu bewegen, dem der Teilnehmer durch gleichzeitiges Drehen der Skalen folgen muss. Die Dauer der Zielpunktbewegung von der Mitte zur Peripherie (d. h. Bewegungszeitraum) beträgt 5 Sekunden. Zwischen den Versuchen wird ein Zeitintervall von 3 Sekunden implementiert.

Es gibt vier verschiedene Aufgabenbedingungen, die sich in relativen Interhand-Frequenzen (1:3 vs. 3:1) und relativer Direktionalität der Drehregler (iso-direktional [ISO] vs. nicht-iso-direktional [NON-ISO]) unterscheiden. ). Genauer gesagt muss im 1:3-Zustand der rechte Zeigefinger das Zifferblatt dreimal schneller drehen als die linke Hand, während im 3:1-Zustand dieses Muster umgekehrt ist. Für den ISO-Modus müssen beide Zeigefinger die Einstellräder entweder nach rechts (ISO-R) oder links (ISO-L) drehen. Für den NON-ISO-Modus müssen beide Zeigefinger die Einstellräder entweder nach innen (NON-ISO-IN) oder nach außen (NON-ISO-OUT) drehen.

Zur Einarbeitung in die Aufgabenstellung wird ein Übungsblock von 16 Versuchen ohne Stimulation durchgeführt. Für das Experiment (bzw. Aufgabenleistung während der Stimulation), gibt es vier Blöcke mit 36 ​​Versuchen, wobei jede Aufgabenbedingung neunmal in jedem Block wiederholt wird. Zwischen den Blöcken bieten wir 1-minütige Pausen an. Fünfzehn Minuten nach dem Ende des vierten Blocks wird ein Retentionsblock von 36 Versuchen ohne Stimulation hinzugefügt. Die Reihenfolge der vier Aufgabenbedingungen innerhalb jedes Blocks wird zufällig gewählt.

Um die Lerneffekte über die drei Sitzungen hinweg zu minimieren, haben wir den Referenzrahmen der Linienorientierung jedes Mal um 90 Grad gedreht.

Die Stimulation erfolgt durch zwei batteriebetriebene Gleichstrom-(DC)-Stimulator-PLUS-Geräte (neuroConn und Eldith GmbH, Ilmenau, Deutschland). Jedes Gerät ist mit einer Center-Surround-Gummiringmontage verbunden, die für die fokale Stimulation geeignet ist. Jede Montage besteht aus einer kleinen kreisförmigen Mittelelektrode (Durchmesser 20 mm) und einer umlaufenden Ringelektrode (Innendurchmesser 40 mm und Außendurchmesser 60 mm). Die Mittelelektroden sind nach dem 10-20-EEG-System positioniert: in der Mitte zwischen AF4 und F4, was dem Übergang zwischen BA9 und BA46 entspricht (d.h. rechter dorsolateraler präfrontaler Kortex (DLPFC)); und P4, das dem rechten hinteren parietalen Kortex (PPC) entspricht. Die Impedanz wird unter Verwendung einer leitfähigen Paste (Ten20, Weaver and Company, CO, USA) unter 10 kOhm gehalten.

Die gleichphasige Stimulation besteht aus einer 6-Hz-Stimulation über die rechte DLPFC und die rechte PPC, die synchronisiert ist (0 Grad Phasenverzögerung zwischen beiden Stellen), während die gegenphasige Stimulation eine desynchronisierte 6-Hz-Stimulation verwendet (180 Grad Phasenverzögerung zwischen beiden Stellen). Um eine konsistente Phasenverzögerung zu gewährleisten, wird die Stimulation 1 Minute lang angewendet, dann gestoppt und nach 5 Sekunden neu gestartet. Die Scheinstimulation verwendet Vibrationen bei 6 Hz anstelle von elektrischem Strom, um das physische pochende Gefühl nachzuahmen.