Konventionelle oder hochauflösende tDCS zur Verbesserung des impliziten Lernens motorischer Sequenzen bei gesunden jungen Erwachsenen?

STUDIENDESIGN

Die Prüfärzte werden eine einfach verblindete, scheinkontrollierte, ausgeglichene Studie durchführen. Für den sequenzspezifischen Aspekt der IMSL (primäres Ergebnis) wird eine gemischtfaktorielle ANOVA mit wiederholten Messungen mit „Gerät“ (2 Stufen: konventionelle tDCS, HD tDCS) als Zwischensubjektfaktor und „Stimulation“ (2 Stufen: anodal, sham), „Blöcke“ (2 Stufen: Zufallsblock, Mittelwert benachbarter Blöcke) und „Zeit“ (3 Stufen: Während, Post5min, Post1Woche) als Innersubjektfaktoren. In ähnlicher Weise wird für das allgemeine Lernen (sekundäres Ergebnis) eine gemischtfaktorielle ANOVA mit wiederholten Messungen mit "Gerät" (2 Stufen: herkömmliche tDCS, HD tDCS) als Zwischensubjektfaktor und "Stimulation" (2 Stufen: Anode, Schein) durchgeführt. , „Blöcke“ (7 Stufen: Blöcke 1-6, Block 8) und „Zeit“ (3 Stufen: Während, Post5min, Post1Woche) als Innersubjektfaktoren. Die Teilnehmer werden nach dem Zufallsprinzip entweder der konventionellen tDCS-Gruppe oder der HD-tDCS-Gruppe durch Block-Randomisierung zugewiesen. Alle Teilnehmer erhalten sowohl anodisches (echtes) als auch Schein-tDCS (Placebo) in zufälliger Reihenfolge. Der Ausgleich erfolgt durch einen unabhängigen Ermittler unter Verwendung von Microsoft Excel®.

REKRUTIERUNGSSTRATEGIE

Gesunde junge Erwachsene werden von der Vrije Universiteit Brussel rekrutiert. Es gibt keine Beschränkungen oder Verbote für die Fächer.

MATERIALIEN

Für die herkömmliche tDCS wird ein 1x1-Gleichstromstimulator mit niedriger Intensität (Soterix Medical Inc, New York, USA) verwendet, um tDCS zu erzeugen und über ein Paar identischer quadratischer Gummielektroden (Größe 35 cm2) abzugeben, die in rechteckige, mit Kochsalzlösung getränkte Elektroden gelegt werden Schwämme. Für die Stimulation von M1 werden Elektroden über C3 oder C4 gemäß dem internationalen 10-20-Elektroenzephalogramm-System platziert, passend zu M1 kontralateral zur durchführenden Hand. Die Referenzelektrode wird auf F1 oder F2 positioniert, ipsilateral zur durchführenden Hand.

Die Stromstimulation wird innerhalb einer Minute langsam von 0 Milliampere (mA) auf 2 mA erhöht. Für die anodische tDCS-Bedingung wird diese Intensität für die Dauer der SRT-Aufgabe (ca. 20 Minuten) aufrechterhalten, was innerhalb der evidenzbasierten Sicherheitsstandards für tDCS liegt. Daraus ergibt sich eine Stromdichte von 0,057 mA/cm2. Für den Schein-tDCS-Zustand wird die Stimulation – ohne Wissen des Probanden – unmittelbar nach dem einminütigen Anstieg allmählich auf 0 mA verringert. Während des letzten Blocks der SRT-Aufgabe wird dieses allmähliche Hoch- und Herunterfahren der Stromstimulation wiederholt, um den Prozess der Verblindung der Teilnehmer zu optimieren. Um die Verblindung der Probanden zu kontrollieren, werden die Probanden nach der letzten Sitzung gefragt, ob sie sich der Stimulationsbedingung bewusst waren oder nicht. Vorübergehende Nebenwirkungen werden vom Experimentator während und zwei Wochen nach dem tDCS-Protokoll erfasst und können ein leichtes Jucken unter der Elektrode, Rötung der Haut unter der Elektrode, Kopfschmerzen, Übelkeit, Müdigkeit oder Schlaflosigkeit umfassen.

Für das High Definition tDCS wird ein 4x1 Mehrkanal-Stimulationsadapter (Soterix Medical Inc, New York, USA) verwendet, um HD tDCS über M1 bereitzustellen. Durch Anschließen des herkömmlichen tDCS-Geräts (oben beschrieben) an diesen Mehrkanal-Stimulationsadapter wird der Gleichstrom entlang der 4x1-HD-tDCS-Konfiguration geliefert, wodurch eine auf den gewünschten Bereich beschränkte Neuromodulation ermöglicht wird. Im Gegensatz zu den relativ großen Schwammelektroden, die in herkömmlichen tDCS-Montagen verwendet werden (Abbildung 1A), erfolgt die Stimulation über HD tDCS mittels einer zentralen Gelelektrode und vier Rückelektroden, die in Kunststoffgehäusen platziert sind, die in eine EEG-Haube eingebettet sind (Abbildung 1B ). Der Aufbau des Geräts erfolgt gemäß dem umfangreichen experimentellen Protokoll von Villamar und Kollegen (2013). Für die Stimulation des linken M1, kontralateral zur ausführenden rechten Hand, wird die anodische Stimulation über die mit C3 korrespondierende zentrale Elektrode abgegeben und mit der speziell entwickelten synthetischen Kappe an Ort und Stelle gehalten, um die HD-tDCS-Elektroden am Kopf zu halten. Die Neutralelektroden sind an Cz, F3, T7 und P3 positioniert (internationales 10-20-Elektroenzephalogrammsystem), siehe Abbildung 2. Für die rechte M1, kontralateral zur linken Hand, wird die mittlere Elektrode bei C4 mit den Rückelektroden bei Cz, F4, T8 und P4 positioniert. Der stimulierende (anodale) Gleichstrom wird für 60 Sekunden auf eine Intensität von 2 mA hochgefahren und für die Dauer der SRT-Aufgabe (etwa 20 Minuten) beibehalten.

Die Serial Reaction Time Task (SRT-Task) wird verwendet, um IMSL zu bestimmen. Die SRT-Aufgabe wird auf einem Laptop unter Verwendung der E-Prime®-Software (Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania, USA) durchgeführt. Die Teilnehmer werden gebeten, die horizontal ausgerichteten Antworttasten C, V, B, N einer Standard-Azerty-Tastatur für ein Ziel ganz links, links, rechts bzw. ganz rechts zu drücken. Die Antworten werden bei den Personen mit PD mit dem Zeigefinger der am wenigsten betroffenen Hand und bei den gesunden Kontrollpersonen mit der dominanten Hand gegeben. Wenn bei Personen mit PD beide Hände gleichermaßen betroffen sind, wird auch die dominante Hand verwendet. Die Antworttasten C, V, B und N sind die einzigen sichtbaren Tasten, alle anderen Tasten werden abgedeckt.

VERFAHREN

Das Experiment findet in einem Labor der Vrije Universiteit Brussel (VUB) oder in einem stillen Raum in der Wohnung des Teilnehmers unter Aufsicht des Forschers statt.

Nach einer Screening-Sitzung (T0), in der grundlegende demografische Merkmale (Geschlecht, Alter, dominante Hand) erhoben werden. Die Teilnehmer werden entweder der konventionellen tDCS-Gruppe oder der HD-tDCS-Gruppe zugeordnet und im Laufe von mindestens fünf bis maximal elf Wochen viermal (T1-T4) gesehen. Alle vier Sitzungen beginnen mit einer SRT-Übungsaufgabe aus einem zufälligen Block von 25 Versuchen, gefolgt von der eigentlichen experimentellen SRT-Aufgabe aus acht Blöcken von 72 Versuchen mit einer Pause von 30 Sekunden zwischen aufeinanderfolgenden Blöcken. In den Blöcken 1 bis 6 und Block 8 wird die Reihenfolge des Ziels (d. h. schwarzer Punkt) folgen einer sich wiederholenden Sequenz. Dies ist dem Teilnehmer nicht bekannt. Der Grund dafür ist, dass die Reaktionszeiten mit der Wiederholung der Sequenz in den Blöcken 1-6 und 8 abnehmen, was auf einen allgemeinen Trainingseffekt hinweist (sekundäres Ergebnismaß). Wenn sich die sich wiederholende Sequenz in Block 7 plötzlich in eine zufällige Sequenz ändert, erhöht sich die Reaktionszeit in Block 7 und verringert sich in Block 8 mit regelmäßiger Sequenz erneut, was auf einen sequenzspezifischen Lerneffekt hinweist (primäres Ergebnismaß). Um mögliche Verschleppungseffekte zu kontrollieren, folgt die SRT-Aufgabe in jeder Stimulationsbedingung einer anderen Sequenz (z. 132342134142 in T1-T2 und 243413241213 in T3-T4). Um sicherzustellen, dass IMSL unabhängig von einer bestimmten Sequenz ist, werden sechs verschiedene, strukturell identische Sequenzen mit einer Länge von 12 Elementen zwischen den Teilnehmern ausbalanciert.

Die erste interventionelle Sitzung (T1) wird mindestens 1 Woche nach der Screening-Sitzung (T0) geplant und besteht aus aktiver (anodaler) tDCS oder Schein-tDCS (Placebo), die während der SRT-Aufgabe verabreicht werden. Fünf Minuten nach tDCS werden die Probanden gebeten, eine kurze, drei Blöcke umfassende Version der SRT-Aufgabe ohne Anwendung von tDCS durchzuführen, um mögliche kurzfristige Konsolidierungseffekte zu untersuchen: Blöcke 1 und 3 folgen der gleichen regelmäßigen Abfolge wie zuvor; Block 2 folgt einer zufälligen Sequenz.

Die zweite Sitzung (T2) wird eine Woche später geplant. Während dieser einwöchigen Post-tDCS-Sitzung wird dieselbe vollständige Version der SRT-Aufgabe von einer Woche zuvor durchgeführt, diesmal ohne die Anwendung von tDCS, um potenzielle langfristige Konsolidierungseffekte zu bestimmen. Nach T2 wird eine Auswaschphase von mindestens drei Wochen geplant, um Verschleppungseffekte zwischen den beiden Stimulationsbedingungen (aktive/Schein-tDCS) zu kontrollieren. Während der dritten (T3) Interventions- und vierten (T4) Nachsorgesitzung findet ein Cross-Over statt, und das gleiche Verfahren wird mit der entgegengesetzten Stimulationsbedingung wiederholt. Die Hälfte der Teilnehmer in jeder Gruppe hat während T1 eine aktive tDCS und während T3 eine Schein-tDCS erhalten, während die andere Hälfte der Teilnehmer diese Bedingungen in umgekehrter und randomisierter Reihenfolge erhalten hat.

Die Stromstimulation wird innerhalb einer Minute langsam von 0 mA auf 2 mA erhöht. Bei der anodischen tDCS-Bedingung wird diese Intensität für die Dauer der SRT-Aufgabe (ca. 20 Minuten) beibehalten. Bei der Schein-tDCS-Bedingung wird die Stimulation – ohne Wissen des Probanden – unmittelbar nach der einen Minute allmählich auf 0 mA verringert aufstocken.

Nach der letzten Sitzung (T4) wird ein Fragebogen nach der SRT-Aufgabe ausgefüllt, um festzustellen, ob sich die Teilnehmer der sequentiellen Natur der Aufgabe bewusst wurden. Wenn die Teilnehmer angeben, dass ihrer Meinung nach eine bestimmte Sequenz aufgetreten ist, müssen sie die Sequenz der letzten Sitzung so korrekt wie möglich wiedergeben.

STATISTISCHE ANALYSEN

Alle statistischen Analysen werden mit International Business Machines (IBM) Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) Statistics Version 26 durchgeführt. Das Signifikanzniveau wird auf α = 0,05 festgelegt. Ein Trend zur Signifikanz wird als 0,05 ≤ α < 0,10 definiert. Bei Bedarf werden entsprechende Korrekturen für Mehrfachvergleiche vorgenommen. Cohens f-Effektstärken werden mit Werten von 0,10 angegeben. .25 und .40 die jeweils kleine, mittlere und große Effektgrößen darstellen.

Im Falle von Null-Effekten werden die Ermittler zu dem Schluss kommen, dass es keinen Hinweis auf einen Unterschied zwischen den Bedingungen gibt. Die Forscher werden jedoch auch Post-hoc-Bayes-Faktoren für jede Gruppe (konventionelle tDCS, HD-tDCS) berechnen, um zu beurteilen, ob ein fehlender Unterschied beim Sequenzlernen zwischen den anodischen und Scheinstimulationsbedingungen als Beweis für das Fehlen eines Effekts interpretiert werden könnte von tDCS auf Sequenzlernen.

Korrelationsanalysen, Bonferroni-korrigiert für Mehrfachvergleiche, werden durchgeführt, um zu untersuchen, ob die Menge an IMSL mit demografischen Variablen (einschließlich klinischer Subtypen von PD) korreliert. Wenn Annahmen für parametrisches Testen verletzt werden, wird die nichtparametrische Alternative Spearman's Rho berechnet.

Die Ergebnisse der SRT-Aufgaben während, 5 Minuten nach und eine Woche nach der Schein-tDCS dienen als Basismaße, die mit den Ergebnissen nach der tatsächlichen anodischen tDCS verglichen werden.

Die Analysen der SRT-Aufgabenleistung basieren auf der mittleren Reaktionszeit (RT) pro Block anstelle der mittleren RT, um potenzielle Ausreißereffekte zu minimieren. Übungsversuche, die erste Antwort nach jeder Pause, fehlerhafte Antworten und Antworten nach einem Fehler werden von den Analysen ausgeschlossen. Mediane RTs pro Block werden analysiert, um (1) einen allgemeinen Lerneffekt (sekundäres Ergebnismaß) und (2) einen sequenzspezifischen Lerneffekt (primäres Ergebnismaß) zu bestimmen.

Allgemeine Lerneffekte während und nach einer Woche nach tDCS werden aus einer Abnahme der mittleren RTs über die sieben regelmäßig aufeinanderfolgenden Blöcke (d. h. Blöcke 1-6 und Block 8). Dies gilt nicht für die 5-Minuten-Post-tDCS-SRT-Aufgabe, da es sich um eine Kurzversion mit nur drei Blöcken handelt. Eine 2x2x2x7 ANOVA mit wiederholten Messungen wird mit dem Gerät (konventionelle tDCS, HD tDCS) als Zwischensubjektfaktor und Stimulation (aktiv, Schein), Zeit (während, nach 1 Woche) und Block (Blöcke 1-6, Block 8) wie innerhalb durchgeführt -Themenfaktoren.

Sequenzspezifische Lerneffekte während, 5 Minuten und 1 Woche nach tDCS werden analysiert, indem der Mittelwert der medianen RTs benachbarter sequenzierter Blöcke subtrahiert wird (Blöcke 6 und 8 während der Stimulation und eine Woche nach tDCS; Blöcke 1 und 3 bei 5 Minuten nach tDCS) von der mittleren RT des Zufallsblocks (Block 7 während der Stimulation und 1 Woche nach tDCS; Block 2 5 Minuten nach tDCS). Eine 2x2x2x3-ANOVA mit wiederholten Messungen (oder Friedman- und Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Tests als nichtparametrische Alternativen) wird mit dem Gerät (konventionelle tDCS, HD-tDCS) als Zwischensubjektfaktor und Stimulation (aktiv, Schein), Sequenz (Zufallsblock, Mittelwert benachbarter sequenzierter Blöcke) und Zeit (während, nach 5 Minuten, nach 1 Woche) als Innersubjektfaktoren.

Falls Sphärizitätsannahmen verletzt werden, werden Greenhouse-Geisser- oder Huynh-Feldt-Korrekturen gemeldet. Bonferroni-korrigierte t-Tests werden implementiert, um signifikante Haupt- und Interaktionseffekte weiter zu analysieren.

Fehlerprozentsätze in der SRT-Aufgabe sind im Allgemeinen klein und daher aufgrund einer begrenzten Anzahl von Beobachtungen weniger empfindlich für IMSL. Der Prozentsatz fehlerhafter Reaktionen pro Block wird für beide Stimulationsbedingungen (anodal, Schein) und für die drei Messungen über die Zeit (gleichzeitig, nach 5 Minuten, nach 1 Woche) berechnet. Der Shapiro-Wilk-Test der Residuen wird durchgeführt, um die Normalverteilung zu bewerten.

Der sequentielle Score als Ergebnismaß für explizites Wissen wird als Kovariate in die Analysen aufgenommen. Ein unabhängiger Stichproben-t-Test (oder ein nichtparametrischer alternativer Mann-Whitney-U-Test) wird durchgeführt, um festzustellen, ob sich die sequentiellen Werte (x/12) der konventionellen tDCS-Gruppe von denen der HD-tDCS-Gruppe unterscheiden.