Skitsofrenian harhaluulojen hoidon tehostaminen neuromodulaation avulla (tACS)

Tarkoitus:

Tämän tutkimuksen tavoitteena on tehostaa skitsofrenian harhaluulojen ei-farmakologista hoitoa neuromodulaatiolla ja vahvistaa vaikutus käyttämällä elektroenkefalogrammia (EEG) ja käyttäytymismittauksia (Whitman et al., painossa; Whitman, Minz & Woodward, 2013). Erityisesti transkraniaalista vaihtovirtastimulaatiota (tACS) käytetään parantamaan osallistumisen tuloksia psykoosin hoitoon tarkoitettuun metakognitiiviseen harjoitteluun (MCT).

MCT on ryhmäpohjainen ohjelma, joka on kehitetty suoraan nykyisistä kognitiivisen neuropsykiatrian skitsofreniaa ja psykoosia koskevista tutkimustuloksista. MCT jakaa tutkimuslaboratorioissa saatua tietoa auttaakseen psykoosista kärsiviä ihmisiä tulemaan tietoisemmiksi sairauteensa liittyvistä ajattelumalleista. Metakognitiivisen koulutuksen päätarkoituksena on auttaa ihmisiä muuttamaan harhaluuloja aiheuttavia ajattelumalleja, jolloin vältytään uusiutumasta sairauteen tai vähennetään harhaluulojen vaikutusta (Moritz et al., 2014).

tACS on ei-invasiivinen aivojen stimulaatiotekniikka, jossa päähän kohdistetaan heikkoa sähkövirtaa hermoston syttymisen todennäköisyyden muuttamiseksi stimulaatioelektrodien alla olevalla aivokuoren alueella (Antal & Paulus, 2013).

Hypoteesi:

Neuromodulaatio lisää ei-lääkehoito-ohjelman, MCT:n, hyötyä skitsofrenian harhaluulojen vakavuuden vähentämisessä.

Perustelut:

Nyt on selvää, että auttamalla skitsofreniaa sairastavia ihmisiä tulemaan tietoisiksi harhaluulojen taustalla olevista ajattelumalleista, on tehokkaita työkaluja näiden ajattelumallien torjumiseen (Moritz et al., 2013; Mortiz et al., 2014). Harhaluulojen hoidon MCT-ohjelmassa koetaan tilanteita, joissa jokapäiväisiä todellisuudentulkintoja on kyseenalaistettava. Empiiriset tutkimukset ja meta-analyysit osoittavat, että MCT on tehokas jopa kolme vuotta hoidon päättymisen jälkeen (suhteessa aktiivisiin kontrolliolosuhteisiin ja tavanomaiseen hoitoon (TAU)).

Näistä onnistumisista huolimatta mitään skitsofrenian hoitoa ei voida pitää erittäin tehokkaana, ja vaikutuksen koosta on aina parantamisen varaa. Neuromodulaatio voi tarjota tämän parannuksen painottamalla patologista aivojen toimintaa kohti tervettä tilaa ennen MCT:tä, lisäämällä avoimuutta kyseenalaistaa jokapäiväisiä todellisuustulkintoja ja tehostamalla harhaluulojen MCT-hoidon vaikutusta. tACS on lähes täysin ei-invasiivinen ja puhtaasti moduloiva, mikä muuttaa hermolaukaisun todennäköisyyttä aivokuoren alueella stimulaatioelektrodien alla. Nyt on mahdollista moduloida eri värähtelytaajuuksilla sen mukaan, kuinka terveet aivot toimivat todellisuutta tulkittaessa.

Ehdotettu tutkimus sisältää värähtelyyn kohdistettujen neuromodulaatioprotokollien soveltamisen aivojen toiminnan suuntaamiseksi sellaiseen tilaan, joka edistää arkipäiväisten todellisuustulkintojen kyseenalaistamista, mikä vähentää harhaluulojen vakavuutta ja tehostaa vastetta skitsofrenian harhaluulojen hoitoon tarkoitettuun koulutusohjelmaan lisäämällä näkemystä todellisuudesta. ajattelumallit, jotka johtavat harhaanjohtavaan ajatteluun. Tutkijat aikovat dokumentoida neuromodulaation aiheuttamat aivomuutokset suorituskyvyn ja EEG-mittausten avulla, jotka tehdään päätöksentekotehtävässä, johon sisältyy todellisuuden tulkinta ja joiden suorituskyky korreloi harhaluulojen vakavuuden kanssa. Tähän tehtävään kuuluu arvioida todennäköisyyttä, että todisteet vastaavat hypoteesia, ja on osoitettu, että tämä arvioitu todennäköisyys kasvaa, kun potilaat ovat voimakkaasti harhaanjohtavia. Tutkijat ovat osoittaneet, että tämä tehtävätila (eli todisteiden ja hypoteesien yhteensopivuus) saa aikaan alfa-tehon kasvun tehtäväpositiivisessa verkossa ja beta-tehon laskun oletustilan verkossa (Whitman et al., painossa). Tämä viittaa siihen, että alfa-kaistan tehon maksimoiminen tehtäväpositiivisessa verkossa saattaisi aivoja kohti terveellisempää tilaa, jotta voidaan punnita todisteita todellisuushypoteesien testaamiseksi, ja tämä voidaan vahvistaa EEG:llä ja käyttäytymistoimenpiteillä, jotka on suoritettu edellä mainitussa päätöksentekotehtävässä. , lisääntynyt vaste MCT:lle ja vastaavasti harhaluulojen vakavuuden väheneminen.

Tutkimus suunnittelu:

Neuromodulaatio, johon liittyy tACS, tähtää alfa-kaistan tehon lisäämiseen dorsomediaalisilla prefrontaalisilla alueilla, ja tämän odotetaan myös vähentävän beeta-kaistan tehoa ventro-mediaaalisilla alueilla. Tämän vahvistavat EEG-tallenteet ja lähdearvio (Whitman et al., painossa; Whitman, Minz & Woodward, 2013). MCT on neljän viikon ohjelma, jossa on kahdeksan tunnin mittaista istuntoa. TAU on neljän viikon odotuslistan kontrolliryhmä. Vale neuromodulaatio sisältää matala-asteisten virtojen satunnaisten kuvioiden soveltamisen samalle aivoalueelle kuin neuromodulaatioolosuhteet (Antal & Paulus, 2013). Harhaluulojen vakavuus mitataan Psychotic Symptom Rating Scales in psychosis (PSYRATS) -asteikolla (Haddock et ai., 1999). Mielenkiintoinen käyttäytymismittari on todisteiden ja hypoteesin vastaavuuden luokitus, jonka pitäisi laskea harhaluulojen vähentyessä.

Tilastollinen analyysi:

Ryhmien väliset (neuromodulaatio/MCT vs. näennäinen/MCT vs neuromodulaatio/TAU) varianssianalyysit (ANOVA) suoritetaan käyttäytymismittareiden ja harhaluulojen vakavuuden perusteella lasketuille muutospisteille, ennen ja jälkeen MCT:tä tai TAU:ta hypoteesin mukaisesti. että harhan vakavuuden väheneminen on suurempi neuromodulaatio-/MCT-tilassa verrattuna vale-/MCT- ja neuromodulaatio-/TAU-olosuhteisiin.

Kontrollivaiheen tutkimukset: DREAM-tutkimus, kuuloaivojen tutkimus ja neuromodulaation vaikutus Saccades-tutkimukseen. Jokainen kuvataan alla.

Kontrollivaiheen tutkimusten tarkoitus:

Näiden tutkimusten tavoitteena on selvittää EGI GTEN -järjestelmän tehokkuus aivovärähtelyjen moduloinnissa terveiden osallistujien aivokuoressa transkraniaalisen vaihtovirtastimulaation (tACS) avulla. Tässä tutkimuksemme ohjaus-/pilottivaiheessa pyrimme varmistamaan, että voimme saada aikaan muutoksia tietyn taajuuskaistan tehossa kohdistetuilla aivokuoren alueilla neuromodulaatiolla GTEN-järjestelmän avulla, ja arvioimme, muuttaako se väliaikaisesti suorituskykyä yksinkertaisella. kognitiiviset ja havaintoprosessit terveissä kontrolleissa. Tämä on ensimmäinen askel stimulaatioprotokollamme siirtämisessä potilasväestölle ensisijaista kiinnostavaa tutkimustamme varten (tACS lisänä metakognitiiviseen koulutukseen psykoosin harhakuvitelmille).

Perustelut valvontavaiheen tutkimuksille:

Transkraniaalinen vaihtovirtastimulaatio (tACS) on ei-invasiivinen menetelmä, jota käytetään vaikuttamaan jatkuviin aivojen värähtelyihin ihmisillä kohdistamalla sinimuotoisia virtoja päänahkaan (Antal & Paulus, 2013; Vosskuhl, Strüber ja Herrmann, 2018). Elektroenkefalografialla (EEG) mitattuna ihmisen aivojen värähtelyt vaihtelevat välillä 1-100 Hz, ja niistä käytetään nimitystä delta (1-3 Hz), theta (4-8 Hz), alfa (8-12 Hz), beeta-1 (13-30 Hz) ja gamma (30-40 Hz) värähtelyt. Värähtelyt, jotka syntyvät joko spontaanisti tai vasteena ulkoisille ärsykkeille, ovat seurausta solujen rytmisestä tai toistuvasta sähköisestä aktiivisuudesta, ja niiden tiedetään osallistuvan aivoalueiden viestintään (Vosskuhl et al., 2018). Rytmisen sähköisen toiminnan synkronointi johtaa lisääntyneeseen tehoon rytmisen toiminnan taajuuskaistalla. Esimerkiksi kuuloärsykkeen ("auditory entrainment") esittäminen 40 Hz:n taajuudella lisää 40 Hz:n aivojen värähtelyjen voimaa kuulokuoressa; tämä ilmiö tunnetaan nimellä Auditory Steady-State Response (ASSR; Galambos, Makeig, & Talmachoff, 1981; O'Donnell et ai., 2013).

Aiemmat tutkimukset ovat tukeutuneet pääasiassa järjestelmiin, jotka käyttävät kahta suurta elektrodia päänahassa moduloimaan taustalla olevaa aivojen toimintaa kiinnostavalla värähtelytaajuusalueella. GTEN:ssä on 256 potentiaalista stimulaatiopaikkaa sekä kehittyneet lähteen lokalisointitekniikat, jotka mahdollistavat virran tarkan suunnittelun ja käytön räätälöityjen elektrodien yhdistelmien kautta "vastavuoroisuusperiaatteen" mukaisesti (Dmochowski, Koessler, Norcia, Bikson ja Parra, 2017; Fernandez-Corazza, Turovets, Luu, Anderson ja Tucker, 2016). "Vastavuoroisuusperiaate" on prosessi, joka mahdollistaa tallennetun EEG-signaalin aivojen lähteiden optimaalisen kohdistamisen/stimulaation. GTEN-järjestelmässä on sisäänrakennettu ohjelmisto juuri tätä tarkoitusta varten, jonka avulla tutkijat voivat ohjelmoida elektrodeja, joilla on hallitseva värähtelytaajuuksien voima, käyttämällä pientä elektrodien osajoukkoa (4-7) optimaalisesti kohdistaakseen kiinnostuksen kohteena oleviin aivoalueisiin. Tämä vastavuoroisuusperiaate on uraauurtava, koska se pystyy osoittamaan aivojen ja käyttäytymisen välisiä kausaalisia yhteyksiä: kohdistamalla juuri niihin aivolähteisiin, jotka tuottavat kiinnostavaa aivotoimintaa, ja soveltamalla tACS:ää samalla kun tarkkaillaan käyttäytymisvaikutuksia suorituskykyyn (esim. reaktioaika, tarkkuus). kognitiiviset prosessit voidaan kokeellisesti yhdistää tiettyihin aivojen värähtelymalleihin. Sen toteaminen, että pystymme käyttämään näitä menetelmiä tällä tavalla, on tärkeä edeltäjä tACS-tutkimuksellemme lisänä harhaluulojen metakognitiiviseen koulutukseen. Työmme käyttämällä tACS:ää aivoissa käynnissä olevan verkkotoiminnan painottamiseksi perustuu siihen, että pystymme kohdistamaan tarkasti ne verkostot, jotka tuottavat kiinnostavaa toimintaa, ja dokumentoimme, muuttaako se väliaikaisesti suorituskykyä yksinkertaisissa kognitiivisissa tehtävissä.

"Pilotti/kontrolli"-vaiheemme terveiden kontrollien kanssa tutustuttaa meidät GTEN-järjestelmään ja antaa meille mahdollisuuden optimoida parametrit, joilla GTEN tACS tuottaa lyhytaikaisia ​​muutoksia aivokuoren kiihtyvyys- ja kognitiivisissa prosesseissa. Nämä oivallukset ovat hyödyllisiä laajemmalle tutkimuksellemme, joka keskittyy skitsofrenian harhaluulojen metakognitiivisen hoidon tehostamiseen käyttämällä neuromodulaatiota Vahvistaaksemme, että GTEN tACS pystyy vääristämään meneillään olevia värähtelyjä kohdistetuilla aivokuoren alueilla biologisesti merkityksellisellä tavalla, ensimmäinen tutkimus terveillä kontrolleilla ("The Hearing Brain") tutkii, missä määrin kuulokuoreen käytetty GTEN tACS jäljittelee ja/tai vaikuttaa ASSR:ään, joka esiintyy endogeenisesti kuuloäänen havaitsemisen aikana.

Ymmärtääkseen, muuttaako GTEN tACS tilapäisesti suorituskykyä kognitiivisissa prosesseissa painottamalla hallitsevia värähtelykuvioita, suoritetaan toinen ensimmäisten tutkimusten sarja terveillä kontrolleilla nimeltä "Dynamic Reciprocal Electroencephalography and Modulation (DREAM") -tutkimus. DREAM-tutkimuksessa sovelletaan vastavuoroisuusperiaatetta, kun taas osallistujat käyvät läpi yksinkertaisia ​​kognitiivisia ja havainnointitehtäviä. Tämä terveiden kontrollien tiedonkeruu sisältää menetelmät, joita olemme jo saaneet eettisen luvan käyttää kliinisissä populaatioissa (katso esim. "Skitsofrenian harhaluulojen hoidon tehostaminen neuromodulaatioprotokollan avulla"). Näiden menetelmien pilotointi varmistaa, että tACS voi muuttaa aivokuoren ärtyneisyyttä aivokuoren alueilla, jotka liittyvät harhaan ajatteluun, jota olemme jo saaneet luvan neuromoduloida ensisijaisessa skitsofreniapotilaiden tutkimuksessamme. Pilottitutkimus toimii myös alustavana selvityksenä siitä, onko tACS:llä havaittavissa olevia vaikutuksia kognitiivisiin tehtäviin, jotka korreloivat psykopatologian kanssa (esim. Yksi tehtävä on arvioida todennäköisyyttä, että todisteet vastaavat hypoteesia, ja on osoitettu, että tämä arvioitu todennäköisyys kasvaa, kun potilaat ovat voimakkaasti harhaanjohtavia.

Pyrimme myös tutkimaan tACS:n käyttäytymisvaikutuksia "The Effect of Neuromodulation on Saccades Study" -tutkimuksessa. Monimutkaisten käyttäytymistehtävien sijaan pyrimme käyttämään yksinkertaisempaa ja paremmin ymmärrettävää käyttäytymisreaktiota - silmämotorista vastetta. Tässä tutkimuksessa pyrimme käyttämään tACS:ää stimuloimaan silmän motoriseen ohjaukseen osallistuvia alueita vaikuttamaan silmien liikkeisiin. Osallistujien katsetta seurataan binokulaarisesti käyttämällä Eyelink 1000 -järjestelmää (SR Research, Kanata, ON). Silmänmotorinen vaste on hyvin ymmärretty käyttäytymisreaktio, joka ei ole luonteeltaan monimutkainen ja jonka avulla voimme tutkia tACS:n vaikutuksia käyttäytymiseen, mikä laajentaisi tietoamme tACS:n käyttäytymisvaikutuksista. TACS:n käytön taustalla on se, että voimme kohdistaa tiettyyn meneillään olevaan aivovärähtelyyn. Tässä proof-of-concept-tutkimuksessa aiomme käyttää tACS:ia stimuloimaan frontaalisilmäkenttiä (FEF), joiden odotamme katkaisevan luonnollisen verkkotasapainon, ja hidastaakseen sakkadeja. Siten tämän tutkimuksen yleiset tavoitteet ovat (1) tunnistaa aivovärähtelyt FEF:ssä, jotka ovat sakkadin valmistelun ja suorittamisen taustalla, ja (2) muuttaa aktiivisuutta näissä verkoissa neuromodulaation avulla.

Hypoteesi:

"Hearing Brain" -konseptin pilottitutkimuksessa oletamme, että kuuloharjoitus 40 Hz:llä sekä GTEN-stimulaatio 40 Hz:llä, mutta ei valestimulaatio, lisää gammakaistan tehoa kuulokuoressa. Lisäksi oletamme vahvempaa gammakaistan tehoa GTEN-stimulaation jälkeen verrattuna kuuloon.

Mitä tulee "DREAM-tutkimuksiin", ennustamme, että vastavuoroisuusperiaatteeseen perustuva GTEN muuttaa osallistujien tarkkuutta ja reaktioaikaa yksinkertaisten kognitiivisten ja havainnointitehtävien aikana. Erityisesti mitä tulee primääritutkimuksen menetelmien pilottiin (Skitsofrenian harhaluulojen hoidon tehostaminen neuromodulaation avulla), oletamme, että tACS:iin liittyvä neuromodulaatio tähtää alfa-kaistan tehon lisäämiseen dorsomediaalisilla prefrontaalisilla alueilla ja vääristää käyttäytymismittaamme. kiinnostus (todisteen ja hypoteesin välisen vastaavuuden luokitus (katso kuva 1 kohdassa "Skitsofrenian harhaluulojen hoidon tehostaminen neuromodulaatioprotokollan avulla").

Mitä tulee "Neuromodulaation vaikutuksesta sakkadeihin" -tutkimukseen, ennustamme seuraavaa: 1. hdEEG havaitsee lisääntyneen alfavärähtelyn tehon FEF:ssä, kun sakkadeja suoritetaan 2. GTEN-indusoidut alfavärähtelyt FEF:ssä lisäävät sakkadilatenssia .

Tutkimus suunnittelu:

Kokeellinen suunnittelu: "The Hearing Brain" -konseptitutkimus

Käytämme koehenkilöiden välistä suunnittelua tutkiaksemme kuulon tunkeutumisen, neuromodulaation, valestimulaation (kontrollitila) ja ohjaustaajuusstimulaation (aktiivinen kontrollitila) vaikutusta gammakaistan (30-40 Hz) tehoon kuulokuoressa. . Kaikki osallistujat määrätään joko neuromodulaatio-, näennäis- tai aktiivisen kontrollin (kontrollitaajuus) tilaan, joko kuuloharjoitustilan kanssa tai ilman.

Neuromodulaatio: Määritämme kullekin osallistujalle kynnyksen, jossa osallistuja havaitsee ensin stimulaatiot (esim. fosfeenien tai ihon tuntemusten vuoksi). Muiden kynnysprotokollien mukaisesti aloitamme tACS-stimulaatiolla 40 Hz:llä ja 1000 µA:lla 1 sekunnin ajan ja lisäämme stimulaation amplitudia asteittain 250 µA:lla enintään 3000 µA:iin (Zaehle et al., 2010). Osallistujia pyydetään ilmoittamaan kokemansa tuntemukset. Kunkin osallistujan maksimistimulaation intensiteetti pidetään 250 µA fosfeenien tai ihon tuntemusten kynnyksen alapuolella (kumpi kynnys on alhaisempi).

Stimuloinnin aikana tACS:ää sovelletaan kuulokuoreen taajuudella 40 Hz. Jokaista stimulaatiota varten virtaa nostetaan hitaasti ylös osallistujan räätälöimään intensiteettiin ja alaspäin segmentin lopussa. Stimulaatioelektrodit nykyisessä proof-of-concept-tutkimuksessa ovat ne, joiden gammavoiman on todettu osoittavan suurinta lisäystä kuulon kulutuksen pilottitutkimuksessa.

Kuuloharjoitus: Osallistujat kuuntelevat 40 Hz:n äänisarjaa.

Huijaus: Tätä ehtoa käytetään odotusten vaikutusten hallitsemiseen. Samoin kuin neuromodulaatiotilanteessa, virtaa nostetaan ja lasketaan; välissä ei kuitenkaan ole stimulaatiota.

Ohjaustaajuus: Tämän aktiivisen ohjausryhmän ihmiset moduloidaan samoilla elektrodeilla ja samalla virranvoimakkuudella, mutta eri taajuuskaistalla. Aktiivinen kontrolliryhmä tarvitaan sen varmistamiseksi, että vaikutukset johtuvat käytetystä kiinnostuksen kohteena olevasta taajuudesta eivätkä vain itse virrasta.

Lepo: Jokaisen neuromodulaation, välityksen ja näennäisen kokeen jälkeen on 50 sekunnin lepoaika lepotilan EEG:n mittaamiseksi.

Jokainen ehto (modulaatio, näennäinen, kuuloharjoitus) on 50 sekuntia pitkä ja esitetään 7 kertaa lohkoina. Olosuhteiden välissä tehdään 50 sekunnin lepotilamittaus aivotoimintaan kohdistuvien interventioiden kestävyyden arvioimiseksi.

Kokeellinen suunnittelu: "Dynamic Reciprocal Electroencephalography and Modulation" (DREAM) -konseptin todiste

Käytämme koehenkilöiden välistä suunnittelua tutkiaksemme neuromodulaation vaikutusta vastavuoroisuusperiaatteeseen vs. näennäisstimulaatio (kontrollitila) vs. kontrollitaajuusstimulaatio (aktiivinen kontrollitila) reaktioaikaan ja tarkkuuteen yksinkertaisissa kognitiivisissa ja havaintotehtävissä. Näihin tehtäviin kuuluvat Stroop Interference Task, ei-loukkaavien ei-emotionaalisten sanojen kuunteleminen/lukeminen ja sanojen tai visuaalisten ryhmien muistaminen.

Suunnittelemme myös pilotoivaa tACS:ää todisteiden integrointitehtävässä, jonka on osoitettu korreloivan psykoosin harhaanjohtavan vakavuuden kanssa. Tämän tehtävän vastavuoroisuusperiaatteen menetelmän havainnollistamiseksi osallistujat määrätään saamaan joko tACS- tai valehermomodulaatiota. Neuromodulaatio, johon liittyy tACS, kohdistuu hallitsevaan aivojen värähtelymalliin, jonka odotamme olevan alfa-vyöhyke dorsomediaalisilla prefrontaalisilla alueilla, ja sen odotetaan myös vähentävän beetakaistan tehoa ventro-mediaaalisilla alueilla (Antal & Paulus, 2013). ). Tämän vahvistavat EEG-tallenteet ja lähdeestimaatti (Whitman et al., painossa; Whitman, Ward, & Woodward, 2013) kuvan 1 tuottamiseen käytetyn tehtävän aikana. Vale neuromodulaatio sisältää satunnaisten kuvioiden tai erittäin lyhyiden matala-asteisten virtojen soveltamisen samalle aivoalueelle kuin neuromodulaatiotila (Antal & Paulus, 2013). Kiinnostava käyttäytymismittari tässä tehtävässä on todisteiden ja hypoteesin välisen yhteensopivuuden luokitus (katso kuva 1), jonka on osoitettu korreloivan psykoosin harhaanjohtamisen vakavuuden kanssa.

Kokeellinen suunnittelu: konseptitutkimus "Neuromodulaation vaikutus sakkadeihin"

Ehdotetut kokeet ovat tavallisia sakkadikokeita, samanlaisia ​​kuin Chen Zhang et ai. Prosaccade-tehtävässä jokainen kokeilu alkaa kiinnityspisteellä näytön keskellä, joka kestää 800-1200 ms ja joka poimitaan satunnaisesti eksponentiaalisesta jakaumasta. Osallistujia kehotetaan kiinnittämään kiinnityskohtaan. Kiinnityspiste katoaa ja 200 ms:n aikavälin jälkeen reunakohde ilmestyy satunnaisesti 10°:een vasemmalle tai oikealle keskikiinnityspisteestä. Osallistujia ohjeistetaan tekemään nopea sakkadi kohteen suuntaan. Heillä on 1 000 ms aikaa suorittaa sakkadi oikeaan paikkaan. Anti-sakkaditehtävässä menettely pysyy samana, mutta osallistujia ohjeistetaan tekemään sakkadi vastakkaiseen suuntaan kuin kohde. Muistiohjatussa saccade-tehtävässä osallistujia ohjeistetaan ylläpitämään kiinnitystä, minkä jälkeen kaksi kohdetta ilmestyy peräkkäin 100 ms:n ajan yhdessä neljästä näytön reunan ympärillä olevasta kvadrantista. Osallistujien on säilytettävä kiinnitys lisäaikaa ja odotettava go-signaalia (kiinnityspisteen katoaminen). Tämän jälkeen osallistujien tulee tehdä kaksi sakkaadia mahdollisimman tarkasti muistettuihin kohteiden paikkoihin samassa järjestyksessä kuin ne tapahtuivat. Prosaccade-, anti-saccade- ja muistiohjatut saccade-kokeet lomitetaan lohkoon. Erityyppiset tehtävät erottuvat kiinnitysristin eri väreistä.

tACS-protokolla: Kaikki osallistujat suorittavat kolme yllä olevan kokeen lohkoa: esistimulaatioesto (pre), stimulaatioestos (stim/sham), stimulaation jälkeinen esto (post). Esistimulaatiolohkossa osallistujat suorittavat kaikki yllä mainitut tehtävät, samanaikaisesti heidän EEG-tietonsa tallennetaan ja heidän silmiensä liikkeitä seurataan. EEG-tietojen perusteella jokaiselle osallistujalle arvioidaan tarkka montaasi frontaalisilmäkenttien (FEF) stimulaatiolle. Myös stimulaation tarkka alfataajuus arvioidaan. Näiden parametrien perusteella puolet osallistujista stimuloidaan stimulaatiolohkossa. Toinen puoli osallistujista toimii kontrolleina, jotka läpikäyvät näennäisen eston. Molemmissa tapauksissa osallistujat suorittavat myös saccade-tehtävät. Jälkilohko on samanlainen kuin esistimulaatiolohko.

Tietojen analysointi:

Proof-of-konseptitutkimus "The Hearing Brain":

Tehospektrin tiheys (PSD) alueella 1–50 Hz lasketaan kullekin lepotilan mittaukselle ja lasketaan keskiarvo jokaiselle olosuhteille. Gammakaistan ja ohjaustaajuuskaistojen (alfa, beeta) PSD-arvoille tehdään toistuvia mittauksia (saapuminen vs. neuromodulaatio vs. vale vs. kontrollitaajuus) varianssianalyysit (ANOVA) sillä oletuksella, että neuromodulaatio ja mukaansaanti, mutta ei huijaus, johtaa lisääntyneeseen gammakaistan tehoon, mutta ei eroihin ohjaustaajuuksissa.

Todistus "DREAM" -tutkimus:

Ryhmien väliset (neuromodulaatio vs. näennäinen vs. kontrollitaajuusstimulaatio) varianssianalyysit (ANOVA) suoritetaan käyttäytymismittareiden (tarkkuus, reaktioaika) perusteella lasketuille muutospisteille, jotta voidaan arvioida, onko tACS:ää sovellettu vastavuoroisuusperiaatteella harhaan. jatkuvat aivojen värähtelyt muuttavat kognitiivista suorituskykyä.

Todistustutkimus "Neuromodulaation vaikutus sakkadeihin":

EEG-esikäsittely: GTEN-järjestelmän avulla tallennetut hdEEG-tiedot analysoidaan MATLAB 2019b:n avulla käyttämällä sisäisiä skriptejä. EEGLAB 13.6.5b (Delorme & Makeig, 2004) -funktioita käytettiin topografisten tonttien luomiseen. Spektrianalyysi suoritetaan käyttämällä Chronux 2.12 -työkalupakkia (Bokil et al., 2010). EEG-tiedot esikäsitellään käyttämällä Statistical Correction of Artifacts in Dense-Array Studies (SCADS) -menetelmää (Junghöfer et al., 2000), joka poistaa EEG-artefaktit tilastollisten parametrien perusteella. Ensinnäkin tiedot suodatetaan FIR-kaistanpäästösuodattimella, jonka pysäytyskaistataajuudet ovat 2 Hz ja 55 Hz. Suodatin suunnitellaan käyttämällä MATLAB-pohjaista signaalinkäsittelytyökalua. Sitten EEG-tiedot jaksotetaan sisältämään koko kokeen. Sitten SCADS-algoritmi hylkää artefakteilla saastuttamat elektrodit. Elektrodien hylkäämiseen käytetyt parametrit ovat - maksimiamplitudi, maksimigradientti ja signaalin amplitudin standardipoikkeama kullakin aikakaudella ja jokaisella elektrodilla. Lisäksi EEG-data viitataan uudelleen keskimääräiseen signaaliin.

Montaasin arviointi EEG:llä: Stimulaatiolohkossa käytettävä tarkka elektrodimontaasi ja stimulaatiotaajuus arvioidaan esistimulaatiolohkossa kerättyjen EEG-tietojen perusteella. EEG-tiedot esikäsitellään ja jaksotetaan sakkadin alkaessa. Epookkien luomiseen käytetään EEG-tietoja välillä -1000 ms - 500 ms sakkadin alkamisesta. Valmistelevan toiminnan lähde ennen sakkadia arvioidaan käyttämällä CPCA:ta (Constrained Principal Component Analysis) (Takane & Hunter, 2001). CPCA luo komponentin saccade-valmistetta varten. Komponentin elektrodikuormituksia käytetään tACS-stimulaation montaasina. Stimulaatiotaajuutena käytetään myös taajuutta, jonka vaihe koodaa sakkadilatenssia (katso lisätietoja julkaisun Drewes & VanRullen, 2011 menetelmistä).

Eye-tracking data-analyysi: Kaikki data-analyysit suoritetaan MATLAB 2019b:llä. Katseenseurantadata analysoidaan käyttämällä sisäisiä skriptejä. Katseenseurantadata jäsennetään erityyppisiksi aikakausiksi. Silmänräpäystä vastaavat puuttuvat tiedot hylätään analyysistä. Myös kokeet, joissa osallistuja ei säilytä kiinnittymistä, hylätään. Katsenopeutta käytetään erottamaan sakkadit fiksaatioista. Sitten kunkin kokeen tiedot analysoidaan sen tarkistamiseksi, suorittiko osallistuja oikean sakkadin. Jos esimerkiksi anti-sakkaditutkimuksessa osallistuja sakkadi pois kohteesta, kokeilu määritetään oikeaksi; muussa tapauksessa se on määritetty virheelliseksi kokeeksi. Sitten kaikista kokeista poimitaan käyttäytymismittarit, kuten sakkadin tarkkuus, latenssi, nopeus, amplitudi ja liikeradat. Stimulaation online-vaikutus (Stim - Pre) ja stimulaation pitkäaikaisvaikutus (Post - Pre) tarkistetaan jokaisen käyttäytymismittarin ja jokaisen saccade-tehtävän osalta. Hypoteesien testaamiseksi suoritetaan varianssianalyysi (ANOVA) riippuvaisille mittareille - sakkadilatenssille, tarkkuudelle, nopeudelle, amplitudille jne., Sham/Stimulation ollessa koehenkilöiden välinen muuttuja.

Kliininen vaikutus:

Nämä alustavat tutkimukset tehdään terveillä kontrolleilla sen varmistamiseksi, että voimme saada aikaan muutoksia tietyn taajuuskaistan tehossa neuromodulaatiolla GTEN-järjestelmän avulla. Lisäksi pyrimme varmistamaan, että pystymme havaitsemaan lyhytaikaisia ​​muutoksia EEG-signaalissa tACS:n jälkeen ja muuttamaan kognitiivisia prosesseja, jotka ovat merkityksellisiä psykiatristen sairauksien kokemukselle. Tämän pilottitutkimuksen suorittaminen on välttämätöntä stimulaatioprotokollamme siirtämisessä potilasväestölle.