Perinteinen vai teräväpiirto tDCS parantaa implisiittistä motoristen sekvenssien oppimista terveillä nuorilla aikuisilla?

OPINTUSUUNNITTELU

Tutkijat suorittavat yksisokkoutetun, valekontrolloidun, vastapainotetun tutkimuksen. IMSL:n sekvenssispesifistä näkökohtaa varten (ensisijainen tulos) suoritetaan sekatekijä-toistettujen mittausten ANOVA käyttämällä "laitetta" (2 tasoa: perinteinen tDCS, HD tDCS) koehenkilöiden välisenä tekijänä ja "stimulaationa" (2 tasoa: anodaalinen, vale), "lohkot" (2 tasoa: satunnainen lohko, vierekkäisten lohkojen keskiarvo) ja "aika" (3 tasoa: aikana, 5 minuutin jälkeen, 1 viikon jälkeen) subjektin sisäisinä tekijöinä. Vastaavasti yleisessä oppimisessa (toissijainen tulos) toteutetaan sekafaktoriaalinen toistettujen mittausten ANOVA käyttämällä "laitetta" (2 tasoa: perinteinen tDCS, HD tDCS) koehenkilöiden välisenä tekijänä ja "stimulaationa" (2 tasoa: anodaalinen, vale) , "lohkot" (7 tasoa: lohkot 1-6, lohko 8) ja "aika" (3 tasoa: aikana, 5 minuutin jälkeen, 1 viikon jälkeen) subjektin sisäisinä tekijöinä. Osallistujat jaetaan satunnaisesti joko tavanomaiseen tDCS-ryhmään tai HD tDCS -ryhmään lohkosatunnaistuksen avulla. Kaikki osallistujat saavat sekä anodista (oikeaa) että näennäistä (plaseboa) tDCS:ää satunnaisessa järjestyksessä. Vastapainotuksen tekee riippumaton tutkija Microsoft Excel® -ohjelmalla.

REKRYTOINTISTRATEGIA

Terveet nuoret aikuiset rekrytoidaan Vrije Universiteit Brusselista. Aineille ei ole rajoituksia tai kieltoja.

MATERIAALIT

Perinteisessä tDCS:ssä käytetään 1x1 matalan intensiteetin tasavirtastimulaattoria (Soterix Medical Inc, New York, USA) tDCS:n luomiseen ja toimittamiseen identtisten neliömäisten kumielektrodiparin (koko 35 cm2) kautta, jotka asetetaan suorakaiteen muotoiseen suolaliuokseen kastettuun sienet. M1:n stimuloimiseksi elektrodit sijoitetaan C3:n tai C4:n päälle kansainvälisen 10-20 elektroenkefalogrammijärjestelmän mukaisesti siten, että M1 on vastakkainen suorittavan käden kanssa. Vertailuelektrodi sijoitetaan F1:lle tai F2:lle, ipsilateraalisesti suorittavaan käteen nähden.

Virtastimulaatio nostetaan hitaasti 0 milliampeerista (mA) 2 mA:iin minuutissa. Anodisessa tDCS-tilassa tämä intensiteetti säilyy SRT-tehtävän ajan (noin 20 minuuttia), mikä on selvästi tDCS:n näyttöön perustuvien turvallisuusstandardien sisällä. Tämä johtaa 0,057 mA/cm2 virrantiheyteen. Valheellisessa tDCS-tilassa - koehenkilön tietämättä - stimulaatiota vähennetään asteittain kohti 0 mA:ta välittömästi yhden minuutin nousun jälkeen. SRT-tehtävän viimeisen lohkon aikana tämä nykyisen stimulaation asteittainen nostaminen ylös ja alas toistetaan osallistujien sokeuttamisprosessin optimoimiseksi. Koehenkilöiden sokeutumisen hallitsemiseksi koehenkilöiltä kysytään viimeisen istunnon jälkeen, olivatko he tietoisia stimulaatiotilasta vai eivät. Kokeen suorittaja inventoi ohimenevät sivuvaikutukset tDCS-protokollan aikana ja kaksi viikkoa sen jälkeen, ja niitä voivat olla lievä kutina elektrodin alla, ihon punoitus elektrodin alla, päänsärky, pahoinvointi, väsymys tai unettomuus.

High Definition tDCS:ssä 4x1 monikanavaista stimulaatiosovitinta (Soterix Medical Inc, New York, USA) käytetään HD tDCS:n toimittamiseen M1:n kautta. Yhdistämällä perinteinen tDCS-laite (kuvattu yllä) tähän monikanavaiseen stimulaatiosovittimeen, tasavirta syötetään 4x1 HD tDCS -konfiguraatiota pitkin, mikä mahdollistaa neuromodulaation rajoitetun halutulle alueelle. Toisin kuin tavanomaisissa tDCS-montaaseissa käytetyt suhteellisen suuret sienielektrodit (kuva 1A), HD tDCS:n kautta tapahtuva stimulaatio toimitetaan yhden keskeisen geelielektrodin ja neljän paluuelektrodin avulla, jotka on sijoitettu muovikoteloihin, jotka on upotettu EEG-korkkiin (kuva 1B). ). Laitteen asetukset tehdään Villamarin ja kollegoiden (2013) toimittaman laajan kokeellisen protokollan mukaisesti. Vasemman M1:n stimuloimiseksi, vastakkaisena suoriutuvan oikean käden kanssa, anodinen stimulaatio välitetään C3:a vastaavan keskuselektrodin kautta ja pidetään paikallaan käyttämällä erityisesti suunniteltua synteettistä korkkia HD-tDCS-elektrodien pitämiseksi päässä. Paluuelektrodit on sijoitettu kohdille Cz, F3, T7 ja P3 (kansainvälinen 10-20 elektroenkefalogrammijärjestelmä), katso kuva 2. Oikean M1:n kohdalla, vastakkaisena suoriutuvan vasemman käden kanssa, keskuselektrodi sijoitetaan kohtaan C4 ja paluuelektrodit kohdissa Cz, F4, T8 ja P4. Stimuloivaa (anodista) tasavirtaa nostetaan 60 sekunniksi 2 mA:n intensiteettiin ja sitä ylläpidetään SRT-tehtävän ajan (noin 20 minuuttia).

Serial Reaction Time -tehtävää (SRT-tehtävää) käytetään IMSL:n määrittämiseen. SRT-tehtävä suoritetaan kannettavalla tietokoneella käyttäen E-Prime®-ohjelmistoa (Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania, USA). Osallistujia pyydetään painamaan vaakasuoraan kohdistettuja vastausnäppäimiä C, V, B, N tavallisessa azerty-näppäimistössä vasemmanpuoleisen, vasemman, oikean ja oikeanpuoleisimman kohteen kohdalla. Vastaukset annetaan vähiten sairastuneen käden etusormella, jos kyseessä on henkilö, jolla on PD, ja hallitsevalla kädellä terveiden kontrollien tapauksessa. Jos PD-potilaiden molemmat kädet ovat yhtäläisiä, käytetään myös hallitsevaa kättä. Vastausnäppäimet C, V, B ja N ovat ainoat näkyvät näppäimet, kaikki muut näppäimet peitetään.

MENETTELY

Koe suoritetaan Vrije Universiteit Brusselin (VUB) laboratoriossa tai hiljaisessa huoneessa osallistujan kotona tutkijan valvonnassa.

Seulontaistunnon (T0) jälkeen, jossa kerätään demografisia perusominaisuuksia (sukupuoli, ikä, hallitseva käsi). Osallistujat jaetaan joko perinteiseen tDCS-ryhmään tai HD tDCS -ryhmään, ja heidät nähdään neljä kertaa (T1-T4) vähintään viiden - enintään yhdentoista viikon aikana. Kaikki neljä istuntoa alkavat harjoitella SRT-tehtävällä yhden satunnaisen 25 kokeen lohkon, jota seuraa varsinainen kokeellinen SRT-tehtävä, joka koostuu kahdeksasta 72 kokeen lohkosta kolmenkymmenen sekunnin tauolla peräkkäisten lohkojen välillä. Lohkoissa 1-6 ja lohkossa 8 kohteen järjestys (ts. musta piste) paikat seuraavat toistuvaa sekvenssiä. Tämä ei ole osallistujan tiedossa. Syynä on, että reaktioajat lyhenevät sekvenssin toistaessa lohkoissa 1-6 ja 8, mikä tarkoittaa yleistä harjoitusvaikutusta (toissijainen tulosmitta). Kun toistuva sekvenssi yhtäkkiä muuttuu satunnaiseksi sekvenssiksi lohkossa 7, reaktioaika kasvaa lohkossa 7 ja laskee vielä kerran säännöllisesti sekvensoidussa lohkossa 8, mikä tarkoittaa sekvenssikohtaista oppimisvaikutusta (ensisijainen tulosmitta). Mahdollisten siirtymävaikutusten hallitsemiseksi SRT-tehtävä noudattaa erilaista järjestystä kussakin stimulaatiotilassa (esim. 132342134142 T1-T2:ssa ja 243413241213 T3-T4:ssä). Varmistaakseen, että IMSL on riippumaton tietystä sekvenssistä, osallistujien välillä tasapainotetaan kuusi erilaista, rakenteellisesti identtistä 12 elementin pituista sekvenssiä.

Ensimmäinen interventioistunto (T1) suunnitellaan vähintään 1 viikon kuluttua seulontaistunnon (T0) jälkeen, ja se koostuu aktiivisesta (anodisesta) tDCS:stä tai näennäisestä (plasebo) tDCS:stä, joka annetaan SRT-tehtävän aikana. Viisi minuuttia tDCS:n jälkeen koehenkilöitä pyydetään suorittamaan lyhyt, kolmen lohkon versio SRT-tehtävästä ilman tDCS:n soveltamista mahdollisten lyhyen aikavälin konsolidaatiovaikutusten tutkimiseksi: Lohkot 1 ja 3 noudattavat samaa säännöllistä järjestystä kuin aiemmin; Lohko 2 seuraa satunnaista järjestystä.

Toinen istunto (T2) suunnitellaan viikkoa myöhemmin. Tämän viikon tDCS:n jälkeisen istunnon aikana suoritetaan sama, täysversio viikkoa aiemmasta SRT-tehtävästä, tällä kertaa ilman tDCS:n käyttöä mahdollisten pitkän aikavälin konsolidointivaikutusten määrittämiseksi. T2:n jälkeen suunnitellaan vähintään kolmen viikon huuhtoutumisaika kahden stimulaatiotilan välisten siirtymävaikutusten hallitsemiseksi (aktiivinen/huijaava tDCS). Cross-over tapahtuu ja sama toimenpide päinvastaisella stimulaatiolla toistetaan kolmannen (T3) interventio- ja neljännen (T4) seurantajakson aikana. Puolet kunkin ryhmän osallistujista on saanut aktiivisen tDCS:n T1:n aikana ja näennäisen tDCS:n T3:n aikana, kun taas toinen puolet osallistujista on saanut nämä ehdot käänteisessä ja satunnaistetussa järjestyksessä.

Virtastimulaatio nostetaan hitaasti 0 mA:sta 2 mA:iin minuutissa. Anodisessa tDCS-tilassa tämä intensiteetti säilyy SRT-tehtävän ajan (noin 20 minuuttia). Valheellisessa tDCS-tilassa - tutkittavan tietämättä - stimulaatiota vähennetään asteittain kohti 0 mA välittömästi minuutin kuluttua. ylösajo.

SRT-tehtävän jälkeinen kyselylomake täytetään viimeisen istunnon (T4) jälkeen sen määrittämiseksi, ovatko osallistujat tietoisia tehtävän peräkkäisyydestä. Jos osallistujat ilmoittavat uskovansa tietyn sekvenssin ilmestyneen, heidän on toistettava viimeisen istunnon sekvenssi mahdollisimman oikein.

TILASTOLLISET ANALYYSIT

Kaikki tilastolliset analyysit suoritetaan käyttämällä International Business Machines (IBM) Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) Statistics versiota 26. Merkitystasoksi asetetaan α = 0,05. Suuntaus kohti merkitsevyyttä määritellään arvoksi 0,05 ≤ α < 0,10. Tarvittaessa tehdään tarvittavat korjaukset useisiin vertailuihin. Cohenin f-efektin koot raportoidaan arvoilla 0,10, .25 ja .40 edustavat pientä, keskikokoista ja suurta tehostekokoa, vastaavasti.

Nollavaikutusten tapauksessa tutkijat päättelevät, että olosuhteiden välisestä erosta ei ole näyttöä. Tutkijat laskevat kuitenkin myös post-hoc Bayes-kertoimet kullekin ryhmälle (perinteinen tDCS, HD tDCS) arvioidakseen, voidaanko sekvenssioppimisen erojen puuttuminen anodisten ja valestimulaatioiden välillä tulkita todisteeksi vaikutuksen puuttumisesta. tDCS:n sekvenssioppimisesta.

Korrelaatioanalyysit, Bonferroni-korjattu useita vertailuja varten, suoritetaan sen selvittämiseksi, korreloiko IMSL:n määrä demografisten muuttujien kanssa (mukaan lukien PD:n kliiniset alatyypit). Jos parametrisen testauksen oletuksia rikotaan, ei-parametrinen vaihtoehto Spearman's Rho lasketaan.

SRT-tehtävien tulokset 5 minuuttia vale-tDCS:n jälkeen ja viikko sen jälkeen toimivat lähtökohtana, jota verrataan tuloksiin todellisen anodisen tDCS:n jälkeen.

SRT-tehtävän suorituskyvyn analyysit perustuvat lohkokohtaiseen mediaanireaktioaikaan (RT) keskimääräisen RT:n sijaan mahdollisten poikkeavien vaikutusten minimoimiseksi. Harjoituskokeet, ensimmäinen vastaus jokaisen tauon jälkeen, virheelliset vastaukset ja virheen jälkeiset vastaukset jätetään analyyseistä pois. Keskimääräiset RT:t lohkoa kohden analysoidaan, jotta voidaan määrittää (1) yleinen oppimisvaikutus (toissijainen tulosmitta) ja (2) sekvenssikohtainen oppimisvaikutus (ensisijainen tulosmitta).

Yleiset oppimisvaikutukset tDCS:n aikana ja viikon kuluttua sen jälkeen johdetaan mediaani-RT:n laskusta seitsemän säännöllisesti sekvensoidun lohkon aikana (ts. lohkot 1-6 ja lohko 8). Tätä ei voida soveltaa tDCS:n jälkeiseen 5 minuutin SRT-tehtävään, koska se on lyhyt versio, jossa on vain kolme lohkoa. 2x2x2x7 toistetun mittauksen ANOVA suoritetaan laitteella (perinteinen tDCS, HD tDCS) koehenkilöiden välisenä tekijänä ja stimulaatiolla (aktiivinen, vale), ajalla (aikana, viikon jälkeen) ja lohkolla (lohkot 1-6, lohko 8) kuten sisällä. -kohteen tekijät.

Sekvenssispesifiset oppimisvaikutukset tDCS:n aikana, 5 minuuttia ja 1 viikko sen jälkeen analysoidaan vähentämällä vierekkäisten sekvensoitujen lohkojen mediaani-RT:t (lohkot 6 ja 8 stimulaation aikana ja viikon kuluttua tDCS:n jälkeen; lohkot 1 ja 3 klo. 5 minuuttia tDCS:n jälkeen) satunnaislohkon mediaani-RT:stä (lohko 7 stimulaation aikana ja 1 viikon kuluttua tDCS:n jälkeen; lohko 2 5 minuutin kuluttua tDCS:n jälkeen). 2x2x2x3 toistetun mittauksen ANOVA (tai Friedmanin ja Wilcoxonin signeeratut arvotestit ei-parametrisina vaihtoehtoina) suoritetaan laitteella (perinteinen tDCS, HD tDCS) koehenkilöiden välisenä tekijänä ja stimulaatiolla (aktiivinen, vale), sekvenssi (satunnainen lohko, vierekkäisten sekvensoitujen lohkojen keskiarvo) ja aika (aikana, 5 minuutin jälkeen, 1 viikon jälkeen) subjektin sisäisinä tekijöinä.

Jos pallomaisuusoletuksia rikotaan, Greenhouse-Geisser- tai Huynh-Feldt-korjaukset raportoidaan. Bonferroni-korjattuja t-testejä toteutetaan analysoimaan edelleen merkittäviä pää- ja vuorovaikutusvaikutuksia.

Virheprosentit SRT-tehtävässä ovat yleensä pieniä ja siten rajallisen havaintojen määrän vuoksi vähemmän herkkiä IMSL:lle. Virheellisten reaktioiden prosenttiosuus lohkoa kohden lasketaan molemmille stimulaatioolosuhteille (anodaalinen, vale) ja kolmelle mittaukselle ajan kuluessa (samanaikainen, 5 minuutin jälkeen, 1 viikon jälkeen). Shapiro-Wilk-residuaalitesti suoritetaan jakauman normaaliuden arvioimiseksi.

Peräkkäinen pistemäärä, joka on eksplisiittisen tiedon tulosmitta, otetaan kovariaattina analyyseihin. Riippumaton näytteiden t-testi (tai ei-parametrinen vaihtoehtoinen Mann-Whitney U -testi) suoritetaan sen varmistamiseksi, ovatko perinteisen tDCS-ryhmän peräkkäiset pisteet (x/12) erilaisia ​​kuin HD tDCS -ryhmän.