Protocole tVNS pulsé et apprentissage par renforcement
Stimulation pulsée du nerf vague - Une nouvelle méthode pour modifier l'apprentissage et la prise de décision
Le but de cette étude est d'étudier le potentiel d'un protocole de stimulation phasique taVNS pour l'apprentissage par renforcement. Les enquêteurs démêleront ses effets sur les actions et les résultats d'apprentissage grâce à l'administration d'une stimulation pulsée au cours de différentes étapes de l'apprentissage (stimulation pendant l'action vs stimulation pendant le résultat). Cela fournira des informations sur le timing optimal de la stimulation et aidera à déterminer si la stimulation vagale pulsée peut être plus efficace lorsqu'elle est associée à des actions instrumentales ou à un feedback enrichissant. Développer un outil qui améliore de manière non invasive la prise de décision basée sur la valeur en utilisant la stimulation pulsée redéfinirait les options d'application du taVNS. Cela permettra au tVNS d’agir comme un signal pédagogique comparable aux signaux physiologiques dans l’apprentissage basé sur la récompense. À long terme, cela pourrait éclairer des interventions ciblées pour les personnes présentant une fonction de récompense altérée, un symptôme clé de toute une série de troubles mentaux.
Dans le cadre de l'étude, les enquêteurs testeront trois hypothèses :
H1 - Tâche d'apprentissage des instruments : les participants montreront un apprentissage action-résultat amélioré lorsque la rétroaction positive après un signal est associée à une stimulation efficace de haute intensité par rapport à la stimulation fictive (simulacre/taVNS).
H2 - Tâche d'apprentissage instrumental : les participants feront preuve d'un apprentissage action-résultat amélioré lorsque l'action menant à une récompense avec une probabilité plus élevée (c'est-à-dire un choix correct) est stimulée par une stimulation de haute intensité. Encore une fois, cela ne sera observable que pour une stimulation active mais pas fictive (simulacre/taVNS).
H3 - Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) : les gains comportementaux dans l'apprentissage des signaux dans la condition de stimulation active de haute intensité sont corrélés à des signaux plus élevés dans le mésencéphale et le striatum dorsal lors du feedback (présentation de la récompense) ou de l'action.
Aperçu de l'étude
Statut
Intervention / Traitement
Description détaillée
L'étude suit une conception croisée randomisée en simple aveugle avec un seul facteur intra-sujet (condition de stimulation, 2 niveaux : taVNS, sham) conduisant à 2 séances expérimentales par participant.
Les études précédentes se sont principalement concentrées sur l'administration d'une stimulation tonique, appliquée en continu avec un protocole de stimulation 30 s ON 30 s OFF pendant toute la durée de la tâche. Plus récemment, des protocoles délivrant de courtes salves taVNS ont été développés pour imiter plus fidèlement les signaux vagaux. Cependant, les paramètres optimaux (par exemple, durée de stimulation, fréquence) pour obtenir des signaux phasiques ne sont pas encore déterminés. Pour tester quelle combinaison de paramètres suscite le plus de succès réponses phasiques, les enquêteurs ont mené une collecte de données pilote avec un ensemble de paramètres comparant le taVNS et la stimulation fictive. En tant que proxy de la signalisation phasique, les enquêteurs ont étudié les dilatations pupillaires médiées par le locus coeruleus, une cible principale du nerf vague. Dix participants ont été invités pour 2 séances (taVNS, sham) au cours desquelles ils ont reçu une stimulation pulsée avec les réglages suivants : durée de stimulation de 1, 2 ou 3 s, fréquence de stimulation de 20, 25 ou 30 Hz. À la suite de ce projet pilote, les enquêteurs ont constaté que la plupart des participants au projet pilote (7 sur 10) présentaient la réponse induite par le taVNS la plus forte par rapport à l'simulacre lors d'une stimulation pendant 1 seconde avec une fréquence de 20 Hz. Par conséquent, cette combinaison de paramètres sera mise en œuvre lors de l'étude principale. Pour la stimulation, le tVNS Health - R® (tVNS Health, Erlangen, Allemagne) est utilisé et pour le suivi oculaire, le SR Research Eyelink 1000Plus®.
Pour l'étude principale, les participants seront invités à trois sessions expérimentales. Les enquêteurs ont observé une variabilité interindividuelle considérable dans la réponse de la pupille à la stimulation et une variabilité similaire a déjà été décrite pour les réponses cérébrales induites par le taVNS. Cette variabilité pourrait être en partie liée à différentes caractéristiques anatomiques. Par conséquent, les participants effectueront d'abord une séance de suivi oculaire pour évaluer la réponse de leurs élèves aux impulsions courtes du taVNS. Les enquêteurs invitent ensuite uniquement les participants répondant au taVNS aux séances de neuroimagerie pour tester si de courtes impulsions de stimulation peuvent en principe induire des signaux phasiques. Lors de la première séance, le consentement éclairé est obtenu. La réponse de l'élève à la stimulation avec les paramètres de stimulation choisis (1 s et 20 Hz, 45 essais, ~ 25 min) comparant taVNS et la stimulation fictive (deux blocs séparés par une pause de 5 minutes suivant un ordre randomisé) sera testée pour confirmer qu'ils suscitent un réponse pupillaire robuste. taVNS sur la cymba concha droite pour un taVNS actif et une stimulation factice au niveau du lobe de l'oreille seront utilisés. Pour les deux séances de neuroimagerie, les enquêteurs prévoient d'inviter des participants qui ont montré une plus grande dilatation des pupilles pour la stimulation taVNS par rapport à la stimulation fictive au cours de la première séance. Les enquêteurs administreront du taVNS dans une séance et du simulacre dans l'autre. L'ordre des sessions sera randomisé. Pendant l'étalonnage, l'intensité de la stimulation sera ajustée pour correspondre à une légère sensation de piqûre pour le taVNS et le sham. Comme indiqué précédemment, l'intensité sera augmentée de 0,1 mA par incréments de 0,1 mA jusqu'à ce que le participant déclare avoir ressenti cette sensation. Pour garantir une mise en aveugle efficace, les enquêteurs associeront des signaux non gagnants (pour les blocs dans lesquels la stimulation est associée à un retour enrichissant) ou des actions associées au stimulus incorrect (le signal moins susceptible de donner une récompense dans les blocs où la stimulation est associée à une action) avec une stimulation de faible intensité (0,1 mA). Cela sert de condition de contrôle supplémentaire pour comparer les effets de la stimulation réelle (haute intensité) avec une stimulation qui ne devrait pas activer les afférences vagales (faible intensité). Les participants seront informés qu'ils recevront une stimulation d'intensité variable dans tous les essais, même si la stimulation ne sera pas toujours perçue.
Avant d'entrer dans le scanner, les participants effectueront une courte pratique de la tâche d'apprentissage instrumental pour se familiariser avec la structure et la procédure de la tâche. Ensuite, les participants entreront dans le scanner IRMf. Ici, les enquêteurs procéderont à un étalonnage de l'intensité de la stimulation ainsi qu'à une autre courte pratique de la tâche pour calibrer le dispositif de force de préhension utilisé pendant la tâche. Après cette deuxième pratique, une image anatomique sera acquise, suivie d'une mesure à l'état de repos pour des analyses de connectivité fonctionnelle. Pendant la mesure, un film sera projeté pour réduire les mouvements et empêcher le participant de s'endormir (Inscapes). Pour conclure la session, les participants effectueront la tâche d'apprentissage instrumental (décrite dans la section ci-dessous) avec taVNS ou stimulation simulée (~ 1 h de stimulation).
Tâche d'apprentissage instrumental Une tâche d'apprentissage probabiliste pour évaluer le potentiel des taVNS pulsés sur l'apprentissage instrumental sera utilisée lorsque les participants doivent apprendre quelles actions sont liées à des probabilités de récompense plus élevées sur la base d'indices spécifiques. Les participants se verront présenter des paires de stimuli abstraits et apprendront par essais et erreurs quel indice est le plus susceptible de rapporter une récompense. Pour chaque paire de stimuli, les participants seront invités à sélectionner un stimulus en appuyant sur un dispositif de force de préhension pendant 3 secondes consécutives. Ils tiendront un dispositif de force de préhension dans chaque main et devront appuyer sur la force de préhension correspondant au côté du stimulus sélectionné.
Pour offrir différents niveaux de difficulté, les probabilités de victoire du stimulus « correct » différeront entre les épreuves faciles et difficiles. Dans les épreuves faciles, la probabilité de victoire du bon stimulus sera de 0,75, ce qui signifie que le choix de l'action associée entraînera une récompense dans 75 % des cas. Dans les épreuves difficiles, la probabilité de victoire du bon stimulus sera légèrement inférieure à 0,65. La probabilité de gain de l’autre stimulus (le stimulus « incorrect ») sera calculée comme étant égale à 1 moins la probabilité du bon stimulus.
La tâche comprendra huit paires de repères divisées en quatre blocs. Chaque bloc contient deux paires, une avec une difficulté élevée et une avec une difficulté faible. Durant deux blocs, les participants seront stimulés par une stimulation de haute intensité à chaque fois qu'ils recevront une récompense, quelle que soit l'action choisie. Au cours des deux autres blocs, la stimulation sera administrée chaque fois que les participants effectuent l'action associée au bon stimulus (le signal le plus susceptible de donner une récompense), quel que soit le résultat. En tant que condition de contrôle supplémentaire en plus du simulacre, l'intensité variera entre un taVNS de faible intensité insuffisant pour induire une activation vagale (constante entre tous les participants) et une stimulation de haute intensité déterminée par étalonnage individuel. Pour chaque essai, le bon choix recevra une stimulation de haute intensité, tandis que le mauvais choix sera associé à une stimulation de faible intensité.
Type d'étude
Inscription (Estimé)
Phase
- N'est pas applicable
Contacts et emplacements
Coordonnées de l'étude
- Nom: Nils B Kroemer, Dr.
- Numéro de téléphone: 49 228 287-19123
- E-mail: nkroemer@uni-bonn.de
Lieux d'étude
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Bonn, Allemagne
- Recrutement
- Section of Medical Psychology, University Hospital Bonn
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Contact:
- Nils B Kroemer, Prof. Dr.
- Numéro de téléphone: 49 228 287-19123
- E-mail: nkroemer@uni-bonn.de
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Critères de participation
Critère d'éligibilité
Âges éligibles pour étudier
- Adulte
Accepte les volontaires sains
La description
Critère d'intégration:
- Âge entre 18 et 35 ans
- Indice de masse corporelle entre 18,5 et 30,0 kg/m2
- Fournir un consentement éclairé écrit
- Vision normale ou corrigée à la normale
Critère d'exclusion:
aigu:
- lésions cutanées au site de stimulation (par ex. plaies, inflammation),
- des boucles d'oreilles ou des piercings sur l'oreille gauche ou droite qui ne peuvent être retirés,
- implants (pacemaker, implant cochléaire, shunt cérébral),
- nécessite l'utilisation permanente d'un appareil auditif,
- enceinte ou allaitante,
- d'autres contre-indications à l'IRM (par ex. claustrophobie) à vie :
- lésion cérébrale,
- schizophrénie,
- trouble bipolaire,
- troubles graves liés à l'usage de substances,
- maladie coronarienne,
- accident vasculaire cérébral,
- diabète,
- épilepsie,
- Prévalence de l'asthme sur 12 mois :
- trouble de l'humeur ou anxieux actuel (hors phobies spécifiques),
- trouble obsessionnel compulsif,
- troubles liés aux traumatismes et aux facteurs de stress,
- trouble des symptômes somatiques,
- trouble de l'alimentation.
Plan d'étude
Comment l'étude est-elle conçue ?
Détails de conception
- Objectif principal: Science basique
- Répartition: Randomisé
- Modèle interventionnel: Affectation croisée
- Masquage: Seul
Armes et Interventions
Groupe de participants / Bras |
Intervention / Traitement |
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Expérimental: stimulation taVNS
taVNS est une technique non invasive pour stimuler la branche auriculaire du nerf vague.
Des électrodes transcutanées sont placées dans la cymba conque de l'oreille et de courtes rafales (largeurs d'impulsion de 20 Hz, 1 s, 400 µs) de stimulation sont délivrées soit en parallèle à l'action, soit au feedback.
La force de stimulation est calibrée individuellement.
La stimulation dure environ 1h dans la séance.
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Stimulation non invasive de la branche auriculaire du nerf vague (cymba conchae).
Appareil de recherche issu des technologies tVNS.
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Comparateur factice: simulation de stimulation
Stimulation au niveau du lobe de l'oreille non innervé par le nerf vague avec les mêmes paramètres (rafales courtes, 20 Hz, 1 s, largeurs d'impulsion 400 µs, délivrées en parallèle de l'action ou du feedback).
La force de stimulation est calibrée individuellement.
La stimulation dure environ 1h tout au long de l'étude.
La stimulation dure environ 1h dans la séance.
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Stimulation non invasive du lobe de l'oreille (non innervé par le nerf vague).
Appareil de recherche issu des technologies tVNS.
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Que mesure l'étude ?
Principaux critères de jugement
Mesure des résultats |
Description de la mesure |
Délai |
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Précision du choix
Délai: 1 heure
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Quantifié par la précision de l'action lors de la présentation des signaux pendant la tâche d'apprentissage par renforcement.
Effets entre les conditions et au sein du sujet (stimulation taVNS vs Sham).
L'ordre de stimulation et l'intensité de la stimulation seront utilisés comme covariables.
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1 heure
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Temps de réponse
Délai: 1 heure
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Temps mis par un participant pour effectuer une action après la présentation du signal.
L'ordre de stimulation et l'intensité de la stimulation seront utilisés comme covariables.
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1 heure
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Taux d'apprentissage à partir d'un modèle d'apprentissage par renforcement
Délai: 1 heure
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Les choix individuels seront utilisés pour dériver les taux d'apprentissage individuels en modélisant l'apprentissage par renforcement à l'aide de Q-learning.
Nous effectuerons des comparaisons de modèles (WAIC) pour déterminer si des taux d'apprentissage distincts pour tVNS et sham expliquent mieux les données.
De plus, nous utiliserons des comparaisons de modèles pour évaluer si les modulations du taux d'apprentissage taVNS spécifiquement pendant l'action, le feedback ou les deux expliqueront mieux les données.
De plus, nous utiliserons le bootstrapping pour comparer les taux d'apprentissage entre les conditions (simulacre vs tVNS).
Nous utiliserons la modélisation hiérarchique bayésienne (STAN) pour l'estimation de modèles et les comparaisons de modèles (WAIC).
L'ordre de stimulation et l'intensité de la stimulation seront utilisés comme covariables.
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1 heure
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Récompenser la sensibilité du modèle d'apprentissage par renforcement
Délai: 1 heure
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Les choix individuels seront utilisés pour dériver les sensibilités de récompense individuelles en modélisant l'apprentissage par renforcement à l'aide de Q-learning.
Nous effectuerons des comparaisons de modèles (WAIC) pour déterminer si des sensibilités de récompense distinctes pour tVNS et sham expliquent mieux les données.
De plus, nous utiliserons des comparaisons de modèles pour évaluer si les modulations de la sensibilité à la récompense par taVNS spécifiquement pendant l'action, le feedback ou les deux expliqueront mieux les données.
De plus, nous utiliserons le bootstrapping pour comparer les sensibilités de récompense entre les conditions (simulacre vs tVNS).
Nous utiliserons la modélisation hiérarchique bayésienne (STAN) pour l'estimation de modèles et les comparaisons de modèles (WAIC).
L'ordre de stimulation et l'intensité de la stimulation seront utilisés comme covariables.
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1 heure
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Modifications de la réponse cérébrale lors de la présentation d'un signal
Délai: 1 heure
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Les changements induits par taVNS récompensent l’activité cérébrale liée (3T).
Nous évaluerons les changements (tVNS vs sham, factoriel complet dans SPM) pendant l'anticipation des signaux.
Nous évaluerons les changements dans un masque comprenant le striatum et le mésencéphale définis avec le Harvard Oxford Atlas, y compris un mésencéphale amélioré.
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1 heure
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Modifications de la réponse cérébrale associées aux erreurs de prédiction des récompenses
Délai: 1 heure
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Les changements induits par taVNS récompensent l’activité cérébrale liée (3T).
Nous comparerons les changements (tVNS vs sham, factoriel complet dans SPM) dans les contrastes IRMf basés sur un modèle représentant les erreurs de prédiction des récompenses lors de la présentation des commentaires.
Étant donné que les changements de comportement dans les paramètres du modèle affectent les régresseurs basés sur le modèle, ils peuvent introduire des changements sans rapport avec les effets neuronaux.
Nous comparerons d'abord les modèles (BIC) pour déterminer si les paramètres au niveau individuel ou au niveau du groupe expliquent mieux les données neuronales.
Nous testons ensuite les changements induits par taVNS dans le modèle gagnant et rapportons les changements dans l'autre sous forme d'analyses de sensibilité.
Nous évaluerons l'activation cérébrale corrélée dans un masque comprenant le striatum et le mésencéphale défini avec le Harvard Oxford Atlas, y compris un mésencéphale amélioré.
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1 heure
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Mesures de résultats secondaires
Mesure des résultats |
Description de la mesure |
Délai |
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Intensité des stimulations
Délai: 2 minutes après la stimulation
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évaluation auto-évaluée (échelle visuelle analogique de 1 à 100) de l'intensité de la stimulation en tant que modérateur potentiel des effets du tVNS.
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2 minutes après la stimulation
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Modifications de la réponse cérébrale : victoire ou perte
Délai: 1 heure
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Les changements induits par taVNS récompensent l’activité cérébrale liée (3T).
Nous comparerons les changements (tVNS vs sham, factoriel complet dans SPM) dans le contraste IRMf sans modèle en comparant le retour de victoire avec le retour de perte.
Nous évaluerons les changements induits par le tVNS dans un masque comprenant le striatum et le mésencéphale défini avec le Harvard Oxford Atlas, y compris un mésencéphale amélioré.
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1 heure
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Modifications de la réponse cérébrale associées à la valeur attendue lors de la présentation des signaux
Délai: 1 heure
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Les changements induits par taVNS récompensent l’activité cérébrale liée (3T).
Nous comparerons les changements (tVNS vs sham, factoriel complet dans SPM) dans les contrastes IRMf basés sur le modèle représentant la valeur attendue de l'option choisie lors de la présentation des signaux.
Étant donné que les changements de comportement dans les paramètres du modèle affectent les régresseurs basés sur le modèle, ils peuvent introduire des changements sans rapport avec les effets neuronaux.
Nous comparerons d'abord les modèles (BIC) pour déterminer si les paramètres au niveau individuel ou au niveau du groupe expliquent mieux les données neuronales.
Nous testons ensuite les changements induits par taVNS dans le modèle gagnant et rapportons les changements dans l'autre sous forme d'analyses de sensibilité.
Nous évaluerons les changements dans l'activation cérébrale corrélée dans un masque comprenant le striatum et le mésencéphale défini avec le Harvard Oxford Atlas, y compris un mésencéphale amélioré.
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1 heure
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Collaborateurs et enquêteurs
Parrainer
Dates d'enregistrement des études
Dates principales de l'étude
Début de l'étude (Réel)
Achèvement primaire (Estimé)
Achèvement de l'étude (Estimé)
Dates d'inscription aux études
Première soumission
Première soumission répondant aux critères de contrôle qualité
Première publication (Réel)
Mises à jour des dossiers d'étude
Dernière mise à jour publiée (Réel)
Dernière mise à jour soumise répondant aux critères de contrôle qualité
Dernière vérification
Plus d'information
Termes liés à cette étude
Autres numéros d'identification d'étude
- BON002
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