Pulzáló tVNS protokoll és megerősítés tanulás

A vizsgálat egy-vak randomizált keresztezési elrendezést követ, mindössze 1 alanyon belüli tényezővel (stimulációs feltétel, 2 szint: taVNS, ál), ami résztvevőnként 2 kísérleti üléshez vezet.

A korábbi tanulmányok főként a tónusos stimuláció adására összpontosítottak, amelyet folyamatosan alkalmaztak 30 s BE 30 s OFF stimulációs protokollal a feladat teljes időtartama alatt. Újabban olyan protokollokat fejlesztettek ki, amelyek rövid taVNS-löketeket szolgáltatnak, hogy jobban utánozzák a vagus jeleket. A fázisjelek kiváltására szolgáló optimális paraméterek (pl. stimuláció hossza, frekvencia) azonban még nincsenek meghatározva. Annak tesztelésére, hogy a paraméterek melyik kombinációja vált ki legsikeresebben fázisválaszt, a kutatók kísérleti adatgyűjtést végeztek a taVNS és az álstimuláció összehasonlításával. A fázisos jelátvitel proxyjaként a kutatók a locus coeruleus, a vagus ideg fő célpontja által közvetített pupillatágulatokat vizsgálták. Tíz résztvevőt hívtak meg 2 ülésre (taVNS, ál), amelyek során pulzáló stimulációt kaptak a következő beállításokkal: stimuláció időtartama 1, 2 vagy 3 s, stimulációs frekvencia 20, 25 vagy 30 Hz. A kísérlet eredményeként a kutatók azt találták, hogy a kísérleti résztvevők többsége (10-ből 7) a 20 Hz-es frekvenciával 1 másodpercig tartó stimuláció esetén mutatta a legerősebb taVNS-indukált választ a színlelttel szemben. Ezért a beállítások ezen kombinációja a fő vizsgálat során kerül megvalósításra. A stimulációhoz a tVNS Health - R® (tVNS Health, Erlangen, Németország), a szemkövetéshez pedig az SR Research Eyelink 1000Plus® készüléket használják.

A fő vizsgálat során a résztvevőket három kísérleti ülésre hívják meg. A kutatók jelentős interindividuális variabilitást figyeltek meg a pupilla stimulációra adott válaszában, és hasonló variabilitást korábban leírtak a taVNS által kiváltott agyi válaszok esetében. Ez a változatosság részben összefügghet a különböző anatómiai jellemzőkkel. Ezért a résztvevők először egy szemkövető munkamenetet hajtanak végre, hogy értékeljék pupilla válaszát a rövid taVNS-impulzusokra. A kutatók ezután csak a taVNS-re reagáló résztvevőket hívják meg a neuroimaging munkamenetekre, hogy teszteljék, hogy a rövid stimulációs impulzusok elvileg képesek-e fázisjeleket indukálni. Az első ülésen tájékozott hozzájárulást kell szerezni. A kiválasztott stimulációs beállításokkal (1 mp és 20 Hz, 45 próba, ~25 perc) a pupilla válaszreakcióját a taVNS és a színlelt stimuláció (két blokk, amelyeket véletlenszerű sorrendet követően 5 perces szünet választja el) összehasonlításával teszteljük annak igazolására, hogy a stimulációt váltják ki. robusztus pupillareakció. A jobb oldali cymba concha taVNS-ét az aktív taVNS-hez és a fülcimpa álstimulációját fogják használni. A két neuroimaging ülésre a kutatók olyan résztvevőket kívánnak meghívni, akik nagyobb pupillatágulást mutattak a taVNS, mint az ál-stimuláció során az első ülés során. A nyomozók az egyik munkamenetben a taVNS-t, a másikban pedig színleltet fogják beadni. A munkamenet sorrendje véletlenszerű lesz. A kalibrálás során a stimuláció intenzitása úgy lesz beállítva, hogy megfeleljen a taVNS és a hamis enyhe szúró érzésnek. Amint arról korábban beszámoltunk, az intenzitást 0,1 mA-ről 0,1 mA-es lépésekben növelik, amíg a résztvevő nem jelenti be, hogy ezt az érzést tapasztalta. A hatékony vakítás biztosítása érdekében a vizsgálók párosítják a nem nyerő jelzéseket (azoknál a blokkoknál, amelyekben a stimuláció párosul jutalmazó visszajelzéssel) vagy a helytelen ingerhez kapcsolódó cselekvéseket (a jelzés kevésbé valószínű, hogy jutalmat ad azokban a blokkokban, ahol a stimuláció párosul akció) alacsony intenzitású (0,1 mA) stimulációval. Ez egy további szabályozási feltételként szolgál a tényleges stimuláció (nagy intenzitású) hatásának összehasonlításához olyan stimulációval, amely nem aktiválja a vagus afferenseket (alacsony intenzitás). A résztvevők tájékoztatást kapnak arról, hogy minden kísérletben különböző intenzitású stimulációt kapnak, annak ellenére, hogy a stimulációt nem mindig érzékelik.

A szkennerbe lépés előtt a résztvevők egy rövid gyakorlást végeznek a hangszeres tanulási feladaton, hogy megismerkedjenek a feladat felépítésével és menetével. Ezután a résztvevők belépnek az fMRI szkennerbe. Itt a kutatók elvégzik a stimulációs intenzitás kalibrálását, valamint a feladat egy másik rövid gyakorlatát, hogy kalibrálják a feladat során használt markolóerő eszközt. A második gyakorlat után anatómiai képet készítenek, majd nyugalmi állapot mérést végeznek a funkcionális kapcsolódási elemzésekhez. A mérés során egy filmet vetítenek, amely csökkenti a mozgást és megakadályozza a résztvevő elaludását (Inscapes). A foglalkozás zárásaként a résztvevők végrehajtják a hangszeres tanulási feladatot (leírva az alábbi részben), egyidejű taVNS vagy színlelt stimulációval (~1 óra stimuláció).

Instrumentális tanulási feladat Valószínűségi tanulási feladatot használunk a pulzáló taVNS hangszeres tanulásban rejlő potenciáljának értékelésére, ahol a résztvevőknek meg kell tanulniuk, hogy konkrét jelek alapján mely cselekvések kapcsolódnak a jutalom magasabb valószínűségéhez. A résztvevők pár absztrakt ingert kapnak, és próba-hibán keresztül megtanulják, melyik jelzés ad nagyobb valószínűséggel jutalmat. Minden egyes ingerpárhoz a résztvevőket arra utasítják, hogy válasszanak ki egy ingert a fogóerő eszközének 3 egymást követő másodpercig tartó megnyomásával. Mindkét kezükben egy-egy fogási erőt tartanak, és arra utasítják őket, hogy nyomják meg a kiválasztott inger oldalának megfelelő szorítóerőt.

A különböző nehézségi szintek biztosítása érdekében a „helyes” inger nyerési valószínűsége különbözik a könnyű és a nehéz próbák között. Könnyű próbák esetén a megfelelő inger nyerési valószínűsége 0,75 lesz, ami azt jelenti, hogy a kapcsolódó akció kiválasztása az esetek 75%-ában jutalmat eredményez. A kemény próbák során a megfelelő inger nyerési valószínűsége valamivel alacsonyabb, 0,65. A másik inger (a "helytelen" inger) nyerési valószínűsége 1 mínusz a helyes inger valószínűsége.

A feladat nyolc dákópárból áll majd, négy blokkra osztva. Minden blokk két párból áll, egy magas és egy alacsony nehézségű. Két blokk alatt a résztvevőket nagy intenzitású stimulációval stimulálják, amikor jutalmat kapnak, függetlenül a választott akciótól. A másik két blokkban stimulációt adnak be, amikor a résztvevők végrehajtják a megfelelő ingerhez kapcsolódó műveletet (az a jel, amely nagyobb valószínűséggel ad jutalmat), függetlenül az eredménytől. A hamisítás mellett további kontrollfeltételként az intenzitást az alacsony intenzitású taVNS, amely nem elégséges a vagus aktiváció kiváltására (minden résztvevő között állandó), és az egyéni kalibrációval meghatározott nagy intenzitású stimuláció között változik. Minden kísérletnél a helyes választás nagy intenzitású stimulációt kap, míg a helytelen választás alacsony intenzitású stimulációval párosul.