Miglioramento del trattamento delle delusioni nella schizofrenia attraverso la neuromodulazione (tACS)

Scopo:

L'obiettivo di questo studio è migliorare una forma di trattamento non farmacologico dei deliri nella schizofrenia utilizzando la neuromodulazione e confermare l'effetto utilizzando l'elettroencefalogramma (EEG) e misure comportamentali (Whitman et al., in corso di stampa; Whitman, Minz & Woodward, 2013). In particolare, la stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS) verrà utilizzata per migliorare l'esito della partecipazione al training metacognitivo (MCT) per il trattamento della psicosi.

MCT è un programma di gruppo sviluppato direttamente dai risultati delle attuali ricerche di neuropsichiatria cognitiva su schizofrenia e psicosi. MCT condivide le conoscenze acquisite nei laboratori di ricerca per aiutare le persone che soffrono di psicosi a diventare più consapevoli dei modelli di pensiero coinvolti nella loro malattia. Lo scopo principale della formazione metacognitiva è aiutare le persone a cambiare i modelli di pensiero che causano i deliri, evitando così la ricaduta nella malattia o riducendo l'impatto dei deliri (Moritz et al., 2014).

tACS è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva in cui una debole corrente elettrica viene applicata alla testa per modificare la probabilità di attivazione neurale in una regione della corteccia sotto gli elettrodi di stimolazione (Antal & Paulus, 2013).

Ipotesi:

La neuromodulazione migliorerà il beneficio del programma di trattamento non farmacologico, MCT, nella riduzione della gravità dei deliri nella schizofrenia.

Giustificazione:

È ormai chiaro che aiutare le persone affette da schizofrenia a prendere coscienza dei modelli di pensiero che sono alla base delle delusioni fornisce strumenti efficaci per contrastare questi modelli di pensiero (Moritz et al., 2013; Mortiz et al., 2014). Il programma MCT per il trattamento dei deliri prevede l'esperienza di situazioni in cui le interpretazioni quotidiane della realtà devono essere messe in discussione. Studi empirici e meta-analisi indicano che l'MCT è efficace, anche fino a tre anni dopo il completamento del trattamento (rispetto alle condizioni di controllo attivo e trattamento come al solito (TAU)).

Nonostante questi successi, nessun trattamento della schizofrenia può essere considerato altamente efficace e c'è sempre spazio per miglioramenti nella dimensione dell'effetto. La neuromodulazione può fornire questo miglioramento orientando il funzionamento cerebrale patologico verso uno stato sano prima dell'MCT, aumentando l'apertura a mettere in discussione le interpretazioni quotidiane della realtà e migliorando l'effetto del trattamento MCT delle delusioni. tACS è quasi interamente non invasivo e puramente modulatorio, modificando la probabilità di attivazione neurale in una regione della corteccia sotto gli elettrodi di stimolazione. Ora è possibile modulare a diverse frequenze di oscillazione, in accordo con come funziona il cervello sano quando interpreta la realtà.

La ricerca proposta prevede l'applicazione di protocolli di neuromodulazione mirati all'oscillazione per indirizzare il funzionamento del cervello verso uno stato che promuova la messa in discussione delle interpretazioni quotidiane della realtà, riducendo così la gravità dei deliri e migliorando la risposta a un programma di formazione per il trattamento dei deliri nella schizofrenia, aumentando la comprensione del modelli di pensiero che portano al pensiero delirante. I ricercatori hanno in programma di documentare i cambiamenti cerebrali indotti dalla neuromodulazione utilizzando le misure delle prestazioni e dell'EEG prese su un compito decisionale che implica l'interpretazione della realtà e per il quale le prestazioni sono correlate alla gravità delle delusioni. Questo compito implica giudicare la probabilità che le prove corrispondano a un'ipotesi, ed è stato dimostrato che questa probabilità giudicata aumenta quando i pazienti sono fortemente deliranti. Gli investigatori hanno dimostrato che questo stato del compito (ovvero, corrispondenza evidenza-ipotesi) provoca un aumento della potenza alfa nella rete positiva del compito e una diminuzione della potenza beta nella rete in modalità predefinita (Whitman et al., in corso di stampa). Ciò suggerisce che massimizzare la potenza della banda alfa nella rete del compito positivo dovrebbe indirizzare il cervello verso uno stato più sano per soppesare le prove per testare le ipotesi sulla realtà, e questo può essere confermato con l'EEG e le misure comportamentali prese sul suddetto compito decisionale , una maggiore risposta al MCT e una corrispondente diminuzione della gravità dei deliri.

Progetto di ricerca:

La neuromodulazione che coinvolge tACS avrà come obiettivo l'aumento della potenza della banda alfa nelle regioni prefrontali dorsomediali e si prevede che ciò riduca anche la potenza della banda beta nelle regioni ventro-mediali. Ciò sarà confermato dalle registrazioni EEG e dalla stima della fonte (Whitman et al., in stampa; Whitman, Minz & Woodward, 2013). MCT è un programma di quattro settimane con otto sessioni di un'ora. TAU è un gruppo di controllo in lista d'attesa di quattro settimane. La finta neuromodulazione comporterà l'applicazione di modelli casuali di correnti di basso grado alla stessa regione del cervello delle condizioni di neuromodulazione (Antal & Paulus, 2013). La gravità dei deliri sarà misurata mediante le Psychotic Symptom Rating Scales in psychosis (PSYRATS) (Haddock et al., 1999). La misura comportamentale di interesse è la valutazione della corrispondenza tra l'evidenza e l'ipotesi, che dovrebbe diminuire al diminuire dei deliri.

Analisi statistica:

Verranno condotte analisi della varianza tra gruppi (neuromodulazione/MCT vs. sham/MCT vs neuromodulazione/TAU) sui punteggi di variazione calcolati sulle misure comportamentali e sulla gravità dei deliri, pre e post MCT o TAU, sotto l'ipotesi che la diminuzione della gravità del delirio sarà maggiore nella condizione di neuromodulazione/MCT rispetto alle condizioni sham/MCT e neuromodulazione/TAU.

Studi in fase di controllo: studio DREAM, studio del cervello dell'udito e studio dell'effetto della neuromodulazione sullo studio delle saccadi. Ciascuno descritto di seguito.

Scopo degli studi della fase di controllo:

L'obiettivo di questi studi è stabilire l'efficacia del sistema EGI GTEN nella modulazione delle oscillazioni cerebrali nella corteccia di partecipanti sani mediante stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS). In questa fase di controllo/pilota del nostro studio, miriamo a stabilire che possiamo indurre cambiamenti nella potenza di una specifica banda di frequenza in regioni corticali mirate con neuromodulazione utilizzando il sistema GTEN, e valuteremo se così facendo altera temporaneamente le prestazioni su semplice processi cognitivi e percettivi nei controlli sani. Questo sarà il primo passo verso la traduzione del nostro protocollo di stimolazione alla popolazione di pazienti per il nostro studio primario di interesse (tACS in aggiunta alla formazione metacognitiva per i deliri nella psicosi).

Giustificazione per gli studi della fase di controllo:

La stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS) è un metodo non invasivo utilizzato per influenzare le oscillazioni cerebrali in corso negli esseri umani applicando correnti sinusoidali al cuoio capelluto (Antal & Paulus, 2013; Vosskuhl, Strüber e Herrmann, 2018). Le oscillazioni del cervello umano, misurate con l'elettroencefalografia (EEG), vanno da 1 a 100 Hz e sono indicate come delta (1-3 Hz), theta (4-8 Hz), alfa (8-12 Hz), beta-1 (13-30 Hz) e oscillazioni gamma (30-40 Hz). Le oscillazioni, generate spontaneamente o in risposta a stimoli esterni, sono il risultato dell'attività elettrica ritmica o ripetitiva delle cellule e sono note per essere coinvolte nella comunicazione delle regioni cerebrali (Vosskuhl et al., 2018). La sincronizzazione dell'attività elettrica ritmica porta ad un aumento della potenza nella banda di frequenza dell'attività ritmica. Ad esempio, la presentazione di uno stimolo uditivo ("trascinamento uditivo") a una frequenza di 40 Hz aumenta la potenza delle oscillazioni cerebrali a 40 Hz nella corteccia uditiva; questo fenomeno è noto come Auditory Steady-State Response (ASSR; Galambos, Makeig, & Talmachoff, 1981; O'Donnell et al., 2013).

Studi precedenti si sono basati principalmente su sistemi che utilizzano due grandi elettrodi sul cuoio capelluto per modulare l'attività cerebrale sottostante nell'intervallo di frequenza di oscillazione di interesse. Il GTEN dispone di 256 potenziali siti di stimolazione, oltre a tecniche avanzate di localizzazione della sorgente, che consentono una pianificazione e un'applicazione precisa della corrente tramite combinazioni su misura di elettrodi secondo il "principio di reciprocità" (Dmochowski, Koessler, Norcia, Bikson e Parra, 2017; Fernandez-Corazza, Turovets, Luu, Anderson e Tucker, 2016). Il "principio di reciprocità" è un processo che consente un targeting/stimolazione ottimale delle fonti cerebrali del segnale EEG registrato. Il sistema GTEN ha un software integrato proprio per questo scopo, che consente ai ricercatori di programmare elettrodi con la potenza dominante delle frequenze di oscillazione, utilizzando un piccolo sottoinsieme di elettrodi (4-7) per indirizzare in modo ottimale le regioni cerebrali di interesse. Questo principio di reciprocità è rivoluzionario nella sua capacità di dimostrare relazioni causali tra cervello e comportamento: prendendo di mira le stesse fonti cerebrali che producono l'attività cerebrale di interesse e applicando tACS mentre si osservano gli effetti comportamentali sulle prestazioni (ad esempio, tempo di reazione, accuratezza), si possono collegare sperimentalmente i processi cognitivi a modelli specifici di oscillazioni cerebrali. Stabilire che siamo in grado di utilizzare questi metodi in questo modo sarà un importante precursore del nostro studio della tACS in aggiunta alla formazione metacognitiva per i deliri. Il nostro lavoro utilizzando tACS per influenzare l'attività di rete in corso nel cervello si basa sulla capacità di indirizzare con precisione quelle reti che producono l'attività di interesse e documentare se così facendo cambia temporaneamente le prestazioni su semplici compiti cognitivi.

La nostra fase "pilota/controllo" con controlli sani ci familiarizzerà con il sistema GTEN e ci consentirà di ottimizzare i parametri in base ai quali GTEN tACS produce cambiamenti a breve termine nell'eccitabilità corticale e nei processi cognitivi. Queste intuizioni informeranno il nostro studio più ampio incentrato sul miglioramento del trattamento metacognitivo dei deliri nella schizofrenia utilizzando la neuromodulazione. Hearing Brain") indagherà il grado in cui GTEN tACS applicato alla corteccia uditiva imita e/o influenza l'ASSR che si verifica endogenamente durante la percezione di un tono uditivo.

Per capire se GTEN tACS altera temporaneamente le prestazioni sui processi cognitivi influenzando i modelli dominanti di oscillazioni, verrà eseguita una seconda serie di studi iniziali su controlli sani chiamata "Dynamic Reciprocal Electroencephalography and Modulation (DREAM") studio. Lo studio DREAM applicherà il principio di reciprocità mentre i partecipanti si sottopongono a semplici compiti cognitivi e percettivi. Questa raccolta di dati in controlli sani includerà i metodi che abbiamo già ricevuto il permesso etico di utilizzare con popolazioni cliniche (ad esempio, vedere "Miglioramento del trattamento delle delusioni nella schizofrenia attraverso il protocollo di neuromodulazione"). Il pilotaggio di questi metodi servirà come verifica che tACS può alterare l'eccitabilità corticale nelle regioni corticali che sono implicate nel pensiero delirante, che ci è già stato concesso il permesso di neuromodulare nel nostro studio primario su pazienti con schizofrenia. Lo studio pilota servirà anche come indagine preliminare per stabilire se tACS abbia influenze rilevabili sui compiti cognitivi correlati alla psicopatologia (ad esempio, delusioni). Un compito consiste nel giudicare la probabilità che le prove corrispondano a un'ipotesi, ed è stato dimostrato che questa probabilità giudicata aumenta quando i pazienti sono fortemente deliranti.

Miriamo anche a studiare gli effetti comportamentali di tACS nel "The Effect of Neuromodulation on Saccades Study". Invece di utilizzare compiti comportamentali complessi, miriamo a utilizzare una risposta comportamentale più semplice e meglio compresa: la risposta oculomotoria. In questo studio, miriamo a utilizzare tACS per stimolare le aree coinvolte nel controllo oculomotorio per influenzare i movimenti oculari. Lo sguardo dei partecipanti verrà tracciato binocularmente utilizzando il sistema Eyelink 1.000 (SR Research, Kanata, ON). La risposta oculomotoria è una risposta comportamentale ben compresa che non è di natura complessa e ci permetterebbe di studiare gli effetti della tACS sul comportamento, questo amplierebbe le nostre conoscenze sugli effetti comportamentali della tACS. La logica alla base dell'utilizzo di tACS è che possiamo mirare a una specifica oscillazione cerebrale in corso. In questo studio proof-of-concept, intendiamo utilizzare tACS per stimolare i campi oculari frontali (FEF), che prevediamo interrompano il naturale equilibrio della rete e le saccadi lente. Pertanto, gli obiettivi generali di questo studio sono (1) identificare le oscillazioni cerebrali nella FEF alla base della preparazione e dell'esecuzione della saccade e (2) modificare l'attività in queste reti attraverso la neuromodulazione.

Ipotesi:

Nello studio pilota di prova del concetto "Hearing Brain", ipotizziamo che il trascinamento uditivo a 40 Hz e la stimolazione GTEN a 40 Hz, ma non la stimolazione fittizia, aumenteranno la potenza della banda gamma nella corteccia uditiva. Inoltre, ipotizziamo una potenza della banda gamma più forte dopo la stimolazione GTEN rispetto al trascinamento uditivo.

Per quanto riguarda gli "studi DREAM", prevediamo che il GTEN applicato sulla base del principio di reciprocità altererà l'accuratezza e il tempo di reazione dei partecipanti mentre si sottopongono a semplici compiti cognitivi e percettivi. In particolare, per quanto riguarda il pilota dei metodi dello studio primario (Enhanced of Treatment of Delusions in Schizophrenia through Neuromodulation), ipotizziamo che la neuromodulazione che coinvolge tACS mirerà ad aumentare la potenza della banda alfa nelle regioni prefrontali dorsomediali e distorcerà la nostra misura comportamentale di interesse (la valutazione della corrispondenza tra l'evidenza e l'ipotesi (vedere la Figura 1 in "Miglioramento del trattamento delle delusioni nella schizofrenia attraverso il protocollo di neuromodulazione").

Per quanto riguarda lo studio "L'effetto della neuromodulazione sullo studio delle saccadi", prevediamo quanto segue: 1. L'aumento della potenza dell'oscillazione alfa nella FEF verrà rilevato da hdEEG quando le saccadi vengono eseguite 2. Le oscillazioni alfa indotte da GTEN nella FEF aumenteranno la latenza della saccade .

Progetto di ricerca:

Disegno sperimentale: prova del concetto di studio "The Hearing Brain"

Useremo un disegno tra soggetti per studiare l'influenza del trascinamento uditivo, della neuromodulazione, della stimolazione fittizia (condizione di controllo) e della stimolazione della frequenza di controllo (condizione di controllo attivo) sulla potenza della banda gamma (30-40Hz) nella corteccia uditiva . Tutti i partecipanti verranno assegnati alla condizione di neuromodulazione, sham o controllo attivo (frequenza di controllo), con o senza subire anche la condizione di trascinamento uditivo.

Neuromodulazione: per ogni partecipante, stabiliremo una soglia alla quale il partecipante rileva per la prima volta le stimolazioni (ad esempio, a causa di fosfeni o sensazioni cutanee). In linea con altri protocolli di soglia, inizieremo con la stimolazione tACS a 40 Hz e 1000 µA per 1 secondo e aumenteremo gradualmente l'ampiezza della stimolazione di 250 µA fino a un massimo di 3000 µA (Zaehle et al., 2010). Ai partecipanti verrà chiesto di indicare la presenza di eventuali sensazioni che provano. L'intensità massima di stimolazione di ciascun partecipante sarà mantenuta a 250 µA al di sotto della soglia per sperimentare fosfeni o sensazioni cutanee (qualunque sia la soglia inferiore).

Durante la stimolazione, la tACS verrà applicata sulla corteccia uditiva con una frequenza di 40 Hz. Per ogni stimolazione, la corrente verrà lentamente aumentata fino all'intensità su misura del partecipante e ridotta alla fine del segmento. Gli elettrodi di stimolazione nell'attuale studio proof-of-concept saranno quelli identificati come quelli che mostrano il maggiore aumento della potenza gamma in uno studio pilota sul trascinamento uditivo.

Trascinamento uditivo: i partecipanti ascolteranno una sequenza di toni presentati a 40Hz.

Sham: questa condizione viene utilizzata per controllare gli effetti delle aspettative. Analogamente alla condizione di neuromodulazione, la corrente verrà aumentata e ridotta; tuttavia non ci saranno stimoli intermedi.

Frequenza di controllo: le persone in questo gruppo di controllo attivo verrebbero modulate sugli stessi elettrodi e con la stessa intensità di corrente, ma su una banda di frequenza diversa. È necessario un gruppo di controllo attivo per assicurarsi che gli effetti siano dovuti alla frequenza di interesse applicata e non solo alla corrente stessa.

Riposo: dopo ogni neuromodulazione, trascinamento e prova fittizia ci sarà un periodo di riposo di 50 secondi per misurare l'EEG in stato di riposo.

Ogni condizione (modulazione, sham, trascinamento uditivo) sarà lunga 50 secondi e presentata 7 volte in blocchi. Tra le condizioni ci sarà una misurazione dello stato di riposo di 50 secondi per valutare la durata degli interventi sull'attività cerebrale.

Disegno sperimentale: studio proof of concept "Dynamic Reciprocal Electroencephalography and Modulation" (DREAM)

Useremo un disegno tra soggetti per indagare l'influenza della neuromodulazione basata sul principio di reciprocità rispetto alla stimolazione fittizia (condizione di controllo) rispetto alla stimolazione con frequenza di controllo (condizione di controllo attivo) sul tempo di reazione e sull'accuratezza in semplici compiti cognitivi e percettivi. Questi compiti includono il compito di interferenza Stroop, l'ascolto/lettura di parole non offensive e non emotive e il ricordo di parole o matrici visive.

Abbiamo anche in programma di pilotare tACS nel compito di integrazione delle prove che ha dimostrato di essere correlato alla gravità delirante nella psicosi. Per illustrare il metodo del principio di reciprocità per questo compito, i partecipanti saranno assegnati a ricevere tACS o neuromodulazione fittizia. La neuromodulazione che coinvolge tACS prenderà di mira il modello dominante delle oscillazioni cerebrali, che prevediamo essere la banda alfa nelle regioni prefrontali dorsomediali, e così facendo si prevede che diminuisca anche la potenza della banda beta nelle regioni ventro-mediali (Antal & Paulus, 2013 ). Ciò sarà confermato dalle registrazioni EEG e dalla stima della fonte (Whitman et al., in corso di stampa; Whitman, Ward e Woodward, 2013) durante il compito utilizzato per produrre la Figura 1. La finta neuromodulazione comporterà l'applicazione di schemi casuali o correnti di basso grado molto brevi alla stessa regione del cervello della condizione di neuromodulazione (Antal & Paulus, 2013). La misura comportamentale di interesse in questo compito è la valutazione della corrispondenza tra l'evidenza e l'ipotesi (vedi Figura 1), che ha dimostrato di essere correlata alla gravità delirante nella psicosi.

Disegno sperimentale: studio di prova del concetto "The Effect of Neuromodulation on Saccades"

Gli esperimenti proposti sono esperimenti saccadici standard, simili a quelli condotti da Chen Zhang et al. Nel compito di prosaccade, ogni prova inizia con un punto di fissazione al centro dello schermo che dura per 800-1200 ms scelto a caso da una distribuzione esponenziale. I partecipanti saranno istruiti a fissarsi sul punto di fissazione. Il punto di fissazione scompare e, dopo un intervallo di tempo di 200 ms, un target periferico appare casualmente a 10° a sinistra oa destra del punto di fissazione centrale. I partecipanti saranno istruiti a fare una rapida saccade in direzione del bersaglio. Hanno 1.000 ms per completare la saccade nella posizione corretta. Nel compito anti-saccade, la procedura rimane la stessa, ma i partecipanti sono istruiti a fare una saccade nella direzione opposta al bersaglio. Nell'attività saccade guidata dalla memoria, i partecipanti verranno istruiti a mantenere la fissazione, dopodiché due bersagli appariranno in sequenza per 100 ms ciascuno in uno dei quattro quadranti attorno alla periferia dello schermo. I partecipanti dovranno mantenere la fissazione per un tempo aggiuntivo e attendere il segnale di via (scomparsa del punto di fissazione). Quindi ai partecipanti viene richiesto di eseguire due saccadi nel modo più accurato possibile nelle posizioni ricordate dei bersagli nella stessa sequenza in cui si sono verificate. Le prove prosaccadiche, antisaccadiche e saccadiche guidate dalla memoria saranno intercalate in un blocco. I diversi tipi di compiti saranno differenziati dai diversi colori della croce di fissazione.

Protocollo tACS: Tutti i partecipanti eseguiranno tre blocchi dell'esperimento di cui sopra: blocco pre-stimolazione (pre), blocco stimolazione (stim/sham), blocco post-stimolazione (post). Nel blocco di pre-stimolazione, i partecipanti eseguiranno tutte le attività di cui sopra, contemporaneamente i loro dati EEG vengono registrati e i loro movimenti oculari vengono monitorati. Sulla base dei dati EEG, verrà stimato il montaggio esatto per la stimolazione dei campi oculari frontali (FEF) per ciascun partecipante. Inoltre, verrà stimata l'esatta frequenza alfa per la stimolazione. Sulla base di questi parametri, la metà dei partecipanti verrà stimolata nel blocco di stimolazione. L'altra metà dei partecipanti fungerà da controlli subirà un blocco fittizio. In entrambi i casi, i partecipanti eseguono anche i compiti saccadici. Il blocco post è simile al blocco pre-stimolazione.

Analisi dei dati:

Proof of concept study "The Hearing Brain":

La densità dello spettro di potenza (PSD) per l'intervallo da 1 a 50 Hz sarà calcolata per ciascuna delle misurazioni dello stato di riposo e sarà calcolata la media per ciascuna delle condizioni. Verranno effettuate analisi della varianza (ANOVA) per misure ripetute (trascinamento vs. neuromodulazione vs. sham vs. frequenza di controllo) per i valori PSD della banda gamma e delle bande di frequenza di controllo (alfa, beta), nell'ipotesi che la neuromodulazione e il trascinamento ma non la finzione porterà a un aumento della potenza della banda gamma ma non a differenze nelle frequenze di controllo.

Studio di prova "DREAM":

Verranno condotte analisi della varianza (ANOVA) tra i gruppi (neuromodulazione vs. sham vs. stimolazione della frequenza di controllo) sui punteggi di cambiamento calcolati su misure comportamentali (accuratezza, tempo di reazione) al fine di valutare se tACS applicato utilizzando il principio di reciprocità al bias le continue oscillazioni cerebrali alterano le prestazioni cognitive.

Proof of concept study "The Effect of Neuromodulation on Saccades":

Preelaborazione EEG: i dati hdEEG registrati utilizzando il sistema GTEN verranno analizzati utilizzando MATLAB 2019b utilizzando script interni. EEGLAB 13.6.5b (Delorme & Makeig, 2004) sono state utilizzate funzioni per generare le trame topografiche. L'analisi spettrale sarà eseguita utilizzando il toolbox Chronux 2.12 (Bokil et al., 2010). I dati EEG saranno preelaborati utilizzando una correzione statistica degli artefatti negli studi Dense-array (SCADS) (Junghöfer et al., 2000), che rimuove gli artefatti EEG sulla base di parametri statistici. In primo luogo, i dati verranno filtrati utilizzando un filtro passa-banda FIR con frequenze di stop band a 2Hz e 55Hz. Il filtro sarà progettato utilizzando il toolbox di elaborazione del segnale basato su MATLAB. Quindi i dati EEG verranno sottoposti a epoche per contenere l'intero processo. Quindi, gli elettrodi contaminati da artefatti saranno respinti dall'algoritmo SCADS. I parametri utilizzati per la reiezione dell'elettrodo sono: ampiezza massima, gradiente massimo e deviazione standard dell'ampiezza del segnale in ciascuna epoca e ciascun elettrodo. Inoltre, i dati EEG verranno ricondotti al segnale medio.

Stima del montaggio mediante EEG: l'esatto montaggio dell'elettrodo e la frequenza di stimolazione da utilizzare nel blocco di stimolazione saranno stimati in base ai dati EEG raccolti nel blocco di pre-stimolazione. I dati EEG sono pre-elaborati ed epochizzati rispetto all'inizio della saccade. I dati EEG da -1000 ms a 500 ms dall'inizio della saccade vengono utilizzati per generare le epoche. L'origine dell'attività preparatoria prima della saccade è stimata utilizzando l'Analisi Constrained Principal Component (CPCA) (Takane & Hunter, 2001). CPCA genera un componente per la preparazione della saccade. I carichi degli elettrodi per il componente saranno utilizzati come montaggio per la stimolazione tACS. Inoltre, la frequenza la cui fase codifica la latenza saccade (per maggiori dettagli fare riferimento ai metodi in Drewes & VanRullen, 2011) sarà utilizzata come frequenza di stimolazione.

Analisi dei dati di tracciamento oculare: tutte le analisi dei dati saranno eseguite su MATLAB 2019b. I dati di tracciamento oculare verranno analizzati utilizzando script interni. I dati di tracciamento oculare vengono analizzati in diversi tipi di epoche. I dati mancanti corrispondenti ai battiti di ciglia verranno rifiutati dall'analisi. Inoltre, le prove in cui il partecipante non mantiene la fissazione saranno respinte. La velocità dello sguardo viene utilizzata per discriminare le saccadi dalle fissazioni. Quindi i dati di ciascuna prova vengono analizzati per verificare se il partecipante ha eseguito la saccade corretta. Ad esempio, se in una prova anti-saccade il partecipante esegue la saccade lontano dal bersaglio, allora la prova viene assegnata come corretta; in caso contrario, viene assegnato come prova errata. Quindi, per tutte le prove, verranno estratte le metriche comportamentali come l'accuratezza della saccade, la latenza, la velocità, l'ampiezza e le traiettorie. L'effetto online della stimolazione (Stim - Pre) e l'effetto a lungo termine della stimolazione (Post - Pre) vengono controllati per ciascuna metrica comportamentale e ciascuna delle attività saccadiche. Per testare le ipotesi, verrà effettuata l'analisi della varianza (ANOVA) sulle misure dipendenti - latenza saccadica, accuratezza, velocità, ampiezza, ecc., con Sham/Stimolazione come variabile tra soggetti.

Impatto clinico:

Questi studi preliminari saranno condotti su controlli sani per stabilire che possiamo indurre cambiamenti nella potenza di una specifica banda di frequenza con neuromodulazione utilizzando il sistema GTEN. Inoltre, miriamo a stabilire che siamo in grado di rilevare cambiamenti a breve termine nel segnale EEG in seguito a tACS e alterare i processi cognitivi che sono rilevanti per l'esperienza della malattia psichiatrica. Condurre questa ricerca pilota sarà essenziale per tradurre il nostro protocollo di stimolazione alla popolazione di pazienti.