Relazioni causa-effetto tra reti cerebrali e coordinazione bimanuale negli anziani

Verrà utilizzato un disegno all'interno del soggetto in singolo cieco, pseudo-randomizzato e controllato da sham. Lo studio si compone di tre sessioni sperimentali. In ciascuna sessione è stata applicata una delle tre condizioni di stimolazione: (1) stimolazione in fase; (2) stimolazione antifase; (3) finta stimolazione. L'ordine delle tre condizioni di stimolazione durante le sessioni sarà pseudo-casuale tra i partecipanti. All'interno di ogni sessione, la stimolazione viene applicata durante l'esecuzione di due attività: un'attività 2-back per valutare la memoria di lavoro spaziale pura (sWM) e un'attività di tracciamento bimanuale complessa (BTT) per valutare l'acquisizione di abilità bimanuali. Per ridurre al minimo l'apprendimento e gli effetti di trasferimento nel corso delle sessioni, viene utilizzato un periodo di sospensione di 6 settimane tra le sessioni e tre diverse varianti dell'attività BTT (una per ciascuna sessione). Anche l'ordine di queste varianti è stato pseudo-randomizzato tra i partecipanti.

Per valutare la sWM, i partecipanti eseguono una versione adattata del test visuo-spaziale 2-back match-to-sample utilizzato in Alekseichuk et al., 2016. I partecipanti sono seduti su una sedia, con la mano destra appoggiata su una cassetta delle risposte. Lo schermo di un computer viene posto davanti al partecipante. Sullo schermo viene disegnata una griglia blu 3x3 su sfondo nero. Ogni prova è composta da tre eventi: uno stimolo, una sonda e un periodo di risposta. Durante lo stimolo, due o tre punti bianchi appaiono da qualche parte nella griglia per 2150 ms. Dopo un intervallo di tempo di 50 ms, segue l'apparizione della sonda, costituita da un piccolo punto blu, della durata di 300 ms. Durante il periodo di risposta (durata 2000 ms), al partecipante viene richiesto di premere o non premere il pulsante di risposta, indicando se la posizione della sonda corrisponde o meno alla posizione dello stimolo nella prova precedente (ovvero, condizione 2-back ).

Ai fini della familiarizzazione, i partecipanti vengono prima istruiti su quale sia l'obiettivo dell'attività. Successivamente, hanno praticato una serie di dieci o venti prove senza stimolazione.

Per l'esperimento (cioè l'esecuzione del compito durante la stimolazione), una serie completa di prove è organizzata in cinque blocchi, costituiti da 30 prove (cioè 150 prove per serie). I cinque blocchi sono separati da pause di 1 minuto. La distribuzione delle condizioni di stimolo a 2 o 3 punti nel set di 150 prove era del 50% -50%, presentata in ordine casuale. Il 40% delle prove sono prove appaiate (es. 58 prove) e il 60% sono prove non appaiate (es. 87 processi).

Per questo studio, utilizziamo tre serie fisse di prove, ovvero una per ogni sessione. L'ordine di questi set durante le sessioni sarà pseudo-casuale tra i partecipanti.

Per valutare l'apprendimento bimanuale iniziale, utilizziamo un complesso compito di tracciamento bimanuale visuomotorio (BTT). I partecipanti sono seduti davanti allo schermo di un computer con le braccia pronate sul tavolo. Ogni dito indice è posizionato in un controller. I controller sono due quadranti girevoli con piccole scanalature per il posizionamento delle dita. Ruotando bimanualmente i due quadranti, il partecipante può spostare la posizione di un cursore rosso sul display. Le rotazioni del quadrante sinistro e destro inducevano il movimento del cursore lungo l'ordinata e l'ascissa.

L'obiettivo del BTT è quello di manipolare la posizione dei cursori per seguire un punto bersaglio in movimento su una linea retta inclinata, presentata sul display, nel modo più accurato possibile. Ogni prova BTT inizia con la comparsa della linea bersaglio. All'origine di questa linea, al centro del display, viene presentato un punto bersaglio rosso per 2 secondi (es. periodo di preparazione). Quindi, un segnale uditivo GO indica l'inizio del periodo di movimento: il punto bersaglio inizia a muoversi a velocità costante lungo la linea verso l'estremità periferica della linea, che il partecipante deve seguire ruotando simultaneamente i quadranti. La durata del movimento del punto bersaglio dal centro alla periferia (ad es. periodo di movimento) è di 5 secondi. Tra le prove, viene implementato un intervallo di tempo di 3 secondi.

Esistono quattro diverse condizioni del compito che differiscono nelle frequenze relative tra le mani (1:3 vs. 3:1) e nella direzionalità relativa dei quadranti rotanti (iso-direzionale [ISO] vs. non-iso-direzionale [NON-ISO] ). Più specificamente, nella condizione 1:3, l'indice destro deve ruotare il quadrante tre volte più velocemente della mano sinistra, mentre nella condizione 3:1, questo schema è invertito. Per la modalità ISO, entrambi gli indici devono ruotare le ghiere verso destra (ISO-R) o verso sinistra (ISO-L). Per la modalità NON-ISO, entrambi gli indici devono ruotare le ghiere verso l'interno (NON-ISO-IN) o verso l'esterno (NON-ISO-OUT).

Per familiarizzare con il compito, viene implementato un blocco di pratica di 16 prove senza stimolazione. Per l'esperimento (es. esecuzione del compito durante la stimolazione), ci sono quattro blocchi di 36 prove, in cui ogni condizione del compito viene ripetuta nove volte in ciascun blocco. Forniamo pause di 1 minuto tra i blocchi. Quindici minuti dopo la fine del quarto blocco, verrà aggiunto un blocco di ritenzione di 36 prove senza stimolazione. L'ordine delle quattro condizioni del compito all'interno di ogni blocco sarà randomizzato.

Per ridurre al minimo gli effetti dell'apprendimento durante le tre sessioni, abbiamo ruotato ogni volta il quadro di riferimento dell'orientamento della linea di 90 gradi.

La stimolazione sarà erogata da due dispositivi PLUS stimolatori a corrente continua (DC) alimentati a batteria (neuroConn e Eldith GmbH, Ilmenau, Germania). Ogni dispositivo è collegato a un montaggio ad anello in gomma centro-surround, adatto per la stimolazione focale. Ogni montaggio è costituito da un piccolo elettrodo centrale circolare (diametro di 20 mm) e da un elettrodo ad anello circostante (diametro interno di 40 mm e diametro esterno di 60 mm). Gli elettrodi centrali sono posizionati secondo il sistema 10-20 EEG: nel mezzo tra AF4 e F4, che corrisponde alla giunzione tra BA9 e BA46 (cioè corteccia prefrontale dorsolaterale destra (DLPFC)); e P4, che corrisponde alla corteccia parietale posteriore destra (PPC). L'impedenza viene mantenuta al di sotto di 10 kOhm utilizzando una pasta conduttiva (Ten20, Weaver and Company, CO, USA).

La stimolazione in fase consisterà in una stimolazione a 6 Hz sulla DLPFC destra e sulla PPC destra sincronizzata (ritardo di fase di 0 gradi tra i due siti), mentre la stimolazione antifase utilizzerà la stimolazione a 6 Hz desincronizzata (ritardo di fase di 180 gradi tra i due siti). Per garantire un ritardo di fase costante, la stimolazione verrà applicata per 1 minuto, quindi interrotta e riavviata dopo 5 secondi. La finta stimolazione farà uso di vibrazioni a 6Hz invece della corrente elettrica per imitare la sensazione fisica palpitante.