TDCS convenzionale o ad alta definizione per migliorare l'apprendimento di sequenze motorie implicite in giovani adulti sani?

PROGETTAZIONE DI STUDIO

Gli investigatori condurranno uno studio a singolo cieco, controllato da sham, controbilanciato. Per l'aspetto specifico della sequenza di IMSL (esito primario), verrà eseguita un'ANOVA fattoriale mista a misure ripetute con "dispositivo" (2 livelli: tDCS convenzionale, HD tDCS) come fattore tra soggetti e "stimolazione" (2 livelli: anodale, sham), "blocchi" (2 livelli: blocco casuale, media dei blocchi adiacenti) e "tempo" (3 livelli: durante, post5min, post1settimana) come fattori all'interno dei soggetti. Allo stesso modo, per l'apprendimento generale (risultato secondario), verrà eseguita un'ANOVA fattoriale mista a misure ripetute con "dispositivo" (2 livelli: tDCS convenzionale, HD tDCS) come fattore tra soggetti e "stimolazione" (2 livelli: anodale, sham) , "blocchi" (7 livelli: Blocco 1-6, Blocco 8) e "tempo" (3 livelli: durante, post5min, post1settimana) come fattori all'interno dei soggetti. I partecipanti vengono assegnati in modo casuale al gruppo tDCS convenzionale o al gruppo HD tDCS mediante randomizzazione a blocchi. Tutti i partecipanti riceveranno sia tDCS anodici (reali) che fittizi (placebo) in ordine casuale. Il controbilanciamento verrà effettuato da un investigatore indipendente utilizzando Microsoft Excel®.

STRATEGIA DI ASSUNZIONE

Giovani adulti sani saranno reclutati dalla Vrije Universiteit Brussel. Non ci sono restrizioni o divieti per i soggetti.

MATERIALI

Per la tDCS convenzionale, verrà utilizzato uno stimolatore a corrente continua a bassa intensità 1x1 (Soterix Medical Inc, New York, USA) per generare e fornire tDCS attraverso una coppia di elettrodi di gomma quadrati identici (dimensioni 35 cm2), posti in rettangolari imbevuti di soluzione salina spugne. Per la stimolazione di M1, gli elettrodi saranno posizionati su C3 o C4 secondo il sistema internazionale dell'elettroencefalogramma 10-20, in corrispondenza con M1 controlaterale alla mano che esegue. L'elettrodo di riferimento sarà posizionato su F1 o F2, ipsilateralmente alla mano che esegue.

La stimolazione attuale aumenterà lentamente da 0 milliampere (mA) a 2 mA in un minuto. Per la condizione tDCS anodica, questa intensità sarà mantenuta per la durata dell'attività SRT (circa 20 minuti), che rientra ampiamente negli standard di sicurezza basati sull'evidenza per tDCS. Ciò si tradurrà in una densità di corrente di 0,057 mA/cm2. Per la condizione fittizia di tDCS - all'insaputa del soggetto - la stimolazione verrà gradualmente ridotta verso 0 mA immediatamente dopo l'aumento di un minuto. Durante l'ultimo blocco del compito SRT, questo graduale aumento e diminuzione della stimolazione corrente verrà ripetuto per ottimizzare il processo di accecamento dei partecipanti. Per controllare l'accecamento dei soggetti, dopo l'ultima sessione ai soggetti verrà chiesto se fossero consapevoli o meno della condizione di stimolazione. Gli effetti collaterali transitori saranno inventariati dallo sperimentatore durante e due settimane dopo il protocollo tDCS e possono includere una leggera sensazione di prurito sotto l'elettrodo, arrossamento della pelle sotto l'elettrodo, mal di testa, nausea, affaticamento o insonnia.

Per il tDCS ad alta definizione, verrà utilizzato un adattatore di stimolazione multicanale 4x1 (Soterix Medical Inc, New York, USA) per fornire HD tDCS su M1. Collegando il dispositivo tDCS convenzionale (descritto sopra) a questo adattatore di stimolazione multicanale, la corrente continua viene erogata lungo la configurazione tDCS HD 4x1, consentendo la neuromodulazione limitata all'area desiderata. Contrariamente agli elettrodi di spugna relativamente grandi utilizzati nei montaggi tDCS convenzionali (Figura 1A), la stimolazione tramite HD tDCS viene erogata mediante un elettrodo gel centrale e quattro elettrodi di ritorno posti in involucri di plastica incorporati in un cappuccio EEG (Figura 1B ). La messa a punto del dispositivo sarà effettuata secondo l'ampio protocollo sperimentale fornito da Villamar e colleghi (2013). Per la stimolazione della M1 sinistra, controlaterale alla mano destra che esegue, la stimolazione anodica verrà erogata tramite l'elettrodo centrale corrispondente a C3 e tenuta in posizione utilizzando il cappuccio sintetico appositamente progettato per tenere gli elettrodi HD-tDCS sulla testa. Gli elettrodi di ritorno sono posizionati a Cz, F3, T7 e P3 (sistema internazionale di elettroencefalogramma 10-20), vedere la Figura 2. Per il M1 destro, controlaterale alla mano sinistra che si esibisce, l'elettrodo centrale sarà posizionato in C4 con gli elettrodi di ritorno in Cz, F4, T8 e P4. La corrente continua stimolante (anodica) verrà aumentata per 60 secondi fino a un'intensità di 2 mA e mantenuta per la durata del compito SRT (circa 20 minuti).

L'attività Serial Reaction Time (attività SRT) verrà utilizzata per determinare l'IMSL. L'attività SRT verrà eseguita su un laptop utilizzando il software E-Prime® (Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania, USA). Ai partecipanti verrà chiesto di premere i tasti di risposta allineati orizzontalmente C, V, B, N di una tastiera azerty standard per un bersaglio più a sinistra, a sinistra, a destra, a destra, rispettivamente. Le risposte saranno date con l'indice della mano meno colpita nel caso delle persone con PD e con la mano dominante nel caso dei controlli sani. Se entrambe le mani sono ugualmente colpite nelle persone con PD, verrà utilizzata anche la mano dominante. I tasti di risposta C, V, B e N saranno gli unici tasti visibili, tutti gli altri tasti saranno coperti.

PROCEDURA

L'esperimento si svolgerà presso un laboratorio della Vrije Universiteit Brussel (VUB) o in una stanza silenziosa a casa del partecipante, sotto la supervisione del ricercatore.

A seguire una sessione di screening (T0), in cui verranno raccolte le caratteristiche demografiche di base (sesso, età, mano dominante). I partecipanti verranno assegnati al gruppo tDCS convenzionale o al gruppo HD tDCS e saranno visti quattro volte (T1-T4) nel corso di un minimo di cinque fino a un massimo di undici settimane. Tutte e quattro le sessioni inizieranno con un'attività SRT pratica di un blocco casuale di 25 prove, seguita dall'attività SRT sperimentale vera e propria di otto blocchi di 72 prove con una pausa di trenta secondi tra blocchi consecutivi. Nei blocchi da 1 a 6 e nel blocco 8, l'ordine del bersaglio (ad es. punto nero) le posizioni seguiranno una sequenza ripetuta. Questo è sconosciuto al partecipante. La logica è che i tempi di reazione diminuiranno con la ripetizione della sequenza in tutti i blocchi 1-6 e 8, denotando un effetto generale dell'allenamento (misura secondaria dell'esito). Quando la sequenza ripetuta cambia improvvisamente in una sequenza casuale nel Blocco 7, il tempo di reazione aumenterà nel Blocco 7 e diminuirà ancora una volta nel Blocco 8 regolarmente sequenziato, denotando un effetto di apprendimento specifico della sequenza (misura del risultato primario). Per controllare eventuali effetti di trascinamento, il compito SRT seguirà una sequenza diversa in ciascuna condizione di stimolazione (ad es. 132342134142 in T1-T2 e 243413241213 in T3-T4). Per assicurarsi che IMSL sia indipendente da una sequenza specifica, sei diverse sequenze strutturalmente identiche di 12 elementi saranno controbilanciate tra i partecipanti.

La prima sessione interventistica (T1) sarà pianificata almeno 1 settimana dopo la sessione di screening (T0) e consisterà in tDCS attiva (anodica) o fittizia (placebo) somministrata durante l'attività SRT. Cinque minuti dopo il tDCS, ai soggetti verrà chiesto di eseguire una breve versione a tre blocchi dell'attività SRT senza l'applicazione di tDCS per indagare sui potenziali effetti di consolidamento a breve termine: i blocchi 1 e 3 seguono la stessa sequenza regolare di prima; Blocco 2 seguendo una sequenza casuale.

La seconda sessione (T2) sarà pianificata una settimana dopo. Durante questa sessione post-tDCS di una settimana verrà eseguita la stessa versione completa dell'attività SRT di una settimana prima, questa volta senza l'applicazione di tDCS, per determinare i potenziali effetti di consolidamento a lungo termine. Dopo T2, sarà pianificato un periodo di washout di almeno tre settimane per controllare gli effetti di trascinamento tra le due condizioni di stimolazione (tDCS attiva/sham). Avrà luogo il crossover e la stessa procedura con la condizione di stimolazione opposta verrà ripetuta durante la terza (T3) sessione interventistica e la quarta (T4) sessione di follow-up. La metà dei partecipanti in ciascun gruppo avrà ricevuto tDCS attivo durante T1 e sham tDCS durante T3, mentre l'altra metà dei partecipanti avrà ricevuto queste condizioni in ordine inverso e randomizzato.

La stimolazione attuale aumenterà lentamente da 0 mA a 2 mA in un minuto. Per la condizione tDCS anodica, questa intensità verrà mantenuta per la durata del compito SRT (circa 20 minuti), Per la condizione tDCS fittizia - all'insaputa del soggetto - la stimolazione verrà gradualmente ridotta verso 0 mA immediatamente dopo il minuto rampa.

Dopo l'ultima sessione (T4) verrà compilato un questionario post-SRT per determinare se i partecipanti sono venuti a conoscenza della natura sequenziale dell'attività. Se i partecipanti indicano di ritenere che sia apparsa una sequenza specifica, dovranno riprodurre la sequenza dell'ultima sessione nel modo più corretto possibile.

ANALISI STATISTICHE

Tutte le analisi statistiche saranno effettuate utilizzando International Business Machines (IBM) Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) Statistics versione 26. Il livello di significatività sarà fissato a α = 0,05. Una tendenza verso la significatività sarà definita come 0,05 ≤ α < 0,10. Se necessario, verranno apportate le opportune correzioni per confronti multipli. Verranno riportate le dimensioni dell'effetto f di Cohen, con valori di .10, .25 e .40 che rappresentano rispettivamente dimensioni di effetto piccole, medie e grandi.

In caso di effetti nulli, gli investigatori concluderanno che non vi è alcuna prova di una differenza tra le condizioni. Tuttavia, gli investigatori calcoleranno anche i fattori di Bayes post-hoc per ciascun gruppo (tDCS convenzionale, HD tDCS) per valutare se una mancanza di differenza nell'apprendimento della sequenza tra le condizioni di stimolazione anodica e fittizia possa essere interpretata come prova dell'assenza di un effetto di tDCS sull'apprendimento della sequenza.

Verranno eseguite analisi di correlazione, corrette da Bonferroni per confronti multipli, per indagare se la quantità di IMSL correla con variabili demografiche (compresi i sottotipi clinici di PD). Se le ipotesi per il test parametrico vengono violate, verrà calcolata l'alternativa non parametrica Rho di Spearman.

I risultati delle attività SRT durante, a 5 minuti dopo e una settimana dopo la finta tDCS serviranno come misure di base da confrontare con i risultati dopo la tDCS anodica effettiva.

Le analisi delle prestazioni del compito SRT si baseranno sul tempo di reazione mediano (RT) per blocco anziché sul RT medio per ridurre al minimo i potenziali effetti anomali. Verranno escluse dalle analisi le prove pratiche, la prima risposta dopo ogni interruzione, le risposte errate e le risposte a seguito di un errore. Gli RT mediani per blocco saranno analizzati per determinare (1) un effetto di apprendimento generale (misura di esito secondario) e (2) un effetto di apprendimento specifico della sequenza (misura di esito primario).

Gli effetti generali dell'apprendimento durante e dopo una settimana post-tDCS saranno derivati ​​da un calo degli RT mediani sui sette blocchi regolarmente sequenziati (ad es. Blocchi 1-6 e Blocco 8). Questo non sarà applicabile all'attività SRT post-tDCS di 5 minuti in quanto è una versione breve con solo tre blocchi. Verrà eseguita un'ANOVA a 2x2x2x7 misure ripetute con dispositivo (tDCS convenzionale, HD tDCS) come fattore tra soggetti e stimolazione (attiva, fittizia), tempo (durante, post1settimana) e blocco (Blocchi 1-6, Blocco 8) come all'interno -soggetti fattori.

Gli effetti di apprendimento specifici della sequenza durante, 5 minuti e 1 settimana post-tDCS saranno analizzati sottraendo la media degli RT mediani dei blocchi sequenziati adiacenti (Blocchi 6 e 8 durante la stimolazione e a una settimana post-tDCS; Blocchi 1 e 3 a 5 minuti post-tDCS) dall'RT mediano del blocco casuale (Blocco 7 durante la stimolazione e a 1 settimana post-tDCS; Blocco 2 a 5 minuti post-tDCS). Verrà effettuata un'ANOVA a 2x2x2x3 misure ripetute (o Friedman e Wilcoxon Signed rank test come alternative non parametriche) con dispositivo (tDCS convenzionale, HD tDCS) come fattore tra soggetti e stimolazione (attiva, sham), sequenza (blocco casuale, media dei blocchi sequenziati adiacenti) e il tempo (durante, dopo 5 minuti, dopo 1 settimana) come fattori all'interno del soggetto.

In caso di violazione delle ipotesi di sfericità, verranno riportate le correzioni Greenhouse-Geisser o Huynh-Feldt. Saranno implementati t-test corretti da Bonferroni per analizzare ulteriormente gli effetti principali e di interazione significativi.

Le percentuali di errore nel compito SRT sono generalmente piccole e quindi, a causa di un numero limitato di osservazioni, meno sensibili a IMSL. La percentuale di reazioni errate per blocco sarà calcolata sia per le condizioni di stimolazione (anodica, sham) che per le tre misurazioni nel tempo (concorrente, post5minuti, post1settimana). Verrà eseguito il test di Shapiro-Wilk dei residui per valutare la normalità della distribuzione.

Il punteggio sequenziale, come misura dell'esito della conoscenza esplicita, sarà assunto come covariata nelle analisi. Verrà eseguito un t-test per campioni indipendenti (o test U di Mann-Whitney alternativo non parametrico) per accertare se i punteggi sequenziali (x/12) del gruppo tDCS convenzionale sono diversi dal gruppo tDCS HD.