tDCS della corteccia motoria primaria per migliorare l'apprendimento della sequenza motoria implicita nella malattia di Parkinson

PROGETTAZIONE DI STUDIO

Gli investigatori condurranno uno studio controbilanciato in singolo cieco, controllato da sham per studiare gli effetti di M1 tDCS su IMSL. Poiché gli effetti legati all'età possono servire come spiegazione per i risultati contrastanti nei giovani adulti sani e nelle persone con PD, i ricercatori includeranno un gruppo di controllo sano, abbinato all'età del gruppo PD. Per l'aspetto sequenza-specifico dell'IMSL (esito primario), verrà effettuata un'ANOVA fattoriale mista a misure ripetute con "gruppo" (2 livelli: PD, sano) 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. Analogamente, per l'apprendimento generale (risultato secondario), verrà effettuata un'ANOVA fattoriale mista a misure ripetute con "gruppo" (2 livelli: PD, sano) come fattore tra soggetti e "stimolazione" (2 livelli: anodale, sham), "blocchi" (7 livelli: blocchi 1-6, blocco 8) e "tempo" (3 livelli: durante, post5min, post1settimana) come fattori all'interno dei soggetti. 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®. Punteggi basali sui questionari Scales for Outcomes in Parkinson's disease COGnition (SCOPA-COG), Montreal Cognitive Assessment (MoCA) e Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS), nonché sottotipi clinici (sottotipo acinetico-rigido, sottotipo tremore) e sequenza i punteggi di consapevolezza saranno presi come covariate.

STRATEGIA DI ASSUNZIONE

Le persone con PD saranno reclutate tramite le seguenti istanze e centri: Flemish Parkinson Liga (VPL); neurologi dell'Ospedale Universitario di Bruxelles (UZ Brussel), dei Collegi Universitari Leuven-Limburg (UCLL) e del centro di riabilitazione RevArte (Anversa); fisioterapisti privati ​​specializzati in riabilitazione neurologica. I partecipanti sani della stessa età saranno reclutati tramite i candidati PD (partner dei pazienti), diverse case di cura residenziali a Bruxelles e dintorni e pubblicando volantini digitali sui social media.

Non ci sono restrizioni o divieti per i soggetti. I partecipanti continueranno a prendere i loro farmaci durante il periodo di prova ed eseguiranno la procedura sperimentale durante la fase ON del loro farmaco. Questo al fine di massimizzare la fattibilità per eseguire il compito e per motivi di uniformità con studi precedenti che esaminano gli effetti tDCS nel PD.

MATERIALI

Uno stimolatore a corrente continua a bassa intensità 1x1 (Soterix Medical Inc, New York, USA) verrà utilizzato per generare e fornire tDCS attraverso una coppia di elettrodi di gomma quadrati identici (dimensioni 35 cm2), posti in spugne rettangolari imbevute di soluzione salina. 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, omolaterale 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, inclusa una leggera sensazione di prurito sotto l'elettrodo, arrossamento della pelle sotto l'elettrodo, mal di testa, nausea, affaticamento o insonnia.

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), nell'ambiente domestico dei partecipanti o in un vicino centro comunitario di loro scelta, sotto la supervisione del ricercatore. La possibilità di condurre l'esperimento al di fuori del nostro laboratorio presso il VUB è data poiché gli spostamenti non sono sempre evidenti per questi partecipanti.

La procedura sperimentale sarà preceduta da un colloquio personale per raccogliere le caratteristiche cliniche e demografiche generali. Verrà inoltre eseguito un compito SRT casuale ridotto di 3 blocchi x 25 per valutare se i partecipanti hanno una funzione motoria sufficiente per completare gli esperimenti. Dopo il colloquio verrà effettuata una valutazione neuropsicologica attraverso tre questionari:

• Il Montreal Cognitive Assessment (MoCA) sarà utilizzato per valutare la funzione cognitiva in 8 domini (funzioni esecutive, abilità visuospaziali, attenzione, concentrazione, linguaggio, memoria a breve termine e orientamento).
• La Scales for Outcomes in Parkinson's disease, COGnition part (SCOPA-COG) è uno strumento breve, affidabile e valido per la valutazione della funzione cognitiva nel morbo di Parkinson. Consiste di 10 item, suddivisi in quattro domini: memoria (4 item), funzione esecutiva (3 item), attenzione (2 item) e funzione visuospaziale (1 item). Punteggio 0-43, con punteggi più bassi che indicano un deterioramento cognitivo più grave.
• La Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS) è una scala a due dimensioni sviluppata per identificare la depressione e l'ansia. Si compone di 14 item, divisi in due sottoscale di 7 item. Ogni item è valutato su una scala a 4 punti che va da 0 (assenza) a 3 (presenza estrema).

Inoltre, la funzione motoria dei partecipanti sarà valutata mediante:

• La Unified Parkinson's Disease Rating Scale, parte III (UPDRS-III), una delle scale di valutazione clinica più utilizzate per la malattia di Parkinson, che si compone di 4 parti. Per il presente studio verrà utilizzata solo la parte III, che valuta la funzione motoria mediante 14 item.

Dopo la sessione di screening (T0), tutti i partecipanti idonei 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 (T1, T2, T3, T4) inizieranno con un blocco di pratica del compito SRT costituito da 72 prove casuali, seguito dall'effettivo compito SRT sperimentale di otto blocchi di 72 prove. I blocchi saranno separati da una pausa di trenta secondi. 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 dell'esito secondario IMSL). Quando la sequenza 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 IMSL). 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.

Ogni sessione, l'attività SRT verrà avviata entro 90 minuti dall'assunzione del farmaco ("fase ON del farmaco"). Questo al fine di massimizzare la fattibilità per eseguire il compito e per motivi di uniformità con studi precedenti che esaminano gli effetti tDCS nel PD. 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. Questo punteggio sequenziale (x/12, basato sul maggior numero di elementi di sequenza che possono riprodurre nell'ordine corretto) servirà come misura del risultato per la conoscenza esplicita delle sequenze ripetute.

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. Le correzioni di Bonferroni per i confronti multipli saranno apportate quando necessario. 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 (PD, controlli sani) per valutare se una mancanza di differenza nell'apprendimento della sequenza tra le condizioni di stimolazione anodica e fittizia potrebbe essere interpretata come prova dell'assenza di un effetto di tDCS sull'apprendimento della sequenza.

Per il gruppo PD, i pazienti saranno classificati come sottotipo acinetico-rigido o sottotipo tremore in base ai punteggi parziali UPDRS-III nello stato di farmaco "Off". Questo sottotipo clinico delle persone con PD sarà preso come covariata, per valutare se questa caratteristica influenza l'IMSL o il suo trattamento tramite tDCS. Un metodo simile a quello utilizzato da Xu et al. (2018) [70]. In primo luogo, il "punteggio del tremore" (somma degli item UPDRS 20 e 21 diviso per 7) e il "punteggio del non tremore" (somma degli item UPDRS 18, 19, 22, 27, 28, 29, 30 e 31 diviso per 12) essere calcolato per paziente. Se il punteggio del tremore è almeno il doppio del punteggio del non tremore, i pazienti sono classificati come sottotipo di tremore; se il punteggio di non tremore è almeno il doppio del punteggio di tremore, i pazienti sono classificati come sottotipo acinetico-rigido.

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

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 di apprendimento generale durante e una settimana dopo la 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 di 2x2x2x7 misure ripetute con il gruppo (PD, controlli sani) come fattore tra soggetti e stimolazione (attivo, sham), tempo (durante, dopo 1 settimana) e blocco (Blocchi 1-6, Blocco 8) come entro- fattori soggetti.

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 1 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). Un'ANOVA a 2x2x2x3 misure ripetute (o Friedman e Wilcoxon Signed rank test come alternative non parametriche) sarà effettuata con gruppo (PD, controlli sani) come fattore tra soggetti e stimolazione (attiva, sham), sequenza (blocco casuale, media di 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 PD sono diversi dal gruppo di controllo sano.