Protocollo tVNS pulsato e apprendimento per rinforzo

Lo studio segue un disegno crossover randomizzato in singolo cieco con solo 1 fattore all'interno del soggetto (condizione di stimolazione, 2 livelli: taVNS, sham) che porta a 2 sessioni sperimentali per partecipante.

Studi precedenti si concentravano principalmente sulla somministrazione di stimolazione tonica, applicata continuamente con un protocollo di stimolazione 30s ON 30s OFF per l'intera durata dell'attività. Più recentemente, sono stati sviluppati protocolli che forniscono brevi burst taVNS per imitare più da vicino i segnali vagali. Tuttavia, i parametri ottimali (ad esempio, durata della stimolazione, frequenza) per suscitare segnali fasici non sono ancora determinati. Per testare quale combinazione di parametri suscita con maggiore successo risposte fasiche, i ricercatori hanno condotto una raccolta di dati pilota con una serie di parametri confrontando la stimolazione taVNS e quella fittizia. Come indicatore della segnalazione fasica, i ricercatori hanno studiato le dilatazioni delle pupille mediate dal locus coeruleus, un bersaglio principale del nervo vago. Dieci partecipanti sono stati invitati per 2 sessioni (taVNS, sham) durante le quali hanno ricevuto stimolazione pulsata con le seguenti impostazioni: durata della stimolazione di 1, 2 o 3 secondi, frequenza di stimolazione di 20, 25 o 30 Hz. Come risultato di questo progetto pilota, i ricercatori hanno scoperto che la maggior parte dei partecipanti pilota (7 su 10) hanno mostrato la risposta indotta da taVNS più forte rispetto alla simulazione durante la stimolazione per 1 secondo con una frequenza di 20 Hz. Pertanto, questa combinazione di impostazioni verrà implementata durante lo studio principale. Per la stimolazione viene utilizzato tVNS Health - R® (tVNS Health, Erlangen, Germania) e per il tracciamento oculare viene utilizzato SR Research Eyelink 1000Plus®.

Per lo studio principale, i partecipanti saranno invitati a tre sessioni sperimentali. I ricercatori hanno osservato una notevole variabilità interindividuale nella risposta della pupilla alla stimolazione e una variabilità simile è stata precedentemente descritta per le risposte cerebrali indotte da taVNS. Questa variabilità potrebbe essere in parte correlata a diverse caratteristiche anatomiche. Pertanto, i partecipanti completeranno prima una sessione di tracciamento oculare per valutare la risposta della loro pupilla a brevi impulsi taVNS. I ricercatori invitano quindi solo i partecipanti che rispondono al taVNS alle sessioni di neuroimaging per verificare se brevi impulsi di stimolazione possono in linea di principio indurre segnali fasici. Nella prima seduta si ottiene il consenso informato. Verrà testata la risposta della pupilla alla stimolazione con le impostazioni di stimolazione scelte (1 s e 20 Hz, 45 prove, ~ 25 minuti) confrontando la stimolazione taVNS e quella fittizia (due blocchi separati da una pausa di 5 minuti seguendo un ordine randomizzato) per confermare che suscitano una risposta pupillare robusta. Verranno utilizzati taVNS al cymba concha destro per taVNS attivo e stimolazione simulata al lobo dell'orecchio. Per le due sessioni di neuroimaging, i ricercatori intendono invitare i partecipanti che hanno mostrato una maggiore dilatazione della pupilla per la stimolazione taVNS rispetto alla stimolazione fittizia durante la prima sessione. Gli investigatori somministreranno taVNS in una sessione e finta nell'altra. L'ordine delle sessioni sarà randomizzato. Durante la calibrazione, l'intensità della stimolazione verrà regolata per corrispondere a una lieve sensazione di pizzicore per taVNS e sham. Come riportato in precedenza, l'intensità verrà aumentata da 0,1 mA con incrementi di 0,1 mA finché il partecipante non riferirà di aver sperimentato questa sensazione. Per garantire un accecamento efficace, gli investigatori accoppieranno segnali non vincenti (per i blocchi in cui la stimolazione è abbinata a un feedback gratificante) o azioni associate allo stimolo errato (l'indicazione con meno probabilità di dare una ricompensa nei blocchi in cui la stimolazione è abbinata a un'azione) con una stimolazione a bassa intensità (0,1 mA). Questa serve come condizione di controllo aggiuntiva per confrontare gli effetti della stimolazione effettiva (alta intensità) con la stimolazione che non dovrebbe attivare le afferenze vagali (bassa intensità). I partecipanti verranno informati che riceveranno stimolazione con intensità variabile in tutte le prove, anche se la stimolazione non sarà sempre percepita.

Prima di entrare nello scanner, i partecipanti completeranno una breve pratica del compito di apprendimento strumentale per familiarizzare con la struttura e la procedura del compito. Quindi, i partecipanti entreranno nello scanner fMRI. Qui gli investigatori condurranno una calibrazione dell'intensità della stimolazione e un'altra breve pratica del compito per calibrare il dispositivo di forza di presa utilizzato durante il compito. Dopo questa seconda pratica, verrà acquisita un'immagine anatomica, seguita da una misurazione dello stato di riposo per l'analisi della connettività funzionale. Durante la misurazione verrà mostrato un filmato per ridurre i movimenti e impedire al partecipante di addormentarsi (Inscapes). Per concludere la sessione, i partecipanti eseguiranno il compito di apprendimento strumentale (descritto nella sezione seguente) con simultanea taVNS o stimolazione fittizia (~ 1 ora di stimolazione).

Compito di apprendimento strumentale Verrà utilizzato un compito di apprendimento probabilistico per valutare il potenziale del taVNS pulsato sull'apprendimento strumentale in cui i partecipanti devono apprendere quali azioni sono correlate a maggiori probabilità di ricompensa in base a segnali specifici. Ai partecipanti verranno presentate coppie di stimoli astratti e impareranno attraverso tentativi ed errori quale segnale ha maggiori probabilità di produrre una ricompensa. Per ogni coppia di stimoli, ai partecipanti verrà chiesto di selezionare uno stimolo premendo un dispositivo di forza di presa per 3 secondi consecutivi. Terranno un dispositivo per la forza di presa in ciascuna mano e verranno istruiti a premere la forza di presa corrispondente al lato dello stimolo selezionato.

Per fornire diversi livelli di difficoltà, le probabilità di vincita dello stimolo "corretto" differiranno tra prove facili e difficili. Nelle prove facili, la probabilità di vincita dello stimolo corretto sarà 0,75, il che significa che la scelta dell'azione associata si tradurrà in una ricompensa nel 75% dei casi. Nelle prove difficili, la probabilità di vincita dello stimolo corretto sarà leggermente inferiore a 0,65. La probabilità di vincita dell'altro stimolo (lo stimolo "sbagliato") sarà calcolata come 1 meno la probabilità dello stimolo corretto.

L'attività consisterà in otto coppie di cue divise in quattro blocchi. Ogni blocco contiene due coppie, una con difficoltà alta e una con difficoltà bassa. Durante due blocchi, i partecipanti verranno stimolati con stimolazione ad alta intensità ogni volta che riceveranno una ricompensa, indipendentemente dall'azione scelta. Durante gli altri due blocchi, la stimolazione verrà somministrata ogni volta che i partecipanti eseguono l'azione associata allo stimolo corretto (lo spunto che ha maggiori probabilità di dare una ricompensa), indipendentemente dal risultato. Come condizione di controllo aggiuntiva oltre alla simulazione, l'intensità verrà variata tra taVNS a bassa intensità che è insufficiente per indurre l'attivazione vagale (costante tra tutti i partecipanti) e stimolazione ad alta intensità come determinato dalla calibrazione individuale. Per ogni prova, la scelta corretta riceverà una stimolazione ad alta intensità, mentre la scelta sbagliata verrà abbinata ad una stimolazione a bassa intensità.