健康な若年成人における暗黙の運動シーケンス学習を強化するための従来型または高精細 tDCS?

研究デザイン

治験責任医師は、単一盲検、偽対照、平衡試験を実施します。 IMSL のシーケンス固有の側面 (一次結果) については、被験者間因子として「デバイス」(2 レベル: 従来の tDCS、HD tDCS) および「刺激」(2 レベル: anodal、sham)、「ブロック」(2 レベル: ランダム ブロック、隣接するブロックの平均)、および「時間」(3 レベル: during、post5min、post1week) を被験者内因子として使用します。 同様に、一般的な学習 (二次結果) の場合、混合要因反復測定 ANOVA は、被験者間因子として「デバイス」(2 レベル: 従来の tDCS、HD tDCS) と「刺激」(2 レベル: 陽極、偽) を使用して実行されます。 、「ブロック」(7 レベル: ブロック 1-6、ブロック 8) および「時間」(3 レベル: 期間中、5 分後、1 週間後) を被験者内要因として。 参加者は、ブロックのランダム化によって、従来の tDCS グループまたは HD tDCS グループのいずれかにランダムに割り当てられます。 すべての参加者は、ランダムな順序で、陽極 (本物) と偽 (プラセボ) tDCS の両方を受け取ります。 相殺は、Microsoft Excel® を使用して独立した調査員によって行われます。

採用戦略

健康な若者は、ブリュッセル自由大学から募集されます。 対象者に制限や禁止事項はありません。

材料

従来の tDCS の場合、1x1 低強度直流刺激装置 (Soterix Medical Inc、ニューヨーク、米国) を使用して、生理食塩水に浸した長方形に配置された 1 組の同一の正方形のゴム電極 (サイズ 35 cm2) を介して tDCS を生成および送達します。スポンジ。 M1 を刺激するために、国際 10-20 脳波システムに従って、電極を C3 または C4 の上に配置し、実行する手の反対側の M1 と一致させます。 参照電極は、F1 または F2、実行する手と同側に配置されます。

現在の刺激は、1 分間で 0 ミリアンペア (mA) から 2 mA までゆっくりと上昇します。 陽極 tDCS 条件の場合、この強度は SRT タスクの期間中 (約 20 分) 維持されます。これは、tDCS の証拠に基づく安全基準の範囲内です。 これにより、電流密度は 0.057 mA/cm2 になります。 偽の tDCS 条件 (被験者には知られていない) の場合、刺激は 1 分間のランプアップ直後に 0 mA に向かって徐々に減少します。 SRT タスクの最後のブロックでは、現在の刺激のこの段階的なランプアップとダウンが繰り返され、参加者の盲目化のプロセスが最適化されます。 被験者の盲検化を制御するために、最後のセッションの後、被験者は刺激条件を認識しているかどうかを尋ねられます。 一時的な副作用は、tDCS プロトコル中および 2 週間後に実験者によってインベントリされ、電極の下のわずかなかゆみ、電極の下の皮膚の発赤、頭痛、吐き気、疲労または不眠症が含まれる場合があります。

高解像度 tDCS の場合、4x1 マルチチャネル刺激アダプター (Soterix Medical Inc、ニューヨーク、米国) を使用して、M1 経由で HD tDCS を配信します。 従来の tDCS デバイス (上記) をこのマルチチャネル刺激アダプターに接続することにより、4x1 HD tDCS 構成に沿って直流が供給され、目的の領域に制限されたニューロモジュレーションが可能になります。 従来の tDCS モンタージュで使用される比較的大きなスポンジ電極 (図 1A) とは対照的に、HD tDCS による刺激は、1 つの中央ゲル電極と、EEG キャップに埋め込まれたプラスチック製の筐体に配置された 4 つのリターン電極によって配信されます (図 1B)。 ）。 デバイスのセットアップは、Villamar と同僚 (2013) によって提供される広範な実験プロトコルに従って行われます。 左の M1 の刺激では、実行中の右手とは反対側に、陽極刺激が C3 に対応する中央電極を介して配信され、頭に HD-tDCS 電極を保持するために特別に設計された合成キャップを使用して所定の位置に保持されます。 リターン電極は、Cz、F3、T7、および P3 (国際 10-20 脳波システム) に配置されています。図 2 を参照してください。 右の M1 の場合、実行中の左手とは反対側で、中央電極は C4 に配置され、戻り電極は Cz、F4、T8、および P4 に配置されます。 刺激する（陽極）直流電流を 60 秒間 2 mA の強度まで上昇させ、SRT タスクの間（約 20 分間）維持します。

Serial Reaction Time タスク (SRT タスク) を使用して IMSL を決定します。 SRT-タスクは、E-Prime(R) ソフトウェア (Psychology Software Tools, Inc.、ピッツバーグ、ペンシルバニア、米国) を使用してラップトップで実行されます。 参加者は、それぞれ左端、左端、右端、右端のターゲットに対して、標準の azerty キーボードの水平に配置された応答キー C、V、B、N を押すように求められます。 PD患者の場合は最も影響を受けていない手の人差し指で、健康な対照者の場合は利き手で応答が与えられます。 パーキンソン病患者で両手が等しく影響を受けている場合は、利き手も使用されます。 応答キー C、V、B、および N のみが表示され、他のすべてのキーはカバーされます。

手順

実験は、研究者の監督の下、ブリュッセル自由大学 (VUB) の研究室、または参加者の自宅の静かな部屋で行われます。

スクリーニング セッション (T0) に続いて、ベースラインの人口統計学的特徴 (性別、年齢、利き手) が収集されます。 参加者は、従来の tDCS グループまたは HD tDCS グループのいずれかに割り当てられ、最小 5 週間から最大 11 週間の間に 4 回 (T1-T4) 見られます。 4 つのセッションはすべて、25 試行の 1 つのランダム ブロックの練習用 SRT タスクから始まり、その後、連続するブロック間に 30 秒の休憩を入れて 72 試行の 8 ブロックの実際の実験的 SRT タスクが続きます。 ブロック 1 ～ 6 およびブロック 8 では、ターゲットの順序 (つまり、 黒い点) の位置は、繰り返しシーケンスに従います。 これは参加者にはわかりません。 理論的根拠は、ブロック 1 ～ 6 および 8 全体でシーケンスを繰り返すと反応時間が減少することであり、一般的なトレーニング効果 (二次結果測定) を示します。 ブロック 7 で繰り返しシーケンスがランダム シーケンスに突然変化すると、反応時間はブロック 7 で増加し、規則的にシーケンスされたブロック 8 でもう一度減少します。これは、シーケンス固有の学習効果 (主要な結果の尺度) を示します。 可能な持ち越し効果を制御するために、SRT タスクは各刺激条件で異なるシーケンスに従います (例: T1-T2 では 132342134142、T3-T4 では 243413241213)。 IMSL が特定の配列から独立していることを確認するために、12 要素長の 6 つの異なる、構造的に同一の配列が参加者間で相殺されます。

最初の介入セッション (T1) は、スクリーニング セッション (T0) の少なくとも 1 週間後に計画され、SRT タスク中に投与されるアクティブ (陽極) tDCS または偽 (プラセボ) tDCS で構成されます。 tDCS の 5 分後、潜在的な短期統合効果を調査するために、tDCS を適用せずに短い 3 ブロック バージョンの SRT タスクを実行するように被験者に求めます。ランダム シーケンスに続くブロック 2。

2 回目のセッション (T2) は 1 週間後に予定されています。 この 1 週間のポスト tDCS セッション中に、1 週間前の SRT タスクと同じ完全バージョンが実行されますが、今回は tDCS を適用せずに、潜在的な長期的な統合効果を判断します。 T2 の後、2 つの刺激条件 (アクティブ/偽 tDCS) 間の持ち越し効果を制御するために、少なくとも 3 週間のウォッシュアウト期間が計画されます。 クロス オーバーが行われ、3 番目 (T3) の介入および 4 番目 (T4) のフォロー アップ セッション中に反対の刺激条件で同じ手順が繰り返されます。 各グループの参加者の半分は、T1 中にアクティブ tDCS を受信し、T3 中に偽の tDCS を受信し、残りの半分の参加者はこれらの条件を逆順および無作為化された順序で受信します。

現在の刺激は、1 分間で 0 mA から 2 mA までゆっくりと上昇します。 陽極 tDCS 条件の場合、この強度は SRT タスクの期間中 (約 20 分) 維持されます。偽の tDCS 条件の場合 - 被験者には知られていない - 刺激は、1 分間の直後に 0 mA に向かって徐々に減少します。増加。

SRT タスク後のアンケートは、最後のセッション (T4) の後に完了し、参加者がタスクのシーケンシャルな性質を認識したかどうかを判断します。 参加者が特定のシーケンスが表示されたと信じていることを示した場合、最後のセッションのシーケンスを可能な限り正確に再現する必要があります。

統計分析

すべての統計分析は、International Business Machines (IBM) Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) Statistics バージョン 26 を使用して実行されます。 有意水準は α = 0.05 に設定されます。 有意性への傾向は、0.05 ≤ α < 0.10 として定義されます。 必要に応じて、多重比較の適切な修正が行われます。 Cohen の f 効果サイズは、.10 の値で報告されます。 .25、および.40 それぞれ小、中、大の効果量を表します。

効果がゼロの場合、研究者は条件間の違いの証拠はないと結論付けます。 ただし、研究者は、各グループ (従来の tDCS、HD tDCS) の事後ベイズ係数も計算して、陽極刺激条件と偽刺激条件の間のシーケンス学習の違いの欠如が、効果がないことの証拠として解釈できるかどうかを評価します。シーケンス学習に関するtDCSの。

IMSL の量が人口統計学的変数 (PD の臨床サブタイプを含む) と相関するかどうかを調査するために、多重比較のためにボンフェローニ補正された相関分析が実行されます。 パラメトリック検定の仮定に違反すると、ノンパラメトリック代替スピアマンの Rho が計算されます。

偽tDCSの5分後および1週間後のSRTタスクの結果は、実際の陽極tDCS後の結果と比較されるベースライン測定値として機能します。

SRT タスクのパフォーマンスの分析は、潜在的な異常値の影響を最小限に抑えるために、平均 RT ではなく、ブロックあたりの反応時間 (RT) の中央値に基づいて行われます。 練習試験、各休憩後の最初の応答、エラー応答、およびエラー後の応答は、分析から除外されます。 ブロックごとの RT の中央値を分析して、(1) 一般的な学習効果 (二次結果測定) および (2) シーケンス固有の学習効果 (一次結果測定) を決定します。

tDCS 中および 1 週間後の一般的な学習効果は、7 つの定期的に配列されたブロック (つまり、 ブロック 1-6 およびブロック 8)。 これは、3 ブロックのみの短いバージョンであるため、5 分間の tDCS SRT タスクには適用されません。 2x2x2x7 反復測定 ANOVA は、デバイス (従来の tDCS、HD tDCS) を被験者間因子として、刺激 (アクティブ、シャム)、時間 (中、1 週間後)、およびブロック (ブロック 1-6、ブロック 8) を使用して実行されます。 -被験者要因。

tDCS の 5 分後および 1 週間後のシーケンス固有の学習効果は、隣接するシーケンス ブロックの RT の中央値の平均値を差し引くことによって分析されます (ブロック 6 および 8 は刺激中および tDCS の 1 週間後、ブロック 1 および 3 はランダム ブロックの中央値 RT から (tDCS の 5 分後) (刺激中および tDCS の 1 週間後のブロック 7、tDCS の 5 分後のブロック 2)。 2x2x2x3 の反復測定 ANOVA (またはノンパラメトリック代替法としてのフリードマンとウィルコクソンの符号付き順位検定) は、デバイス (従来の tDCS、HD tDCS) を被験者間因子および刺激 (アクティブ、偽)、シーケンス (ランダムブロック、被験者内要因としての隣接するシーケンスブロックの平均）および時間（5分後、1週間後）。

球形性の仮定に違反する場合、Greenhouse-Geisser または Huynh-Feldt 補正が報告されます。 重要な主効果と交互作用効果をさらに分析するために、ボンフェローニ補正 t 検定が実装されます。

SRT タスクのエラー率は一般に小さいため、観測数が限られているため、IMSL の影響を受けにくくなっています。 ブロックごとの誤った反応のパーセンテージは、両方の刺激条件 (陽極、偽) と経時的な 3 つの測定値 (同時、5 分後、1 週間後) について計算されます。 残差の Shapiro-Wilk 検定を実行して、分布の正規性を評価します。

形式的知識の結果尺度としての逐次スコアは、分析の共変量として取り上げられます。 従来の tDCS グループの連続スコア (x/12) が HD tDCS グループと異なるかどうかを確認するために、独立したサンプルの t 検定 (またはノンパラメトリック代替マンホイットニー U 検定) が実行されます。