パルス化された tVNS プロトコルと強化学習

この研究は、被験者内因子を 1 つだけ (刺激条件、2 レベル: taVNS、偽) とした単盲検ランダム化クロスオーバー デザインに従い、参加者あたり 2 つの実験セッションを行います。

以前の研究は主に、タスク期間全体にわたって 30 秒オン、30 秒オフ刺激プロトコルで継続的に適用される強直性刺激の投与に焦点を当てていました。 最近では、迷走神経信号をより厳密に模倣するために、短い taVNS バーストを配信するプロトコルが開発されました。 ただし、位相信号を誘発するための最適なパラメーター (刺激の長さ、周波数など) はまだ決定されていません。 どのパラメータの組み合わせが最もうまく一過性反応を引き出すかをテストするために、研究者らは、taVNS と偽刺激を比較する一連のパラメータを使用してパイロット データ収集を実施しました。 研究者らは、位相性シグナル伝達の代用として、迷走神経の主な標的である青斑核によって媒介される瞳孔の拡張を調査した。 10 人の参加者が 2 つのセッション (taVNS、偽) に招待され、その間、次の設定でパルス刺激を受けました: 刺激期間は 1、2、または 3 秒、刺激周波数は 20、25、または 30Hz でした。 このパイロットの結果、研究者らは、ほとんどのパイロット参加者（10 人中 7 人）が、20 Hz の周波数で 1 秒間刺激した場合に、偽の場合と比較して最も強い taVNS 誘発反応を示したことを発見しました。 したがって、この設定の組み合わせは、主な調査中に実装されます。 刺激には tVNS Health - R® (tVNS Health、ドイツ、エアランゲン) が使用され、視線追跡には SR Research Eyelink 1000Plus® が使用されます。

主要な研究では、参加者は 3 つの実験セッションに招待されます。 研究者らは、刺激に対する瞳孔反応にかなりの個人差があることを観察しており、同様の変動がtaVNS誘発性の脳反応についても以前に報告されている。 この変動は、異なる解剖学的特徴に部分的に関連している可能性があります。 したがって、参加者はまず視線追跡セッションを完了して、短い taVNS パルスに対する瞳孔の反応を評価します。 その後、研究者らは、taVNS に反応した参加者のみを神経画像セッションに招待し、原理的に短い刺激パルスが位相信号を誘発できるかどうかをテストします。 最初のセッションでは、インフォームドコンセントが得られます。 選択した刺激設定 (1 秒および 20Hz、45 試行、約 25 分) での刺激に対する瞳孔反応を、taVNS と偽刺激 (ランダム化された順序に続いて 5 分間の休憩で区切られた 2 つのブロック) と比較してテストし、刺激が誘発されることを確認します。強い瞳孔反応。 活性型taVNSには右シンバ甲介のtaVNSと耳たぶの偽刺激を使用します。 2 つの神経画像セッションでは、研究者らは、最初のセッションで taVNS と偽刺激の場合に大きな瞳孔拡張を示した参加者を招待する予定です。 研究者らは、一方のセッションでは taVNS を投与し、もう一方のセッションでは偽の投与を行います。 セッションの順序はランダムになります。 キャリブレーション中、刺激強度は、taVNS とシャムの軽度の刺すような感覚に対応するように調整されます。 以前に報告されたように、参加者がこの感覚を経験したと報告するまで、強度は 0.1 mA から 0.1 mA ずつ増加します。 効果的な盲検化を確実にするために、研究者は、勝てない合図（刺激が報酬フィードバックと組み合わされているブロックの場合）または不正確な刺激に関連付けられた行動（刺激が報酬フィードバックと組み合わされているブロックでは、合図は報酬を与える可能性が低い）を組み合わせます。低強度 (0.1 mA) の刺激によるアクション)。 これは、実際の刺激 (高強度) の効果を迷走神経求心性神経を活性化すべきではない刺激 (低強度) と比較するための追加の制御条件として機能します。 参加者には、刺激が常に知覚されるわけではない場合でも、すべてのトライアルでさまざまな強度の刺激を受けることが通知されます。

スキャナーに入る前に、参加者は器具学習タスクの短い練習を完了して、タスクの構造と手順に慣れます。 次に、参加者は fMRI スキャナーに入ります。 ここで研究者は、刺激強度の校正と、課題中に使用される握力装置を校正するための課題の別の短い練習を実施します。 この 2 回目の実践の後、解剖学的画像が取得され、続いて機能的接続性分析のための安静状態の測定が行われます。 測定中は、動きを減らし、参加者の居眠りを防ぐために映画が表示されます (Inscapes)。 セッションを終了するには、参加者は、taVNS または疑似刺激 (~1 時間の刺激) を同時に行いながら、機器学習タスク (以下のセクションで説明) を実行します。

機器学習タスク 機器学習におけるパルス taVNS の可能性を評価するための確率学習タスクが使用されます。参加者は、どの行動が特定の合図に基づいて報酬のより高い確率に関連しているかを学習する必要があります。 参加者には抽象的な刺激のペアが提示され、どの刺激が報酬をもたらす可能性がより高いかを試行錯誤を通じて学習します。 刺激の各ペアについて、参加者は握力デバイスを連続 3 秒間押して 1 つの刺激を選択するように指示されます。 彼らはそれぞれの手に 1 つの握力装置を持ち、選択した刺激の側に対応する握力を押すように指示されます。

さまざまなレベルの難易度を提供するため、「正しい」刺激の勝利確率は、簡単なトライアルと難しいトライアルでは異なります。 簡単なトライアルでは、正しい刺激の勝利確率は 0.75 になります。これは、関連するアクションを選択すると 75% の確率で報酬が得られることを意味します。 難しいトライアルでは、正しい刺激の勝利確率は 0.65 とわずかに低くなります。 他の刺激 (「間違った」刺激) の勝利確率は、1 から正しい刺激の確率を引いたものとして計算されます。

タスクは 4 つのブロックに分割された 8 つのキュー ペアで構成されます。 各ブロックには 2 つのペアが含まれており、1 つは高難易度、もう 1 つは低難易度です。 2 つのブロックの間、参加者は選択したアクションに関係なく、報酬を受け取るたびに高強度の刺激を受けます。 他の 2 つのブロックでは、結果に関係なく、参加者が正しい刺激 (報酬を与える可能性が高い合図) に関連付けられたアクションを実行するたびに、刺激が投与されます。 偽に加えて追加の制御条件として、強度は、迷走神経活性化を誘発するには不十分な低強度 taVNS (すべての参加者間で一定) と個々のキャリブレーションによって決定される高強度刺激の間で変化します。 各試行では、正しい選択には高強度の刺激が与えられ、間違った選択には低強度の刺激が組み合わせられます。