펄스형 tVNS 프로토콜 및 강화 학습

이 연구는 참가자당 2개의 실험 세션으로 이어지는 단 1개의 대상 내 요인(자극 조건, 2개 수준: taVNS, sham)을 사용하는 단일 맹검 무작위 교차 설계를 따릅니다.

이전 연구는 주로 전체 작업 기간 동안 30초 ON 30초 OFF 자극 프로토콜을 지속적으로 적용하는 강장제 자극 관리에 중점을 두었습니다. 최근에는 미주신경 신호를 보다 밀접하게 모방하기 위해 짧은 taVNS 버스트를 제공하는 프로토콜이 개발되었습니다. 그러나 위상 신호를 유도하기 위한 최적의 매개변수(예: 자극 길이, 주파수)는 아직 결정되지 않았습니다. 어떤 매개변수 조합이 위상 반응을 가장 성공적으로 이끌어내는지 테스트하기 위해 연구자들은 taVNS와 가짜 자극을 비교하는 일련의 매개변수를 사용하여 파일럿 데이터 수집을 수행했습니다. 위상 신호 전달의 대용으로 연구자들은 미주 신경의 주요 표적인 청반에 의해 매개되는 동공 확장을 조사했습니다. 10명의 참가자는 2개의 세션(taVNS, sham)에 초대되었으며 그 동안 자극 기간은 1, 2 또는 3초, 자극 주파수는 20, 25 또는 30Hz 설정으로 펄스 자극을 받았습니다. 이 파일럿의 결과, 연구자들은 대부분의 파일럿 참가자(10명 중 7명)가 20Hz 주파수로 1초 동안 자극할 때 가짜에 비해 가장 강한 taVNS 유도 반응을 보였다는 것을 발견했습니다. 따라서 이러한 설정 조합은 본 연구 중에 구현될 것입니다. 자극을 위해 tVNS Health - R®(tVNS Health, Erlangen, Germany)이 사용되고 안구 추적에는 SR Research Eyelink 1000Plus®가 사용됩니다.

본 연구의 경우 참가자들은 세 가지 실험 세션에 초대됩니다. 연구자들은 자극에 대한 동공 반응에서 상당한 개인간 변동성을 관찰했으며 유사한 변동성은 이전에 taVNS 유발 뇌 반응에 대해 설명되었습니다. 이러한 가변성은 부분적으로 다양한 해부학적 특성과 관련이 있을 수 있습니다. 따라서 참가자는 먼저 시선 추적 세션을 완료하여 짧은 taVNS 펄스에 대한 동공 반응을 평가합니다. 그런 다음 연구자는 짧은 자극 펄스가 원칙적으로 위상 신호를 유도할 수 있는지 여부를 테스트하기 위해 taVNS에 응답하는 참가자만 신경 영상 세션에 초대합니다. 첫 번째 세션에서는 사전 동의를 얻습니다. taVNS와 가짜 자극(무작위 순서에 따라 5분 휴식 시간으로 구분된 두 블록)을 비교하여 선택한 자극 설정(1초 및 20Hz, 45회 시도, ~25분)을 사용한 자극에 대한 동공 반응을 테스트하여 다음을 유도하는지 확인합니다. 강력한 동공 반응. 활성 taVNS를 위한 오른쪽 심바 콘차의 taVNS와 귓볼의 가짜 자극이 사용됩니다. 두 번의 신경 영상 세션에서 연구자들은 첫 번째 세션에서 taVNS와 가짜 자극에 대해 더 큰 동공 확장을 보여준 참가자를 초대할 계획입니다. 조사관은 한 세션에서는 taVNS를 관리하고 다른 세션에서는 가짜를 관리합니다. 세션 순서는 무작위로 지정됩니다. 교정 중에 자극 강도는 taVNS 및 가짜에 대한 가벼운 따끔거림에 해당하도록 조정됩니다. 이전에 보고된 바와 같이 참가자가 이 감각을 경험했다고 보고할 때까지 강도는 0.1mA에서 0.1mA씩 증가됩니다. 효과적인 눈가림을 보장하기 위해 조사관은 성공하지 못한 단서(자극이 보상 피드백과 짝을 이루는 블록의 경우) 또는 잘못된 자극과 관련된 동작(자극이 짝을 이루는 블록에서 보상을 줄 가능성이 낮은 단서)을 짝지을 것입니다. 저강도(0.1mA) 자극으로 동작합니다. 이는 실제 자극(고강도)의 효과와 미주신경 구심성을 활성화하지 않아야 하는 자극(저강도)을 비교하기 위한 추가 제어 조건 역할을 합니다. 참가자는 자극이 항상 인식되지 않더라도 모든 시험에서 다양한 강도의 자극을 받게 될 것이라는 정보를 받게 됩니다.

스캐너에 들어가기 전에 참가자는 도구 학습 작업에 대한 짧은 연습을 완료하여 작업의 구조와 절차에 익숙해집니다. 그런 다음 참가자는 fMRI 스캐너에 들어갑니다. 여기에서 조사관은 자극 강도의 교정뿐만 아니라 작업 중에 사용되는 악력 장치를 교정하기 위한 작업의 또 다른 짧은 연습을 수행합니다. 이 두 번째 연습 후에는 해부학적 이미지를 획득한 다음 기능적 연결 분석을 위한 휴식 상태 측정을 수행합니다. 측정 중에는 움직임을 줄이고 참가자가 잠들지 않도록 동영상이 표시됩니다(Inscapes). 세션을 마무리하기 위해 참가자는 동시 taVNS 또는 가짜 자극(~1시간 자극)을 사용하여 도구 학습 작업(아래 섹션에 설명됨)을 수행합니다.

도구 학습 작업 도구 학습에 대한 펄스 taVNS의 잠재력을 평가하는 확률적 학습 작업은 참가자가 특정 단서를 기반으로 보상의 더 높은 확률과 관련된 작업을 배워야 하는 경우에 사용됩니다. 참가자에게는 한 쌍의 추상 자극이 제공되며 시행착오를 통해 어떤 신호가 보상을 더 많이 얻을 수 있는지 배우게 됩니다. 각 자극 쌍에 대해 참가자는 악력 장치를 연속 3초 동안 눌러 하나의 자극을 선택하도록 지시받습니다. 그들은 각 손에 하나의 악력 장치를 쥐고 선택한 자극의 측면에 해당하는 악력을 누르도록 지시받습니다.

다양한 수준의 난이도를 제공하기 위해 "올바른" 자극의 승리 확률은 쉬운 시험과 ​​어려운 시험에 따라 다릅니다. 쉬운 시험에서 올바른 자극의 승리 확률은 0.75입니다. 즉, 관련 행동을 선택하면 75%의 확률로 보상을 받게 됩니다. 어려운 시험에서 올바른 자극의 승리 확률은 0.65로 약간 낮아집니다. 다른 자극("잘못된" 자극)의 승리 확률은 1에서 올바른 자극의 확률을 뺀 값으로 계산됩니다.

작업은 4개의 블록으로 나누어진 8개의 큐 쌍으로 구성됩니다. 각 블록에는 두 쌍이 포함되어 있는데, 하나는 난이도가 높고 다른 하나는 난이도가 낮습니다. 두 블록 동안 참가자는 선택한 행동에 관계없이 보상을 받을 때마다 고강도 자극으로 자극됩니다. 다른 두 블록 동안 참가자가 결과에 관계없이 올바른 자극(보상을 줄 가능성이 더 높은 신호)과 관련된 작업을 수행할 때마다 자극이 제공됩니다. 가짜 외에 추가 제어 조건으로 강도는 미주신경 활성화(모든 참가자 간에 일정함)를 유도하기에 불충분한 저강도 taVNS와 개별 교정에 의해 결정된 고강도 자극 사이에서 다양합니다. 각 시험에서 올바른 선택은 고강도 자극을 받게 되고 잘못된 선택은 낮은 강도의 자극과 짝을 이루게 됩니다.