Oorzaak-gevolgrelaties tussen hersennetwerken en bimanuele coördinatie bij oudere volwassenen

Er zal een enkelblind, pseudo-gerandomiseerd, schijngestuurd binnenproefpersoonontwerp worden gebruikt. Het onderzoek bestaat uit drie experimentele sessies. In elke sessie werd een van de drie stimulatiecondities toegepast: (1) in-fase stimulatie; (2) antifasestimulatie; (3) schijnstimulatie. De volgorde van de drie stimulatiecondities gedurende de sessies wordt pseudo-gerandomiseerd over de deelnemers. Binnen elke sessie wordt stimulatie toegepast tijdens de uitvoering van twee taken: een 2-back-taak voor het beoordelen van puur ruimtelijk werkgeheugen (sWM) en een complexe bimanuele volgtaak (BTT) voor het beoordelen van bimanuele vaardigheidsverwerving. Om leer- en overdrachtseffecten over sessies te minimaliseren, wordt een wash-outperiode van 6 weken tussen sessies gebruikt en drie verschillende varianten van de BTT-taak (één voor elke sessie). De volgorde van deze varianten was ook pseudo-gerandomiseerd over de deelnemers.

Voor het beoordelen van sWM voeren de deelnemers een aangepaste versie uit van de 2-back visuospatiale match-to-sample-test die wordt gebruikt in Alekseichuk et al., 2016. Deelnemers zitten op een stoel, met hun rechterhand rustend op een antwoorddoos. Voor de deelnemer wordt een computerscherm geplaatst. Op het scherm wordt een blauw 3x3 raster op een zwarte achtergrond getekend. Elke proef bestaat uit drie gebeurtenissen: een stimulus, een sonde en een responsperiode. Tijdens de stimulus verschijnen gedurende 2150 ms twee of drie witte stippen ergens in het raster. Na een tijdsinterval van 50 ms wordt dit gevolgd door het verschijnen van de sonde, bestaande uit een kleine blauwe stip, die 300 ms aanhoudt. Tijdens de responsperiode (duur van 2000 ms) wordt de deelnemer verzocht om wel of niet op de responsknop te drukken, waarmee wordt aangegeven of de locatie van de sonde overeenkomt met de locatie van de stimulus in de vorige proef of niet (d.w.z. 2-back conditie ).

Ter kennismaking krijgen de deelnemers eerst instructies wat het doel van de taak is. Vervolgens oefenden ze een reeks van tien of twintig pogingen zonder stimulatie.

Voor het experiment (d.w.z. taakuitvoering tijdens stimulatie) wordt een volledige reeks proeven georganiseerd in vijf blokken, bestaande uit 30 proeven (d.w.z. 150 proeven per set). De vijf blokken worden gescheiden door pauzes van 1 minuut. De verdeling van 2-punts of 3-punts stimuluscondities in de set van 150 proeven was 50% -50%, gepresenteerd in willekeurige volgorde. Veertig % van de trials zijn matched trials (d.w.z. 58 trials) en 60% zijn non-matched trials (d.w.z. 87 proeven).

Voor dit onderzoek gebruiken we drie vaste proefreeksen, namelijk één voor elke sessie. De volgorde van deze sets over sessies wordt pseudo-gerandomiseerd over de deelnemers.

Voor het beoordelen van initieel bimanueel leren gebruiken we een complexe visuomotorische bimanuele volgtaak (BTT). Deelnemers zitten voor een computerscherm met hun armen geprononceerd op tafel. Elke wijsvinger wordt in een controller geplaatst. De controllers zijn twee draaibare draaiknoppen met kleine groeven voor vingerplaatsing. Door bimanueel aan de twee draaiknoppen te draaien, kan de deelnemer de positie van een rode cursor op het scherm verplaatsen. Rotaties van de draaiknop naar links en rechts veroorzaakten beweging van de cursor langs de ordinaat en de abscis.

Het doel van de BTT is om de positie van de cursors te manipuleren om zo nauwkeurig mogelijk een bewegend doelpunt op een rechte schuine lijn, gepresenteerd op het display, te volgen. Elke BTT-proef begint met het verschijnen van de doellijn. Aan het begin van deze lijn, in het midden van het scherm, wordt gedurende 2 seconden een rode doelstip weergegeven (d.w.z. voorbereidingstijd). Vervolgens geeft een auditief GO-signaal het begin van de bewegingsperiode aan: de doelstip begint met een constante snelheid langs de lijn te bewegen naar het perifere uiteinde van de lijn, die de deelnemer moet volgen door gelijktijdig aan de knoppen te draaien. De duur van de doelpuntbeweging van het midden naar de periferie (d.w.z. bewegingsperiode) is 5 seconden. Tussen proeven wordt een tijdsinterval van 3 seconden geïmplementeerd.

Er zijn vier verschillende taakomstandigheden die verschillen in relatieve handfrequenties (1:3 vs. 3:1) en relatieve richting van de draaiknoppen (iso-directioneel [ISO] vs. niet-iso-directioneel [NON-ISO] ). Meer specifiek, in de 1:3-toestand moet de rechter wijsvinger de wijzerplaat drie keer sneller draaien dan de linkerhand, terwijl in de 3:1-toestand dit patroon omgekeerd is. Voor de ISO-modus moeten beide wijsvingers de knoppen naar rechts (ISO-R) of naar links (ISO-L) draaien. Voor de NON-ISO-modus moeten beide wijsvingers de knoppen naar binnen (NON-ISO-IN) of naar buiten (NON-ISO-OUT) draaien.

Om vertrouwd te raken met de taak, wordt een oefenblok van 16 proeven zonder stimulatie geïmplementeerd. Voor het experiment (d.w.z. taakuitvoering tijdens stimulatie), zijn er vier blokken van 36 proeven, waarbij elke taakvoorwaarde negen keer in elk blok wordt herhaald. We voorzien pauzes van 1 minuut tussen de blokken. Een kwartier na het einde van het vierde blok wordt een retentieblok van 36 pogingen zonder stimulatie toegevoegd. De volgorde van de vier taakcondities binnen elk blok wordt gerandomiseerd.

Om leereffecten over de drie sessies te minimaliseren, hebben we het referentiekader van lijnoriëntatie elke keer met 90 graden gedraaid.

De stimulatie wordt geleverd door twee accu-aangedreven Direct Current (DC) stimulator PLUS-apparaten (neuroConn en Eldith GmbH, Ilmenau, Duitsland). Elk apparaat is verbonden met een rubberen ringmontage in het midden, geschikt voor focale stimulatie. Elke montage bestaat uit een kleine ronde middenelektrode (diameter van 20 mm) en een omringende ringelektrode (binnendiameter van 40 mm en buitendiameter van 60 mm). De middenelektroden zijn gepositioneerd volgens het 10-20 EEG-systeem: in het midden tussen AF4 en F4, wat overeenkomt met de kruising tussen BA9 en BA46 (d.w.z. rechter dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC)); en P4, wat overeenkomt met de rechter posterieure pariëtale cortex (PPC). De impedantie wordt onder de 10 kOhm gehouden met behulp van een geleidende pasta (Ten20, Weaver and Company, CO, VS).

In-fase stimulatie zal bestaan ​​uit 6Hz stimulatie over de rechter DLPFC en de rechter PPC die is gesynchroniseerd (0 graden fasevertraging tussen beide locaties), terwijl anti-fase stimulatie gedesynchroniseerde 6 Hz stimulatie zal gebruiken (180 graden fasevertraging tussen beide locaties). Om een ​​consistente fasevertraging te garanderen, wordt stimulatie gedurende 1 minuut toegepast, vervolgens gestopt en na 5 seconden opnieuw gestart. De schijnstimulatie maakt gebruik van trillingen van 6 Hz in plaats van elektrische stroom om het fysieke kloppende gevoel na te bootsen.