Conventionele of high-definition tDCS om het leren van impliciete motorische sequenties bij gezonde jonge volwassenen te verbeteren?

STUDIE ONTWERP

De onderzoekers zullen een enkelblind, schijngecontroleerd, gecompenseerd onderzoek uitvoeren. Voor het sequentiespecifieke aspect van IMSL (primaire uitkomst) zal een gemengde factoriële ANOVA met herhaalde metingen worden uitgevoerd met "apparaat" (2 niveaus: conventionele tDCS, HD tDCS) als factor tussen proefpersonen en "stimulatie" (2 niveaus: anode, schijnvertoning), "blokken" (2 niveaus: willekeurig blok, gemiddelde van aangrenzende blokken) en "tijd" (3 niveaus: tijdens, na 5 minuten, na 1 week) als factoren binnen de proefpersoon. Evenzo zal voor algemeen leren (secundair resultaat) een ANOVA met herhaalde metingen met gemengde factoren worden uitgevoerd met "apparaat" (2 niveaus: conventionele tDCS, HD tDCS) als factor tussen proefpersonen en "stimulatie" (2 niveaus: anode, schijn) , "blokken" (7 niveaus: blokken 1-6, blok 8) en "tijd" (3 niveaus: tijdens, na 5 minuten, na 1 week) als factoren binnen de proefpersoon. Deelnemers worden willekeurig toegewezen aan de conventionele tDCS-groep of de HD tDCS-groep door blokrandomisatie. Alle deelnemers krijgen zowel anodale (echte) als sham (placebo) tDCS in willekeurige volgorde. Het tegenwicht wordt uitgevoerd door een onafhankelijke onderzoeker met behulp van Microsoft Excel®.

WERVINGSSTRATEGIE

Gezonde jongvolwassenen zullen geworven worden aan de Vrije Universiteit Brussel. Er zijn geen beperkingen of verboden voor de onderwerpen.

MATERIALEN

Voor de conventionele tDCS zal een 1x1 Low Intensity Direct Current Stimulator (Soterix Medical Inc, New York, VS) worden gebruikt om tDCS te genereren en toe te dienen via een paar identieke vierkante rubberen elektroden (afmeting 35 cm2), geplaatst in rechthoekige met zoutoplossing doordrenkte sponzen. Voor de stimulatie van M1 worden elektroden over C3 of C4 geplaatst volgens het internationale 10-20 elektro-encefalogramsysteem, passend bij de M1 contralateraal van de uitvoerende hand. De referentie-elektrode wordt op F1 of F2 geplaatst, ipsilateraal ten opzichte van de uitvoerende hand.

De huidige stimulatie wordt langzaam opgevoerd van 0 milliampère (mA) tot 2 mA in één minuut. Voor de anodische tDCS-conditie zal deze intensiteit worden gehandhaafd gedurende de duur van de SRT-taak (ongeveer 20 minuten), wat ruim binnen de evidence-based veiligheidsnormen voor tDCS ligt. Dit resulteert in een stroomdichtheid van 0,057 mA/cm2. Voor de sham tDCS-conditie - buiten medeweten van de proefpersoon - zal de stimulatie geleidelijk worden verlaagd naar 0 mA onmiddellijk na de aanloopperiode van één minuut. Tijdens het laatste blok van de SRT-taak wordt dit geleidelijk op- en afbouwen van de huidige stimulatie herhaald om het proces van verblinding van deelnemers te optimaliseren. Om te controleren op verblinding van de proefpersonen, zal na de laatste sessie aan de proefpersonen worden gevraagd of zij al dan niet op de hoogte waren van de stimulatieconditie. Voorbijgaande bijwerkingen worden tijdens en twee weken na het tDCS-protocol door de onderzoeker geïnventariseerd en kunnen een licht jeukend gevoel onder de elektrode, roodheid van de huid onder de elektrode, hoofdpijn, misselijkheid, vermoeidheid of slapeloosheid omvatten.

Voor de High Definition tDCS zal een 4x1 Multichannel Stimulation Adapter (Soterix Medical Inc, New York, VS) worden gebruikt om HD tDCS over M1 te leveren. Door het conventionele tDCS-apparaat (hierboven beschreven) aan te sluiten op deze Multichannel Stimulation Adapter, wordt de gelijkstroom geleverd langs de 4x1 HD tDCS-configuratie, waardoor neuromodulatie beperkt blijft tot het gewenste gebied. In tegenstelling tot de relatief grote sponselektroden die worden gebruikt in conventionele tDCS-montages (Figuur 1A), wordt stimulatie via HD tDCS geleverd door middel van één centrale gelelektrode en vier retourelektroden die zijn geplaatst in plastic omhulsels ingebed in een EEG-dop (Figuur 1B ). Het apparaat wordt ingesteld volgens het uitgebreide experimentele protocol van Villamar en collega's (2013). Voor de stimulatie van de linker M1, contralateraal van de uitvoerende rechterhand, wordt de anodische stimulatie afgegeven via de centrale elektrode die overeenkomt met C3 en op zijn plaats gehouden met behulp van de speciaal ontworpen synthetische dop om de HD-tDCS-elektroden op het hoofd te houden. De retourelektroden zijn geplaatst op Cz, F3, T7 en P3 (internationaal 10-20 elektro-encefalogramsysteem), zie figuur 2. Voor de rechter M1, contralateraal van de uitvoerende linkerhand, wordt de centrale elektrode op C4 geplaatst met de retourelektroden op Cz, F4, T8 en P4. De stimulerende (anodale) gelijkstroom zal gedurende 60 seconden worden opgevoerd tot een intensiteit van 2 mA en gedurende de duur van de SRT-taak (ongeveer 20 minuten) worden aangehouden.

De Serial Reaction Time-taak (SRT-taak) wordt gebruikt om IMSL te bepalen. De SRT-taak wordt uitgevoerd op een laptop met behulp van E-Prime®-software (Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania, VS). Deelnemers wordt gevraagd om op de horizontaal uitgelijnde antwoordtoetsen C, V, B, N van een standaard azerty-toetsenbord te drukken voor respectievelijk een meest linkse, linkse, rechtse en meest rechtse doelstelling. Antwoorden worden gegeven met de wijsvinger van de minst aangedane hand in het geval van de personen met PD en met de dominante hand in het geval van de gezonde controles. Als bij personen met PD beide handen in gelijke mate zijn aangedaan, wordt ook de dominante hand gebruikt. De antwoordtoetsen C, V, B en N zijn de enige zichtbare toetsen, alle andere toetsen zijn bedekt.

PROCEDURE

Het experiment vindt plaats in een laboratorium van de Vrije Universiteit Brussel (VUB) of in een stilteruimte bij de deelnemer thuis, onder toezicht van de onderzoeker.

Aansluitend aan een screeningsessie (T0), waarin baseline demografische kenmerken (geslacht, leeftijd, dominante hand) worden verzameld. Deelnemers worden toegewezen aan de conventionele tDCS-groep of de HD tDCS-groep en worden vier keer (T1-T4) gezien in de loop van minimaal vijf tot maximaal elf weken. Alle vier de sessies beginnen met een SRT-oefentaak van één willekeurig blok van 25 trials, gevolgd door de eigenlijke experimentele SRT-taak van acht blokken van 72 trials met een pauze van dertig seconden tussen opeenvolgende blokken. In blokken 1 tot en met 6 en blok 8 wordt de volgorde van het doel (d.w.z. zwarte stip) locaties volgen een herhalende reeks. Dit is niet bekend bij de deelnemer. De grondgedachte is dat de reactietijden afnemen bij herhaling van de reeks in blok 1-6 en 8, wat duidt op een algemeen trainingseffect (secundaire uitkomstmaat). Wanneer de zich herhalende reeks plotseling verandert in een willekeurige reeks in blok 7, zal de reactietijd toenemen in blok 7 en nog eens afnemen in blok 8 met regelmatige reeksen, wat duidt op een reeksspecifiek leereffect (primaire uitkomstmaat). Om mogelijke verslepingseffecten te controleren, volgt de SRT-taak een andere volgorde in elke stimulatieconditie (bijv. 132342134142 in T1-T2 en 243413241213 in T3-T4). Om ervoor te zorgen dat IMSL onafhankelijk is van een specifieke reeks, zullen zes verschillende, structureel identieke reeksen van 12 elementen lang worden gecompenseerd tussen de deelnemers.

De eerste interventiesessie (T1) wordt minimaal 1 week na de screeningsessie (T0) gepland en bestaat uit actieve (anodale) tDCS of sham (placebo) tDCS toegediend tijdens de SRT-taak. Vijf minuten na tDCS wordt proefpersonen gevraagd om een ​​korte versie van drie blokken van de SRT-taak uit te voeren zonder toepassing van tDCS om mogelijke consolidatie-effecten op korte termijn te onderzoeken: Blokken 1 en 3 volgen dezelfde regelmatige volgorde als eerder; Blok 2 volgt een willekeurige volgorde.

De tweede sessie (T2) wordt een week later ingepland. Tijdens deze post-tDCS-sessie van een week zal dezelfde, volledige versie van de SRT-taak van een week eerder worden uitgevoerd, dit keer zonder toepassing van tDCS, om mogelijke langetermijnconsolidatie-effecten te bepalen. Na T2 zal een wash-outperiode van ten minste drie weken worden gepland om te controleren op verslepingseffecten tussen de twee stimulatiecondities (actieve/schijn-tDCS). Cross-over vindt plaats en dezelfde procedure met de tegenovergestelde stimulatieconditie wordt herhaald tijdens de derde (T3) interventionele en vierde (T4) follow-upsessie. De helft van de deelnemers in elke groep heeft actieve tDCS gekregen tijdens T1 en schijn-tDCS tijdens T3, terwijl de andere helft van de deelnemers deze aandoeningen in omgekeerde en willekeurige volgorde heeft gekregen.

De huidige stimulatie wordt in één minuut langzaam opgevoerd van 0 mA naar 2 mA. Voor de anodische tDCS-conditie zal deze intensiteit behouden blijven gedurende de duur van de SRT-taak (ongeveer 20 minuten). omhoog hellend.

Een post-SRT-taakvragenlijst zal worden ingevuld na de laatste sessie (T4) om te bepalen of deelnemers zich bewust werden van de sequentiële aard van de taak. Als deelnemers aangeven dat ze denken dat er een bepaalde sequentie is verschenen, zullen ze de sequentie van de laatste sessie zo correct mogelijk moeten reproduceren.

STATISTISCHE ANALYSE

Alle statistische analyses worden uitgevoerd met behulp van International Business Machines (IBM) Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) Statistics versie 26. Het significantieniveau wordt gesteld op α = 0,05. Een trend naar significantie wordt gedefinieerd als 0,05 ≤ α < 0,10. Waar nodig zullen passende correcties voor meerdere vergelijkingen worden gemaakt. Cohen's f-effectgroottes worden gerapporteerd, met waarden van .10, .25 en .40 die respectievelijk kleine, middelgrote en grote effectgroottes vertegenwoordigen.

Bij nul-effecten concluderen de onderzoekers dat er geen bewijs is voor een verschil tussen condities. De onderzoekers zullen echter ook post-hoc Bayes-factoren berekenen voor elke groep (conventionele tDCS, HD tDCS) om te beoordelen of een gebrek aan verschil in sequentieleren tussen de anodische en schijnstimulatiecondities kan worden geïnterpreteerd als bewijs voor de afwezigheid van een effect. van tDCS op sequentieel leren.

Correlatieanalyses, Bonferroni-gecorrigeerd voor meerdere vergelijkingen, zullen worden uitgevoerd om te onderzoeken of de hoeveelheid IMSL correleert met demografische variabelen (inclusief klinische subtypes van PD). Als aannames voor parametrische tests worden geschonden, wordt het niet-parametrische alternatief Spearman's Rho berekend.

De uitkomsten van de SRT-taken tijdens, 5 minuten na en een week na schijn-tDCS zullen dienen als basismetingen om te worden vergeleken met de uitkomsten na daadwerkelijke anodische tDCS.

De analyses van de SRT-taakprestaties zullen gebaseerd zijn op de mediane reactietijd (RT) per blok in plaats van op de gemiddelde RT om mogelijke uitbijtereffecten te minimaliseren. Oefenpogingen, het eerste antwoord na elke pauze, foutieve antwoorden en antwoorden na een fout worden uitgesloten van de analyses. Mediane RT's per blok zullen worden geanalyseerd om (1) een algemeen leereffect (secundaire uitkomstmaat) en (2) een sequentiespecifiek leereffect (primaire uitkomstmaat) te bepalen.

Algemene leereffecten tijdens en een week na tDCS zullen worden afgeleid uit een daling van de mediane RT's over de zeven blokken met regelmatige sequenties (d.w.z. Blokken 1-6 en Blok 8). Dit is niet van toepassing op de 5-minuten post-tDCS SRT-taak aangezien het een korte versie is met slechts drie blokken. Een ANOVA met herhaalde metingen van 2x2x2x7 zal worden uitgevoerd met apparaat (conventionele tDCS, HD tDCS) als between-subjects-factor en stimulatie (actief, schijn), tijd (tijdens, na 1 week) en blok (blokken 1-6, blok 8) zoals binnen - onderwerpen factoren.

Sequentiespecifieke leereffecten gedurende 5 minuten en 1 week na tDCS zullen worden geanalyseerd door het gemiddelde van de mediane RT's van aangrenzende blokken met sequentie af te trekken (blokken 6 en 8 tijdens stimulatie en één week na tDCS; blokken 1 en 3 op 5 minuten na tDCS) vanaf de mediane RT van het willekeurige blok (blok 7 tijdens stimulatie en 1 week na tDCS; blok 2 op 5 minuten na tDCS). Er zal een 2x2x2x3 ANOVA met herhaalde metingen (of door Friedman en Wilcoxon ondertekende rangtesten als niet-parametrische alternatieven) worden uitgevoerd met apparaat (conventionele tDCS, HD tDCS) als factor tussen proefpersonen en stimulatie (actief, schijn), sequentie (willekeurig blok, gemiddelde van aangrenzende opeenvolgende blokken) en tijd (tijdens, post5min, post1week) als factoren binnen de proefpersoon.

In het geval dat aannames van sfericiteit worden geschonden, worden Greenhouse-Geisser- of Huynh-Feldt-correcties gerapporteerd. Bonferroni-gecorrigeerde t-toetsen zullen worden geïmplementeerd om significante hoofd- en interactie-effecten verder te analyseren.

Foutpercentages in de SRT-taak zijn over het algemeen klein en daardoor, vanwege een beperkt aantal waarnemingen, minder gevoelig voor IMSL. Het percentage foutieve reacties per blok wordt berekend voor beide stimulatiecondities (anodaal, schijnvertoning) en voor de drie metingen in de tijd (gelijktijdig, na 5 minuten, na 1 week). De Shapiro-Wilk-test van residuen zal worden uitgevoerd om de normaliteit van de verdeling te evalueren.

De sequentiële score, als uitkomstmaat voor expliciete kennis, zal als covariaat worden meegenomen in de analyses. Er zal een Independent Samples t-test (of niet-parametrische alternatieve Mann-Whitney U-test) worden uitgevoerd om na te gaan of de sequentiële scores (x/12) van de conventionele tDCS-groep verschillen van de HD tDCS-groep.