Effekten av mental tretthet på cerebral oksygenering under utholdenhetstrening

Etterforskerne bruker en randomisert, blindet, placebokontrollert, motbalansert, cross-over-design. Den egentlige hensikten med studien vil holde tilbake fra deltakerne ved å rekruttere deltakere som ikke er klar over de mulige negative effektene av mental tretthet. Vi vil informere deltakerne på en måte som forklarer studien som en undersøkelse om påvirkning av ulike kognitive oppgaver på en påfølgende sykling. etterforskerne vil etterstrebe like forventninger til alle deltakerne i både den eksperimentelle og kontrollforsøket om påvirkning av den kognitive oppgaven på den kognitive og sykkeloppgaven. På slutten av den siste studien vil etterforskerne stille et standardisert spørsmål for å følge opp deres tanker om formålet med studien.

Eksperimentet vil bestå av 3 påfølgende forsøk utført i et lydisolert klimakammer (20°C og 40 % RF) ved VUB. Deltakerne vil bli bedt om å returnere 3 påfølgende uker. Opplært personale (pre-doktorale forskere og trente masterstudenter) vil være tilstede under de eksperimentelle forsøkene. Under det første besøket vil forsøkspersonene lese og signere det informerte samtykket og få en grundig forklaring på hva som forventes av dem, etterpå vil de ha mulighet til å stille spørsmål. Etter signering fullfører deltakerne en familiariseringsforsøk der de vil fullføre alle prosedyrer som om det var en eksperimentell prøve, bortsett fra den 60 min kognitive oppgaven. I stedet for den 60-minutters kognitive oppgaven vil deltakernes maksimale kognitive kapasitet bli bestemt. Derfor vil en Stroop-oppgave delt inn i blokker med 96 stimuli bli brukt. Etter hver blokk vil nøyaktigheten (ACC) beregnes. Når ACC er høyere enn 85 %, vil vanskelighetsgraden til Stroop-oppgaven økes ved å redusere stimuluspresentasjonstiden (SPT). Hvis ACC er lavere enn 85 %, vil denne blokkeringen betraktes som en "feil", og forsøkspersonen må gjøre blokkeringen på nytt uten å endre SPT. Den første blokken vil ha en SPT på 1500 ms og vil ha som hovedmål å bli kjent med oppgaven. Når den nødvendige nøyaktigheten er oppnådd, vil SPT reduseres i følgende rekkefølge: 1100, 900, 800, 700, 650, 600, 550 ms... for å bestemme den individuelle kognitive belastningen. Før starten av hver blokk vil forsøkspersonene kunne ta en pause hvis de vil. Når forsøkspersonen gjør tre feil på rad, eller fem feil i løpet av hele prøven, anses prøven som fullført og vil bli avsluttet. SPT-en for den siste, vellykket fullførte blokken vil bli betraktet som den maksimale kapasiteten til den personen og vil bli brukt til å individualisere vanskelighetsgraden til den 60-minutters Stroop-oppgaven. Det vil være en fortløpende tilbakemelding av forestillingen for å motivere forsøkspersonene, slik dette er påpekt av Kurzban et al. å være viktig for oppgaveengasjement.

De neste to forsøkene vil bli utført i en balansert randomisert rekkefølge, en mental utmattelsesstudie (MF) og en kontrollstudie (CON). Randomisering vil bli sikret ved å bruke et nettbasert dataprogram (www.randomization.com) for å bestemme behandlingsrekkefølge (MF- eller CON-studie; se intervensjon for detaljer). Alle forsøk vil bli adskilt med minst 5 dager for å sikre full restitusjon.

Etter ankomst til laboratoriet for de eksperimentelle forsøkene vil deltakerne bli bedt om å gå på toalettet, hvoretter de går inn i klimakammeret som har nådd 20°C og 40%RH. Deltakerne må fylle ut 2 spørreskjemaer (~3min) for å estimere humør og motivasjon. NIRS utstyr vil bli brukt. NIRS-optodeparet vil bli brukt prefrontalt. NIRS-måling vil begynne å verifisere hemodynamiske endringer i løpet av absorpsjonsperioden. Fysiologiske mål (HR, SaO2, BP, Hb, Respirasjonsfrekvens (RR), Glukose, NIRS, ventilasjon (VE), Blodlaktat (BL) vil bli registrert.

Go/NoGo. Som en manipulasjonssjekk vil Go/NoGo-paradigmeoppgaven bli brukt til å vurdere kognitiv ytelse som foreslått av Guo et al. (2018) og Kato et al. (2009). Deltakerne skal reagere på ulike stimuli som vises på en dataskjerm plassert ca. 1 meter fra motivet, foran en skjerm med generelle instruksjoner. To forskjellige stimuli var tilstede samtidig: en Go eller NoGo stimulus, og en venstre eller høyre stimulus (som betyr at fire kombinasjoner er mulige: GoRight, GoLeft, NoGoRight og NoGoLeft). Hvis en Go-stimulus presenteres, blir deltakerne instruert til å reagere på venstre eller høyre stimuli med de tilsvarende pilene. Imidlertid, hvis en NoGo-stimulus presenteres, blir deltakerne bedt om å avstå fra å reagere på enten venstre eller høyre stimuli. Dette foreslåtte paradigmet måler oppmerksomhet, responshemming og arbeidsminne, eksekutive funksjoner som alle konsekvent er negativt påvirket av MF. Stimuli vil bli presentert i 500 ms, med en varierende interstimuleringstid mellom 1100 og 1700 ms. Utfall for Go-prøver inkluderer reaksjonstid og nøyaktighet, mens resultatet for NoGo-prøver kun er nøyaktighet. Forholdet mellom Go/NoGo-prøver vil være henholdsvis 80 til 20 %. Siden forsøkene gjelder syv forskjellige interstimulustider, består 1 prøvesyklus av 56 Go- og 14 NoGo-prøver. Dessuten, for å konsekvent oppdage store ERP-er, har forskning antydet at mellom 30 og 40 stimuli bør være tilstede. Derfor, for å kunne undersøke ERP-er i NoGo-forsøk, er det nødvendig med minst 3 sykluser å fullføre, noe som fører til en total oppgavevarighet på ca. 6,5 minutter (regnet med en gjennomsnittlig prøvevarighet på 1900 ms).

Mental tretthetsoppgave:

En modifisert Stroop-oppgave, basert på deres ytelse under maks test (familiariseringsøkt) på ca. 60 minutter, delt inn i 6 blokker med 336 stimuli, vil bli brukt som den mentalt utmattende oppgaven. I denne oppgaven vil fire fargede ord ("rød", "blå", "grønn" og "geel") presenteres ett om gangen på en dataskjerm. Deltakerne vil bli bedt om å angi fargen på ordet, og ignorere betydningen av selve ordet. Hvis blekkfargen derimot er rød, vil knappen som skal trykkes være knappen knyttet til ordets virkelige betydning, ikke blekkfargen. Ordet som presenteres og dets blekkfarge vil bli tilfeldig valgt av datamaskinen (100 % inkongruent), med alle inkongruente ord-fargekombinasjoner som er like vanlige (som betyr at i hver blokk vil 84 ord presenteres i fargene rød, gul, grønn og blå). Hvert ord vil bli presentert på skjermen i 34-punkts skrift i 1000 ms med et interstimulusintervall basert på deres ytelse på maks-testen. Forsøkspersonene vil bli bedt om å svare så raskt og nøyaktig som mulig. For å vurdere ytelsesnøyaktighet (ACC) og reaksjonstid (RT) vil det bli samlet inn og gjennomsnittet hver blokk. Hver av de 6 blokkene vil bli adskilt av en 30-talls periode hvor stimuli vil fortsette å presentere seg selv, men hvor forskerne vil vurdere mental fatigue visual analog skala (M-VAS). Forsøkspersonene vil bli bedt om å tegne en linje med sin dominerende hånd på M-VAS og fortsette å svare med sin ikke-dominante hånd for de fire forskjellige stimuli. Stroop Task-resultater fra disse 30-tallsperiodene vil ikke bli tatt i betraktning slik at deltakerne kan fylle ut M-VAS-skalaen og tilbakestille fokuset på Stroop-oppgaven. I løpet av hver blokk vil NIRS, HR, RR og SaO2 data bli vurdert og gjennomsnittet.

Kontrolloppgave:

I kontrolloppgaven må forsøkspersonene se en dokumentar i 60 minutter på den samme dataskjermen som den som ble brukt til den eksperimentelle prøven. For å unngå under- og overopphisselse vil motivene ha muligheten til å velge mellom flere episoder (One Planet, Frozen Worlds, Jungles, Costal Seas, From Desserts to Grasslands, The High Seas, Fresh Water and Forests) av Netflix dokumentar "Our Planet, 2019" som foreslått av forskerteamet. Under kontrolloppgaven vil fysiologiske og psykologiske tiltak bli vurdert på samme tidspunkt som under mentaltretthetsforsøket.

Sykkeltest på tid til utmattelse (TTE):

Etter å ha fullført MF- eller kontrolloppgaven. Deltakerne vil bli bedt om å delta på (foreslått) sykkelergometer (Lode Excalibur Sport, Groningen, Nederland). Etter 2 minutters passiv sitting på ergometeret vil en 2-minutters NIRS-basislinje bli målt. Når alle grunnlinjemålene er samlet inn, vil deltakerne utføre en 3-minutters oppvarming ved 40 % av maksimal effekt etterfulgt av en rektangulær arbeidsbelastning ved en effekt som tilsvarer deres forhåndsbestemte respirasjonskompensasjonspunkt (±80 % toppeffekt). Pedalfrekvensen ble fritt valgt mellom 60 og 100 RPM og ble registrert hvert minutt. TTE ble målt fra starten av den rektangulære arbeidsbelastningen til pedalfrekvensen var mindre enn 60 RPM i mer enn 5 s til tross for standardisert verbal oppmuntring gitt av en forskningsassistent som var blind for behandlingstildeling. Denne TTE-oppgaven ble valgt, basert på en tidligere studie av Marcora et al. (2009), som fant at mental tretthet svekker fysisk ytelse. En forsker vil sitte bak emnet for å sikre etterlevelse av behandlingen. Forsøkspersonene vil utstyres med pulsmåler for kontinuerlig å følge opp puls (HR). Subjektiv psykologisk vurdering vil finne sted med en M-VAS-skala, National Aeronautics and Space Administration Task Load Index (NASA-TLX), skalaene for suksessmotivasjon og indre motivasjon utviklet og validert av Matthews et al., Karolinska Sleepiness Scale (KSS) ) og visuell analog skala for kjedsomhet (B-VAS).