Pulsert tVNS-protokoll og forsterkningslæring

Studien følger en enkeltblind randomisert cross-over-design med kun 1 innen-subjektfaktor (stimuleringstilstand, 2 nivåer: taVNS, sham) som fører til 2 eksperimentelle økter per deltaker.

Tidligere studier fokuserte hovedsakelig på administrering av tonisk stimulering, påført kontinuerlig med en 30s ON 30s OFF stimuleringsprotokoll for hele oppgavens varighet. Mer nylig har protokoller som leverer korte taVNS-utbrudd blitt utviklet for å etterligne vagale signaler nærmere. Imidlertid er optimale parametere (f.eks. stimuleringslengde, frekvens) for å frembringe fasiske signaler ennå ikke bestemt. For å teste hvilken kombinasjon av parametere som mest vellykket fremkaller fasiske responser, gjennomførte etterforskerne en pilotdatainnsamling med et sett med parametere som sammenlignet taVNS og falsk stimulering. Som en proxy for fasisk signalering, undersøkte etterforskerne pupillutvidelser mediert av locus coeruleus, et hovedmål for vagusnerven. Ti deltakere ble invitert til 2 økter (taVNS, sham) der de fikk pulsert stimulering med følgende innstillinger: stimuleringsvarighet på 1, 2 eller 3 s, stimuleringsfrekvens på 20, 25 eller 30 Hz. Som et resultat av denne piloten fant etterforskerne at de fleste pilotdeltakerne (7 av 10) viste den sterkeste taVNS-induserte responsen vs. sham ved stimulering i 1s med 20 Hz frekvens. Derfor vil denne kombinasjonen av innstillinger implementeres i løpet av hovedstudien. For stimulering brukes tVNS Health - R® (tVNS Health, Erlangen, Tyskland) og for eye-tracking SR Research Eyelink 1000Plus®.

For hovedstudien vil deltakerne bli invitert til tre eksperimentelle økter. Etterforskerne observerte betydelig interindividuell variasjon i elevresponsen på stimulering, og lignende variasjon er tidligere beskrevet for taVNS-induserte hjerneresponser. Denne variasjonen kan delvis være relatert til forskjellige anatomiske egenskaper. Derfor vil deltakerne først fullføre en øyesporingsøkt for å evaluere elevresponsen på korte taVNS-pulser. Etterforskerne inviterer da bare deltakere som svarer på taVNS til nevrobildeøktene for å teste om korte stimuleringspulser i prinsippet kan indusere fasiske signaler. I den første økten innhentes informert samtykke. Elevresponsen på stimulering med de valgte stimuleringsinnstillingene (1s og 20Hz, 45 forsøk, ~25min) som sammenligner taVNS og falsk stimulering (to blokker atskilt med en 5-minutters pause etter en randomisert rekkefølge) vil bli testet for å bekrefte at de fremkaller en robust pupillerespons. taVNS ved høyre cymba concha for aktiv taVNS og falsk stimulering ved øreflippen vil bli brukt. For de to nevrobildeøktene planlegger etterforskerne å invitere deltakere som viste større pupillutvidelse for taVNS vs. falsk stimulering under den første økten. Etterforskerne vil administrere taVNS i den ene sesjonen og humbug i den andre. Sesjonsrekkefølgen vil bli randomisert. Under kalibrering vil stimuleringsintensiteten justeres for å tilsvare en mild prikkende følelse for taVNS og sham. Som tidligere rapportert, vil intensiteten økes fra 0,1 mA i trinn på 0,1 mA til deltakeren rapporterer å oppleve denne følelsen. For å sikre effektiv blinding vil etterforskerne pare ikke-vinnende signaler (for blokkene der stimulering er sammenkoblet med givende tilbakemelding) eller handlinger assosiert med feil stimulus (signalet som er mindre sannsynlig å gi en belønning i blokkene der stimulering er sammenkoblet med en handling) med lav intensitet (0,1 mA) stimulering. Dette fungerer som en ekstra kontrollbetingelse for å sammenligne effekten av den faktiske stimuleringen (høy intensitet) med stimulering som ikke skal aktivere vagale afferenter (lav intensitet). Deltakerne vil bli informert om at de vil motta stimulering med varierende intensitet i alle forsøk, selv om stimuleringen ikke alltid vil bli oppfattet.

Før de går inn i skanneren, vil deltakerne fullføre en kort øvelse av den instrumentelle læringsoppgaven for å bli kjent med strukturen og prosedyren for oppgaven. Deretter vil deltakerne gå inn i fMRI-skanneren. Her vil etterforskerne gjennomføre en kalibrering av stimuleringsintensiteten samt en annen kort øvelse av oppgaven for å kalibrere gripekraftenheten som ble brukt under oppgaven. Etter denne andre praksisen vil et anatomisk bilde bli tatt, etterfulgt av en hviletilstandsmåling for funksjonelle tilkoblingsanalyser. Under målingen vil det vises en film for å redusere bevegelse og forhindre at deltakeren sovner (Inscapes). For å avslutte økten, vil deltakerne utføre den instrumentelle læringsoppgaven (beskrevet i avsnittet nedenfor) med samtidig taVNS eller falsk stimulering (~1 time med stimulering).

Instrumentell læringsoppgave En probabilistisk læringsoppgave for å evaluere potensialet til pulsert taVNS på instrumentell læring vil bli brukt der deltakerne må lære hvilke handlinger som er relatert til høyere sannsynlighet for belønning basert på spesifikke signaler. Deltakerne vil bli presentert for par med abstrakte stimuli og vil lære gjennom prøving og feiling hvilken signal som er mer sannsynlig å gi en belønning. For hvert par stimuli vil deltakerne bli bedt om å velge én stimulus ved å trykke på en gripekraftenhet i 3 sekunder på rad. De vil holde en gripekraftenhet i hver hånd og blir bedt om å trykke på gripekraften som tilsvarer siden av den valgte stimulansen.

For å gi varierende vanskelighetsgrader, vil vinnersannsynlighetene for den "riktige" stimulansen være forskjellig mellom enkle og harde forsøk. I enkle forsøk vil vinnersannsynligheten for riktig stimulus være 0,75, noe som betyr at valg av tilhørende handling vil resultere i en belønning 75 % av tiden. I harde forsøk vil vinnersannsynligheten for riktig stimulus være litt lavere ved 0,65. Vinnsannsynligheten for den andre stimulansen (den "feil" stimulusen) vil bli beregnet som 1 minus sannsynligheten for riktig stimulus.

Oppgaven vil bestå av åtte køpar fordelt på fire blokker. Hver blokk inneholder to par, ett med høy vanskelighetsgrad og ett med lav vanskelighetsgrad. I løpet av to blokker vil deltakerne bli stimulert med høyintensitetsstimulering når de mottar en belønning, uavhengig av den valgte handlingen. I løpet av de to andre blokkene vil stimulering bli administrert når deltakerne utfører handlingen knyttet til den riktige stimulansen (signalet som er mer sannsynlig å gi en belønning), uavhengig av utfallet. Som en ekstra kontrollbetingelse i tillegg til sham, vil intensiteten varieres mellom lavintensitets taVNS som er utilstrekkelig til å indusere vagal aktivering (konstant mellom alle deltakere) og høyintensitetsstimulering som bestemt av individuell kalibrering. For hvert forsøk vil det riktige valget motta høyintensitetsstimulering, mens det feilaktige valget vil pares med lavintensitetsstimulering.