Wzmocnienie leczenia urojeń w schizofrenii poprzez neuromodulację (tACS)

Zamiar:

Celem niniejszej pracy jest udoskonalenie formy niefarmakologicznego leczenia urojeń w schizofrenii za pomocą neuromodulacji oraz potwierdzenie efektu za pomocą elektroencefalogramu (EEG) i pomiarów behawioralnych (Whitman i in., w druku; Whitman, Minz i Woodward, 2013). W szczególności przezczaszkowa stymulacja prądem zmiennym (tACS) zostanie wykorzystana do poprawy wyników udziału w treningu metapoznawczym (MCT) w leczeniu psychozy.

MCT to program grupowy opracowany bezpośrednio na podstawie aktualnych wyników badań neuropsychiatrii poznawczej dotyczących schizofrenii i psychozy. MCT dzieli się wiedzą zdobytą w laboratoriach badawczych, aby pomóc osobom doświadczającym psychozy stać się bardziej świadomymi wzorców myślenia związanych z ich chorobą. Głównym celem treningu metapoznawczego jest pomoc ludziom w zmianie wzorców myślenia, które powodują urojenia, a tym samym uniknięcie nawrotów choroby lub zmniejszenie wpływu urojeń (Moritz i in., 2014).

tACS to nieinwazyjna technika stymulacji mózgu, w której słaby prąd elektryczny jest przykładany do głowy w celu zmiany prawdopodobieństwa wyładowania nerwowego w obszarze kory mózgowej pod elektrodami stymulacyjnymi (Antal i Paulus, 2013).

Hipoteza:

Neuromodulacja zwiększy korzyści programu leczenia niefarmakologicznego MCT w zmniejszaniu nasilenia urojeń w schizofrenii.

Uzasadnienie:

Jest teraz jasne, że pomaganie osobom ze schizofrenią w uświadomieniu sobie wzorców myślenia leżących u podstaw urojeń zapewnia skuteczne narzędzia przeciwdziałania tym wzorcom myślenia (Moritz i in., 2013; Mortiz i in., 2014). Program leczenia urojeń MCT polega na doświadczaniu sytuacji, w których należy kwestionować codzienną interpretację rzeczywistości. Badania empiryczne i metaanalizy wskazują, że MCT jest skuteczny nawet do trzech lat po zakończeniu leczenia (w stosunku do aktywnych warunków kontrolnych i leczenia jak zwykle (TAU)).

Pomimo tych sukcesów, żadnego leczenia schizofrenii nie można uznać za wysoce skuteczne i zawsze istnieje miejsce na poprawę wielkości efektu. Neuromodulacja może zapewnić tę poprawę poprzez ukierunkowanie patologicznego funkcjonowania mózgu w kierunku zdrowego stanu przed MCT, zwiększając otwartość na kwestionowanie codziennych interpretacji rzeczywistości i wzmacniając efekt leczenia urojeń MCT. tACS jest prawie całkowicie nieinwazyjny i czysto modulacyjny, zmieniając prawdopodobieństwo wyładowań nerwowych w obszarze kory mózgowej pod elektrodami stymulującymi. Możliwe jest teraz modulowanie przy różnych częstotliwościach oscylacji, zgodnie z tym, jak zdrowy mózg funkcjonuje podczas interpretacji rzeczywistości.

Proponowane badania obejmują zastosowanie protokołów neuromodulacji ukierunkowanej na oscylacje do ukierunkowania funkcjonowania mózgu w kierunku stanu, który sprzyja kwestionowaniu codziennych interpretacji rzeczywistości, zmniejszając w ten sposób nasilenie urojeń i wzmacniając reakcję na program treningowy leczenia urojeń w schizofrenii poprzez zwiększenie wglądu w schematy myślenia, które prowadzą do myślenia urojeniowego. Badacze planują udokumentować zmiany w mózgu wywołane przez neuromodulację za pomocą pomiarów wydajności i EEG podejmowanych w zadaniu decyzyjnym, które obejmuje interpretację rzeczywistości i dla którego wydajność koreluje z nasileniem urojeń. Zadanie to obejmuje ocenę prawdopodobieństwa dopasowania dowodów do hipotezy i wykazano, że to oceniane prawdopodobieństwo wzrasta, gdy pacjenci mają silne urojenia. Badacze wykazali, że ten stan zadania (tj. dopasowanie dowodu do hipotezy) wywołuje wzrost mocy alfa w sieci pozytywnej zadania i spadek mocy beta w sieci trybu domyślnego (Whitman i in., w druku). Sugeruje to, że maksymalizacja mocy pasma alfa w sieci zadaniowo-pozytywnej powinna skierować mózg w kierunku zdrowszego stanu do ważenia dowodów w celu przetestowania hipotez dotyczących rzeczywistości, co można potwierdzić za pomocą EEG i środków behawioralnych podjętych w ramach wspomnianego zadania decyzyjnego , podwyższoną odpowiedź na MCT i odpowiadające im zmniejszenie nasilenia urojeń.

Projekt badawczy:

Neuromodulacja obejmująca tACS będzie ukierunkowana na zwiększenie mocy pasma alfa w grzbietowo-przyśrodkowych obszarach przedczołowych i oczekuje się, że zmniejszy to również moc pasma beta w obszarach brzuszno-przyśrodkowych. Potwierdzą to zapisy EEG i szacunki źródłowe (Whitman i in., w druku; Whitman, Minz & Woodward, 2013). MCT to czterotygodniowy program z ośmioma jednogodzinnymi sesjami. TAU to czterotygodniowa grupa kontrolna listy oczekujących. Pozorowana neuromodulacja będzie obejmować zastosowanie losowych wzorców prądów o niskim natężeniu do tego samego obszaru mózgu, co warunki neuromodulacji (Antal i Paulus, 2013). Nasilenie urojeń będzie mierzone za pomocą Skali Oceny Objawów Psychotycznych w psychozie (PSYRATS) (Haddock i in., 1999). Interesującą miarą behawioralną jest ocena dopasowania między dowodem a hipotezą, która powinna się zmniejszać wraz ze zmniejszaniem się urojeń.

Analiza statystyczna:

Pomiędzy grupami (neuromodulacja/MCT vs. pozorowana/MCT vs neuromodulacja/TAU) analizy wariancji (ANOVA) zostaną przeprowadzone na wynikach zmian obliczonych na podstawie pomiarów behawioralnych i nasilenia urojeń, przed i po MCT lub TAU, zgodnie z hipotezą że zmniejszenie nasilenia urojeń będzie większe w warunkach neuromodulacji/MCT w stosunku do warunków pozorowanych/MCT i neuromodulacji/TAU.

Badania fazy kontrolnej: badanie DREAM, badanie mózgu słyszącego i badanie wpływu neuromodulacji na badanie sakad. Każdy opisany poniżej.

Cel badań fazy kontrolnej:

Celem tych badań jest ustalenie skuteczności systemu EGI GTEN w modulowaniu oscylacji mózgowych w korze mózgowej zdrowych uczestników za pomocą przezczaszkowej stymulacji prądem przemiennym (tACS). W tej kontrolnej/pilotażowej fazie naszego badania naszym celem jest ustalenie, czy możemy indukować zmiany mocy określonego pasma częstotliwości w docelowych obszarach kory za pomocą neuromodulacji przy użyciu systemu GTEN, i ocenimy, czy robienie tego tymczasowo zmienia wydajność na prostych procesy poznawcze i percepcyjne w zdrowych kontrolach. Będzie to pierwszy krok w kierunku przełożenia naszego protokołu stymulacji na populację pacjentów w naszym podstawowym badaniu będącym przedmiotem zainteresowania (tACS jako dodatek do treningu metapoznawczego w przypadku urojeń w psychozie).

Uzasadnienie badań fazy kontrolnej:

Przezczaszkowa stymulacja prądem przemiennym (tACS) to nieinwazyjna metoda stosowana do wpływania na trwające oscylacje mózgu u ludzi poprzez stosowanie prądów sinusoidalnych na skórę głowy (Antal i Paulus, 2013; Vosskuhl, Strüber i Herrmann, 2018). Oscylacje ludzkiego mózgu, mierzone za pomocą elektroencefalografii (EEG), wahają się od 1 do 100 Hz i są określane jako delta (1-3 Hz), theta (4-8 Hz), alfa (8-12 Hz), beta-1 (13-30 Hz) i gamma (30-40 Hz). Oscylacje, generowane spontanicznie lub w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne, są wynikiem rytmicznej lub powtarzalnej aktywności elektrycznej komórek i wiadomo, że biorą udział w komunikacji regionów mózgu (Vosskuhl i in., 2018). Synchronizacja rytmicznej aktywności elektrycznej prowadzi do zwiększenia mocy w paśmie częstotliwości rytmicznej aktywności. Na przykład prezentacja bodźca słuchowego („porwanie słuchowe”) o częstotliwości 40 Hz zwiększa moc oscylacji mózgu o częstotliwości 40 Hz w korze słuchowej; zjawisko to znane jest jako Auditory Steady-State Response (ASSR; Galambos, Makeig, & Talmachoff, 1981; O'Donnell i in., 2013).

Poprzednie badania opierały się głównie na systemach wykorzystujących dwie duże elektrody na skórze głowy do modulowania podstawowej aktywności mózgu w interesującym zakresie częstotliwości oscylacji. GTEN ma 256 potencjalnych miejsc stymulacji, a także zaawansowane techniki lokalizacji źródła, pozwalające na precyzyjne planowanie i podawanie prądu za pomocą dostosowanych kombinacji elektrod zgodnie z „zasadą wzajemności” (Dmochowski, Koessler, Norcia, Bikson i Parra, 2017; Fernandez-Corazza, Turowec, Luu, Anderson i Tucker, 2016). „Zasada wzajemności” to proces umożliwiający optymalne ukierunkowanie/stymulację mózgowych źródeł zarejestrowanego sygnału EEG. System GTEN ma wbudowane oprogramowanie właśnie do tego celu, umożliwiające naukowcom programowanie elektrod z dominującą mocą częstotliwości oscylacji, przy użyciu małego podzbioru elektrod (4-7), aby optymalnie celować w interesujące obszary mózgu. Ta zasada wzajemności jest przełomowa w swojej zdolności do demonstrowania związków przyczynowych między mózgiem a zachowaniem: poprzez celowanie w same źródła mózgowe wytwarzające aktywność mózgu będącą przedmiotem zainteresowania i zastosowanie tACS przy jednoczesnej obserwacji wpływu behawioralnego na wydajność (np. czas reakcji, dokładność), można eksperymentalnie powiązać procesy poznawcze z określonymi wzorcami oscylacji mózgu. Ustalenie, że jesteśmy w stanie wykorzystać te metody w ten sposób, będzie ważnym prekursorem naszych badań nad tACS jako uzupełnieniem treningu metapoznawczego w przypadku urojeń. Nasza praca wykorzystująca tACS do ukierunkowania bieżącej aktywności sieciowej w mózgu opiera się na możliwości dokładnego ukierunkowania tych sieci, które wytwarzają interesującą aktywność, i udokumentowania, czy robienie tego tymczasowo zmienia wydajność prostych zadań poznawczych.

Nasza faza „pilotażowa/kontrolna” ze zdrowymi kontrolami zapozna nas z systemem GTEN i umożliwi optymalizację parametrów, w ramach których GTEN tACS wywołuje krótkoterminowe zmiany w pobudliwości korowej i procesach poznawczych. Spostrzeżenia te będą stanowić podstawę naszego większego badania skupiającego się na wzmocnieniu leczenia metapoznawczego urojeń w schizofrenii za pomocą neuromodulacji. Hearing Brain”) zbada stopień, w jakim GTEN tACS zastosowany w korze słuchowej naśladuje i/lub wpływa na ASSR, który występuje endogennie podczas percepcji tonu słuchowego.

Aby zrozumieć, czy GTEN tACS tymczasowo zmienia wydajność procesów poznawczych poprzez zniekształcenie dominujących wzorców oscylacji, zostanie przeprowadzony drugi zestaw wstępnych badań na zdrowych kontrolach, zwany badaniem „Dynamic Reciprocal Electroencephalography and Modulation (DREAM”). Badanie DREAM zastosuje zasadę wzajemności, podczas gdy uczestnicy wykonują proste zadania poznawcze i percepcyjne. To gromadzenie danych u zdrowych osób kontrolnych będzie obejmowało metody, na których stosowanie w populacjach klinicznych otrzymaliśmy już pozwolenie etyczne (np. patrz „Wzmocnienie leczenia urojeń w schizofrenii poprzez protokół neuromodulacji”). Pilotaż tych metod posłuży jako weryfikacja, czy tACS może zmienić pobudliwość korową w obszarach korowych, które są zaangażowane w myślenie urojeniowe, na które już otrzymaliśmy pozwolenie na neuromodulację w naszym podstawowym badaniu pacjentów ze schizofrenią. Badanie pilotażowe posłuży również jako wstępne badanie, czy tACS ma wykrywalny wpływ na zadania poznawcze, które korelują z psychopatologią (np. urojeniami). Jedno zadanie polega na ocenie prawdopodobieństwa dopasowania dowodów do hipotezy i wykazano, że to oceniane prawdopodobieństwo wzrasta, gdy pacjenci mają silne urojenia.

Naszym celem jest również zbadanie behawioralnych skutków tACS w badaniu „The Effect of Neuromodulation on Saccades Study”. Zamiast stosowania złożonych zadań behawioralnych, staramy się wykorzystać prostszą i lepiej zrozumiałą reakcję behawioralną - reakcję okoruchową. W tym badaniu zamierzamy wykorzystać tACS do stymulacji obszarów zaangażowanych w kontrolę okoruchową, aby wpływać na ruchy gałek ocznych. Wzrok uczestników będzie śledzony obuocznie za pomocą systemu Eyelink 1000 (SR Research, Kanata, ON). Reakcja okoruchowa jest dobrze poznaną reakcją behawioralną, która nie jest z natury złożona i pozwoliłaby nam zbadać wpływ tACS na zachowanie, co poszerzyłoby naszą wiedzę na temat behawioralnych skutków tACS. Uzasadnieniem stosowania tACS jest to, że możemy celować w określone trwające oscylacje mózgu. W tym badaniu sprawdzającym koncepcję planujemy użyć tACS do stymulacji przednich pól oka (FEF), które, jak się spodziewamy, zakłócą naturalną równowagę sieci i spowalniają sakkady. Zatem ogólnymi celami tego badania są (1) identyfikacja oscylacji mózgu w FEF leżących u podstaw przygotowania i wykonania sakkady oraz (2) zmiana aktywności w tych sieciach poprzez neuromodulację.

Hipoteza:

W pilotażowym badaniu „Hearing Brain” postawiliśmy hipotezę, że porywanie słuchowe przy 40 Hz, jak również stymulacja GTEN przy 40 Hz, ale nie stymulacja pozorowana, zwiększy moc pasma gamma w korze słuchowej. Ponadto stawiamy hipotezę, że moc pasma gamma jest silniejsza po stymulacji GTEN w porównaniu z porywaniem słuchowym.

Jeśli chodzi o „badania DREAM”, przewidujemy, że GTEN zastosowany w oparciu o zasadę wzajemności zmieni dokładność i czas reakcji uczestników podczas wykonywania prostych zadań poznawczych i percepcyjnych. W szczególności, jeśli chodzi o pilotażowe metody badania podstawowego (Wzmocnienie leczenia urojeń w schizofrenii poprzez neuromodulację), stawiamy hipotezę, że neuromodulacja obejmująca tACS będzie ukierunkowana na zwiększenie mocy pasma alfa w grzbietowo-przyśrodkowych obszarach przedczołowych i obciąży nasz behawioralny pomiar zainteresowanie (ocena zgodności między dowodem a hipotezą (patrz ryc. 1 w „Poprawa leczenia urojeń w schizofrenii za pomocą protokołu neuromodulacji”).

Jeśli chodzi o „Badanie wpływu neuromodulacji na sakkady”, przewidujemy, co następuje: 1. Zwiększona moc oscylacji alfa w FEF zostanie wykryta przez hdEEG, gdy wykonywane są sakkady 2. Oscylacje alfa indukowane przez GTEN w FEF zwiększą opóźnienie sakkady .

Projekt badawczy:

Projekt eksperymentalny: badanie koncepcyjne „The Hearing Brain”

Użyjemy projektu międzyosobniczego, aby zbadać wpływ porywania słuchowego, neuromodulacji, stymulacji pozorowanej (warunek kontrolny) i stymulacji częstotliwości kontrolnej (warunek aktywnej kontroli) na moc pasma gamma (30-40 Hz) w korze słuchowej . Wszyscy uczestnicy zostaną przydzieleni do stanu Neuromodulacja, Pozorowana lub Aktywna kontrola (częstotliwość kontrolna), z lub bez poddania się również warunkowi porywania słuchowego.

Neuromodulacja: Dla każdego uczestnika ustalimy próg, przy którym uczestnik po raz pierwszy wykryje stymulację (np. z powodu fosfenów lub wrażeń skórnych). Zgodnie z innymi protokołami progowymi zaczniemy od stymulacji tACS przy 40 Hz i 1000 µA przez 1 sekundę i stopniowo zwiększamy amplitudę stymulacji o 250 µA do maksimum 3000 µA (Zaehle i in., 2010). Uczestnicy zostaną poproszeni o wskazanie obecności jakichkolwiek doznań, których doświadczają. Maksymalna intensywność stymulacji każdego uczestnika będzie utrzymywana na poziomie 250 µA poniżej progu odczuwania fosfenów lub wrażeń skórnych (w zależności od tego, który próg jest niższy).

Podczas stymulacji nad korą słuchową zostanie zastosowany tACS z częstotliwością 40 Hz. Dla każdej stymulacji prąd będzie powoli zwiększany do intensywności dostosowanej przez uczestnika i zmniejszany na końcu segmentu. Elektrody stymulacyjne w bieżącym badaniu potwierdzającym słuszność koncepcji zostaną zidentyfikowane jako wykazujące największy wzrost mocy gamma w badaniu pilotażowym porywania słuchowego.

Porwanie słuchowe: Uczestnicy będą słuchać sekwencji tonów prezentowanych z częstotliwością 40 Hz.

Sham: Ten warunek jest używany do kontrolowania efektów oczekiwań. Podobnie jak w stanie neuromodulacji, prąd będzie się zwiększał i zmniejszał; jednakże nie będzie żadnej stymulacji pomiędzy.

Częstotliwość kontrolna: ludzie w tej aktywnej grupie kontrolnej byliby modulowani na tych samych elektrodach i przy takim samym natężeniu prądu, ale w innym paśmie częstotliwości. Potrzebna jest aktywna grupa kontrolna, aby upewnić się, że efekty wynikają z zastosowanej częstotliwości będącej przedmiotem zainteresowania, a nie tylko z powodu samego prądu.

Odpoczynek: Po każdej neuromodulacji, porywaniu i próbie pozorowanej nastąpi 50-sekundowy okres odpoczynku, aby zmierzyć EEG w stanie spoczynku.

Każdy warunek (modulacja, pozorowanie, porwanie słuchowe) będzie trwał 50 sekund i będzie prezentowany 7 razy w blokach. Pomiędzy warunkami nastąpi 50-sekundowy pomiar stanu spoczynku, aby ocenić trwałość interwencji na aktywność mózgu.

Projekt eksperymentalny: badanie potwierdzające słuszność koncepcji „Dynamiczna elektroencefalografia wzajemna i modulacja” (DREAM)

Zastosujemy projekt międzyosobniczy, aby zbadać wpływ neuromodulacji opartej na zasadzie wzajemności w porównaniu z stymulacją pozorowaną (warunek kontrolny) w porównaniu z stymulacją częstotliwości kontrolnej (warunek aktywnej kontroli) na czas reakcji i dokładność w prostych zadaniach poznawczych i percepcyjnych. Zadania te obejmują Zadanie Zakłóceń Stroopa, słuchanie/czytanie nieobraźliwych, nieemocjonalnych słów oraz zapamiętywanie słów lub tablic wizualnych.

Planujemy również pilotaż tACS w zadaniu integracji dowodów, które, jak wykazano, koreluje z nasileniem urojeń w psychozie. Aby zilustrować metodę zasady wzajemności dla tego zadania, uczestnicy zostaną przydzieleni do otrzymywania tACS lub pozorowanej neuromodulacji. Neuromodulacja obejmująca tACS będzie ukierunkowana na dominujący wzorzec oscylacji mózgu, który, jak się spodziewamy, będzie pasmem alfa w grzbietowo-przyśrodkowych obszarach przedczołowych, i oczekuje się, że zrobienie tego zmniejszy również moc pasma beta w regionach brzuszno-przyśrodkowych (Antal i Paulus, 2013 ). Potwierdzą to zapisy EEG i oszacowanie źródła (Whitman i in., w druku; Whitman, Ward i Woodward, 2013) podczas zadania użytego do wykonania ryciny 1. Pozorowana neuromodulacja będzie obejmować zastosowanie losowych wzorców lub bardzo krótkich prądów o niskim natężeniu do tego samego obszaru mózgu, co stan neuromodulacji (Antal i Paulus, 2013). Behawioralną miarą zainteresowania w tym zadaniu jest ocena zgodności między dowodem a hipotezą (zob. ryc. 1), która, jak wykazano, koreluje z nasileniem urojeń w psychozie.

Projekt eksperymentu: badanie koncepcyjne „Wpływ neuromodulacji na sakady”

Proponowane eksperymenty to standardowe eksperymenty sakkadowe, podobne do tych przeprowadzonych przez Chen Zhanga i in. W zadaniu prosakkady każda próba rozpoczyna się od punktu fiksacji na środku ekranu, który trwa 800-1200 ms, wybranego losowo z rozkładu wykładniczego. Uczestnicy zostaną poinstruowani, aby skupić się na punkcie fiksacji. Punkt fiksacji znika, a po przerwie czasowej 200 ms pojawia się losowo cel peryferyjny w odległości 10° w lewo lub w prawo od centralnego punktu fiksacji. Uczestnicy zostaną poinstruowani, aby wykonać szybką sakadę w kierunku celu. Mają 1000 ms na wykonanie sakady we właściwym miejscu. W zadaniu antysakkadowym procedura pozostaje taka sama, ale uczestnicy otrzymują polecenie wykonania sakady w kierunku przeciwnym do celu. W zadaniu sakkadowym kierowanym pamięcią uczestnicy zostaną poinstruowani, aby utrzymać fiksację, po czym dwa cele pojawią się sekwencyjnie na 100 ms każdy w jednym z czterech ćwiartek wokół obrzeża ekranu. Uczestnicy będą zobowiązani do utrzymania fiksacji przez dodatkowy czas i oczekiwania na sygnał start (zniknięcie punktu fiksacji). Następnie uczestnicy zobowiązani są do jak najdokładniejszego wykonania dwóch sakkad do zapamiętanych lokalizacji celów w tej samej kolejności, w jakiej się one pojawiły. Próby sakkadowe, antysakkadowe i kierowane pamięcią będą przeplatane w bloku. Różne rodzaje zadań będą rozróżniane różnymi kolorami krzyżyka fiksacyjnego.

Protokół tACS: Wszyscy uczestnicy wykonają trzy bloki powyższego eksperymentu: blok przed stymulacją (pre), blok stymulacji (stim/sham), blok po stymulacji (post). W bloku prestymulacyjnym uczestnicy wykonują wszystkie powyższe zadania, jednocześnie rejestrowane są ich dane EEG i śledzone są ruchy gałek ocznych. Na podstawie danych EEG dla każdego uczestnika zostanie oszacowany dokładny montaż stymulacji przednich pól oka (FEF). Oszacowana zostanie również dokładna częstotliwość alfa dla stymulacji. Na podstawie tych parametrów połowa uczestników będzie stymulowana w bloku stymulacyjnym. Druga połowa uczestników będzie działać jako kontrole, które zostaną poddane pozorowanej blokadzie. W obu przypadkach uczestnicy wykonują również zadania sakkadowe. Blok post jest podobny do bloku przed stymulacją.

Analiza danych:

Badanie sprawdzające słuszność koncepcji „Słyszący mózg”:

Gęstość widma mocy (PSD) dla zakresu od 1 do 50 Hz zostanie obliczona dla każdego z pomiarów w stanie spoczynku i uśredniona dla każdego z warunków. Wielokrotne pomiary (porywanie vs. neuromodulacja vs. pozorowana vs. częstotliwość kontrolna) analizy wariancji (ANOVA) zostaną przeprowadzone dla wartości PSD pasma gamma i kontrolnych pasm częstotliwości (alfa, beta), przy założeniu, że neuromodulacja i porywanie, ale nie pozorne, doprowadzi do zwiększenia mocy pasma gamma, ale nie do różnic w częstotliwościach kontrolnych.

Badanie potwierdzające słuszność koncepcji „DREAM”:

Pomiędzy grupami (neuromodulacja vs. pozorowana vs. stymulacja kontrolna) zostaną przeprowadzone analizy wariancji (ANOVA) na wynikach zmian obliczonych na podstawie miar behawioralnych (dokładność, czas reakcji) w celu oceny, czy tACS zastosowano przy zastosowaniu zasady wzajemności do odchylenia ciągłe oscylacje mózgu zmieniają wydajność poznawczą.

Badanie potwierdzające koncepcję „Wpływ neuromodulacji na sakady”:

Wstępne przetwarzanie EEG: Dane hdEEG zarejestrowane za pomocą systemu GTEN zostaną przeanalizowane przy użyciu MATLAB 2019b przy użyciu własnych skryptów. EEGLAB 13.6.5b (Delorme & Makeig, 2004) wykorzystano funkcje do wygenerowania wykresów topograficznych. Analiza spektralna zostanie przeprowadzona przy użyciu zestawu narzędzi Chronux 2.12 (Bokil i in., 2010). Dane EEG zostaną wstępnie przetworzone przy użyciu narzędzia Statistical Correction of Artifacts in Dense-array Studies (SCADS) (Junghöfer et al., 2000), które usuwa artefakty EEG na podstawie parametrów statystycznych. W pierwszej kolejności dane będą filtrowane przy użyciu filtra pasmowoprzepustowego FIR z częstotliwościami pasma zaporowego 2 Hz i 55 Hz. Filtr zostanie zaprojektowany przy użyciu zestawu narzędzi do przetwarzania sygnałów opartego na MATLAB-ie. Następnie dane EEG zostaną poddane epokowaniu, aby zawierały całą próbę. Następnie elektrody zanieczyszczone artefaktami zostaną odrzucone przez algorytm SCADS. Parametrami używanymi do tłumienia elektrody są - maksymalna amplituda, maksymalny gradient i odchylenie standardowe amplitudy sygnału w każdej epoce i każdej elektrodzie. Ponadto dane EEG zostaną ponownie odniesione do średniego sygnału.

Szacowanie montażu za pomocą EEG: Dokładny montaż elektrod i częstotliwość stymulacji, które mają być użyte w bloku stymulacji, zostaną oszacowane na podstawie danych EEG zebranych w bloku przed stymulacją. Dane EEG są wstępnie przetwarzane i epokowane przed początkiem sakady. Dane EEG od -1000ms do 500ms od początku sakady są wykorzystywane do generowania epok. Źródło aktywności przygotowawczej przed sakadą szacuje się za pomocą analizy CPCA (Constrained Principal Component Analysis) (Takane i Hunter, 2001). CPCA generuje komponent do przygotowania sakkady. Ładunki elektrod dla komponentu zostaną użyte jako montaż do stymulacji tACS. Częstotliwość, której faza koduje latencję sakkady (więcej szczegółów można znaleźć w metodach Drewes & VanRullen, 2011) zostanie wykorzystana jako częstotliwość stymulacji.

Analiza danych eye-tracking: Wszystkie analizy danych zostaną przeprowadzone na MATLAB 2019b. Dane eye-trackingowe będą analizowane przy użyciu wewnętrznych skryptów. Dane śledzenia ruchu gałek ocznych są analizowane według różnych typów epok. Brakujące dane odpowiadające mrugnięciu oka zostaną odrzucone z analizy. Odrzucone zostaną również próby, w których uczestnik nie utrzyma fiksacji. Szybkość spojrzenia służy do rozróżniania sakad od fiksacji. Następnie dane z każdej próby są analizowane w celu sprawdzenia, czy uczestnik wykonał prawidłową sakadę. Np. jeśli w próbie anty-sakkadowej uczestnik oddala się sakadowo od celu, wówczas próba zostaje uznana za poprawną; w przeciwnym razie jest przypisywana jako niepoprawna próba. Następnie dla wszystkich prób zostaną wyodrębnione metryki behawioralne, takie jak dokładność sakkadowa, opóźnienie, prędkość, amplituda i trajektorie. Efekt stymulacji online (Stim - Pre) i długoterminowy efekt stymulacji (Post - Pre) jest sprawdzany dla każdego wskaźnika behawioralnego i każdego zadania sakadowego. Aby przetestować hipotezy, zostanie przeprowadzona analiza wariancji (ANOVA) na miarach zależnych – latencja sakkadowa, dokładność, prędkość, amplituda itp., z pozorowaną/stymulacją jako zmienną międzyosobniczą.

Wpływ kliniczny:

Te wstępne badania zostaną przeprowadzone na zdrowych kontrolach w celu ustalenia, czy możemy wywoływać zmiany w mocy określonego pasma częstotliwości za pomocą neuromodulacji z wykorzystaniem systemu GTEN. Ponadto naszym celem jest ustalenie, czy jesteśmy w stanie wykryć krótkoterminowe zmiany sygnału EEG po tACS i zmienić procesy poznawcze, które są istotne dla doświadczania choroby psychicznej. Przeprowadzenie tego badania pilotażowego będzie miało zasadnicze znaczenie dla przełożenia naszego protokołu stymulacji na populację pacjentów.