Konwencjonalny lub wysokiej rozdzielczości tDCS w celu poprawy uczenia się niejawnych sekwencji motorycznych u zdrowych młodych dorosłych?

PROJEKT BADANIA

Badacze przeprowadzą pojedynczo ślepe, kontrolowane pozorowane badanie z przeciwwagą. W przypadku aspektu IMSL specyficznego dla sekwencji (główny wynik), zostanie przeprowadzona mieszana czynnikowa powtarzalna ANOVA z „urządzeniem” (2 poziomy: konwencjonalny tDCS, HD tDCS) jako czynnikiem międzyosobniczym i „stymulacją” (2 poziomy: anodalny, pozorowany), „bloki” (2 poziomy: blok losowy, średnia sąsiednich bloków) i „czas” (3 poziomy: w trakcie, po 5 minutach, po 1 tygodniu) jako czynniki wewnątrzobiektowe. Podobnie w przypadku uczenia się ogólnego (wynik drugorzędny) zostanie przeprowadzona mieszana czynnikowa ANOVA z powtarzanymi pomiarami z „urządzeniem” (2 poziomy: konwencjonalny tDCS, HD tDCS) jako czynnikiem między podmiotami i „stymulacją” (2 poziomy: anodowy, pozorowany) , „bloki” (7 poziomów: bloki 1-6, blok 8) i „czas” (3 poziomy: w trakcie, po 5 minutach, po 1 tygodniu) jako czynniki wewnątrzobiektowe. Uczestnicy są losowo przydzielani do konwencjonalnej grupy tDCS lub grupy HD tDCS przez randomizację blokową. Wszyscy uczestnicy otrzymają zarówno anodowe (prawdziwe), jak i pozorowane (placebo) tDCS w losowej kolejności. Zrównoważenie zostanie przeprowadzone przez niezależnego badacza przy użyciu programu Microsoft Excel®.

STRATEGIA REKRUTACJI

Zdrowi młodzi dorośli będą rekrutowani z Vrije Universiteit Brussel. Nie ma żadnych ograniczeń ani zakazów dla badanych.

MATERIAŁY

W przypadku konwencjonalnego tDCS, stymulator prądu stałego o niskim natężeniu 1x1 (Soterix Medical Inc, Nowy Jork, USA) będzie używany do generowania i dostarczania tDCS przez parę identycznych kwadratowych gumowych elektrod (rozmiar 35 cm2), umieszczonych w prostokątnej gąbki. W celu stymulacji M1, elektrody zostaną umieszczone nad C3 lub C4 zgodnie z międzynarodowym systemem elektroencefalogramu 10-20, dopasowując się do M1 po przeciwnej stronie wykonującej ruch ręki. Elektroda odniesienia zostanie umieszczona na F1 lub F2, po tej samej stronie ręki wykonującej ćwiczenie.

Bieżąca stymulacja będzie powoli zwiększana od 0 miliamperów (mA) do 2 mA w ciągu jednej minuty. W przypadku stanu anodowego tDCS intensywność ta będzie utrzymywana przez cały czas trwania zadania SRT (około 20 minut), co mieści się w normach bezpieczeństwa dla tDCS opartych na dowodach. Da to gęstość prądu 0,057 mA/cm2. W przypadku pozorowanego stanu tDCS – nieznanego pacjentowi – stymulacja będzie stopniowo zmniejszana do 0 mA natychmiast po jednominutowym przyspieszeniu. Podczas ostatniego bloku zadania SRT to stopniowe zwiększanie i zmniejszanie bieżącej stymulacji będzie powtarzane, aby zoptymalizować proces zaślepiania uczestników. Aby kontrolować zaślepienie badanych, po ostatniej sesji badani zostaną zapytani, czy byli świadomi warunku stymulacji, czy nie. Przejściowe skutki uboczne zostaną zinwentaryzowane przez eksperymentatora w trakcie i dwa tygodnie po protokole tDCS i mogą obejmować lekkie uczucie swędzenia pod elektrodą, zaczerwienienie skóry pod elektrodą, ból głowy, nudności, zmęczenie lub bezsenność.

W przypadku tDCS o wysokiej rozdzielczości do dostarczania HD tDCS przez M1 zostanie użyty wielokanałowy adapter stymulacji 4x1 (Soterix Medical Inc, Nowy Jork, USA). Po podłączeniu konwencjonalnego urządzenia tDCS (opisanego powyżej) do wielokanałowego adaptera stymulacji prąd stały jest dostarczany w konfiguracji 4x1 HD tDCS, co pozwala na neuromodulację ograniczoną do żądanego obszaru. W przeciwieństwie do stosunkowo dużych elektrod gąbczastych stosowanych w konwencjonalnych montażach tDCS (ryc. 1A), stymulacja za pomocą HD tDCS jest dostarczana za pomocą jednej centralnej elektrody żelowej i czterech elektrod powrotnych umieszczonych w plastikowych obudowach osadzonych w nasadce EEG (ryc. 1B ). Konfiguracja urządzenia zostanie przeprowadzona zgodnie z obszernym protokołem eksperymentalnym dostarczonym przez Villamara i współpracowników (2013). W przypadku stymulacji lewego M1, przeciwległego do wykonującej pracę prawej ręki, stymulacja anodowa będzie dostarczona przez elektrodę środkową odpowiadającą C3 i utrzymywana na miejscu za pomocą specjalnie zaprojektowanej syntetycznej nasadki do mocowania elektrod HD-tDCS na głowie. Elektrody powrotne są umieszczone w Cz, F3, T7 i P3 (międzynarodowy system elektroencefalogramu 10-20), patrz rysunek 2. Dla prawej M1, przeciwległej do wykonującej lewą rękę, elektroda środkowa zostanie umieszczona w C4, a elektrody powrotne w Cz, F4, T8 i P4. Stymulujący (anodowy) prąd stały będzie zwiększany przez 60 sekund do natężenia 2 mA i utrzymywany przez czas trwania zadania SRT (około 20 minut).

Zadanie Serial Reaction Time (zadanie SRT) zostanie użyte do określenia IMSL. Zadanie SRT zostanie wykonane na laptopie przy użyciu oprogramowania E-Prime® (Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania, USA). Uczestnicy zostaną poproszeni o naciśnięcie poziomo ustawionych klawiszy odpowiedzi C, V, B, N standardowej klawiatury azerty odpowiednio dla lewego, lewego, prawego, najbardziej wysuniętego na prawo celu. Odpowiedzi będą udzielane palcem wskazującym ręki najmniej dotkniętej chorobą w przypadku osób z PD i ręką dominującą w przypadku osób zdrowych. Jeśli obie ręce są w równym stopniu dotknięte u osób z PD, używana będzie również ręka dominująca. Klawisze odpowiedzi C, V, B i N będą jedynymi widocznymi klawiszami, wszystkie pozostałe klawisze będą zasłonięte.

PROCEDURA

Eksperyment odbędzie się w laboratorium Vrije Universiteit Brussel (VUB) lub w cichym pokoju w domu uczestnika, pod nadzorem badacza.

Po sesji przesiewowej (T0), podczas której zostaną zebrane podstawowe cechy demograficzne (płeć, wiek, dominująca ręka). Uczestnicy zostaną przypisani do grupy konwencjonalnej tDCS lub grupy HD tDCS i będą widziani cztery razy (T1-T4) w ciągu od minimum pięciu do maksymalnie jedenastu tygodni. Wszystkie cztery sesje rozpoczną się od praktycznego zadania SRT składającego się z jednego losowego bloku 25 prób, po którym nastąpi właściwe eksperymentalne zadanie SRT składające się z ośmiu bloków po 72 próby z 30-sekundową przerwą między kolejnymi blokami. W Blokach od 1 do 6 i Bloku 8 kolejność celu (tj. czarna kropka) będą miały powtarzającą się sekwencję. Nie jest to znane uczestnikowi. Uzasadnieniem jest to, że czasy reakcji będą się zmniejszać wraz z powtarzaniem sekwencji w blokach 1-6 i 8, co oznacza ogólny efekt szkolenia (drugorzędny pomiar wyniku). Kiedy powtarzająca się sekwencja nagle zmieni się w sekwencję losową w Bloku 7, czas reakcji wzrośnie w Bloku 7 i ponownie zmniejszy się w regularnie sekwencjonowanym Bloku 8, co oznacza efekt uczenia się specyficzny dla sekwencji (główna miara wyniku). Aby kontrolować możliwe skutki przeniesienia, zadanie SRT będzie miało inną sekwencję w każdym stanie stymulacji (np. 132342134142 w T1-T2 i 243413241213 w T3-T4). Aby upewnić się, że IMSL jest niezależny od określonej sekwencji, sześć różnych, strukturalnie identycznych sekwencji o długości 12 elementów zostanie zbilansowanych między uczestnikami.

Pierwsza sesja interwencyjna (T1) zostanie zaplanowana co najmniej 1 tydzień po sesji przesiewowej (T0) i będzie się składać z aktywnego (anodalnego) tDCS lub pozorowanego (placebo) tDCS podawanego podczas zadania SRT. Pięć minut po tDCS badani zostaną poproszeni o wykonanie krótkiej, składającej się z trzech bloków wersji zadania SRT bez stosowania tDCS w celu zbadania potencjalnych krótkoterminowych efektów konsolidacji: Bloki 1 i 3 następujące po tej samej regularnej kolejności co wcześniej; Blok 2 według losowej sekwencji.

Druga sesja (T2) zostanie zaplanowana tydzień później. Podczas tej tygodniowej sesji po tDCS zostanie wykonana ta sama, pełna wersja zadania SRT z poprzedniego tygodnia, tym razem bez zastosowania tDCS, w celu określenia potencjalnych długoterminowych efektów konsolidacji. Po T2 zostanie zaplanowany okres wypłukiwania trwający co najmniej trzy tygodnie, aby kontrolować efekty przenoszenia między dwoma warunkami stymulacji (aktywna/pozorowana tDCS). Nastąpi przejście i ta sama procedura z przeciwnymi warunkami stymulacji zostanie powtórzona podczas trzeciej (T3) interwencji interwencyjnej i czwartej (T4) sesji kontrolnej. Połowa uczestników w każdej grupie otrzyma aktywny tDCS podczas T1 i pozorowany tDCS podczas T3, podczas gdy druga połowa uczestników otrzyma te warunki w odwróconej i losowej kolejności.

Bieżąca stymulacja będzie powoli zwiększana od 0 mA do 2 mA w ciągu jednej minuty. W przypadku warunków anodowych tDCS intensywność ta będzie utrzymywana przez cały czas trwania zadania SRT (około 20 minut). przyspieszenie.

Kwestionariusz po zadaniu SRT zostanie wypełniony po ostatniej sesji (T4) w celu ustalenia, czy uczestnicy zdali sobie sprawę z sekwencyjnego charakteru zadania. Jeśli uczestnicy wskażą, że ich zdaniem pojawiła się określona sekwencja, będą musieli odtworzyć sekwencję ostatniej sesji tak dokładnie, jak to możliwe.

ANALIZY STATYSTYCZNE

Wszystkie analizy statystyczne zostaną przeprowadzone przy użyciu pakietu statystycznego International Business Machines (IBM) Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) Statistics wersja 26. Poziom istotności zostanie ustalony na poziomie α = 0,05. Trend w kierunku istotności zostanie zdefiniowany jako 0,05 ≤ α < 0,10. W razie potrzeby zostaną wprowadzone odpowiednie poprawki do wielokrotnych porównań. Podane zostaną rozmiary efektu f Cohena, z wartościami 0,10, 0,25 i 0,40 reprezentujących odpowiednio małe, średnie i duże rozmiary efektów.

W przypadku skutków zerowych badacze dojdą do wniosku, że nie ma dowodów na różnicę między warunkami. Jednak badacze obliczą również post-hoc czynniki Bayesa dla każdej grupy (konwencjonalne tDCS, HD tDCS), aby ocenić, czy brak różnicy w uczeniu się sekwencji między warunkami stymulacji anodowej i pozorowanej można zinterpretować jako dowód na brak efektu tDCS w zakresie uczenia się sekwencji.

Analizy korelacji, z poprawką Bonferroniego dla wielokrotnych porównań, zostaną przeprowadzone w celu zbadania, czy ilość IMSL koreluje ze zmiennymi demograficznymi (w tym klinicznymi podtypami PD). Jeśli założenia do testów parametrycznych zostaną naruszone, zostanie obliczona nieparametryczna alternatywa Rho Spearmana.

Wyniki zadań SRT podczas, 5 minut po i tydzień po pozorowanym tDCS posłużą jako pomiary bazowe do porównania z wynikami po rzeczywistym anodowym tDCS.

Analizy wydajności zadania SRT będą oparte na medianie czasu reakcji (RT) na blok zamiast na średniej RT, aby zminimalizować potencjalne efekty odstające. Próby próbne, pierwsza reakcja po każdej przerwie, odpowiedzi błędne i odpowiedzi po błędzie zostaną wyłączone z analiz. Mediana RT na blok zostanie przeanalizowana w celu określenia (1) ogólnego efektu uczenia się (drugorzędna miara wyniku) i (2) efektu uczenia się specyficznego dla sekwencji (główna miara wyniku).

Ogólne efekty uczenia się podczas i tydzień po tDCS będą pochodzić ze spadku mediany RT w ciągu siedmiu regularnie sekwencjonowanych bloków (tj. Bloki 1-6 i Blok 8). Nie będzie to miało zastosowania do 5-minutowego zadania SRT po tDCS, ponieważ jest to krótka wersja z tylko trzema blokami. Zostanie przeprowadzona ANOVA z powtarzanymi pomiarami 2x2x2x7 z urządzeniem (konwencjonalny tDCS, HD tDCS) jako czynnikiem międzyosobniczym i stymulacją (aktywna, pozorowana), czasem (w trakcie, po 1 tygodniu) i blokiem (bloki 1-6, blok 8) zgodnie z - czynniki przedmiotowe.

Specyficzne dla sekwencji efekty uczenia się podczas 5 minut i 1 tygodnia po tDCS będą analizowane przez odjęcie średniej mediany RT sąsiednich sekwencjonowanych bloków (bloki 6 i 8 podczas stymulacji i tydzień po tDCS; bloki 1 i 3 w 5 minut po tDCS) od mediany RT bloku losowego (blok 7 podczas stymulacji i 1 tydzień po tDCS; blok 2 5 minut po tDCS). Zostanie przeprowadzona ANOVA z powtarzanymi pomiarami 2x2x2x3 (lub testy rang ze znakami Friedmana i Wilcoxona jako alternatywy nieparametryczne) z urządzeniem (konwencjonalnym tDCS, HD tDCS) jako czynnikiem międzyosobniczym i stymulacją (aktywna, pozorowana), sekwencją (losowy blok, średnia sąsiednich sekwencjonowanych bloków) i czas (w trakcie, po 5 minutach, po 1 tygodniu) jako czynniki wewnątrzobiektowe.

W przypadku naruszenia założeń sferyczności zostaną zgłoszone poprawki Greenhouse-Geisser lub Huynh-Feldt. Wdrożone zostaną testy t skorygowane Bonferroniego w celu dalszej analizy znaczących efektów głównych i interakcji.

Procent błędów w zadaniu SRT jest na ogół niewielki, a zatem, z powodu ograniczonej liczby obserwacji, mniej wrażliwy na IMSL. Procent błędnych reakcji na blok zostanie obliczony zarówno dla warunków stymulacji (anod, pozorowana), jak i dla trzech pomiarów w czasie (jednoczesny, po 5 minutach, po 1 tygodniu). W celu oceny normalności rozkładu zostanie przeprowadzony test reszt Shapiro-Wilka.

Wynik sekwencyjny, jako miara wyniku dla wiedzy jawnej, zostanie przyjęty jako współzmienna w analizach. Zostanie przeprowadzony test t dla niezależnych próbek (lub nieparametryczny alternatywny test U Manna-Whitneya) w celu ustalenia, czy kolejne wyniki (x/12) konwencjonalnej grupy tDCS różnią się od grupy HD tDCS.