Protokół Pulsed tVNS i uczenie się ze wzmocnieniem

Badanie przeprowadzono w układzie krzyżowym z pojedynczą ślepą próbą i randomizacją, w którym tylko 1 czynnik wewnątrzobiektowy (warunki stymulacji, 2 poziomy: taVNS, pozorowane) prowadził do 2 sesji eksperymentalnych na uczestnika.

Poprzednie badania skupiały się głównie na podawaniu stymulacji tonicznej, stosowanej w sposób ciągły z protokołem stymulacji 30 s WŁ. 30 s WYŁ. przez cały czas trwania zadania. Niedawno opracowano protokoły dostarczające krótkie impulsy taVNS, aby lepiej naśladować sygnały nerwu błędnego. Jednakże optymalne parametry (np. długość stymulacji, częstotliwość) umożliwiające wywołanie sygnałów fazowych nie zostały jeszcze określone. Aby sprawdzić, która kombinacja parametrów najskuteczniej wywołuje reakcje fazowe, badacze przeprowadzili pilotażowe zbieranie danych z zestawem parametrów porównujących taVNS i stymulację pozorowaną. Jako wskaźnik zastępczy sygnalizacji fazowej badacze zbadali rozszerzenie źrenic, w którym pośredniczy locus sinawy, główny cel nerwu błędnego. Dziesięciu uczestników zostało zaproszonych na 2 sesje (taVNS, pozorowane), podczas których otrzymali stymulację pulsacyjną o następujących ustawieniach: czas trwania stymulacji 1, 2 lub 3 s, częstotliwość stymulacji 20, 25 lub 30 Hz. W wyniku tego pilotażu badacze odkryli, że większość uczestników pilotażu (7 z 10) wykazała najsilniejszą odpowiedź wywołaną taVNS w porównaniu z odpowiedzią pozorowaną podczas stymulacji przez 1 sekundę z częstotliwością 20 Hz. Dlatego ta kombinacja ustawień zostanie wdrożona podczas badania głównego. Do stymulacji używany jest tVNS Health - R® (tVNS Health, Erlangen, Niemcy), a do śledzenia wzroku SR Research Eyelink 1000Plus®.

W ramach badania głównego uczestnicy zostaną zaproszeni na trzy sesje eksperymentalne. Badacze zaobserwowali znaczną zmienność międzyosobniczą w reakcji źrenic na stymulację, a podobną zmienność opisano wcześniej w przypadku odpowiedzi mózgu indukowanych taVNS. Ta zmienność może być częściowo związana z różnymi cechami anatomicznymi. Dlatego uczestnicy najpierw przeprowadzą sesję śledzenia wzroku, aby ocenić reakcję źrenic na krótkie impulsy taVNS. Następnie badacze zapraszają uczestników odpowiadających na taVNS na sesje neuroobrazowania jedynie w celu sprawdzenia, czy krótkie impulsy stymulujące mogą w zasadzie indukować sygnały fazowe. Na pierwszej sesji uzyskuje się świadomą zgodę. Reakcja źrenic na stymulację przy wybranych ustawieniach stymulacji (1 s i 20 Hz, 45 prób, ~25 min) porównując stymulację taVNS i stymulację pozorowaną (dwa bloki oddzielone 5-minutową przerwą w kolejności losowej) zostanie przetestowana w celu potwierdzenia, że ​​wywołują one silna reakcja źrenic. TaVNS na prawej małżowinie cymba do aktywnej stymulacji taVNS i pozorowana stymulacja płatka ucha. Na dwie sesje neuroobrazowania badacze planują zaprosić uczestników, którzy podczas pierwszej sesji wykazali większe rozszerzenie źrenic w przypadku stymulacji taVNS w porównaniu z stymulacją pozorowaną. Śledczy będą administrować taVNS w jednej sesji, a w drugiej pozorować. Kolejność sesji będzie losowa. Podczas kalibracji intensywność stymulacji zostanie dostosowana tak, aby odpowiadała łagodnemu odczuciu kłucia w przypadku taVNS i pozorowanej. Jak wcześniej informowaliśmy, intensywność będzie zwiększana od 0,1 mA w krokach co 0,1 mA, dopóki uczestnik nie zgłosi doświadczenia tego wrażenia. Aby zapewnić skuteczne oślepianie, badacze będą łączyć w pary wskazówki, które nie przyniosą zwycięstwa (dla bloków, w których stymulacja jest połączona z nagradzającą informacją zwrotną) lub działania związane z nieprawidłowym bodźcem (wskazówka z mniejszym prawdopodobieństwem przyniesie nagrodę w blokach, w których stymulacja jest połączona z działanie) przy stymulacji o niskiej intensywności (0,1 mA). Służy to jako dodatkowy warunek kontrolny do porównania efektów rzeczywistej stymulacji (wysoka intensywność) ze stymulacją, która nie powinna aktywować nerwu dośrodkowego (niska intensywność). Uczestnicy zostaną poinformowani, że we wszystkich badaniach otrzymają stymulację o różnej intensywności, mimo że stymulacja nie zawsze będzie odczuwalna.

Przed wejściem do skanera uczestnicy przeprowadzą krótką praktykę w zadaniu uczenia się instrumentalnego, aby zapoznać się ze strukturą i procedurą zadania. Następnie uczestnicy wejdą do skanera fMRI. Tutaj badacze przeprowadzą kalibrację intensywności stymulacji, a także kolejną krótką praktykę zadania polegającą na kalibracji urządzenia siły chwytu używanego podczas zadania. Po tej drugiej praktyce uzyskany zostanie obraz anatomiczny, po którym nastąpi pomiar stanu spoczynku na potrzeby analizy połączeń funkcjonalnych. Podczas pomiaru wyświetlony zostanie film, który ograniczy ruch i zapobiegnie zasypianiu uczestnika (Inscapes). Na zakończenie sesji uczestnicy wykonają zadanie uczenia się instrumentalnego (opisane w sekcji poniżej) z równoczesną stymulacją taVNS lub pozorowaną (~1 godzina stymulacji).

Zadanie uczenia się instrumentalnego Zadanie uczenia się probabilistycznego mające na celu ocenę potencjału pulsacyjnego taVNS w uczeniu instrumentalnym zostanie wykorzystane, podczas którego uczestnicy będą musieli dowiedzieć się, które działania wiążą się z większym prawdopodobieństwem nagrody w oparciu o określone wskazówki. Uczestnikom zostaną zaprezentowane pary abstrakcyjnych bodźców i metodą prób i błędów dowiedzą się, która wskazówka z większym prawdopodobieństwem przyniesie nagrodę. Dla każdej pary bodźców uczestnicy zostaną poinstruowani, aby wybrać jeden bodziec, naciskając urządzenie zwiększające siłę chwytu przez 3 kolejne sekundy. W każdej ręce będą trzymać jedno urządzenie siły chwytu i zostaną poinstruowani, aby naciskać siłę chwytu odpowiadającą stronie wybranego bodźca.

Aby zapewnić różne poziomy trudności, prawdopodobieństwo wygranej „właściwego” bodźca będzie się różnić w łatwych i trudnych próbach. W łatwych próbach prawdopodobieństwo wygranej prawidłowego bodźca wyniesie 0,75, co oznacza, że ​​wybranie powiązanego działania zakończy się nagrodą w 75% przypadków. W trudnych próbach prawdopodobieństwo wygranej prawidłowego bodźca będzie nieco niższe i wyniesie 0,65. Prawdopodobieństwo wygranej drugiego bodźca („nieprawidłowego” bodźca) zostanie obliczone jako 1 minus prawdopodobieństwo prawidłowego bodźca.

Zadanie będzie składać się z ośmiu par wskazówek podzielonych na cztery bloki. Każdy blok zawiera dwie pary, jedną o wysokim stopniu trudności i jedną o niskim stopniu trudności. Podczas dwóch bloków uczestnicy będą stymulowani stymulacją o dużej intensywności za każdym razem, gdy otrzymają nagrodę, niezależnie od wybranego działania. Podczas pozostałych dwóch bloków stymulacja będzie przeprowadzana za każdym razem, gdy uczestnicy wykonają czynność związaną z właściwym bodźcem (wskazówka, która z większym prawdopodobieństwem zapewni nagrodę), niezależnie od wyniku. Jako dodatkowy warunek kontrolny, oprócz pozorowania, intensywność będzie wahać się pomiędzy taVNS o niskiej intensywności, która jest niewystarczająca do wywołania aktywacji nerwu błędnego (stała między wszystkimi uczestnikami) a stymulacją o wysokiej intensywności, jak określono w drodze indywidualnej kalibracji. W każdej próbie właściwy wybór zostanie poddany stymulacji o wysokiej intensywności, natomiast nieprawidłowy wybór zostanie połączony ze stymulacją o niskiej intensywności.