Protocolo tVNS pulsado e aprendizagem por reforço

O estudo segue um desenho cruzado randomizado simples-cego com apenas 1 fator dentro do sujeito (condição de estimulação, 2 níveis: taVNS, sham) levando a 2 sessões experimentais por participante.

Estudos anteriores focaram principalmente na administração de estimulação tônica, aplicada continuamente com um protocolo de estimulação 30s ON 30s OFF durante toda a duração da tarefa. Mais recentemente, protocolos que fornecem rajadas curtas de taVNS foram desenvolvidos para imitar mais de perto os sinais vagais. No entanto, os parâmetros ideais (por exemplo, comprimento de estimulação, frequência) para provocar sinais fásicos ainda não foram determinados. Para testar qual combinação de parâmetros provoca respostas fásicas com mais sucesso, os investigadores conduziram uma coleta de dados piloto com um conjunto de parâmetros comparando taVNS e estimulação simulada. Como substituto para a sinalização fásica, os investigadores investigaram as dilatações da pupila mediadas pelo locus coeruleus, um alvo principal do nervo vago. Dez participantes foram convidados para 2 sessões (taVNS, sham) durante as quais receberam estimulação pulsada com as seguintes configurações: duração da estimulação de 1, 2 ou 3s, frequência de estimulação de 20, 25 ou 30Hz. Como resultado deste piloto, os investigadores descobriram que a maioria dos participantes do piloto (7 em 10) apresentaram a resposta induzida por taVNS mais forte versus simulação quando estimulação por 1s com frequência de 20 Hz. Portanto, esta combinação de configurações será implementada durante o estudo principal. Para estimulação é utilizado o tVNS Health - R® (tVNS Health, Erlangen, Alemanha) e para rastreamento ocular o SR Research Eyelink 1000Plus®.

Para o estudo principal, os participantes serão convidados para três sessões experimentais. Os investigadores observaram uma variabilidade interindividual considerável na resposta da pupila à estimulação e uma variabilidade semelhante foi previamente descrita para respostas cerebrais induzidas por taVNS. Essa variabilidade pode estar parcialmente relacionada a diferentes características anatômicas. Portanto, os participantes irão primeiro completar uma sessão de rastreamento ocular para avaliar a resposta da pupila a pulsos taVNS curtos. Os investigadores então convidam apenas os participantes que respondem ao taVNS para as sessões de neuroimagem para testar se os pulsos de estimulação curtos podem induzir sinais fásicos em princípio. Na primeira sessão, é obtido o consentimento informado. A resposta da pupila à estimulação com as configurações de estimulação escolhidas (1s e 20Hz, 45 tentativas, ~25min) comparando taVNS e estimulação simulada (dois blocos separados por um intervalo de 5 minutos seguindo uma ordem aleatória) será testada para confirmar que eles provocam um resposta pupilar robusta. Serão usados ​​​​taVNS na concha do címba direito para taVNS ativo e estimulação simulada no lóbulo da orelha. Para as duas sessões de neuroimagem, os investigadores planejam convidar participantes que apresentaram maior dilatação da pupila para taVNS vs. estimulação simulada durante a primeira sessão. Os investigadores administrarão taVNS em uma sessão e sham na outra. A ordem das sessões será aleatória. Durante a calibração, a intensidade de estimulação será ajustada para corresponder a uma leve sensação de picada para taVNS e sham. Conforme relatado anteriormente, a intensidade será aumentada de 0,1 mA em incrementos de 0,1 mA até que o participante relate ter experimentado essa sensação. Para garantir o cegamento eficaz, os investigadores emparelharão dicas não vencedoras (para os blocos em que a estimulação é emparelhada com feedback recompensador) ou ações associadas ao estímulo incorreto (a deixa com menor probabilidade de dar uma recompensa nos blocos onde a estimulação é emparelhada com uma ação) com uma estimulação de baixa intensidade (0,1 mA). Isto serve como uma condição de controle adicional para comparar os efeitos da estimulação real (alta intensidade) com a estimulação que não deveria ativar aferentes vagais (baixa intensidade). Os participantes serão informados de que receberão estimulação com intensidade variada em todas as tentativas, mesmo que a estimulação nem sempre seja percebida.

Antes de entrar no scanner, os participantes realizarão uma breve prática da tarefa de aprendizagem instrumental para se familiarizarem com a estrutura e o procedimento da tarefa. Em seguida, os participantes entrarão no scanner fMRI. Aqui, os investigadores realizarão uma calibração da intensidade de estimulação, bem como outra breve prática da tarefa para calibrar o dispositivo de força de preensão usado durante a tarefa. Após esta segunda prática, uma imagem anatômica será adquirida, seguida de uma medição em estado de repouso para análises de conectividade funcional. Durante a medição, será exibido um filme para reduzir o movimento e evitar que o participante adormeça (Inscapes). Para concluir a sessão, os participantes realizarão a tarefa de aprendizagem instrumental (descrita na seção abaixo) com taVNS concomitante ou estimulação simulada (~1h de estimulação).

Tarefa de Aprendizagem Instrumental Uma tarefa de aprendizagem probabilística para avaliar o potencial do taVNS pulsado na aprendizagem instrumental será usada onde os participantes devem aprender quais ações estão relacionadas a maiores probabilidades de recompensa com base em pistas específicas. Os participantes receberão pares de estímulos abstratos e aprenderão, por tentativa e erro, qual sugestão tem maior probabilidade de gerar uma recompensa. Para cada par de estímulos, os participantes serão instruídos a selecionar um estímulo pressionando um dispositivo de força de preensão por 3 segundos consecutivos. Eles segurarão um dispositivo de força de preensão em cada mão e serão instruídos a pressionar a força de preensão correspondente ao lado do estímulo selecionado.

Para fornecer níveis variados de dificuldade, as probabilidades de vitória do estímulo “correto” serão diferentes entre testes fáceis e difíceis. Em testes fáceis, a probabilidade de vitória do estímulo correto será de 0,75, o que significa que a escolha da ação associada resultará em uma recompensa em 75% das vezes. Em testes difíceis, a probabilidade de vitória do estímulo correto será ligeiramente menor, de 0,65. A probabilidade de vitória do outro estímulo (o estímulo "incorreto") será calculada como 1 menos a probabilidade do estímulo correto.

A tarefa consistirá em oito pares de dicas divididos em quatro blocos. Cada bloco contém dois pares, um de dificuldade alta e outro de dificuldade baixa. Durante dois blocos, os participantes serão estimulados com estimulação de alta intensidade sempre que receberem uma recompensa, independente da ação escolhida. Durante os outros dois blocos, a estimulação será administrada sempre que os participantes realizarem a ação associada ao estímulo correto (a deixa com maior probabilidade de dar uma recompensa), independentemente do resultado. Como uma condição de controle adicional além da simulação, a intensidade será variada entre taVNS de baixa intensidade que é insuficiente para induzir a ativação vagal (constante entre todos os participantes) e estimulação de alta intensidade conforme determinado pela calibração individual. Para cada tentativa, a escolha correta receberá estimulação de alta intensidade, enquanto a escolha incorreta será combinada com estimulação de baixa intensidade.