Импульсный протокол tVNS и обучение с подкреплением
Импульсная стимуляция блуждающего нерва – новый метод изменения обучения и принятия решений
Целью данного исследования является изучение потенциала протокола фазовой стимуляции taVNS для обучения с подкреплением. Исследователи распутают его влияние на учебные действия и результаты путем применения импульсной стимуляции на разных этапах обучения (стимуляция во время действия и стимуляция во время результата). Это даст представление об оптимальном времени стимуляции и поможет определить, может ли импульсная вагусная стимуляция быть более эффективной в сочетании с инструментальными действиями или поощрительной обратной связью. Разработка инструмента, который неинвазивно улучшает процесс принятия решений на основе ценностей с помощью импульсной стимуляции, позволит переопределить варианты применения taVNS. Это позволит tVNS действовать как обучающий сигнал, сравнимый с физиологическими сигналами в обучении, основанном на вознаграждении. В долгосрочной перспективе это может стать основой для целенаправленных вмешательств для людей с измененной функцией вознаграждения, ключевым симптомом ряда психических расстройств.
В рамках исследования исследователи проверят три гипотезы:
H1 — Задача обучения с помощью инструментов: участники продемонстрируют улучшение обучения действию и результату, когда положительная обратная связь после сигнала сочетается с эффективной высокоинтенсивной стимуляцией по сравнению с имитацией стимуляции (симуляция/taVNS).
H2 — Задача инструментального обучения: участники продемонстрируют улучшение обучения действию-результату, когда действие, ведущее к награде с более высокой вероятностью (т. е. правильный выбор), стимулируется стимуляцией высокой интенсивности. Опять же, это будет наблюдаться только при активной, а не фиктивной стимуляции (симуляция/taVNS).
H3 — Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ). Поведенческий прогресс в изучении сигналов в условиях высокоинтенсивной активной стимуляции коррелирует с более высокими сигналами в среднем мозге и дорсальном полосатом теле во время обратной связи (представления вознаграждения) или действия.
Обзор исследования
Статус
Вмешательство/лечение
Подробное описание
Исследование проводилось по простой слепой рандомизированной перекрестной схеме с использованием только одного внутрисубъектного фактора (условие стимуляции, 2 уровня: taVNS, имитация), что приводило к двум экспериментальным сессиям на каждого участника.
Предыдущие исследования в основном были сосредоточены на проведении тонической стимуляции, применяемой непрерывно с протоколом стимуляции 30 с ВКЛ., 30 С ВЫКЛ. в течение всей продолжительности задания. Совсем недавно были разработаны протоколы доставки коротких импульсов taVNS для более точной имитации сигналов блуждающего нерва. Однако оптимальные параметры (например, длина стимуляции, частота) для получения фазовых сигналов еще не определены. Чтобы проверить, какая комбинация параметров наиболее успешно вызывает фазовые ответы, исследователи провели пилотный сбор данных с набором параметров, сравнивающих taVNS и имитацию стимуляции. В качестве показателя фазовой передачи сигналов исследователи исследовали расширение зрачков, опосредованное голубым пятном, основной мишенью блуждающего нерва. Десять участников были приглашены на 2 сеанса (taVNS, имитация), во время которых они получали импульсную стимуляцию со следующими настройками: продолжительность стимуляции 1, 2 или 3 секунды, частота стимуляции 20, 25 или 30 Гц. В результате этого пилотного проекта исследователи обнаружили, что большинство участников пилотного проекта (7 из 10) продемонстрировали самый сильный ответ, индуцированный taVNS, по сравнению с имитацией при стимуляции в течение 1 секунды с частотой 20 Гц. Поэтому данная комбинация настроек будет реализована во время основного исследования. Для стимуляции используется tVNS Health - R® (tVNS Health, Эрланген, Германия), а для отслеживания взгляда - SR Research Eyelink 1000Plus®.
Для основного исследования участники будут приглашены на три экспериментальные сессии. Исследователи наблюдали значительную межиндивидуальную вариабельность реакции зрачков на стимуляцию, аналогичная вариабельность была ранее описана для реакций мозга, индуцированных taVNS. Эта изменчивость может быть частично связана с различными анатомическими характеристиками. Поэтому участники сначала пройдут сеанс отслеживания глаз, чтобы оценить реакцию зрачков на короткие импульсы taVNS. Затем исследователи приглашают участников, реагирующих на taVNS, на сеансы нейровизуализации только для того, чтобы проверить, могут ли короткие импульсы стимуляции в принципе индуцировать фазовые сигналы. На первом сеансе получают информированное согласие. Реакция зрачка на стимуляцию с выбранными настройками стимуляции (1 с и 20 Гц, 45 попыток, ~25 мин) при сравнении taVNS и имитации стимуляции (два блока, разделенных 5-минутным перерывом в рандомизированном порядке) будет проверена, чтобы подтвердить, что они вызывают сильная зрачковая реакция. Для активной taVNS и имитации стимуляции мочки уха будет использоваться taVNS на правой раковине цимбы. На два сеанса нейровизуализации исследователи планируют пригласить участников, которые продемонстрировали большее расширение зрачков для taVNS по сравнению с имитацией стимуляции во время первого сеанса. Исследователи будут вводить taVNS на одном сеансе и симулировать на другом. Порядок сеансов будет случайным. Во время калибровки интенсивность стимуляции будет регулироваться так, чтобы она соответствовала легкому покалыванию для taVNS и имитации. Как сообщалось ранее, интенсивность будет увеличиваться с 0,1 мА с шагом 0,1 мА до тех пор, пока участник не сообщит, что испытывает это ощущение. Чтобы обеспечить эффективное замалчивание, исследователи объединяют в пары невыигрышные сигналы (для блоков, в которых стимуляция сочетается с поощрительной обратной связью) или действия, связанные с неправильным стимулом (сигнал с меньшей вероятностью принесет вознаграждение в блоках, где стимуляция сочетается с поощрительной обратной связью). действие) при малой интенсивности (0,1 мА) стимуляции. Это служит дополнительным условием контроля для сравнения эффектов реальной стимуляции (высокой интенсивности) со стимуляцией, которая не должна активировать афференты блуждающего нерва (низкой интенсивности). Участники будут проинформированы о том, что во всех испытаниях они будут получать стимуляцию различной интенсивности, даже если стимуляция не всегда будет восприниматься.
Прежде чем войти в сканер, участники выполнят короткую практику выполнения задачи инструментального обучения, чтобы ознакомиться со структурой и процедурой выполнения задачи. Затем участники войдут в сканер фМРТ. Здесь исследователи проведут калибровку интенсивности стимуляции, а также еще одну короткую практику выполнения задания по калибровке устройства силы захвата, используемого во время задания. После второй практики будет получено анатомическое изображение, после чего будет проведено измерение в состоянии покоя для анализа функциональных связей. Во время измерения будет показан фильм, позволяющий уменьшить движение и не дать участнику заснуть (Inscapes). В завершение сеанса участники выполнят задачу инструментального обучения (описанную в разделе ниже) с одновременной стимуляцией taVNS или имитацией (около 1 часа стимуляции).
Задача инструментального обучения. Будет использоваться вероятностная задача обучения для оценки потенциала импульсного taVNS в инструментальном обучении, где участники должны узнать, какие действия связаны с более высокой вероятностью вознаграждения на основе конкретных сигналов. Участникам будут представлены пары абстрактных стимулов, и они методом проб и ошибок узнают, какой сигнал с большей вероятностью принесет вознаграждение. Для каждой пары стимулов участникам будет предложено выбрать один стимул, нажимая устройство силы захвата в течение 3 секунд подряд. Они будут держать по одному устройству силы захвата в каждой руке и будут проинструктированы нажимать на силу захвата, соответствующую стороне выбранного стимула.
Чтобы обеспечить различные уровни сложности, вероятность победы «правильного» стимула будет различаться в легких и сложных испытаниях. В простых испытаниях вероятность победы правильного стимула будет равна 0,75, а это означает, что выбор соответствующего действия приведет к вознаграждению в 75% случаев. В сложных испытаниях вероятность победы правильного стимула будет немного ниже — 0,65. Вероятность победы другого стимула («неправильного» стимула) будет рассчитываться как 1 минус вероятность правильного стимула.
Задание будет состоять из восьми пар реплик, разделенных на четыре блока. Каждый блок содержит две пары: одну с высокой сложностью, другую с низкой сложностью. В течение двух блоков участники будут стимулироваться высокоинтенсивной стимуляцией всякий раз, когда они получат вознаграждение, независимо от выбранного действия. Во время двух других блоков стимуляция будет применяться всякий раз, когда участники выполняют действие, связанное с правильным стимулом (сигнал, который с большей вероятностью принесет вознаграждение), независимо от результата. В качестве дополнительного условия контроля в дополнение к имитации интенсивность будет варьироваться от taVNS низкой интенсивности, недостаточной для индукции активации блуждающего нерва (постоянная для всех участников), и стимуляции высокой интенсивности, определяемой индивидуальной калибровкой. В каждом испытании правильный выбор будет получать стимуляцию высокой интенсивности, а неправильный выбор будет сочетаться с стимуляцией низкой интенсивности.
Тип исследования
Регистрация (Оцененный)
Фаза
- Непригодный
Контакты и местонахождение
Контакты исследования
- Имя: Nils B Kroemer, Dr.
- Номер телефона: 49 228 287-19123
- Электронная почта: nkroemer@uni-bonn.de
Места учебы
-
-
-
Bonn, Германия
- Рекрутинг
- Section of Medical Psychology, University Hospital Bonn
-
Контакт:
- Nils B Kroemer, Prof. Dr.
- Номер телефона: 49 228 287-19123
- Электронная почта: nkroemer@uni-bonn.de
-
-
Критерии участия
Критерии приемлемости
Возраст, подходящий для обучения
- Взрослый
Принимает здоровых добровольцев
Описание
Критерии включения:
- Возраст от 18 до 35
- Индекс массы тела от 18,5 до 30,0 кг/м2.
- Предоставление письменного информированного согласия
- Нормальное или скорректированное до нормального зрение
Критерий исключения:
острый:
- поражения кожи в месте стимуляции (например, раны, воспаления),
- серьги или пирсинг в левом или правом ухе, которые невозможно снять,
- имплантаты (кардиостимулятор, кохлеарный имплант, церебральный шунт),
- требуется постоянное использование слухового аппарата,
- беременная или кормящая,
- другие противопоказания для МРТ (например, клаустрофобия)
- Травма головного мозга,
- шизофрения,
- биполярное расстройство,
- тяжелые расстройства, вызванные употреблением психоактивных веществ,
- ишемическая болезнь сердца,
- гладить,
- диабет,
- эпилепсия,
- Распространенность астмы за 12 месяцев:
- текущее настроение или тревожное расстройство (за исключением специфических фобий),
- обсессивно-компульсивное расстройство,
- расстройства, связанные с травмой и стрессором,
- соматические симптомы расстройства,
- расстройство пищевого поведения.
Учебный план
Как устроено исследование?
Детали дизайна
- Основная цель: Фундаментальная наука
- Распределение: Рандомизированный
- Интервенционная модель: Назначение кроссовера
- Маскировка: Одинокий
Оружие и интервенции
Группа участников / Армия |
Вмешательство/лечение |
|---|---|
|
Экспериментальный: стимуляция таВНС
taVNS – это неинвазивный метод стимуляции ушной ветви блуждающего нерва.
Чрескожные электроды помещаются в тарелку уха и короткие импульсы (ширина импульса 20 Гц, 1 с, 400 мкс) стимуляции подаются либо параллельно действию, либо обратной связи.
Сила стимуляции калибруется индивидуально.
Стимуляция длится ~1 час за сеанс.
|
Неинвазивная стимуляция ушной ветви блуждающего нерва (cymba conchae).
Исследовательский прибор от ТВНС технологий.
|
|
Фальшивый компаратор: имитация стимуляции
Стимуляция мочки уха, не иннервируемой блуждающим нервом, с теми же параметрами (короткие импульсы шириной 20 Гц, 1 с, 400 мкс, подаваемые параллельно действию или обратной связи).
Сила стимуляции калибруется индивидуально.
Стимуляция длится ~1 час на протяжении всего исследования.
Стимуляция длится ~1 час за сеанс.
|
Неинвазивная стимуляция мочки уха (не иннервируемая блуждающим нервом).
Исследовательский прибор от ТВНС технологий.
|
Что измеряет исследование?
Первичные показатели результатов
Мера результата |
Мера Описание |
Временное ограничение |
|---|---|---|
|
Точность выбора
Временное ограничение: 1 час
|
Количественно оценивается точностью действий при подаче сигнала во время задачи обучения с подкреплением.
Эффекты между состояниями и внутри субъекта (taVNS или имитация стимуляции).
Порядок стимуляции и интенсивность стимуляции будут использоваться в качестве ковариат.
|
1 час
|
|
Время ответа
Временное ограничение: 1 час
|
Время, затраченное участником на выполнение действия после подачи сигнала.
Порядок стимуляции и интенсивность стимуляции будут использоваться в качестве ковариат.
|
1 час
|
|
Скорость обучения на основе модели обучения с подкреплением
Временное ограничение: 1 час
|
Индивидуальный выбор будет использоваться для определения индивидуальных показателей обучения путем моделирования обучения с подкреплением с использованием Q-обучения.
Мы проведем сравнение моделей (WAIC), чтобы определить, лучше ли объясняют данные отдельные скорости обучения для tVNS и имитации.
Кроме того, мы будем использовать сравнение моделей, чтобы оценить, будут ли модуляции скорости обучения taVNS, особенно во время действия, обратной связи или того и другого, лучше объяснять данные.
Более того, мы будем использовать начальную загрузку для сравнения скорости обучения в разных условиях (фикция и tVNS).
Мы будем использовать байесовское иерархическое моделирование (STAN) для оценки модели и сравнения моделей (WAIC).
Порядок стимуляции и интенсивность стимуляции будут использоваться в качестве ковариат.
|
1 час
|
|
Чувствительность к вознаграждению из модели обучения с подкреплением
Временное ограничение: 1 час
|
Индивидуальный выбор будет использоваться для определения индивидуальной чувствительности к вознаграждению путем моделирования обучения с подкреплением с использованием Q-обучения.
Мы проведем сравнение моделей (WAIC), чтобы определить, лучше ли разная чувствительность к вознаграждению для tVNS и фиктивного объяснения данных.
Кроме того, мы будем использовать сравнение моделей, чтобы оценить, будет ли модуляция чувствительности к вознаграждению с помощью taVNS, особенно во время действия, обратной связи или того и другого, лучше объяснить данные.
Более того, мы будем использовать начальную загрузку для сравнения чувствительности к вознаграждению в разных условиях (фикция и tVNS).
Мы будем использовать байесовское иерархическое моделирование (STAN) для оценки модели и сравнения моделей (WAIC).
Порядок стимуляции и интенсивность стимуляции будут использоваться в качестве ковариат.
|
1 час
|
|
Изменения реакции мозга во время предъявления сигнала
Временное ограничение: 1 час
|
taVNS-индуцированные изменения, связанные с активностью мозга, связанной с вознаграждением (3T).
Мы будем оценивать изменения (tVNS по сравнению с имитацией, полный факториал в SPM) во время ожидания сигнала.
Мы оценим изменения в маске, включая полосатое тело и средний мозг, определенные с помощью Гарвардского Оксфордского атласа, включая улучшение среднего мозга.
|
1 час
|
|
Изменения в реакции мозга, связанные с ошибками прогнозирования вознаграждения
Временное ограничение: 1 час
|
taVNS-индуцированные изменения, связанные с активностью мозга, связанной с вознаграждением (3T).
Мы будем сравнивать изменения (tVNS против имитации, полный факториал в SPM) в контрастах фМРТ, основанных на модели, представляющих ошибки прогнозирования вознаграждения при представлении обратной связи.
Поскольку поведенческие изменения в параметрах модели влияют на регрессоры на основе модели, они могут вносить изменения, не связанные с нейронными эффектами.
Сначала мы сравним модели (BIC), чтобы определить, какие параметры индивидуального уровня или параметры группового уровня лучше объясняют нейронные данные.
Затем мы тестируем вызванные taVNS изменения в победившей модели и сообщаем об изменениях в другой в виде анализа чувствительности.
Мы будем оценивать коррелированную активацию мозга в маске, включающей полосатое тело и средний мозг, определенные в Гарвардском Оксфордском атласе, включая улучшенный средний мозг.
|
1 час
|
Вторичные показатели результатов
Мера результата |
Мера Описание |
Временное ограничение |
|---|---|---|
|
Интенсивность стимуляции
Временное ограничение: 2 минуты после стимуляции
|
самооценка (визуальная аналоговая шкала от 1 до 100) интенсивности стимуляции как потенциального модератора эффектов tVNS.
|
2 минуты после стимуляции
|
|
Изменения в реакции мозга на победу и поражение
Временное ограничение: 1 час
|
taVNS-индуцированные изменения, связанные с активностью мозга, связанной с вознаграждением (3T).
Мы будем сравнивать изменения (tVNS против фиктивного, полный факториал в SPM) в немодальном контрасте фМРТ, сравнивая обратную связь о выигрыше с обратной связью о проигрыше.
Мы оценим вызванные tVNS изменения в маске, включая полосатое тело и средний мозг, определенные с помощью Гарвардского Оксфордского атласа, включая улучшение среднего мозга.
|
1 час
|
|
Изменения реакции мозга, связанные с ожидаемой ценностью во время предъявления сигнала
Временное ограничение: 1 час
|
taVNS-индуцированные изменения, связанные с активностью мозга, связанной с вознаграждением (3T).
Мы будем сравнивать изменения (tVNS против имитации, полный факториал в SPM) в контрастах фМРТ, основанных на модели, представляющих ожидаемое значение выбранного варианта при предъявлении сигнала.
Поскольку поведенческие изменения в параметрах модели влияют на регрессоры на основе модели, они могут вносить изменения, не связанные с нейронными эффектами.
Сначала мы сравним модели (BIC), чтобы определить, какие параметры индивидуального уровня или параметры группового уровня лучше объясняют нейронные данные.
Затем мы тестируем вызванные taVNS изменения в победившей модели и сообщаем об изменениях в другой в виде анализа чувствительности.
Мы будем оценивать изменения в коррелирующей активации мозга в маске, включающей полосатое тело и средний мозг, определенные с помощью Гарвардского Оксфордского атласа, включая улучшенный средний мозг.
|
1 час
|
Соавторы и исследователи
Спонсор
Даты записи исследования
Изучение основных дат
Начало исследования (Действительный)
Первичное завершение (Оцененный)
Завершение исследования (Оцененный)
Даты регистрации исследования
Первый отправленный
Впервые представлено, что соответствует критериям контроля качества
Первый опубликованный (Действительный)
Обновления учебных записей
Последнее опубликованное обновление (Действительный)
Последнее отправленное обновление, отвечающее критериям контроля качества
Последняя проверка
Дополнительная информация
Термины, связанные с этим исследованием
Другие идентификационные номера исследования
- BON002
Планирование данных отдельных участников (IPD)
Планируете делиться данными об отдельных участниках (IPD)?
Информация о лекарствах и устройствах, исследовательские документы
Изучает лекарственный продукт, регулируемый FDA США.
Изучает продукт устройства, регулируемый Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.
Эта информация была получена непосредственно с веб-сайта clinicaltrials.gov без каких-либо изменений. Если у вас есть запросы на изменение, удаление или обновление сведений об исследовании, обращайтесь по адресу register@clinicaltrials.gov. Как только изменение будет реализовано на clinicaltrials.gov, оно будет автоматически обновлено и на нашем веб-сайте. .