Konventionell eller högupplöst tDCS för att förbättra implicit motorisk sekvensinlärning hos friska unga vuxna?

STUDERA DESIGN

Utredarna kommer att genomföra en enkelblind, skenkontrollerad, motviktsstudie. För den sekvensspecifika aspekten av IMSL (primärt utfall), kommer en blandad faktoriell upprepad åtgärd ANOVA att utföras med "enhet" (2 nivåer: konventionell tDCS, HD tDCS) som mellan-subjektsfaktor och "stimulering" (2 nivåer: anodal, sken), "block" (2 nivåer: slumpmässigt block, medelvärde av intilliggande block) och "tid" (3 nivåer: under, efter 5 min, efter 1 vecka) som faktorer inom försökspersonerna. På liknande sätt, för allmän inlärning (sekundärt resultat), kommer en blandad faktoriell upprepad åtgärd ANOVA att utföras med "enhet" (2 nivåer: konventionell tDCS, HD tDCS) som mellan-subjektsfaktor och "stimulering" (2 nivåer: anod, sken) , "block" (7 nivåer: Block 1-6, Block 8) och "tid" (3 nivåer: under, efter 5 min, efter 1 vecka) som faktorer inom ämnet. Deltagare tilldelas slumpmässigt till antingen den konventionella tDCS-gruppen eller HD tDCS-gruppen genom blockrandomisering. Alla deltagare kommer att få både anodal (riktig) och skenbar (placebo) tDCS i en slumpmässig ordning. Motbalansering kommer att göras av en oberoende utredare som använder Microsoft Excel®.

REKRYTERINGSSTRATEGI

Friska unga vuxna kommer att rekryteras från Vrije Universiteit Brussel. Det finns inga begränsningar eller förbud för ämnena.

MATERIAL

För den konventionella tDCS kommer en 1x1 lågintensiv likströmsstimulator (Soterix Medical Inc, New York, USA) att användas för att generera och leverera tDCS genom ett par identiska fyrkantiga gummielektroder (storlek 35 cm2), placerade i rektangulär koksaltlösning. svampar. För stimulering av M1 kommer elektroder att placeras över C3 eller C4 enligt det internationella 10-20 elektroencefalogramsystemet, matchande med M1 kontralateralt till den utförande handen. Referenselektroden kommer att placeras på F1 eller F2, ipsilateralt till den utförande handen.

Den aktuella stimuleringen kommer långsamt att ökas från 0 milliampere (mA) till 2 mA på en minut. För det anodala tDCS-tillståndet kommer denna intensitet att bibehållas under hela SRT-uppgiften (cirka 20 minuter), vilket ligger väl inom evidensbaserade säkerhetsstandarder för tDCS. Detta kommer att resultera i en strömtäthet på 0,057 mA/cm2. För det skenbara tDCS-tillståndet - okänd för försökspersonen - kommer stimuleringen gradvis att minskas mot 0 mA omedelbart efter en minuts upprampning. Under det sista blocket av SRT-uppgiften kommer denna gradvisa upp- och nedtrappning av den aktuella stimuleringen att upprepas för att optimera processen för att blinda deltagare. För att kontrollera för blindning av försökspersonerna kommer försökspersonerna efter den sista sessionen att tillfrågas om de var medvetna om stimuleringstillståndet eller inte. Övergående biverkningar kommer att inventeras av försöksledaren under och två veckor efter tDCS-protokollet och kan inkludera en lätt klåda under elektroden, rodnad i huden under elektroden, huvudvärk, illamående, trötthet eller sömnlöshet.

För High Definition tDCS kommer en 4x1 Multichannel Stimulation Adapter (Soterix Medical Inc, New York, USA) att användas för att leverera HD tDCS över M1. Genom att ansluta den konventionella tDCS-enheten (beskriven ovan) till denna flerkanalsstimuleringsadapter, levereras likströmmen längs 4x1 HD tDCS-konfigurationen, vilket möjliggör neuromodulering begränsad till det önskade området. I motsats till de relativt stora svampelektroderna som används i konventionella tDCS-montage (Figur 1A), levereras stimulering via HD tDCS med hjälp av en central gelelektrod och fyra returelektroder placerade i plasthöljen inbäddade i en EEG-kåpa (Figur 1B ). Installation av enheten kommer att göras enligt det omfattande experimentella protokoll som tillhandahålls av Villamar och kollegor (2013). För stimulering av vänster M1, kontralateralt till den högra handen som utför, kommer anodstimuleringen att levereras via den centrala elektroden som motsvarar C3 och hållas på plats med hjälp av den specialdesignade syntetiska hatten för att hålla HD-tDCS-elektroderna på huvudet. Returelektroderna är placerade vid Cz, F3, T7 och P3 (internationellt 10-20 elektroencefalogramsystem), se figur 2. För höger M1, kontralateralt till den presterande vänstra handen, kommer den centrala elektroden att placeras vid C4 med returelektroderna vid Cz, F4, T8 och P4. Den stimulerande (anodala) likströmmen kommer att ökas i 60 sekunder till en intensitet på 2 mA och bibehållas under hela SRT-uppgiften (cirka 20 minuter).

Uppgiften Serial Reaction Time (SRT-task) kommer att användas för att bestämma IMSL. SRT-uppgiften kommer att utföras på en bärbar dator med hjälp av programvaran E-Prime® (Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania, USA). Deltagarna kommer att uppmanas att trycka på de horisontellt riktade svarstangenterna C, V, B, N på ett standard azerty-tangentbord för ett mål längst till vänster, till vänster, till höger respektive längst till höger. Svar kommer att ges med pekfingret på den minst drabbade handen när det gäller personer med PD och med den dominerande handen när det gäller friska kontroller. Om båda händerna är lika påverkade hos personer med PD kommer den dominerande handen att användas också. Svarsnycklarna C, V, B och N kommer att vara de enda synliga nycklarna, alla andra nycklar kommer att täckas.

PROCEDUR

Experimentet kommer att äga rum i ett laboratorium vid Vrije Universiteit Brussel (VUB) eller i ett tyst rum hemma hos deltagaren, under övervakning av utredaren.

Efter en screeningssession (T0), där baslinjedemografiska egenskaper (kön, ålder, dominerande hand) kommer att samlas in. Deltagarna kommer att tilldelas antingen den konventionella tDCS-gruppen eller HD tDCS-gruppen och kommer att ses fyra gånger (T1-T4) under loppet av minst fem till maximalt elva veckor. Alla fyra sessionerna kommer att börja med en övnings-SRT-uppgift med ett slumpmässigt block med 25 försök, följt av den faktiska experimentella SRT-uppgiften med åtta block med 72 försök med en trettio sekunders paus mellan på varandra följande block. I block 1 till 6 och block 8, ordningen på målet (dvs. svart prick) kommer att följa en upprepad sekvens. Detta är obekant för deltagaren. Skälet är att reaktionstiderna kommer att minska med upprepning av sekvensen genom block 1-6 och 8, vilket betecknar en allmän träningseffekt (sekundärt resultatmått). När den upprepade sekvensen plötsligt ändras till en slumpmässig sekvens i Block 7, kommer reaktionstiden att öka i Block 7 och minska ytterligare en gång i regelbundet sekvenserade Block 8, vilket betecknar en sekvensspecifik inlärningseffekt (primärt utfallsmått). För att kontrollera för eventuella överföringseffekter kommer SRT-uppgiften att följa en annan sekvens i varje stimuleringstillstånd (t.ex. 132342134142 i T1-T2 och 243413241213 i T3-T4). För att säkerställa att IMSL är oberoende av en specifik sekvens, kommer sex olika, strukturellt identiska, sekvenser med 12 element långa att balanseras mellan deltagarna.

Den första interventionssessionen (T1) kommer att planeras minst 1 vecka efter screeningssessionen (T0) och kommer att bestå av aktiv (anodal) tDCS eller skenbar (placebo) tDCS administrerad under SRT-uppgiften. Fem minuter efter tDCS kommer försökspersoner att uppmanas att utföra en kort version med tre block av SRT-uppgiften utan tillämpning av tDCS för att undersöka potentiella kortsiktiga konsolideringseffekter: Block 1 och 3 följer samma regelbundna sekvens som tidigare; Block 2 efter en slumpmässig sekvens.

Den andra sessionen (T2) kommer att planeras en vecka senare. Under denna en veckas session efter tDCS kommer samma, fullständiga version av SRT-uppgiften från en vecka tidigare att utföras, denna gång utan tillämpning av tDCS, för att fastställa potentiella långsiktiga konsolideringseffekter. Efter T2 kommer en uttvättningsperiod på minst tre veckor att planeras för att kontrollera överföringseffekter mellan de två stimuleringsförhållandena (active/sham tDCS). Cross-over kommer att äga rum och samma procedur med motsatt stimuleringstillstånd kommer att upprepas under den tredje (T3) interventionella och fjärde (T4) uppföljningssessionen. Hälften av deltagarna i varje grupp kommer att ha fått aktiv tDCS under T1 och sken-tDCS under T3, medan den andra hälften av deltagarna kommer att ha fått dessa tillstånd i omvänd och randomiserad ordning.

Den aktuella stimuleringen kommer långsamt att ökas från 0 mA till 2 mA på en minut. För det anodala tDCS-tillståndet kommer denna intensitet att bibehållas under SRT-uppgiftens varaktighet (cirka 20 minuter). För det skenbara tDCS-tillståndet - okänt för försökspersonen - kommer stimuleringen att gradvis minskas mot 0 mA omedelbart efter en minut upprampning.

Ett frågeformulär efter SRT-uppgiften kommer att fyllas i efter den sista sessionen (T4) för att avgöra om deltagarna blev medvetna om uppgiftens sekventiella karaktär. Om deltagarna anger att de tror att en specifik sekvens dök upp, måste de återge sekvensen från den senaste sessionen så korrekt som möjligt.

STATISTISKA ANALYSER

Alla statistiska analyser kommer att utföras med hjälp av International Business Machines (IBM) Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) Statistics version 26. Signifikansnivån sätts till α = 0,05. En trend mot signifikans kommer att definieras som 0,05 ≤ α < 0,10. Lämpliga korrigeringar för flera jämförelser kommer att göras vid behov. Cohens f-effektstorlekar kommer att rapporteras, med värden 0,10, .25 och .40 representerar små, medelstora respektive stora effektstorlekar.

I händelse av nolleffekter kommer utredarna att dra slutsatsen att det inte finns några bevis för skillnad mellan tillstånden. Utredarna kommer dock också att beräkna post-hoc Bayes-faktorer för varje grupp (konventionell tDCS, HD tDCS) för att bedöma om en brist på skillnad i sekvensinlärning mellan anod- och skenstimuleringsförhållandena skulle kunna tolkas som bevis för frånvaron av en effekt av tDCS om sekvensinlärning.

Korrelationsanalyser, Bonferroni-korrigerade för flera jämförelser, kommer att utföras för att undersöka om mängden IMSL korrelerar med demografiska variabler (inklusive kliniska subtyper av PD). Om antaganden för parametrisk testning överträds kommer det icke-parametriska alternativet Spearman's Rho att beräknas.

Resultaten av SRT-uppgifterna under, 5 minuter efter och en vecka efter sham tDCS kommer att fungera som baslinjemått för att jämföras med resultaten efter faktisk anodal tDCS.

Analyserna av SRT-uppgiftens prestanda kommer att baseras på medianreaktionstid (RT) per block istället för genomsnittlig RT för att minimera potentiella extremeffekter. Övningsförsök, det första svaret efter varje paus, felaktiga svar och svar efter ett fel kommer att exkluderas från analyserna. Median RT per block kommer att analyseras för att bestämma (1) en allmän inlärningseffekt (sekundärt resultatmått) och (2) en sekvensspecifik inlärningseffekt (primärt resultatmått).

Allmänna inlärningseffekter under och en vecka efter tDCS kommer att härledas från en minskning av median RTs över de sju regelbundet sekvenserade blocken (dvs. Block 1-6 och Block 8). Detta kommer inte att vara tillämpligt på 5-minuters post-tDCS SRT-uppgift eftersom det är en kort version med endast tre block. En ANOVA på 2x2x2x7 upprepade mätningar kommer att utföras med enhet (konventionell tDCS, HD tDCS) som mellan-subjektsfaktor och stimulering (aktiv, sken), tid (under, efter 1 vecka) och block (block 1-6, block 8) som inom -ämnens faktorer.

Sekvensspecifika inlärningseffekter under, 5 minuter och 1 vecka efter tDCS kommer att analyseras genom att subtrahera medelvärdet av median RT för intilliggande sekvenserade block (block 6 och 8 under stimulering och en vecka efter tDCS; Block 1 och 3 kl. 5 minuter efter tDCS) från median RT för det slumpmässiga blocket (Block 7 under stimulering och 1 vecka efter tDCS; Block 2 vid 5 minuter efter tDCS). En ANOVA på 2x2x2x3 upprepade mätningar (eller Friedman och Wilcoxon signerade ranktest som icke-parametriska alternativ) kommer att utföras med enhet (konventionell tDCS, HD tDCS) som mellan-subjektsfaktor och stimulering (aktiv, sken), sekvens (slumpmässigt block, medelvärde av intilliggande sekvenserade block) och tid (under, post5min, post1week) som inom-ämnesfaktorer.

Om antaganden om sfäricitet överträds kommer Greenhouse-Geisser eller Huynh-Feldt-korrigeringar att rapporteras. Bonferroni-korrigerade t-tester kommer att implementeras för att ytterligare analysera betydande huvud- och interaktionseffekter.

Felprocenten i SRT-uppgiften är i allmänhet små och därför, på grund av ett begränsat antal observationer, mindre känsliga för IMSL. Procentandelen felaktiga reaktioner per block kommer att beräknas för både stimuleringsförhållanden (anodal, sken) och för de tre mätningarna över tiden (samtidigt, efter 5 minuter, efter 1 vecka). Shapiro-Wilk-testet av restsubstanser kommer att utföras för att utvärdera normaliteten i distributionen.

Den sekventiella poängen, som utfallsmått för explicit kunskap, kommer att tas upp som en kovariat i analyserna. Ett oberoende prov t-test (eller icke-parametriskt alternativt Mann-Whitney U-test) kommer att utföras för att fastställa om de sekventiella poängen (x/12) för den konventionella tDCS-gruppen skiljer sig från HD tDCS-gruppen.