Beslissingsflexibiliteit beïnvloeden met thalamische ultrasone stimulatie

De thalamus levert veelzijdige bijdragen aan neuro-cognitieve functies. Door de
corticale informatieverwerking te reguleren, bepalen de thalamocorticale
circuits hoe externe informatie gedrag stuurt en ondersteunen ze op kritische
wijze fundamentele bouwstenen van cognitie, waaronder perceptie en executieve
functie. De diepe ligging en gedifferentieerde samenstelling van de thalamus
vormt echter een uitdaging voor menselijk onderzoek en beperkt causale
interventies. De opkomende technologie van Transcraniële Ultrasone Stimulatie
(TUS) met lage intensiteit belooft deze uitdaging te overwinnen. TUS maakt
omkeerbare, niet-invasieve modulatie van focaal diep hersenweefsel mogelijk,
waaronder de menselijke thalamus met millimeterprecisie. Tot nu toe heeft
echter nog geen enkele studie het potentieel onderzocht om te interageren met
functioneel heterogene subregio's van de thalamus - een eerste vereiste voor
gerichte interactie met deze belangrijke structuur. In dit project willen we
gebruik maken van de ongekende precisie van TUS om de bijdrage van anatomisch
aangrenzende, maar verschillend projecterende thalamische circuits aan
onzekerheidsresolutie in menselijke besluitvorming te verduidelijken.

Ons primaire doel is het ophelderen van de neurale en cognitieve effecten van
korte-termijn TUS op twee thalamus subdivisies bij de mens. Daartoe richten we
ons op twee thalamus subregio's die ruimtelijk aangrenzend zijn, maar
verschillende connectiviteitsprofielen hebben met distale corticale doelen. We
onderzoeken de kortetermijneffecten van TUS op de mediodorsale (MD) of
pulvinaire (PUL) thalamus terwijl deelnemers een perceptuele
besluitvormingstaak uitvoeren. Onze primaire resultaten zijn doelspecifieke
veranderingen in (1) de betrokkenheid van corticale doelen en (2)
beslissingsberekeningen die op deze circuits steunen. Als secundaire uitkomst
onderzoeken we de effecten van TUS op fysiologische parameters.

Drie bezoeken, enkelblind, gerandomiseerd, cross-over onderzoek. Tijdens de
eerste sessie worden structurele en functionele MRI-scans gemaakt. De tweede en
derde sessie zijn ultrasone interventiesessies. In deze sessies zal ultrasone
stimulatie worden toegepast na en voorafgaand aan het verkrijgen van
elektro-encefalografie (EEG) tijdens een perceptuele besluitvormingstaak. We
zullen een factorial design gebruiken met stimulatie (MD-thalamus-TUS,
PUL-thalamus-TUS) als een within-subject factor.

Transcraniële Ultrasone Stimulatie (TUS) gericht op bilaterale mediodorsale thalamus, en bilaterale pulvinar thalamus (in afzonderlijke sessies). Experimentele manipulaties van (1) perceptuele onzekerheid en (2) taakonzekerheid dienen om de twee doelnetwerken te activeren.

Deelnemers ontvangen geen direct voordeel van deelname, hoewel ze vaak aangeven
het leuk te vinden om deel te nemen en de mogelijkheid om MRI, EEG en TUS te
ervaren. Deelnemers ontvangen een standaard financiële vergoeding waar van
toepassing (¤15/uur; ¤120 in totaal voor alle drie de sessies). Er zal een
prestatie-afhankelijke bonus zijn van maximaal 20% van de sessie-specifieke
vergoeding die niet vooraf kan worden geadverteerd volgens het beleid van de
instelling. Vóór deelname worden alle proefpersonen gescreend op
contra-indicaties voor niet-invasieve hersenstimulatie en MRI. Het geschatte
risico voor deelname aan MRI-metingen en TUS-gebaseerde interventies is
minimaal. Het lawaai en de relatief beperkte ruimte van de MRI-scanner kunnen
bij sommige proefpersonen ongemak veroorzaken. Het aanbrengen van de EEG
elektrode kan een milde, voorbijgaande huidirritatie veroorzaken. Deelnemers
worden vooraf geïnformeerd over beide mogelijkheden. TUS voor neuromodulatie
bij mensen heeft nog nooit geleid tot ernstige bijwerkingen (Blackmore,
Shrivastava, Sallet, Butler, & Cleveland, 2019; Pasquinelli, Hanson, Siebner,
Lee, & Thielscher, 2019; Sarica et al., 2022). Net als bij toepassingen van
beproefde biomedische echografie (ter Haar, 2010) wordt de veiligheid van
studiedeelnemers gewaarborgd door naleving van internationaal erkende
praktijken en richtlijnen (bijv. van de Amerikaanse Food and Drug
Administration (2017)). In alle gevallen houden we ons aan de aanbevelingen van
de internationale expertgroep voor veiligheid en normen voor transcraniële
ultrasone stimulatie (ITRUSST, https://itrusst.com). Lichte bijwerkingen van
deelname aan een TUS-experiment kunnen lichte voorbijgaande hoofdpijn en
vermoeidheid zijn (Legon et al., 2020). Concluderend kunnen we stellen dat het
risico en de belasting in verband met deelname minimaal zijn en we verwachten
geen (ernstige) bijwerkingen tijdens het project.