Abstract Background Working memory is essential to a wide range of cognitive functions and activities. Transcutaneous auricular VNS (taVNS) is a promising method to improve working memory performance. However, the feasibility and scalability of electrical stimulation are constrained by several limitations, such as auricular discomfort and inconsistent electrical contact. Objective We aimed to develop a novel and practical method, vibrotactile taVNS, to improve working memory. Further, we investigated its effects on arousal, measured by skin conductance and pupil diameter. Method This study included 20 healthy participants. Behavioral response, skin conductance, and eye tracking data were concurrently recorded while the participants performed N-back tasks under three conditions: vibrotactile taVNS delivered to the cymba concha, earlobe (sham control), and no stimulation (baseline control). Results In 4-back tasks, which demand maximal working memory capacity, active vibrotactile taVNS significantly improved the performance metric d ’ compared to the baseline but not to the sham. Moreover, we found that the reduction rate of d ’ with increasing task difficulty was significantly smaller during vibrotactile taVNS sessions than in both baseline and sham conditions. Arousal, measured as skin conductance and pupil diameter, declined over the course of the tasks. Vibrotactile taVNS rescued this arousal decline, leading to arousal levels corresponding to optimal working memory levels. Moreover, pupil diameter and skin conductance level were higher during high-cognitive-load tasks when vibrotactile taVNS was delivered to the concha compared to baseline and sham. Conclusion Our findings suggest that vibrotactile taVNS modulates the arousal pathway and could be a potential intervention for enhancing working memory. Highlights Vibrotactile stimulation of the auricular vagus nerve increases general arousal. Vibrotactile stimulation of the auricular vagus nerve mitigates arousal decreases as subjects continuously perform working memory tasks. 6 Hz Vibrotactile auricular vagus nerve stimulation is a potential intervention for enhancing working memory performance.

Background Inflammation has been implicated in driving the morbidity associated with subarachnoid hemorrhage (SAH). Despite understanding the important role of inflammation in morbidity following SAH, there is no current effective way to modulate this deleterious response. There is a critical need for a novel approach to immunomodulation that can be safely, rapidly, and effectively deployed in SAH patients. Vagus nerve stimulation (VNS) provides a non-pharmacologic approach to immunomodulation, with prior studies demonstrating VNS can reduce systemic inflammatory markers, and VNS has had early success treating inflammatory conditions such as arthritis, sepsis, and inflammatory bowel diseases. The aim of the Non-invasive Auricular Vagus nerve stimulation for Subarachnoid Hemorrhage (NAVSaH) trial is to translate the use of non-invasive transcutaneous auricular VNS (taVNS) to spontaneous SAH, with our central hypothesis being that implementing taVNS in the acute period following spontaneous SAH attenuates the expected inflammatory response to hemorrhage and curtails morbidity associated with inflammatory-mediated clinical endpoints. Materials and methods The overall objectives for the NAHSaH trial are to 1) Define the impact that taVNS has on SAH-induced inflammatory markers in the plasma and cerebrospinal fluid (CSF), 2) Determine whether taVNS following SAH reduces radiographic vasospasm, and 3) Determine whether taVNS following SAH reduces chronic hydrocephalus. Following presentation to a single enrollment site, enrolled SAH patients are randomly assigned twice daily treatment with either taVNS or sham stimulation for the duration of their intensive care unit stay. Blood and CSF are drawn before initiation of treatment sessions, and then every three days during a patient’s hospital stay. Primary endpoints include change in the inflammatory cytokine TNF-α in plasma and cerebrospinal fluid between day 1 and day 13, rate of radiographic vasospasm, and rate of requirement for long-term CSF diversion via a ventricular shunt. Secondary outcomes include exploratory analyses of a panel of additional cytokines, number and type of hospitalized acquired infections, duration of external ventricular drain in days, interventions required for vasospasm, continuous physiology data before, during, and after treatment sessions, hospital length of stay, intensive care unit length of stay, and modified Rankin Scale score (mRS) at admission, discharge, and each at follow-up appointment for up to two years following SAH. Discussion Inflammation plays a central role in morbidity following SAH. This NAVSaH trial is innovative because it diverges from the pharmacologic status quo by harnessing a novel non-invasive neuromodulatory approach and its known anti-inflammatory effects to alter the pathophysiology of SAH. The investigation of a new, effective, and rapidly deployable intervention in SAH offers a new route to improve outcomes following SAH. Trial registration Clinical Trials Registered, NCT04557618 . Registered on September 21, 2020, and the first patient was enrolled on January 4, 2021.