O condicionamento do medo humano Realizado em total imersão Realidade Virtual 3-Dimensional
Summary
Paradigma do condicionamento clássico medo foi adaptado para participantes humanos em um ambiente totalmente imersiva realidade virtual. Usando um paradigma de discriminação, medo condicionado de sinalização, e retenção da memória de contexto, e extinção foi medido com a resposta da pele a condutância dinâmica cobras e aranhas virtuais (os estímulos condicionados) em dois contextos distintos virtual.
Abstract
O condicionamento do medo é um paradigma amplamente utilizada em não-humanos pesquisas com animais para investigar os mecanismos neurais subjacentes medo e ansiedade. Um grande desafio na condução de estudos de condicionamento em seres humanos é a capacidade de manipular ou fortemente simular a contextos ambientais que estão associados com comportamentos emocionais condicionadas. Neste sentido, a tecnologia de realidade virtual (VR) é uma ferramenta promissora. No entanto, a adaptação desta tecnologia para atender às restrições experimental requer acomodações especiais. Aqui abordamos as questões metodológicas envolvidas na realização de condicionamento de medo em um ambiente totalmente imersiva VR 6 lados e os dados presentes condicionado medo.
No mundo real, eventos traumáticos ocorrem em ambientes complexos, que são compostas de muitas sugestões, envolvendo todas as nossas modalidades sensoriais. Por exemplo, pistas que formam a configuração ambientais incluem não só elementos visuais, mas aural, olfativas e até mesmo táteis. Em estudos com roedores, de animais condicionado medo são totalmente imersos em um contexto que é rica em romance visual, pistas táteis e olfativas. No entanto, os exames laboratoriais padrão de condicionamento do medo nos seres humanos são normalmente conduzidos em uma sala nondescript na frente de uma tela de computador plana ou 2D e não replicar a complexidade das experiências do mundo real. Por outro lado, a principal limitação de estudos clínicos destinados a reduzir (extinção) o medo ea prevenção da recaída nos transtornos de ansiedade é que o tratamento ocorre após os participantes adquiriram um medo em um contexto descontrolada e em grande parte desconhecido. Assim, os pesquisadores ficam sem informações sobre a duração da exposição, a verdadeira natureza do estímulo, e pistas de fundo associadas no ambiente 1. Na ausência desta informação, pode ser difícil de realmente apagar um medo que é tanto cue e dependente do contexto. Ambientes de realidade virtual abordar estas questões, fornecendo a complexidade do mundo real, e ao mesmo tempo permitindo que pesquisadores para restringir o condicionamento do medo e os parâmetros de extinção para produzir dados empíricos que podem sugerir as melhores opções de tratamento e / ou analisar hipóteses mecanicista.
Para testar a hipótese de que o condicionamento do medo pode ser ricamente codificados e contexto específico, quando realizado em um ambiente totalmente imersivo, desenvolvemos realidade virtual 3-D distintas contextos em que os participantes experimentaram condicionado medo de cobras ou aranhas virtuais. Pistas auditivas co-ocorreram com o CS, a fim de evocar respostas mais orientação e uma sensação de "presença" em indivíduos 2. Resposta de condutância da pele serviu como medida dependente de medo retenção da memória, aquisição e extinção.
Protocol
Discussion
1. Resultados
Equivalente aquisição medo dentro da sessão e extinção entre os grupos foi encontrada (Figura 3). Estes dados indicam que estudos de condicionamento confiável e informativo medo pode ser realizada dentro das limitações e capacidades de um ambiente totalmente envolvente. Além disso, também demonstram o medo de memória contextual robusta no mesmo contexto participantes medo retenção no mergulho (participantes que permaneceram no mesmo contexto para os dias 1 e 2, em relação àqueles que experimentaram uma mudança de contexto). A retenção do medo é mais forte no mergulho do que a observada em um laboratório convencional combinado de paradigma 16 (ver Figura 3). Com a instalação imersiva VR, também se pode examinar e manipular ambientes ricos contextual para investigar os processos de memória declarativa em seres humanos, ao contrário do ambiente de laboratório, onde as manipulações contexto realista de múltiplos modelos são difíceis de realizar. Finalmente, os mundos VR pode ser facilmente portado para uso em conjunto com ressonância magnética funcional (fMRI), usando os óculos estereoscópicos VR para conduzir a análise de ativação cerebral durante a codificação ou recuperação de aquisição medo, extinção e recaída. Esta metodologia pode ser utilizada para roedores ponte e achados clínicos de medo e ansiedade.
2. Controlar contexto e exposição de estímulo na realidade virtual.
Uma questão importante com a exploração VR para uso experimental é também a sua força. Especificamente, totalmente imersiva VR oferece a complexidade, confunde, e da liberdade do mundo real. Por exemplo, na vida real, vítimas de trauma experiência um estímulo aversivo num contexto de uma quantidade desconhecida de tempo. A exposição contextual, características específicas e outras informações sensoriais que foram atendidos também são desconhecidos, ou não confirmáveis. Da mesma forma, se fôssemos para permitir aos participantes a explorar livremente os ambientes virtuais não seríamos capazes de explicar contexto ou tempo de estímulo de exposição ou duração. Por exemplo, um participante pode caminhar muito rapidamente, e perder 3 de 4 CS + apresentações. Outro pode explorar apenas um quarto no apartamento virtual. Da mesma forma, se a apresentação do estímulo não é especificado no centro da tela, onde o olhar é dirigido antes de começar, os participantes vão evitar ou perca apresentações CS. Nossa solução para estes confunde potencial era para levar os participantes em uma excursão, sentados guiada de cada ambiente a uma taxa que permita um intervalo interstimulus específicas (ISI) e duração do estímulo. Poderíamos, então, extrair dados comparáveis SCR a partir de pontos de tempo específicos e locais específicos em todos os participantes (por exemplo, as respostas ao + CS, EUA, e CS-estímulos). Dificuldades encontradas após a tomada desta decisão incluídas encontrar uma forma de caminho, comprimento e taxa de movimento que não causaria náuseas ou dissonância proprioceptiva para o participante, e ainda se sentir apropriado para imitar a deambulação natural através de um ambiente de romance.
3. Implementação de parâmetros padrão medo condicionado a um sistema de VR.
Para simular realista cobras e aranhas condicionado estímulos foram projetados após wild-vida imagens. As cobras e aranhas foram primeiramente modelado em Maya, a computação gráfica de modelagem em 3D e um pacote de software de animação e, em seguida, importados para o sistema VR. Fizemos isso porque Virtools é um sistema de autoria de realidade virtual, e não um aplicativo de modelagem. Portanto, é melhor usado para executar um sistema de VR e adicione a interação e de navegação para uma cena. Especificamente, em Maya quatro animações diferentes para cada tipo CS foram criados (por exemplo, uma cobra enrolada, uma aranha correndo pelo chão, um lunging cobra para frente com a boca aberta) e, em seguida, importados para Virtools.
Antes de importar a cobra dinâmico e modelos de aranha em Virtools de Maya, um caminho foi criado em Virtools para orientar o participante em torno do ambiente de uma forma suave circular, de modo a permitir a amostragem do ambiente ao longo de 32 apresentações durante o estímulo condicionado medo condicionado. A forma do caminho é o mesmo para cada um dos nossos três mundos virtuais. O caminho foi criado para parar durante quatro segundos para cada apresentação do estímulo, o intervalo foi de 11 interstimulus + / – 4 segundos durante os quais o assunto foi se movendo lentamente (sendo guiado) através do ambiente. Esse intervalo foi determinado a partir de nossas experiências anteriores medo condicionado no laboratório 8, 16, porque permite a recuperação da resposta de condutância da pele entre as apresentações de estímulo. Estímulos foram colocados no caminho em pontos especificados pelos parâmetros de temporização. Esta configuração criado estímulo específico e conjunções contexto (por exemplo, uma cobra deslizando sobre a mesa da sala de jantar, uma aranha caminhando ao redor da perna sofá), que pode depois ser sondado para a memória explícita. Aparências estímulos foram pseudo-aleatórios através dos scripts. Todas as apresentações estímulo apareceu no meio datela frontal para evitar que o participante de ter que procurar o estímulo. Este forneceu-nos com uma quantidade controlada de tempo de exposição de estímulo, e uma localização contexto definido. Uma limitação da visão para a frente é que não aproveitar todos os recursos do sistema imersivo (por exemplo, as serpentes não pode entrar na sala de trás do participante). Além disso, os estímulos foram cuidadosamente colocados fora de uma caixa de contorno ao redor do local os participantes para que nunca as cobras e aranhas invadido o espaço pessoal de participantes.
4. Ver, aponte e rastreamento de cabeça.
O ângulo do mergulho foi definida para que a partir de uma posição sentada o participante tinha um ângulo correto virados para a frente. Este controlados por variações de altura entre os participantes, e minimizou artefatos de movimento em nossas gravações fisiológicas. Os participantes foram instruídos para a frente e mova o menos possível, isso também controlada por onde os participantes estavam olhando, e, portanto, mantido o estímulo consistente e exposição de contexto entre os participantes. Optou-se por sua vez em um dispositivo de rastreamento de cabeça no óculos 3D usados pelos participantes para garantir que eles estavam vendo a cena com a perspectiva correta. Se o rastreamento de cabeça não tinha sido eleito para, o movimento da cabeça para a esquerda ou direita não ocluir corretamente como os objetos apareceu no mundo (por exemplo, os objetos parecem empenhados em telas no mergulho como participantes atravessou). Com cabeça de monitoramento eleito para, poderíamos ter certeza de que recursos no ambiente retidos suas proporções normais e foram desenhados corretamente sobre cada uma das seis paredes do mergulho para a duração do experimento.
5. Coleta de Dados.
Em nossa versão de laboratório padrão de condicionamento do medo 8, 16 a apresentação do estímulo foi controlado pelo script computador programado no pacote de software de apresentação. A fim de manter coerência entre o laboratório eo ambiente virtual, nós importamos o nosso medo scripts padrão de aquisição e extinção em formato de código para o computador de controle na sala de controle que hospeda o cubo DIVE (ver Figura 1). O código de porta paralela foi criada para enviar uma lista gerada de códigos numéricos para sinalizar eventos distintos, tais como apresentações da cobra, aranha, e latências estimulação elétrica. Em nosso projeto, Virtools envia uma mensagem de controle Open Sound (OSC 17) OSC / UDP mensagem a um costume programa C + + que define o valor da porta paralela. Nosso programa C + + usa a biblioteca de 18 OSCpack.
Entrada digital da Biopac é conectado à porta paralela do computador. SCR os dados são coletados no computador laptop de Biopac via porta paralela, então normalizada, e calculado para CS + / CS e latências EUA dentro de parâmetros específicos (ver detalhes em cima). Além de renderizar a cena e controle de navegação, Virtools também é usada para registrar eventos do usuário (pressiona o botão). Em resumo, durante um experimento, as mensagens são enviadas a partir do computador principal para o sistema Biopac através da porta paralela. Virtools porque não pode se comunicar com a porta paralela no computador diretamente um pequeno programa em C + + escuta uma mensagem de OSC Virtools e depois transmite-o à porta paralela.
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a Holton Thompson por seu trabalho na criação do Virtools 3-D mundos em Maya e Monson Eric para os desenhos esquemáticos. Pesquisa foi patrocinada em parte pelo NIH postdoctoral F32 MH078471 a NCH, e NIDA RO1 DA027802 a KSL. O mergulho foi financiada pela NSF BCS-0420632.
Referenzen
- Mineka, S., Zinbarg, R. A contemporary learning theory perspective on the etiology of anxiety disorders: It’s not what you thought it was. Amer. Psychol. 61, 10-26 (2006).
- Sanchez-Vives, M. V., Slater, M. From presence to consciousness through virtual reality. Nat. Rev. Neurosci. 6, 332-339 (2005).
- McGaugh, J. L. Memory— a century of consolidation. Science. 287, 248-251 (2000).
- LaBar, K. S., Cook, C. A., Torpey, D. C., Welsh-Bohmer, K. A. Impact of healthy aging on awareness and fear conditioning. Behav Neurosci. 118, 905-915 (2004).
- LaBar, K. S., Phelps, E. A. Reinstatement of conditioned fear in humans in context dependent and impaired in amnesia. Behav Neurosci. 119, 677-686 (2005).
- LaBar, K. S., Gatenby, J. C., Gore, J. C., LeDoux, J. E., Phelps, E. A. Human amygdala activation during conditioned fear acquisition and extinctions: a mixed trial fMRI study. Neuron. 20, 937-945 (1998).
- Phelps, E. A., Delgado, M. R., Nearing, K. I., LeDoux, J. E. Extinction learning in humans: role of the amygdala and mPFC. Neuron. 43, 897-905 (2004).
- Zorawski, M., Cook, C. A., Kuhn, C. M., LaBar, K. S. Sex, stress, and fear: individual differences in conditioned learning. Cogn. Affect. Behav. Neurosci. 5, 191-201 (2005).
- Cruz-Neira, C., Sandin, D., DeFanti, T. Surround-screen projection-based virtual reality: The design and implementation of the CAVE. Acm. Siggraph. Proc. 93, 135-142 (1993).
- Huff, N. C., Hernandez, J. A., Blanding, N. Q., LaBar, K. S. Delayed extinction attenuates fear renewal and spontaneous recovery in humans. Behav. Neurosci. 123, 834-843 (2009).
