La paura condizionata umani compiuta Full Immersion 3-Dimensional Realtà Virtuale

Stimoli A. e Design Task 1. Progettazione generale. Abbiamo esaminato le influenze sulla contestuale acquisizione di paura e di ritenzione della memoria in due giorni. Questo disegno è in parallelo con studi sui roditori che rappresentano i processi neurobiologici consolidamento a lungo termine formazione della memoria 3 e contingenze mondo reale in cui si apprende la paura ad una distanza temporale dalla terapia e ri-esposizione esperienze. Dinamica stimoli condizionati (CS) (serpenti e ragni in movimento) sono stati riscontrati in un ambiente completamente virtuale immersiva conosciuta come Ambiente virtuale immersiva Duca (immersione), e sono stati abbinati in modo condizionale con la presentazione della stimolazione elettrica del polso. Un timore procedura differenziale condizionata è stato impiegato con la risposta di conduttanza cutanea (SCR) come misura dipendente della paura. Qui mostriamo paura condizionata e la conservazione della memoria successivi che è stato testato in due giorni nell'immersione in 26 partecipanti sani maschi e femmine, età 18-30 anni anni alla Duke University. Questo protocollo è stato approvato e in conformità con gli standard IRB Duke University. 2. Partecipante istituito nel DIVE. L'immersione è completamente chiuso, a sei facce, 3m x 3m x 3m, retro-proiezione di realtà virtuale (VR) ambiente. L'immersione è situato in un cubo di 30 piedi costruito appositamente (Control Room (VisRoom), Figura 1) presso il Centro Interdisciplinare per l'Ingegneria, Medicina e Scienze Applicate presso la Duke University. Condizionamento alla paura in L'immersione è stata condotta come descritto in precedenza. I partecipanti erano seduti al centro di immersione con la testa rivolta in avanti il ​​monitoraggio sul 3-D occhiali. I partecipanti sono preso un fisso "passeggiata virtuale attraverso il patrimonio designato durante ogni fase di apprendimento in cui si incontrano i serpenti e ragni virtuali. Questi vincoli posturali sono state fatte per evitare vertigini, tenere conto della variabilità in altezza, controllo per quantità di contesto e di stimolo tra esposizione partecipanti, e per garantire che la visualizzazione è realisticamente aggiornato in base il movimento dei partecipanti 'attraverso lo scenario. 3. Discriminazione condizionata procedura. Una procedura di discriminazione è stato impiegato, in cui la presentazione di una visuale CS è parzialmente rinforzato (40% tasso di rinforzo), da un co-terminazione stimolo elettrico, lo stimolo incondizionato (US) durante la fase di acquisizione. I partecipanti sono stati assegnati ad una delle 2 condizioni: acquisizione paura di serpenti o ragni virtuale virtuali. Gli stimoli rinforzato accoppiato con gli Stati Uniti sono indicati come "CS + mentre l'altro stimolo visivo" CS "è esplicitamente spaiati come controllo. Il CS + e CS-sono stati assegnati in modo casuale e controbilanciato tra i gruppi. 4. Gli stimoli condizionati. Gli stimoli erano dinamica serpenti e ragni che singolarmente appaiono al centro e al centro dello schermo davanti alla immersione per una durata di 4 sec. Questa collaborazione si è verificato con uno stimolo uditivo segnalazione l'aspetto di un serpente o ragno per avvisare il partecipante alla presenza di uno stimolo nuovo per l'ambiente (sonaglio o suono toccando, rispettivamente). La scena virtuale con i ragni annuncio serpenti sono stati creati utilizzando il software Maya di animazione e importati nel software Virtools (VirTool SA, la società Behavior, Parigi, Francia) per la visualizzazione in dell'immersione. 5. Stimoli incondizionato. La stimolazione elettrica è stata corretta prima dell'inizio della sperimentazione secondo il livello di tolleranza di ciascun soggetto, al fine di facilitare il confronto di gruppo e di eliminare le influenze confondenti delle differenze complessivo livello di eccitazione tra i gruppi 4, 5. Il livello di stimolazione è stato scelto da ciascun partecipante per essere sua percezione di "altamente fastidioso ma non doloroso con una procedura di scala ascendente. Tensione era inizialmente fissato ad un livello basso di 30 V e aumentata con incrementi di 5 V fino a quando i partecipanti hanno indicato che la loro livello di tolleranza è stato raggiunto senza indurre dolore stimolazione (200 msec durata consegnato al 30-50 Hz) è stato somministrato oltre transcutanea del nervo mediano del polso dominante dei partecipanti 'da una superficie-stimolante elettrodo bipolare (21 distanza tra gli elettrodi mm. Grass-Telefactor modello FE 10S2, West Warwick, RI). La porta elettrodi sono stati garantiti da un cinturino in gomma e sono state allegate ad un Erba Telefactor SD-9 stimulator porta via cavo coassiale che sono stati schermati e messi a terra attraverso un filtro di radiofrequenza. Una soluzione salina a base di gel (Sigma Gel: Laboratori Parker, Fairfield, NJ) è stata usata come un conduttore elettrolitico (vedere figura 2) Ai partecipanti è stato detto che tutti gli impulsi che sarebbe stato consegnato alla stessa intensità.. 6. Fasi di formazione. L'esperimento qui descritto è stato condotto in due sessioni con un ritardo di 24 ore. Durante gli abetisessione t, il periodo di adattamento iniziale consisteva in 4 prove di ogni tipo CS visualizzati in uno sfondo grigio in 3-D full immersion ma presentato senza armatura o il mondo virtuale in cui la formazione o le prove si è verificato. Questa fase ha permesso di acclimatazione per l'ambiente sperimentale in immersione e la riduzione di orientare le risposte agli stimoli condizionati. Immediatamente dopo la fase di assuefazione, la fase di acquisizione paura consisteva di 16 mescolate prove di ogni tipo CS, in cui il CS-è presentato da solo e 5 del CS 16 studi + sono rafforzate. Circa 24 ore dopo, test per la conservazione della memoria e della formazione avvenuta estinzione. Questa fase consiste di 16 studi di ogni tipo CS senza Stati Uniti, in un contesto virtuale che era o lo stesso o diverso dal contesto di acquisizione paura (controbilanciato tra i partecipanti). Un contesto era un ambiente interno (interno di un appartamento ammobiliato, Contesto A) e il contesto era un altro ambiente esterno (quartiere di scena, B Context). I soggetti sono stati assegnati in modo random ad un gruppo sperimentale, che ha determinato l'ordine di presentazione contesto, nei giorni 1 e 2. Sono stati entrambi assegnati alla condizione stesso contesto (AA o BB) o di una condizione Maiusc contesto (AB o BA). La lunghezza del percorso e naturalmente sono stati abbinati per la coerenza tra mondi virtuali, così come il numero e la disposizione degli oggetti / stimoli all'interno degli ambienti diversi. 7. Parametri sperimentali. L'inter-trial intervallo era di 14 ± 2 sec. La sequenza di CS era pseudocasuali, sotto il vincolo che non più di 2 studi della stessa CS si verificano consecutivamente (per evitare confusione induzioni di ansia di stato e la speranza cognitiva). Rinforzo parziale (40%) del + CS è stato usato per ritardare rapida estinzione che normalmente si verifica nei soggetti umani dopo il 100% di rinforzo CS + 6,7. Inoltre, il rinforzo parziale fornisce una contingenza di condizionamento più realistico nella misura in cui gli eventi avversi non sempre si verificano a seguito di un stimolo temuto. 8. Istruzioni compito. Prima di ogni fase di sperimentazione, i partecipanti sono stati informati dei seguenti progetti: essi avrebbero incontrato i serpenti e ragni animato in un ambiente virtuale, ma sarebbe stato guidato attraverso l'ambiente in una passeggiata virtuale lungo un percorso fisso, e possono ricevere stimolazione elettrica su il polso al livello che è stato impostato prima del condizionamento in qualsiasi momento nel corso dello studio. Essi sono stati incaricati di affrontare direttamente in avanti e partecipare alle immagini serpenti e ragni presentato nel centro dello schermo davanti, e ha ricordato che non ha alcun controllo sul loro stesso movimento attraverso il mondo o il verificarsi di stimolazione elettrica. Sono stati anche informati che avrebbero potuto interrompere lo studio in qualsiasi momento senza penali a loro. Misure B. psicofisiologica 1. Raccolta dei dati. SCR è stata utilizzata come misura dipendente della paura, come descritto in precedenza 4, 6. SCR è stato registrato attraverso un sistema di monitoraggio psicofisiologico (BIOPAC Systems, Santa Barbara, CA). SCR è stata monitorata da dischi cloruro d'argento-argento elettrodo collegato con velcro alle falangi metà del 1 ° e 2 cifre della mano non dominante. Una soluzione salina a base di gel (Sigma Gel) è stato utilizzato come elettrolita conduttivo. I soggetti sono stati istruiti a mantenere la loro mano ancora per evitare artefatti da movimento nella elettrodo di registrazione SCR. Conduce raggiunto il sistema di registrazione BIOPAC fisiologica che si trova appena fuori l'immersione nella sala di controllo. Il sistema BIOPAC sincronizza con il computer che esegue il software di presentazione stimolo Virtools. La Figura 1 illustra un partecipante l'immersione, immerso in A. Il contesto tecnico istituito del computer di controllo (Virtools e la generazione di script), BIOPAC (SCR), e stimolatore elettrico sono illustrati nella Figura 2. Conduttanza cutanea è stato campionato a 200 Hz, amplificato, e conservato per l'analisi offline con AcqKnowledge software (BIOPAC Systems, Santa Barbara, CA). Virtools software controlla la presentazione stimolo e attiva il generatore d'urto attraverso una National Instruments DIO-24 scheda di acquisizione dati (Austin, TX). Le forme d'onda registrate sono filtrati passa-basso con una finestra di Blackman (frequenza di taglio = 31 Hz) e levigato oltre 3 punti consecutivi di dati. Ampiezze di risposta di conduttanza cutanea erano tempi bloccato l'inizio di ogni relativa CS e Stati Uniti per la linea di base pre-stimolo a definire una misura dipendente della paura condizionata e incondizionata, rispettivamente 4-6, 8. Per l'inclusione nella analisi dei dati, i seguenti criteri sono stati stabiliti: latenza = 1 – 4 s, durata = 0,5 – 5 s, e ampiezza minima = 0,02 micro Siemens (mS). Risposte che non soddisfano questi criteri sono segnati come zero. 2. Analysè di SCR. Perché SCR dati è tipicamente asimmetrica verso lo zero, i dati sono stati radice quadrata trasformato prima dell'analisi statistica per ottenere una distribuzione normale. I dati da ogni tipo CS (serpenti o ragni virtuali) sono stati compressi in 'prime' e 'in ritardo' blocchi di prova di ogni fase, l'apprendimento in genere varia nel tempo all'interno di ogni fase di apprendimento. Ripetute analisi misure di varianza (ANOVA) sono stati utilizzati per calcolare le differenze di gruppo nelle risposte condizionate conduttanza cutanea in funzione della fase di apprendimento e di tipo CS come all'interno variabili soggetti (Acquisizione Late (CS +, CS-), Estinzione presto o tardi (CS +, CS -) e assegnazione contesto (Uguale o Shift) come tra soggetti variabile I dati sono stati normalizzati dividendo i valori di risposta condizionata in ogni prova del massimo di risposta di ciascun partecipanti 'degli Stati Uniti per la stimolazione del polso (in qualsiasi prova) per tenere conto di variazioni individuali. nel rispondere e per escludere non-responder (individui che mostrano SCR poco o niente). Per la visualizzazione dei dati nei punteggi differenziali Figure 3 SCR sono stati calcolati come un indice di apprendimento da parte sottraendo risposte al CS-da quelle di CS + diversi blocchi di prova. In base a questa misura, i punteggi differenza di zero non riflettono l'apprendimento, considerando che decine differenza di sopra dello zero riflettere apprendimento di una risposta di paura. Tuttavia, per determinare statisticamente la conservazione della paura contestuale, come illustrato in figura 3 un Student t-test è stata calcolata sui valori di SCR per il + CS e CS-a estinzione anticipata nel Day 2 in funzione della manipolazione contesto (stesso contesto vs Maiusc contesto come tra-gruppi di analisi). C. Descrizione dell'hardware di sistema Il DIVE Duke University sistema si basa sulla realtà virtuale proiettata design "CAVE" 9. Il Dive System è di 3 mx 3 mx 3 m stanza dove tutti i 6 "muri" (4 pareti, il soffitto e il pavimento) mostrano immagini del computer per proiezione stereografica posteriore. Ogni muro è un proiettore DLP (Digital Christie Mirage S 2 K, che operano a 1056×1056 @ 110 hz 10) che a sua volta è controllato da un computer rendere dedicato (Windows XP dual core da 2.0 GHz con nVidia Quadro 3000FX-G schede grafiche). Una parete diapositive aperto per consentire l'accesso da e per l'immersione. Il 6 computer di rendering sono controllati da un computer master che comunica al sistema di tracciamento (Intersense IS-900 11), controlla il sistema audio e invia un impulso attraverso la porta parallela al sistema di scosse elettriche. Il sistema di tracciamento fornisce la posizione 3D e informazioni di orientamento per la testa del partecipante e le posizioni delle mani. Attivo visione stereografica è fornita attraverso gli occhiali a cristalli liquidi di scatto (3 CrystalEyes 12). I sette computer (6 computer rendering e computer master) sono sincronizzati sui confini telaio immagine attraverso la (G-sync) genlock capacità delle schede grafiche nVidia. D. Descrizione del software Il condizionamento alla paura e contesti test di conservazione per questo esperimento si compone di due diversi mondi virtuali attraverso i quali vengono presi i partecipanti in una visita guidata. I mondi virtuali sono state modellate utilizzando il pacchetto di modellazione 3D Maya 13. La navigazione è limitata a un percorso fisso, che è identico in tutti i mondi virtuali. Movimento lungo questa strada è controllata attraverso il sistema software Virtools 14. Virtools è un motore di gioco progettato principalmente per un desktop o web-based esperienza. Attraverso l'estensione VRPack di Virtools, mondi virtuali sono proiettati in immersione. Virtools comunica con il sistema di monitoraggio attraverso la Rete Virtual Reality (Peripheral VRPN 15), una libreria open source. VRPN registra la posizione partecipanti testa e la mano e l'orientamento e premete il pulsante informazioni. Virtools utilizza le informazioni testa di tracking per il rendering della scena 3D alla prospettiva corretta per il partecipante. Figura 1. Schematica della sala di controllo (VisRoom) e il cubo immergersi con un partecipante umano visualizzazione di una scena virtuale. Figura 2. Schema di un partecipante con elettrodi conduttanza cutanea sulla mano sinistra di misurazione risposte tonica e fasica a stimoli. Stimolatore elettrico elettrodi sono sul polso destro. BIOPAC raccoglie i dati fisiologici attraverso Riconoscere il software sul computer portatile. I codici vengono inviati tramite OSC dal computer desktop in cui il software Virtools script genera la realtà virtuale proiettata in l'immersione. Figura 3. Confronto di acquisizione Paura e Estinzione in DIVE e di laboratorio. Risposta differenziale Conduttanza cutanea (SCR) + / – SEM nei partecipanti condizionata e ripetere il test 24 ore più tardi nel mercato del lavoroRealtà atory o virtuale (DIVE). Grafico illustra un'acquisizione equivalente paura e di estinzione in partecipanti l'immersione e studi di laboratorio. Stesso contesto (n = 12) test il giorno 2 in rendimenti immersione più robusto di ritenzione della memoria paura rispetto al contesto Shifted (n = 14) misurato con SCR a CS +, nel nostro partecipanti DIVE ma non nel nostro laboratorio i partecipanti, * p = .05 .