JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Ergebnisse
Discussion
Offenlegungen
Acknowledgements
Materials
Referenzen
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Verhalten

Staatsangst verminderen met behulp van het onderhoud van het werkgeheugen

Published: July 19, 2017
doi:
10.3791/55727
, , , ,
1Section on Neurobiology of Fear and Anxiety, National Institute of Mental Health,National Institutes of Health (NIH)

Summary

Dit protocol demonstreert hoe u angstversterkte opstart meet tijdens het Sternberg Working Memory-paradigma.

Abstract

Het doel van dit protocol is te verklaren hoe de relatie tussen werkgeheugenprocessen en angst wordt onderzocht door het Sternberg Working Memory (WM) en de bedreiging van schokparadigma's te combineren. In het Sternberg WM-paradigma moeten vakken een reeks brieven in de WM handhaven voor een kort interval en reageren door te bepalen of de positie van een bepaalde letter in de serie overeenkomt met een numerieke prompt. In het gevaar van schokparadigma worden onderwerpen blootgesteld aan alternerende blokken waar ze het risico lopen om onvoorspelbare presentaties van een milde elektrische schok te ontvangen of veilig te zijn van de schok. Angst wordt door de veilige en bedreigingsblokken onderzocht door gebruik te maken van het akoestische ruisreflex, dat wordt bedreigd (Angst-Potentiated Startle (APS)). Door het Sternberg WM-paradigma uit te voeren tijdens de dreiging van shock en het proberen van de opstartreactie tijdens het WM onderhoudsinterval of het intertrialinterval, is het mogelijk om dEtermine het effect van WM onderhoud op APS.

Introduction

Volgens de Attention Control Theory (ACT) beïnvloedt angst de cognitieve verwerking door te concurreren voor toegang tot beperkte werkgeheugen (WM) resources 1 . Echter, de ACT heeft geen betrekking op de inverse van deze relatie ( dwz het effect van cognitieve verwerking op angst). Door angst te manipuleren tijdens cognitieve taken met behulp van de dreiging van schokparadigma, is het mogelijk om zowel het effect van angst op cognitie als het effect van cognitie op angst 2 , 3 , 4 , 5 te beoordelen . Het doel van dit protocol is om aan te tonen hoe het Sternberg WM-paradigma wordt beheerd tijdens het bedreigen van een schokparadigma om de tweerichtingsrelatie tussen angst en WM-onderhoud te onderzoeken.

De dreiging van schokparadigma wordt algemeen gebruikt in het laboratorium om staatsangst te manipulerenF '> 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 en kunnen geïmplementeerd worden in gezonde vakken 2 , 3 , 4 , 5 en patiënten 12 , 13 , 14 , 15 (zie bijvoorbeeld Bradford et al. 16 ). Het paradigma bestaat uit alternerende blokken van bedreiging en veiligheid 17. Onderwerpen lopen het risico om onvoorspelbare elektrische stimulaties te ontvangen tijdens de bedreigingsblokken, maar niet tijdens de veilige blokken. De angst van de onderwerpen kan periodiek worden onderzocht met behulp van de akoestische startreflex 18 , 19 . Meestal shOw grotere startle responsen tijdens de bedreigingsblokken in vergelijking met de veilige blokken, en deze angst-potentiële startle (APS) kan gebruikt worden als een perifere index van verandering in de voortdurende angst tijdens de test 17 , 18 . Gekoppeld ontsteld in de dreiging van schokparadigma wordt door het National Institute of Mental Health (NIMH) erkend als een fysiologische index van angst in hun Research Domain Criteria matrix 20 . Het is echter ook mogelijk om de angst van een individu te onderzoeken met behulp van een zelfverslag Likert-type schaal. Omdat dreigement van shock een passief paradigma is, kunnen andere cognitieve taken gelijktijdig uitgevoerd worden 21 . Door de bedreiging van shock met de Sternberg WM-taak te combineren, is het mogelijk om angst tijdens het WM-onderhoud 3 te onderzoeken .

Tijdens het Sternberg WM-paradigma moeten vakken een reeks brieven coderen in WM en reageren aVolg een kort interval 3 , 22 . In tegenstelling tot meer complexe WM-taken ( bijvoorbeeld de N-back-taak) 4 , 5 , 23 , vereist de Sternberg-taak geen manipulatie van informatie in de WM 3 , 22 . Daarnaast onderwerpen onderwerpen, onderhouden en reageren op items gedurende aparte intervallen. Samen maken deze functies het mogelijk om WM-onderhoud van andere, complexere cognitieve processen 24 af te delen . Door het APS tijdens het WM onderhoudsinterval te onderzoeken, is het mogelijk om het effect van WM onderhoud op angst te bepalen. Net als door het vergelijken van WM-nauwkeurigheid en reactietijd (RT) tussen de bedreiging en veilige blokken, is het mogelijk om het effect van angst op WM-onderhoud te bepalen. In dit protocol worden de procedures beschreven die nodig zijn om het Sternberg WM-paradigma te kunnen uitvoeren dEen schokdreiging, evenals de analytische stappen die nodig zijn om APS, nauwkeurigheid en reactietijd tijdens de taak te beoordelen.

Protocol

Alle deelnemers gaven schriftelijk geïnformeerde toestemming, goedgekeurd door het National Institute of Mental Health (NIMH) Gecombineerde Neuroscience Institutionele Review Board (IRB) en werden gecompenseerd voor deelname. 1. De apparatuur instellen OPMERKING: Stel de apparatuur in zoals hieronder beschreven (zie afbeelding 1A ) 3 . Stel in de controlezaal twee computers op, één voor het beheren van het experiment en een voor het registreren van de fysiologische gegevens. Stel in de vakzaal een standaard 19 op in het LCD-scherm en het toetsenbord (of toetsenblok) om stimuli aan de deelnemer te tonen en respectievelijk deelnemersrespons op te nemen. Om de psychofysiologie op te nemen, sluit u de opnamecomputer aan op de psychofysiologische monitoring hardware via een Ethernet-naar-USB-adapter. Om de Transistor-Transistor Logic (TTL) signalen tussen de opname en deStimulusleveringshardware, sluit de parallelle poort van de experimentcomputer aan op de uitbraakbox met een lintkabel. Om de TTL-signalen door te sturen naar de psychofysiologische monitoring hardware, sluit u de uitbraakbox aan op de hardware met een lintkabel. Om de TTL-pulsen door te geven aan de stimulusleveringshardware, sluit u de breekbox aan op de signaalgenerator via een Bayonet Neill-Concelman (BNC) -kabel. Om een ​​stuursignaal voor het schokapparaat te genereren, sluit u de signaalgenerator aan op het schokapparaat met een BNC-kabel. Stel de signaalgenerator en het schokapparaat in om een ​​100 ms, 200 Hz schok te leveren. Zie Figuur 1B en C voor alle instellingen. 2. Programmeer het experiment met beschikbare software OPMERKING: een neurobehavioral systemsoftware (hierna de experimentele software genoemd, zie de tabel van materialen ) werd gebruikt. Ander gelijkwaardigSoftware kan worden gebruikt. Programmeer vier testfases met behulp van onderstaande parameters en de aanvullende code bestanden (zie de aanvullende code voor details). Voor elke fase, programma 26 proeven. Verdeel de proeven in 4 afwisselende blokken van bedreiging en veiligheid, met 6 proeven per blok. Geef aan het begin van elke proef een cue aan die aangeeft hoeveel letters voor 2000 ms worden gepresenteerd. Na de cue presenteert u de coderende lettersequentie voor 2.500 ± 1.000 ms. Bij low-load tests, presenteer 5 letters achtereenvolgens, een na de andere. Bij high-load proeven, presenteer 8 letters achtereenvolgens, een na de andere. Programmeer een onderhoudstijd na de coderingsfase voor 9.000 ± 1.000 ms. Aan het eind van de onderhoudsperiode presenteer je een antwoordprompt voor 2.000 ms. Programmeer de reactieprompt om een ​​letter aan de linkerkant en een nummer weer te gevenBer aan de rechterkant van de monitor, met de letter die een letter uit de coderende volgorde voorstelt, en het nummer verwijst naar een positie in de volgorde. Onder de letter en het nummer verschijnt de woorden "match / mismatch", waarbij wordt verwezen naar of de letter overeenkomt of het positienummer mismatched. Programmeer het experiment zodat de helft van de proeven overeenkomt en de helft niet overeenkomt. Gebruik een toetsenbord of knop om reacties op te nemen. De proeven scheiden door een intertiel interval met variabele duur (ITI) die afhankelijk is van de timing van de binnenproefgebeurtenissen, zodat elke proef 23 s lang is. Varieer de duur van de codering-, onderhouds- en ITI-perioden in de proeven door een willekeurige duur (in ms) tussen de plafond- en vloerwaarden voor elke periode te selecteren. Contrasteren de experimenten om de helft van de deelnemers te starten in een veilig blok en de helft van de deelnemers begint in een bedreigingsblok. In elke ronde,Presenteren tussen 0 en 2 pseudorandom shocks tijdens elk van de bedreigingsblokken voor in totaal 3 shockpresentaties per run. Zorg ervoor dat u voor elke schok een extra (dummy) -proef opneemt om ervoor te zorgen dat hetzelfde aantal proeven in de veilige en bedreigingsblokken wordt opgenomen. Aan het begin van elke run, presenteer vijf 40 ms barstjes van 103 dB wit geluid (bijna-ogenblikse stijging / dalingstijden) over de koptelefoon om de ontstellende reactie op te wekken. Presenteer tijdens elke looppas 3 presentaties van het witte geluid tijdens de volgende omstandigheden om de opstartreactie te detecteren (zie figuur 3 ): veilig tegen bedreiging, lage belasting tegen hoge belasting en onderhoudsperiode versus ITI. Ruim de probes zodat ze optreden met een minimaal interprobe interval van ten minste 17 s om de korte termijnverwerving van de opstartreactie te vermijden. Voor onderhoudstijdproeven presenteert proberen niet minder dan 1 s na de compensatie van de briefreeks. Voor ITI triAls, presenteer proberen niet minder dan 4 s na de compensatie van de reactie prompt. Installeer de apparatuur voor fysiologisch monitoring met behulp van het bijbehorende softwarepakket, volgens de instructies van de fabrikant. 3. Doe het experiment Escort de deelnemers naar de studiezaal. Geautoriseerde toestemming geven. Geef de deelnemers de inventarisatie-inventaris Y-1 (STAI-Y1) 25 , de Beck Angst Inventory (BAI) 26 , de Beck Depression Inventory (BDI) 27 en de Angstgevoeligheidsindex (ASI) 28 Naar instructie instructies en opstelling. Informeer de deelnemers dat zij 2 soorten proeven zullen zien en zullen reageren op die proeven op basis van de volgende details. Tijdens de low-load tests, instructeer de deelnemers om een ​​reeks van 5 letters in hun geheugen in de volgorde in te houdenWelke zij worden gepresenteerd. Tijdens de high-load trials, instructeer de deelnemers om een ​​reeks van 8 letters in hun geheugen te houden in de volgorde waarin ze worden gepresenteerd. Informeer de deelnemers dat ze na een vertraging worden gevraagd met een brief en een nummer dat betrekking heeft op de positie in de volgorde. Geef de deelnemers aan om aan te geven of het letter- en positienummer overeenkomt met of overeenkomt met de proefvolgorde met respectievelijk de linker- of rechterpijltoets. Informeer de deelnemers dat proeven zullen optreden tijdens perioden van veiligheid en perioden van bedreiging, wanneer ze het risico lopen om onvoorspelbare milde elektrische schokken op de pols te ontvangen. Informeer de deelnemers dat ze tijdens het experiment akoestische opstartproeven zullen horen, zowel in de veilige als in de bedreigingsomstandigheden. Reinig en bevestig elektroden aan elke deelnemer, gebaseerd op het diagram in Figuur 2 . Plaats tWillekeurige 11 mm zilver-zilverchloride (Ag-AgCl) elektroden aan de linkerhandpalm, ongeveer 2 cm uit elkaar, om de huidconductie te controleren. Plaats twee weggooibare 11 mm Ag-AgCl elektroden op de binnenhand van de linkerhand, ongeveer 3 cm uit elkaar, om de elektrische stimulatie te beheren. Plaats een beschikbare 11 mm Ag-AgCl elektrode aan de binnenkant van de linkerarm, net boven de elleboog en een wegwerp elektrode onder de rechter sleutelbeen om de hartslag te controleren. Bevestig twee 4 mm Ag-AgCl-kopelektroden aan de onderkant van de linker orbicularis oculi-spier om de schokreactie te meten. Bevestig alle elektroden met biomedische tape. Bevestig leidingen naar de elektroden op de palm en steek ze in het EDA-kanaal van de psychofysiologische monitoring hardware. Bevestig de leidingen naar de elektroden op de pols en steek ze in het schokapparaat. Bevestig leidingen naar de elektroden op de arm en sleutelbeen en steek ze in iNto het ECG kanaal van de psychofysiologie monitoring hardware. Steek de kopelektroden die aan de orbicularis oculi-spier zijn bevestigd in het elektromyografie-kanaal (EMG) van de psychofysiologische monitoring hardware. Schokkalibratie. Voorafgaand aan het begin van het experiment, beoordelen de deelnemers een reeks van 100-ms steekproefstimulaties om een ​​intensiteitsniveau te bepalen dat onaangenaam en ongemakkelijk is, maar niet pijnlijk. Stuur een serie presentatie (~ 5-10) van de 100 ms schokstimulus aan de pols door gebruik te maken van het experimentele softwarepakket (zie aanvullende code bestanden en de tabel van materialen ). Na elke presentatie hebben deelnemers mondeling elke presentatie op een schaal van 1 (niet ongemakkelijk) tot 10 (ongemakkelijk maar niet pijnlijk). Met behulp van de mA-schaal op het schokapparaat, verhoog de intensiteit van de schok geleidelijk en ga verder met de sPrikkelingen van stimulaties tot het onderwerp de stimulatie als een "10." Noteer de intensiteitswaarde op het deelnemende detailpakket. OPMERKING: Geef tijdens de studie de schokken op de vastgestelde intensiteit aan. Om het experiment te starten, voer het deelnemer ID-nummer, de tegenbalansconditie in en voer het nummer in de run-box, zoals wordt gevraagd door de experimentsoftware. OPMERKING: maak twee tegenwichtige condities. De eerste tegenbalans start het experiment in een bedreigingsblok, en de tweede tegenbalans start het experiment in een veilig blok. Zie sectie 2. Klik op "start" op de psychofysiologie monitoring opname. Druk op "Enter" in het experimentele software promptvak om het experiment te starten. Laat het onderwerp toe om 4 runs van het experiment te voltooien. Laat de deelnemer de linker of rechter pijltjestoets selecteren als het letter- en positienummer overeenkomt met of niet overeenkomt met het procesVolgorde, respectievelijk (stap 3.7 en 3.8). OPMERKING: Programmeer elke loopplengte tussen 6 en 7 minuten. Programmeer de schokken die pseudo-willekeurig tussen 0-2 keer / run worden geleverd. Zie sectie 2. Na elk lopje, hebben het onderwerp hun angstniveau verbaal op een schaal van 0 (niet angstig) – 10 (extreem angstig) tijdens de veilige en bedreigingsblokken van de lopende loop die ze net hebben voltooid. Hebben de vakken de intensiteit van de schokken die tijdens de vorige ronde werden gepresenteerd, op dezelfde 0-10-schaal gebruikt die bij de initiële kalibratieprocedure werd gebruikt (sectie 3.17). 4. Analyseer de prestatie OPMERKING: Analyseer de prestatiegegevens voor een deelnemer door de volgende instructies te gebruiken. Open het uitvoerbestand dat is gemaakt van de experimentsoftware. Om de juiste reacties over de verschillende omstandigheden te gemiddelde, moet u de gegevens eerst in veilige versus bedreiging en lage belasting verscheidenOns hoge lading om 4 unieke condities van responsgegevens te geven. Tel de juiste proeven voor elk van de 4 condities en verdeel dit getal door het totale aantal proeven in elke conditie. Om de reactietijd over de verschillende omstandigheden te gemiddelde, scheidt u de gegevens zoals in stap 4.1.1. Breng alle reactietijden voor elke voorwaarde op en deel dit getal door het aantal proeven in elke conditie. OPMERKING: Verwijder proeven die een schokpresentatie bevatten, zoals aangegeven in de experimentele software-uitvoer. Op groepsniveau voert u een 2 (veilige versus dreiging) x 2 (lage belasting tegen hoge belasting) ANOVA over onderwerpen om verschillen in gedrags prestaties en reactietijden 29 te identificeren. 5. Ontleed Startle Bereid de ruwe EMG data voor analyse aan met behulp van psychofysiologie analyse software 30 . Zie figuur 4A . Selecteer 'Transform' >> Digitale Filters >> FIR >> Bandpas van de psychofysiologische analysesoftware om een ​​digitaal bandpasfilter (30-300 Hz passband) aan te passen, waardoor het ruwe EMG-kanaal wordt gelukt (zie figuur 4B ). Selecteer Analyse >> Electromyografie >> Leid gemiddelde gerectificeerde EMG uit de psychofysiologie analyse software om het gladde EMG signaal te corrigeren met behulp van een tijdvenster gemiddelde van 20 ms (zie figuur 4C ). Selecteer Analyse >> Stim-Response >> Digital Input to Stim Gebeurtenissen uit de psychofysiologie analyse software om de stimulus gebeurtenissen te identificeren die overeenkomen met de digitale ingangen voor elk proef type. OPMERKING: Voorbeelden zijn bijvoorbeeld veilige versus bedreiging, lage belasting versus hoge belasting, en onderhoudsperiode versus ITI-periode. Pak de knipperlengte rond elke stimulus gebeurtenis 30 uit. Selecteer Analyse >> Stim-Response >> Stim-Response Analysis en specificeer het gemiddelde kanaal (dat wil zeggen het kanaalnummer dat overeenstemt met de verwerkte EMG) van de psychofysiologie analyse software om de gemiddelde basislijn activiteit in een vast venster van -50 tot 0 ms voorafgaand aan het begin van het witte geluid. Selecteer Analyse >> Stim-Response >> Stim-Response Analysis en geef het maximale kanaal (dat wil zeggen het kanaalnummer dat overeenstemt met de verwerkte EMG) van de psychofysiologieanalysesoftware om het knipperende begin en piek in een vast venster van 20 tot 20 te bepalen. 100 ms na het begin van het witte geluid. Beëindig proeven met buitensporig geluid op het EMG-kanaal 30 . OPMERKING: De akoestische opstartreacties moeten op betrouwbare wijze onderscheiden worden van overmatige achtergrond-EMG-activiteit of andere bronnen van verontreiniging ( bijv. Bewegingsartifacten of volOnregelmatige en spontane blinks onmiddellijk voorafgaande aan auditieve probes; Zie figuur 4D ). Analyseer de trial-by-trial blinkreacties met behulp van een standaard spreadsheet software. Normaliseer de knipperende magnitudes in z-scores (optioneel). Zet de z-scores om naar t-scores voor verdere analyse (t = 10x + 50; optioneel). Gemiddelde de t-scores en / of ruwe scores over de proeven voor elk proef type en bereken de APS (bedreiging versus veilig) voor elke voorwaarde ( bijvoorbeeld lage belasting tegen hoge belasting en onderhoudsperiode versus ITI periode). Op groepsniveau voert u een 2 (veilige versus dreiging) x 2 (onderhoudsperiode versus ITI) ANOVA over onderwerpen om het effect van WM onderhoud op APS te identificeren. 6. Analyseer de zelfrapportgegevens Gemiddelde de angstcijfers over runs voor de veilige en bedreigingsomstandigheden. Voer op het groepsniveau een threa uitT versus veilige t-test om de effectiviteit van de bedreigingsmanipulatie te bepalen.

Representative Results

Dit protocol levert drie primaire gegevenstypen: nauwkeurigheid, RT en APS. Voor nauwkeurigheid en RT omvat dit protocol twee experimentele manipulaties, bedreigingen en belastingen. Voor de nauwkeurigheid tonen de typische resultaten een belangrijk effect van de lading maar geen hoofd effect van de bedreiging en geen interactie tussen lasten (proeven (F (1,18) = 84,34; p <0,01; zie figuur 5 ). Nauwkeurig op de lage belasting dan de hooglastenproeven. Voor RT hebben typische resultaten een hoofd effect van beide lading (F (1,18) = 19,49; p <0,01) en bedreiging (F (1,18) = 8,03 , P = 0,01), maar geen interactie tussen lasten (zie Figuur 6 ). Onderwerpen tonen typisch sneller RT's tijdens lage belastingsproeven dan tijdens hoge belastingsproeven en snellere RT's tijdens bedreigingsblokken dan tijdens veilige blokken. Dit protocol omvat ook twee experimentele manipulaties voor APS: load and start Le timing. Typische resultaten tonen een load-by-timing interactie (F (1,18) = 16,63; p <0,01; zie Figuur 7 ). Onderwerpen tonen typisch significante grotere APS tijdens lage belastingen tegen hoge belastingsproeven, maar alleen wanneer de start probe wordt afgeleverd tijdens het onderhoudsinterval (MNT; onderhoudsperiode: t (18) = 3,92; p <0,01; ITI: p> 0,05; D = 0,72). Opgemerkt moet worden dat, omdat inferentiële statistieken kunnen variëren van studie tot studie, is het belangrijk om deze effecten te herhalen. Na dit experiment werd een consistente afname in APS gevonden als functie van taak moeilijkheid. Deze bevinding werd waargenomen in een verbale N-back-taak (3-achter> 0-terug d (25) = 2,2) 4 , het Sternberg WM-paradigma (zie hierboven, d (18) = 0,72; voor replicatie, zie Experiment 1 in Balderston et al. 2016 3 ; hoge belasting> lage belasting, d (18) = 0,44) en een complexe beeldherkennings taak (retrieval> codering, d (21) = 0,47)Ef "> 2. Er dient echter op te worden gewezen dat het eindresultaat gedeeltelijk kan worden gedreven door wabituation. Hoewel het moeilijk is om de individuele subjectieve affectieve toestand tijdens elk proef te bepalen, kunnen zelfrapportgegevens worden gebruikt om de effectiviteit van de angstmanipulatie te bepalen en als individueel verschilmethode. Daarom is het belangrijk om de affectieve toestand van het vak voorafgaand aan het experiment te beoordelen met behulp van gestandaardiseerde vragenlijsten en om het onderwerp van de angst tijdens het experiment te onderzoeken. Typische resultaten tonen aanzienlijk hogere angstcijfers tijdens de bedreigingsblokken dan tijdens de veilige blokken; T (18) = 8,85; P <0,001. Figuur 1: Schematisch van een typische inrichting. ( A ) Gebruik aparte computer Ers om de taak te beheren en fysiologische signalen uit het vak op te nemen. Synchroniseer gebeurtenissen met de psychofysiologie monitoring hardware en het schokapparaat via de parallelle poort van de experiment computer. Relay de fysiologische signalen van de psychofysiologie monitoring hardware naar de acquisitie computer via de Ethernet-kabel. Breng de schok naar het onderwerp met behulp van het schokapparaat, dat wordt geregeld door een signaalgenerator en geactiveerd door de taakcomputer. Breng het witte geluid naar het onderwerp via de geluidskaart van de taakcomputer en teken het spoor op met behulp van de psychofysiologische monitoring hardware. ( B ) Vereiste instellingen voor de signaalgenerator. ( C ) Verplichte instellingen voor het schokapparaat. Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. Gimg "src =" / files / ftp_upload / 55727 / 55727fig2.jpg "/> Figuur 2: Schematisch van een typische onderwerpinstelling. Bevestig elektroden om de schok aan de niet-dominante pols van het vak te leveren. Bevestig elektroden om huidconductie op de niet-dominante palm van het onderwerp te meten. Bevestig elektroden om elektromyografie onder het rechter oog te meten, over de orbicularis oculi spier. Bevestig elektroden om elektrocardiografie op de linker bicep en rechter sleutelbeen van het vak te meten. Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 3: Schematisch van typisch experimenteel ontwerp. Presenteer de onderwerpen met een reeks brieven, gevolgd door een korte onderhoudsperiode en een antwoordprompt. Tijdens de reactie prom Pt, presenteer de onderwerpen met een brief (van de serie) en een getal. Geef de onderwerpen aan om aan te geven of het nummer overeenkomt met de positie van de doelbrief in de vorige reeks. Aanwezige startprobes tijdens elk proef, hetzij tijdens de onderhoudsperiode of het intertrialinterval (ITI). Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 4: Voorbeeld EMG Sporen Na Een Witte Stof Probe. ( A ) Rauwe EMG-trace. ( B ) EMG trace bandpas gefilterd op 30 tot 500 Hz. ( C ) EMG trace dat zowel gefiltreerd en gerectificeerd is met een constante van 20 ms. ( D ) Rauwe EMG-trace van een proef verontreinigd door baseline geluid.Iles / ftp_upload / 55727 / 55727fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te zien. Figuur 5: Resultaten van de Typische Reactietijd (RT). Onderwerpen zijn typisch sneller bij lage belastingsproeven dan bij hooglastenproeven. Onderwerpen zijn ook typisch sneller onder bedreiging van shock. Bars vertegenwoordigen de gemiddelde ± SEM. Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 6: Resultaten van typische angstversterkte opstart (APS). Wanneer het opstartproces tijdens de onderhoudstijd (MNT) wordt onderzocht, verschijnen onderwerpen meestal grotere startle potentLading op lage belasting vergeleken met hooglastenproeven. Dit effect houdt echter niet vast wanneer er tijdens de ITI probes wordt onderzocht. Bars vertegenwoordigen de gemiddelde ± SEM. Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 7: Typische nauwkeurigheid (percentage (%) correct) Resultaten. Onderwerpen zijn doorgaans nauwkeuriger bij lage belastingproeven dan hogere ladingproeven; Prestaties hebben echter geen neiging om te variëren als een functie van schokdreiging. Bars vertegenwoordigen de gemiddelde ± SEM. Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. Aanvullende code bestanden: Wav fiLe voor white noise presentation (40ms_wn.wav.) Klik hier om dit bestand te downloaden. Code die nodig is om hardware parameters op te stellen voor experimentele software (Sternberg_threat_v5.exp.) Klik hier om dit bestand te downloaden. Code nodig om experiment te kunnen uitvoeren (Sternberg_threat_v5.sce.). Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussion

Dit document toont aan hoe u de Sternberg WM-taak kunt beheren tijdens de kans op shock. Met behulp van dit protocol was het mogelijk om te laten zien dat WM onderhoud voldoende is om angst te verminderen, zoals gemeten door de versterking van het akoestische startreflex 3 . Deze resultaten suggereren dat de relatie tussen cognitie en angst tweerichtig is 3 – 5 en dat modellen van angst ( bijv. De attentiecontrole theorie) 1 het effect van cognitie op angst moeten uitlokken naast het effect van angst op cognitie. Hoewel het huidige protocol de integratie van de Sternberg WM-taak en de bedreiging van het schokparadigma beschrijft, kan het ook een kader vormen om de relatie tussen cognitie en angst in het algemeen 21 te bestuderen.

Door bestaande cognitieve taken opnieuw in te stellen tijdens alternatievenG perioden van veiligheid en bedreiging, is het mogelijk om het effect van angst op specifieke cognitieve processen te bestuderen, zoals WM en duurzame aandacht 2 , 31 , 32 . Bijvoorbeeld, in de vorige werkzaamheden werd de N-back-werkgeheugentaak geïntegreerd in de dreiging van het schokparadigma, waarbij blijkt dat angst inbreuk maakt op WM bij een lage belasting, maar niet met een hoge belasting 4 , 5 . Deze resultaten suggereren dat angst inbreuk maakt op WM, maar ook dat gezonde personen zijn in staat om angst te overwinnen wanneer de taak eisen hoog zijn. Het Sustained Attention to Response Task (SART) werd ook geïntegreerd met de dreiging van het schokparadigma; Proefpersonen moesten hun respons op zeldzame stimulus stimuleren. Dit toonde aan dat de bedreiging van shock de nauwkeurigheid op NoGo-proeven tijdens de taak 31 , 32 verhoogt. Samen metDe N-back studies, deze resultaten suggereren dat angst zowel prestaties kan verminderen en vergemakkelijken en dat de richting van het effect afhangt van de specifieke cognitieve processen die door de taak worden verricht.

Evenzo is het mogelijk om de effecten van specifieke cognitieve taken op angst te bestuderen bij het toevoegen van nauwkeurig getimede beginnende probes naar een bestaande cognitieve taak die is aangepast aan de bedreiging van het schokparadigma. De relatie tussen de WM-belasting en angst werd aanvankelijk waargenomen tijdens de N-back WM-taken, waarbij het aantal te behouden onderwerpen die APS 4 , 5 verlaagde, verhoogd werd . Omdat deze taak echter zowel onderhoud en manipulatie vereist, was het moeilijk om te bepalen welke WM-componenten nodig waren voor de waargenomen vermindering van angst 23 , 33 . Door deze studies op te volgen met het eenvoudiger Sternberg WM-paradigma, was het mogelijk om shOw dat centrale uitvoerende verwerking niet nodig was voor angstreductie 3 .

Deze techniek kan zowel het effect van angst op cognitie als het effect van cognitie op angst bestuderen. Daarom is het belangrijk om zowel angst en cognitieve belasting in dit paradigma te manipuleren en betrouwbare maatregelen te nemen van elk. Bij het toepassen van deze methode om cognitieve paradigma's te herstellen, is het belangrijk ervoor te zorgen dat het cognitieve paradigma onderscheidbare moeilijkheidsgraden op basis van prestatie heeft. Als het proefonderzoek geen verschillen in prestatie geeft in vergelijking met de experimentele omstandigheden, controleer dan de plafond- / vloer effecten en pas de moeilijkheid van de taak dienovereenkomstig aan. Evenzo is het belangrijk om de bedreiging van schokmanipulatie te ontwerpen, zodat het mogelijk is APS te waarnemen bij omstandigheden met een lage cognitieve belasting. Als het proefonderzoek geen verschillen toont in de ondergang bij omstandigheden met een lage cognitieve belasting, probeer dan het signaal te controlerenRuisverhouding in het EMG-kanaal.

Er zijn 3 kritieke stappen om de effectiviteit van dit protocol te waarborgen. Ten eerste is het belangrijk ervoor te zorgen dat het vak de cognitieve taak begrijpt die wordt geïmplementeerd. Ontwerp zo nodig een praktijkversie van de taak om ervoor te zorgen dat de onderwerpen de instructies begrijpen. Ten tweede is het belangrijk ervoor te zorgen dat de gebruikte elektrische stimulatie van voldoende intensiteit is om angst in het onderwerp te veroorzaken. Herhaal eventueel de intensiteit van de elektrische stimulatie na elke run. Ten derde is het belangrijk ervoor te zorgen dat de signaal-ruisverhouding van het EMG-kanaal voldoende is om de akoestische opstartreactie te herstellen. Als het kanaal luidruchtig is of de impedantie te hoog is, reinig de huid grondig onder het oog en pas de EMG-elektroden opnieuw aan.

Hoewel dit paradigma een aantal sterke punten bevat, zijn er ook beperkingen die moeten worden aangepakt. Bijvoorbeeld, het gebruik van avVervangende elektrische schokken kan zorgen onder sommige IRB's, met name bij het omgaan met kwetsbare bevolkingen. Er moet op gelet worden dat er alternatieve benaderingen zijn om angst te veroorzaken naast gebruik van elektrische schokken. Deze omvatten verhoogde CO 2 -waarden (7,5%) gedurende langere perioden (8-20 min.) 34 , waarbij gebruik wordt gemaakt van de dreiging van een aversieve thermische stimulus 35 , die negatief gedelegeerde foto's 36 , enz. Tonen . Er dient echter op te worden gewezen dat elektrische stimuli Zijn veilig (wanneer ze correct worden gebruikt), veel gebruikt en effectief. Hoewel dit protocol een standaardiseringsaanpak raadt om geoptimaliseerde opschudding te analyseren, kunnen ruwe scores soms betrouwbaarder zijn in sommige gevallen 9 , 10 . Als gestandaardiseerde scores worden gebruikt, wordt het aanbevolen om ook de rauwe scores te onderzoeken.

De kracht van dit protocol is dat het de onderzoeker flexibel maaktStaatsangst binnen het onderwerp in een enkele sessie manipuleren en de relatie tussen angst en specifieke cognitieve processen testen. Er zijn drie mogelijke toekomstige toepassingen van dit protocol. Ten eerste is het belangrijk om te begrijpen hoe cognitieve en emotionele systemen op het niveau van neurale processen interageren. Toekomstige studies moeten de relatie tussen angst en WM onderhoudsgerelateerde neurale activiteit onderzoeken, door dit paradigma te gebruiken tijdens het opnemen van BOLD-activiteit. Ten tweede is het belangrijk deze bevindingen te generaliseren op andere cognitieve processen, zoals duurzame aandacht en beloning van de verwerking. Toekomstige studies met dit protocol dienen deze processen te manipuleren tijdens perioden van bedreiging en veiligheid. Ten derde is het belangrijk om de relatie tussen cognitie en angst te begrijpen, zowel in gezonde personen als in patiëntenpopulaties. Toekomstige studies met dit protocol zouden personen uit deze speciale populaties moeten omvatten.

Ten slotte, ditWerk presenteert een protocol voor het bestuderen van de relatie tussen WM load en geïnduceerde angst. Studies die gebruik maken van dit paradigma hebben aangetoond dat WM onderhoud voldoende is om angst te verminderen, maar dat angst de WM zelf niet belemmert. Hoewel de bevindingen die hier worden gepresenteerd, specifiek zijn voor het Sternberg WM-paradigma, kan dit protocol aangepast worden om de bidirectionele relatie tussen cognitie en angst in het algemeen te bestuderen.

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Financiële steun voor deze studie werd verstrekt door het Intramurale Onderzoeksprogramma van het Nationaal Instituut voor Geestelijke Gezondheid, ZIAMH002798 (ClinicalTrial.gov Identifier: NCT00026559: Protocol ID 01-M-0185).

Materials

Biopac System
System Biopac Systems Inc. MP150 1, Psychophysiology monitoring hardware
TTL integration Biopac Systems Inc. STP100C 1
EDA Biopac Systems Inc. EDA100C 1
ECG Biopac Systems Inc. ECG100C 1
EMG Biopac Systems Inc. EMG100C 1
Name Company Catalog Number Comments
Other Equipment
Breakout box See Alternatives Custom 1
Grass Signal Generator Grass Instruments SD9 1
Shock device Digitimer North America, LLC DS7A 1
Name Company Catalog Number Comments
Alternatives
Alternative to Breakout box Cortech Solutions SD-MS-TCPBNC 1
Alternative Grass Signal Generator Digitimer North America, LLC DG2A 1
Name Company Catalog Number Comments
Audio Equipment
Headphones Sennheiser Electronic GMBH & CO HD-280 1
Headphone Amplifier Applied Research and Technology AMP4 1
Sound Pressure Level Meter Hisgadget Inc MS10 1
Name Company Catalog Number Comments
Electrodes and Leads from Biopac
EMG Biopac Systems Inc. EL254S 2
EMG stickers Biopac Systems Inc. ADD204 2
Gel for EMG Biopac Systems Inc. GEL100 1
ECG Biopac Systems Inc. LEAD110 2
Shock Biopac Systems Inc. LEAD110 2
ECG Biopac Systems Inc. LEAD110S-W 1
ECG Biopac Systems Inc. LEAD110S-R 1
Disposable electrodes Biopac Systems Inc. EL508 6
Name Company Catalog Number Comments
Software
Presentation Neurobehavioral Systems Version 18 Referred to here as experimental software
Acknowledge Biopac Systems Inc. Version 4.2 Referred to here as psychophysiology analysis software
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referenzen

  1. Eysenck, M. W., Derakshan, N., Santos, R., Calvo, M. G. Anxiety and cognitive performance: attentional control theory. Emotion. 7 (2), 336-353 (2007).
  2. Balderston, N. L., Mathur, A., Adu-Brimpong, J., Hale, E. A., Ernst, M., Grillon, C. Effect of anxiety on behavioural pattern separation in humans. Cogn. Emot. 9931 (10), 1-11 (2015).
  3. Balderston, N. L., et al. Working memory maintenance is sufficient to reduce state anxiety. Psychophysiology. 53 (11), 1660-1668 (2016).
  4. Vytal, K. E., Cornwell, B. R., Arkin, N., Grillon, C. Describing the interplay between anxiety and cognition: From impaired performance under low cognitive load to reduced anxiety under high load. Psychophysiology. 49 (6), 842-852 (2012).
  5. Vytal, K. E., Cornwell, B. R., Letkiewicz, A. M., Arkin, N. E., Grillon, C. The complex interaction between anxiety and cognition: insight from spatial and verbal working memory. Front. Hum. Neurosci. 7, 93 (2013).
  6. Nelson, B. D., Hodges, A., Hajcak, G., Shankman, S. A. Anxiety sensitivity and the anticipation of predictable and unpredictable threat: Evidence from the startle response and event-related potentials. J. Anxiety Disord. 33, 62-71 (2015).
  7. Shankman, S. a., et al. A psychophysiological investigation of threat and reward sensitivity in individuals with panic disorder and/or major depressive disorder. J. Abnorm. Psychol. 122 (2), 322-338 (2013).
  8. Dunning, J. P., Deldonno, S., Hajcak, G. The effects of contextual threat and anxiety on affective startle modulation. Biol. Psychol. 94 (1), 130-135 (2013).
  9. Bradford, D. E., Starr, M. J., Shackman, A. J., Curtin, J. J. Empirically based comparisons of the reliability and validity of common quantification approaches for eyeblink startle potentiation in humans. Psychophysiology. 52 (12), 1669-1681 (2015).
  10. Kaye, J. T., Bradford, D. E., Curtin, J. J. Psychometric properties of startle and corrugator response in NPU, affective picture viewing, and resting state tasks. Psychophysiology. 53 (8), 1241-1255 (2016).
  11. Bradford, D. E., Kaye, J. T., Curtin, J. J. Not just noise: Individual differences in general startle reactivity predict startle response to uncertain and certain. Psychophysiology. 51 (5), 407-411 (2014).
  12. Grillon, C. Models and mechanisms of anxiety: Evidence from startle studies. Psychopharmacology (Berl). 199, 421-437 (2008).
  13. Grillon, C., Ameli, R., Goddard, A., Woods, S. W., Davis, M. Baseline and fear-potentiated startle in panic disorder patients. Biol. Psychiatry. 35 (7), 431-439 (1994).
  14. Morgan, C. a., Grillon, C., Southwick, S. M., Davis, M., Charney, D. S. Fear-potentiated startle in posttraumatic stress disorder. Biol. Psychiatry. 38 (6), 378-385 (1995).
  15. Robinson, O. J., Overstreet, C., Allen, P. S., Pine, D. S., Grillon, C. Acute tryptophan depletion increases translational indices of anxiety but not fear: serotonergic modulation of the bed nucleus of the stria terminalis?. Neuropsychopharmacology. 37 (8), 1963-1971 (2012).
  16. Bradford, D. E., Magruder, K. P., Korhumel, R. A., Curtin, J. J. Using the Threat Probability Task to Assess Anxiety and Fear During Uncertain and Certain Threat. J Vis Exp. (91), e51905 (2014).
  17. Schmitz, A., Grillon, C. Assessing fear and anxiety in humans using the threat of predictable and unpredictable aversive events (the NPU-threat test). Nat. Protoc. 7 (3), 527-532 (2012).
  18. Grillon, C., Ameli, R. Effects of threat of shock, shock electrode placement and darkness on startle. Int. J. Psychophysiol. 28 (3), 223-231 (1998).
  19. Grillon, C., Pellowski, M., Merikangas, K. R., Davis, M. Darkness facilitates the acoustic startle reflex in humans. Biol. Psychiatry. 42 (6), 453-460 (1997).
  20. Insel, T., Cuthbert, B. N., et al. Research Domain Criteria (RDoC): Toward a new classification framework for research on mental disorders. Am. J. Psychiatry. 167 (7), 748-751 (2010).
  21. Robinson, O. J., Vytal, K. E., Cornwell, B. R., Grillon, C. The impact of anxiety upon cognition: perspectives from human threat of shock studies. Front. Hum. Neurosci. 7, 203 (2013).
  22. Sternberg, S. High-speed scanning in human memory. Science. 153 (736), 652-654 (1966).
  23. Jaeggi, S. M., Buschkuehl, M., Perrig, W. J., Meier, B. The concurrent validity of the N-back task as a working memory measure. Memory. 18 (4), 394-412 (2010).
  24. Altamura, M., Elvevåg, B., et al. Dissociating the effects of Sternberg working memory demands in prefrontal cortex. Psychiatry Res. – Neuroimaging. 154 (2), 103-114 (2007).
  25. Spielberger, C. D. State-Trait Anxiety Inventory. Anxiety. 19 (650), 2009 (1987).
  26. Beck, A. T., Epstein, N., Brown, G., Steer, R. a. An inventory for measuring clinical anxiety: psychometric properties. J. Consult. Clin. Psychol. 56 (6), 893-897 (1988).
  27. Beck, A., Brown, G., Steer, R. BDI-II Manual. J. Health Psychol. 17 (6), (1996).
  28. Peterson, R. A., Heilbronner, R. L. The anxiety sensitivity index:. Construct validity and factor analytic structure. J. Anxiety Disord. 1 (2), 117-121 (1987).
  29. Sthle, L., Wold, S. Analysis of variance (ANOVA). Chemom. Intell. Lab. Syst. 6 (4), 259-272 (1989).
  30. Blumenthal, T. D., Cuthbert, B. N., Filion, D. L., Hackley, S., Lipp, O. V., Van Boxtel, A. Committee report: Guidelines for human startle eyeblink electromyographic studies. Psychophysiology. 42 (1), 1-15 (2005).
  31. Torrisi, S., et al. The Neural Basis of Improved Cognitive Performance by Threat of Shock. Soc. Cogn. Affect. Neurosci. 11 (11), 1677-1686 (2016).
  32. Robinson, O. J., Krimsky, M., Grillon, C. The impact of induced anxiety on response inhibition. Front. Hum. Neurosci. 7, 69 (2013).
  33. Owen, A. M., McMillan, K. M., Laird, A. R., Bullmore, E. N-back working memory paradigm: A meta-analysis of normative functional neuroimaging studies. Hum. Brain Mapp. 25 (1), 46-59 (2005).
  34. Bailey, J. E., Argyropoulos, S. V., Kendrick, A. H., Nutt, D. J. Behavioral and cardiovascular effects of 7.5% CO2 in human volunteers. Depress. Anxiety. 21 (1), 18-25 (2005).
  35. Thibodeau, M. A., Welch, P. G., Katz, J., Asmundson, G. J. G. Pain-related anxiety influences pain perception differently in men and women: A quantitative sensory test across thermal pain modalities. Pain. 154 (3), 419-426 (2013).
  36. Lamm, C., Pine, D. S., Fox, N. A. Impact of negative affectively charged stimuli and response style on cognitive-control-related neural activation: An ERP study. Brain Cogn. 83 (2), 234-243 (2013).

Tags

Working MemoryAnxietySternberg Working Memory TaskThreat Of Shock ParadigmSkin ConductanceHeart RateStartle ResponseEMGShock Calibration

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Diesen Artikel zitieren
Balderston, N. L., Hsiung, A., Liu, J., Ernst, M., Grillon, C. Reducing State Anxiety Using Working Memory Maintenance. J. Vis. Exp. (125), e55727, doi:10.3791/55727 (2017).
Zitat herunterladen
Nachdrucke und Berechtigungen

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image