Menschliche Angstkonditionierung in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality Geleitete
Summary
Klassische Angstkonditionierung Paradigma wurde für den menschlichen Teilnehmer in eine voll immersive Virtual Reality Umgebung angepasst. Mit einer Diskriminierung Paradigma, konditionierte Angst, Cue und Kontext Merkfähigkeit und Extinktion wurde mit Hautleitfähigkeit als Reaktion auf dynamische virtuelle Schlangen und Spinnen (die konditionierte Reize) in zwei verschiedenen virtuellen Kontexten gemessen.
Abstract
Angstkonditionierung ist ein weit verbreitetes Paradigma in nicht-menschliches Tier Forschung, um die neuronalen Mechanismen, die Furcht und Angst zu untersuchen. Eine große Herausforderung bei der Durchführung von Klimaanlagen Studien am Menschen ist die Fähigkeit, stark zu manipulieren oder zu simulieren die ökologischen Rahmenbedingungen, die mit konditionierten emotionalen Verhaltensweisen verbunden sind. In dieser Hinsicht ist der virtuellen Realität (VR)-Technologie ein vielversprechendes Werkzeug. Doch die Anpassung dieser Technologie an experimentellen Bedingungen zu erfüllen erfordert spezielle Unterkünfte. Hier haben wir befassen uns methodischen Fragen bei der Durchführung beteiligt Angstkonditionierung in eine voll immersive 6-Seiten-VR-Umgebung und Gegenwart Angstkonditionierung Daten.
In der realen Welt auftreten traumatische Ereignisse in komplexen Umgebungen, die sich aus vielen Hinweise gemacht werden, die Einbeziehung aller unserer sensorischen Modalitäten. Beispielsweise enthalten Hinweise, dass die Umwelt-Konfiguration bilden nicht nur visuelle Elemente, sondern akustische, olfaktorische und haptische sogar. In Studien an Nagern von Angstkonditionierung Tiere sind komplett in einem Kontext, der reich mit neuartigen visuellen, taktilen und olfaktorischen Signale eingetaucht ist. Allerdings sind Standard-Labortests von Angstkonditionierung beim Menschen in der Regel in einem unscheinbaren Raum vor eine Wohnung oder ein 2D-Bildschirm durchgeführt und nicht replizieren die Komplexität der realen Welt Erfahrungen. Auf der anderen Seite, ist eine große Einschränkung der klinischen Studien zu reduzieren (Löschen) Angst und verhindert Rückfall in Angststörungen ausgerichtet, dass die Behandlung erfolgt nach Teilnehmer die Angst vor einer unkontrollierten und weitgehend unbekannten Kontext erworben haben. So ist die Experimentatoren keine Auskunft über die Dauer der Exposition, die wahre Natur des Reizes, und die damit verbundenen Hintergrund Cues in die Umwelt 1 übrig. In Ermangelung dieser Informationen kann es schwierig sein, wirklich löschen zu befürchten, dass sowohl Cue-und kontext-abhängig ist. Virtual Reality-Umgebungen diese Probleme anzugehen, indem sie die Komplexität der realen Welt, und zur gleichen Zeit ermöglicht Experimentatoren zu befürchten, Konditionierung und vom Aussterben Parameter einschränken, um empirische Daten, dass bessere Behandlungsmöglichkeiten und / suggerieren oder zu analysieren mechanistische Hypothesen liefern.
Um die Hypothese, dass Angstkonditionierung reich codiert werden und kontextspezifisch, wenn in einem voll immersiven Umgebung durchgeführten Test haben wir verschiedene Virtual-Reality-3-D Kontexte, in denen die Teilnehmer erfahren Angstkonditionierung virtuelle Schlangen oder Spinnen. Akustische Signale mit dem CS Zusammenarbeit stattgefunden, um weitere evozieren Orientierungsreaktionen und ein Gefühl von "Präsenz" in den Fächern 2. Die Hautleitfähigkeit diente als abhängige Messung der Angst Erwerb, Merkfähigkeit und vom Aussterben bedroht.
Protocol
Discussion
1. Ergebnisse
Equivalent in-session Angst Akquisition und Extinktion in allen Gruppen gefunden wurde (Abbildung 3). Diese Daten zeigen, dass zuverlässige und informative Angstkonditionierung Studien innerhalb der Grenzen und Möglichkeiten einer voll immersiven Umgebung durchgeführt werden kann. Darüber hinaus haben wir auch zeigen, robust kontextuellen Angst Speicher im selben Kontext fürchten Retention Teilnehmer in den Tauchgang (Teilnehmer, die in diesem Zusammenhang für Tag 1 und 2, bezogen auf diejenigen, die einen Kontext zu verlagern erfahrenen blieb). Die Beibehaltung der Angst ist stärker in den DIVE als in einem herkömmlichen Labor abgestimmt Paradigma 16 beobachtet (siehe Abbildung 3). Mit der immersive VR-Setup kann man auch untersuchen und zu manipulieren reichen kontextuellen Umgebungen deklarative Gedächtnis Prozesse beim Menschen Sonde, anders als in der Laborsituation, wo realistische multimodel Kontext Manipulationen sind schwierig zu erreichen. Schließlich kann die VR-Welten leicht für die Verwendung in Verbindung mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) unter Verwendung von stereoskopischen VR Brille zu Gehirn-Aktivierungs-Analyse während der Codierung oder die Wiederbeschaffung von Angst Erwerb, Löschung und Rückfall führen portiert werden. Diese Methodik kann zur Überbrückung von Nagetieren und klinischen Befunden in Furcht und Angst eingesetzt werden.
2. Controlling Kontext und Stimulus Exposition in der virtuellen Realität.
Ein großes Problem mit der Nutzung von VR für experimentelle Nutzung ist auch seine Stärke. Genauer gesagt, voll immersiven VR bietet die Komplexität, verwechselt, und die Freiheit der realen Welt. Zum Beispiel, im wirklichen Leben, Erfahrung Traumapatienten einen aversiven Reiz in einen Kontext für eine unbekannte Menge an Zeit. Die kontextuellen Exposition, Besonderheiten und anderen sensorischen Input, besucht waren auch nicht bekannt, oder nicht beweisbaren. Aus dem gleichen Grunde, wenn wir den Teilnehmern erlauben, sich frei in der virtuellen Umgebungen, würden wir nicht in der Lage sein, für Rahmen oder Anreiz Belichtungszeit oder die Dauer Konto. Zum Beispiel kann ein Teilnehmer sehr schnell gehen, und miss 3 von 4 CS + Präsentationen. Ein weiterer erkunden können nur ein Zimmer in der virtuellen Wohnung. Ebenso, wenn Stimulus Präsentation ist nicht in der Mitte des Bildschirms, wo Blick vor dem Start gerichtet ist angegeben, werden die Teilnehmer zu vermeiden oder miss CS-Präsentationen. Unsere Lösung für diese potenziellen verwirrt war, den Teilnehmern auf eine sitzende, Führung durch die jeweilige Umgebung mit einer Rate, die für eine bestimmte Interstimulus Intervall (ISI) und Reizdauer zulassen würde. Wir könnten dann extrahieren vergleichbar SCR Daten aus bestimmten Zeitpunkten und spezifische Standorte auf allen Teilnehmer (zB Antworten auf die CS +, USA, und CS-Stimuli). Die Schwierigkeiten nach dieser Entscheidung enthalten Finden eines Weges Form, Länge und Bewegung Rate, die nicht dazu führen würde Übelkeit oder propriozeptive Dissonanz an den Teilnehmer, und doch fühlen sich angemessen, natürliche Fortbewegung durch eine neue Umgebung zu imitieren.
3. Implementierung Standard Angstkonditionierung Parameter, um eine VR-System.
Zur Simulation realistischer bedingten Reize Schlangen und Spinnen wurden nach wilden lebensechte Bilder entworfen. Die Schlangen und Spinnen wurden zuerst in Maya, eine Computer-Grafik 3D-Modellierung und Animation-Software-Paket und dann in die VR-System importiert modelliert. Wir taten dies, weil Virtools ist ein Virtual-Reality-Authoring-System, nicht eine Modellierung Anwendung. Es ist daher am besten verwendet, um ein VR-System laufen und fügen Sie die Interaktion und Navigation zu einer Szene. Insbesondere in Maya vier verschiedene Animationen für jeden CS-Typ erstellt wurden (zB eine Schlange, eine Spinne läuft über den Boden, eine Schlange Longieren uns mit offenem Mund) und dann in Virtools importiert.
Vor dem Importieren der dynamischen Schlange und Spinne Modelle in Virtools von Maya, war ein Weg in Virtools geschaffen, um die Teilnehmer rund um die Umwelt in einem glatten kreisförmig so führen, wie die Probenahme der Umwelt im Laufe von 32 bedingten Reiz Präsentationen ermöglichen bei Angst Klimaanlage. Die Form des Pfades ist das gleiche für jede unserer drei virtuellen Welten. Der Weg wurde geschaffen, um für vier Sekunden für jeden Stimulus Präsentation zu stoppen, wurde die Interstimulus Intervall 11 + / – 4 Sekunden, in denen das Thema langsam war (zu leiten), durch die Umwelt. Dieses Intervall wurde von unseren bisherigen Angstkonditionierung Experimente im Labor 8, 16 bestimmt, weil es für die Erholung der Hautleitfähigkeit zwischen Reiz-Präsentationen erlaubt. Stimuli wurden dann auf dem Weg in den Punkten durch die Timing-Parameter angegeben ist. Dieses Setup erstellt spezifischen Reiz und Kontext Konjunktionen (z. B. eine Schlange glitt auf dem Esstisch, eine Spinne zu Fuß um das Sofa herum Bein), die später für die explizite Gedächtnis untersucht werden können. Stimuli Auftritte wurden pseudo-randomisiert durch die Skripte. Alle Reiz Präsentationen erschienen in der Mitte desFrontscheibe, den Teilnehmer von mit für die Anregung suchen zu verhindern. Dies hat uns mit einer kontrollierten Menge an Reiz Belichtungszeit, und einen definierten Kontext Lage. Eine Einschränkung der Sicht nach vorn ist, dass es nicht nutzen die volle Leistungsfähigkeit des immersiven System (z. B. Schlangen können nicht in den Raum hinter der Teilnehmer). Darüber hinaus wurden Anregungen sorgfältig außerhalb einer Grenze Kasten um den Teilnehmern Stelle platziert, so dass die Schlangen und Spinnen nie angetastet die Teilnehmer persönlichen Raum.
4. Sicht-und Head-Tracking.
Der Winkel der Tauchgang war so eingestellt, dass aus einer sitzenden Position des Teilnehmers eine korrekte Fahrtrichtung Winkel hatte. Diese für die Schwankungen in der Höhe zwischen den Teilnehmern gesteuert und minimiert Bewegungsartefakte auf unserer physiologischen Aufzeichnungen. Die Teilnehmer wurden angewiesen, um nach vorne zeigen und bewegen so wenig wie möglich, dies auch für die Teilnehmer waren auf der Suche kontrolliert, und daher beibehalten konsequente Reiz und Kontext Exposition zwischen den Teilnehmern. Wir entschieden uns, auf einem Head-Tracking-Gerät in der 3D-Brille von den Teilnehmern getragen werden, um sicherzustellen, dass sie sehen, die Szene mit der richtigen Perspektive ab. Wenn Head-Tracking nicht für, Kopfbewegung nach links oder rechts wäre nicht richtig zu verschließen, wie die Objekte in der Welt erschienen (z. B. Objekte würden auf den Bildschirmen in den DIVE verbogen zu sein scheint als Teilnehmer gingen durch) gewählt worden. Mit Head-Tracking gewählt für, konnten wir sicher sein, dass Funktionen in der Umgebung ihrer normalen Proportionen beibehalten wurden, auch korrekt auf jeder der sechs Wände des Tauchgangs für die Dauer des Experiments.
5. Data Collection.
In unserer Standard-Labor-Version von Angstkonditionierung 8, 16 war Stimulus Präsentation von Computer-Skript in der Presentation Software programmiert gesteuert. Um die Konsistenz zwischen dem Labor und der virtuellen Umgebung zu erhalten, importierten wir unsere Standard-Angst Akquisition und Extinktion Skripte in Code-Format an den Steuerrechner in der Leitwarte, dass die DIVE-Cube-Hosts (siehe Abbildung 1). Der Parallelport-Code wurde eingestellt, um eine generierte Liste von numerischen Codes zu senden, um verschiedene Veranstaltungen, wie Präsentationen der Schlange, Spinne, und elektrische Stimulation Onsets Signal. In unserem Entwurf, sendet Virtools ein Open Sound Control Message (OSC 17) OSC / UDP-Nachricht an eine eigene C + +-Programm, das die parallele Schnittstelle Wert legt. Unsere C + +-Programm verwendet die OSCpack 18 Bibliothek.
Die BIOPAC digitalen Eingang mit dem Computer parallel Port angeschlossen ist. SCR-Daten auf dem Laptop-Computer aus BIOPAC über die parallele Schnittstelle gesammelt, dann normalisiert, und berechnet, um CS + / CS-und US-Onset innerhalb bestimmter Parameter (siehe oben für Details). Neben dem Rendern der Szene und die Steuerung der Navigation ist Virtools auch verwendet, um User-Events (Tastendrücke) anmelden. Zusammenfassend während eines Experiments, werden Nachrichten aus dem Master-Computer mit dem BIOPAC System über die parallele Schnittstelle gesendet. Da Virtools können nicht mit der parallelen Schnittstelle kommunizieren direkt mit dem Computer eine kleine C + +-Programm wartet auf eine OSC-Nachricht von Virtools und sendet es an die parallele Schnittstelle.
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir bedanken uns bei Holton Thompson für ihre Arbeit bei der Schaffung der Virtools 3-D Welten in Maya und Eric Monson für die schematischen Zeichnungen. Forschung wurde zum Teil durch Postdoc NIH F32 MH078471 zu NCH gesponsert und NIDA RO1 DA027802 zu KSL. Der Tauchgang war durch NSF BCS-0420632 gefördert.
Referências
- 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).
