Страх человека кондиционирования проведены в полном погружении 3-мерная виртуальная реальность
Summary
Классическая парадигма кондиционирования страх был адаптирован для человека участникам полностью погрузиться в виртуальную реальность обстановке. Использование дискриминации парадигмы, обусловленная страхом, кием и удержания контекста памяти, и вымирание измерялась проводимость кожи ответ на динамические виртуальные змей и пауков (условные раздражители) в двух разных виртуальных контекстов.
Abstract
Fear conditioning is a widely used paradigm in non-human animal research to investigate the neural mechanisms underlying fear and anxiety. A major challenge in conducting conditioning studies in humans is the ability to strongly manipulate or simulate the environmental contexts that are associated with conditioned emotional behaviors. In this regard, virtual reality (VR) technology is a promising tool. Yet, adapting this technology to meet experimental constraints requires special accommodations. Here we address the methodological issues involved when conducting fear conditioning in a fully immersive 6-sided VR environment and present fear conditioning data.
In the real world, traumatic events occur in complex environments that are made up of many cues, engaging all of our sensory modalities. For example, cues that form the environmental configuration include not only visual elements, but aural, olfactory, and even tactile. In rodent studies of fear conditioning animals are fully immersed in a context that is rich with novel visual, tactile and olfactory cues. However, standard laboratory tests of fear conditioning in humans are typically conducted in a nondescript room in front of a flat or 2D computer screen and do not replicate the complexity of real world experiences. On the other hand, a major limitation of clinical studies aimed at reducing (extinguishing) fear and preventing relapse in anxiety disorders is that treatment occurs after participants have acquired a fear in an uncontrolled and largely unknown context. Thus the experimenters are left without information about the duration of exposure, the true nature of the stimulus, and associated background cues in the environment1. In the absence of this information it can be difficult to truly extinguish a fear that is both cue and context-dependent. Virtual reality environments address these issues by providing the complexity of the real world, and at the same time allowing experimenters to constrain fear conditioning and extinction parameters to yield empirical data that can suggest better treatment options and/or analyze mechanistic hypotheses.
In order to test the hypothesis that fear conditioning may be richly encoded and context specific when conducted in a fully immersive environment, we developed distinct virtual reality 3-D contexts in which participants experienced fear conditioning to virtual snakes or spiders. Auditory cues co-occurred with the CS in order to further evoke orienting responses and a feeling of “presence” in subjects 2 . Skin conductance response served as the dependent measure of fear acquisition, memory retention and extinction.
Protocol
Discussion
1. Результаты
Эквивалентный внутри сессии приобретения страха и исчезновение всех групп была обнаружена (рис. 3). Эти данные показывают, что надежные и информативные исследования страх кондиционирования могут быть выполнены в рамках ограничений и возможностей полностью погрузиться в среду. Кроме того, мы также демонстрируют надежную контекстной памяти страх в том же контексте страха удержания участников погружения (участников, которые остались в том же контексте в течение нескольких дней 1 и 2, по сравнению с теми, кто пережил контексте смены). Сохранение страх сильнее в DIVE, чем это наблюдается в обычных лаборатории соответствует парадигме 16 (см. Рисунок 3). С погружением установки VR, можно также рассматривать и управлять богатыми контекстной среды для исследования процессов памяти декларативным в организме человека, в отличие от лабораторных условиях, где реалистичные манипуляций контексте мультимодальных которые трудно выполнить. Наконец, VR миров может быть легко перенесен для использования в сочетании с функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ) с использованием стереоскопических очков ВР провести анализ активации мозга при кодировании или извлечения страха приобретение, исчезновения, и рецидив. Эта методика может быть использована для грызунов мост и клинических данных в страхе и тревоге.
2. Управление контекстом и стимулом экспозиции в виртуальной реальности.
Главная проблема с эксплуатации VR для экспериментального использования является также его прочность. В частности, полностью погрузиться в VR обеспечивает сложности, смешивает и свободы реальном мире. Например, в реальной жизни, жертвы травм опыт отвращение стимулом в контекст неизвестное количество времени. Контекстной воздействия, особенностей и других сенсорных сигналов, которые приняли участие также неизвестны, или не confirmable. К тому же, если бы мы, чтобы позволить участникам свободно исследовать виртуальные среды мы не были бы в состоянии объяснить контекст или стимул время экспозиции или продолжительности. Например, один участник может идти очень быстро, и пропустить 3 из 4 CS + презентаций. Другой может исследовать только один номер в виртуальной квартиры. Аналогичным образом, если стимул презентации не указан в центре экрана, где взгляд направлен до старта, участники будут избегать или пропустить CS презентаций. Наше решение, чтобы эти потенциальные смешивает должен был принять участников сидя, экскурсии каждой среде со скоростью, которая позволила бы на определенный промежуток interstimulus (МСИ) и длительности стимула. Мы могли бы извлечь сопоставимых данных SCR от определенных моментов времени и определенных местах для всех участников (например, ответы на CS +, США и CS-раздражителей). Трудности после принятия этого решения включен нахождения пути форму, длину, скорость движения, которые не будут вызывать тошноту или проприоцептивной диссонанс для участника, и все же чувствовать себя соответствующие имитировать природные передвигаться по новой среде.
3. Реализация стандартных параметров кондиционирования страха системы VR.
Для имитации реалистичных условные раздражители змей и пауков были созданы после дикой природы изображений. Змеи и пауки были впервые смоделирована в Maya, компьютерная графика 3D-моделирования и анимации пакет программного обеспечения, а затем импортируется в систему VR. Мы сделали это потому, Virtools является виртуальной системы авторинга реальности, а не моделирования приложений. Поэтому лучше использовать для запуска системы VR и добавить взаимодействия и переход к сцене. В частности, в Maya четырех различных анимаций для каждого типа CS были созданы (например, спиральный змею, паука работает по полу, змея выпад вперед с открытым ртом), а затем импортируется в Virtools.
До импорт динамический змеи и паука моделей в Virtools от майя, путь был создан в Virtools для руководства участника вокруг среды, в гладкой кругу тем чтобы выборка среды в течение 32 условных стимулов во время презентации страха Кондиционирование. Форма Путь является одинаковым для каждой из трех наших виртуальных миров. Путь был создан, чтобы остановить в течение четырех секунд на каждый стимул презентации, интервал interstimulus была 11 + / – 4 секунды, в течение которого эта тема медленно движущихся (руководствуясь) через окружающую среду. Этот интервал определялся из наших предыдущих страх кондиционирования эксперименты в лаборатории 8, 16, поскольку оно позволяет для восстановления ответ проводимость кожи между стимулом презентаций. Стимулы затем помещали на пути в точках, указанных на временные параметры. Эта установка создана особый стимул и контекста союзы (например, змею скользя на обеденный стол, паук ходить дивана ноги), которые впоследствии могут быть проверены явного памяти. Стимулы выступления были псевдо-рандомизированные через скрипты. Все стимул презентации появились в серединеперед экраном, чтобы участник от необходимости поиска стимулов. Это дало нам с контролируемым количеством стимулов время экспозиции, а также определен контекст места. Одним из ограничений вперед считаем, что она не воспользоваться все возможности погружения системы (например, змей, не может войти в комнату из-за участника). Кроме того, стимулы были тщательно разместить за пределами границ рамки вокруг места участников, так что змей и пауков никогда не посягали на участников личного пространства.
4. Посмотреть точки и голова слежения.
Угол погружения был установлен так, чтобы из положения сидя участник должен был правильным углом по направлению движения. Этот управляемый для изменения высоты между участниками, и свести к минимуму артефакты движения на наших физиологических записей. Участники были проинструктированы лицом вперед и двигаться как можно меньше, это также контролировали, где участники искали, и, следовательно, поддерживать последовательную стимула и контекст экспозиции между участниками. Мы решили включить голову устройство слежения в 3D-очки носят участников, чтобы они были просмотре сцены с правильной точки зрения. Если голова отслеживания не был избран для, движения головы влево или вправо не правильно закрывают как объекты появились в мире (например, объекты будут появляться на экранах согнуты в DIVE как участники прошли через). С головой отслеживания избирается, мы могли быть уверены, что особенности в среду сохранили нормальные пропорции и были составлены правильно на каждом из шести стенах нырять за время эксперимента.
5. Сбор данных.
В нашей стандартной версии лаборатории страх кондиционирования 8, 16 стимул презентации, управляемые компьютером сценарий запрограммированы в пакет программного обеспечения презентации. Для того, чтобы обеспечить согласованность между лабораторией и виртуальной среде, мы импортировали нашего стандартного страх приобретение и вымирание скриптов в коде формата в управляющий компьютер в диспетчерской, на котором размещена DIVE куба (см. рисунок 1). Параллельного кода порт устанавливается отправить сгенерированный список цифровых кодов для сигнализации различных мероприятий, таких как презентации змею, паука, и электрические натисков стимуляции. В нашей дизайн, Virtools посылает сообщение Открытые управление звуком (OSC 17) OSC / UDP сообщение для пользовательских C + + программа, которая устанавливает параллельный порт. Наша C + + программа использует OSCpack 18 библиотеки.
Цифровой вход BIOPAC соединен с параллельным портом компьютера. SCR данные собираются на портативном компьютере с BIOPAC через параллельный порт, а затем нормализуется, и рассчитаны на CS + / CS-натисков и США в рамках определенных параметров (см. выше для подробностей). В дополнение к рендерингу сцены и управления навигацией, Virtools используется также для входа пользовательские события (нажатие кнопок). Таким образом, во время эксперимента, сообщения отправляются от главного компьютера системы BIOPAC через параллельный порт. Потому что Virtools не может общаться с параллельного порта на компьютер непосредственно небольшие C + + программа прослушивает OSC сообщение от Virtools, а затем передает его на параллельный порт.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Холтон Томпсон за свою работу в создании Virtools 3-D миров в Maya и Эрик Монсон на схематические чертежи. Исследование было организовано частично докторской NIH F32 MH078471 в NCH, и NIDA RO1 DA027802 к KSL. DIVE было профинансировано NSF BCS-0420632.
References
- 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).
