Untersuchung des schmerzbedingten Vermeidungsverhaltens mit einem Robotik-Arm-Reaching-Paradigma

Vermeidung ist eine adaptive Reaktion auf Schmerzen, die körperliche Bedrohung signalisieren. Doch wenn Schmerzen chronisch werden, verlieren Schmerzen und schmerzbedingte Vermeidung ihren adaptiven Zweck. In diesem Einklang, das Angst-Vermeidungs-Modell der chronischen Schmerzen^{1,2,3,4,5,6,7,8} Posen, dass falsche Interpretationen von Schmerz als katastrophal, auslösen Erhöhungen der Angst vor Schmerzen, die Vermeidung Verhalten motivieren. Übermäßige Vermeidung kann zur Entwicklung und Aufrechterhaltung von chronischen Schmerzinvaliden führen, aufgrund körperlicher Nichtnutzung und verminderter Beteiligung an täglichen Aktivitäten und Bestrebungen^1,2,3,4,5,9. Da das Fehlen von Schmerzen zugeschrieben werden kann, kann nicht auf Erholung, sondern auf einen selbsttragenden Kreislauf von schmerzbedingter Angst und Vermeidung¹⁰festgestellt werden.

Trotz des jüngsten Interesses an der Vermeidung in der Angst Literatur^11,12, Forschung über Vermeidung in der Schmerzdomäne ist noch in den Kinderschuhen. Frühere Angstforschung, geleitet von der einflussreichen Zwei-Faktor-Theorie¹³, hat in der Regel Angst angenommen, um Vermeidung zu fahren. Entsprechend beinhalten die traditionellen Vermeidungsparadigmen¹² zwei experimentelle Phasen, die jeweils einem Faktor entsprechen: der ersten, der Angst begründet (Pavlovian Conditioning¹⁴ Phase), und die zweite zur Untersuchung der Vermeidung (Instrumental¹⁵ Phase). Während der differenziellen Pavlovian-Konditionierung wird ein neutraler Stimulus (bedingter Stimulus, CS+; z.B. ein Kreis) mit einem an sich aversiven Stimulus (unkonditionierter Stimulus, US; z.B. ein Elektrischer Schlag) gepaart, der natürlich unkonditionierte Reaktionen erzeugt (URs, z.B. Angst). Ein zweiter Kontrollimpuls wird nie mit den USA gekoppelt (CS-; z.B. ein Dreieck). Nach paarten CSs mit den USA wird die CS+ in Abwesenheit der USA Ansinnen Angst an sich wecken (bedingte Antworten, CRs). Das CS- kommt zur Signalsicherheit und löst keine CRs aus. Danach erfahren die Teilnehmer während der instrumentalen Konditionierung, dass ihre eigenen Handlungen (Antworten, R; z.B. Knopfdruck) zu bestimmten Konsequenzen führen (Ergebnisse; O, z.B. Das Auslassen von Schocks)^15,16. Wenn die Antwort ein negatives Ergebnis verhindert, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass diese Antwort wiederholt wird. dies wird als negative Verstärkung¹⁵bezeichnet. So lernen die Teilnehmer in der Pavlovian-Phase traditioneller Vermeidungsparadigmen zunächst die CS-US-Assoziation. Anschließend wird in der Instrumentalphase eine experimentiergeschulte Vermeidungsreaktion (R) eingeführt, die die USA abbricht, wenn sie während der CS-Präsentation durchgeführt werden, wodurch eine R-O-Assoziation begründet wird. So wird das CS zu einem diskriminativen Stimulus (S^D), der den geeigneten Moment für die Konditionierung des konditionierten R 15 anzeigt und die Leistung des konditionierten R¹⁵motiviert. Abgesehen von einigen Experimenten, die eine instrumentale Konditionierung von Schmerzberichten¹⁷ und schmerzbedingte Mimik¹⁸zeigen, sind die Untersuchungen zu den instrumentellen Lernmechanismen von Schmerzen im Allgemeinen begrenzt.

Obwohl das oben beschriebene Standard-Vermeidungsparadigma viele der Prozesse, die der Vermeidung zugrunde liegen, aufgeklärt hat, hat es auch mehrere Einschränkungen^5,19. Erstens erlaubt es nicht, das Lernen oder den Erwerb von Vermeidung selbst zu untersuchen, da der Experimentator die Vermeidungsreaktion anweist. Die Teilnehmer frei zwischen mehreren Flugbahnen wählen zu lassen und daher zu erfahren, welche Antworten schmerzhaft/sicher sind und welche Bahnen zu vermeiden/nicht zu vermeiden sind, modelliert genauer das reale Leben, wo Vermeidung als natürliche Reaktion auf Schmerzen entsteht⁹. Zweitens ist die Reaktion auf die Vermeidung von Tastendrücken bei herkömmlichen Vermeidungsparadigmen kostenlos. Im wirklichen Leben kann die Vermeidung jedoch für den Einzelnen extrem kostspielig werden. In der Tat stört die Kostenvermeidung vor allem das tägliche Funktionieren⁵. Zum Beispiel kann die Vermeidung chronischer Schmerzen das soziale und Arbeitsleben der Menschen stark einschränken⁹. Drittens stellen dichotome Reaktionen wie das Drücken/Nichtdrücken einer Taste auch nicht sehr gut das wirkliche Leben dar, in dem unterschiedliche Grade der Vermeidung auftreten. In den folgenden Abschnitten beschreiben wir, wie das Robotik-Arm-Reaching-Paradigma²⁰ diese Einschränkungen anspricht und wie das grundlegende Paradigma auf mehrere neue Forschungsfragen ausgedehnt werden kann.

Erwerb von Vermeidung
Im Paradigma verwenden die Teilnehmer einen Roboterarm, um armerreichende Bewegungen von einem Startpunkt zu einem Ziel durchzuführen. Bewegungen werden als instrumentelle Antwort eingesetzt, weil sie schmerzspezifischen, angstverrufenden Reizen sehr ähnlich sind. Ein Ball stellt die Bewegungen der Teilnehmer auf dem Bildschirm(Abbildung 1)virtuell dar, so dass die Teilnehmer ihre eigenen Bewegungen in Echtzeit verfolgen können. Während jeder Studie wählen die Teilnehmer frei zwischen drei Bewegungsbahnen, die auf dem Bildschirm durch drei Bögen (T1–T3) dargestellt werden, die sich in Bezug auf ihre Anstrengung unterscheiden, und in der Wahrscheinlichkeit, dass sie mit einem schmerzhaften elektrokutanen Reiz (d. h. Schmerzreiz) gepaart sind. Der Aufwand wird als Abweichung von der kürzest möglichen Flugbahn und erhöhtem Widerstand des Roboterarms manipuliert. Insbesondere ist der Roboter so programmiert, dass der Widerstand linear mit der Abweichung zunimmt, was bedeutet, dass je mehr Teilnehmer abweichen, desto mehr Kraft müssen sie auf den Roboter ausüben. Darüber hinaus ist die Schmerzverabreichung so programmiert, dass die kürzeste, einfachste Flugbahn (T1) immer mit dem Schmerzreiz (100% Schmerz/keine Abweichung oder Resistenz) gepaart ist. Eine mittlere Flugbahn (T2) ist mit einer 50% Chance, den Schmerzreiz zu erhalten, aber mehr Anstrengung ist erforderlich (moderate Abweichung und Widerstand). Die längste, anstrengendste Flugbahn (T3) wird nie mit dem Schmerzreiz gepaart, erfordert aber die größte Anstrengung, um das Ziel zu erreichen (0% Schmerz/größte Abweichung, stärkster Widerstand). Das Vermeidungsverhalten wird als maximale Abweichung von der kürzesten Flugbahn (T1) pro Versuch operationalisiert, was ein kontinuierlicheres Maß für die Vermeidung ist, als z. B. das Drücken oder Nichtdrücken einer Taste. Darüber hinaus geht die Vermeidungsreaktion zu Lasten erhöhter Anstrengungen. Da die Teilnehmer frei zwischen den Bewegungsbahnen wählen und nicht explizit über die experimentellen R-O-Kontingente (Bewegungsbahn-Schmerz) informiert werden, wird das Vermeidungsverhalten instrumental erfasst. Online selbst gemeldete Angst vor bewegungsbedingten Schmerzen und Schmerzerwartungen wurden als Maßmaßnahmen konditionierter Angst gegenüber den verschiedenen Bewegungsbahnen gesammelt. Schmerzerwartung ist auch ein Index der Notfallbewusstsein und Bedrohungsbeurteilung²¹. Diese Kombination von Variablen ermöglicht es, das Zusammenspiel zwischen Angst, Bedrohungsbeurteilungen und Vermeidungsverhalten zu untersuchen. Mit diesem Paradigma haben wir konsequent die experimentelle Erfassung von Vermeidung^20,22,23,24demonstriert.

Verallgemeinerung der Vermeidung
Wir haben das Paradigma erweitert, um die Verallgemeinerung der Vermeidung zu untersuchen²³— ein möglicher Mechanismus, der zu übermäßiger Vermeidung führt. Pavlovian Angst Verallgemeinerung bezieht sich auf die Verbreitung von Angst zu Reizen oder Situationen (Verallgemeinerung Stimuli, GSs) ähnlich dem ursprünglichen CS+, mit Angst abnehmend mit abnehmender Ähnlichkeit mit der CS+ (Verallgemeinerung Gradient)^25,26,27,28. Angst Verallgemeinerung minimiert die Notwendigkeit, Beziehungen zwischen Reizen neu zu lernen, ermöglicht eine schnelle Erkennung neuer Bedrohungen in sich ständig ändernden Umgebungen^25,26,27,28. Eine übermäßige Verallgemeinerung führt jedoch zu Angst vor sicheren Reizen (GSs ähnlich CS-) und verursacht so unnötige Bedrängnis^28,29. In diesem Zusammenhang zeigen Studien mit Pavlovian Angst Verallgemeinerung konsequent, dass chronische Schmerzpatienten übermäßig verallgemeinern schmerzbedingte Angst^{30,31,32,33,34}, während gesunde Kontrollen zeigen selektive Angst Verallgemeinerung. Doch wo übermäßige Angst Unbehagen verursacht, kann übermäßige Vermeidung in funktionellen Behinderungen gipfeln, aufgrund der Vermeidung von sicheren Bewegungen und Aktivitäten, und erhöhte tägliche Aktivität Rückzug^1,2,3,4,9. Trotz ihrer Schlüsselrolle bei chronischen Schmerzinvaliden ist die Forschung zur Verallgemeinerung der Vermeidung rar. In dem Paradigma angepasst für das Studium der Verallgemeinerung der Vermeidung, Teilnehmer erwerben zunächst Vermeidung, nach dem oben beschriebenen Verfahren²⁰. In einer anschließenden Verallgemeinerungsphase werden drei neuartige Bewegungsbahnen ohne Schmerzreiz eingeführt. Diese Verallgemeinerungsbahnen (G1–G3) liegen auf demselben Kontinuum wie die Erfassungsbahnen, die jeder dieser Bahnen ähneln. Insbesondere befindet sich die Verallgemeinerungsbahn G1 zwischen T1 und T2, G2 zwischen T2 und T3 und G3 rechts von T3. Auf diese Weise kann die Verallgemeinerung der Vermeidung auf neuartige sichere Bahnen untersucht werden. In einer früheren Studie zeigten wir eine Verallgemeinerung von Selbstberichten, aber nicht aus der Vermeidung, was möglicherweise auf unterschiedliche zugrunde liegende Prozesse zur schmerzbedingten Angst- und Vermeidungsverallgemeinerung hindeutet²³.

Aussterben der Vermeidung mit Reaktionsprävention
Die primäre Methode zur Behandlung hoher Bewegungsangst bei chronischen Muskel-Skelett-Schmerzen ist die Expositionstherapie³⁵– das klinische Gegenstück zum Pavlovian-Aussterben³⁶, d.h. die Reduktion von CRs durch wiederholte Erfahrung mit dem CS+ in Abwesenheit der US³⁶. Während der Exposition für chronische Schmerzen führen Patienten gefürchtete Aktivitäten oder Bewegungen durch, um katastrophale Überzeugungen und Schadenserwartungen zu widerlegen^34,37. Da diese Überzeugungen nicht unbedingt Schmerzen an sich betreffen, sondern die zugrunde liegende Pathologie, werden Bewegungen in der Klinik nicht immer schmerzfrei durchgeführt³⁴. Nach hemmender Lerntheorie^38,39löscht das Aussterbenslernen das ursprüngliche Angstgedächtnis nicht aus (z. B. Bewegungsverlaufsschmerz); vielmehr entsteht ein neuartiges hemmendes Aussterbegedächtnis (z.B. Bewegungsbahn-kein Schmerz), das mit dem ursprünglichen Angstgedächtnis für den Abruf^40,41konkurriert. Das neuartige hemmende Gedächtnis ist kontextabhängiger als das ursprüngliche Angstgedächtnis⁴⁰, das das erloschene Angstgedächtnis für anfällig für wieder auftauchende (Rückkehr der Angst)^40,41,42. Die Patienten werden oft daran gehindert, auch subtile Vermeidungsverhalten während der Expositionsbehandlung durchzuführen (Aussterben mit Reaktionsprävention, RPE), um ein echtes Angststerben zu etablieren, indem sie die falsche Zuordnung der Sicherheit zur Vermeidung^10,43verhindern.

Rückkehr der Vermeidung
Rückfall in Bezug auf die Rückkehr der Vermeidung ist immer noch häufig in klinischen Populationen, auch nach dem Aussterben der Angst^43,44,45,46. Obwohl mehrere Mechanismen gefunden wurden, um in der Rückkehr von Angst⁴⁷führen, ist wenig über diejenigen im Zusammenhang mit der Vermeidung bekannt²². In diesem Manuskript beschreiben wir speziell die spontane Erholung, d.h. die Rückkehr von Angst und Vermeidung durch den Lauf der Zeit^40,47. Das Robotik-Arm-Reaching-Paradigma wurde in einem 2-Tage-Protokoll implementiert, um die Rückkehr der Vermeidung zu untersuchen. Am ersten Tag erhalten die Teilnehmer zunächst eine Weiterbildung im Paradigma, wie oben beschrieben²⁰. In einer nachfolgenden RPE-Phase werden die Teilnehmer daran gehindert, die Vermeidungsreaktion durchzuführen, d.h. sie können nur die schmerzassoziierte Flugbahn (T1) unter Aussterben durchführen. Während Des zweiten Tages, um auf spontane Genesung zu testen, sind alle Bahnen wieder verfügbar, aber in Ermangelung von Schmerzreizen. Anhand dieses Paradigmas zeigten wir, dass einen Tag nach dem erfolgreichen Aussterben die Vermeidung²²zurückgab.