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Behavior

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

Published: October 3, 2020 doi: 10.3791/61717
Automatic Translation
1,2, 1, 1,3, 2, 1,2, 1,2
1Experimental Health Psychology, Maastricht University, 2Research Group Health Psychology, KU Leuven, 3Laboratory of Biological Psychology, KU Leuven

Summary

Die Vermeidung ist für chronische Schmerzinderien von zentraler Bedeutung, dennoch fehlen angemessene Paradigmen zur Untersuchung der schmerzbedingten Vermeidung. Daher haben wir ein Paradigma entwickelt, das es ermöglicht, zu untersuchen, wie schmerzbedingtes Vermeidungsverhalten erlernt wird (Erwerb), sich auf andere Reize ausbreitet (Verallgemeinerung), gemildert werden kann (Aussterben) und wie es später wieder auftauchen kann (spontane Erholung).

Abstract

Das Vermeidungsverhalten trägt wesentlich zum Übergang von akuten Schmerzen zu chronischen Schmerzbehinderungen bei. Dennoch fehlt es an ökologisch gültigen Paradigmen, um schmerzbedingte Vermeidungen experimentell zu untersuchen. Um diese Lücke zu schließen, entwickelten wir ein Paradigma (das robotische Arm-reaching-Paradigma), um die Mechanismen zu untersuchen, die der Entwicklung schmerzbedingter Vermeidungsverhalten zugrunde liegen. Bestehende Vermeidungsparadigmen (meist im Kontext der Angstforschung) haben die Vermeidung oft als experimentiergeschulte, kostengünstige Reaktion operationalisiert, die während eines Pavlovian-Angstkonditionierungsverfahrens auf Reizen überlagert wird, die mit Einer Bedrohung verbunden sind. Im Gegensatz dazu bietet die derzeitige Methode eine erhöhte ökologische Gültigkeit in Bezug auf instrumentales Lernen (Erwerb) der Vermeidung und durch Hinzufügen von Kosten für die Vermeidungsreaktion. Im Paradigma führen die Teilnehmer armerreichende Bewegungen von einem Startpunkt zu einem Ziel mit einem Roboterarm aus und wählen frei zwischen drei verschiedenen Bewegungsbahnen, um dies zu tun. Die Bewegungsbahnen unterscheiden sich in der Wahrscheinlichkeit, mit einem schmerzhaften elektrokutanen Stimulus gepaart zu werden, und in der erforderlichen Anstrengung in Bezug auf Abweichung und Widerstand. Insbesondere kann der schmerzhafte Stimulus (teilweise) auf Kosten von Bewegungen vermieden werden, die einen erhöhten Aufwand erfordern. Das Vermeidungsverhalten wird als maximale Abweichung von der kürzesten Flugbahn in jeder Studie operationalisiert. Neben der Erläuterung, wie das neue Paradigma helfen kann, den Erwerb von Vermeidung zu verstehen, beschreiben wir Anpassungen des Robotik-Arm-Reaching-Paradigmas für (1) die Untersuchung der Ausbreitung der Vermeidung auf andere Reize (Verallgemeinerung), (2) Modellierung der klinischen Behandlung im Labor (Aussterben der Vermeidung mittels Reaktionsprävention) sowie (3) Modellierung rückfall, und Rückkehr der Vermeidung nach dem Aussterben (spontane Erholung). Angesichts der erhöhten ökologischen Gültigkeit und zahlreicher Möglichkeiten für Erweiterungen und/oder Anpassungen bietet das Robotik-Arm-Reaching-Paradigma ein vielversprechendes Werkzeug, um die Untersuchung des Vermeidungsverhaltens zu erleichtern und unser Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse zu fördern.

Introduction

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 Schmerzen1,2,3,4,5,6,7,8 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 Bestrebungen1,2,3,4,5,9. 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 Literatur11,12, 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 (SD), 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 Einschränkungen5,19. 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 Vermeidung20,22,23,24demonstriert.

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 Umgebungen25,26,27,28. Eine übermäßige Verallgemeinerung führt jedoch zu Angst vor sicheren Reizen (GSs ähnlich CS-) und verursacht so unnötige Bedrängnis28,29. In diesem Zusammenhang zeigen Studien mit Pavlovian Angst Verallgemeinerung konsequent, dass chronische Schmerzpatienten übermäßig verallgemeinern schmerzbedingte Angst30,31,32,33,34, 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 Rückzug1,2,3,4,9. 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 widerlegen34,37. 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 Lerntheorie38,39löscht 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 Abruf40,41konkurriert. 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 Vermeidung10,43verhindern.

Rückkehr der Vermeidung
Rückfall in Bezug auf die Rückkehr der Vermeidung ist immer noch häufig in klinischen Populationen, auch nach dem Aussterben der Angst43,44,45,46. 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 Zeit40,47. 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.

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Protocol

Die hier vorgestellten Protokolle erfüllen die Anforderungen der Sozial- und Gesellschaftsethikkommission der KU Leuven (Registrierungsnummer: S-56505) und des Ethik-Überprüfungsausschusses Psychologie und Neurowissenschaften der Universität Maastricht (Registrierungsnummern: 185_09_11_2017_S1 und 185_09_11_2017_S2_A1).

1. Vorbereitung des Labors auf eine Testsitzung

  1. Vor der Testsitzung: Senden Sie dem Teilnehmer eine E-Mail, in der er über die Abgabe von Schmerzreizen, die allgemeine Gliederung des Experiments und die Ausschlusskriterien informiert wird. Ausschlusskriterien für gesunde Teilnehmer umfassen: unter 18 Jahren; chronische Schmerzen; Analphabetismus oder diagnostizierte Legasthenie; Schwangerschaft; Linkshänder; aktuelle/vorgeschichte von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, chronischen oder akuten Atemwegserkrankungen (z. B. Asthma, Bronchitis), neurologischen Erkrankungen (z. B. Epilepsie) und/oder psychiatrischen Störungen (z. B. klinische Depression, Panik-/Angststörung); unkorrigierte Hör- oder Sehprobleme; Schmerzen in der dominanten Hand, am Handgelenk, am Ellenbogen oder in der Schulter haben, die die Ausführung der Erreichensaufgabe behindern können; Vorhandensein von implantierten elektronischen Medizinprodukten (z. B. Herzschrittmacher); und Vorhandensein anderer schwerer Erkrankungen.
  2. Bitten Sie den Teilnehmer, seine Hände bei der Ankunft im Labor zu waschen/desinfizieren, und tun Sie dies aufgrund der Sicherheitsvorkehrungen von COVID-19 selbst. Tragen Sie während der gesamten Testsitzung eine Einwegmaske und Latexhandschuhe, wenn körperlicher Kontakt mit dem Teilnehmer erforderlich ist.
  3. Verwenden Sie zwei separate Räume oder Abschnitte für die experimentelle Umgebung: einen für den Teilnehmer und den anderen für den Experimentator.
  4. Verwenden Sie einen Computer mit zwei separaten Bildschirmen: einen Computerbildschirm für den Experimentator und einen größeren Fernsehbildschirm für den Teilnehmer.
  5. Um den Roboterarm (z.B. HapticMaster) einzuschalten, drücken Sie den Netzschalter an der Vorderseite des Roboters (spezifisch für diesen Roboter). Schalten Sie anschließend den Notschalter ein, mit dem der Roboter bei Bedarf ausgeschaltet werden kann.
  6. Kalibrieren Sie den Roboterarm vor jedem Testtag neu. Dies geschieht über eine direkte API-Verbindung (Application Programming Interface) mit dem Roboterarm und muss nur einmal zu Beginn des Testtages erfolgen.
    1. Um die API-Verbindung herzustellen, öffnen Sie einen Internetbrowser auf dem Computer, und geben Sie die spezifische API-Adresse des Roboterarms ein.
    2. Wählen Sie auf der Webseite Status unter HapticMASTERaus. Drücken Sie anschließend die Starttaste neben Init (zur Initialisierung).
      HINWEIS: Dies ist das Standardkalibrierungsverfahren für diesen Roboter. Verschiedene Roboter können unterschiedliche Kalibrierungsverfahren erfordern.
  7. Verwenden Sie einen konstanten Stromstimulator, der mit dem Computer verbunden ist (siehe Schritt 1.4). Während des Experiments wird der Schmerzreiz über das experimentelle Skript geliefert, das auf dem Computer läuft. Das Experiment wird mit einer plattformübergreifenden Spiel-Engine programmiert (siehe Tabelle der Materialien).
    1. Deaktivieren Sie aus Sicherheitsgründen den konstanten Stromstimulatorausgang, indem Sie den orangefarbenen Kippschalter in der oberen rechten Ecke des vorderen Bedienfelds des Stimulators herunterschalten.
    2. Verwenden Sie den orangefarbenen Kippschalter in der Mitte des vorderen Bedienfelds, um den Ausgabebereich auf x 10 mA einzustellen.
    3. Verwenden Sie den schwarzen Drehknopf in der oberen linken Ecke des vorderen Bedienfelds, um die Pulsdauer auf 2 ms (2000 s) einzustellen.
    4. Um den konstanten Stromstimulator einzuschalten, drücken Sie die Ein-/Aus-Taste in der linken unteren Ecke des vorderen Bedienfelds.

2. Screening auf Ausschlusskriterien und Einholen der Informierten Zustimmung

  1. Positionieren Sie den Teilnehmer ca. 2,5 m vom Fernsehbildschirm (siehe Schritt 1.4), in einem komfortablen Abstand (ca. 15 cm) vom Griff (Sensor) des Roboterarms, in einem Stuhl mit Armlehnen(Abbildung 1).
  2. Überprüfen Sie den Teilnehmer anhand von Selbstanzeigen auf Ausschlusskriterien (ausschlusskriterien siehe Schritt 1.1).
  3. Informieren Sie den Teilnehmer über die Abgabe von Schmerzreizen und die allgemeine Gliederung des Experiments. Informieren Sie ihn außerdem, dass es ihm freisteht, die Teilnahme jederzeit während des Experiments ohne Auswirkungen zurückzuziehen. Erhalten Sie eine schriftliche Einwilligung in Kenntnis der Sachlage.
  4. Um den physischen Kontakt mit dem Teilnehmer zu minimieren, stellen Sie sicher, dass der Teilnehmerbereich der Übungseinheit eine Tabelle enthält, auf der Ausschluss- und Einverständnisformulare für informierte Informationen sowie ein Tablet für Fragebögen (siehe Schritt 6.2) vor der Ankunft des Teilnehmers platziert werden. Der Teilnehmer sollte in der Lage sein, über diese Tabelle unabhängig auf die Formulare zuzugreifen und diese zu signieren.

3. Anbringen der Stimulationselektroden

HINWEIS: Der Schmerzreiz ist ein 2 ms quadratischer elektrischer Stimulus, der durch zwei Edelstahl-Stabstimulationselektroden (Elektrodendurchmesser 8 mm, Interelektrodenabstand 30 mm) schnittig geliefert wird.

  1. Wenn der Teilnehmer lange Ärmel trägt, bitten Sie ihn, den Ärmel auf seinem rechten Arm mindestens 10 cm über seinem Ellenbogen hochzukrempeln.
  2. Füllen Sie die Mitte der Stimulationselektroden mit leitfähigem Elektrolytgel und stecken Sie die Elektrodenkabel an den Notschalter, der mit dem Konstantstromstimulator im Experimentatorbereich des Labors verbunden ist.
  3. Befestigen Sie die Stimulationselektroden über der Trizepsehne des rechten Arms des Teilnehmers mit einem Gurt. Stellen Sie sicher, dass der Riemen weder zu fest noch zu locker ist. Sobald die Elektroden befestigt sind, sagen Sie dem Teilnehmer, seinen Arm zu entspannen.

4. Kalibrieren des Schmerzreizes

  1. Erläutern Sie das Schmerzkalibrierungsverfahren und die entsprechende Skala, indem Sie es auf dem Fernsehbildschirm präsentieren (siehe Schritt 1.4).
    1. Dem Teilnehmer klarstellen, dass er den Stimulus wählen kann, den er während des Experiments erhalten wird, aber erklären, dass er für die Datenintegrität gebeten wird, einen Stimulus auszuwählen, den er als "erheblich schmerzhaft und einige Anstrengungen zu tolerieren" beschreiben würde.
    2. Bitten Sie den Teilnehmer, jeden Stimulus auf der numerischen Skala zu bewerten, die auf dem Fernsehbildschirm dargestellt wird, von 0 bis 10, wobei 0 als "Ich fühle nichts" gekennzeichnet ist; 1 wie "Ich fühle etwas, aber das ist nicht unangenehm; es ist nur eine Sensation" (d.h. Erkennungsschwelle), 2 als "der Reiz ist noch nicht schmerzhaft, sondern beginnt unangenehm zu werden"; 3 wie "der Reiz beginnt schmerzhaft zu sein" (d.h. Schmerzschwelle); und 10 als "das ist der schlimmste Schmerz, den ich mir vorstellen kann".
  2. Aktivieren Sie den Konstantstrom-Stimulator-Ausgang, indem Sie den orangefarbenen Kippschalter nach oben schalten (siehe Schritt 1.7.1).
  3. Erhöhen Sie während der Schmerzkalibrierung manuell die Intensität der Schmerzreize mit dem Drehknopf auf der Frontsteuerung des Konstantstromstimulators. Die Intensität des Schmerzreizes kann über diesem Knopf gesehen werden.
    1. Beginnen Sie mit einer Intensität von 1 mA, und erhöhen Sie die Intensität schrittweise, mit Erhöhungen von 1, 2, 3 und 4 mA Schritten. Verwenden Sie die folgende Reihenfolge von Stimulus-Präsentationen in mA: 1, 2, 4, 6, 8, 11, 14, 17, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, etc.
  4. Um die Schmerzreize jeweils einen Stimulus zu liefern, lösen Sie den konstanten Stromstimulator manuell aus, indem Sie den orangefarbenen Auslöseknopf auf der Frontsteuerung drücken.
    1. Geben Sie jeden Stimulus an den Teilnehmer an, bevor Sie den konstanten Stromstimulator auslösen.
  5. Beenden Sie den Kalibrierungsvorgang, sobald der Teilnehmer eine Schmerzintensität erreicht hat, die er als "erheblich schmerzhaft und mühsam zu tolerieren" bezeichnen würde. Idealerweise sollte dies einer 7-8 auf der Schmerzkalibrierungs-Bewertungsskala entsprechen.
  6. Dokumentieren Sie die letzte Schmerzintensität des Teilnehmers in mA und seine/ihre Schmerzintensitätsbewertung (0–10) und halten Sie diese Intensität für den Rest des Experiments aufrecht.

5. Ausführen der experimentellen Aufgabe

  1. Informieren Sie den Teilnehmer mündlich darüber, dass er auf dem Vorderbildschirm Anweisungen über das Roboter-Arm-Reaching-Paradigma erhalten wird, danach kann er die Aufgabe unter der Aufsicht des Experimentators ausüben.
  2. Geben Sie dem Teilnehmer standardisierte schriftliche Anweisungen der Aufgabe auf dem Bildschirm.
  3. Praxis: Über das experimentelle Drehbuch, auf dem Fernsehbildschirm, präsentieren drei Bögen (T1–T3) in der Mitte der Bewegungsebene. Die einfachste Armbewegung (T1) ist ohne Abweichung oder Widerstand gepaart, die Mittelarmbewegung (T2) ist mit mäßiger Abweichung und Widerstand gepaart, und die am weitesten entfernte Armbewegung (T3) ist mit der größten Abweichung und dem stärksten Widerstand gepaart.
    1. Weisen Sie den Teilnehmer an, mit seiner dominanten Hand den Sensor des Roboterarms zu bedienen, der durch einen grünen Ball auf dem Fernsehbildschirm dargestellt wird, und den Ball/Sensor von einem Startpunkt in der linken unteren Ecke der Bewegungsebene zu einem Ziel in der oberen linken Ecke der Bewegungsebene zu bewegen.
    2. Weisen Sie den Teilnehmer an, frei zu wählen, welche der verfügbaren Bewegungsbahnen bei jeder Prüfung durchgeführt werden soll.
  4. Verabreichen Sie den Schmerzreiz (siehe Abschnitt 3: Hinweis und Schritt 5.7.6) während der Übungsphase nicht. Stellen Sie jedoch sicher, dass die Beziehung zwischen Abweichung und Widerstand (siehe Schritt 5.3) vorhanden ist.
  5. Geben Sie dem Teilnehmer während der Übungsphase mündliches Feedback.
    1. Stellen Sie sicher, dass sich der Teilnehmer nicht vor den visuellen und auditiven "Startsignalen" bewegt und dass er den Roboterarm sofort loslässt, wenn die visuellen und auditiven "Stoppsignale" präsentiert werden.
      ANMERKUNG: Zwei unterschiedliche akustische Signale (ein "Startton" und ein "Scoring-Ton") und zwei unterschiedliche visuelle Signale (das Ziel und eine virtuelle "Ampel", die grün bzw. rot wird; Abbildung 1) wurden als Start- und Stoppsignale verwendet. Auditive und visuelle Startsignale werden gleichzeitig dargestellt, ebenso wie auditive und visuelle Stoppsignale.
    2. Weisen Sie den Teilnehmer an, selbst meldende Maßnahmen zur Schmerzerwartung und Angst vor bewegungsbedingten Schmerzen auf einer kontinuierlichen Bewertungsskala zu liefern, indem Sie mit zwei jeweiligen Fußpedalen auf einem Dreifußschalter nach links und rechts auf der Skala scrollen. Weisen Sie ihn an, seine Antwort mit einem dritten Fußpedal zu bestätigen.
      HINWEIS: Stellen Sie selbstmeldende Fragen zu festen, vorbestimmten Versuchen für jede Bewegungsbahn separat. Stellen Sie über das experimentelle Skript sicher, dass der Roboterarm immobilisiert ist und während der Beantwortung der Fragen durch den Teilnehmer fixiert bleibt.
  6. Beantworten Sie am Ende der Übungsphase die Fragen des Teilnehmers. Lassen Sie den experimentellen Abschnitt/Raum und verdunkelen Sie die Lichter. Der Teilnehmer beginnt das Experiment selbst, indem er das Fußpedal "Bestätigen" drückt (siehe Schritt 5.5.2).
  7. Erwerb: Lassen Sie den Teilnehmer bei der Umgehungserfassung, ähnlich wie in der Übungsphase, auswählen, welche Bewegungsbahn (T1–T3) bei jeder Prüfung durchgeführt werden soll.
    1. Während der Vermeidungserfassung unterwerfen Sie den Teilnehmer den experimentellen Response-Outcome (Bewegungsverlaufsschmerz) Eventualitäten und den Vermeidungskosten, d.h. dem Kompromiss zwischen Schmerz und Anstrengung, über das experimentelle Skript.
    2. Insbesondere, wenn der Teilnehmer die einfachste Bewegungsbahn (T1) durchführt, präsentieren Sie immer den Schmerzreiz (100% Schmerz/keine Abweichung oder Widerstand).
    3. Wenn er/sie die Mittelbewegungsbahn (T2) durchführt, stellen Sie den Schmerzreiz mit einer Chance von 50% dar, stellen aber sicher, dass er/sie mehr Anstrengungen unternehmen muss (moderate Abweichung und Widerstand).
    4. Wenn der Teilnehmer die am weitesten entfernte, mühsamste Bewegungsbahn (T3) durchführt, stellt er überhaupt keinen Schmerzreiz dar, sondern stellt sicher, dass er/sie die größte Anstrengung unternehmen muss, um das Ziel zu erreichen (0% Schmerz/größte Abweichung, stärkster Widerstand).
      HINWEIS: Wenn für das Design anwendbar, kann eine Yoked-Gruppe als Steuerelement verwendet werden. In gegkreuzten Prozeduren wird jeder Kontrollteilnehmer mit einem Teilnehmer der Versuchsgruppe gekoppelt, so dass die beiden die gleichen Verstärkungspläne erhalten48. So erhält jeder Teilnehmer der Yoked Group im aktuellen Paradigma Schmerzreize bei den gleichen Studien wie sein/ihr Experimentelles Gruppen-Pendant, unabhängig von den Flugbahnen, die er/sie wählt. Angesichts des Mangels an manipulierten Response-Outcome-(Bewegungsverlaufs-Schmerz)-Kontingenten ist in der Yoked-Gruppe keine Erwerbsentwicklung von Vermeidungsverhalten zu erwarten.
    5. Speichern Sie ggf. Daten von jedem Teilnehmer der Versuchsgruppe auf dem Computer (siehe Abschnitt 1.4), und verwenden Sie als Referenz für die Bewehrungspläne jedes Teilnehmers der Yoked-Gruppe (Kontrolle).
      1. Wenn Sie ein Yoked-Verfahren verwenden (d. h., jeder Kontrollteilnehmer wird mit einem Teilnehmer der Versuchsgruppe gekoppelt, so dass die beiden die gleichen Verstärkungspläne erhalten48), weisen Sie die Teilnehmer Gruppen zu, indem Sie einen Zufallszeitplan mit der Regel verwenden, dass der erste Teilnehmer in der Experimentalgruppe sein muss. Danach werden die Teilnehmer jeder Gruppe nach dem Zufallsprinzip zugewiesen, sofern an jedem Punkt die Anzahl der Teilnehmer der Gruppe der Gruppe die Anzahl der Teilnehmer der Yoked-Gruppe übersteigt.
    6. Bei Versuchen mit einem Schmerzreiz stellen Sie den Schmerzreiz dar, sobald zwei Drittel der Bewegung durchgeführt wurden, d.h. wenn sich der Teilnehmer durch einen Bahnbogen bewegt hat. Der konstantstromierende Stimulator wird automatisch über das experimentelle Skript ausgelöst.
    7. Der erfolgreiche Probeabschluss wird durch die Darstellung visueller und auditiver Stoppsignale angezeigt. Stellen Sie anschließend über das experimentelle Skript sicher, dass der Roboterarm automatisch in seine Ausgangsposition zurückkehrt, wo er fixiert bleibt. Nach 3.000 ms, präsentieren Sie die visuellen und auditiven Startsignale, und der Teilnehmer kann die nächste Studie starten.
      HINWEIS: Die Testdauer unterscheidet sich je nach Versuch und Teilnehmer aufgrund unterschiedlicher Bewegungsgeschwindigkeiten. Die Anzahl der Versuche pro Versuchsphase kann sich auch zwischen den Experimenten ändern. Wir empfehlen mindestens 2 x 12 Versuche für den erfolgreichen Erwerb von Vermeidung. Einschließlich der oben beschriebenen Schritte dauert das Erfassungsprotokoll ca. 45 min.
  8. Verallgemeinerung: Im Verallgemeinerungsprotokoll Test zur Verallgemeinerung der Vermeidung nach der Erfassungsphase (siehe Abschnitt 5.7).
    ANMERKUNG: Bei Tests zur Verallgemeinerung der Vermeidung werden die Sichtbogenbögen auf dem Bildschirm während der Erfassung getrennt, um Raum für die Verallgemeinerungsbahnbögen zu lassen, die zwischen den Erfassungsbahnbögen positioniert sind (siehe Abbildung 1).
    1. Präsentieren Sie auf dem Fernsehbildschirm drei neuartige Bewegungsbahnen anstelle der Erfassungsbahnen T1–T3. Stellen Sie sicher, dass sich diese "Verallgemeinerungsbahnen" (G1–G3) neben den Erfassungspfaden befinden. Insbesondere liegt G1 zwischen T1 und T2, G2 zwischen T2 und T3 und G3 rechts von T3 (siehe Abbildung 1). Koppeln Sie die Verallgemeinerungsbahnen nicht mit dem Schmerzreiz.
      HINWEIS: Einschließlich der oben beschriebenen Schritte, mit einer Verallgemeinerungsphase von 3 x 12 Versuchen, dauert das Vermeidungs-Verallgemeinerungsprotokoll etwa 1,5 h. Eine Yoked-Gruppe48 ist erforderlich, um die Verallgemeinerung der Vermeidung zu testen (siehe Schritt 5.7.5). Je nach spezifischer Forschungsfrage können jedoch unterschiedliche Kontrollen verwendet werden (vgl. Kontextmodulation der Vermeidung in einem themenspezifischen Design24).
  9. Aussterben mit Reaktionsprävention (RPE): Im RPE-Protokoll, nach der Erfassungsphase (siehe Abschnitt 5.7), geben Sie den Teilnehmern standardisierte schriftliche Anweisungen, die besagen, dass sie in der kommenden Phase nur T1 ausführen dürfen.
    1. Während der RPE-Phase blockieren über die experimentelle Schrift visuell (z.B. Blockieren der Flugbahnbögen mit einem Tor) und/oder haptisch (z.B. Blockierung der Armbewegung des Teilnehmers mit einer haptischen Wand) T2 und T3, so dass nur T1 verfügbar ist. T1 ist in dieser Phase nicht mit dem Schmerzreiz gepaart. Einschließlich der oben beschriebenen Schritte, mit einer RPE-Phase von 4 x 12 Studien, dauert diese Sitzung ca. 60 min.
  10. Test der spontanen Wiederherstellung: Zum Testen der spontanen Wiederherstellung der Vermeidung, verwalten Sie ein 2-Tages-Protokoll mit 24 h ± 3 h zwischen den Sitzungen. Verwalten Sie am ersten Tag das RPE-Protokoll (siehe Abschnitt 5.9).
    1. Befestigen Sie am 2. Tag die Stimulationselektroden (siehe Abschnitt 3). Geben Sie kurze Anweisungen zur Aktualisierung auf dem Bildschirm der Aufgabe an. Geben Sie keine Informationen über die Schmerzreize an.
    2. Präsentieren Sie die drei Erfassungspfade (T1–T3, vgl. Akquisitionsphase, siehe Abschnitt 5.7), ohne den Schmerzreiz. Einschließlich des postexperimentellen Fragebogens (siehe Abschnitt 6.2) und einer spontanen Erholungsphase von 4 x 12 Studien dauert diese Sitzung ca. 45 min.
      ANMERKUNG: Um eine Wiedereinsetzung der Angst zu verhindern (d.h. die Rückkehr der Angst nach unerwarteten Begegnungen mit dem Schmerzreiz42; siehe Diskussion), kalibrieren Sie den Schmerzreiz am 2. Tag nicht neu.

6. Abschluss des Experiments

  1. Sobald der Teilnehmer das Experiment abgeschlossen hat, lösen Sie die Stimulationselektroden.
  2. Geben Sie dem Teilnehmer eine Tablette auf dem Tisch im Teilnehmerbereich des Labors (siehe Abschnitt 2.4), um auf einen Exit-Fragebogen zu antworten, in dem nach der Intensität und Unannehmlichkeit des Schmerzreizes und der Vermeidungskosten gefragt wird, sowie das Bewusstsein für die experimentellen Reaktions-Ergebnis-Ergebnissen (Bewegungsschmerz) Flugbahn.
  3. Während der Teilnehmer die psychologischen Trait-Fragebögen ausfüllt, reinigen Sie das Elektrolytgel von den Stimulationselektroden.
  4. Sobald der Teilnehmer die psychologischen Trait-Fragebögen ausgefüllt hat, stellen Sie ihm ein Debriefing und eine Erstattung zur Verfügung.
  5. Reinigen Sie die Stimulationselektroden gründlich mit einer Desinfektionslösung, die für die Reinigung medizinischer Instrumente geeignet ist; entfernen Sie das gesamte Gel innerhalb und um die Elektroden herum. Trocknen Sie die Elektroden mit Weichteilpapier. Reinigen Sie den Sensor des Roboterarms mit Desinfektionstüchern oder Spray.

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Representative Results

Die Erfassung des Vermeidungsverhaltens wird durch Teilnehmer demonstriert, die am Ende einer Erfassungsphase mehr (mit größeren maximalen Abweichungen von der kürzesten Flugbahn) vermeiden, verglichen mit dem Beginn der Erfassungsphase (Abbildung 2, angegeben durch A)20, oder im Vergleich zu einer Yoked-Kontrollgruppe (Abbildung 3)23,48.

Der Erwerb von Angst und Schmerzerwartung wird durch Teilnehmer belegt, die eine geringere Angst vor T3 im Vergleich zu T1 und T2 melden und erwarten, dass die Schmerzreize während T3 im Vergleich zu T1 und T220geringer sind. Differenzielle Selbstberichte zwischen T1 und T3 sind von primärem Interesse, da T2 mehrdeutig ist. Es wurden auch nicht differenzielle Selbstberichte zwischen T1 und T2 gefunden, wobei sich beide von T323 unterscheiden (Abbildung 4A, Abbildung 5A, Abbildung 6Aund Abbildung 7A).

Die Akquisition ist voraussetzung für die Verallgemeinerung. Die Verallgemeinerung des Vermeidungsverhaltens wird von Teilnehmern der Experimentalgruppe angezeigt, die zu Beginn der Verallgemeinerungsphase mehr vermeiden (abweichend) als die Yoked Group48. Da die Verallgemeinerung in Ermangelung von Schmerzreizen getestet wird, kann das Vermeidungsverhalten während der verallgemeinernden Phase abnehmen. Darüber hinaus ist mit einer allgemeinen Abnahme des Vermeidungsverhaltens zwischen dem Ende der Akquisitionsphase und dem Beginn der Verallgemeinerungsphase (Verallgemeinerungsdekremente) zu rechnen. Dies ist ein Ergebnis der Einführung neuartiger Bewegungsbahnen, die einen Kontextwechsel49,50bilden können. In einer früheren Studie fanden wir keine Verallgemeinerung der Vermeidung, möglicherweise aufgrund spezifischer Parameter des Paradigmas23.

Die Verallgemeinerung von Angst und Schmerzerwartung wird durch ein ähnliches Muster wie in der Akquisitionsphase angezeigt, d.h. durch Teilnehmer der Experimentalgruppe, die G3 im Vergleich zu G1 und G2 eine geringere Angst melden und den Schmerzreiz während G3 im Vergleich zu G1 und G2 zu Beginn der Verallgemeinerungsphase weniger erwarten. Wie in der Akquisitionsphase sind differenzielle Selbstanzeigen zwischen G1 und G3 von vorrangigem Interesse (Abbildung 4B und Abbildung 5B). Bisher wurden nicht differenzielle Selbstberichte zwischen G1 und G2 gemeldet, wobei sich beide von G323unterschieden. Da die Verallgemeinerung in Ermangelung von Schmerzreizen getestet wird, können die Teilnehmer während der gesamten Verallgemeinerungsphase weniger Angst und Schmerzerwartungen melden. Darüber hinaus ist ein allgemeiner Rückgang der Angst und schmerzbehafteten Inden in Richtung der neuartigen Verallgemeinerungspfade im Vergleich zu den Erwerbsbahnen (Verallgemeinerungsdekremente) zu erwarten. In einer früheren Studie fanden wir eine Verallgemeinerung von Angst und Schmerzerwartungen, obwohl die Vermeidung23nicht verallgemeinert.

Der Erwerb ist eine Voraussetzung für das Aussterben. Während des Aussterbens des Vermeidungsverhaltens mit Reaktionsprävention dürfen die Teilnehmer nur die zuvor schmerzhafte Bewegungsbahn (T1) durchführen, während die beiden anderen Bahnen (T2 und T3) verboten sind. Da die Teilnehmer daher nur die Möglichkeit haben, T1 auszuführen, und das beobachtete Datenmuster daher nicht ihre eigenen Entscheidungen widerspiegelt, d. h. ein echtes Aussterben des Vermeidungsverhaltens, ist das Aussterben der Vermeidung nicht in den Analysen enthalten (Abbildung 2).

Das Aussterben von Angst und Schmerzerwartungen ist offensichtlich, wenn die Teilnehmer eine geringere Angst vor T1 melden und den Schmerzreiz weniger erwarten, wenn t1 am Ende der RPE-Phase im Vergleich zum Ende der Akquisitionsphase ausgeführt wird. (Abbildung 6B und Abbildung 7B).

Das Aussterben von Selbstanzeigemaßnahmen ist eine Voraussetzung für eine spontane Genesung. Spontane Wiederherstellung des Vermeidungsverhaltens wird von Teilnehmern angezeigt, die zu Beginn des Tests der spontanen Erholung mehr vermeiden, im Vergleich zum Ende der RPE-Phase (Abbildung 2B).

Die spontane Erholung von Angst und Schmerzerwartung wird durch Teilnehmer angezeigt, die zu Beginn des Tests der spontanen Genesung höhere Angst und Schmerzerwartung für T1 melden als am Ende der RPE-Phase(Abbildung 6C und Abbildung 7C).

Figure 1
Abbildung 1: Der Versuchsaufbau und die Aussichten der experimentellen Aufgabe. Der Teilnehmer sitzt vor dem Fernsehbildschirm, in Reichweite vom Sensor des Roboterarms. Die Elektroden werden auf die Trizepssehne des rechten Arms gelegt, wo die Schmerzreize abgegeben werden (roter Kreis), und der Dreifachfußschalter wird verwendet, um Angst vor bewegungsbedingten Schmerzen und Schmerz-Erwartungsbewertungen zu geben. Die Erfassungsphase der experimentellen Aufgabe wird auf dem Fernsehbildschirm angezeigt und im weißen Kasten vergrößert. Der Ball befindet sich in der linken unteren Ecke und das Ziel in der linken oberen Ecke (grüner Bogen). T1–T3 befinden sich auf halbem Weg durch die Bewegungsebene, jeweils von links nach rechts. Zwischen T1–T3 werden räume speziell in Vermeidungs-Verallgemeinerungsprotokollen gelassen, um Raum für die nachfolgenden Verallgemeinerungsbahnbögen (G1–G3) zu lassen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 2
Abbildung 2: Repräsentative Daten des Vermeidungsverhaltens während der Erfassung, des Aussterbens mit Reaktionsprävention und der Test spontaner Erholungsphasen22. Mittlere maximale Abweichung (in Zentimetern) von der kürzesten Flugbahn zum Ziel während der Erfassung (ACQ1–2), Aussterben mit Reaktionsprävention (RPE1–4) und spontane Wiederherstellung (TEST1–2). Beachten Sie, dass die Teilnehmer nur während der RPE-Phase die kürzeste Flugbahn (T1) ausführen dürfen. Fehlerbalken stellen standardfehler des Mittelwerts (SEM) dar. Die Daten in dieser Zahl stammen von 30 Teilnehmern (9 Männer, 21 Frauen; Durchschnittsalter = 21,90)22. Diese Zahl wird mit Genehmigung von Ref.22geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 3
Abbildung 3: Repräsentative Daten des Vermeidungsverhaltens während der Erfassungsphase20. Relative Proportionen der Bewegungen zwischen den Experimentellen und yoked48 Gruppen, innerhalb der experimentellen Bewegungsebene. Obere, gelbe Muster stellen Bewegungen dar, die überwiegend von der Experimentalgruppe ausgeführt werden, und unten, blaue Muster repräsentieren Bewegungen, die überwiegend von der Yoked-Gruppe ausgeführt werden. "Richtung vom Startpunkt zum Ziel" zeigt die kürzest mögliche Flugbahn vom Startpunkt zum Ziel an. "Horizontale Abweichung" gibt die Abweichung von der kürzest möglichen Bewegungsbahn an. Die Daten in dieser Zahl stammen von 50 Teilnehmern (36 Männer, 14 Frauen; Durchschnittsalter = 24,92)20. Diese Zahl wird mit Genehmigung von Ref.20nachgedruckt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 4
Abbildung 4: Repräsentative Daten der Angst vor bewegungsbedingten Schmerzen während der Erfassungs- und Verallgemeinerungsphasen23. Mittlere Angst vor bewegungsbedingten Schmerzen gegenüber den Erfassungspfaden in den Gruppen Experimental und Yoked48 während der Erfassungsblöcke (ACQ1–3) und Verallgemeinerungsblöcken (GEN1–3). Beachten Sie, dass während der Erfassungsphase Selbstberichte für die Bahnen T1–T3 und während der Verallgemeinerungsphase für G1–G3 bereitgestellt werden. Fehlerbalken stellen SEM dar. Die Daten in dieser Abbildung stammen von 64 Teilnehmern (32 pro Gruppe; Experimentelle Gruppe: 10 Männer, 22 Frauen, Durchschnittsalter = 22,88; Yoked Gruppe: 12 Männer, 20 Frauen; Durchschnittsalter = 23,44)23. Diese Zahl wird mit Genehmigung von Ref.23geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 5
Abbildung 5: Repräsentative Daten der Schmerzerwartung während der Erfassungs- und Verallgemeinerungsphase23. Mittlere Schmerzerwartung gegenüber den Erfassungspfaden in den Gruppen Experimental und Yoked48 während der Erfassungsblöcke (ACQ1–3) und Verallgemeinerungsblöcken (GEN1–3). Beachten Sie, dass während der Erfassungsphase Selbstberichte für die Bahnen T1–T3 und während der Verallgemeinerungsphase für G1–G3 bereitgestellt werden. Fehlerbalken stellen SEM dar. Die Daten in dieser Abbildung stammen von 64 Teilnehmern (32 pro Gruppe; Experimentelle Gruppe: 10 Männer, 22 Frauen, Durchschnittsalter = 22,88; Yoked Gruppe: 12 Männer, 20 Frauen; Durchschnittsalter = 23,44)23. Diese Zahl wird mit Genehmigung von Ref.23geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 6
Abbildung 6: Repräsentative Daten der Angst vor bewegungsbedingten Schmerzen während der Erfassung, Aussterben mit Reaktionsprävention und Test spontaner Erholungsphasen22. Mittlere Angst vor bewegungsbedingten Schmerzen gegenüber den verschiedenen Bahnen (T1–T3) während der Erfassung (ACQ1–2), Aussterben mit Reaktionsprävention (RPE1–4) und spontaner Erholung (TEST1–2). Fehlerbalken stellen SEM dar. Daten in dieser Zahl stammen von 30 Teilnehmern (9 Männer, 21 Frauen; Durchschnittsalter = 21,90)22. Diese Zahl wird mit Genehmigung von Ref.22geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 7
Abbildung 7: Repräsentative Daten der Schmerzerwartung während der Erfassung, des Aussterbens mit Reaktionsprävention und des Tests der spontanen Erholungsphasen22. Mittlere Schmerzerwartung gegenüber den verschiedenen Flugbahnen (T1–T3) während der Erfassung (ACQ1–2), Aussterben mit Reaktionsprävention (RPE1–4) und spontane Erholung (TEST1–2). Fehlerbalken stellen SEM dar. Daten in dieser Zahl stammen von 30 Teilnehmern (9 Männer, 21 Frauen; Durchschnittsalter = 21,90)22. Diese Zahl wird mit Genehmigung von Ref.22geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Discussion

Angesichts der Schlüsselrolle der Vermeidung bei chronischen Schmerzbehinderungen1,2,3,4,5, und der Einschränkungen, mit denen traditionelle Vermeidungsparadigmen konfrontiert sind19, besteht die Notwendigkeit von Methoden zur Untersuchung (schmerzbedingter) Vermeidungsverhalten. Das hier vorgestellte Robotik-Arm-Reaching-Paradigma befasst sich mit einer Reihe dieser Einschränkungen. Wir haben das Paradigma in einer Reihe von Studien verwendet, die konsequent den Erwerb von Vermeidung gezeigt haben, und diese Effekte haben sich auf unsere Selbstanzeige Maßnahmen der Schmerzerwartung und Angst vor bewegungsbedingten Schmerzen20,22,23,24. Wir haben jedoch auch Trennungen zwischen Angst und Vermeidunggefunden 23, die echt und informativ sein können, was darauf hindeutet, dass die beiden nicht immer eine Eins-zu-eins-Beziehungteilen 5,12,43,44,45. Darüber hinaus bietet das Paradigma mehrere Möglichkeiten zur Untersuchung verschiedener Aspekte des Vermeidungsverhaltens, wie Verallgemeinerung23, Aussterben mit Reaktionsprävention22und Post-Extinction-Rückkehr der Vermeidung22, wie im aktuellen Manuskript beschrieben.

Die aktuelle Methode bietet viele Vorteile gegenüber traditionellen Vermeidungsparadigmen. Erstens: Anstatt eine experimentierfreudige Vermeidungsreaktion durchzuführen, erwerben die Teilnehmer des Roboter-Arm-reaching-Paradigmas selbst Vermeidungsverhalten. Das Paradigma modelliert somit besser reale Situationen, in denen Vermeidungsverhalten natürlich als Antwort auf Schmerz entsteht9. Das Verständnis der Prozesse, die der Erzielung von Vermeidung zugrunde liegen, kann einen Einblick geben, wie Vermeidung später pathologisch werden kann, und Wege anregen, wie diese Prozesse während der Behandlung direkt angesprochen werden können51. Beispielsweise können methodische Modifikationen, wie die Manipulation der experimentellen Belohnung, um den Ansatz zu erhöhen und Die Vermeidungstendenzen zu reduzieren52,53, eine genauere Untersuchung der Verhaltens- und kognitiven Prozesse ermöglichen, die der Erfassung von maladaptiver Vermeidung zugrunde liegen. In diesem Zusammenhang kann die mit dem Roboter-Arm-Reaching-Paradigma demonstrierte Erfassung von Vermeidungen leicht angewendet werden, um eine übermäßige Verallgemeinerung der Vermeidung zu sicheren Reizen zu untersuchen23. Ein zweiter Vorteil besteht darin, dass die kontinuierliche Art der Vermeidungsreaktion im aktuellen Paradigma es uns ermöglicht zu untersuchen, für wen die Vermeidung übertrieben werden könnte, da sie detailliertere Daten liefert als eine dichotome Maßnahme. Diese erhöhte Detaillierung in den Daten ermöglicht eine erhöhte Empfindlichkeit für die Erfassung individueller Unterschiede durch den Vergleich der Abweichungswerte zwischen den Teilnehmern. Eine solche kontinuierliche Maßnahme ist auch ökologisch sinnvoller, da Vermeidung im realen Leben in unterschiedlichem Ausmaß auftreten kann. Beispielsweise kann die schmerzbedingte Vermeidung von subtilen (z. B. Haltungsveränderungen oder veränderter Atmung bei der Durchführung einer Bewegung) bis hin zur vollständigen Vermeidung (z. B. bettlägerig) reichen. Darüber hinaus erfordert die derzeitige Vermeidungsreaktion neben der Einbeziehung von Kosten für die Vermeidung einen gewissen physischen Aufwand, was bedeutet, dass die Kosten mit der Zeit während der gesamten Aufgabe steigen. Dies modelliert genau das wirkliche Leben, wo Vermeidung kann immer teurer für den Einzelnen über einen Zeitraum von Zeit9. Zum Beispiel wird längere oder regelmäßige Abwesenheit aus finanzieller Sichtteuer 54,55. Angesichts der niedrigen Kosten, die mit der zuvor verwendeten Anweisungstaste-Druck-Antwort verbunden sind, ist es schwer zu entwirren, ob Teilnehmer an traditionellen Vermeidungsparadigmen aufgrund echter Angst oder einfach aufgrund der automatischen Befolgung von Aufgabenanweisungen vermeiden. Im Gegensatz dazu scheint es angesichts des hohen Aufwands und der uninstruierten Art der Vermeidungsreaktion im aktuellen Paradigma wahrscheinlich, dass jedes beobachtete Vermeidungsverhalten eine echte selbstmotivierte Vermeidung modelliert.

Neben der Auseinandersetzung mit Einschränkungen früherer Methoden bietet das Robotik-Arm-Reaching-Paradigma viele Möglichkeiten, weitere Aspekte des Vermeidungsverhaltens zu untersuchen, wie das aktuelle Manuskript durch die Vermeidungsverallgemeinerung und RPE-Protokolle zeigt. Bemerkenswert ist, dass wir zuvor eine Dissoziation zwischen Selbstberichten und Vermeidung beobachtet enden, wobei Angst und Schmerzerwartungen sich auf die neuartigen Bewegungsbahnen verallgemeinerten, während die Vermeidung dies nicht tat. Es gibt mehrere plausible Erklärungen für die beobachtete Diskrepanz zwischen Angst und Vermeidung23, die wir derzeit untersuchen. Diese Dissoziation kann jedoch auch eine echte und informative Feststellung sein, die in der Tat zu früheren Literatur hinzufügt, die darauf hindeutet, dass Angst und Vermeidung nicht immer in Synchron5,12,43,44,45auftreten, besonders wenn die Vermeidungsreaktion kostspielig ist56,57. Dieser Befund unterstreicht die Bedeutung der experimentellen Untersuchung des Vermeidungsverhaltens selbst, da unterschiedliche Prozesse höchstwahrscheinlich zu verschiedenen Aspekten des Angstlernens beitragen58,59, und diese Prozesse wären schwer aufzudecken, indem man ausschließlich Selbstberichte und psychophysiologische Indizes der Angst misst. Neben der Verallgemeinerung der Vermeidung auf neuartige Bewegungen wurde das Robotik-Arm-Reaching-Paradigma auch angewendet, um die Verallgemeinerung der Vermeidung auf neuartige Kontexte zu untersuchen24. Bisher wurde die kontextbasierte Verallgemeinerung der Vermeidung anhand unterschiedlicher farbiger Bildschirme als kontextbezogene Hinweise untersucht24. Virtual Reality (VR) könnte jedoch mit dem aktuellen Paradigma leicht umgesetzt werden, um die ökologische Gültigkeit der experimentellen Kontexte zu erhöhen. VR könnte auch auf die kategoriebasierte Vermeidungsverallgemeinerung angewendet werden, wie z. B. die Verallgemeinerung der Vermeidung zwischen verschiedenen Aktionskategorien60,61. Zusätzliche Anpassungen können auch im RPE-Protokoll implementiert werden. Neben der Verwendung eines 2-Tage-Protokolls für die Untersuchung der spontanen Genesung22haben wir auch untersucht, ob schmerzbedingtes Vermeidungsverhalten nicht im Laufe der Zeit zurückkehrt, sondern nach unerwarteten Begegnungen mit dem Schmerzreiz (Wiedereinstellung)42 in einem 1-Tages-Protokoll. Darüber hinaus kann das Paradigma modifiziert werden, um die propriozeptiven Grundlagen des schmerzbedingten Vermeidungsverhaltens genauer zu untersuchen, um weniger oder gar keine visuellen Informationen aufzunehmen. Dies ist etwas, das wir derzeit in unserem Labor untersuchen. Angesichts der Tatsache, dass die physische Abkehr von einem aversiven Stimulus eine artspezifische Abwehrreaktiondarstellt 62, nicht nur für Angst und Schmerz, erlaubt diese Art der Operationalisierung der Vermeidung auch die Untersuchung vieler verschiedener Arten von Vermeidung. Zum Beispiel kann das Paradigma möglicherweise angewendet werden, um zu untersuchen, nicht nur vermeidung von schmerzhaften Reizen, sondern auch Vermeidung von anderen Arten von aversiven Reizen, wie diejenigen, die Ekel oder Peinlichkeit63,64.

Das beschriebene Protokoll kann auch leicht auf psychophysiologische Angstmaßnahmen ausgedehnt werden. Obwohl hier nicht beschrieben, haben wir Augen-Blink-Erlaufreaktionen sowie Elektroenzephalographie (EEG) in das robotische Arm-reaching-Paradigma integriert. Die Eye-Blink-Schreckmaßnahme bietet ein angstspezifisches Maß an reflexiven Abwehrreaktionen65,66, das zusätzliche Einblicke in die Mechanismen des Vermeidungsverhaltens und seine Beziehung zur Angst geben kann, während die Implementierung von EEG zum Paradigma die Untersuchung spezifischer neuronaler Korrelationen des Vermeidungsverhaltensermöglicht 67. Zusätzlich konnten die Hautleitfähigkeitsreaktion (SCR)68sowie die Online-Selbstanzeigebewertungen von Relief-Angenehmheit69,70 als Maßnahmen der Entlastung71aufgenommen werden. Es wurde bereits festgestellt, dass Die STZ mit der Entlastung72korrelierten — eine vorgeschlagene Verstärkung der Vermeidung69,70 angesichts ihrer inhärenten positiven Wertigkeit als Reaktion auf das Weglassen negativer Ereignisse73,74. Schließlich sind Herzfrequenz (HR) und Herzfrequenzvariabilität (HRV) leicht umsetzbare Maßnahmen, die mit mehreren aversiven Emotionen verbunden sind, die mit Vermeidung verbunden sind, wie Angst, Ekel und Peinlichkeit75.

Trotz seiner Stärken erkennen wir an, dass das Robotik-Arm-Reaching-Paradigma auch seine Grenzen hat. Beispielsweise ist das Paradigma nicht leicht auf andere Laboratorien übertragbar, da die für das Paradigma verwendeten und für das Paradigma erforderlichen Geräte (z. B. Roboter und konstanter Stromstimulator) teuer sind, was die weit verbreitete Anwendung des Paradigmas und seine Umsetzung durch andere Laboratorien einschränkt. Beachten Sie jedoch, dass ähnliche Roboter, die in Rehabilitationskliniken relativ häufig sind, auf die gleiche Weise programmiert werden können, und es stehen auch erschwinglichere konstant stromende Stimulatoren zur Verfügung. Bemerkenswert ist auch, dass bei der derzeitigen Methode der diskriminierende Reiz (SD) und die instrumentelle Reaktion miteinander verflochten sind. Dies steht im Gegensatz zu traditionellen Vermeidungsparadigmen, bei denen in der Pavlovian-Phase zuerst Angst gegenüber dem CS erworben wird und die Vermeidung in einer späteren instrumentalen Phase untersucht wird. Die zeitliche Beziehung zwischen Angst und Vermeidung ist jedoch nicht streng unidirektional51. Obwohl das gegenwärtige Paradigma eine genauere Untersuchung der zeitlichen Dynamik des Vermeidungs-Aufkommens in Bezug auf das Furcht-Aufkommen ermöglicht, erlauben uns die Maßnahmen, die wir bisher angewandt haben, nicht, die zeitliche Dynamik von Angst und Vermeidung genau zu entwirren. Derzeit kann das Vermeidungsverhalten im Paradigma versuchsweise untersucht werden, während Angst- und Erwartungsbewertungen nur zu diskreten, spezifischen Zeitpunkten während der Aufgabe erfasst werden, um den Aufgabenfluss nicht zu stören. Um jedoch präzise Vergleiche zwischen Angst und Vermeidung zu ermöglichen, könnte eine zukünftige Studie ein kontinuierlicheres Maß an Angst verwenden, beispielsweise mittels eines Zifferblatts76, Einsensor EEG77oder angstpotentiierter Erschrecken, um ein detailliertes Verständnis des Angstaufkommens in Bezug auf die verschiedenen Flugbahnen in Bezug auf die Vermeidung zu ermöglichen. Schließlich wurden bisher nur elektrokutane Reize im Roboter-Arm-reaching-Paradigma als Schmerzreize verwendet, aus Gründen der Konsistenz und Vergleichbarkeit mit früheren Studien über schmerzbedingte Angst78,79,80. Allerdings können elektrokutane Reize die tonischen Schmerzen, die chronische Schmerzpatienten erfahren, möglicherweise nicht vollständig imitieren, da sie eine relativ phasische, ungewöhnliche und unnatürliche Schmerzerfahrung produzieren81. Andere Schmerzinduktionsmethoden, wie ischämische Stimulation82 und übungsinduziert (z.B. verzögerter Muskelkater, DOMS)83,84 Schmerzen wurden als bessere experimentelle Analoga von Muskel-Skelett-Schmerzen argumentiert, da ihre natürliche und endogene Natur81. Diese Schmerzinduktionsmethoden könnten in Zukunft im Roboter-Arm-Reaching-Paradigma eingesetzt werden. Trotz dieser Einschränkungen ist die Fähigkeit des gegenwärtigen Paradigmas, den Erwerb von Angst und Vermeidung mit solchen verflochtenen SDs und Rs konsequent zu demonstrieren, an sich interessant und neu. Darüber hinaus glauben wir, dass das Robotik-Arm-Reaching-Paradigma an und für sich die Diskussion über die Notwendigkeit ökologisch erfeinerer Vermeidungsparadigmen weiterführen kann19. Darüber hinaus hat das Paradigma das Potenzial, den Weg für die Entwicklung besserer Vermeidungsparadigmen im Allgemeinen zu ebnen, indem es ein Beispiel dafür liefert, wie Probleme in diesem Bereich auf innovative Weise angegangen werden können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Robotik-Arm-Reaching-Paradigma einen vielversprechenden Weg bietet, um die ökologische Gültigkeit von Untersuchungen zum Vermeidungsverhalten zu verbessern und unser Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse zu fördern. Mit dem Paradigma haben wir bereits interessante Ergebnisse erzielt, die möglicherweise nicht durch die ausschließliche Bewertung passiver Korrelationen von Angst wie verbalen Berichten und physiologischer Erregung aufgedeckt wurden. Dennoch haben Erweiterungen des Paradigmas einige ergebnislose Ergebnisse geliefert, die eine weitere Untersuchung und Verfeinerung des Verfahrens erfordern. Trotzdem ist das Robotik-Arm-Reaching-Paradigma ein großer Sprung nach vorn in Bezug auf die ökologische Gültigkeit in den Paradigmen, die verwendet werden, um Vermeidungsverhalten zu studieren.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Acknowledgments

Diese Forschung wurde durch ein Vidi-Stipendium der niederländischen Organisation für wissenschaftliche Forschung (NWO), Niederlande (Grant ID 452-17-002) und ein Senior Research Fellowship der Forschungsstiftung Flandern (FWO-Vlaanderen), Belgien (Grant-ID: 12E3717N) unterstützt, das Ann Meulders gewährt wurde. Der Beitrag von Johan Vlaeyen wurde durch die langfristige Strukturförderung "Asthenes" von der flämischen Regierung, Belgien, unterstützt.

Die Autoren danken Jacco Ronner und Richard Benning von der Universität Maastricht für die Programmierung der experimentellen Aufgaben und das Entwerfen und Erstellen der Grafiken für die beschriebenen Experimente.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1 computer and computer screen Intel Corporation 64-bit Intel Core Running the experimental script
40 inch LCD screen Samsung Group Presenting the experimental script
Blender 2.79 Blender Foundation 3D graphics software for programming the graphics of the experiment
C# Programming language used to program the experimental task
Conductive gel Reckitt Benckiser K-Y Gel Facilitates conduction from the skin to the stimulation electrodes
Constant current stimulator Digitimer Ltd DS7A Generates electrical stimulation
HapticMaster Motekforce Link Robotic arm
Matlab MathWorks For writing scripts for participant randomization schedule, and for extracting maximum deviation from shortest trajectory per trial
Qualtrics Qualtrics Web survey tool for psychological questionnaires
Rstudio Rstudio Inc. Statistical analyses
Sekusept Plus Ecolab Disinfectant solution for cleaning medical instruments
Stimulation electrodes Digitimer Ltd Bar stimulating electrode Two reusable stainless steel disk electrodes; 8mm diameter with 30mm spacing
Tablet AsusTek Computer Inc. ASUS ZenPad 8.0 For providing responses to psychological trait questinnaires
Triple foot switch Scythe USB-3FS-2 For providing self-report measures on VAS scale
Unity 2017 Unity Technologies Cross-platform game engine for writing the experimental script including presentations of electrocutaneous stimuli

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References

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Glogan, E., Gatzounis, R., Vandael, K., Franssen, M., Vlaeyen, J. W. S., Meulders, A. Investigating Pain-Related Avoidance Behavior using a Robotic Arm-Reaching Paradigm. J. Vis. Exp. (164), e61717, doi:10.3791/61717 (2020).

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