Summary
Тест холодного пресса является классическим задача индукции стресса, используемых в широком диапазоне исследований изучения взаимосвязи между стрессом и познания, эмоции и поведение. В этой статье представлена практическая и универсальная альтернатива традиционному тесту холодного пресса: холодная обертка для рукоятки пресса.
Abstract
В последнее время исследования о взаимосвязи между стрессом и познания, эмоции и поведение значительно увеличилось. Эти достижения дали представление о важных вопросах, начиная от характера влияния стресса на зависимость1 до роли стресса в нейронных изменениях, связанных с изменениями в принятиирешений 2,3. Однако по мере развития тем, рассматриваемых на местах, следует также и методологии. В этой статье представлена практическая и эффективная альтернатива классическому методу индукции стресса, тесту холодного пресса (CPT), представлена: холодная обертка руки пресса (CPAW). КПП обычно включает погружение доминирующей руки участника в ледяную воду в течение 4-гопериода времени. Техника связана с надежной активацией оси симпато-адреномедуллярии (SAM) (и высвобождением катехоламинов; например, адреналина и норадреналина) и легкой до умеренной активации гипоталамически-гипофиза-надпочечников (HPA) с сопутствующим глюкокортикоидом(например, кортизолом). Хотя КПП используется в широком диапазоне исследований, применение его в некоторых исследовательских средах может быть нецелесообразным. Например, использование воды во время, а не до, магнитно-резонансной томографии (МРТ) может повредить чувствительное и дорогостоящее оборудование или помешать получению МРТ сигнала. CPAW является практической и эффективной альтернативой традиционному КПП. В составе универсального списка недорогих и легко приобретенных компонентов, CPAW использует МРТ-безопасные гелпаки, охлажденные до температуры, аналогичной КПП, а не фактической воды. Важно отметить, что CPAW связан с уровнями активации SAM и HPA, сопоставимыми с КПП, и может быть легко применен в различных контекстах исследований. Хотя при использовании метода важно поддерживать определенные протоколы безопасности, они легко реализовать, если они запланированы. Будет обсуждаться вопрос о создании и использовании CPAW.
Introduction
Воздействие стресса связано с активацией двух стрессоустойчивых биологических систем: гипоталамически-гипофиза надпочечников (HPA) и симпато-адреномедуллярных (SAM)осей 5. Когда стресс имеет достаточную интенсивность, чтобы нарушить гомеостатический баланс организма, SAM быстро вызывает повышенную активность в симпатической ветви вегетативной нервной системы (АНС). Это связано с высвобождением катехоламинов(например, адреналина и норадреналина; CA) из надпочечников медуллы и симпатических нервных терминалов. Повышенные уровни этих возбуждательных химических веществ связаны с повышением сердечного ритма и артериального давления, которые характеризуют классический "борьба или полет"ответ 6. Хотя последующая активация парасимпатических ANS в конечном итоге ингибировать это возбуждение, восходящие нейроны CA, взаимодействие с структурами ствола мозга способствуют замедлению активации HPA через гипоталамус и в конечном итоге глюкокортикоид(т.е. кортизола у людей) освобождение от корынадпочечников 7. Понимание взаимосвязи между стрессовой модальности и конкретной динамикой самой реакции на стресс будет иметь решающее значение по мере развития исследований взаимосвязи между стрессом и нейроннымикоррелятами различных психологических процессов (например, памяти, обучения и принятия решений).
Для использования в лабораторных исследованиях разработаны многочисленные задачи индукции стресса. Как правило, они могут быть классифицированы как системные(т.е.представляющие рефлексивный ответ на прямую угрозу гомеостатического баланса) или процессивные / психогенные (т.е. требующие обработки и оценки предварительного боя до участия в ответ на стресс)8. Примечательно, что эти два различных условия стресса Тариф, связанный с дифференциальными моделями активации SAM и HPA. Тест холодного пресса (CPT) является распространенным и хорошо проверенным средством индуцирования системного стресса, связанного с погружением доминирующей руки человека в ледяную воду (обычно между 0-5 градусами по Цельсию) в течениепериода времени 4,9,10. КПП был использован в широком диапазоне исследований изучения влияния стресса на память11-13,обучение 14, и принятиярешений 15-17. Исследования, использующие КПП в качестве средства индукции стресса, однако, дали смешанные результаты с точки зрения реактивности кортизола. Общее легкое-умеренное увеличение кортизола наблюдалось после CPT13,18,19, хотя активация SAM является надежным и надежным4,20. В отличие от этого, процессивные лабораторные стрессоры, такие как Trier Social Stress Task (TSST)21,22, в ходе которого участники дают 5 минут речи следуют 5 минут психической арифметики во время просмотра и / или видеозаписи, были связаны с двукратным или трехкратным увеличениемкортизола 23.
Чтобы максимизировать активацию SAM и HPA, некоторые исследователи использовали подход к объединению КПП с социальными оценочными компонентами, аналогичными тем, которые присутствуют в TSST. Например, в социально оцениваемом тесте холодного пресса (SECPT) участникам просят выполнить традиционный КПП во время записи на видео и просмотраэкспериментатором 24. Аналогичным образом, Маастрихт Острый стресс-тест интегрирует SECPT с публичными выступлениями и психической арифметики компонентов TSST25. Хотя эти подходы представляют собой значительный шаг вперед в исследовании стресса остается важным изучить конкретные, и потенциально разобщенным, влияние активации SAM и HPA на нейронные корреляты поведения, познания и эмоций. К сожалению, КПП, с участием воды, часто непрактично проводить в исследованиях, связанных с магнитно-резонансной томографии (МРТ), если завершено до вступления в МРТ себя. Например, пролитая вода может быть угрозой для чувствительного и дорогостоящего оборудования МРТ(например, головной катушки) и может мешать сигналу МРТ из-за его высокой плотностипротонов 26. Таким образом, по мере расширения исследований, связанных с КПП, в сторону использования в нейровизуаляций необходимы изменения в традиционной процедуре КПП. С этой целью предлагается альтернатива - холодная обертка для рукоятки пресса (CPAW).
Вместо ручного погружения в ледяную воду, CPAW включает в себя обертывание руки состоит из МРТ-безопасных гелей, охлажденных до температуры, похожей на традиционный КПП. Кроме того, CPAW является универсальным по своему составу из простой коллекции общих компонентов. Важно отметить, что в использовании CPAW существуют дополнительные проблемы безопасности, поскольку он потенциально может быть охлажден до температуры значительно ниже, чем жидкая вода. Тем не менее, они могут быть учтены с минимальными усилиями со стороны исследователя. Надлежащее хранение и использование CPAW будет продемонстрировано с особым вниманием к протоколам безопасности.
Protocol
1. Создание CPAW
Примечание: CPAW является универсальным в своих компонентах и конструкции. Хотя этот протокол представляет собой подход, принятый автором, возможны альтернативные подходы.
- Прикрепить два-три куска Velcro (каждый около 4 в х 1 дюйма) к каждому из двух гелеобразов (6 в х 12 в размерах) с использованием резинового цемента, в равной степени интервал. Разрешить 24 часа, чтобы высохнуть.
- Получить кусок толстой ткани примерно 12 в х 16 в размерах, сложить пополам вдоль. Пример 6 в x 12 в гелях будет проходить вдоль каждой внутренней половины сложенной ткани.
- Прикрепить комплементарную сторону каждого Velcro (от шага 1.1) к внутренним сторонам ткани, отмозенной так, что они соебудут соединять размещение Velcro на gelpacs. Резиновый цемент или игла и нить могут быть использованы. Это позволит легко удалить гелеобразующие средства для очистки и прикрепить их для хранения.
- Получить два больших куска Velcro (примерно 2 в х 10 в). отделять. Вырезать одну сторону примерно до четверти своего первоначального размера (и отказаться от оставшейся части), сохраняя при этом другой на первоначальном 2 в х 10 в размере.
- Прикрепите небольшой кусочек Velcro к передней и задней части внешней части ткани на той же стороне. Наконец, прикрепите более длинную Velcro к аналогичным локациям на внешней части противоположной стороны ткани. После этого следует иметь возможность обернуть ткань вокруг предплечья и руки и закрепить ее на месте с помощью Velcro ремней.
2. Меры предосторожности и меры предосторожности CPAW
- Сообщите участникам исследований, использующих CPAW несколько раз, во время согласия и до введения CPAW, что они могут свободно отозвать и прекратить процедуру в любое время. Рекомендуется три отдельных заявления об изъятии. Кроме того, будьте готовы прекратить процедуру, если участник становится проблемным.
- Пример учебного текста: "Вэтом исследовании, мы можем попросить вас принять участие в процедуре стресса, которая включает в себя размещение руки обернуть из холодных гелей к руке в течение определенного периода времени. Обертка предназначена для стресса, и, таким образом, будет очень неудобно. Важно, чтобы вы понимали, что это ваше право прекратить процедуру и экспериментировать в любое время по любой причине, будь то обертывание руки в настоящее время на вашей руке или нет. Чтобы сделать это один раз в МРТ вы можете сказать мне устно, вы можете ударить ногой энергично, или в случае необходимости вы можете использовать чрезвычайную сжать мяч мы дадим вам. Вы понимаете? Готовы ли вы продолжать?". После этого, рекомендуется, чтобы участник напомнил еще дважды, прежде чем МРТ сканирование с заявлением:"Помните, мы удалим руку обернуть и закончить эксперимент по вашему запросу в любое время".
- Храните CPAW в морозильной камере с тщательно отслеживаемой температурой. Если морозильник не может быть с заданной температурой (например, между 0-5 градусами Цельсия) и ниже 0 градусов по Цельсию, дайте время CPAW прогреться до безопасной температуры (не менее 0 градусов по Цельсию) после удаления его из хранилища. В противном случае, существует потенциал для участника, чтобы испытать холодный ожог.
- Перед использованием CPAW, покрыть гелеобразующие с слоем пластиковой пленкой, чтобы избежать прямого контакта между гелеобразной и кожи участника. Измерьте температуру поверхности каждого гелпака (покрытого пластиковой пленкой) с помощью инфракрасного термометра в двух-трех местах по всей его длине, чтобы обеспечить безопасную температуру. Если температура слишком низкая, дайте дополнительное время пройти и измерить еще раз.
- Когда желаемая температура будет достигнута, оберните CPAW вокруг предплечья участников и прикрепите его на месте с вышеупомянутыми Velcro ремнями. Оставьте CPAW на месте в течение желаемого периода времени (рекомендуется 2 мин). Удалите его сразу по просьбе участника или по протямивное время.
Representative Results
CPAW был использован в ранее опубликованном исследовании изучения влияния острой нагрузки на обработку нервной вознаграждения в то время как участники прошли функциональное МРТ сканирование27. Тридцать два участника (16 женщин, 16 мужчин; средний возраст - 23,41 года, SD лет - 4,07) были случайным образом отнесены между субъектами к CPAW или без группы контроля стресса (обертка для рук, состоящая из полотенец при комнатной температуре). Базовый образец слюнного кортизола был приобретен в начале протокола с последующим применением CPAW (или без контроля стресса) в течение 2 минут, после чего было выполнено 10-минутное поведенческое задание. После первой поведенческой задачи, эта модель повторяется - второй образец слюны был приобретен, а затем CPAW (или нет контроля стресса) в течение 2 минут, а второй 10 мин поведенческие задачи. Третий образец слюны был приобретен после второй поведенческой задачи. В пост-экспериментальной анкете участникам было предложено сообщить о субъективных оценках воспринимаемого стресса, включая то, как обертка руки заставила их чувствовать себя (хорошо плохо) и насколько напряженным был опыт (от высокого до низкого) по 7-очковой шкале Likert.
По сравнению с группой без стресса, участники, которые испытали CPAW сообщили о том, что обертывание руки чувствует себя значительно более напряженным, t(30) - 3,46, р< 0,01, d - 1,22, а также чувством значительно хуже, t(30) - 4,42, стр.< 0,001, d 1,56. Три участника были исключены из анализа слюнного кортизола, один из-за поврежденных образцов и два из-за невозможности собрать образцы в ходе эксперимента. Таким образом, окончательные анализы кортизола были проведены на 29 из 32 участников (13 без контроля стресса, 16 CPAW). Область под кривой в отношении увеличения (AUC I )была рассчитанас использованием трапециевидного метода для обеих групп (см. таблицу 1 для среднего слюнного кортизола каждого образца экспериментальной группой в nmol/L)28. Однохвостый независимый t-тест между отсутствием контроля стресса и CPAW группы AUCI указал значительное увеличение слюнного кортизола для группы CPAW, т(27) 1,78, р< 0,05, d 0,69 (см. рисунок 1). Только два участника продемонстрировали движение головойсвыше одного воксела (т.е. 3 мм), но оба были в группе без стресса. Ни один из участников не вышел из исследования из-за воздействия CPAW. Предварительный анализ дополнительного набора данных обеспечивает конвергентную поддержку эффективности CPAW с точки зрения активации SAM(т.е. проводимости кожи)29. Двадцать восемь участников (14 женщин, 14 мужчин; средний возраст - 21,18 года, SD лет - 2,97) выполнили не стресс-контрольную обертку руки (как указано выше) в течение 2 минут с последующим 15-минутным поведенческим заданием. После этого они выполнили CPAW в течение 2 минут, а затем второй 15 мин поведенческие задачи (все в пределах субъектов). Уровни проводимости кожи (SCL) были измерены во время каждого из воздействия обертывания руки (без контроля стресса, то CPAW) с помощью модуля BIOPAC и проанализированы с помощью программного обеспечения AcqKnowledge. Средняя волновая форма SCL каждого 2 мин обертывания руки была вычислена (в microsiemens, s) и нормализована с помощью квадратного корня преобразования30. Парный t-тест указал значительно повышенный SCL во время воздействия CPAW выше нет контроля стресса, t(27) 5,49, р< .001, d 0,65 (см. рисунок 2).
Таблица 1. Средний уровень слюнного кортизола в nmol/L на базовом уровне, после выполнения задачи 1, и после запуска задачи 2 для CPAW и без групп контроля стресса (средний ± SEM). Адаптировано из Porcelli и др. 27 с разрешения. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.
Рисунок 1. Слюнный кортизол области под кривой в отношении увеличения (AUCI) для CPAW и не группы контроля стресса. Отрицательные значенияAUC I, указывающие на чистое снижение слюнного кортизола, были сохранены в качестве «индекса снижения»28. Адаптировано из Porcelli и др. 27 с разрешения. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.
Рисунок 2. Квадратный корень преобразованы средние уровни проводимости кожи (в microsiemens; s) во время CPAW или нет контроля стресса руку обернуть. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.
Discussion
В этой статье была продемонстрирована альтернатива традиционному тесту холодного пресса - холодная обертка руки прессора. CPAW является процедура, которая производит психофизиологические и нейроэндокринные реакции стресса сопоставимыс КПП. В частности, наблюдалось значительное увеличение активации SAM (т.е. симпатической ANS) и легкое-умеренное увеличение активности HPA(т.е.кортизола). CPAW может быть создан из целого ряда широко встречающихся компонентов и служит жизнеспособной альтернативой традиционному (водному) КПП. Дополнительным преимуществом CPAW является то, что он может быть легко использован в научно-исследовательских контекстах, где использование КПП (например МРТ) может быть нецелесообразно, даженеосуществимым.
Как упоминалось ранее, CPAW требует дополнительных мер предосторожности, помимо тех, которые связаны с КПП. Исключение критериев (в значительной степени разделяют КПП) должны включать в себя: холодная крапивница, болезнь Рейно, аневризма, беременность, история сердечно-сосудистых заболеваний, диабет, хронические ревматологические заболевания, и необработанные аномалии кровяного давления. Учитывая, что CPAW потенциально может быть охлажден до небезопасных температур ниже, чем у жидкой воды, строгое измерение температуры до применения имеет решающее значение, чтобы избежать риска травмы участника. Поскольку аппарат физически крепится к руке участника, очень важно, чтобы в нескольких моментах было ясно, что они могут закончить процедуру в любое время по их просьбе. Кроме того, экспериментатор должен быть готов прекратить процедуру, если участник становится проблемным. Таким образом, процедура требует, чтобы исследователь быть бдительными на нескольких фронтах.
Существует ряд ограничений в использовании CPAW. Например, в контексте МРТ-исследований может потребоваться короткое МРТ, так как прикрепление CPAW к руке участников может оказаться невозможной при длительной МРТ. Тем не менее, адаптация CPAW для использования на ноге или ноге является возможным и будет совместима с давно родила установки. Титровать температуру CPAW до очень точной температуры также трудно. Исследования показывают, что отклонения даже 2 градусов по Цельсию связаны с колебаниями времени толерантности и болевыеоценки 31. Чтобы избежать этого, рекомендуется использовать морозильную камеру, которая может быть охлажден до определенной температуры. Кроме того, рекомендуется иметь второй CPAW доступны, если устройство будет использоваться несколько раз подряд (чтобы избежать его нагревается сверх желаемой температуры). Хотя в репрезентативных результатах использование CPAW не было связано с увеличением движения головы, исследователи должны обратить особое внимание на движение головы в настройках МРТ - особенно, если CPAW применяется во время (а не до) сканирования МРТ. В то время как субъективные оценки стресса, HPA и активация SAM предполагают, что CPAW является эффективным стрессором, сопоставимым с традиционным КПП, будущие исследования должны быть сосредоточены на тщательном сравнении степени активности HPA и SAM с тем, что вызвано традиционным КПП, а также другими физиологическими показателями(например, пульс и кровяное давление).
Disclosures
Авторы заявляют об отсутствие конфликта интересов.
Acknowledgments
Спасибо Маурисио Р. Дельгадо, Стефани Р. Поттс и Уильяму Т. МакКудди. Приобретение репрезентативных данных было поддержано финансированием национального института по злоупотреблению наркотиками в MRD (R01DA027764)
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2 Cryo-Max Cold Packs (6 in x 12 in) | Modular Thermal Technologies | n/a | This is an example gelpac – others of a similar size would serve as well. |
| Infrared Thermometer | Fisher Scientific | 02-401-1 | |
| Biopac MP150 Data Acquisition System | Biopac Systems, Inc. | MP150 | |
| Biopac GSR EDA Galvanic Skin Response Amplifier | Biopac Systems, Inc. | GSR100C | |
| 2 Biopac Unshielded Leads | Biopac Systems, Inc. | LEAD110A | |
| 2 Biopac disposable Electrodermal Electrodes | Biopac Systems, Inc. | EL507 | |
| Salivary Cortisol Enzyme Immunoassay Kit | Salimetrics, LLC. | I-3002 | If assaying will not be conducted in-house, only collection supplies below are needed. |
| Salimetrics Oral Swab | Salimetrics, LLC. | 5001.02 | |
| Swab Storage Tube | Salimetrics, LLC. | 5001.05 |
References
- Sinha, R., Garcia, M., Paliwal, P., Kreek, M. J., Rounsaville, B. J. Stress-Induced Cocaine Craving and Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Responses Are Predictive of Cocaine Relapse Outcomes. Arch. Gen. Psychiatry. 63 (3), 324-331 (2006).
- Dias-Ferreira, E., et al. Chronic stress causes frontostriatal reorganization and affects decision-making. Science. 325, 621-625 (2009).
- Schwabe, L., Wolf, O. T. Stress-induced modulation of instrumental behavior: from goal-directed to habitual control of action. Behav. Brain Res. 219, 321-328 (2011).
- Lovallo, W. The cold pressor test and autonomic function: a review and integration. Psychophysiology. 12, 268-282 (1975).
- Ulrich-Lai, Y. M., Herman, J. P. Neural regulation of endocrine and autonomic stress responses. Nat. Rev. Neurosci. 10, 397-409 (2009).
- Cannon, W. B. Bodily changes in pain, hunger, fear, and rage: An account of recent researches into the function of emotional excitement. , D. Appleton and Company. New York and London. (1915).
- Lupien, S. J., Maheu, F., Tu, M., Fiocco, A., Schramek, T. E. The effects of stress and stress hormones on human cognition: Implications for the field of brain and cognition. Brain Cogn. 65, 209-237 (2007).
- Herman, J. P., et al. Central mechanisms of stress integration: hierarchical circuitry controlling hypothalamo-pituitary-adrenocortical responsiveness. Front. Neuroendocrinol. 24, 151-180 (2003).
- Hines, E. A., Brown, G. E. A standard stimulus for measuring vasomotor reactions: Its application in the study of hypertension. Proc. Staff Meet. Mayo Clin. 7, 332-335 (1932).
- Loyke, H. F. Cold pressor test as a predictor of the severity of hypertension. South Med. J. 88, 300-304 (1995).
- Buchanan, T. W., Tranel, D., Adolphs, R. Impaired memory retrieval correlates with individual differences in cortisol response but not autonomic response. Learn. Mem. 13, 382-387 (2006).
- Duncko, R., Johnson, L., Merikangas, K., Grillon, C. Working memory performance after acute exposure to the cold pressor stress in healthy volunteers. Neurobiol. Learn. Mem. 91, 377-381 (2009).
- Cahill, L., Gorski, L., Le, K. Enhanced human memory consolidation with post-learning stress: interaction with the degree of arousal at encoding. Learn. Mem. 10, 270-274 (2003).
- Duncko, R., Cornwell, B., Cui, L., Merikangas, K. R., Grillon, C. Acute exposure to stress improves performance in trace eyeblink conditioning and spatial learning tasks in healthy men. Learn. Mem. 14, 329-335 (2007).
- Lighthall, N. R., et al. Gender differences in reward-related decision processing under stress. Soc. Cogn. Affect Neurosci. 7, 476-484 (2011).
- Schwabe, L., Wolf, O. T. Socially evaluated cold pressor stress after instrumental learning favors habits over goal-directed action. Psychoneuroendocrinology. 35, 977-986 (2010).
- Porcelli, A. J., Delgado, M. R. Acute stress modulates risk taking in financial decision making. Psychol. Sci. 20, 278-283 (2009).
- al'Absi, M., Petersen, K. L., Wittmers, L. E. Adrenocortical and hemodynamic predictors of pain perception in men and. 96, 197-204 (2002).
- Smeets, T., Otgaar, H., Candel, I., Wolf, O. T. True or false? Memory is differentially affected by stress-induced cortisol elevations and sympathetic activity at consolidation and retrieval. Psychoneuroendocrinology. 33, 1378-1386 (2008).
- McRae, A. L., et al. Stress reactivity: biological and subjective responses to the cold pressor and Trier Social stressors. Hum. Psychopharmacol. 21, 377-385 (2006).
- Kirschbaum, C., Pirke, K. M., Hellhammer, D. H. The 'Trier Social Stress Test'--a tool for investigating psychobiological stress responses in a laboratory setting. Neuropsychobiology. 28, 76-81 (1993).
- Kudielka, B. M., Hellhammer, D. H., Kirschbaum, C. Social neuroscience: Integrating biological and psychological explanations of social behavior. , Guilford Press; US. 56-83 (2007).
- Dickerson, S. S., Kemeny, M. E. Acute stressors and cortisol responses: a theoretical integration and synthesis of laboratory research. Psychol. Bull. 130, 355-391 (2004).
- Schwabe, L., Haddad, L., Schachinger, H. HPA axis activation by a socially evaluated cold-pressor test. Psychoneuroendocrinology. 33, 890-895 (2008).
- Smeets, T., et al. Introducing the Maastricht Acute Stress Test (MAST): a quick and noninvasive approach to elicit robust autonomic and glucocorticoid stress responses. Psychoneuroendocrinology. 37, 1998-2008 (2012).
- Huettel, S. A., Song, A. W., McCarthy, G. Functional Magnetic Resonance Imaging.. , Sinauer Associates, Inc. (2008).
- Porcelli, A. J., Lewis, A. H., Delgado, M. R. Acute stress influences neural circuits of reward processing. Front. Neurosci. 6, 157 (2012).
- Pruessner, J. C., Kirschbaum, C., Meinlschmid, G., Hellhammer, D. H. Two formulas for computation of the area under the curve represent measures of total hormone concentration versus time-dependent change. Psychoneuroendocrinology. 28, 916-931 (2003).
- Porcelli, A. J. Acute stress influences financial decision making. In M. Mather (Chair). How stress alters decision making. Symposium conducted at the meeting of the Assoc. Psychol. Sci. , Boston, MA. (2010).
- Levey, A. B. Techniques in Psychophysiology.. , Martin & P.H. Venables. Wiley. 597-628 (1980).
- Mitchell, L. A., MacDonald, R. A., Brodie, E. E. Temperature and the cold pressor test. J. Pain. 5, 233-237 (2004).
