在威胁概率任务中,通过检测眼轮匝肌的肌电图,测量在低(不确定)和高(确定)概率电击威胁条件下惊吓反射的增强情况。该方法可为精神病理学、物质使用/滥用以及广泛的情感科学领域的研究提供对不同负面情绪状态(恐惧/焦虑)的客观测量。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
方法文章
* These authors contributed equally
在威胁概率任务中,通过检测眼轮匝肌的肌电图,测量在低(不确定)和高(确定)概率电击威胁条件下惊吓反射的增强情况。该方法可为精神病理学、物质使用/滥用以及广泛的情感科学领域的研究提供对不同负面情绪状态(恐惧/焦虑)的客观测量。
对特定威胁的恐惧和对不确定威胁的焦虑是两种不同的情绪,具有独特的行为、认知-注意和神经解剖学成分。在实验室中,可通过测量惊吓反射的增强来研究焦虑和恐惧。惊吓反射是一种防御性反射,当有机体面临威胁且防御需求较高时,该反射会增强。通过肌电图(EMG)记录眼轮匝肌在短暂、强烈、突发的白噪声声学刺激下引发的惊吓反射。即,“惊吓探针”)。惊吓增强的计算方法是:在呈现预示轻微电击的视觉威胁线索(有威胁线索)时,受试者的惊吓反应幅度相对于呈现预示无电击的匹配线索(无威胁线索)时的增加量。在威胁概率任务中,通过高概率(100% 线索-电击关联;确定性)威胁线索下的惊吓增强来测量恐惧,而通过低概率(20% 线索-电击关联;不确定性)威胁线索下的惊吓增强来测量焦虑。在威胁概率任务中对惊吓增强的测量,为通过自我报告或其他方法评估负性情绪提供了客观且易于实施的替代方案。例如,神经影像学)可能对某些研究者而言不适用或不切实际。惊吓增强已在动物中得到深入研究(例如., 啮齿类动物,非人灵长类动物)以及人类,有助于推动从动物到人类的转化研究。在确定性和不确定性威胁条件下,惊吓增强可为负性情感和不同情绪状态(恐惧、焦虑)提供一种客观的测量指标,可用于精神病理学、物质使用/滥用以及情感科学领域的研究。因此,该方法已被研究精神病理学病因的临床科学家以及关注个体情绪差异的情感科学家广泛使用。
威胁概率任务的总体目标是通过实验手段,将对低概率(即不确定)威胁所产生的焦虑反应,与对高概率(即确定)威胁所产生的恐惧反应区分开来。当某种威胁的某些方面定义不清时,就会产生不确定性。尽管焦虑可通过多种方式描述,但对低概率或其它不确定的负面事件产生过度反应,是焦虑障碍中一个显著的临床症状1,2。此外,在实验室任务中,与确定性电击威胁引发的恐惧相关生理反应相比,不确定性电击威胁引发的焦虑相关生理反应增强,可能为焦虑障碍提供一种生理标志物3。酒精等药物可能通过特异性抑制对不确定威胁的焦虑反应,从而发挥其缓解应激反应的作用4-7。慢性药物使用后,大脑应激神经回路可能发生神经适应性改变,表现为在不确定威胁下焦虑水平升高4,8。因此,威胁概率任务可为精神病理学、物质使用/滥用及情感科学的研究提供一种客观测量负性情绪和不同情感状态(焦虑、恐惧)的工具。该任务可成为临床与情感科学领域研究者探索精神病理学病因及个体情绪差异的有力手段。
研究人类情绪的传统方法
情感科学家已采用多种测量方法和范式来研究人类情绪9,但其中大多数方法无法提供威胁概率任务(Threat Probability Task)所具备的精确度,因而难以将焦虑与其他负面情绪(如恐惧)区分开来。例如,自我报告法虽被广泛使用,但可能受到需求特征及其他形式的反应偏差的影响。参与者可能无法准确区分焦虑与恐惧,且其报告与潜在神经生物学机制之间的关联至多也只是间接的。此外,由于内省和报告过程本身可能改变参与者对情感刺激的体验,自我报告通常必须在事后进行。然而,事后报告容易受到记忆干扰和记忆衰退的影响。心理生理学家常在情感操控过程中测量情绪反应,例如通过呈现情绪诱发图片10。这种图片观看任务经过充分验证,受自我报告局限性的影响较小,并已在个体情感反应差异及其对心理病理学贡献方面提供了许多重要发现11,12。然而,该图片观看任务仅能测量宽泛的负面情绪,无法用于研究诸如焦虑与恐惧等可由威胁概率任务加以区分的具体负面情绪。情感神经科学家常在诱发负面情绪的任务期间测量功能性磁共振成像(fMRI),但这些方法对许多研究者而言可能过于昂贵。此外,当前fMRI技术的空间和时间分辨率仍有限,难以清晰分辨被认为与焦虑相关而非其他情绪的神经结构。更重要的是,目前尚未建立任何类型负面情绪的明确fMRI指标。
利用惊吓反应进行动物的转化医学研究
威胁概率任务借鉴了动物基础研究,该研究首次展示了区分焦虑与恐惧所需的精确性。神经科学家通过精心控制的啮齿类动物损毁研究,利用对不确定性和确定性电击威胁的不同反应来模拟焦虑和恐惧。这些研究阐明了对低概率、模糊定义、远期或其它不确定性电击的焦虑相关反应,与对高概率、明确界定、迫在眉睫的确定性电击的恐惧相关反应之间的重要差异13。在动物中,不确定威胁引发僵直和过度警觉,而确定威胁则引发主动回避、防御性攻击或两者兼有14。迫近且确定的威胁使注意力集中于威胁本身,而远期或时间上不确定的威胁则促使注意力分散到整体环境中15–17。对时间上不确定威胁的反应似乎是持续性的,而对确定威胁的反应则是时相性的,并与威胁事件时间锁定13。相关研究表明,对不确定威胁的反应选择性地由促肾上腺皮质激素释放因子和去甲肾上腺素通路介导,这些通路通过杏仁核中央核的外侧部分以及终纹床核发挥作用18。大量此类研究采用听觉惊跳反射增强作为主要因变量指标13,这与威胁概率任务中使用的因变量指标相同。惊跳反射回路的神经生物学基础已被广泛研究,并发现了其与在应对不确定和确定威胁时活跃的脑结构之间的明确连接19,20。惊跳反射可在多种物种中进行评估,为研究情绪提供了强有力的转化研究工具。人类的惊跳反射是在突然而强烈的听觉刺激下发生的反射性反应。在人类中,惊跳反射通常通过在眼轮匝肌(闭眼肌)上放置肌电图(EMG)电极来测量。当个体面临即将发生的电击等威胁性刺激时,与非威胁性刺激相比,与惊跳相关的EMG活动会增强19。
无电击、可预测电击、不可预测电击(NPU)任务与威胁不确定性
威胁概率任务(Threat Probability Task)的灵感来源于Grillon及其同事的研究,这些研究人员在引入惊吓增强法以研究人类焦虑与恐惧时,采用了无电击、可预测电击、不可预测电击(NPU)任务。21在NPU任务的可预测条件下,电击与线索完全相关,且在已知的固定时间点(短暂线索呈现结束时)发生。在NPU任务的不可预测条件下,电击完全不可预测。创伤后应激障碍和惊恐障碍患者在NPU任务中对不可预测电击表现出选择性增强的惊吓增强反应,而对可预测电击则无此反应。22,23在其他研究中,用于治疗焦虑的药物在NPU任务中对不可预测电击期间的惊吓增强效应比对可预测电击期间更强。24在关于酒精抗焦虑作用的研究中,Moberg 和 Curtin4 使用NPU任务证明,中等剂量的酒精选择性地降低了在不可预测电击威胁下的惊吓增强反应,而对可预测电击威胁下的惊吓增强无此效应。不确定性具有多重特征,在NPU任务的不可预测条件下,电击在时间与发生概率方面均具有不确定性 免疫荧光 它们发生的可能性(概率不确定性)以及 当 它们发生的时间(时间不确定性)。许多理论认为 当 不确定性的维度对于引发焦虑至关重要19然而,来自Curtin的数据 等5 表明了在不同类型不确定性下引发焦虑的共同机制。本文所述的威胁概率任务通过操纵是否会发生电击的不确定性,同时保持其他所有不确定性维度恒定,从而明确该任务所呈现效应的具体不确定性因素。利用提示性威胁诱发惊吓增强的任务具有较高灵活性,情感科学家也可对其进行修改,以操纵关于电击发生位置的不确定性。25 以及它们的严重程度7,26在所有这些任务中,威胁概率任务因其仅关注不确定性的单一维度,且仅包含两种威胁不确定性条件(低概率和高概率电击),结果最易于解释,实施也最为简便。
威胁概率任务
在威胁概率任务中,受试者坐在距离阴极射线管(CRT)显示器约1.5米的位置。每个威胁线索在显示器上呈现5秒,其间隔时间(ITI)为可变时长(范围为15-20秒)。威胁线索分为两组有电击威胁条件和一组无威胁条件(见图1)。在两种威胁条件下,均于线索呈现开始后4.5秒时向受试者手指施加持续时间为200毫秒的电击。在100%威胁概率条件下,每次线索呈现时均施加电击;在20%威胁概率条件下,每5次线索呈现中仅有1次施加电击。受试者将看到每种威胁概率条件各两组(共15次线索)。此外,受试者还将看到两组中性线索,表示无威胁(无威胁线索;共15次线索)。显示器上显示的文字会告知受试者下一组线索的类型,并在整个该组呈现期间,在显示器左上角持续显示该组类型的标签。每种条件使用不同颜色的线索,以帮助受试者识别各组。在整个任务过程中,刺激呈现程序通过耳机向受试者呈现听觉惊吓探针,形式为持续50毫秒、强度102 dB、上升时间接近瞬时的白噪声脉冲。听觉惊吓探针在部分线索呈现开始后4秒时施加。另外,在线索结束后的13秒和15秒(即ITI期间)也施加额外的探针,以降低探针出现的可预测性。在任何视觉刺激呈现之前,任务开始时先施加3次听觉惊吓探针,以便在主要任务测量前快速使惊吓反应产生习惯化。研究人员在受试者内部对听觉惊吓探针的序列位置进行平衡,以控制习惯化和敏感化效应27,28。有关威胁概率任务一次完整交叉平衡试验序列的示例,请参见补充材料。
威胁概率任务已被用于证明,仅低概率(不确定)的电击就足以引发焦虑,并可用于评估酒精的抗焦虑作用6。针对大麻依赖使用者的初步研究表明,威胁概率任务也可用于评估药物戒断的影响29。因此,威胁概率任务为研究精神病理学、物质使用/滥用以及广泛的情感科学中不同负面情绪状态(例如,焦虑和恐惧)的客观测量,提供了一种易于实施且替代成本较高、精确度较低方法的有效手段。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本地方伦理委员会已批准以下实验程序,所有参与该程序的受试者均已签署知情同意书。有关心理生理测量和刺激呈现的更多细节,请参见30,27。
1. 肌电图(EMG)记录准备
2. 一般惊吓反应性的基线测量
注意:该评估还可进一步使惊吓反应在任务开始前的三次习惯化测试刺激呈现之前得到习惯化31。在惊吓增强效应的统计分析中,将一般性惊吓反应性作为协变量纳入,可提高检测被试内和被试间效应的统计效能。一般性惊吓反应性本身也可能反映一种有意义的个体差异指标12,32。
3. 休克耐受阈值评估
4. 威胁概率任务
5. 实验后处理
6. 数据处理、简化与分析
注意:研究者可使用多种软件包完成数据处理与降维。EEGLAB36 是一个免费的开源工具箱,用于在 Matlab37 环境中分析心理生理数据。有关数据处理与降维步骤的模板 EEGLAB 脚本,请参见补充材料。数据处理与降维遵循已发表的指南27。如需查看围绕一次惊吓探针前后几秒未处理(原始)连续肌电图(EMG)信号的示例,请参见图4A。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
威胁概率任务在100%(确定)概率和20%(不确定)概率的威胁线索下均能产生显著的惊吓增强效应(参见 图6B)。先前使用该任务的研究结果显示,在不确定(20%)威胁条件下,惊跳增强显著高于高概率(100%)(确定)威胁条件下的惊跳增强。急性给予中等剂量酒精(目标血液酒精浓度为0.08%)可选择性地更大程度降低20%(不确定)威胁条件下的惊跳增强,相较于100%(确定)威胁条件(参见 图7在人类中,这证实了酒精对焦虑具有“经典”应激反应抑制效应38,39同样,对重度每日使用大麻的使用者进行短期(3天)剥夺后,在20%(不确定)威胁条件下,惊吓增强反应出现选择性显著升高 与 100%(确定)的人类威胁(参见 图8)。该结果与当前啮齿类动物神经科学证据一致,表明在面对不确定威胁或其他应激源时,与焦虑相关的大脑环路中存在选择性的“应激神经适应”。8,13.
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
威胁概率任务可用于通过评估电击威胁发生概率较低(不确定)和较高(确定)时的惊吓增强效应,来研究焦虑与恐惧的表达。该任务中的主要依赖性测量指标及威胁关联性范式可应用于啮齿类动物、非人灵长类动物以及人类,因此为研究负性情绪的表达提供了一个极佳的转化研究工具13,18,40。对电击威胁的惊吓增强与防御系统激活具有明确关联,不易受主观意志控制,并具有明确界定的神经生物学基础。这与情绪的自我报告测量形成对比,后者可能受到实验情境需求特征的过度影响,且与已知的神经生物学机制关联较远。相较于其他常见的心理生理学方法(如情绪图片观看任务),威胁概率任务具有更高的精确性,可用于区分不同形式的负性情绪。此外,与其他成本较高且技术要求更复杂的方法(如功能性磁共振成像fMRI)相比,威胁概率任务实施简便,数据分析也更为容易。
威胁概率任务是利用提示性电击作为威胁刺激、以惊吓增强作为因变量来操控威胁不确定性的多种威胁任务中的一种典型范例。因此,在提示-电击的关联关系以及电击特征方面具有相当大的灵活性,可支持开展具有较强概念重复性的系列研究。例如,威胁概率任务即衍生自先前已验证的“无电击...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者声明不存在任何竞争性经济利益。
本研究由美国国家酒精滥用与酒精中毒研究所资助,项目编号为 R01AA15384,以及美国国家药物滥用研究所资助,项目编号为 5R01DA033809-02,资助对象为 John J. Curtin。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 放大器 | 多种选择 | 参见 Curtin、Lorenzo 和 Allen(2007)获取供应商列表。 | |
| 小型 Ag/AgCl 肌电传感器 | Discount Disposables | TDE-023-Y-ZZ-S | 4 mm,导线长度 48 in |
| 大型 Ag/AgCl 肌电传感器 | Discount Disposables | TDE-022-Y-ZZ-S | 8 mm,导线长度 48 in |
| 小型电极套环 | Discount Disposables | TD-23 | 5 mm |
| 大型电极套环 | Discount Disposables | TD-22 | 8 mm |
| 电击盒 | 定制 | 定制 | 定制电击盒的电路图参见补充材料。商用电击盒示例见:http://www.psychlab.com/stim_SHK_shockers.html。 |
| 酒精棉片 | Fisher Scientific | 06-669-72 | |
| 去角质凝胶 | Weaver and Company | NuPrep | |
| 导电凝胶 | Electro-Cap International | ECA E9 | |
| 纱布垫 | Neuromedical Supplies | 95000025 | |
| 钝头针 | Electro-Cap International | E8B | |
| 医用胶带 | Neuromedical Supplies | 95000032 | |
| 电极消毒液 | Emergency Medical Products: | MX-2800 | 处理 Metricide 时应佩戴手套。 |
| 耳机 | Sennheiser | 4974 | 耳机应能重复递送实验者设定强度的惊吓刺激探针’s(例如102 dB)。 |
| 受试者监控摄像头 | PolarisUSA | BC-660B | 需具备红外功能,以便在实验室内灯光关闭时监控受试者。 |
| 红外面板 | PolarisUSA | IR-TILE | http://www.polaris.com/en-us/home.aspx |
| 用于受试者监控的视频显示器 | Marshall Electronics | M-Pro CCTV 19 | |
| 刺激计算机 | Dell | Dell Optiplex3010 | 大多数现代计算机均适用 |
| 声卡(刺激计算机) | Creative | 70SB127000002 | 声卡用于递送惊吓刺激探针。独立噪声发生器的示例见:http://www.psychlab.com/stim_TG_WN_sound.html#。 |
| I/O 卡(刺激计算机) | Measurement Computing | PCI-DIO24 | I/O 卡用于控制电击盒,并向数据采集计算机传递事件标记(例如惊吓刺激发生时刻)。 |
| 刺激控制软件 | Psychtoolbox | 基于 Matlab 的开源(免费)工具箱。 | |
| 用于刺激控制和数据处理的计算平台 | MathWorks | 运行 Psychtoolbox 和 EEGLAB(见下文)所必需。 | |
| 数据采集计算机 | Dell | Dell Optiplex3010 | 大多数现代计算机均适用 |
| 心理生理学数据采集软件 | 多种选择 | 参见 Curtin、Lorenzo 和 Allen(2007)获取供应商列表。 | |
| 刺激显示器 | Acer | Acer AL1916W | |
| 数据采集显示器 | Acer | Acer AL1916W | |
| 受试者 CRT 显示器 | ViewSonic | P810 | |
| 数据处理软件 | EEGLAB | 基于 Matlab 的开源(免费)软件包。 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。