使用机械臂指向范式研究疼痛相关回避行为

与疼痛相关的回避行为是导致慢性疼痛致残的主要因素。现有的研究范式通常采用指令性且无成本或低成本的回避反应，因而常存在生态效度和结构效度不足的问题。本研究范式通过允许探究回避行为如何自然地被习得和强化，并引入具有成本的回避反应，从而克服了这些局限性。

我们的范式可独特地用于解释与疼痛相关的回避行为学习过程、慢性疼痛中行为如何演变为功能障碍，以及如何缓解这一过程。在一间房间或区域为研究人员放置一台计算机，并在另一间房间或区域为受试者放置一台大屏幕电视。测试会话开始前，要求所有人员到达实验室后首先对手部进行消毒。

让受试者坐在扶手椅上，椅子距离电视屏幕约2.5米，且机械臂传感器与受试者之间的距离保持约15厘米的舒适距离。在获得受试者的书面知情同意后，将导电电解质凝胶填充至每个电极的中心位置，并使用绑带将刺激电极固定在受试者右臂的肱三头肌腱上方。

讲解校准程序后，要求参与者使用0到10的数字量表对每个刺激进行评分，其中0表示“毫无感觉”，10表示“想象中最剧烈的疼痛”。打开刺激器，将刺激强度初始设定为1毫安，并告知参与者即将施加疼痛刺激。

当受试者确认提示后，按下恒流刺激器上的橙色触发按钮以施加刺激。在获取受试者的疼痛评分后，按照每次增加1、2、3和4毫安的强度梯度，逐步提高疼痛刺激强度并施加下一级刺激。当受试者感受到的疼痛强度达到其认为明显疼痛且需要一定努力才能耐受的程度时，终止校准程序，并记录最终的疼痛刺激强度（单位：毫安）以及受试者的疼痛强度评分。

在开始机械臂到达疼痛相关回避任务之前，向参与者提供屏幕上标准化的书面任务说明。编程时设置三个拱形目标位于运动平面的中点位置，确保最短的臂部运动T1不伴随任何偏移或阻力，中等距离的臂部运动T2伴随中等程度的偏移和阻力，而最远的臂部运动T3则伴随最大的偏移和最强的阻力。

指导受试者使用惯用手操作机械臂，通过移动其传感器（在电视屏幕上以一个绿色球体表示）来完成任务。要求受试者将传感器从运动平面左下角的起始点移动至运动平面上方左上角的目标位置。告知受试者，他们可在每次试验中自由选择可用的运动轨迹之一进行操作。

指导受试者使用三脚开关上的两个独立脚踏板，通过在连续评分量表上左右滑动，自行报告对疼痛的预期程度以及对运动相关疼痛的恐惧程度。练习阶段结束后，回答完所有问题即离开房间并调暗灯光。从研究人员区域或房间内观察受试者。

为执行采集方案，要求参与者按下确认脚踏开关以启动实验。在回避习得阶段，若参与者执行最短运动轨迹 T1，则在完成三分之二运动后，程序应始终控制恒流刺激器递送疼痛刺激。若参与者选择中等长度的运动轨迹 T2，则在50%的试验中给予疼痛刺激，同时确保参与者需付出更大的努力。

如果参与者执行最远且需要最大努力的运动轨迹 T3，则不施加疼痛刺激，但需确保参与者必须付出最大努力才能到达目标。成功完成的试验将通过视觉和听觉停止信号的呈现来指示。机器人手臂应在每次试验结束时被编程为自动返回其起始位置。

经过3000毫秒后，呈现视觉和听觉启动信号，提示受试者可以开始下一次试验。在测试回避行为的泛化时，习得阶段屏幕上的轨迹弧线会分开排列，以留出空间放置泛化轨迹弧线。在习得阶段结束后测试回避行为的泛化时，需在习得轨迹旁呈现三条新的泛化运动轨迹G1、G2和G3。

为了研究在反应阻止条件下的回避消退，在习得阶段结束后，告知参与者在接下来的阶段中，他们只能执行T1。在反应阻止阶段，通过视觉和光学方式遮挡T2和T3，仅保留T1可用。由此确保在反应阻止消退阶段，参与者仅执行最短的运动轨迹T1。约24小时后，连接刺激电极，并在屏幕上提供简要的任务复习指导，但不包含任何关于疼痛刺激的信息。随后，在无疼痛刺激的条件下呈现三个习得阶段的运动轨迹。

实验结束后，取下刺激电极，并使用消毒液彻底清洁刺激电极。然后用柔软的纸巾将电极擦干，并用消毒湿巾或喷雾清洁机械臂的传感器。回避行为的习得表现为：参与者在习得阶段末期比习得阶段初期更倾向于避免疼痛，或相较于对照组更倾向于避免疼痛。

恐惧与疼痛预期的习得表现为：参与者报告在T3阶段的恐惧感低于T1和T2阶段，且对疼痛刺激的预期也较T1和T2阶段减少。恐惧与疼痛预期的泛化表现为：实验组参与者在G3阶段报告的恐惧感低于G1和G2阶段，且对疼痛刺激的预期也较G1和G2阶段减少。恐惧与疼痛预期的消退表现为：在反应抑制阶段结束时相比习得阶段结束时，参与者在T1阶段报告的恐惧感降低，且对疼痛刺激的预期减少。回避行为的自发恢复表现为：在自发恢复测试开始时，参与者相比反应抑制阶段结束时表现出更多的回避行为。恐惧与疼痛预期的自发恢复表现为：在自发恢复测试开始时，参与者对T1的恐惧感和疼痛预期相比反应抑制阶段结束时更高。

远离刺激源并非特异性的疼痛防御反应。该方法也可用于研究对厌恶或尴尬的回避行为，这些情绪与焦虑障碍密切相关。我们的实验范式可用于检测慢性疼痛人群与健康人群在回避学习方面可能存在的差异。

对回避潜在机制的深入理解可能优化现有治疗方法或提供新的治疗选择。