Name: Menschliche Angstkonditionierung in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality Geleitete (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-08-09T17:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 38 s
Description: Lernen Sie die Angstkonditionierung beim Menschen in immersiver virtueller Realität mit Hautleitfähigkeitsmessung. Diese Methode erfasst Angsterwerb, Gedächtnis und Extinktion kontrolliert.

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Wir bedanken uns bei Holton Thompson für ihre Arbeit bei der Schaffung der Virtools 3-D Welten in Maya und Eric Monson für die schematischen Zeichnungen. Forschung wurde zum Teil durch Postdoc NIH F32 MH078471 zu NCH gesponsert und NIDA RO1 DA027802 zu KSL. Der Tauchgang war durch NSF BCS-0420632 gefördert.

A. Stimuli und Aufgabengestaltung 1. General Design. Wir untersuchten kontextuellen Einflüsse auf Angst Erwerb und Merkfähigkeit über zwei Tage. Dieses Design ist in parallel mit Nagetieren, dass Konto für neurobiologische Konsolidierungsprozesse der langfristigen Gedächtnisbildung 3 und reale Welt Eventualitäten in der die Angst bei einem zeitlichen Abstand von der Therapie und Re-Exposition Erfahrungen gelernt wird. Dynamische bedingten Reize (CS) (bewegliche Schlangen und Spinnen) wurden in einem voll immersiven virtuellen Umgebung als Immersive Virtual Environment Herzogs (DIVE) bekannt gestoßen und waren bedingt mit der Präsentation der elektrischen Stimulation am Handgelenk gepaart. Eine differenzielle Angstkonditionierung Verfahren wurde verwendet, mit Hautleitfähigkeit (SCR) als abhängige Messung der Angst. Hier zeigen wir bedingte Angst und anschließende Merkfähigkeit, dass an zwei Tagen in der DIVE in 26 gesunden männlichen und weiblichen Teilnehmer im Alter von 18-30 Jahre alt an der Duke University getestet wurde. Dieses Protokoll wurde genehmigt und in Übereinstimmung mit der Duke University IRB-Standards. 2. Teilnehmer eingerichtet in DIVE. Der Tauchgang ist ein vollständig geschlossenes, sechsseitigen, 3m x 3m x 3m, rückprojizierten Virtual Reality (VR)-Umgebung. Der Tauchgang ist in einem eigens konstruierten 30ft cube (Control Room (VisRoom), Abbildung 1) in das Zentrum für Interdisziplinäre Technik, Medizin und Applied Science an der Duke University. Angst Klimaanlage in den DIVE wurde durchgeführt, wie oben beschrieben. Die Teilnehmer wurden in der Mitte des Tauchgangs nach vorn mit Kopf-Tracking auf der 3-D Brille sitzt. Die Teilnehmer werden nach einem festen "virtuellen Spaziergang durch die ausgewiesenen Umfelds in jeder Lernphase, wo die virtuelle Schlangen und Spinnen angetroffen werden übernommen. Diese Körperhaltung Einschränkungen gemacht wurden, Schwindel, entfallen Variabilität zu vermeiden in der Höhe, Kontrolle für die Menge von Kontext und Stimulus Exposition zwischen Teilnehmer, und um sicherzustellen, dass die visuelle Darstellung realistisch ist nach den Teilnehmern der Bewegung durch das Szenario aktualisiert. 3. Diskriminierung Conditioning Vorgehensweise. Eine Diskriminierung Verfahren wurde eingesetzt, in dem die Präsentation eines visuellen CS teilweise verstärkt wird (40% Verstärkung rate) durch eine Zusammenarbeit beenden elektrischen Reiz, dem unbedingten Reiz (US) während der Akquisitionsphase. Die Teilnehmer wurden zu einem 2-Bedingungen zugeordnet: Angst vor Erwerb von virtuellen Schlangen oder virtuellen Spinnen. Die verstärkten Reize mit den USA gekoppelt sind als "CS +, während die anderen visuellen Stimulus" CS-"explizit ungepaarten als Kontrolle. Die CS + und CS-wurden randomisiert und ausgeglichen zwischen den Gruppen. 4. Bedingten Reize. Die Stimuli wurden dynamische Schlangen und Spinnen, die einzeln erscheinen in der Mitte und in der Mitte der Frontscheibe des Tauchgangs für eine Dauer von 4 Sekunden. Diese mit einem auditiven Reiz signalisiert das Aussehen einer Schlange oder Spinne, die Teilnehmer auf das Vorhandensein eines neuen Stimulus in der Umwelt (Rassel oder Klopfgeräusch jeweils) alert Zusammenarbeit aufgetreten. Die virtuelle Szene zusammen mit den Schlangen ad Spinnen wurden mit Maya erstellt Animations-Software und in die Virtools-Software (Virtool SA, das Verhalten Company, Paris, Frankreich) für die Anzeige in dem Tauchgang. 5. Unbedingte Reize. Die elektrische Stimulation wurde vor Beginn des Experiments nach jedem Thema die Toleranzgrenze eingestellt werden, um Vergleiche zu erleichtern Gruppe und zu beseitigen verwirrende Einflüsse der allgemeinen Erregungsniveau Unterschiede zwischen den Gruppen 4, 5. Die Stimulation Ebene wurde von jedem Teilnehmer ausgewählt, um seine oder ihre Wahrnehmung von "sehr ärgerlich, aber nicht schmerzhaft mit einer aufsteigenden Treppe Verfahren. Spannung war zunächst auf einem niedrigen Niveau von 30 V und erhöht in Schritten von 5 V bis Teilnehmer gaben an, dass ihre Toleranz hatte, ohne zu induzieren Schmerzen erreicht Stimulation (200 ms Dauer bei 30-50 Hz geliefert) transkutan wurde über die mittleren Nerv der Teilnehmer dominierenden Handgelenk durch eine bipolare Oberflächen-Stimulationselektrode verabreicht (21 mm Elektrodenabstand:. Grass-Telefaktor Modell FE 10S2, West Warwick, RI). Die Elektrode führt wurden von einem Gummiband gesichert und wurden zu einem Grass-Telefaktor SD-9 Stimulator über ein Koaxialkabel führt, dass abgeschirmt und geerdet waren durch eine RF-Filter angebracht. Eine Kochsalzlösung Gel auf (Sigma Gel: Parker Laboratories, Fairfield, NJ) wurde als Elektrolyt Leiter (siehe Abbildung 2) Die Teilnehmer erfuhren, dass alle Impulse mit der gleichen Intensität würde geliefert werden.. 6. Trainingsphasen. Das hier beschriebene Experiment wurde in zwei Sitzungen mit einer Verzögerung von 24 Stunden durchgeführt. Während der Tannent-Sitzung bestand die erste Gewöhnung Zeitraum von 4 Studien jedes CS-Typ in einen grauen Hintergrund in 3-D Full Immersion angesehen, sondern präsentiert, ohne Bewehrung oder die virtuelle Welt, in der Ausbildung oder Prüfung aufgetreten. Diese Phase für Akklimatisierung an die experimentellen Umfeld in den Tauchgang und Reduzierung der Orientierung Antworten auf die bedingten Reize erlaubt. Unmittelbar nach der Eingewöhnungsphase, bestand die Befürchtung Akquisitionsphase von 16 vermischt Studien jeder CS-Typ, in dem die CS-ist allein und 5 der 16 CS + Studien präsentiert werden verstärkt. Etwa 24 Stunden später ereignete sich Tests für Merkfähigkeit und das Aussterben Ausbildung. Diese Phase bestand aus 16 Studien der einzelnen CS-Typ ohne USA, in einem virtuellen Kontext, entweder gleich oder verschieden von der Angst vor Übernahme Kontext (ausgeglichen durch Teilnehmer) war. Ein Zusammenhang wurde eine Indoor-Umgebung (Innere einer möblierten Wohnung, Kontext A) und die anderen Zusammenhang wurde ein Outdoor-Umfeld (Nachbarschaft Szene, Context B). Die Probanden wurden zufällig einer experimentellen Gruppe, die die Reihenfolge der inhaltlichen Präsentation an den Tagen 1 und 2 bestimmt zugeordnet. Sie wurden entweder auf demselben Kontext Zustand (AA oder BB) oder ein Context Umschalt Zustand (AB oder BA) zugeordnet. Die Weglänge und natürlich waren für Konsistenz zwischen den virtuellen Welten aufeinander abgestimmt, ebenso wie die Anzahl und Platzierung von Objekten / Stimuli in den verschiedenen Umgebungen. 7. Experimentellen Parametern. Die inter-trial-Intervall betrug 14 ± 2 Sekunden. Die Reihenfolge der CSS wurde Pseudozufallszahlen, mit der Einschränkung, dass nicht mehr als 2-Studien des gleichen CS nacheinander auftreten (zu verwechseln Induktionen der staatlichen Angst und kognitiven Lebenserwartung zu vermeiden). Teilweise Verstärkung (40%) der CS + wurde verwendet, um raschen Aussterben, dass normalerweise in menschlichen Teilnehmern folgende 100% CS + Verstärkung 6,7 verzögern. Darüber hinaus bietet partiellen Verstärkung eine realistischere Klimaanlage Kontingenz in dem Maße, aversive Ereignisse nicht immer nach einem gefürchteten Reiz auftreten. 8. Anweisungen zur Aufgabe. Vor jeder experimentellen Phase wurden die Teilnehmer über die folgenden konstruktiven Merkmalen informiert: Sie würden animierte Schlangen und Spinnen in der virtuellen Umgebung begegnen, sie würden durch die Umgebung in einen virtuellen Spaziergang entlang einer festen Pfad geführt werden, und sie können elektrische Stimulation auf Empfang das Handgelenk auf dem Niveau, dass vor der Konditionierung zu jeder Zeit während der gesamten Studie wurde eingestellt. Sie wurden angewiesen, direkt nach vorn Gesicht und kümmern sich um Schlangen und Spinnen Bilder in der Mitte des vorderen Bildschirm dargestellt und daran erinnert, dass sie hatten keine Kontrolle über ihre eigene Bewegung durch die Welt oder das Auftreten der elektrischen Stimulation. Sie wurden auch darüber informiert, dass sie die Studie jederzeit ohne Strafe, um sie zu beenden. B. psychophysiologische Messungen 1. Data Collection. SCR wurde als abhängige Messung der Angst verwendet, wie zuvor beschrieben 4, 6. SCR wurde über einen psychophysiologischen Monitoring-System (BIOPAC Systems, Santa Barbara, CA) erfasst. SCR wurde aus Silber-Silberchlorid-Elektrode Festplatten durch Klettverschlüsse an den mittleren Phalangen der 1. und 2. Ziffern der nicht dominanten Hand befestigt überwacht. Eine Kochsalzlösung-Gel (Sigma Gel) wurde als eine leitfähige Elektrolyt verwendet. Die Probanden wurden angewiesen, ihre Hand zu halten noch zu Bewegungsartefakten in der SCR-Aufnahme Elektrode zu vermeiden. Leads erreicht die BIOPAC physiologischen Recording-System, das direkt vor dem Tauchen Sie ein in die Leitwarte befindet. Die BIOPAC System synchronisiert sich mit dem Stimuluspräsentation Computer Virtools Software. Abbildung 1 zeigt einen Teilnehmer in dem Tauchgang in Context A. eingetaucht Der technische Aufbau der Steuerrechner (Virtools und Skript-Generierung) gesetzt, BIOPAC (SCR) und elektrischen Stimulator sind in Abbildung 2 dargestellt. Die Hautleitfähigkeit wurde bei 200 Hz abgetastet, verstärkt und gespeichert für die Offline-Analyse mit AcqKnowledge Software (BIOPAC Systems, Santa Barbara, CA). Virtools Software steuert den Reiz Präsentation und löst den Schock-Generator über eine National Instruments DIO-24-Messkarte (Austin, TX). Die aufgezeichneten Signale werden tiefpassgefilterten mit einem Blackman-Fenster (Cutoff-Frequenz = 31 Hz) und geglätteten über 3 aufeinander folgenden Datenpunkten. Die Hautleitfähigkeit Amplituden wurden, um den Beginn eines jeden CS und USA im Vergleich zu den Vor-Stimulus Baseline Zeit gesperrt werden, um daraus eine abhängige Maß bedingten und unbedingten Angst, jeweils 4-6, 8. Für die Aufnahme in die Datenanalyse, wurden folgende Kriterien festgelegt: Latenz = 1 bis 4 s, Dauer = 0,5 bis 5 s, und minimale Amplitude = 0,02 micro Siemens (us). Antworten, die nicht diesen Kriterien werden als Null gewertet. 2. Analysist der SCR. Da SCR Daten ist in der Regel gegen Null verzerrt wurden die Daten Quadratwurzel vor statistischen Analyse transformiert, um eine Normalverteilung zu erreichen. Die Daten aus den einzelnen CS-Typ (virtuelle Schlangen oder Spinnen) wurden in einem frühen Stadium "und" Ende "-Studie Blöcke jeder Phase, wie das Lernen in der Regel variiert über die Zeit in jeder Lernphase zusammengebrochen. Messwiederholungen Analysen der Varianz (ANOVA) wurden verwendet, um Unterschiede zwischen den Gruppen in konditioniert Hautleitfähigkeit Reaktionen als Funktion der Lernphase und CS Type als innerhalb der Subjekte Variablen (Late Acquisition berechnen (CS +, CS-), früh oder spät Extinction (CS +, CS -) und Context-Zuordnung (Same oder Shift) als between-subjects variable Daten wurden durch Division der konditionierte Reaktion Werte für jeden Versuch von jedem Teilnehmer mit ihren eigenen maximalen Reaktion der USA auf Handgelenk-Stimulation (auf jeder Studie) zu berücksichtigen individuelle Variationen normalisiert. bei der Reaktion und zum Ausschluss Non-Responder (Personen, die wenig oder gar keine SCRs zeigen). Für die Datenvisualisierung in Abbildung 3 Differential SCR Werte wurden als ein Index des Lernens durch Subtraktion Reaktionen auf die CS-von denen der CS + in Studie Blöcke berechnet. Nach dieser Maßnahme spiegeln Unterschied Noten von Null kein Lernen, während Unterschied Werte über Null Erlernen einer Angstreaktion zu reflektieren. Aber, um statistisch zu ermitteln Beibehaltung der kontextuellen Angst wie in Abbildung 3 a Student-t-Test wurde auf SCR-Werte zu berechnen die CS + und CS-at Frühe Extinction am Tag 2 als Funktion des Kontextes Manipulation (selben Kontext vs Context Umschalttaste als zwischen den Gruppen Analyse). C. Hardware System Description Die Duke University Dive System basiert auf dem Virtual Reality "CAVE" design 9 basiert. Die Dive System ist 3 mx 3 mx 3 m Raum, wo alle 6 "Mauern" (4 Wände, die Decke und den Boden) zeigen stereographische Computerbilder durch die Rückprojektion. Jede Wand hat einen DLP-Projektor (Christie Digital Mirage S +2 K, die bei 1056x1056 @ 110 Hz 10), die ihrerseits durch eine spezielle Render-Computer (Windows XP Dual-Core 2,0 GHz mit nVidia Quadro 3000FX-G-Grafikkarten) gesteuert wird. Eine Wand gleitet offenen Zugang in und aus der Dive ermöglichen. Die 6 render Computer werden von einem Leitrechner, dass die Tracking-System kommuniziert (Intersense IS-900 11) gesteuert wird, steuert das Sound-System, und sendet einen Impuls über den parallelen Anschluss der elektrischen Schock-System. Das Tracking-System bietet 3D-Position und Orientierung für die Teilnehmer Kopf und Hand-Positionen. Aktive stereographische Vision ist durch Flüssigkristall-Shutter-Brille (CrystalEyes 3 12) zur Verfügung gestellt. Die sieben Computern (6 machen Computer-und Master-Computer) auf das Bild Frame-Grenzen durch die Genlock (G-Sync) Funktion des nVidia-Grafikkarten synchronisiert. D. Software Beschreibung Die Angst, Klimaanlage und Retention Test Kontexte für dieses Experiment besteht aus zwei verschiedenen virtuellen Welten, durch die die Teilnehmer auf einer geführten Tour genommen werden. Die virtuellen Welten modelliert wurden mit der 3D-Modellierung Paket Maya 13. Die Navigation ist auf einen festen Weg, die identisch in allen virtuellen Welten ist begrenzt. Bewegung auf diesem Weg wird durch die Virtools 14 Software-System gesteuert. Virtools ist eine Game-Engine in erster Linie für einen Desktop-oder Web-basierte Erfahrung ausgelegt. Durch die VRPack Erweiterung der Virtools sind virtuelle Welten in den DIVE projiziert. Virtools kommuniziert mit dem Tracking-System durch die Virtual Reality Peripheral Network (VRPN 15), ein Open-Source-Bibliothek. VRPN registriert die Teilnehmer Kopf und Hand Lage und Orientierung sowie Tastendruck Informationen. Virtools nutzt das Head-Tracking-Informationen, um die 3D-Szene in der richtigen Perspektive für die Teilnehmer zu machen. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig1.jpg" alt="Abbildung 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 1"> Abbildung 1. Schematische Darstellung der Leitwarte (VisRoom) und der Tauchgang Würfel mit einem menschlichen Teilnehmer der Anzeige einer virtuellen Szene. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig2.jpg" alt="Abbildung 2" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 2"> Abbildung 2. Schematische Darstellung eines Teilnehmers mit Hautleitfähigkeit Elektroden auf der linken Mess-tonische und phasische Reaktionen auf Reize. Elektrostimulationsgerät Elektroden werden am rechten Handgelenk. BIOPAC sammelt physiologischen Daten über Acknowledge-Software auf dem Laptop-Computer. Codes werden über OSC von Desktop-Computer, auf dem Virtools Software erzeugt virtuelle Realität Skripte im DIVE projiziert geschickt. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig3.jpg" alt="Abbildung 3" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="Abbildung 3"> Abbildung 3. Vergleich von Angst Erwerb und Extinction in DIVE and Laboratory. Differential Hautleitfähigkeit (SCR) + / - SEM bei den Teilnehmern aufbereitet und erneut getestet 24 Stunden später in der Arbeitatory oder Virtual Reality (DIVE). Grafik veranschaulicht entspricht Angst Akquisition und Extinktion in die Teilnehmer in den DIVE-und Laborstudien. Gleichen Kontext (n = 12) Tests an Tag 2 in DIVE liefert robuster Angst Merkfähigkeit gegenüber Shifted Context (n = 14) von SCR auf CS + gemessen, in unserem Dive Teilnehmer aber nicht in unserem Labor Teilnehmer, * p = .05 .

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1. Ergebnisse Equivalent in-session Angst Akquisition und Extinktion in allen Gruppen gefunden wurde (Abbildung 3). Diese Daten zeigen, dass zuverlässige und informative Angstkonditionierung Studien innerhalb der Grenzen und Möglichkeiten einer voll immersiven Umgebung durchgeführt werden kann. Darüber hinaus haben wir auch zeigen, robust kontextuellen Angst Speicher im selben Kontext fürchten Retention Teilnehmer in den Tauchgang (Teilnehmer, die in diesem Zusammenhang für Tag 1 und 2, bezogen auf diejenigen, die einen Kontext zu verlagern erfahrenen blieb). Die Beibehaltung der Angst ist stärker in den DIVE als in einem herkömmlichen Labor abgestimmt Paradigma 16 beobachtet (siehe Abbildung 3). Mit der immersive VR-Setup kann man auch untersuchen und zu manipulieren reichen kontextuellen Umgebungen deklarative Gedächtnis Prozesse beim Menschen Sonde, anders als in der Laborsituation, wo realistische multimodel Kontext Manipulationen sind schwierig zu erreichen. Schließlich kann die VR-Welten leicht für die Verwendung in Verbindung mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) unter Verwendung von stereoskopischen VR Brille zu Gehirn-Aktivierungs-Analyse während der Codierung oder die Wiederbeschaffung von Angst Erwerb, Löschung und Rückfall führen portiert werden. Diese Methodik kann zur Überbrückung von Nagetieren und klinischen Befunden in Furcht und Angst eingesetzt werden. 2. Controlling Kontext und Stimulus Exposition in der virtuellen Realität. Ein großes Problem mit der Nutzung von VR für experimentelle Nutzung ist auch seine Stärke. Genauer gesagt, voll immersiven VR bietet die Komplexität, verwechselt, und die Freiheit der realen Welt. Zum Beispiel, im wirklichen Leben, Erfahrung Traumapatienten einen aversiven Reiz in einen Kontext für eine unbekannte Menge an Zeit. Die kontextuellen Exposition, Besonderheiten und anderen sensorischen Input, besucht waren auch nicht bekannt, oder nicht beweisbaren. Aus dem gleichen Grunde, wenn wir den Teilnehmern erlauben, sich frei in der virtuellen Umgebungen, würden wir nicht in der Lage sein, für Rahmen oder Anreiz Belichtungszeit oder die Dauer Konto. Zum Beispiel kann ein Teilnehmer sehr schnell gehen, und miss 3 von 4 CS + Präsentationen. Ein weiterer erkunden können nur ein Zimmer in der virtuellen Wohnung. Ebenso, wenn Stimulus Präsentation ist nicht in der Mitte des Bildschirms, wo Blick vor dem Start gerichtet ist angegeben, werden die Teilnehmer zu vermeiden oder miss CS-Präsentationen. Unsere Lösung für diese potenziellen verwirrt war, den Teilnehmern auf eine sitzende, Führung durch die jeweilige Umgebung mit einer Rate, die für eine bestimmte Interstimulus Intervall (ISI) und Reizdauer zulassen würde. Wir könnten dann extrahieren vergleichbar SCR Daten aus bestimmten Zeitpunkten und spezifische Standorte auf allen Teilnehmer (zB Antworten auf die CS +, USA, und CS-Stimuli). Die Schwierigkeiten nach dieser Entscheidung enthalten Finden eines Weges Form, Länge und Bewegung Rate, die nicht dazu führen würde Übelkeit oder propriozeptive Dissonanz an den Teilnehmer, und doch fühlen sich angemessen, natürliche Fortbewegung durch eine neue Umgebung zu imitieren. 3. Implementierung Standard Angstkonditionierung Parameter, um eine VR-System. Zur Simulation realistischer bedingten Reize Schlangen und Spinnen wurden nach wilden lebensechte Bilder entworfen. Die Schlangen und Spinnen wurden zuerst in Maya, eine Computer-Grafik 3D-Modellierung und Animation-Software-Paket und dann in die VR-System importiert modelliert. Wir taten dies, weil Virtools ist ein Virtual-Reality-Authoring-System, nicht eine Modellierung Anwendung. Es ist daher am besten verwendet, um ein VR-System laufen und fügen Sie die Interaktion und Navigation zu einer Szene. Insbesondere in Maya vier verschiedene Animationen für jeden CS-Typ erstellt wurden (zB eine Schlange, eine Spinne läuft über den Boden, eine Schlange Longieren uns mit offenem Mund) und dann in Virtools importiert. Vor dem Importieren der dynamischen Schlange und Spinne Modelle in Virtools von Maya, war ein Weg in Virtools geschaffen, um die Teilnehmer rund um die Umwelt in einem glatten kreisförmig so führen, wie die Probenahme der Umwelt im Laufe von 32 bedingten Reiz Präsentationen ermöglichen bei Angst Klimaanlage. Die Form des Pfades ist das gleiche für jede unserer drei virtuellen Welten. Der Weg wurde geschaffen, um für vier Sekunden für jeden Stimulus Präsentation zu stoppen, wurde die Interstimulus Intervall 11 + / - 4 Sekunden, in denen das Thema langsam war (zu leiten), durch die Umwelt. Dieses Intervall wurde von unseren bisherigen Angstkonditionierung Experimente im Labor 8, 16 bestimmt, weil es für die Erholung der Hautleitfähigkeit zwischen Reiz-Präsentationen erlaubt. Stimuli wurden dann auf dem Weg in den Punkten durch die Timing-Parameter angegeben ist. Dieses Setup erstellt spezifischen Reiz und Kontext Konjunktionen (z. B. eine Schlange glitt auf dem Esstisch, eine Spinne zu Fuß um das Sofa herum Bein), die später für die explizite Gedächtnis untersucht werden können. Stimuli Auftritte wurden pseudo-randomisiert durch die Skripte. Alle Reiz Präsentationen erschienen in der Mitte desFrontscheibe, den Teilnehmer von mit für die Anregung suchen zu verhindern. Dies hat uns mit einer kontrollierten Menge an Reiz Belichtungszeit, und einen definierten Kontext Lage. Eine Einschränkung der Sicht nach vorn ist, dass es nicht nutzen die volle Leistungsfähigkeit des immersiven System (z. B. Schlangen können nicht in den Raum hinter der Teilnehmer). Darüber hinaus wurden Anregungen sorgfältig außerhalb einer Grenze Kasten um den Teilnehmern Stelle platziert, so dass die Schlangen und Spinnen nie angetastet die Teilnehmer persönlichen Raum. 4. Sicht-und Head-Tracking. Der Winkel der Tauchgang war so eingestellt, dass aus einer sitzenden Position des Teilnehmers eine korrekte Fahrtrichtung Winkel hatte. Diese für die Schwankungen in der Höhe zwischen den Teilnehmern gesteuert und minimiert Bewegungsartefakte auf unserer physiologischen Aufzeichnungen. Die Teilnehmer wurden angewiesen, um nach vorne zeigen und bewegen so wenig wie möglich, dies auch für die Teilnehmer waren auf der Suche kontrolliert, und daher beibehalten konsequente Reiz und Kontext Exposition zwischen den Teilnehmern. Wir entschieden uns, auf einem Head-Tracking-Gerät in der 3D-Brille von den Teilnehmern getragen werden, um sicherzustellen, dass sie sehen, die Szene mit der richtigen Perspektive ab. Wenn Head-Tracking nicht für, Kopfbewegung nach links oder rechts wäre nicht richtig zu verschließen, wie die Objekte in der Welt erschienen (z. B. Objekte würden auf den Bildschirmen in den DIVE verbogen zu sein scheint als Teilnehmer gingen durch) gewählt worden. Mit Head-Tracking gewählt für, konnten wir sicher sein, dass Funktionen in der Umgebung ihrer normalen Proportionen beibehalten wurden, auch korrekt auf jeder der sechs Wände des Tauchgangs für die Dauer des Experiments. 5. Data Collection. In unserer Standard-Labor-Version von Angstkonditionierung 8, 16 war Stimulus Präsentation von Computer-Skript in der Presentation Software programmiert gesteuert. Um die Konsistenz zwischen dem Labor und der virtuellen Umgebung zu erhalten, importierten wir unsere Standard-Angst Akquisition und Extinktion Skripte in Code-Format an den Steuerrechner in der Leitwarte, dass die DIVE-Cube-Hosts (siehe Abbildung 1). Der Parallelport-Code wurde eingestellt, um eine generierte Liste von numerischen Codes zu senden, um verschiedene Veranstaltungen, wie Präsentationen der Schlange, Spinne, und elektrische Stimulation Onsets Signal. In unserem Entwurf, sendet Virtools ein Open Sound Control Message (OSC 17) OSC / UDP-Nachricht an eine eigene C + +-Programm, das die parallele Schnittstelle Wert legt. Unsere C + +-Programm verwendet die OSCpack 18 Bibliothek. Die BIOPAC digitalen Eingang mit dem Computer parallel Port angeschlossen ist. SCR-Daten auf dem Laptop-Computer aus BIOPAC über die parallele Schnittstelle gesammelt, dann normalisiert, und berechnet, um CS + / CS-und US-Onset innerhalb bestimmter Parameter (siehe oben für Details). Neben dem Rendern der Szene und die Steuerung der Navigation ist Virtools auch verwendet, um User-Events (Tastendrücke) anmelden. Zusammenfassend während eines Experiments, werden Nachrichten aus dem Master-Computer mit dem BIOPAC System über die parallele Schnittstelle gesendet. Da Virtools können nicht mit der parallelen Schnittstelle kommunizieren direkt mit dem Computer eine kleine C + +-Programm wartet auf eine OSC-Nachricht von Virtools und sendet es an die parallele Schnittstelle.

Erratum: Human Fear Conditioning Conducted in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality

menschliche angstkonditionierung in full immersion 3-dimensional virtual reality geleitete

Human Fear Conditioning Conducted in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality 

Angstkonditionierung ist ein weit verbreitetes Paradigma in nicht-menschliches Tier Forschung, um die neuronalen Mechanismen, die Furcht und Angst zu untersuchen. Eine große Herausforderung bei der Durchführung von Klimaanlagen Studien am Menschen ist die Fähigkeit, stark zu manipulieren oder zu simulieren die ökologischen Rahmenbedingungen, die mit konditionierten emotionalen Verhaltensweisen verbunden sind. In dieser Hinsicht ist der virtuellen Realität (VR)-Technologie ein vielversprechendes Werkzeug. Doch die Anpassung dieser Technologie an experimentellen Bedingungen zu erfüllen erfordert spezielle Unterkünfte. Hier haben wir befassen uns methodischen Fragen bei der Durchführung beteiligt Angstkonditionierung in eine voll immersive 6-Seiten-VR-Umgebung und Gegenwart Angstkonditionierung Daten. In der realen Welt auftreten traumatische Ereignisse in komplexen Umgebungen, die sich aus vielen Hinweise gemacht werden, die Einbeziehung aller unserer sensorischen Modalitäten. Beispielsweise enthalten Hinweise, dass die Umwelt-Konfiguration bilden nicht nur visuelle Elemente, sondern akustische, olfaktorische und haptische sogar. In Studien an Nagern von Angstkonditionierung Tiere sind komplett in einem Kontext, der reich mit neuartigen visuellen, taktilen und olfaktorischen Signale eingetaucht ist. Allerdings sind Standard-Labortests von Angstkonditionierung beim Menschen in der Regel in einem unscheinbaren Raum vor eine Wohnung oder ein 2D-Bildschirm durchgeführt und nicht replizieren die Komplexität der realen Welt Erfahrungen. Auf der anderen Seite, ist eine große Einschränkung der klinischen Studien zu reduzieren (Löschen) Angst und verhindert Rückfall in Angststörungen ausgerichtet, dass die Behandlung erfolgt nach Teilnehmer die Angst vor einer unkontrollierten und weitgehend unbekannten Kontext erworben haben. So ist die Experimentatoren keine Auskunft über die Dauer der Exposition, die wahre Natur des Reizes, und die damit verbundenen Hintergrund Cues in die Umwelt 1 übrig. In Ermangelung dieser Informationen kann es schwierig sein, wirklich löschen zu befürchten, dass sowohl Cue-und kontext-abhängig ist. Virtual Reality-Umgebungen diese Probleme anzugehen, indem sie die Komplexität der realen Welt, und zur gleichen Zeit ermöglicht Experimentatoren zu befürchten, Konditionierung und vom Aussterben Parameter einschränken, um empirische Daten, dass bessere Behandlungsmöglichkeiten und / suggerieren oder zu analysieren mechanistische Hypothesen liefern. Um die Hypothese, dass Angstkonditionierung reich codiert werden und kontextspezifisch, wenn in einem voll immersiven Umgebung durchgeführten Test haben wir verschiedene Virtual-Reality-3-D Kontexte, in denen die Teilnehmer erfahren Angstkonditionierung virtuelle Schlangen oder Spinnen. Akustische Signale mit dem CS Zusammenarbeit stattgefunden, um weitere evozieren Orientierungsreaktionen und ein Gefühl von &quot;Präsenz&quot; in den Fächern 2. Die Hautleitfähigkeit diente als abhängige Messung der Angst Erwerb, Merkfähigkeit und vom Aussterben bedroht.

Klassische Angstkonditionierung Paradigma wurde für den menschlichen Teilnehmer in eine voll immersive Virtual Reality Umgebung angepasst. Mit einer Diskriminierung Paradigma, konditionierte Angst, Cue und Kontext Merkfähigkeit und Extinktion wurde mit Hautleitfähigkeit als Reaktion auf dynamische virtuelle Schlangen und Spinnen (die konditionierte Reize) in zwei verschiedenen virtuellen Kontexten gemessen.

Menschliche Angstkonditionierung in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality Geleitete

Die Angstkonditionierung ist ein weit verbreitetes Paradigma in der Forschung an nicht-menschlichen Tieren, um die den Angst- und Beklemmungszuständen zugrunde liegenden neuralen Mechanismen zu untersuchen. Ein wesentliches ...

Dieses Video demonstriert die Verwendung der immersiven virtuellen Umgebung DIVE der Duke University, um lebensechte Daten zur konditionierten Angstreaktion beim Menschen zu gewinnen. Virtuelle Welten werden mit entsprechender Software erstellt, und Code wird generiert, um Reize präsentieren zu können. Die Versuchsperson wird mit Elektroden zur Ableitung der Hautleitfähigkeit und zur Stimulation am Handgelenk ausgestattet sowie zur Durchführung von Tastendrücken innerhalb der virtuellen Realitätsszenerie.Die Hautleitfähigkeitsreaktion und Daten zu Tastendrücken werden anschließend erfasst, während dynamische Reize im DIVE präsentiert werden. Die physiologischen Daten und Erwartungsmaße werden analysiert, um die Angstakquisition, die Angstextinktion sowie die Angstspeicherung gegenüber konditionierten Reizen oder Kontexten zu demonstrieren. Hallo, ich bin Kevin Lebar. Ich bin Professor am Zentrum für Kognitive Neurowissenschaften an der Duke University.Ich bin Rachel Brady, Leiterin der Duke Immersive Virtual Environment. Hallo, ich heiße Nicole Huff. Ich bin wissenschaftliche Mitarbeiterin im Labor von Dr. Lamar.Hallo, mein Name ist David Zelensky von der Visualisierungs-Technologiegruppe. Heute zeigen wir Ihnen ein Verfahren zur Durchführung von menschlichen Angstkonditionierungsexperimenten unter Verwendung einer vollständig immersiven dreidimensionalen Virtual-Reality-Umgebung. Wir verwenden dieses Verfahren, um den Einfluss des Kontextes auf die Angstakquisition und die Erhaltung von Erinnerungen zu untersuchen.Beginnen wir also. Um den Einfluss des Kontextes auf die Angstentstehung und -speicherung zu untersuchen, werden menschliche Probanden in einer vollständig immersiven virtuellen Umgebung, bekannt als Duke's Immersive Virtual Environment, dynamischen konditionierten Reizen ausgesetzt. Das DIVE-System besteht aus einem Raum von drei Metern Länge, drei Metern Breite und drei Metern Höhe, in dem alle vier Wände, die Decke und der Boden stereoskopische Computerbilder durch Rear-Projection anzeigen.Jede Wand verfügt über einen eigenen DLP-Projektor, der wiederum von einem dedizierten Computer gesteuert wird. Eine der Wände gleitet zur Seite, um den Zugang zum und aus dem DIVE zu ermöglichen; ein Trackingsystem liefert 3D-Positions- und Orientierungsinformationen für Kopf und Hände des Teilnehmers. Die aktive Stereosicht wird durch von den Teilnehmern getragene Flüssigkristall-Blendschalterbrillen bereitgestellt.Die sechs wandmontierten Computer werden von einem Hauptrechner gesteuert, der mit dem Trackingsystem kommuniziert, das Soundsystem steuert und ein elektrisches Schocksystem steuert, das für die konditionierte Bestrafung verwendet wird. Die sieben Computer sind über die Genlock-Funktion ihrer NVIDIA-Grafikkarten an den Bildrahmengrenzen synchronisiert. Die Navigation durch die virtuelle Umgebung ist auf einen festen Pfad beschränkt, der in allen virtuellen Welten identisch ist. Bewegung.Dieser Pfad wird über das virtuelle Software-System gesteuert. VIRs kommuniziert mit dem Trackingsystem über das Virtual-Reality-Peripherie-Netzwerk und eine Open-Source-Bibliothek. VRPM erfasst die Position und Ausrichtung des Kopfes und der Hände des Teilnehmers sowie Informationen zu Tastendrücken.OLS verwendet die Kopfverfolgungsinformationen, um die 3D-Szene aus der korrekten Perspektive für den Teilnehmer darzustellen. Nun sehen wir uns an, wie man einen Teilnehmer für ein faires Konditionierungsexperiment innerhalb des DIVE-Systems vorbereitet. Während fairer Konditionierungsexperimente begegnen den Teilnehmern im DIVE dynamische Konditionierungsreize, bestehend aus Schlangen und Spinnen, kombiniert mit elektrischer Handgelenkstimulation. Bevor die Konditionierungsprozedur beginnt, weisen Sie zunächst jedem Teilnehmer zufällig eine bestimmte Bedingung zu, und zwar den CS-plus-Reiz, der für alle Teilnehmer entweder aus Schlangenbildern oder aus Spinnenbildern besteht.Der unkonditionierte Reiz, der mit dem CS-plus-Reiz gepaart wird, besteht bei jedem Teilnehmer aus einer elektrischen Stimulation des Handgelenks. Der Reiz, der nicht als CS plus ausgewählt wurde, dient als Kontrolle und wird als CS-minus-Reiz bezeichnet. Weisen Sie dem Teilnehmer nun zufällig einen bestimmten virtuellen Kontext zu, in dem er oder sie die Reize wahrnehmen wird.Ein möglicher virtueller Realitätskontext besteht aus einer Innenraumumgebung, der andere Kontext aus einer Außenraumumgebung, um die elektrische Stimulation einzurichten, die mit dem CS-plus-Reiz gekoppelt wird. Tragen Sie eine geringe Menge leitfähiges Gel auf die Elektroden auf und befestigen Sie eine bipolare Oberflächenstimulationselektrode über dem Nervus medianus am dominanten Handgelenk des Teilnehmers. Sichern Sie die Elektrodenkabel mit einem Gummiband und schließen Sie sie an einen Grass Tele Factor SD9-Stimulator an. Um nun die geeignete Stimulationsspannung zu finden, beginnen Sie mit einer niedrigen Spannungseinstellung von 30 Volt und stimulieren Sie für 200 Millisekunden.Bei 30 bis 50 Hertz wird die Spannung in Fünf-Volt-Schritten erhöht, bis die Versuchsperson angibt, dass ihre Toleranzgrenze erreicht ist, ohne Schmerz zu verursachen. Das Ziel besteht darin, eine Einstellung zu finden, die als äußerst störend, aber nicht schmerzhaft empfunden wird. Das abhängige Maß für Angst bei menschlichen Versuchspersonen während dieses Experiments ist die Hautleitfähigskeitsreaktion.Die Teilnehmer sollten zunächst ihre Hände waschen und trocknen und mindestens 10 Minuten warten, um sich an die Temperatur des Gebäudes zu gewöhnen. Vor dem Anbringen der SCR-Elektroden sollten die Mittelglieder des ersten und zweiten Fingers der nicht-dominanten Hand mit einem neuen Peeling behandelt, trocken abgewischt und anschließend eine kleine Menge Cigna leitfähigen Gels in die Elektrode aufgetragen werden. Befestigen Sie nun zur Messung der SCR silberne Silberchlorid-Elektrodenscheiben an den Mittelgliedern des ersten und zweiten Fingers der nicht-dominanten Hand.Die Ableitungen führen zu einem BioPack-Physiologieaufzeichnungssystem, das sich direkt außerhalb des DIVE im Kontrollraum befindet. Das Biosystem synchronisiert sich mit der Reizpräsentation, dem Computer, auf dem die T'S-Software läuft, sowie mit dem elektrischen Stimulator und dem SCR-Elektrodenset, das am Sitz angebracht ist. Der Teilnehmer sitzt in der Mitte des DIVE und blickt nach vorne; auf dem dominanten Auge trägt er eine 3D-Brille mit Kopfverfolgung, in dessen Hand sich das Gerät befindet, das die Tastendruckantworten des Teilnehmers aufzeichnet, wenn dieser auf eine Schlange oder eine Spinne trifft.Informieren Sie nun den Teilnehmer darüber, dass seine Aufgabe darin besteht, mit einem Tastendruck auf dem Zeigestab anzugeben, wie wahrscheinlich er einschätzt, bei Begegnung mit einer Schlange oder Spinne eine elektrische Stimulation zu erhalten. Die Tasten sind von links nach rechts angeordnet, wobei die linke Taste die geringste Wahrscheinlichkeit der Stimulation bedeutet. Erinnern Sie ihn daran, dass der Tastendruck das Auftreten der elektrischen Stimulation nicht beeinflusst. Sehen wir uns nun die fairen Konditionierungsexperimente an.Das Konditionierungsexperiment mit gereizter Angst wird über zwei Sitzungen durchgeführt, die 24 Stunden auseinanderliegen. Die erste Sitzung umfasst eine anfängliche Habituationphase, der unmittelbar die Angstakquisitionsphase folgt. Die zweite Sitzung umfasst während der anfänglichen Habituationphase die Gedächtnisbildung, Retention, Testung und Extinktionstraining.Stellen Sie dem Teilnehmer vier Durchgänge jedes CS-Typs vor, die im 3D-Vollimmersionsmodus auf einem neutralen Hintergrund dargestellt werden, jedoch ohne Verstärkung oder die virtuelle Umgebung, in der das Training oder der Test durchgeführt wird. In jedem Durchgang erscheint der Reiz vier Sekunden lang und gleichzeitig mit einem Rassel- oder Klopfgeräusch, das das Auftauchen einer Schlange oder Spinne signalisiert. Diese Phase dient der Gewöhnung an das experimentelle Umfeld in der DIVE und der Reduktion orientierender Reaktionen auf die konditionierten Reize. Unmittelbar nach der Habituation beginnen Sie mit der Angstakquisitionphase.Präsentieren Sie 16 Durchmischungsversuche jedes CS-Typs, bei denen der CS minus allein präsentiert wird, und verstärken Sie etwa 24 Stunden später fünf der 16 CS-plus-Versuche mit elektrischer Stimulation. Beginnen Sie die zweite Sitzung. In dieser Phase präsentieren Sie dem Teilnehmer 16 Versuche des H-Cs-Typs ohne elektrische Stimulation in einem virtuellen Kontext, der je nach ursprünglicher Gruppenzuteilung des Teilnehmers entweder identisch mit oder unterschiedlich zum Angstlernkontext ist.Die Aufgabe und die Anweisungen für den Teilnehmer sind dieselben wie in der zweiten Sitzung. Nun zeigen wir einige Ergebnisse aus Konditionierungsexperimenten zur Gerechtigkeit im DIVE-Äquivalent innerhalb der Sitzung. Eine faire Akquisition und Extinktion über die Gruppen hinweg wurde gefunden, was darauf hindeutet, dass zuverlässige und aussagekräftige Studien zur Angstkonditionierung innerhalb der Grenzen und Möglichkeiten einer vollständig immersiven Umgebung durchgeführt werden können. Darüber hinaus zeigte sich bei Teilnehmern, die über die Tage eins und zwei des Experiments im selben Kontext blieben, ein robuster kontextueller Angstgedächtnis im Vergleich zu denen, die einen Kontextwechsel erlebten.Die Aufrechterhaltung der Angst ist im DIVE stärker ausgeprägt als in einem herkömmlichen, vergleichbaren Laborexperiment. Wir haben Ihnen soeben gezeigt, wie man menschliche Angstkonditionierungsexperimente unter Verwendung vollständig immersiver virtueller Realität durchführt. Diese Technologie eignet sich zur Untersuchung kontextueller Einflüsse auf die Angstspeicherung.Und denken Sie daran, dass es bei der Durchführung dieser Experimente wichtig ist, die Fähigkeiten der virtuellen Realität einzuschränken, um interpretierbare Daten zu erzeugen. Beispielsweise sollten Sie steuern, wie stark sich ein Teilnehmer bewegt, sowie die Platzierung und Dauer der Reize. Das war's also.Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg bei Ihren Experimenten.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowissenschaften

Eine Methodik, die neuronalen Mechanismen, die bewusst und unbewusst Gedächtnisprozesse Unterstützung während Angstkonditionierung untersuchen beschrieben. Diese Methode überwacht Blood Oxygen Level Dependent (BOLD) funktioneller Kernspintomographie, Hautleitfähigkeit und unbedingten Reiz Lebenserwartung bei Pawlowschen Angstkonditionierung um die neuronalen Korrelate von unterschiedlichen Speicher-Prozesse zu beurteilen.

Die Erforschung der neuronalen Mechanismen der Aware und Unkenntnis Angst Speicher mit fMRI

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Extinction Training Während der Rückverfestigung Fenster Verhindert Recovery-of Fear

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