Abstract
Rädsla för vissa hot och oro osäkert hot är distinkta känslor med unika beteendemässiga, kognitiva-attentional och neuroanatomiska komponenter. Kan studeras både oro och rädsla i laboratoriet genom att mäta förstärkning av den spritta reflex. Den spritta reflex är en defensiv reflex som potentieras när en organism hotas och behovet av försvar är höga. Den skrämselreflex bedöms via elektromyografi (EMG) i orbicularis oculi muskeln framkallas av korta, intensiva, skurar av akustisk vitt brus (dvs "skrämma sonder"). Startle potentiering beräknas som ökningen i skrämselreaktion magnitud under presentation av uppsättningar av visuella hot cues som signalerar leverans av mild elektrisk chock relativt uppsättningar matchade signaler som signalerar frånvaron av chock (inga-hot cues). I Threat Sannolikhet Task, är rädslan mäts via spritta förstärkning till hög sannolikhet (100% cue-kontingenten chock; VISSAn) hot cues medan ångest mäts via spritta förstärkning till låg sannolikhet (20% cue-kontingenten chock, osäkra) hot cues. Mätning av spritta potentiering under hot Sannolikhet Task ger en objektiv och enkelt implementeras alternativ till bedömning av negativ inverkan via självrapport eller andra metoder (t.ex. neuroimaging) som kan vara olämpligt eller opraktiskt för vissa forskare. Spritta förstärkning har studerats noggrant i både djur (t.ex.., Gnagare, icke-humana primater) och människor som underlättar djur till människa translationell forskning. Spritta förstärkning under säkra och osäkra hot ger ett objektivt mått på negativa känslo och tydliga känslotillstånd (rädsla, ångest) att använda i forskning om psykopatologi, missbruk / missbruk och i stort sett i affektiv vetenskap. Som sådan har den använts i stor utsträckning av kliniska forskare som är intresserade av psykopatologi etiologi och affektiva forskare som är intresserade av fysisk persondubbla skillnader i känslor.
Introduction
Det övergripande målet för hot Sannolikhet uppgift är att experimentellt reda ut uttrycket av ångest som svar på låg sannolikhet (dvs osäkra) hot från rädsla som svar på hög sannolikhet (dvs. vissa) hot. Osäkerhet uppstår när någon aspekt av ett hot är dåligt definierad. Även ångest kan beskrivas på många olika sätt, förvärras svar på låg sannolikhet eller på annat sätt osäkra negativa händelser är ett särskiljande kliniska symtom på ångest 1,2. Dessutom ökad ångest relaterade fysiologiska svara under osäkra hot om chock kontra rädsla relaterade fysiologiska svara under vissa hot om chock i laboratorieuppgifter kan ge en fysiologisk markör för ångest 3. Dämpande av ångest för osäkra hot specifikt kan vara en kritisk komponent i stress dämpande egenskaper droger som alkohol 4-7. Ökad oro under uncertain hot kan markera en neuroadaptation i hjärnans stressen kretsar efter kronisk användning av narkotika 4,8. Således tillhandahåller Threat Sannolikhet Task ett objektivt mått på negativa affektiva och distinkta emotionella tillstånd (ångest, rädsla) att använda i forskning om psykopatologi, missbruk / missbruk och affektiva vetenskap. Som sådan, kan det vara ett kraftfullt verktyg som kan användas av kliniska och affektiva forskare intresserade av psykopatologi etiologi och individuella skillnader i känslor.
Traditionella metoder som används för att studera känslor hos människor
Affektiva forskare har använt ett flertal åtgärder och paradigm för att studera mänskliga känslor 9 men de flesta av dessa inte ge den nödvändiga precisionen finns i hot Sannolikhet Uppgift att tolka ångest från andra negativa känslor som rädsla. Till exempel är självrapport som vanligen används, men det kan lida av efterfrågan egenskaper och andra former av svarsbias. Deltagarna får inte vara able för att kunna skilja mellan olika ångest och rädsla, och anslutningen av sin rapport till bakomliggande neurobiologiska mekanismer är distal i bästa fall. Vidare måste självrapport ofta utföras i efterhand eftersom processen för introspektion och rapporten annars förändra deltagarnas erfarenheter av affektiva stimuli. Naturligtvis lider retrospektiv rapport från minnet störning och försämring. Psychophysiologists mäter ofta känslor under en affekt manipulation som innebär presentation av känslomässigt suggestiva bilder 10. Denna bild visar uppgift är väl validerad, påverkas mindre av bristerna i självrapport, och har resulterat i många viktiga insikter om individuella skillnader i affektiv respons och deras bidrag till psykopatologi 11,12. Men bara bred negativ inverkan mäts under bildvisning uppgift som inte tillåter för studier av olika negativa känslor som ångest och rädsla which kan mätas med Threat Sannolikhet Task. Affektiva neuroforskare mäter ofta funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) under uppgifter som framkallar negativa påverkar men dessa metoder kan vara för dyrt för många forskare. Dessutom är de rumsliga och tidsmässiga resolutioner av fMRI metoder som för närvarande begränsad, vilket gör det svårt för fMRI att särskilja neurologiska strukturer tros vara associerade med ångest jämfört med andra känslor. Ännu viktigare, en väldefinierad fMRI index för varje typ av negativ inverkan har ännu inte fastställts.
Translationell forskning med djur med hjälp av reaktion på plötsliga
Hotet Sannolikhet Task är modellerad efter grundforskning med djur som gav det första exemplet på den precision som behövs för att särskilja ångest från rädsla. Neuroforskare har använt noggrant kontrollerade lesion studier med gnagare för att modellera ångest och rädsla med hjälp av differential svar på osäkra och certai cued hot för elektriska stötar. Detta arbete har klar viktiga skillnader i ångestrelaterade reaktioner på låg sannolikhet, tvetydigt definierade, distalt eller på annat sätt osäker chock kontra rädsla relaterade reaktioner på högst troligt, tydligt definierade, hängande viss chock 13. Osäkra hot framkallar frysning och hyper vaksamhet hos djur, medan vissa hot framkallar aktivt undvikande, defensiv attack, eller både och 14. Nära förestående, vissa hot fokusera på hotet i sig, medan distala, tidsmässigt osäkra hot uppmuntra distribueras uppmärksamma den totala miljön 15 - 17. Svar på tidsmässigt osäkra hot tycks upprätthållas, medan svar på vissa hot är phasic och tids låst till hotet 13. I relaterat arbete, har lesion studier visat att svaret på osäkra hot selektivt förmedlas av kortikotropin-frisättande faktor och noradrenalin vägar genom den lateralauppdelningar av den centrala kärnan i amygdala och sängen kärnan i stria termin 18. Mycket av detta arbete använder förstärkning av den akustiska reaktion på plötsliga ljud som primär beroende åtgärd 13, vilket är samma beroende mått som används i Threat Sannolikhet Task. De neurobiologiska substrat för reaktion på plötsliga kretsen har studerats med upptäckten av tydliga kopplingar till de hjärnstrukturer som är verksamma på svar på osäkra och vissa hot 19,20. Den reaktion på plötsliga ljud kan bedömas på många arter som ger ett kraftfullt translationell verktyg för att studera känslor. Den skrämselreaktion hos människor uppträder reflexmässigt som svar på en plötslig och intensiv auditiv stimulus. Startle är oftast mätt i människor av placeringen av elektromyografi (EMG) elektroder på orbicularis oculi (lock stängning) muskel i ögat. Skrämma relaterad EMG-aktivitet potentieras när en organism presenteras med en hotande stimuloss som en förestående elektrisk stöt i förhållande till icke-hotande stimuli 19.
No-chock, förutsägbar-chock, Oförutsägbar-chock (NPU) uppgift och hot osäkerhet
Hotet Sannolikhet Task inspirerades av Grillon och kollegor när dessa forskare introducerade användandet av spritta potentiering att studera ångest och rädsla hos människor med No-chock, förutsägbar-chock, Oförutsägbar-chock (NPU) uppgift 21. I Förutsägbar skick NPU uppgiften, chocker är 100 procent cue-kontingenten och inträffar vid en konsekvent, känd tid (slutet på kort cue presentation). I Oförutsägbar skick NPU uppgiften, chocker är helt oförutsägbar. Patienter med posttraumatisk stress och panikångest uppvisar selektivt ökad skrämsel potentiering under oförutsägbara men inte förutsägbar chock i NPU uppgiften 22,23. I annat arbete, läkemedel ordineras för behandling av ångest har en större effekt på skrämma potentiatipå under oförutsägbara chock än under förutsägbar chock i NPU uppgiften 24. I forskning om ångestdämpande effekterna av alkohol, använt Moberg och Curtin 4 NPU uppgift att visa att en måttlig dos av alkohol minskar selektivt skrämma potentiering under hot om oförutsägbara men inte förutsägbar chock. Osäkerheten är mångfacetterat och chocker i den oförutsägbara skick NPU uppgiften är osäker när det gäller både om de ska inträffa (sannolikhet osäkerhet) och när de inträffar (tids osäkerhet). Många teorier tyder på att NÄR dimensionen av osäkerhet är avgörande för att producera ångest 19. Dock tyder data från Curtin et al. 5 en gemensam mekanism för framkallande av ångest över olika typer av osäkerhet. Hotet Sannolikhet uppgiften beskrivs här manipulerar osäkerhet om IF en chock inträffar medan du håller alla andra dimensioner av osäkerhet konstant vilket gör klartvilken aspekt av osäkerhet är ansvarig för effekterna uppgiften innebär. Uppgifter som använder skrämsel förstärkning till cued hotet är flexibla och kan även modifieras med affektiva forskare att manipulera osäkerhet om var chocker kommer att ske 25 och hur illa de kommer att vara 7,26. Av alla dessa uppgifter, är hot Sannolikhet Task en av de lättaste att tolka på grund av sitt fokus på en dimension av osäkerhet och enklaste att genomföra på grund av dess införande av endast två hot osäkerhets varianter (låg sannolikhet och hög sannolikhet chock).
Hotet Sannolikhets Task
I Threat Sannolikhet Task, har deltagaren sitter ca 1,5 m från ett katodstrålerör (CRT) skärm. Threat ledtrådar visas på skärmen under 5 sekunder vardera med en varierande varaktighet ITI (intervall = 15-20 sek). Threat cues är uppdelade i grupper av två stöt hot förhållanden och en no-för hot (se
Hotet Sannolikhet uppgiften har använts för att visa att låg sannolikhet (osäker) chock i sig är tillräcklig för att framkalla ångest och möjliggöra bedömning av de ångestdämpande effekterna av alkohol
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Den lokala etiska kommittén har godkänt följande förfarande och alla deltagare som har deltagit i detta förfarande har gett informerat samtycke. För ytterligare detaljer i psykofysiologisk mätning och stimulans presentation se 30,27.
1 Elektromyografi (EMG) Inspelning Förberedelse
- Be deltagaren att tvätta ansiktet med tvål, med särskild hänsyn till målet sensor platser, som ligger under ena ögat och i mitten av deltagarens panna (se figur 2).
- Seat deltagaren i en bekväm upprätt stol i försökskammaren.
- Förbered deltagarens huden för EMG mätning.
- Rengör mål sensor platser med en spritsudd.
- Rengör samma platser med en grynig exfoliera gel med en liten kompress för att ytterligare ta bort smuts eller döda hudceller som kan hindra mätningen of den elektromyografisk aktivitet.
- Förbered och bifoga EMG elektroder.
- Fyll alla silver-silverklorid (Ag-AgCl) sensor koppar med ledande gel med hjälp av en spruta och trubbig nål.
- Bifoga ett stort (t.ex. 8 mm) Ag-AgCl-sensor till mitten av deltagarens pannan med en självhäftande krage.
- Fäst två ytterligare små (t.ex. 4 mm) Ag-AgCl sensorer under deltagarens ögon med hjälp självhäftande kragar. Placera den första av dessa små sensorer i linje med eleven vid framåt blick och den andra sensorn 1-2 cm i sidled till den första (figur 2, se även 27). Låt inte de självhäftande kragar att överlappa eftersom detta kan öka rörelse artefakt. Förhindra gel spill för att undvika att bilda en gel bro mellan de båda sensorerna nedanför ögat som detta kommer att orsaka ström att flyta genom bron och försämrar mätning av EMG-aktivitet.
- Starta EMG förvärvet programvara på tHan fysiologi dator och be deltagaren att blinka några gånger för att kontrollera att EMG svar spelas in på rätt sätt och att ögat blinkar kan observeras på displayen av datainsamlingsprogram (se figur 3A för ett exempel på EMG-aktivitet associerad med en blinkar).
- Kontrollera impedansen för varje sensor.
OBS: Många laboratorier kräver impedanser under 10 kW (eller mer konservativt, 5 kohm) men verkliga acceptabla gränsvärden för uppmätta impedansnivåerna beror på många variabler som experimentell design, förstärkare design och praktiska hinder med avseende på tid som behövs för att minska impedanser och deltagaren befolkningen. Oavsett, höga impedanser öka känsligheten av EMG-signalen till elektrisk artefakt, som kan vara problematiska (60 Hz brus; se figur 3B). - Placera hörlurarna på deltagarens huvud.
2. Baseline Mätning av Genrala startle Reaktivitet
OBS: Denna bedömning är även att ytterligare vänja den reaktion på plötsliga ljud innan de tre tillvänjnings sonder levereras precis innan uppgiften börjar 31. Inklusive allmän skrämsel reaktivitet som kovariat i statistisk analys av spritta förstärkning ökar statistisk styrka för att upptäcka inom och mellan deltagande effekter. Allmän spritta reaktivitet kan också spegla en intressant individuell skillnad mått 12,32.
- Be deltagaren att få bekväm innan baslinjen uppgiften och att vara så stilla som möjligt under hela uppgiften med fötterna platt på golvet. Deltagare rörelse får införa artefakt i EMG-signalen (se Figur 3C).
- Påminn den deltagare som de kan avbryta sin medverkan när som helst under experimentet. Övervaka deltagaren med hjälp av video och ljud foder från den experimentella kammaren under bådebaslinjen bedömning och huvuduppgift.
- Spara EMG-signalen med förvärvs programvara på fysiologi datorn och starta den stimulans presentationsprogram på stimulans styrdatorn.
- Presentera deltagaren med ett antal färgade rutor som kommer att användas i huvuduppgift, men har ännu inte parats ihop med elektriska stötar. Nuvarande skrämma sonder under en delmängd av dessa signaler och intervallet mellan ledtrådar. Tidsparametrar för cue varaktighet, intervall mellan signaler och skrämma sonder ska matcha parametrar från den huvudsakliga uppgiften. Tillförlitlig mätning av allmän skrämsel reaktivitet kräver presentation av åtminstone fyra prober. Denna baslinje uppgift tar ca 5 minuter att slutföra.
- Genomsnittlig ihop deltagarens maximala EMG spritta svar på varje skrämma sond i förfarandet baslinjen för att producera ett värde som kommer att fungera som det deltagarens allmänna skrämsel reaktivitet (se steg från 6,1 till 6,6 för hur man behandla EMG-data). Includeallmänna skrämsel reaktivitet som tillsats eller interaktiv kovariat i statistiska modeller som involverar skrämma förstärkning (se steg 6.8).
3 Stöttolerans utvärderingströskeln
- Fäst två stöt elektroder med standard medicinsk tejp till deltagarens hand (t.ex. distala falanger index och ringfinger i handen) 33 - 35.
- Presentera deltagaren med en rad alltmer intensiva elchocker. Efter varje chock administreras, be deltagaren att betygsätta hur aversive de hittade chocken på en 100-gradig skala. Be dem att använda en rating på 0 om de inte kan känna en chock alls, en rating på 50 för den första nivån av chock som de anser vara obekväma, och en rating på 100 för den högsta nivån av chock att de tål.
- Instruera deltagaren att det är viktigt att noggrant rapportera den högsta chock de tål. Deltagaren ska inte be informeras om att deras rapport kommer att påverka den verkliga chocker de får eftersom det kan leda till partiskhet i sin rapport.
- Stoppa chocktolerans bedömning när deltagaren kurser en chock som 100 Spela chocken nivå och administrera stötar på denna nivå i Threat Sannolikhet Task kontrollera för individuella skillnader i chockkänslighet.
OBS: Elektriska chocker administreras till varje deltagares subjektiva högsta tröskelvärde chocktolerans. Men lägre intensitet chocker används också 21. Oavsett, är det viktigt att det stötintensiteten väljs är tillräcklig för att framkalla ett robust negativ affektiva svar och associerade skrämsel potentiering från alla deltagare.
4. Threat Sannolikhet Task
- Ge deltagaren en täckmantel som uppmuntrar uppmärksamhet i hela uppgiften.
OBS: Vissa deltagare kan ha svårt att behålla uppmärksamheten landet överut den Threat Sannolikhet Task. Ett exempel på en täckmantel som forskare kan berätta deltagarna för att uppmuntra uppmärksamhet i denna uppgift är att berätta den deltagare som forskarna är intresserade av att mäta deltagarens förmåga att uppmärksamma med tiden under en enkel, repetitiv visuell uppgift liknar uppgiften krävs av flygledare. - Ge deltagaren allmän information uppgift och särskilda cue-shock eventualiteter för varje tillstånd.
- Instruera deltagaren att uppgiften varar ca 20 min.
- Instruera deltagaren att uppgiften innehåller ledtrådar som varar 5 sekunder vardera separerade med 15-20 sekunder i genomsnitt.
- Informera deltagare som ledtrådar är organiserade i set med varje uppsättning som varar 2-3 min vardera.
- Instruera deltagaren att det finns tre typer av apparater, 20% chock-apparater, 100% chock-apparater och ingen chock uppsättningar.
- Instruera den deltagare som de kommer att få stötar vidänden av cirka 1 av varje 5 ledtrådar i 20% chock uppsättningar och fem ut ur varje fem ledtrådar i 100% chock set.
- Försäkra den deltagare som de kommer att få några stötar när som helst under Inga chock apparater eller under tiden mellan presentationerna av de ledtrådar (ITI) i någon av uppsättningarna.
- Låt deltagaren att ställa frågor om uppdraget i slutet av instruktionerna. Efter detta, frågesport deltagaren att se till att de helt förstår stötoförutsedda utgifter. Påminn den deltagare som de kan avbryta sin medverkan när som helst under experimentet.
- Spara EMG-signalen med förvärvs programvara på fysiologi datorn och starta stimulans presentationsprogram på stimulans styrdatorn som styr aktivitets stimuli.
- Noggrant övervaka deltagaren för frivilliga rörelser, stängning av ögon, eller överdriven obehag.
5. Post-experimentet
- Efter cued hot uppgift, Administrera en enkät till deltagaren att kontrollera att hotet utsedda var väl förstått under uppgiften. Be deltagaren att betygsätta hur oroliga eller rädda de var när de såg varje hot cue på en 5-gradig skattningsskala från 1 (inte alls orolig / rädd) till 5 (extremt orolig / rädd).
OBS:. Resultat från et al Bradford 7,25 använder två separata hot osäkerhets uppgifter har visat ett mönster av resultat i självrapporterad ångest som nära matchade det av spritta potentiering. - Debriefing deltagaren, kompensera dem för deras tid, och avfärda dem.
- Rengör och desinficera alla sensorer.
6 Data Processing, Reduction, och analys
OBS: Forskare kan åstadkomma databehandling och reduktion med olika programpaket. EEGLAB 36 är en fri, öppen källkod verktygslåda för analys av psykofysiologiska data i Matlab <sup> 37. För en mall EEGLAB manus av databehandling och reduktionssteg finns i kompletterande material. Databearbetning och minskning följer publicerat riktlinjer 27. För en visning av några sekunder av den obehandlade (rå) kontinuerlig EMG-signal som omger en spritta sond, se figur 4A.
- Applicera en framåtbakåt högpassfilter (4: e ordningen 28 Hz Butterworth-filter) till råa kontinuerliga EMG (se figur 4A, B).
- Åtgärda den filtrerade kontinuerliga EMG (se Figur 4C).
- Jämna den likriktade EMG-signalen med hjälp av en framåt bakåt 4: e ordningen 30 Hz Butterworth lågpassfilter (se Figur 4D).
- Epoch den utjämnade kontinuerlig signal, behålla -50 till 250 msek omger den akustiska spritta sonden debut och "Baseline korrekta" den epoched signalen genom att subtrahera medelvärdet av för-sonden baslinjen (-50 till 0 msek) från hela epoched signal (se figur 4E).
- Medelvärde skrämselreaktion från varje epok som maximalt svar mellan 20 och 100 ms efter sond insättande (se fig 4F).
- Avvisa försök med överdriven artefakt (t.ex. överdrivna avvikelser i för-sonden baslinjen, se Figur 5).
OBS: Signaler som innehåller mer än 40 μV nedtryckningen av de för-sonden baslinjen kan identifieras som artefakt. - Genomsnittlig skrämselreaktion för epoker inom varje uppgift skick (ingen chock, 20% chock, 100% chock) (se figur 6A).
- Beräkna spritta förstärkning för osäkra chock som skillnaden mellan medelvärdet reaktion på plötsliga ljud för att skrämma sonder under 20% chock ledtrådar kontra inga-shock ledtrådar (se figur 6B). OBS: spritta reaktion på ITI sonder under 20% villkoret kan också mätas för att studera effekter av förväntan och ihållande spritta potentiering relevanta för vissa conceptualizations av ångest 6,21.
- Beräkna spritta förstärkning för vissa chock som skillnaden mellan medelvärdet reaktion på plötsliga ljud för att skrämma sonder under 100% chock ledtrådar kontra inga-shock ledtrådar (se figur 6B).
- Analysera spritta förstärkning med hjälp av en General Linear Model med upprepade mätningar på uppdrag skick och allmän skrämsel reaktivitet (beräknad i steg 2.5) som tillsats eller interaktiv kovariat 32.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Hotet Sannolikhet Task producerar robust spritta potentiering under både 100% (vissa) sannolikhet och 20% (osäkra) sannolikhets hot cues (se figur 6B). Tidigare resultat med denna uppgift show spritta potentiering under osäkra (20%) för hot ökas avsevärt över spritta förstärkning under hög sannolikhet (100%) (vissa) för hot. Akut administration av måttliga gör av alkohol (rikta alkoholkoncentration i blodet på 0,08%) ger selektivt större minskning av skrämsel potentiering under 20% (osäker) hot kontra 100% (vissa) hot (se figur 7) hos människor. Detta bekräftar den "klassiska" stress dämpande effekten av alkohol på ångest 38,39. Likaså kort sikt (3 dygn) berövande av marijuana bland tunga dagliga marijuana användare ger selektiv större ökning av skrämsel potentiering under 20% (osäker) hot mot 100% (cerTain) hot i människor (se diagram 8). Detta resultat är i överensstämmelse med gällande gnagare neurovetenskap bevis som blandar selektiv "stress neuroadaptation" i hjärnans kretsar som är ansvariga för ångest under osäkra hot eller andra stressfaktorer 8,13.
Figur 1. Cues i Threat Sannolikhet Task är uppdelade i två hot om chock (chocker som visas med gula blixtar) sannolikhetsförhållanden 100% sannolikhet och 20% sannolikhet. Störningar inträffar 4,5 sek in i kö presentationstider i hot block. Spritta förstärkning till de hot cues räknas från spritta till uppsättningar av ingen-hot ledtrådar. Varje cue typ visas i en annan färg för att underlätta förståelsen av det aktuella tillståndet. Akustiska skrämma sonder (som visassom svart asterisker) presenteras 4 sekunder in i kö presentationstider. Akustiska skrämma sonder presenteras också vid 13 eller 15 sekunder in i ITI perioderna mellan ledtrådar.
Figur 2. EMG elektrodplacering. Två små (4 mm) elektrokonduktiva gelfylld EMG Ag-AgCl-elektroder placeras över den nedre delen av orbicularis oculi muskeln. En stor (8 mm) Ag-AgCl jordelektrod placeras på icke-bränn webbplats som deltagarens panna.
Figur 3. Raw EMG-signaler. Panel A visar 2 sek i EMG-signalen kring presentationen av en skrämselsond (lodrät grå streckad linje). Panel Bvisar en liknande period av EMG-signal som är förorenat av en hög grad av elektriska störningar på grund av höga impedanser. Panel C visar en liknande period av EMG-signal som är förorenad av rörelse artefakt. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4 Data Minskning för skrämselreaktion. Paneler AF visa en rå EMG-signal tas genom varje processteg beskrivs i protokollet. Förekomsten av den startle sonden indikeras med en vertikal grå prickad linje) Panel A visar en obearbetad EMG-signal. Panel B Visar en EMG-signal som har varit högpass filtreras för att avlägsna lågfrekvent artefakt. Panel C visar samma EMG signalen efter rättelse. Panel D-skärmar samma EMG-signalen efter att den har utjämnas av ett lågpassfilter. Panel E visar samma EMG-signalen efter att den har epoched och baslinje korrigeras. Panel F visar samma EMG-signalen som panel E med den grå band som representerar de 20 ms till 100 ms scoring fönster för maximal skrämselreaktion (markerad med en vertikal lucka märke). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5 Överdriven artefakt i pre-probe baslinjen. En fullständigt bearbetad EMG-signal med överdriven för-probe baslinjeaktivitet. I detta fall rörde deltagaren eller blinkade omedelbart före den akustiska skrämselsond presentation (lodrät grå streckad linje).05fig5highres.jpg "target =" _blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6 Trial nivå spritta och menar spritta potentiering av tillstånd. Panel A visar ett fullt bearbetade individuell prövning från vardera av de tre villkor (20% chock [i blått], 100% chock [rött], No Shock [i grönt] ) överlagrade på varandra. Presentation av startle sonden indikeras med en vertikal grå streckade linjen. Den grå bandet representerar 20 ms till 100 ms scoring fönster för maximal skrämselreaktion. Peak scored skrämselreaktion indikeras med en vertikal lucka linje. Panel B visar den genomsnittliga spritta potentiering efter avdrag medelvärdet gjorde respons över de 6 enskilda prövningar i No-Shock tillstånd från medelvärdet gjorde respons över de åtta individuella prövningar för varje shock tillstånd. Mean spritta förstärkning för 100% chock och 20% chocktillstånd visas i rött och blått, respektive. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7 skrämsel potentiering av Beverage grupp och hot sannolikhet. Mean spritta förstärkning för 20% chocktillstånd visas med den blå linjen. Mean spritta förstärkning för 100% chocktillstånd visas med den röda linjen. Standard för medelvärdet från punktskattningar av förväntade spritta potentiering i General Linear Model visas med felstaplar 6. Klicka här för att se en större versionav denna figur.
Figur 8 skrämsel potentiering av Marijuana grupp och hot sannolikhet. Mean spritta förstärkning för 20% chocktillstånd visas med den blå linjen. Mean spritta förstärkning för 100% chocktillstånd visas med den röda linjen. Standard för medelvärdet från punktskattningar av förväntade spritta potentiering i General Linear Model visas med felstaplar 29. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Kompletterande Figur 1. Kretsschema för den anpassade stötlåda som används i John Curtin "s Addiction Research Laboratory.
Kompletterande Tabell 1. En helt motvikts serie försök för Threat Sannolikhet Task. Flera order ska användas över deltagarna att minska ordningens effekter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Hotet Sannolikhet Task kan användas för att studera uttrycket av ångest och rädsla genom att bedöma skrämsel förstärkning till låg sannolikhet (osäker) och hög sannolikhet (vissa) hot om elektriska stötar. De primära osjälvständiga mäter och hot eventualiteter som används i detta arbete kan användas med gnagare, icke-humana primater och människor, således, att tillhandahålla en utmärkt translationell verktyg för att studera uttrycket av negativt påverka 13,18,40. Spritta förstärkning till hot om elektriska stötar har tydliga kopplingar till försvarssystemet aktivering, är resistent mot viljekontroll, och har väl definierade neurobiologiska substrat. Detta är i motsats till självrapportåtgärder påverka som kan otillbörligen påverkas av efterfrågan egenskaper och är distalt känd neurobiologi. Hotet Sannolikhet Task ger precision för att tolka olika former av negativ inverkan på kontraster till andra vanliga psykofysiologiska metoder som den emotionella Bild Visnings uppgift.Hotet Sannolikhets Task är okomplicerad att genomföra och lätt att analysera i motsats till andra mer kostsamma och tekniska metoder såsom fMRI.
Hotet Sannolikhet Task är ett exempel på en bredare klass av hot uppgifter som manipulerar hot osäkerhet med hjälp cued elchock som hotet och skrämma potentiering som beroende mått. Som sådan, det finns en stor flexibilitet i kö-shock oförutsedda händelser och stötegenskaper som kan stödja ett program för forskning med starka konceptuella replika. Till exempel, är hotet Sannolikhets Task ett derivat av den tidigare validerat nr-Shock, förutsägbar Shock, oförutsägbar chock uppgift 21. Den NPU uppgiften manipulerar osäkerhet om både IF (chock sannolikhet) och NÄR (chock timing) chocker inträffar. Den NPU uppgiften har använts för att undersöka läkemedelsadministration och eftersatthet effekter på negativa affektiva respons 4,34 och etiologiska mekanismer i humör och ångeststörningar 22 - 24,41 - 43. I annan forskning har Curtin och kollegor också utvecklat varianter av dessa cued hot uppgifter som exakt manipulera hot osäkerhet om NÄR (chock timing) 5,29,44; WHERE (administration plats på kroppen för chock) 25; och HUR DÅLIGT (chockintensitet) 7. . Medan Curtin et al: s användning av dessa uppgifter har hittills fokuserat på effekterna av läkemedelsadministrering och uttag hos friska deltagare; alla dessa uppgifter skulle kunna användas för att studera ångest och rädsla svar i patienter med ångest och andra psykiska sjukdomar 2,45.
Curtin och kollegor har använt alla de ovan nämnda klasserna av cued uppgifter hot i ett program för forskning som har sonderandvillkoren för alkoholens ångestdämpande effekt på ångest uttrycks under osäkra hot, brett definierat. I alla dessa uppgifter, alkohol hade en signifiligt större stress dämpande effekt på spritta förstärkning under osäkra än vissa hot. Den konsekvent mönster av resultat stödjer giltigheten av hotet osäkerhets konstruktionen och användningen av hela denna klass av uppgifter att manipulera denna konstruktion. Djur neurovetenskap missbruks modeller tyder på att neuroadaptation i svaret på osäkra hot och andra stressfaktorer efter upprepad, kronisk droger ger en viktig mekanism i etiologin av alkohol och andra drogberoende 8. Undersökningar i vår laboratorium med hjälp av dessa cued uppgifter hot har gett preliminärt stöd för detta etiologisk mekanism hos människor 29,34,44.
Även spritta förstärkning ger en attraktiv translationell mått på defensiva reaktivitet till aversiva händelser i Threat Sannolikhet Task, korsvalidering med andra distinkta åtgärder för negativ inverkan svara minskar oron för alternativa förklaringar som kundevara specifika för detta beroende åtgärd. I själva verket kan det Threat Sannolikhet Task lätt rymma andra beroende åtgärder. Till exempel kan händelserelaterade potentialer, prepulse hämning av spritta och beteendemässiga reaktioner granskas i Threat Sannolikhet Uppgift att tillåta forskare att sondera skillnader i uppmärksamhetsfunktionen under ångest kontra rädsla 15,17,46. Forskare är intresserade av ångest och rädsla förvärv, snarare än uttryck kan ändra instruktioner och stimulansparametrar i Threat Sannolikhet Uppgift att bättre tjäna sina forskningsfrågor. Som tidigare nämnts kan i efterhand självrapport av ångest / rädsla efter varje set eller i slutet av uppgiften lätt erhållas 7. Online mätning av upplevd chock sannolikhet kan även erhållas via tangentbordet trycker eller röstinspelning för att se till att deltagarna bevarar uppmärksamhet och förståelse av instruktioner hela uppgiften (till exempel se 47). Framtida arbete med Threat Probförmåga Uppgift och liknande CUED arbetsuppgifter hot kan kombinera andra metoder när du använder kliniska patientgrupper för att öka den externa giltigheten av uppgiften och ytterligare definiera ångest och rädsla. Till exempel är det möjligt att korrelera individuella skillnader i den svarande under Threat Sannolikhet Task med att svara upp mot och andra stressfaktorer i den "verkliga världen" som bedöms via ekologisk momentan bedömning (EMA). Dessutom kan deltagare svara under hot Sannolikhet Task användas som surrogatmått 48-50 för att studera effekterna av farmakologiska och / eller beteendemässiga interventioner för att behandla humör och ångest och substansdependence störningar.
Hotet Sannolikhet Task kan också rymma annat än elektriska stötar och andra skrämma mätmetoder hot. Exempelvis har potentiering av eyeblink skrämselreaktion bekräftats som svar på Aversive air blast riktas mot halsen 51 och aversiva högt ljud 52. Den reaktion på plötsliga ljud kan förstärkas av mörker hos människor, vilket ger en tydlig translationell bro till ljus potentierad skrämsel hos gnagare (en nattlig art 13). Ögat-blink skrämselreaktion kan också framkallas av sonder i andra sensoriska modaliteter inklusive visuell 27 och taktila 53. Tydligt, mätning av spritta potentiering i Threat Sannolikhet Task och relaterade cued uppgifter hot ger ett flexibelt verktyg för att affektiva forskare som är intresserade av normativa och patologisk negativ affektiv respons.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Amplifier | Numerous options | See Curtin, Lorenzo, and Allen (2007) for a list of vendors. | |
| Small Ag/AgCl EMG Sensors |  Discount Disposables |
TDE-023-Y-ZZ-S | 4 mm, and 48 in lead length |
| Large Ag/AgCl EMG sensor | Discount Disposables |
TDE-022-Y-ZZ-S | 8 mm, and 48 in lead length |
| Small electrode collars | Discount Disposables |
TD-23 | 5 mm |
| Large electrode collars | Discount Disposables |
TD-22 | 8 mm |
| Shock box | Custom | Custom | See supplemental material for a circuit diagram for the custom shock box used by the Curtin laboratory. An example of a commerical shock box can be found at: http://www.psychlab.com/stim_SHK_shockers.html. |
| Alcohol pads | Fisher Scientific |
06-669-72 | |
| Exfoliant gel | Weaver and Company |
NuPrep | |
| Conductive Gel | Electro-Cap International |
ECA E9 | |
| Gauze pads | Neuromedical Supplies |
95000025 | |
| Blunt Needle | Electro-Cap International |
E8B | |
| Medical tape | Neuromedical Supplies |
95000032 | |
| Electrode Sterilizing Solution | Emergency Medical Products: |
MX-2800 | Gloves should be warn when handling metricide. |
| Headphones | Sennheiser |
4974 | Head phones should be capable of repeatedly delivering startle probe’s at the level chosen by experimenters (e.g.102 dB). |
| Participant monitoring camera | PolarisUSA |
BC-660B | Infrared capable camera so participant can be monitored while lights are off in experiment room. |
| Infrared panel | PolarisUSA | IR-TILE | http://www.polaris.com/en-us/home.aspx |
| Video monitor for participant monitoring | Marshall Electronics |
M-Pro CCTV 19 | |
| Stimulus Computer | Dell |
Dell Optiplex3010 | Most modern computers appropriate |
| Sound card (Stimulus computer) | Creative |
70SB127000002 | The sound card delivers the startle probes. An example of a stand alone noise generator can be found at: http://www.psychlab.com/stim_TG_WN_sound.html#. |
| I/O card (Stimulus computer) | Measurement Computing |
PCI-DIO24 | I/O card allows control of shock box and communication of event markers (e.g. for startle probe occurrence) to data collection computer. |
| Stimulus control software | Psychtoolbox |
Open source (free) toolbox based in Matlab. | |
| Computational platform for stimulus control and data reduction | MathWorks |
Required to use Psychtoolbox and EEGLAB (below). | |
| Data collection computer | Dell |
Dell Optiplex3010 | Most modern computers are appropriate |
| Psychophysiology acquisition software | Numerous options | See Curtin, Lorenzo, and Allen (2007) for a list of vendors. | |
| Stimulus Monitor | Acer |
Acer AL1916W | |
| Data Collection Monitor | Acer |
Acer AL1916W | |
| Participant CRT monitor | ViewSonic |
P810 | |
| Data processing software | EEGLAB |
Open source (free) software package based in Matlab. |
References
- Barlow, D. H. Unraveling the mysteries of anxiety and its disorders from the perspective of emotion theory. The American psychologist. 55 (11), 1247-1263 (2000).
- Boswell, J. F., Thompson-Hollands, J., Farchione, T. J., Barlow, D. H. Intolerance of uncertainty: A common factor in the treatment of emotional disorders. Journal of Clinical Psychology. 69 (6), 630-645 (2013).
- Grillon, C. Models and mechanisms of anxiety: evidence from startle studies. Psychopharmacology. 199 (3), 421-437 (2008).
- Moberg, C. A., Curtin, J. J. Alcohol selectively reduces anxiety but not fear: startle response during unpredictable vs. predictable threat. Journal of Abnormal Psychology. 118 (2), 335-347 (2009).
- Hefner, K. R., Moberg, C. A., Hachiya, L. Y., Curtin, J. J. Alcohol stress response dampening during imminent versus distal, uncertain threat. Journal of abnormal psychology. 122 (3), 756-769 (2013).
- Hefner, K. R., Curtin, J. J. Alcohol stress response dampening: Selective reduction of anxiety in the face of uncertain threat. Journal of Psychopharmacology (Oxford, England). 26 (2), 232-244 (2012).
- Bradford, D. E., Shapiro, B. L., Curtin, J. J. How bad could it be? Alcohol dampens stress responses to threat of uncertain intensity. Psychological science. 24 (12), 2541-2549 (2013).
- Koob, G. F., Volkow, N. D.
- Mauss, I. B., Robinson, M. D.
- Lang, P. J., Bradley, M. M., Cuthbert, B. N. Emotion, attention, and the startle reflex. Psychological Review. 97 (3), 377-395 (1990).
- Lang, P. J. The emotion probe. Studies of motivation and attention. The American psychologist. 50 (5), 372-385 (1995).
- Vaidyanathan, U., Patrick, C. J., Cuthbert, B. N. Linking dimensional models of internalizing psychopathology to neurobiological systems: Affect-modulated startle as an indicator of fear and distress disorders and affiliated traits. Psychological bulletin. 135 (6), 909-942 (2009).
- Davis, M., Walker, D. L., Miles, L., Grillon, C. Phasic vs sustained fear in rats and humans: Role of the extended amygdala in fear vs anxiety. Neuropsychopharmacology Reviews. 35, 105-135 (2010).
- Blanchard, R. J., Blanchard, D. C. Attack and defense in rodents as ethoexperimental models for the study of emotion. Progress in Neuro-Psychopharmacology & Biological Psychiatry. 13, S3-S14 (1989).
- Cornwell, B. R., Echiverri, A. M., Covington, M. F., Grillon, C. Modality-specific attention under imminent but not remote threat of shock: Evidence from differential prepulse inhibition of startle. Psychological Science. 19 (6), 622-6210 (2008).
- Fanselow, M. S., Lester, L. S. A functional behavioristic approach to aversively motivated behavior: predatory imminence as a determinant of the topography of defensive behavior. Evolution and Learning. , 185-212 (1988).
- Mobbs, D., Petrovic, P., et al. When fear is near: Threat imminence elicits prefrontal-periaqueductal gray shifts in humans. Science. 317 (5841), 1083-1010 (2007).
- Walker, D., Davis, M. Role of the extended amygdala in short-duration versus sustained fear: A tribute to Dr. Lennart Heimer. Brain Structure and Function. 213 (1-2), 29-42 (2008).
- Davis, M. Neural systems involved in fear and anxiety measured with fear-potentiated startle. American Psychologist. 61 (8), 741-756 (2006).
- Alvarez, R. P., Chen, G., Bodurka, J., Kaplan, R., Grillon, C. Phasic and sustained fear in humans elicits distinct patterns of brain activity. NeuroImage. 55 (1), 389-400 (2011).
- Schmitz, A., Grillon, C. Assessing fear and anxiety in humans using the threat of predictable and unpredictable aversive events (the NPU-threat test). Nature Protocols. 7 (3), 527-532 (2012).
- Grillon, C., Lissek, S., Rabin, S., McDowell, D., Dvir, S., Pine, D. S. Increased anxiety during anticipation of unpredictable but not predictable aversive stimuli as a psychophysiologic marker of panic disorder. American Journal of Psychiatry. 165 (7), 898-904 (2008).
- Grillon, C., Pine, D. S., Lissek, S., Rabin, S., Bonne, O., Vythilingam, M. Increased anxiety during anticipation of unpredictable aversive stimuli in posttraumatic stress disorder but not in generalized anxiety disorder. Biological Psychiatry. 66 (1), 47-53 (2009).
- Grillon, C., Chavis, C., Covington, M. F., Pine, D. S. Two-week treatment with the selective serotonin reuptake inhibitor citalopram reduces contextual anxiety but not cued fear in healthy volunteers: A fear-potentiated startle study. Neuropsychopharmacology. 34 (4), 964-971 (2009).
- Alcohol induced stress neuroadaptation: Cross sectional evidence from startle potentiation and ERPs in healthy drinkers and abstinent alcoholics during uncertain threat. Bradford, D. E., Moberg, C. A., Starr, M. J., Motschman, C. A., Korhumel, R. A., Curtin, J. J. Society for Psychophysiological Research, Abstracts for the Fifty-Third Annual Meeting, Firenze Fiera Congress & Exhibition, Center, Florence, Italy, , (2013).
- Shankman, S. A., Robison-Andrew, E. J., Nelson, B. D., Altman, S. E., Campbell, M. L. Effects of predictability of shock timing and intensity on aversive responses. International Journal of Psychophysiology: Official Journal of the International Organization of Psychophysiology. 80 (2), 112-118 (2011).
- Blumenthal, T. D., Cuthbert, B. N., Filion, D. L., Hackley, S., Lipp, O. V., van Boxtel, A. Committee report: Guidelines for human startle eyeblink electromyographic studies. Psychophysiology. 42 (1), 1-15 (2005).
- Valsamis, B., Schmid, S. Habituation and prepulse inhibition of acoustic startle in rodents. Journal of visualized experiments: JoVE. (55), e3446 (2011).
- Gloria, R. Uncovering a potential biological marker for marijuana withdrawal: Startle potentiation to threat. , University of Wisconsin-Madison. 70 (2011).
- Curtin, J. J., Lozano, D., Allen, J. B. The psychophysiology laboratory. , Oxford University Press. New York. (2007).
- Lane, S. T., Franklin, J. C., Curran, P. J. Clarifying the nature of startle habituation using latent curve modeling. International journal of psychophysiology: official journal of the International Organization of Psychophysiology. 88 (1), 55-63 (2013).
- Bradford, D. E., Kaye, J. T., Curtin, J. J. Not just noise: individual differences in general startle reactivity predict startle response to uncertain and certain threat. Psychophysiology. 51 (5), 407-411 (2014).
- Curtin, J. J., Patrick, C. J., Lang, A. R., Cacioppo, J. T., Birbaumer, N. Alcohol affects emotion through cognition. Psychological Science. 12 (6), 527-531 (2001).
- Hogle, J. M., Kaye, J. T., Curtin, J. J. Nicotine withdrawal increases threat-induced anxiety but not fear: Neuroadaptation in human addiction. Biological Psychiatry. 68 (8), 687-688 (2010).
- Hogle, J. M., Curtin, J. J. Sex differences in negative affective response during nicotine withdrawal. Psychophysiology. 43 (4), 344-356 (2006).
- Delorme, A., Makeig, S. EEGLAB: an open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics including independent component analysis. Journal of Neuroscience Methods. 134 (1), 9-21 (2004).
- Statistics Toolbox. , The Mathworks Inc.. Natick, Massachusetts. (2013).
- Levenson, R., Sher, K., Grossman, L., Newman, J., Newlin, D. Alcohol and stress response dampening: Pharmacological effects, expectancy, and tension reduction. Journal of Abnormal Psychology. 89 (4), 528-538 (1980).
- Sher, K. J.
- Davis, M., Antoniadis, E., Amaral, D., Winslow, J. Acoustic startle reflex in rhesus monkeys: A review. Reviews in the Neurosciences. 19, 171-185 (2008).
- Grillon, C., Baas, J. P., Lissek, S., Smith, K., Milstein, J. Anxious responses to predictable and unpredictable aversive events. Behavioral Neuroscience. 118 (5), 916-924 (2004).
- Grillon, C., Baas, J. M. A review of the modulation of the startle reflex by affective states and its application in psychiatry. Clinical Neurophysiology. 144, 1557-1579 (2003).
- Shankman, S. A., Nelson, B. D., et al. A psychophysiological investigation of threat and reward sensitivity in individuals with panic disorder and/or major depressive disorder. Journal of abnormal psychology. 122 (2), 322-338 (2013).
- Moberg, C. A., Curtin, J. J.
- McTeague, L. M., Lang, P. J. The anxiety spectrum and the reflex physiology of defense: from circumscribed fear to broad distress. Depression and anxiety. 29 (4), 264-281 (2012).
- Mobbs, D., Marchant, J. L., et al. From Threat to Fear: The Neural Organization of Defensive Fear Systems in Humans. The Journal of Neuroscience. 29 (39), 12236-12243 (2009).
- Lissek, S., Bradford, D. E., et al. Neural substrates of classically conditioned fear-generalization in humans: a parametric fMRI study. Social cognitive and affective neuroscience. , (2013).
- Insel, T. Next-generation treatments for mental disorders. Science translational medicine. 4 (155), 155ps19 (2012).
- Baker, T. B., Mermelstein, R., et al. New methods for tobacco dependence treatment research. Annals of Behavioral Medicine: A Publication of the Society of Behavioral Medicine. 41 (2), 192-207 (2011).
- Lerman, C., LeSage, M. G., et al. Translational research in medication development for nicotine dependence. Nature Reviews. Drug Discovery. 6 (9), 746-762 (2007).
- Schmitz, A., Merikangas, K., Swendsen, H., Cui, L., Heaton, L., Grillon, C. Measuring anxious responses to predictable and unpredictable threat in children and adolescents. Journal of experimental child psychology. 110 (2), 159-170 (2011).
- Miller, M. W., Curtin, J. J., Patrick, C. J. A startle probe methodology for investigating the effects of active avoidance on negative emotional reactivity. Biological Psychology. 50, 235-257 (1999).
- Hawk, L. W., Cook, E. W. 3rd Affective modulation of tactile startle. Psychophysiology. 34 (1), 23-31 (1997).
