Waiting
Traitement de la connexion…

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Undersöka smärtrelaterat undvikande beteende med hjälp av ett robotarms-nå paradigm

Published: October 3, 2020 doi: 10.3791/61717
Automatic Translation
1,2, 1, 1,3, 2, 1,2, 1,2
1Experimental Health Psychology, Maastricht University, 2Research Group Health Psychology, KU Leuven, 3Laboratory of Biological Psychology, KU Leuven

Summary

Undvikande är centralt för kronisk smärtsvårigheter, men ändå saknas lämpliga paradigm för att undersöka smärtrelaterad undvikande. Därför utvecklade vi ett paradigm som gör det möjligt att undersöka hur smärtrelaterat undvikande beteende lärs (förvärv), sprider sig till andra stimuli (generalisering), kan mildras (utrotning) och hur det senare kan återuppstå (spontan återhämtning).

Abstract

Undvikande beteende är en viktig bidragsgivare till övergången från akut smärta till kronisk smärta funktionshinder. Ändå har det saknats ekologiskt giltiga paradigm för att experimentellt undersöka smärtrelaterad undvikande. För att fylla detta gap utvecklade vi ett paradigm (det robotiska arm-nå paradigmet) för att undersöka mekanismerna bakom utvecklingen av smärtrelaterat undvikande beteende. Existerande undvikande paradigm (mestadels i sammanhanget av ångestforskning) har ofta operationaliserat undvikande som en experimenter-instruerad, low-cost svar, ovanpå stimuli som är tillhörande med hot under en Pavlovian skräckkonditionering tillvägagångssätt. Den nuvarande metoden erbjuder däremot ökad ekologisk giltighet när det gäller instrumentellt lärande (förvärv) av undvikande och genom att lägga till en kostnad för undvikandesvaret. I paradigmet utför deltagarna armflytande rörelser från en startpunkt till ett mål med hjälp av en robotarm, och väljer fritt mellan tre olika rörelsebanor för att göra det. Rörelsebanorna skiljer sig åt i sannolikhet för att paras ihop med en smärtsam elektrisk stimulans, och i nödvändig ansträngning när det gäller avvikelse och motstånd. Specifikt kan den smärtsamma stimulansen (delvis) undvikas på bekostnad av att utföra rörelser som kräver ökad ansträngning. Undvikande beteende operationaliseras som maximal avvikelse från den kortaste banan på varje försök. Förutom att förklara hur det nya paradigmet kan hjälpa till att förstå förvärvet av undvikande, beskriver vi anpassningar av robotarmsanpassningsparadigmet för (1) undersöka spridningen av undvikande till andra stimuli (generalisering), (2) modellering av klinisk behandling i labbet (utrotning av undvikande med hjälp av svarsförebyggande), samt (3) modellering återfall och återgång till undvikande efter utrotning (spontan återhämtning). Med tanke på den ökade ekologiska giltigheten och många möjligheter till förlängningar och/eller anpassningar erbjuder det robotiska armfingrningsparadigmet ett lovande verktyg för att underlätta undersökningen av undvikande beteende och för att främja vår förståelse av dess underliggande processer.

Introduction

Undvikande är ett adaptivt svar på smärta som signalerar kroppsligt hot. Men när smärta blir kronisk förlorar smärta och smärtrelaterad undvikande sitt adaptiva syfte. I linje med detta, rädslan-undvikande modellen av kronisksmärta 1,2,3,4,5,6,7,8 posits som felaktiga tolkningar av smärta som katastrofal, utlösande ökningar av rädsla för smärta, vilket motiverar undvikande beteende. Överdriven undvikande kan leda till utveckling och underhåll av kronisk smärta funktionshinder, på grund av fysisk disuse och minskat engagemang i dagliga aktiviteter och ambitioner1,2,3,4,5,9. Dessutom, med tanke på att frånvaron av smärta kan felaktigt tillföras till undvikande snarare än återhämtning, kan en självförsörjande cykel av smärtrelaterad rädsla och undvikande fastställas10.

Trots det senaste intresset för att undvikaångestlitteraturen 11,12, är forskning om undvikande i smärtområdet fortfarande i sin linda. Tidigare ångestforskning, vägledd av den inflytelserika tvåfaktorsteorin13, har i allmänhet antagit rädsla för att driva undvikande. På motsvarande sätt innebär traditionella undvikandeparadigmer12 två experimentella faser, var och en motsvarande en faktor: den första som etablerar rädsla (Pavlovianskkonditionering 14-fas) och den andra att undersöka undvikande (Instrumental15-fasen). Under differentierad pavlovsk konditionering paras en neutral stimulans (konditionerad stimulans, CS +; t.ex. en cirkel) ihop med en i sig aversiv stimulans (okonditionerad stimulans, USA; t.ex. en elektrisk chock), som naturligt ger okonditionerade svar (URs, t.ex. rädsla). En andra kontrollstimulans paras aldrig ihop med USA (CS-; t.ex. en triangel). Efter parningar av CSS med USA kommer CS + att framkalla rädsla i sig (betingade svar, CRs) i USA: s frånvaro. CS- kommer att signalera säkerhet och kommer inte att utlösa CRs. Efteråt, under instrumentell konditionering, lär sig deltagarna att deras egna handlingar (svar, R; t.ex. knapptryck) leder till vissa konsekvenser (resultat; O, t.ex. Om svaret förhindrar ett negativt resultat ökar risken för att svaret återkommer. Detta kallas negativ förstärkning15. Således, i den pavloviska fasen av traditionella undvikande paradigm, deltagarna lär sig först CS-US association. Därefter, i den instrumentella fasen, införs ett experimenter-instruerat undvikande svar (R), avbryta USA om det utförs under CS presentation, upprätta en R-O associering. Således blir CS en diskriminerande stimulans (SD), som anger lämpligt ögonblick för och motiverar prestandan hos den konditionerade R15. Bortsett från vissa experiment som visar instrumentell konditionering avsmärtrapporter 17 och smärtrelaterade ansiktsuttryck18, är undersökningar av de instrumentella inlärningsmekanismerna för smärta i allmänhet begränsade.

Även om standardflyktsparadigmet, beskrivet ovan, har belyser många av de processer som ligger till grund förundvikande,har det också flera begränsningar 5,19. För det första tillåter det inte att man undersöker själva inlärningen, eller förvärvet, av att undvika, eftersom experimenteraren instruerar undvikandesvaret. Att deltagarna fritt väljer mellan flera banor och därför lär sig vilka svar som är smärtsamma /säkra och vilka banor som ska undvikas/inte undvikas, modellerar mer exakt verkligheten, där undvikande framträder som ett naturligt svar på smärta9. För det andra, i traditionella undvikandeparadigmer kommer svaret på att undvika knappar utan kostnad. Men i verkligheten kan undvikande bli extremt kostsamt för individen. Faktum är att högkostnadsflykt särskilt stör den dagliga funktionen5. Till exempel kan undvikande vid kronisk smärta allvarligt begränsa människors sociala och arbetsliv9. För det tredje representerar dikotomösa svar som att trycka på / inte trycka på en knapp inte heller mycket bra det verkliga livet, där olika grader av undvikande förekommer. I följande avsnitt beskriver vi hur det robotiska armfingrandeparadigmet 20 hanterar dessa begränsningar och hur det grundläggande paradigmet kan utvidgas till flera nya forskningsfrågor.

Förvärv av undvikande
I paradigmet använder deltagarna en robotarm för att utföra armfingrande rörelser från en startpunkt till ett mål. Rörelser används som det instrumentella svaret eftersom de liknar noggrant mödosamma, skräckinjagande stimuli. En boll representerar praktiskt taget deltagarnas rörelser på skärmen (figur 1), så att deltagarna kan följa sina egna rörelser i realtid. Under varje försök väljer deltagarna fritt mellan tre rörelsebanor, representerade på skärmen av tre bågar (T1-T3), som skiljer sig från varandra när det gäller hur ansträngningsfulla de är och med sannolikheten att de paras ihop med en smärtsam elektrisk stimulans (dvs. smärtstimulans). Ansträngning manipuleras som avvikelse från kortast möjliga bana och ökat motstånd från robotarmen. Specifikt är roboten programmerad så att motståndet ökar linjärt med avvikelse, vilket innebär att desto fler deltagare avviker, desto mer kraft behöver de utöva på roboten. Dessutom är smärtlindring programmerad så att den kortaste, enklaste banan (T1) alltid paras ihop med smärtstimulansen (100% smärta/ingen avvikelse eller motstånd). En mittbana (T2) är parad med 50% chans att få smärtstimulansen, men mer ansträngning krävs (måttlig avvikelse och motstånd). Den längsta, mest ansträngningsfulla banan (T3) paras aldrig ihop med smärtstimulansen men kräver mest ansträngning för att nå målet (0% smärta / största avvikelse, starkaste motstånd). Undvikande beteende operationaliseras som den maximala avvikelsen från den kortaste banan (T1) per försök, vilket är ett mer kontinuerligt mått på undvikande, än till exempel att trycka på eller inte trycka på en knapp. Dessutom kommer undvikandesvaret på bekostnad av ökade ansträngningar. Dessutom, med tanke på att deltagarna fritt väljer mellan rörelsebanorna och inte uttryckligen informeras om de experimentella R-O (rörelsebanan-smärta) oförutsedda händelser, förvärvas undvikande beteende instrumentellt. Online självuppdelad rädsla för rörelserelaterad smärta och smärtförväntning har samlats in som mått på betingad rädsla mot de olika rörelsebanorna. Smärtförväntning är också ett index över beredskapsmedvetenhet och hotbedömning21. Denna kombination av variabler gör det möjligt att granska samspelet mellan rädsla, hotbedömningar och undvikande beteende. Med hjälp av detta paradigm har vi konsekvent visat experimentellt förvärv av undvikande20,22,23,24.

Generalisering av undvikande
Vi har utvidgat paradigmet för att undersöka generalisering av undvikande23 –en möjlig mekanism som leder till överdriven undvikande. Pavlovian rädsla generalisering hänvisar till spridningen av rädsla till stimuli eller situationer (generalisering stimuli, GSs) som liknar den ursprungliga CS +, med rädsla minskar med minskande likhet med CS + (generalisering gradient)25,26,27,28. Rädsla generalisering minimerar behovet av att lära sig relationer mellan stimuli på nytt, vilket möjliggör snabb upptäckt av nya hot i ständigt föränderliga miljöer25,26,27,28. Överdriven generalisering leder dock till rädsla för säkra stimuli (GSs som liknar CS-), vilket orsakar onödig nöd28,29. I linje med detta visar studier med Pavlovian fear generalization konsekvent att kronisk smärta patienter alltför generalisera smärtrelaterad rädsla30 , 31,32,33,34, medan friska kontroller visar selektiv rädsla generalisering. Men där överdriven rädsla orsakar obehag, kan överdriven undvikande kulminera i funktionell funktionsnedsättning, på grund av undvikande av säkra rörelser och aktiviteter och ökad daglig aktivitetsavkoppling1,2,3,4,9. Trots sin nyckelroll i kronisk smärta funktionshinder, forskning om generalisering av undvikande är knappa. I paradigmet anpassat för att studera generalisering av undvikande förvärvar deltagarna först undvikande, enligt förfarandet som beskrivs ovan20. I en efterföljande generaliseringsfas introduceras tre nya rörelsebanor i avsaknad av smärtstimulansen. Dessa generaliseringsbanor (G1–G3) ligger på samma kontinuum som förvärvsbanorna, som liknar var och en av dessa banor. Specifikt ligger generaliseringsbanan G1 mellan T1 och T2, G2 mellan T2 och T3 och G3 till höger om T3. På detta sätt kan generalisering av undvikande till nya säkra banor undersökas. I en tidigare studie visade vi generalisering av självrapporter, men inte undvikande, eventuellt föreslå olika underliggande processer för smärtrelaterad rädsla- och undvikande generalisering23.

Utrotning av undvikande med förebyggande av insatser
Den primära metoden för behandling av hög rädsla för rörelse vid kronisk muskuloskeletal smärta ärexponeringsbehandling 35- den kliniska motsvarigheten till Pavlovian utrotning36, dvs. minskning av CRs genom upprepad erfarenhet med CS + i avsaknad av US36. Under exponering för kronisk smärta utför patienter fruktade aktiviteter eller rörelser för att disconfirm katastrofala övertygelser och förväntningar på skada34,37. Eftersom dessa övertygelser inte nödvändigtvis rör smärta i sig, utan snarare underliggande patologi, utförs rörelser inte alltid smärtfritt påkliniken 34. Enligt hämmande inlärningsteori38,39, raderar utrotningsinlärning inte det ursprungliga rädslaminnet (t.ex. rörelsebana-smärta); snarare skapar det ett nytt hämmande utrotningsminne (t.ex. rörelsebana-ingen smärta), som konkurrerar med det ursprungliga skräckminnet förhämtning 40,41. Det nya hämmande minnet är mer kontextberoende än det ursprungligaskräckminnet 40, som anser att det släckta rädslaminnet är mottagligt för återväxt (återgång av rädsla)40,41,42. Patienter hindras ofta från att utföra även subtila undvikande beteenden under exponeringsbehandling (utrotning med responsförebyggande, RPE), för att fastställa äkta rädsla utrotning genom att förhindra felaktigttribution av säkerhet för att undvika10,43.

Återvändande av undvikande
Återfall när det gäller återvändande av undvikande är fortfarande vanligt i kliniska populationer, även efter utrotning av rädsla43,44,45,46. Även om flera mekanismer har visat sig resultera i återkomsten av rädsla47, är lite känt om de som rör undvikande22. I detta manuskript beskriver vi specifikt spontan återhämtning, det vill säga återgång till rädsla och undvikande på grund av tidens gång40,47. Det robotiska arm-nå paradigmet har implementerats i ett 2-dagars protokoll för att undersöka återvändande av undvikande. Under dag 1 får deltagarna först förvärvsutbildning i paradigmet, enligt beskrivningen ovan20. I en efterföljande RPE-fas hindras deltagarna från att utföra undvikandesvaret, dvs. Under dag 2, för att testa för spontan återhämtning, är alla banor tillgängliga igen, men i avsaknad av smärta stimuli. Med hjälp av detta paradigm visade vi att en dag efter framgångsrik utrotning återvände undvikande22.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De protokoll som presenteras här uppfyller kraven från KU Leuvens kommitté för social- och samhällsetik (registreringsnummer: S-56505) och Etikprövningskommittén Psykologi och neurovetenskap vid Maastrichts universitet (registreringsnummer: 185_09_11_2017_S1 och 185_09_11_2017_S2_A1).

1. Förbereda laboratoriet för en testsession

  1. Före testsessionen: Skicka ett e-postmeddelande till deltagaren med information om leverans av smärtstimuli, om experimentens allmänna kontur och uteslutningskriterierna. Uteslutningskriterier för friska deltagare omfattar: att vara under 18 år; kronisk smärta; analphabetism eller diagnostiserad dyslexi; graviditet; vänsterhänthet; nuvarande/tidigare hjärt-kärlsjukdom, kronisk eller akut luftvägssjukdom (t.ex. astma, bronkit), neurologisk sjukdom (t.ex. epilepsi) och/eller psykisk störning (t.ex. klinisk depression, panik/ångestsyndrom); Okorrigerade problem med hörsel eller syn. ha smärta i den dominerande handen, handleden, armbågen eller axeln som kan hindra utförandet av den uppnående uppgiften, Förekomst av implanterade elektroniska medicintekniska produkter (t.ex. pacemaker i hjärtat). och närvaro av andra allvarliga medicinska tillstånd.
  2. På grund av covid-19-säkerhetsåtgärder ber du deltagaren att tvätta/desinficera händerna vid ankomsten till labbet och göra det själv. Bär en engångsmask under hela testsessionen och latexhandskar när fysisk kontakt med deltagaren krävs.
  3. Använd två separata rum eller sektioner för den experimentella inställningen: ett för deltagaren och det andra för experimenteraren.
  4. Använd en dator med två separata skärmar: en datorskärm för experimenteraren och en större TV-skärm för deltagaren.
  5. För att slå på robotarmen (t.ex. HapticMaster), tryck på strömbrytaren framför roboten (specifik för denna robot). Slå sedan på nödbrytaren, som senare kan användas för att stänga av roboten om det behövs.
  6. Kalibrera om robotarmen före varje testdag. Detta görs via en API-anslutning (Direct Application Programming Interface) med robotarmen, och behöver bara göras en gång, i början av testdagen.
    1. Om du vill upprätta API-anslutningen öppnar du en webbläsare på datorn och skriver in robotarmens specifika API-adress.
    2. På webbsidan väljer du Delstat under HapticMASTER. Tryck sedan på Start-knappen bredvid Init (för initiering).
      OBS: Detta är standardkalibreringsproceduren för denna robot. Olika robotar kan kräva olika kalibreringsprocedurer.
  7. Använd en konstant strömstimulator som är ansluten till datorn (se steg 1.4). Under experimentet levereras smärtstimulansen via det experimentella manuset, som körs på datorn. Experimentet programmeras med hjälp av en plattformsoberoende spelmotor (se Materialförteckning ).
    1. Av säkerhetsskäl inaktiverar du den konstanta strömstimulatorutgången genom att stänga av den orange växlingsbrytaren i det övre högra hörnet på stimulatorns främre kontrollpanel.
    2. Använd den orange växlingsknappen i mitten av den främre kontrollpanelen för att ställa in utgångsområdet på x 10 mA.
    3. Använd den svarta vridknappen i det övre vänstra hörnet på den främre kontrollpanelen för att ställa in pulslängden på 2 ms (2000 μs).
    4. Om du vill slå på den konstanta strömstimulatorn trycker du på strömbrytaren i det nedre vänstra hörnet på den främre kontrollpanelen.

2. Screening för uteslutningskriterier och erhållande av informerat samtycke

  1. Placera deltagaren ca 2,5 m från TV-skärmen (se steg 1.4), på bekvämt avstånd (~15 cm) från robotarmens handtag (sensor) i en stol med armstöd (figur 1).
  2. Screena deltagaren för uteslutningskriterier med hjälp av självrapport (se steg 1.1 för uteslutningskriterier).
  3. Informera deltagaren om leverans av smärtstimuli och om experimentens allmänna kontur. Informera honom/henne också om att han/hon är fri att dra tillbaka deltagandet när som helst under försöket, utan några återverkningar. Få skriftligt informerat samtycke.
  4. För att minimera den fysiska kontakten med deltagaren, se till att deltagarsektionen i labbet innehåller en tabell där uteslutnings- och informerade samtyckesformulär samt en tablett för enkäter (se steg 6.2) placeras före deltagarens ankomst. Deltagaren bör kunna komma åt och signera formulären oberoende av den här tabellen.

3. Fästa stimuleringselektroderna

OBS: Smärtstimulansen är en 2 ms fyrkantsvågs elektrisk stimulans som levereras testning genom två rostfria stångstimuleringselektroder (elektroddiameter 8 mm, interelektrodavstånd 30 mm).

  1. Om deltagaren bär långa ärmar ber du honom/henne att kavla upp ärmen på höger arm minst 10 cm över armbågen.
  2. Fyll stimuleringselektrodernas mitt med ledande elektrolytgel och anslut elektrodkablarna till nödbrytaren, som är ansluten till den konstanta strömstimulatorn i experimentsektionen i labbet.
  3. Fäst stimuleringselektroderna över triceps sena på deltagarens högra arm med hjälp av ett band. Se till att bandet varken är för hårt eller för löst. När elektroderna har fästs, säg till deltagaren att slappna av sin arm.

4. Kalibrera smärtstimulansen

  1. Förklara smärtkalibreringsproceduren och motsvarande skala genom att presentera den på TV-skärmen (se steg 1.4).
    1. Förtydliga för deltagaren att han/hon kan välja den stimulans som han/hon kommer att få under experimentet, men förklara att han/hon för dataintegritet ombeds välja en stimulans som han/hon skulle beskriva som "signifikant smärtsam och kräver viss ansträngning att tolerera".
    2. Be deltagaren att betygsätta varje stimulans på den numeriska skalan som presenteras på TV-skärmen, från 0-10, där 0 är märkt som "Jag känner ingenting"; 1 som "Jag känner något, men detta är inte obehagligt; det är bara en sensation" (dvs detektionströskel), 2 som "stimulansen är ännu inte smärtsam, men börjar bli obehaglig"; 3 som "stimulansen börjar vara smärtsam" (dvs smärttröskel); och 10 som "detta är den värsta smärtan jag kan föreställa mig".
  2. Aktivera den konstanta strömstimulatorutgången genom att växla upp den orange växlingsknappen (se steg 1.7.1).
  3. Under smärtkalibreringsproceduren, öka manuellt intensiteten av smärtstimuli med hjälp av rotationsratten på den främre kontrollpanelen för den konstanta strömstimulatorn. Intensiteten i smärtstimulansen kan ses ovanför denna ratt.
    1. Börja med en intensitet på 1 mA och öka gradvis intensiteten stegvis, med ökningar på 1, 2, 3 och 4 mA steg. Använd följande ordning av stimulanspresentationer i mA: 1, 2, 4, 6, 8, 11, 14, 17, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, etc.
  4. För att leverera smärtstimulansen en stimulans i taget utlöser du manuellt den konstanta strömstimulatorn genom att trycka på den orange avtryckarknappen på den främre kontrollpanelen.
    1. Meddela varje stimulans till deltagaren innan du utlöser den konstanta strömstimulatorn.
  5. Avsluta kalibreringsproceduren när deltagaren når en smärtintensitetsnivå som han/hon skulle beskriva som "signifikant smärtsam och kräver viss ansträngning att tolerera". Helst bör detta motsvara en 7-8 på smärtkalibreringsskalan.
  6. Dokumentera deltagarens slutliga smärtintensitet i mA och hans/hennes smärtintensitetsbetyg (0–10) och behåll denna intensitet under återstoden av försöket.

5. Utföra den experimentella uppgiften

  1. Muntligen informera deltagaren om att han/hon kommer att få instruktioner om det robotiska armflytande paradigmet på TV-skärmen framför honom/henne, varefter han/hon kommer att kunna utöva uppgiften under överinseende av experimentören.
  2. Förse deltagaren med standardiserade skriftliga instruktioner för uppgiften på skärmen.
  3. Övning: Via det experimentella manuset, på TV-skärmen, presenterar tre bågar (T1-T3) som ligger halvvägs genom rörelseplanet. Den enklaste armrörelsen (T1) är parad utan avvikelse eller motstånd, mellanarmsrörelsen (T2) är parad med måttlig avvikelse och motstånd, och den längsta armrörelsen (T3) paras ihop med den största avvikelsen och starkaste motståndet.
    1. Instruera deltagaren att använda sin dominerande hand för att styra robotarmens sensor, representerad av en grön boll på TV-skärmen, och att flytta bollen/sensorn från en startpunkt i det nedre vänstra hörnet av rörelseplanet till ett mål i det övre vänstra hörnet av rörelseplanet.
    2. Instruera deltagaren att han/hon fritt kan välja vilken av de tillgängliga rörelsebanorna som ska utföras på varje provperiod.
  4. Administrera inte smärtstimulansen (se avsnitt 3: Obs och steg 5. 7.6) under övningsfasen. Se dock till att förhållandet mellan avvikelse och motstånd (se steg 5.3) är på plats.
  5. Ge deltagaren muntlig feedback medan de utför övningsfasen.
    1. Se till att deltagaren inte börjar röra sig innan de visuella och hörbara "startsignalerna", och att han/hon släpper robotarmen omedelbart när de visuella och auditiva "stoppsignalerna" presenteras.
      OBS: Två distinkta hörbara signaler (en "startton" och en "poängsättningston") och två distinkta visuella signaler (målet och ett virtuellt "trafikljus" som blir grönt respektive rött. Figur 1) har använts som start- och stoppsignaler. Hörbara och visuella startsignaler presenteras samtidigt, liksom hörbara och visuella stoppsignaler.
    2. Instruera deltagaren att tillhandahålla självrapportmått på smärtförväntning och rädsla för rörelserelaterad smärta på en kontinuerlig betygsskala genom att rulla åt vänster och höger på vågen med hjälp av två respektive fotpedaler på en trippelfotbrytare. Instruera honom/henne att bekräfta sitt svar med hjälp av en tredje fotpedal.
      OBS: Presentera självrapportfrågor om fasta, förutbestämda försök, för varje rörelsebana separat. Se via det experimentella manuset till att robotarmen är immobiliserad och förblir fixerad under den tid deltagaren svarar på frågorna.
  6. I slutet av övningsfasen, svara på deltagarens frågor. Lämna den experimentella delen/rummet och dämpa lamporna. Deltagaren startar experimentet själv genom att trycka på fotpedalen "Bekräfta" (se steg 5.5.2).
  7. Förvärv: Låt deltagaren, i likhet med övningsfasen, välja vilken rörelsebana (T1–T3) som ska utföras vid varje försök.
    1. Under förvärvet av undvikande, utsätta deltagaren för de experimentella svars-utfall (rörelsebana-smärta) oförutsedda händelser och undvikande-kostnader, dvs kompromissen mellan smärta och ansträngning, via det experimentella manuset.
    2. Specifikt, om deltagaren utför den enklaste rörelsebanan (T1), presentera alltid smärtstimulansen (100% smärta / ingen avvikelse eller motstånd).
    3. Om han/ hon utför mittenrörelsebanan (T2), presentera smärtstimulansen med en 50% chans, men se till att han / hon måste utöva mer ansträngning (måttlig avvikelse och motstånd).
    4. Om deltagaren utför den längsta, mest ansträngningsfulla rörelsebanan (T3), presentera inte smärtstimulansen alls, men se till att han / hon måste utöva mest ansträngning för att nå målet (0% smärta / största avvikelse, starkaste motstånd).
      OBS: Om det är tillämpligt på designen kan en Yoked Group användas som kontroll. I yoked-procedurer paras varje kontrolldeltagare ihop med en deltagare i den experimentella gruppen, så att de två får samma förstärkningsscheman48. Således, i det nuvarande paradigmet, varje Yoked Group deltagare får smärta stimuli på samma prövningar som hans /hennes Experimental Group motsvarighet, oavsett de banor han / hon väljer. Inget förvärv av undvikande beteende förväntas i Yoked-gruppen, med tanke på bristen på manipulerade svar-utfall (rörelsebana-smärta) oförutsedda händelser.
    5. I förekommande fall, spara data från varje deltagare i experimentgruppen på datorn (se avsnitt 1.4) och använd som referens för förstärkningsscheman för varje Yoked -deltagare (kontrollgrupp).
      1. Om du använder en Yoked-procedur (dvs. varje kontrolldeltagare paras ihop med en deltagare i den experimentella gruppen, så att de två får samma förstärkningsscheman48),fördela deltagarna till grupper med hjälp av ett randomiseringsschema med regeln att den första deltagaren måste vara i experimentgruppen. Därefter tilldelas deltagarna till endera gruppen slumpmässigt, så länge antalet deltagare i experimentgruppen vid varje tillfälle överstiger antalet Yoked Group-deltagare.
    6. På försök med smärtstimulans, presentera smärtstimulansen när två tredjedelar av rörelsen har utförts, det vill säga när deltagaren har rört sig genom en bana båge. Den konstanta strömstimulatorn utlöses automatiskt via det experimentella skriptet.
    7. Framgångsrikt slutförande av försök indikeras av presentationen av visuella och auditiva stoppsignaler. Se därefter, via det experimentella manuset, till att robotarmen automatiskt återgår till sitt utgångsläge där den förblir fixerad. Efter 3 000 ms, presentera de visuella och auditiva startsignalerna, och deltagaren kan starta nästa test.
      Försökstiden skiljer sig åt mellan försök och deltagare på grund av skillnader i rörelsehastigheter. Antalet försök per experimentell fas kan också ändras mellan experimenten. Vi rekommenderar minst 2 x 12 försök för framgångsrikt förvärv av undvikande. Inklusive stegen som beskrivs ovan varar förvärvsprotokollet cirka 45 minuter.
  8. Generalisering: I generaliseringsprotokollet, testa för generalisering av undvikande efter förvärvsfasen (se avsnitt 5.7).
    OBS: Vid testning för generalisering av undvikande separeras banbågarna på skärmen under förvärvet, för att lämna utrymme för generaliseringsbanans bågar, som är placerade mellan förvärvsbanans bågar (se figur 1).
    1. På tv-skärmen presenterar du tre nya rörelsebanor istället för förvärvsbanorna T1–T3. Se till att dessa "generaliseringsbanor" (G1–G3) ligger intill förvärvsbanorna. G1 ligger närmare bestämt mellan T1 och T2, G2 mellan T2 och T3 och G3 till höger om T3 (se figur 1). Para inte ihop generaliseringsbanor med smärtstimulansen.
      OBS: Inklusive stegen som beskrivs ovan, med en generaliseringsfas på 3 x 12 försök, varar protokollet för undvikande generalisering cirka 1,5 timmar. En Yoked Group48 krävs för att testa generalisering av undvikande (se steg 5.7.5). Olika kontroller kan dock användas beroende på den specifika forskningsfrågan (se kontextmodulering av undvikande i en inompersonsdesign24).
  9. Utrotning med svarsskydd (RPE): I RPE-protokollet, efter förvärvsfasen (se avsnitt 5.7), förse deltagarna med standardiserade skriftliga instruktioner om att de i den kommande fasen endast får utföra T1.
    1. Under RPE-fasen, via det experimentella skriptet, blockerar visuellt (t.ex. blockerar banavarna med en grind) och/eller haptically (t.ex. blockdeltagarens armrörelse med haptisk vägg) T2 och T3, så att endast T1 är tillgänglig. T1 är inte parat med smärtstimulansen under denna fas. Inklusive stegen som beskrivs ovan, med en RPE-fas på 4 x 12 försök, varar denna session cirka 60 minuter.
  10. Test av spontan återhämtning: För testning av spontan återhämtning av undvikande, administrera ett 2-dagars protokoll med 24 h ± 3 h mellan sessionerna. På dag 1 administrerar du RPE-protokollet (se avsnitt 5.9).
    1. På dag 2, fäst stimuleringselektroderna (se avsnitt 3). Ge korta instruktioner för uppfräschning på skärmen för uppgiften. Ta inte med någon information om smärtstimuli.
    2. Presentera de tre förvärvsbanorna (T1–T3, jfr förvärvsfas, se avsnitt 5.7), i avsaknad av smärtstimulans. Inklusive det post-experimentella frågeformuläret (se avsnitt 6.2) och en spontan återhämtningsfas på 4 x 12 prövningar varar denna session cirka 45 minuter.
      OBS: För att förhindra återinsättande av rädsla (dvs. återgång av rädsla efter oväntade möten med smärtstimulansen42; se diskussion), omkalibrera inte smärtstimulansen dag 2.

6. Slutföra experimentet

  1. När deltagaren har slutfört experimentet lossar du stimuleringselektroderna.
  2. Förse deltagaren med en tablett som ligger på bordet i deltagarens del av labbet (se avsnitt 2.4), för att svara på ett utgångsformulär som frågar om intensiteten och obehagligheten i smärtstimulansen och undvikandekostnaderna, samt medvetenhet om de experimentella svars-utfall (rörelsebana-smärta) oförutsedda händelser.
  3. Medan deltagaren slutför de psykologiska dragformulären, rengör elektrolytgelen från stimuleringselektroderna.
  4. När deltagaren är klar med de psykologiska egenskapsformulären, ge honom / henne en debriefing och ersättning.
  5. Rengör stimuleringselektroderna noggrant med en desinfektionslösning som är lämplig för rengöring av medicinska instrument; ta bort all gel inuti och runt elektroderna. Torka elektroderna med mjukpapper. Rengör robotarmens sensor med desinfektionsservetter eller spray.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Förvärv av undvikande beteende demonstreras av deltagare som undviker mer (visar större maximala avvikelser från den kortaste banan) i slutet av en förvärvsfas, jämfört med början av förvärvsfasen (figur 2, indikerad av A)20, eller jämfört med en Yoked kontrollgrupp (Figur 3)23,48.

Förvärv av rädsla och smärtförväntning framgår av deltagare som rapporterar lägre rädsla för T3 jämfört med T1 och T2, och förväntar sig smärtstimulansen mindre under T3 jämfört med T1 och T220. Differentiella självrapporter mellan T1 och T3 är av primärt intresse, eftersom T2 är tvetydigt. Icke-differentiella självrapporter mellan T1 och T2 har också hittats, där båda skiljer sig från T323 (figur 4A, figur 5A, figur 6Aoch figur 7A).

Förvärv är en förutsättning för generalisering. Generalisering av undvikande beteende indikeras av deltagare i den experimentella gruppen undvika (avvika) mer än Yoked Grupp48 i början av generaliseringsfasen. Med tanke på att generalisering testas i avsaknad av smärtstimuli kan undvikande beteende minska under generaliseringsfasen. Dessutom kan en allmän minskning av undvikande beteende mellan slutet av förvärvsfasen och början av generaliseringsfasen (generaliseringsminskning) förväntas. Detta är ett resultat av införandet av nya rörelsebanor, som kan utgöra en kontextbrytare49,50. I en tidigare studie fann vi inte generalisering av undvikande, möjligen på grund av specifika parametrar iparadigmet 23.

Generalisering av rädsla och smärtförväntning indikeras av ett liknande mönster som i förvärvsfasen, dvs. av deltagare i experimentalgruppen som rapporterar lägre rädsla till G3 jämfört med G1 och G2, och förväntar sig smärtstimulansen mindre under G3 jämfört med G1 och G2, i början av generaliseringsfasen. Liksom i förvärvsfasen är differentiella egenrapporter mellan G1 och G3 av primärt intresse (figur 4B och figur 5B). Icke-differentiella självrapporter mellan G1 och G2 har rapporterats hittills, med båda skiljer sig från G323. Dessutom, med tanke på att generalisering testas i avsaknad av smärta stimuli, deltagarna kan rapportera mindre rädsla och smärta-expectancies under generaliseringsfasen. Dessutom kan en allmän minskning av rädsla och smärtförutsättning mot de nya generaliseringsbanorna, jämfört med förvärvsbanorna (generaliseringsminskning) förväntas. I en tidigare studie fann vi generalisering av rädsla och smärtförm8, trots att undvikande inte generaliserar23.

Förvärv är en förutsättning för utrotning. Under utrotning av undvikande beteende med svar förebyggande, deltagarna får endast utföra den tidigare smärtsamma rörelse banan (T1), medan de andra två banorna (T2 och T3) är förbjudna. Med tanke på att deltagarna endast har möjlighet att utföra T1, och därmed återspeglar det observerade datamönstret inte deras egna val,dvs.

Utrotning av rädsla och smärtförutning är uppenbar när deltagarna rapporterar lägre rädsla för T1 och förväntar sig smärtstimulansen mindre när de utför T1, i slutet av RPE-fasen, jämfört med slutet av förvärvsfasen. (Figur 6B och figur 7B).

Utrotning av självrapportåtgärder är en förutsättning för spontan återhämtning. Spontan återhämtning av undvikande beteende indikeras av deltagare undvika mer i början av testet av spontan återhämtning, jämfört med slutet av RPE fas (Figur 2B).

Spontan återhämtning av rädsla och smärtförväntning indikeras av deltagare som rapporterar högre rädsla och smärtförväntning för T1, under början av testet av spontan återhämtning, jämfört med slutet av RPE-fasen (figur 6C och figur 7C).

Figure 1
Figur 1: Experimentella inställningar och utsikter för den experimentella uppgiften. Deltagaren sitter framför TV-skärmen, på avstånd från robotarmens sensor. Elektroderna placeras på triceps sena på höger arm, där smärtstimuli levereras (röd cirkel), och trippelfotbrytaren används för att ge rädsla för rörelserelaterad smärta och smärtförväntning. Förvärvsfasen av den experimentella uppgiften visas på TV-skärmen och förstoras i den vita lådan. Bollen är placerad i det nedre vänstra hörnet och målet i det övre vänstra hörnet (grön båge). T1–T3 ligger halvvägs genom rörelseplanet, från vänster till höger. Mellanslag lämnas mellan T1–T3 specifikt i generaliseringsprotokoll för att undvika generaliseringsprotokoll, för att lämna utrymme för de efterföljande generaliseringsbanorna (G1–G3). Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.

Figure 2
Figur 2: Representativa data om undvikande beteende under förvärvet, utrotning med svar förebyggande och test av spontana återhämtning faser22. Genomsnittlig maximal avvikelse (i centimeter) från den kortaste banan till målet under förvärvet (ACQ1–2), utrotning med responsförebyggande (RPE1–4) och spontan återhämtning (TEST1–2). Observera att deltagarna endast får utföra den kortaste banan (T1) under RPE-fasen. Felstaplar representerar standardfel för medelvärdet (SEM). Uppgifterna i denna siffra är från 30 deltagare (9 män, 21 kvinnor; medelålder = 21,90)22. Den här siffran ändras med tillstånd från ref.22. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.

Figure 3
Figur 3: Representativa uppgifter om undvikande beteende under förvärvsfasen20. Relativa proportioner av rörelser mellan experimentet och Yoked48-grupperna, inom det experimentella rörelseplanet. Överst representerar gula mönster rörelser som främst utförs av experimentalgruppen, och botten representerar blå mönster rörelser som främst utförs av Yoked Group. "Riktning från startpunkt till mål" anger kortast möjliga bana från startpunkten till målet. "Horisontell avvikelse" anger avvikelse från kortast möjliga rörelsebana. Uppgifterna i denna siffra är från 50 deltagare (36 män, 14 kvinnor; medelålder = 24,92)20. Denna siffra trycks om med tillstånd från ref.20. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.

Figure 4
Figur 4: Representativa uppgifter om rädsla för rörelserelaterad smärta under förvärvs- och generaliseringsfaserna23. Genomsnittlig rädsla för rörelserelaterad smärta mot förvärvsbanorna i experimental- och yoked48-grupperna under förvärvsblocken (ACQ1–3) och generaliseringsblock (GEN1–3). Observera att under förvärvsfasen lämnas självrapporter för banorna T1–T3 och under generaliseringsfasen för G1–G3. Felstaplar representerar SEM. Data i den här siffran kommer från 64 deltagare (32 per grupp; Experimentell grupp: 10 män, 22 kvinnor, medelålder = 22,88; Yoked Group: 12 män, 20 kvinnor; medelålder = 23,44)23. Den här siffran ändras med tillstånd från ref.23. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.

Figure 5
Figur 5: Representativa uppgifter om förväntad smärta under förvärvs- och generaliseringsfaserna23. Genomsnittlig smärtförväntning mot förvärvsbanorna i grupperna Experimental och Yoked48 under förvärvsblocken (ACQ1–3) och generaliseringsblock (GEN1–3). Observera att under förvärvsfasen lämnas självrapporter för banorna T1–T3 och under generaliseringsfasen för G1–G3. Felstaplar representerar SEM. Data i den här siffran kommer från 64 deltagare (32 per grupp; Experimentell grupp: 10 män, 22 kvinnor, medelålder = 22,88; Yoked Group: 12 män, 20 kvinnor; medelålder = 23,44)23. Den här siffran ändras med tillstånd från ref.23. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.

Figure 6
Figur 6: Representativa uppgifter om rädsla för rörelserelaterad smärta under förvärvet, utrotning med förebyggande av respons och test av spontana återhämtningsfaser22. Genomsnittlig rädsla för rörelserelaterad smärta mot de olika banorna (T1–T3) under förvärvet (ACQ1–2), utrotning med responsförebyggande (RPE1–4) och spontan återhämtning (TEST1–2). Felstaplar representerar SEM. Data i denna siffra är från 30 deltagare (9 män, 21 kvinnor; medelålder = 21,90)22. Den här siffran ändras med tillstånd från ref.22. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.

Figure 7
Figur 7: Representativa data om förväntad smärta under förvärvet, utrotning med förebyggande av respons och test av spontana återhämtningsfaser22. Genomsnittlig smärtförväntning mot de olika banorna (T1–T3) under förvärvet (ACQ1–2), utrotning med responsförebyggande (RPE1–4) och spontan återhämtning (TEST1–2). Felstaplar representerar SEM. Data i denna siffra är från 30 deltagare (9 män, 21 kvinnor; medelålder = 21,90)22. Den här siffran ändras med tillstånd från ref.22. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Med tanke på den nyckelroll som undvikande i kronisk smärtafunktionshinder 1,2,3,4,5, och begränsningarna som traditionella undvikande paradigm19, det finns ett behov av metoder för att undersöka (smärtrelaterade) undvikande beteende. Det robotiska armfingrande paradigmet som presenteras här tar upp ett antal av dessa begränsningar. Vi har använt paradigmet i en serie studier, som konsekvent har visat förvärv av undvikande, och dessa effekter har utvidgats till våra självrapportåtgärder av smärtförväntning och rädsla för rörelserelateradsmärta 20,22,23,24. Men vi har också hittat skillnader mellan rädsla och undvikande23 som kan vara äkta och informativa, vilket tyder på att de två inte alltid delar ett en-till-ett-förhållande5,12,43,44,45. Dessutom presenterar paradigmet flera möjligheter att undersöka olika aspekter av undvikande beteende, såsom generalisering23, utrotning med svar förebyggande22, och post-extinction återkomst avundvikande 22, som beskrivs i det nuvarande manuskriptet.

Den nuvarande metoden erbjuder många fördelar jämfört med traditionella undvikande paradigm. För det första, istället för att utföra ett experimentör-instruerat undvikande svar, förvärvar deltagarna i det robotiska arm-nå paradigmet undvikande beteende själva. Paradigmet modellerar därmed bättre verkliga situationer, där undvikande beteende framträder naturligt som ett svar på smärta9. Förstå de processer som ligger till grund för hur undvikande förvärvas, kan ge insikt i hur undvikande senare kan bli patologiskt och inspirera till sätt på vilka dessa processer kan riktas direkt under behandling51. Metodologiska modifieringar, till exempel att manipulera experimentell belöning för att öka tillvägagångssättet och minska undvikandetendenser 52,53, kan till exempel möjliggöra en närmare undersökning av beteendemässiga och kognitiva processer som ligger till grund för förvärvet av maladaptiv undvikande. När det gäller detta kan förvärv av undvikande som demonstreras med det robotiska armfingrande paradigmet enkelt tillämpas för att undersöka överdriven generalisering av undvikande till säkra stimuli23. En annan fördel är att det kontinuerliga svaret på undvikande i det nuvarande paradigmet gör det möjligt för oss att undersöka för vem som kan bli överdriven, eftersom det ger mer detaljerade uppgifter än en dikotomiåtgärd. Denna ökade detalj i data möjliggör ökad känslighet för att plocka upp individuella skillnader, genom att jämföra avvikelsepoäng mellan deltagarna. En sådan kontinuerlig åtgärd är också mer ekologiskt giltig, eftersom undvikande i verkliga livet kan ske i varierande grad. Till exempel kan smärtrelaterad undvikande sträcka sig från subtil (t.ex. posturala förändringar eller förändrad andning när man utför en rörelse) till fullständig undvikande (t.ex. sängliggande). Förutom att införliva en kostnad för att undvika, kräver det nuvarande undvikande svaret en viss fysisk ansträngning, vilket innebär att kostnaderna ökar med tiden under hela uppgiften. Detta modellerar exakt det verkliga livet, där undvikande kan bli allt dyrare för individen under en tidsperiod9. Till exempel blir långvarig eller regelbunden frånvaro kostsam ur ekonomisk synvinkel54,55. Slutligen, med tanke på den låga kostnaden i samband med det tidigare använda instruerade knapptrycksvaret, är det svårt att skilja om deltagare i traditionella undvikandeparadigm undviker på grund av äkta rädsla, eller helt enkelt på grund av automatisk lydnad av uppgiftsinstruktioner. Med tanke på den höga ansträngningen och den osannade karaktären av undvikande svar i det nuvarande paradigmet, verkar det troligt att alla undvikande beteende observerade modeller äkta självmotiverad undvikande.

Förutom att ta itu med begränsningar av tidigare metoder erbjuder det robotiska armfingrningsparadigmet många möjligheter att undersöka ytterligare aspekter av undvikande beteende, vilket framgår av det nuvarande manuskriptet av undvikande generalisering och RPE-protokoll. Det är anmärkningsvärt att vi tidigare observerade en dissociation mellan självrapporter och undvikande, med rädsla och smärtförutsättning som generaliserar till de nya rörelsebanorna, medan undvikande inte gjorde det. Det finns flera rimliga förklaringar till den observerade diskrepansen mellan rädsla ochundvikande 23, som vi för närvarande undersöker. Men denna dissociation kan också vara ett äkta och informativt fynd, vilket faktiskt lägger till tidigare litteratur som tyder på att rädsla och undvikande inte alltid förekommer i synkron5,12,43,44,45, särskilt när undvikandesvaret ärkostsamt 56,57. Detta konstaterande betonar vikten av att experimentellt undersöka undvikande beteende själv, eftersom distinkta processer sannolikt bidrar till olika aspekter av rädslalärande 58,59, och dessa processer skulle vara svåra att avslöja genom att enbart mäta självrapporter och psykofysiologiska index av rädsla. Förutom generalisering av undvikande till nya rörelser har det robotiska armfingrande paradigmet också tillämpats för att studera generalisering av undvikande till nya sammanhang24. Hittills har kontextbaserad generalisering av undvikande undersökts med olika färgade skärmar som kontextuella ledtrådar24. Virtual Reality (VR) kan dock enkelt implementeras med det nuvarande paradigmet för att öka den ekologiska giltigheten av de experimentella sammanhangen. VR skulle också kunna tillämpas för att studera kategoribaserad generalisering av undvikande, såsom generalisering av undvikande mellan olika åtgärdskategorier60,61. Ytterligare anpassningar kan också genomföras i RPE-protokollet. Förutom att använda ett 2-dagars protokoll för undersökning av spontan återhämtning22, har vi också undersökt om smärtrelaterat undvikande beteende återvänder inte med tidens gång, men efter oväntade möten med smärtstimulansen (återinsättande)42 i ett 1-dagars protokoll. Dessutom, för att undersöka de proprioceptiva grunderna för smärtrelaterat undvikande beteende närmare, kan paradigmet ändras för att inkludera mindre eller ingen visuell information. Detta är något vi för närvarande undersöker i vårt labb. Slutligen, med tanke på att fysiskt flytta bort från en aversiv stimulans representerar en artspecifik defensivrespons 62, inte unik för rädsla och smärta, tillåter denna typ av operationalisering av undvikande undersökning av många olika typer av undvikande också. Till exempel kan paradigmet potentiellt tillämpas för att undersöka, inte bara undvikande av smärtsamma stimuli, men också undvikande av andra typer av aversiva stimuli, såsom de som inducerar avsky ellerförlägenhet 63,64.

Det beskrivna protokollet kan också enkelt utvidgas till att omfatta psykofysiologiska rädsla åtgärder. Även om det inte beskrivs här, har vi införlivat ögon-blinkande häpnadsväckande svar, liksom elektroencefalografi (EEG), i robotarm-nå paradigmet. Den ögon-blinkande startåtgärden erbjuder ett rädslaspecifikt mått på reflexiva defensivasvar 65,66, vilket kan ge ytterligare insikt i mekanismerna bakom undvikande beteende och dess förhållande till rädsla, medan implementering av EEG till paradigmet möjliggör undersökning av specifika neurala korrelater av undvikande beteende67. Dessutom kan hudledningssvaret (SCR)68, liksom online självrapportklassificeringar av lättnads-pleasantness69,70 inkluderas som mått på lättnad71. ScRs har tidigare befunnits korrelera med lättnad72- en föreslagen förstärkare av undvikande69,70 med tanke på dess inneboende positiva valens som svar på utelämnandet av negativa händelser73,74. Slutligen är hjärtfrekvens (HR) och hjärtfrekvensvariation (HRV) lätt genomförbara åtgärder som har kopplats till flera aversiva känslor i samband med undvikande, såsom rädsla, avsky och förlägenhet75.

Trots dess styrkor erkänner vi att det robotiska armfräsande paradigmet också har sina begränsningar. Till exempel är paradigmet inte lätt att överföra till andra laboratorier, eftersom den utrustning som används i och krävs för paradigmet (t.ex. robot och konstant strömstimulator) är dyra, vilket begränsar den utbredda användningen av paradigmet och dess genomförande av andra laboratorier. Observera dock att liknande robotar, som är relativt vanliga på rehabiliteringskliniker, kan programmeras på samma sätt, och mer prisvärda konstanta nuvarande stimulatorer finns också tillgängliga. Det är också anmärkningsvärt att den diskriminerande stimulansen (SD)och det instrumentella svaret i den nuvarande metoden är sammanflätade. Detta står i kontrast till traditionella undvikandeparadigmer, där rädsla först förvärvas mot CS under den pavlovska fasen, och undvikande undersöks i en efterföljande instrumentell fas. Det tidsmässiga förhållandet mellan rädsla och undvikande är dock inte strikt enkelriktat51. Även om det nuvarande paradigmet tillåter en närmare undersökning av den tidsmässiga dynamiken i undvikande-framväxten i förhållande till rädsla-framväxt, tillåter de åtgärder vi har använt hittills inte att vi exakt avlägsnar den tidsmässiga dynamiken av rädsla och undvikande. För närvarande kan undvikande beteende i paradigmet undersökas på försök-för-försök-basis, medan rädsla och förväntadhetsklassificeringar endast samlas in vid diskreta, specifika tidpunkter under uppgiften, för att inte störa uppgiftsflödet. Men för att tillåta exakta jämförelser mellan rädsla och undvikande kan en framtida studie använda ett mer kontinuerligt mått av rädsla, till exempel med hjälp av enurtavla 76, ensensor EEG77, eller rädsla-potentierad startel, för att möjliggöra en detaljerad förståelse av rädsla-framväxt mot de olika banorna, i förhållande till undvikande. Slutligen har endast elektrokutana stimuli hittills använts i det robotiska armflytande paradigmet som smärtstimulanser, av konsekvens- och jämförbarhetsskäl med tidigare studier av smärtrelaterad rädsla78,79,80. Elektriska stimuli kan dock inte helt efterlikna den mer tonic smärta upplevs av kronisk smärta patienter, med tanke på att de producerar en relativt phasic, ovanligt och onaturlig smärtaerfarenhet 81. Andra smärtinduktionsmetoder, såsom ischemisk stimulering82 och träningsinducerad (t.ex. fördröjd inset muskel ömhet, DOMS)83,84 smärta har hävdats vara bättre experimentella analoger av muskuloskeletal smärta, med tanke på deras naturliga och endogenanatur 81. Dessa smärtinduktionsmetoder skulle kunna användas i det robotiska armframställande paradigmet i framtiden. Trots dessa begränsningar är det nuvarande paradigmets förmåga att konsekvent visa förvärv av rädsla och undvikande med hjälp av sådana sammanflätade SDs och Rs i sig intressant och nytt. Dessutom anser vi att det robotiska armflytande paradigmet i sig självt kan främja diskussionen om behovet av mer ekologiskt giltiga undvikandeparadigm19. Dessutom har paradigmet potential att bana väg för att utveckla bättre undvikande paradigm i allmänhet, genom att ge ett exempel på hur problem på området kan hanteras på ett innovativt sätt.

Sammanfattningsvis erbjuder det robotiska armfingrande paradigmet en lovande väg för att förbättra den ekologiska giltigheten av undersökningar om undvikande beteende och för att främja vår förståelse av de underliggande processerna. Med hjälp av paradigmet har vi redan uppnått intressanta resultat, som kanske inte har avslöjats genom att enbart bedöma passiva korrelater av rädsla som verbala rapporter och fysiologisk upphetsning. Ändå har utvidgningen av paradigmet gett vissa ofullständiga resultat, som kräver ytterligare undersökningar och förbättringar av förfarandet. Trots detta är det robotiska armfingrande paradigmet ett stort steg framåt när det gäller ekologisk giltighet i de paradigm som används för att studera undvikande beteende.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Denna forskning stöddes av ett Vidi-anslag från Nederländernas organisation för vetenskaplig forskning (NWO), Nederländerna (anslags-ID 452-17-002) och ett seniort forskningsstipendium för forskningsstiftelsen Flandern (FWO-Vlaanderen), Belgien (bidrags-ID: 12E3717N) beviljat Ann Meulders. Johan Vlaeyens bidrag stöddes av "Asthenes" långsiktiga strukturstöd methusalembidrag från den flamländska regeringen i Belgien.

Författarna vill tacka Jacco Ronner och Richard Benning från Maastricht University, för att de programmerat de experimentella uppgifterna och designat och skapat grafiken för de beskrivna experimenten.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1 computer and computer screen Intel Corporation 64-bit Intel Core Running the experimental script
40 inch LCD screen Samsung Group Presenting the experimental script
Blender 2.79 Blender Foundation 3D graphics software for programming the graphics of the experiment
C# Programming language used to program the experimental task
Conductive gel Reckitt Benckiser K-Y Gel Facilitates conduction from the skin to the stimulation electrodes
Constant current stimulator Digitimer Ltd DS7A Generates electrical stimulation
HapticMaster Motekforce Link Robotic arm
Matlab MathWorks For writing scripts for participant randomization schedule, and for extracting maximum deviation from shortest trajectory per trial
Qualtrics Qualtrics Web survey tool for psychological questionnaires
Rstudio Rstudio Inc. Statistical analyses
Sekusept Plus Ecolab Disinfectant solution for cleaning medical instruments
Stimulation electrodes Digitimer Ltd Bar stimulating electrode Two reusable stainless steel disk electrodes; 8mm diameter with 30mm spacing
Tablet AsusTek Computer Inc. ASUS ZenPad 8.0 For providing responses to psychological trait questinnaires
Triple foot switch Scythe USB-3FS-2 For providing self-report measures on VAS scale
Unity 2017 Unity Technologies Cross-platform game engine for writing the experimental script including presentations of electrocutaneous stimuli

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Crombez, G., Eccleston, C., Van Damme, S., Vlaeyen, J. W., Karoly, P. Fear-avoidance model of chronic pain: the next generation. The Clinical Journal of Pain. 28 (6), 475-483 (2012).
  2. Leeuw, M., et al. The fear-avoidance model of musculoskeletal pain: current state of scientific evidence. Journal of Behavioral Medicine. 30 (1), 77-94 (2007).
  3. Vlaeyen, J., Linton, S. Fear-avoidance model of chronic musculoskeletal pain: 12 years on. Pain. 153 (6), 1144-1147 (2012).
  4. Vlaeyen, J., Linton, S. Fear-avoidance and its consequences in chronic musculoskeletal pain: a state of the art. Pain. 85 (3), 317-332 (2000).
  5. Meulders, A. From fear of movement-related pain and avoidance to chronic pain disability: a state-of-the-art review. Current Opinion in Behavioral Sciences. 26, 130-136 (2019).
  6. Kori, S. H., Miller, R. P., Todd, D. D. Kinesophobia: a new view of chronic pain behavior. Pain Management. (3), 35-43 (1990).
  7. Lethem, J., Slade, P. D., Troup, J. D., Bentley, G. Outline of a Fear-Avoidance Model of exaggerated pain perception-I. Behaviour Research and Therapy. 21 (4), 401-408 (1983).
  8. Waddell, G., Newton, M., Henderson, I., Somerville, D., Main, C. J. A Fear-Avoidance Beliefs Questionnaire (FABQ) and the role of fear-avoidance beliefs in chronic low back pain and disability. Pain. 52 (2), 157-168 (1993).
  9. Volders, S., Boddez, Y., De Peuter, S., Meulders, A., Vlaeyen, J. W. Avoidance behavior in chronic pain research: a cold case revisited. Behaviour Research and Therapy. 64, 31-37 (2015).
  10. Lovibond, P. F., Mitchell, C. J., Minard, E., Brady, A., Menzies, R. G. Safety behaviours preserve threat beliefs: Protection from extinction of human fear conditioning by an avoidance response. Behaviour Research and Therapy. 47 (8), 716-720 (2009).
  11. Hofmann, S. G., Hay, A. C. Rethinking avoidance: Toward a balanced approach to avoidance in treating anxiety disorders. Journal of Anxiety Disorders. 55, 14-21 (2018).
  12. Krypotos, A. M., Effting, M., Kindt, M., Beckers, T. Avoidance learning: a review of theoretical models and recent developments. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 9, 189 (2015).
  13. Mowrer, O. H. Two-factor learning theory: summary and comment. Psychological Review. 58 (5), 350-354 (1951).
  14. Pavlov, I. P. Conditioned reflexes: An investigation of the physiological activity of the cerebral cortex. , Oxford University Press. (1927).
  15. Skinner, B. F. Science and human behavior. , Macmillan. (1953).
  16. Thorndike, E. L. Animal intelligence: An experimental study of the associative processes in animals. The Psychological Review: Monograph Supplements. 2 (4), 109 (1898).
  17. Linton, S. J., Götestam, K. G. Controlling pain reports through operant conditioning: a laboratory demonstration. Perceptual and Motor Skills. 60 (2), 427-437 (1985).
  18. Gatzounis, R., Schrooten, M. G., Crombez, G., Vlaeyen, J. W. Operant learning theory in pain and chronic pain rehabilitation. Current Pain and Headache Reports. 16 (2), 117-126 (2012).
  19. Krypotos, A. M., Vervliet, B., Engelhard, I. M. The validity of human avoidance paradigms. Behaviour Research and Therapy. 111, 99-105 (2018).
  20. Meulders, A., Franssen, M., Fonteyne, R., Vlaeyen, J. Acquisition and extinction of operant pain-related avoidance behavior using a 3 degrees-of-freedom robotic arm. Pain. 157 (5), (2016).
  21. Boddez, Y., et al. Rating data are underrated: Validity of US expectancy in human fear conditioning. Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry. 44 (2), 201-206 (2013).
  22. Gatzounis, R., Meulders, A. Once an Avoider Always an Avoider? Return of Pain-Related Avoidance After Extinction With Response Prevention. The Journal of Pain. , (2020).
  23. Glogan, E., Gatzounis, R., Meulders, M., Meulders, A. Generalization of instrumentally acquired pain-related avoidance to novel but similar movements using a robotic arm-reaching paradigm. Behaviour Research and Therapy. 124, 103525 (2020).
  24. Meulders, A., Franssen, M., Claes, J. Avoiding Based on Shades of Gray: Generalization of Pain-Related Avoidance Behavior to Novel Contexts. The Journal of Pain. , (2020).
  25. Kalish, H. I. Learning: processes. Marx, M. , Macmillan. 207-297 (1969).
  26. Honig, W. K., Urcuioli, P. J. The legacy of Guttman and Kalish (1956): Twenty-five years of research on stimulus generalization. Journal of the Experimental Analysis of Behavior. 36 (3), 405-445 (1981).
  27. Ghirlanda, S., Enquist, M. A century of generalization. Animal Behaviour. 66 (1), 15-36 (2003).
  28. Dymond, S., Dunsmoor, J., Vervliet, B., Roche, B., Hermans, D. Fear generalization in humans: Systematic review and implications for anxiety disorder research. Behavior Therapy. 46 (5), 561-582 (2015).
  29. Lissek, S., Grillon, C. Overgeneralization of conditioned fear in the anxiety disorders. Zeitschrift für Psychologie/Journal of Psychology. 218 (2), 146-148 (2010).
  30. Meulders, A., et al. Contingency learning deficits and generalization in chronic unilateral hand pain patients. The Journal of Pain. 15 (10), 1046-1056 (2014).
  31. Meulders, A., Jans, A., Vlaeyen, J. Differences in pain-related fear acquisition and generalization: an experimental study comparing patients with fibromyalgia and healthy controls. Pain. 156 (1), 108-122 (2015).
  32. Meulders, A., Meulders, M., Stouten, I., De Bie, J., Vlaeyen, J. W. Extinction of fear generalization: A comparison between fibromyalgia patients and healthy control participants. The Journal of Pain. 18 (1), 79-95 (2017).
  33. Harvie, D. S., Moseley, G. L., Hillier, S. L., Meulders, A. Classical Conditioning Differences Associated With Chronic Pain: A Systematic Review. The Journal of Pain. 18 (8), 889-898 (2017).
  34. Meulders, A. Fear in the context of pain: Lessons learned from 100 years of fear conditioning research. Behaviour Research and Therapy. 131, 103635 (2020).
  35. Vlaeyen, J., Morley, S., Linton, S., Boersma, K., de Jong, J. Pain-Related Fear: Exposure Based Treatment for Chronic Pain. , IASP Press. (2012).
  36. Scheveneels, S., Boddez, Y., Vervliet, B., Hermans, D. The validity of laboratory-based treatment research: Bridging the gap between fear extinction and exposure treatment. Behaviour Research and Therapy. 86, 87-94 (2016).
  37. den Hollander, M., et al. Fear reduction in patients with chronic pain: a learning theory perspective. Expert Review of Neurotherapeutics. 10 (11), 1733-1745 (2010).
  38. Craske, M. G., et al. Optimizing inhibitory learning during exposure therapy. Behaviour Research Therapy. 46 (1), 5-27 (2008).
  39. Quirk, G. J., Mueller, D. Neural mechanisms of extinction learning and retrieval. Neuropsychopharmacology: An Official Publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 33 (1), 56-72 (2008).
  40. Bouton, M. Context, ambiguity, and unlearning: sources of relapse after behavioral extinction. Biological Psychiatry. 52 (10), 976-986 (2002).
  41. Bouton, M. E., Winterbauer, N. E., Todd, T. P. Relapse processes after the extinction of instrumental learning: renewal, resurgence, and reacquisition. Behavioural processes. 90 (1), 130-141 (2012).
  42. Haaker, J., Golkar, A., Hermans, D., Lonsdorf, T. B. A review on human reinstatement studies: an overview and methodological challenges. Learning & Memory. 21 (9), 424-440 (2014).
  43. Mineka, S. The role of fear in theories of avoidance learning, flooding, and extinction. Psychological Bulletin. 86 (5), 985-1010 (1979).
  44. Bravo-Rivera, C., Roman-Ortiz, C., Montesinos-Cartagena, M., Quirk, G. J. Persistent active avoidance correlates with activity in prelimbic cortex and ventral striatum. Frontiers In Behavioral Neuroscience. 9, 184 (2015).
  45. Vervliet, B., Indekeu, E. Low-cost avoidance behaviors are resistant to fear extinction in humans. Frontiers In Behavioral Neuroscience. 9, 351 (2015).
  46. Solomon, R. L., Kamin, L. J., Wynne, L. C. Traumatic avoidance learning: the outcomes of several extinction procedures with dogs. The Journal of Abnormal and Social Psychology. 48 (2), 291-302 (1953).
  47. Bouton, M. E., Swartzentruber, D. Sources of relapse after extinction in Pavlovian and instrumental learning. Clinical Psychology Review. 11 (2), 123-140 (1991).
  48. Davis, J., Bitterman, M. E. Differential reinforcement of other behavior (DRO): a yoked-control comparison. Journal of the Experimental Analysis of Behavior. 15 (2), 237-241 (1971).
  49. Bouton, M. E., Todd, T. P. A fundamental role for context in instrumental learning and extinction. Behavioural Processes. 104, 13-19 (2014).
  50. Bouton, M. E., Todd, T. P., Leon, S. P. Contextual control of discriminated operant behavior. The Journal of Experimental Psychology: Animal Learning and Cognition. 40 (1), 92-105 (2014).
  51. Pittig, A., Wong, A. H. K., Glück, V. M., Boschet, J. M. Avoidance and its bi-directional relationship with conditioned fear: Mechanisms, moderators, and clinical implications. Behaviour Research and Therapy. 126, 103550 (2020).
  52. Pittig, A., Dehler, J. Same fear responses, less avoidance: Rewards competing with aversive outcomes do not buffer fear acquisition, but attenuate avoidance to accelerate subsequent fear extinction. Behaviour Research and Therapy. 112, 1-11 (2019).
  53. Van Damme, S., Van Ryckeghem, D. M., Wyffels, F., Van Hulle, L., Crombez, G. No pain no gain? Pursuing a competing goal inhibits avoidance behavior. Pain. 153 (4), 800-804 (2012).
  54. Langley, P., et al. The impact of pain on labor force participation, absenteeism and presenteeism in the European Union. Journal of Medical Economics. 13 (4), 662-672 (2010).
  55. Breivik, H., Collett, B., Ventafridda, V., Cohen, R., Gallacher, D. Survey of chronic pain in Europe: prevalence, impact on daily life, and treatment. European Journal of Pain. 10 (4), 287-333 (2006).
  56. Claes, N., Crombez, G., Vlaeyen, J. W. Pain-avoidance versus reward-seeking: an experimental investigation. Pain. 156 (8), 1449-1457 (2015).
  57. Claes, N., Karos, K., Meulders, A., Crombez, G., Vlaeyen, J. W. S. Competing goals attenuate avoidance behavior in the context of pain. The Journal of Pain. 15 (11), 1120-1129 (2014).
  58. Soeter, M., Kindt, M. Dissociating response systems: erasing fear from memory. Neurobiology of Learning and Memory. 94 (1), 30-41 (2010).
  59. LeDoux, J., Daw, N. D. Surviving threats: neural circuit and computational implications of a new taxonomy of defensive behaviour. Nature Reviews Neuroscience. 19 (5), 269-282 (2018).
  60. Glogan, E., van Vliet, C., Roelandt, R., Meulders, A. Generalization and extinction of concept-based pain-related fear. The Journal of Pain. 20 (3), 325-338 (2019).
  61. Meulders, A., Vandael, K., Vlaeyen, J. W. Generalization of Pain-Related Fear Based on Conceptual Knowledge. Behavior Therapy. 48 (3), 295-310 (2017).
  62. Bolles, R. C. Species-specific defense reactions and avoidance learning. Psychological Review. 77 (1), 32-48 (1970).
  63. Shook, N. J., Thomas, R., Ford, C. G. Testing the relation between disgust and general avoidance behavior. Personality and Individual Differences. 150, 109457 (2019).
  64. McCambridge, S. A., Consedine, N. S. For whom the bell tolls: Experimentally-manipulated disgust and embarrassment may cause anticipated sexual healthcare avoidance among some people. Emotion. 14 (2), 407-415 (2014).
  65. Lipp, O. V., Sheridan, J., Siddle, D. A. Human blink startle during aversive and nonaversive Pavlovian conditioning. The Journal of Experimental Psychology: Animal Learning and Cognition. 20 (4), 380-389 (1994).
  66. van Well, S., Visser, R. M., Scholte, H. S., Kindt, M. Neural substrates of individual differences in human fear learning: evidence from concurrent fMRI, fear-potentiated startle, and US-expectancy data. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience. 12 (3), 499-512 (2012).
  67. Davidson, R. J., Jackson, D. C., Larson, C. L. Handbook of psychophysiology, 2nd ed. , Cambridge University Press. 27-52 (2000).
  68. Benedek, M., Kaernbach, C. A continuous measure of phasic electrodermal activity. Journal of Neuroscience Methods. 190 (1), 80-91 (2010).
  69. Leknes, S., Lee, M., Berna, C., Andersson, J., Tracey, I. Relief as a reward: hedonic and neural responses to safety from pain. PloS One. 6 (4), 17870 (2011).
  70. Vervliet, B., Lange, I., Milad, M. R. Temporal dynamics of relief in avoidance conditioning and fear extinction: Experimental validation and clinical relevance. Behaviour Research and Therapy. 96, 66-78 (2017).
  71. Leknes, S., et al. The importance of context: When relative relief renders pain pleasant. PAIN. 154 (3), 402-410 (2013).
  72. Vervliet, B., Lange, I., Milad, M. R. Temporal dynamics of relief in avoidance conditioning and fear extinction: Experimental validation and clinical relevance. Behaviour Research and Therapy. 96, 66-78 (2017).
  73. Deutsch, R., Smith, K. J. M., Kordts-Freudinger, R., Reichardt, R. How absent negativity relates to affect and motivation: an integrative relief model. Frontiers in Psychology. 6 (152), (2015).
  74. Vlemincx, E., et al. Why do you sigh? Sigh rate during induced stress and relief. Psychophysiology. 46 (5), 1005-1013 (2009).
  75. Kreibig, S. D. Autonomic nervous system activity in emotion: A review. Biological Psychology. 84 (3), 394-421 (2010).
  76. Pappens, M., Smets, E., Vansteenwegen, D., Van Den Bergh, O., Van Diest, I. Learning to fear suffocation: a new paradigm for interoceptive fear conditioning. Psychophysiology. 49 (6), 821-828 (2012).
  77. de Man, J., Stassen, N. Analyzing fear using single sensor EEG device. International Conference on Intelligent Technologies for Interactive Entertainment. Poppe, R., Meyer, J. J., Veltkamp, R., Dastani, M. , Springer. 86-96 (2016).
  78. Meulders, A., Vandebroek, N., Vervliet, B., Vlaeyen, J. W. S. Generalization Gradients in Cued and Contextual Pain-Related Fear: An Experimental Study in Healthy Participants. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 345 (2013).
  79. Meulders, A., Vansteenwegen, D., Vlaeyen, J. W. S. The acquisition of fear of movement-related pain and associative learning: a novel pain-relevant human fear conditioning paradigm. Pain. 152 (11), 2460-2469 (2011).
  80. Meulders, A., Vlaeyen, J. W. S. The acquisition and generalization of cued and contextual pain-related fear: an experimental study using a voluntary movement paradigm. Pain. 154 (2), 272-282 (2013).
  81. Moore, D. J., Keogh, E., Crombez, G., Eccleston, C. Methods for studying naturally occurring human pain and their analogues. Pain. 154 (2), 190-199 (2013).
  82. Lewis, T. Pain in muscular ischemia: its relation to anginal pain. Archives of Internal Medicine. 49 (5), 713-727 (1932).
  83. Niederstrasser, N. G., et al. Pain catastrophizing and fear of pain predict the experience of pain in body parts not targeted by a delayed-onset muscle soreness procedure. The Journal of Pain. 16 (11), 1065-1076 (2015).
  84. Niederstrasser, N. G., et al. An experimental approach to examining psychological contributions to multisite musculoskeletal pain. The Journal of Pain. 15 (11), 1156-1165 (2014).

Tags

Beteende Problem 164 kronisk smärta rädsla förvärv generalisering utrotning med responsförebyggande associativt lärande instrumentell konditionering återfall
Undersöka smärtrelaterat undvikande beteende med hjälp av ett robotarms-nå paradigm
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Glogan, E., Gatzounis, R., Vandael,… More

Glogan, E., Gatzounis, R., Vandael, K., Franssen, M., Vlaeyen, J. W. S., Meulders, A. Investigating Pain-Related Avoidance Behavior using a Robotic Arm-Reaching Paradigm. J. Vis. Exp. (164), e61717, doi:10.3791/61717 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter