התניית פחד האדם שנערך מציאות שליטת טבילה 3-Dimensional וירטואלי
9 באוגוסט 2010
הפרדיגמה הקלאסית מיזוג פחד הותאם עבור המשתתפים האדם בסביבה מציאות וירטואלית לחלוטין immersive. באמצעות פרדיגמה אפליה, פחד מותנה, אות וזיכרון שימור הקשר, הכחדה נמדדה עם תגובה מוליכות העור כדי נחשים ועכבישים וירטואלי דינמי (גירויים מותנים) בשני הקשרים שונים וירטואלית.
סרטון זה מדגים את השימוש בסביבה הווירטואלית האימרסיבית של Duke, המכונה DIVE, ליצירת נתוני התניית פחד דמויי מציאות בבני אדם. עולמות וירטואליים נוצרים באמצעות תוכנה וירטואלית וקוד נכתב כדי להפיק גירויים. המשתתף מצויד באלקטרודות להקלטת מוליכות עור וגירוי שורש כף היד, וכן בכפתורים ללחיצה בתוך סביבת המציאות המדומה.
נתוני תגובת מוליכות העור ולחיצות כפתור נאספים בזמן הצגת גירויים דינמיים ב-DIVE; נתונים פיזיולוגיים ומדדי ציפייה מנותחים כדי להדגים רכישת פחד, הכחדת פחד ושימור זיכרון של פחד מגירויים מותנים, או מההקשר. שלום, אני קווין לבאר. אני פרופסור במרכז למדעי המוח הקוגניטיביים באוניברסיטת דיוק.
אני רייצ'ל בריידי, מנהלת ה-Duke Immersive Virtual Environment. היי, שמי ניקול האף. אני עמיתת פוסט-דוקטורט במעבדה של ד"ר למאר.
שלום, שמי דייוויד זלנסקי מקבוצת טכנולוגיית הוויזואליזציה. היום נדגים לכם פרוצדורה לביצוע ניסויי התניית פחד בבני אדם באמצעות מציאות מדומה תלת-ממדית באימרסיה מלאה. אנו משתמשים בפרוצדורה זו כדי לבחון השפעות הקשריות על רכישת פחד ושימור זיכרון.
בואו נתחיל. כדי לבחון השפעות הקשריות על רכישת פחד וזיכרון, משתתפים אנושיים נחשפים לגירויי תנאי דינמיים בסביבה וירטואלית סביבתית מלאה המכונה Duke's Immersive virtual environment. מערכת הצלילה מורכבת מחדר של שלושה מטרים על שלושה מטרים על שלושה מטרים, שבו כל ארבעת הקירות, התקרה והרצפה מציגים תמונות מחשב סטריאוגרפיות באמצעות הקרנה אחורית.
לכל קיר יש מקרן DLP משלו, אשר נשלט בתורו על ידי מחשב ייעודי. אחד הקירות נפתח כדי לאפשר כניסה ויציאה מה-DIVE, ומערכת מעקב מספקת מידע על מיקום תלת-ממדי ואוריינטציה עבור מיקומי הראש והיד של המשתתף. ראייה סטריאוסקופית פעילה מתאפשרת באמצעות משקפי תריס מקריסטליים נוזליים אותם עוטים המשתתפים.
ששת המחשבים המוקדשים לקירות נשלטים על ידי מחשב מאסטר המתקשר עם מערכת המעקב, שולט במערכת הסאונד ושולט במערכת הלם חשמלי, המשמשת לצורך התניה.
המסלול לאורך נתיב זה נשלט באמצעות מערכת תוכנה וירטואלית. מערכת ה-VIRs מתקשרת עם מערכת המעקב באמצעות רשת פריפריאלית של מציאות מדומה וספרייה בקוד פתוח. ה-VRPM רושם את המיקום והאוריינטציה של ראשו וידו של המשתתף, כמו גם מידע על לחיצות על כפתורים.
מערכת ה-OLS משתמשת במידע על מעקב הראש כדי לרנדר את הסצנה התלת-ממדית בפרספקטיבה הנכונה עבור המשתתף. כעת נראה כיצד להכין משתתף לניסוי התניה הוגנת (fair conditioning) בתוך מערכת ה-DIVE. במהלך ניסויי התניה הוגנת, המשתתפים נחשפו בתוך מערכת ה-DIVE לגירויי התניה דינמיים המורכבים מנחשים ועכבישים, אשר שולבו עם גירוי חשמלי בפרק כף היד; לפני תחילת הליך ההתניה, הקצו תחילה באופן אקראי כל משתתף לתנאי מסוים, כאשר מונח הגירוי הוא CS plus, המורכב מתמונות של נחשים או תמונות של עכבישים עבור כל המשתתפים.
הגירוי הבלתי מותנה שיש להצמיד לגירוי ה-CS פלוס מורכב מגרוי חשמלי של שורש כף היד עבור כל משתתף. הגירוי שלא נבחר להיות ה-CS פלוס משמש כביקורת ומוגדר כגירוי ה-CS מינוס. כעת, הקצה למשתתף באופן אקראי הקשר וירטואלי מסוים שבו הוא או היא יצפו בגירויים.
הקשר אחד אפשרי של מציאות מדומה מורכב מסביבה פנימית, וההקשר השני מורכב מסביבה חיצונית, כדי להגדיר את הגירוי החשמלי שיצומד לגירוי ה-CS plus. מרחו כמות קטנה של ג'ל מוליך על האלקטרודות, ולאחר מכן הצמידו אלקטרודת גירוי שטח דו-קוטבית מעל העצב המדיאני של פרק כף היד הדומיננטי של המשתתף, אבטחו את מובילי האלקטרודה באמצעות רצועת גומי וחברו אותם למכשיר גירוי grass tele factor SD nine. כעת, כדי למצוא את מתח הגירוי המתאים, התחילו עם מתח המוגדר ברמה נמוכה של 30 volts ובצעו גירוי למשך 200 milliseconds.
בתדר של 30 עד 50 hertz, מעלים את המתח בתוספות של five volts עד שהמשתתף מציין כי הגיע לרמת הסבילות שלו ללא השראת כאב. המטרה היא למצוא הגדרה שנתפסת כמטרדה מאוד אך אינה כואבת. המדד התלוי של פחד במשתתפים אנושיים במהלך ניסוי זה הוא תגובת מוליכות העור.
על המשתתפים לשטוף ולייבש תחילה את ידיהם ולהמתין לפחות 10 דקות כדי להתרגל לטמפרטורה של הבניין. לפני חיבור אלקטרודות ה-SCR, יש לבצע פילינג לפלנגות האמצעיות של האצבע הראשונה והשנייה ביד הלא-דומיננטית באמצעות prep חדש, לנגב אותן עד לייבוש ולאחר מכן למרוח כמות קטנה של ג'ל מוליך מסוג Cigna באלקטרודה. כעת, כדי למדוד SCR, חברו דיסקים של אלקטרודות כסף-כלוריד כסף לפלנגות האמצעיות של האצבע הראשונה והשנייה ביד הלא-דומיננטית.
המוספים מגיעים למערכת הקלטה פיזיולוגית מסוג BioPack הממוקמת ממש מחוץ ל-DIVE בחדר הבקרה. מערכת הביו מסתנכרנת עם הצגת הגירויים, המחשב המריץ את תוכנת T'S יחד עם הגירוי החשמלי וערכת האלקטרודות של SCR. המשתתף נמצא במרכז ה-dive כשהוא פונה קדימה עם מעקב ראש במשקפיים תלת-ממדיים, ובידו הדומיננטית מונח מכשיר שיתעד תגובות לחיצה על כפתור מצד המשתתף כאשר הוא נתקל בנחש או בעכביש.
כעת יידעו את המשתתף כי משימתו היא לציין באמצעות לחיצה על כפתור בשרביט עד כמה לדעתו סביר שהוא יקבל גירוי חשמלי בעת מפגש עם נחש או עכביש; הכפתורים מסודרים משמאל לימין, כאשר הכפתור השמאלי מייצג את הסבירות הנמוכה ביותר לקבלת גירוי. הזכירו לו כי הלחיצה על הכפתור אינה משפיעה על התרחשות הגירוי החשמלי. כעת נראה את ניסויי ההתנייה ההוגנת.
ניסוי ההתניית פחד נערך בשני מפגשים המופרדים ב-24 שעות. המפגש הראשון כולל תקופת הרגלה ראשונית שלאחריה מיד מתחילה שלב רכישת הפחד. המפגש השני כולל בדיקת שימור זיכרון ואימון הכחדה במהלך תקופת ההרגלה הראשונית.
הציגו למשתתף ארבעה ניסיונות של כל סוג CS על רקע אפור בטבילה מלאה בתלת-ממד, אך ללא חיזוק או העולם הווירטואלי שבו יתרחשו האימון או הבדיקה; בכל ניסוי, הגירוי מופיע למשך ארבע שניות ובמקביל נשמע צליל רשרוש או נקישה כדי לסמן את הופעתו של נחש או עכביש. שלב זה מאפשר הסתגלות לסביבת הניסוי ב-DIVE והפחתה של תגובות התמצאות לגירויי ההתניה. מיד לאחר שלב ההביטואציה, התחילו את שלב רכישת הפחד.
הצג 16 ניסיונות מעורבבים של כל סוג CS, שבהם ה-CS minus מוצג לבדו, וחמישה מתוך 16 ניסיונות ה-CS plus מחוזקים בגירוי חשמלי כ-24 שעות מאוחר יותר. התחל את המפגש השני. בשלב זה, הצג למשתתף 16 ניסיונות של סוג H Cs ללא גירוי חשמלי בהקשר וירטואלי שהוא זהה להקשר של רכישת הפחד או שונה ממנו, בהתאם לקבוצה אליה שובץ המשתתף בתחילה.
המשימה וההנחיות למשתתף הן אותן הנחיות שניתנו במפגש השני. כעת נציג מספר תוצאות מניסויי התניית פחד במקבילו של DIVE בתוך המפגש. נמצאה רכישה והכחדה של פחד באופן עקבי בין הקבוצות, מה שמעיד על כך שניתן לבצע מחקרי התניית פחד מהימנים ומספקים במסגרת המגבלות והיכולות של סביבה רב-ממדית (immersive) מלאה. יתרה מכך, אצל משתתפים שנשארו באותו ההקשר בימים הראשון והשני של הניסויים, נצפתה זיכרון פחד הקשרי חזק ביחס לאלה שחוו שינוי בהקשר.
שימור הפחד חזק יותר ב-DIVE מאשר בפרדיגמה תואמת של מעבדה קונבנציונלית. הרגע הצגנו בפניכם כיצד לבצע ניסויי התניית פחד בבני אדם באמצעות מציאות מדומה באימרסיה מלאה. טכנולוגיה זו שימושית לבחינת השפעות הקשריות על זיכרון של פחד.
וזכרו, בעת ביצוע ניסויים אלו, חשוב להגביל את יכולות המציאות המדומה כדי שתוכלו להפיק נתונים הניתנים לפירוש. לדוגמה, תרצו לשלוט במידת התנועה של המשתתף, כמו גם במיקום ובמשך הגירויים. זהו כל השלב.
תודה לצפייה ובהצלחה בניסוייכם.
סקירה כללית
מחקר זה מדגים פרדיגמה קלאסית של התניית פחד שהותאמה למשתתפים בני אדם באמצעות מציאות מדומה סביבתית (immersive virtual reality). המחקר מודד תגובות פחד מותנית, שימור זיכרון והכחדה באמצעות תגובות פיזיולוגיות לגירויים וירטואליים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- פסיכולוגיה התנהגותית
- יישומי מציאות מדומה
רקע
- התניית פחד היא פרדיגמה התנהגותית המשמשת לחקר למידה אסוציאטיבית.
- מציאות מדומה מספקת סביבה מבוקרת לעוררות תגובות פחד.
- תגובת מוליכות עור היא מדד מהימן לעוררות פיזיולוגית.
- השפעות הקשריות עשויות להשפיע על רכישת הפחד ועל שימור הזיכרון.
מטרת המחקר
- לחקור התניית פחד בבני אדם באמצעות סביבת מציאות מדומה.
- להעריך את השפעתם של הקשרים שונים על תגובות פחד.
- למדוד את השימור וההכחדה של פחד מותנה לאורך זמן.
שיטות שבהן נעשה שימוש
- המשתתפים נחשפו לגירויים וירטואליים דינמיים (נחשים ועכבישים).
- גירוי חשמלי של פרק כף היד שולב עם גירויים מותנים כדי לעורר פחד.
- תגובות מוליכות עור נרשמו כדי למדוד תגובות פיזיולוגיות.
- המשתתפים ניווטו בתוך סביבה וירטואלית סוחפת לחלוטין (DIVE).
תוצאות עיקריות
- המשתתפים הראו תגובות מוליכות עור משמעותיות לגירויים מותנים.
- וריאציות הקשריות השפיעו על מידת רכישת הפחד.
- נצפתה שימור של זיכרון תגובות הפחד לאורך זמן.
- הכחדת הפחד נמדדה ביעילות בסביבה הווירטואלית.
מסקנות
- סביבת המציאות המדומה הסביבנית (immersive virtual reality) יעילה לחקר התניית פחד.
- להקשר תפקיד מכריע ברכישת פחד ובשימור הזיכרון.
- גישה זו יכולה לשפר את ההבנה של הפרעות הקשורות לפחד.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מציאות מדומה חווייתית (Immersive virtual reality) מאפשרת שליטה מדויקת על הקשרים סביבתיים מורכבים במחקרי התניית פחד בבני אדם, ובכך היא נותנת מענה למגבלה מרכזית בתרגום של מודלי חרדה פרה-קליניים ליישומים קליניים. על ידי אספקת סביבות רב-חושיות בעלות תוקף אקולוגי תוך שמירה על מגבלות ניסוייות, גישה זו תומכת בהפחתת סיכונים מכניסטית (mechanistic de-risking) של מטרות הקשורות לפחד ומשפרת את הביטחון החזוי במעבר מהשלב הפרה-קליני לשלב הקליני. המתודולוגיה משפרת את תיקוף המטרות על ידי בידוד מנגנוני פחד תלויי-הקשר, החיוניים לגילוי תרופות נוירו-פסיכיאטריות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות בנוגע למנגנוני קידוד ושליפה של פחד התלויים בהקשר.
- ערך מדעי: תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים על ידי בידוד השפעת ההקשר הסביבתי על רכישת פחד ושימור זיכרון.
- ערך מדעי: מסייע בתיקוף תפקודי של מטרות באמצעות תגובות מדידות של מוליכות העור לגירויי איום וירטואליים.
סריקה ופיתוח בדיקות
- ערך מדעי: הכנה של מערכות ביולוגיות מאושרות הרלוונטיות לבני אדם לצורך סטנדרטיזציה של בדיקות המשך בסריקת מטרות נוירופסיכיאטריות.
- ערך מדעי: אספקת מדדים פיזיולוגיים כמותיים וניתנים לשחזור (מוליכות עור) המאפשרים הערכה מהימנה של תרכובות בהקשרים אימרסיביים.
- ערך מדעי: תמיכה בשימוש חוזר בפלטפורמה לאורך קמפיינים של תיקוף מטרות הקשורות לפחד, חרדה ו-PTSD.
מחקר תרגומי וטרום-קליני
- ערך מדעי: מגביר את הרלוונטיות למחלה על ידי סימולציה של הקשרים מורכבים דמויי העולם האמיתי המערבים מספר מערכות חושיות.
- ערך מדעי: משפר את הרציפות התרגומית ממודלים של התניית פחד במכרסמים לפרדיגמות ניסיוניות בבני אדם.
- ערך מדעי: מאפשר קבלת החלטות על קידום מותאם סיכון באמצעות מדידת שימור זיכרון פחד תלוי-הקשר במרווחי זמן של 24 שעות.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד (Pipeline)
השיטה משתלבת ברצף הגילוי על ידי תמיכה בבדיקת היפותזות בשלב מוקדם של תיקוף מטרות, מתיימרת לאפשר פיתוח של בדיקות כמותיות עבור קמפיינים של סריקה, ומספקת מידע לקבלת החלטות תרגומיות באמצעות מדידות של זיכרון פחד הרגישות להקשר.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת השערות על השפעות הקשריות על רכישת פחד ובבירור נתיבים במעגלים עצביים הקשורים לפחד.
- סריקה: מספק פלטי מוליכות עור הניתנים לשחזור ומוכנים לבדיקה, המאפשרים השוואה של תגובות לאיום בין הקשרים וירטואליים.
- אנליטיקה: מייצר מדידות פיזיולוגיות ברזולוציית זמן (רכישת פחד, הכחדה, שימור) המאפשרות השוואה סטטיסטית של פרמטרי התניה.
- מחקר תרגומי: מקשר בין מניפולציית הקשר בשלב הגילוי להמשכיות פרה-קלינית על ידי מידול מורכבות של העולם האמיתי בקידוד פחד.
- שימוש חוזר ארגוני: מכונן פלטפורמת VR אימרסיבית לשימוש חוזר עבור מחקרי התניה, הכחדה והחזרה של פחד באופן איטרטיבי על פני מספר תוכניות יעד.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי על ידי הפחתת עמימות מכניסטית בעיבוד פחד תלוי-הקשר.
- ערך תפעולי: מבטיח סטנדרטיזציה ושחזוריות באמצעות נתיבי ניווט קבועים, הצגת גירויים מסונכרנת ופרמטרים סביבתיים מבוקרים.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות go/no-go על ידי כימות השפעות ההקשר על זיכרון פחד, ובכך מפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים של פיתוח תרופות לחרדה.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף של מטרות מותאם-סיכון, המבוסס על פנוטיפים של פחד ספציפיים להקשר אשר תוקפו.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במערכות מציאות מדומה, רישום פיזיולוגי ותכנון ניסיוני עבור התניית פחד הקשרית.
- תלוי בתשתית VR סביבתית (הקרנה מ-6 צדדים, מעקב ראש/יד, סנכרון גירויים) ובמערכות לרכישת מוליכות עור.
- מצריך סטנדרטיזציה בין-צוותית בין קבוצות מדעי המוח, הנדסת VR וניתוח נתונים לצורך מניפולציה עקבית של ההקשר.
- כולל שיקולי התאמה בעת העברת פרוטוקולים בין הקשרי מציאות מדומה שונים (למשל, פנים מול חוץ) תוך שמירה על תזמון הגירויים ופרמטרי ההגבּרה.
- מוגבל על ידי הצורך להגביל את תנועת המשתתף ואת משך הגירוי כדי להבטיח את יכולת הפרשנות של הנתונים, כפי שצוין בנהלי הבטיחות.
