Warunkowanie lęku u ludzi przeprowadzone w pełnej imersji w trójwymiarowej rzeczywistości wirtualnej

Podsumowanie

Klasyczny paradygmat warunkowania lękowego został dostosowany dla uczestników będących ludźmi w w pełni imersyjnym środowisku wirtualnej rzeczywistości. Wykorzystując paradygmat dyskryminacyjny, zmierzono warunkowy lęk, retencję pamięci sygnału i kontekstu oraz wygaszanie lęku poprzez pomiar reakcji przewodnictwa skóry na dynamiczne wirtualne węże i pająki (bodźce warunkowane) w dwóch odrębnych kontekstach wirtualnych.

Streszczenie

Warunkowanie lękowe jest powszechnie stosowanym paradygmatem w badaniach na zwierzętach, służącym do badania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw lęku i niepokoju. Głównym wyzwaniem w prowadzeniu badań nad warunkowaniem u ludzi jest możliwość silnego manipulowania lub symulowania kontekstów środowiskowych powiązanych z warunkowanymi zachowaniami emocjonalnymi. W tym względzie obiecującym narzędziem jest technologia wirtualnej rzeczywistości (VR). Jednak dostosowanie tej technologii do wymagań eksperymentalnych wymaga specjalnych rozwiązań. W niniejszej pracy omawiamy kwestie metodologiczne związane z prowadzeniem warunkowania lękowego w pełni imersyjnym, 6-stronnym środowisku VR i przedstawiamy dane dotyczące warunkowania lękowego.

W rzeczywistości zdarzenia traumatyczne występują w złożonych środowiskach składających się z wielu wskazówek, które angażują wszystkie nasze modalności sensoryczne. Na przykład wskazówki tworzące konfigurację środowiskową obejmują nie tylko elementy wizualne, ale także słuchowe, węchowe, a nawet dotykowe. W badaniach nad warunkowaniem lęku u gryzoni zwierzęta są całkowicie zanurzone w kontekście bogatym w nowe wskazówki wizualne, dotykowe i węchowe. Jednak standardowe laboratoryjne testy warunkowania lęku u ludzi są zazwyczaj przeprowadzane w niepozornym pomieszczeniu przed płaskim lub 2D ekranem komputera i nie oddają złożoności doświadczeń ze świata rzeczywistego. Z drugiej strony, głównym ograniczeniem badań klinicznych mających na celu redukcję (wygaszenie) lęku i zapobieganie nawrotom w zaburzeniach lękowych jest fakt, że leczenie odbywa się po tym, jak uczestnicy nabyli lęk w niekontrolowanym i w dużej mierze nieznanym kontekście. W związku z tym eksperymentatorzy pozostają bez informacji o czasie ekspozycji, rzeczywistej naturze bodźca oraz powiązanych wskazówkach tła w otoczeniu¹. W obliczu braku tych informacji może być trudno w pełni wygasić lęk, który jest zależny zarówno od wskazówek, jak i od kontekstu. Środowiska rzeczywistości wirtualnej rozwiązują te problemy, zapewniając złożoność świata rzeczywistego, a jednocześnie pozwalając eksperymentatorom na ograniczenie parametrów warunkowania i wygaszania lęku w celu uzyskania danych empirycznych, które mogą sugerować lepsze opcje leczenia i/lub analizować hipotezy mechanistyczne.

Aby przetestować hipotezę, że warunkowanie lękowe może być bogato kodowane i specyficzne dla kontekstu, gdy jest przeprowadzane w pełni imersyjnym środowisku, opracowaliśmy odrębne trójwymiarowe konteksty w rzeczywistości wirtualnej, w których uczestnicy przechodzili warunkowanie lękowe w odpowiedzi na wirtualne węże lub pająki. Sygnały słuchowe współwystępowały z CS, aby dodatkowo wywołać reakcje orientacyjne oraz poczucie „obecności” u badanych ² . Odpowiedź skórno-galwaniczna służyła jako zależna miara nabywania lęku, retencji pamięci oraz wygaszania.

Protokół

A. Projekt bodźców i zadań

1. Ogólny projekt.

Zbadaliśmy wpływ kontekstu na nabywanie lęku oraz retencję pamięci w ciągu dwóch dni. Projekt ten jest analogiczny do badań na gryzoniach, które uwzględniają neurobiologiczne procesy konsolidacji tworzenia pamięci długotrwałej ³, a także do rzeczywistych zależności, w których lęk jest nabywany w odstępie czasowym od terapii i doświadczeń ponownej ekspozycji. Dynamiczne bodźce warunkowe (CS) (poruszające się węże i pająki) były prezentowane w pełni imersyjnym środowisku wirtualnym znanym jako Duke's Immersive Virtual Environment (DiVE) i były warunkowo parowane z podawaniem elektrycznej stymulacji nadgarstka. Zastosowano procedurę różnicowego warunkowania lęku, wykorzystując reakcję przewodnictwa skóry (SCR) jako zależną miarę lęku. W niniejszym opracowaniu demonstrujemy warunkowy lęk i następującą po nim retencję pamięci, którą testowano przez dwa dni w systemie DiVE u 26 zdrowych uczestników (kobiet i mężczyzn) w wieku 18–30 lat na Duke University. Protokół ten został zatwierdzony i jest zgodny ze standardami IRB Duke University.

2. Konfiguracja uczestnika w systemie DiVE.

DiVE to w pełni zamknięte, sześciościenne środowisko wirtualnej rzeczywistości (VR) o wymiarach 3m x 3m x 3m z projekcją tylną. System DiVE znajduje się w specjalnie zbudowanej kostce o boku 30ft (pokój kontrolny (VisRoom), Rycina 1) w Centrum Interdyscyplinarnej Inżynierii, Medycyny i Nauk Stosowanych na Uniwersytecie Duke. Warunkowanie lękowe w systemie DiVE przeprowadzono zgodnie z powyższym opisem.

Uczestnicy zostali posadzeni w centrum systemu DiVE, przodem do ekranu, z systemem śledzenia głowy zamontowanym na okularach 3-D. W każdej fazie uczenia się, podczas której spotykane są wirtualne węże i pająki, uczestnicy odbywają stały „wirtualny spacer” przez wyznaczone środowisko. Ograniczenia postawy wprowadzono w celu uniknięcia zawrotów głowy, uwzględnienia różnic w wzroście, kontroli zakresu kontekstu i ekspozycji na bodźce między uczestnikami oraz zapewnienia realistycznej aktualizacji wyświetlanego obrazu zgodnie z ruchem uczestników w scenariuszu.

3. Procedura warunkowania różnicującego.

Zastosowano procedurę dyskryminacji, w której prezentacja jednego wzrokowego bodźca warunkowego (CS) była częściowo wzmacniana (stopień wzmocnienia 40%) poprzez współwystępujący elektryczny bodziec bezwarunkowy (US) podczas fazy nabywania. Uczestników przydzielono do jednego z 2 warunków: nabywania lęku przed wirtualnymi wężami lub wirtualnymi pająkami. Bodźce wzmacniane w parze z US określono jako „CS+”, natomiast drugi bodziec wzrokowy „CS-” pozostał wyraźnie nie sparowany i służył jako kontrola. Bodźce CS+ i CS- zostały przydzielone losowo i zrównoważone między grupami.

4. Bodźce warunkowe.

Bodźcami były dynamiczne węże i pająki, które pojawiały się pojedynczo na środku przedniego ekranu systemu DiVE przez czas 4 sec. Towarzyszył im bodziec słuchowy sygnalizujący pojawienie się węża lub pająka, aby zaalarmować uczestnika o obecności nowego bodźca w otoczeniu (odpowiednio dźwięk grzechotki lub stukania). Wirtualna scena wraz z wężami i pająkami zostały stworzone przy użyciu oprogramowania do animacji Maya i zaimportowane do oprogramowania Virtools (Virtool SA, The Behavior Company, Paryż, Francja) w celu wyświetlenia w systemie DiVE.

5. Bodźce bezwarunkowe.

Stymulację elektryczną dostosowano przed rozpoczęciem eksperymentu zgodnie z poziomem tolerancji każdego badanego, aby ułatwić porównania grupowe i wyeliminować wpływ różnic w ogólnym poziomie pobudzenia między grupami ^{4, 5}. Poziom stymulacji został wybrany przez każdego uczestnika jako odczucie „wysoce irytujące, ale niebolesne” przy użyciu procedury schodkowej wstępującej. Napięcie ustawiono początkowo na niskim poziomie 30 V i zwiększano w odstępach 5 V, aż uczestnicy zasygnalizowali osiągnięcie poziomu tolerancji bez wywoływania bólu. Stymulację (czas trwania 200 msec, częstotliwość 30-50 Hz) podawano przezskórnie nad nerwem pośrodkowym w obrębie dominującego nadgarstka uczestników za pomocą bipolarnej powierzchniowej elektrody stymulującej (odstęp między elektrodami 21 mm: Grass-Telefactor Model F-E 10S2, West Warwick, RI). Przewody elektrod przymocowano gumowym paskiem i podłączono do stymulatora Grass-Telefactor SD-9 za pomocą ekranowanych przewodów koncentrycznych, uziemionych poprzez filtr częstotliwości radiowych. Jako przewodnik elektrolityczny zastosowano żel na bazie soli fizjologicznej (Sigma Gel: Parker Laboratories, Fairfield, NJ) (patrz Rycina 2). Poinformowano uczestników, że wszystkie impulsy będą podawane z tą samą intensywnością.

6. Fazy treningu.

Opisany tutaj eksperyment przeprowadzono w dwóch sesjach z 24-godzinną przerwą. Podczas pierwszej sesji wstępny okres habituacji składał się z 4 prób każdego typu CS, wyświetlanych na szarym tle w pełnej immersji 3D, ale bez wzmocnienia i bez świata wirtualnego, w którym odbywały się treningi lub testy. Faza ta pozwoliła na aklimatyzację do środowiska eksperymentalnego w systemie DiVE oraz redukcję reakcji orientacyjnych na bodźce warunkowe. Bezpośrednio po fazie habituacji nastąpiła faza nabywania lęku, która składała się z 16 przeplatających się prób każdego typu CS, w których CS- był prezentowany samodzielnie, a 5 z 16 prób CS+ było wzmocnionych. Około 24 h później przeprowadzono testy retencji pamięci oraz trening wygaszania. Faza ta składała się z 16 prób każdego typu CS bez US, w kontekście wirtualnym, który był albo taki sam, albo inny niż kontekst nabywania lęku (zrównoważony między uczestnikami). Jednym z kontekstów było środowisko wewnętrzne (wnętrze umeblowanego mieszkania, Kontekst A), a drugim środowisko zewnętrzne (scena z sąsiedztwa, Kontekst B). Badani zostali losowo przypisani do grupy eksperymentalnej, co determinowało kolejność prezentacji kontekstów w dniu 1 i 2. Zostali oni przypisani albo do warunku Tego Samego Kontekstu (AA lub BB), albo do warunku Zmiany Kontekstu (AB lub BA). Długość i przebieg ścieżki zostały dopasowane w celu zapewnienia spójności między światami wirtualnymi, podobnie jak liczba i rozmieszczenie obiektów/bodźców w różnych środowiskach.

7. Parametry eksperymentalne.

Odstęp między próbami wynosił 14 ± 2 sec. Sekwencja bodźców warunkowych (CS) była pseudolosowa, z zastrzeżeniem, że nie więcej niż 2 próby z tym samym CS mogło wystąpić pod rząd (aby uniknąć konfundowania indukcji lęku stanowego i oczekiwań poznawczych). W celu opóźnienia szybkiego wygaszania, które zazwyczaj występuje u ludzi po 100% wzmocnieniu CS+, zastosowano wzmocnienie częściowe (40%) dla CS+ ^6,7. Ponadto wzmocnienie częściowe zapewnia bardziej realistyczną zależność warunkowania, w stopniu odpowiadającym temu, że zdarzenia awersyjne nie zawsze następują po bodźcu budzącym lęk.

8. Instrukcje do zadania.

Przed każdą fazą eksperymentalną uczestnicy zostali poinformowani o następujących cechach projektu: w środowisku wirtualnym napotkają animowane węże i pająki; będą prowadzeni przez środowisko podczas wirtualnego spaceru wzdłuż wyznaczonej ścieżki; oraz w dowolnym momencie w trakcie badania mogą otrzymać stymulację elektryczną nadgarstka na poziomie ustalonym przed warunkowaniem. Poinstruowano ich, aby patrzyli prosto przed siebie i skupiali uwagę na obrazach węży i pająków prezentowanych w centrum przedniego ekranu, oraz przypomniano im, że nie mają żadnej kontroli nad własnym poruszaniem się w świecie ani nad wystąpieniem stymulacji elektrycznej. Poinformowano ich również, że mogą przerwać udział w badaniu w dowolnym momencie bez ponoszenia żadnych konsekwencji.

B. Pomiary psychofizjologiczne

1. Gromadzenie danych.

SCR wykorzystano jako zależną miarę lęku, zgodnie z wcześniejszym opisem ^{4, 6}. SCR rejestrowano za pomocą systemu monitorowania psychofizjologicznego (BIOPAC Systems, Santa Barbara, CA). SCR monitorowano za pomocą srebrno-chlorkowych elektrod dyskowych przymocowanych rzepami do paliczków środkowych pierwszego i drugiego palca niedominującej ręki. Jako elektrolit przewodzący zastosowano żel solny (Sigma Gel). Osoby badane otrzymały instrukcję, aby trzymać rękę nieruchomo, aby uniknąć artefaktów ruchowych w elektrodzie rejestrującej SCR. Przewody prowadziły do systemu rejestracji fizjologicznej BIOPAC, który znajduje się bezpośrednio poza DiVE, w pomieszczeniu kontrolnym. System BIOPAC jest zsynchronizowany z komputerem do prezentacji bodźców obsługującym oprogramowanie Virtools. Rycina 1 przedstawia uczestnika w DiVE, zanurzonego w Kontekście A. Konfigurację techniczną komputera sterującego (Virtools i generowanie skryptów), systemu BIOPAC (SCR) oraz stymulatora elektrycznego przedstawiono na Rycini 2.

Przewodność skóry była próbkowana z częstotliwością 200 Hz, wzmacniana i zapisywana do analizy offline przy użyciu oprogramowania AcqKnowledge (BIOPAC Systems, Santa Barbara, CA). Oprogramowanie Virtools steruje prezentacją bodźców i uruchamia generator wstrząsów za pomocą karty akwizycji danych National Instruments DIO-24 (Austin, TX). Nagrane przebiegi falowe zostały przefiltrowane filtrem dolnoprzepustowym z oknem Blackmana (częstotliwość odcięcia = 31 Hz) i wygładzone w obrębie 3 kolejnych punktów danych. Amplitudy reakcji przewodnictwa skóry zostały zsynchronizowane czasowo z początkiem każdego CS i US względem linii bazowej przed bodźcem, aby uzyskać zależną miarę odpowiednio lęku uwarunkowanego i nieuwarunkowanego ^{4-6, 8}. Do analizy danych ustalono następujące kryteria: latencja = 1 - 4 s, czas trwania = 0,5 - 5 s oraz minimalna amplituda = 0,02 micro Siemens (μS). Reakcje niespełniające tych kryteriów oceniano jako zero.

2. Analiza SCR.

Ponieważ dane SCR są zazwyczaj skośne w stronę zera, przed analizą statystyczną zastosowano transformację pierwiastkową w celu uzyskania rozkładu normalnego. Dane dla każdego typu CS (wirtualne węże lub pająki) zagregowano w bloki prób „wczesne” i „późne” dla każdej fazy, ponieważ uczenie się zazwyczaj zmienia się w czasie w obrębie każdej fazy uczenia. Do obliczenia różnic grupowych w warunkowanych reakcjach przewodnictwa skóry wykorzystano analizę wariancji z powtarzanymi pomiarami (ANOVA), przyjmując fazę uczenia i typ CS jako zmienne wewnątrzobiektowe (późna akwizycja (CS+, CS-), wczesne lub późne wygaszanie (CS+, CS-)) oraz przypisanie kontekstu (ten sam lub zmiana) jako zmienną międzyobiektową. Dane znormalizowano poprzez podzielenie wartości reakcji warunkowanej w każdej próbie przez maksymalną reakcję US badanego na stymulację nadgarstka (w dowolnej próbie), aby uwzględnić indywidualne różnice w reakcjach i wykluczyć osoby niereagujące (osoby wykazujące niewielkie lub brak SCR). W celu wizualizacji danych na Rysunku 3 obliczono różnicowe wyniki SCR jako wskaźnik uczenia się, odejmując reakcje na CS- od reakcji na CS+ w poszczególnych blokach prób. Zgodnie z tą miarą, różnica wynosząca zero odzwierciedla brak uczenia się, natomiast wartości powyżej zera odzwierciedlają uczenie się reakcji lękowej. Jednak aby statystycznie określić retencję lęku kontekstowego, jak pokazano na Rysunku 3, przeprowadzono test t Studenta dla wartości SCR dla CS+ i CS- we wczesnej fazie wygaszania w Dniu 2 w zależności od manipulacji kontekstem (ten sam kontekst vs zmiana kontekstu w analizie międzygrupowej).

C. Opis systemu sprzętowego

System DiVE na Uniwersytecie Duke opiera się na projekcyjnej konstrukcji wirtualnej rzeczywistości typu „CAVE” ⁹. System DiVE to pomieszczenie o wymiarach 3 m x 3 m x 3 m, w którym wszystkie 6 „ścian” (4 ściany, sufit i podłoga) wyświetla stereograficzne obrazy komputerowe za pomocą projekcji tylnej. Każda ściana posiada projektor DLP (Christie Digital Mirage S+2K, pracujący w rozdzielczości 1056x1056 @ 110 hz ¹⁰), który z kolei jest sterowany przez dedykowany komputer renderujący (Windows XP dual core 2.0 GHz z kartami graficznymi nVidia Quadro 3000FX-G). Jedna ze ścian jest przesuwna, co umożliwia wejście do systemu DiVE i wyjście z niego.

Sześć komputerów renderujących jest sterowanych przez komputer główny, który komunikuje się z systemem śledzenia (Intersense IS-900 ¹¹), steruje systemem dźwiękowym oraz wysyła impuls przez port równoległy do systemu wstrząsów elektrycznych. System śledzenia dostarcza informacje o trójwymiarowej lokalizacji i orientacji pozycji głowy i dłoni uczestnika. Aktywna wizja stereoskopowa jest realizowana za pomocą okularów z migawką ciekłokrystaliczną (CrystalEyes 3 ¹²). Siedem komputerów (6 komputerów renderujących i komputer główny) jest synchronizowanych na granicach klatek obrazu poprzez funkcję genlock (G-sync) kart graficznych nVidia.

D. Opis oprogramowania

Konteksty warunkowania lękowego i testowania retencji w tym eksperymencie składają się z dwóch różnych wirtualnych światów, po których uczestnicy są oprowadzani podczas kontrolowanej wycieczki. Światy wirtualne zostały zamodelowane przy użyciu pakietu do modelowania 3D Maya ¹³. Nawigacja jest ograniczona do stałej ścieżki, która jest identyczna we wszystkich światach wirtualnych. Ruch wzdłuż tej ścieżki jest kontrolowany przez system oprogramowania Virtools ¹⁴. Virtools to silnik gier zaprojektowany głównie do obsługi na komputerach stacjonarnych lub w przeglądarce internetowej. Poprzez rozszerzenie VRPack oprogramowania Virtools, światy wirtualne są wyświetlane w systemie DiVE.

Program Virtools komunikuje się z systemem śledzenia za pomocą Virtual Reality Peripheral Network (VRPN ¹⁵), będącej biblioteką otwartoźródłową. VRPN rejestruje położenie i orientację głowy oraz dłoni uczestnika, a także informacje o naciśnięciach przycisków. Virtools wykorzystuje dane z systemu śledzenia głowy do renderowania sceny 3D z perspektywy dopasowanej do uczestnika.

Rysunek 1. Schemat pomieszczenia kontrolnego (VisRoom) oraz kostki DiVE z uczestnikiem obserwującym wirtualną scenę.

Rycina 2. Schemat uczestnika z elektrodami do pomiaru przewodnictwa skóry na lewej dłoni, mierzącymi odpowiedzi toniczne i fazowe na bodźce. Elektrody stymulatora elektrycznego znajdują się na prawym nadgarstku. System BIOPAC zbiera dane fizjologiczne za pomocą oprogramowania Acknowledge na laptopie. Kody są przesyłane przez protokół OSC z komputera stacjonarnego, na którym oprogramowanie Virtools generuje skrypty rzeczywistości wirtualnej wyświetlane w systemie DiVE.

Rysunek 3. Porównanie nabytego lęku i jego wygaszania w środowisku DiVE i laboratoryjnym. Różnicowa odpowiedź przewodnictwa skóry (SCR) +/- SEM u uczestników poddanych warunkowaniu i ponownym badaniu po 24 h w laboratorium lub w rzeczywistości wirtualnej (DiVE). Wykres ilustruje równoważny poziom nabywania lęku i jego wygaszania u uczestników w badaniach DiVE i laboratoryjnych. Testy w tym samym kontekście (n=12) w dniu 2. w DiVE wykazują silniejszą retencję pamięci lękowej w porównaniu do kontekstu zmienionego (n=14), mierzoną za pomocą SCR w odpowiedzi na CS+, u uczestników grupy DiVE, ale nie u uczestników grupy laboratoryjnej, * p = .05.

Dyskusja

1. Wyniki

Stwierdzono równoważny poziom nabywania i wygaszania lęku w obrębie sesji we wszystkich grupach (Rycina 3). Dane te wskazują, że wiarygodne i informacyjne badania nad warunkowaniem lękowym mogą być prowadzone w ramach ograniczeń i możliwości w pełni imersyjnego środowiska. Ponadto wykazaliśmy silną pamięć lękową zależną od kontekstu u uczestników z grupy retencji lęku w tym samym kontekście (Same Context fear retention) w DiVE (uczestników, którzy pozostawali w tym samym kontekście w dniu 1. i 2., w porównaniu do osób, u których nastąpiła zmiana kontekstu). Retencja lęku jest silniejsza w DiVE niż ta zaobserwowana w konwencjonalnym, dopasowanym paradygmacie laboratoryjnym ¹⁶ (patrz Rycina 3). Dzięki imersyjnemu zestawowi VR można również badać i manipulować bogatymi środowiskami kontekstowymi w celu analizy procesów pamięci deklaratywnej u ludzi, w przeciwieństwie do warunków laboratoryjnych, gdzie realistyczne wielomodalne manipulacje kontekstem są trudne do przeprowadzenia. Wreszcie światy VR mogą zostać łatwo przeniesione do użytku w połączeniu z funkcjonalnym obrazowaniem rezonansem magnetycznym (fMRI) przy użyciu stereoskopowych gogli VR, aby przeprowadzić analizę aktywacji mózgu podczas kodowania lub przywoływania nabywania lęku, jego wygaszania i nawrotów. Metodologia ta może zostać wykorzystana do powiązania wyników uzyskanych na gryzoniach z odkryciami klinicznymi w obszarze lęku i niepokoju.

2. Kontrola kontekstu i ekspozycji na bodźce w rzeczywistości wirtualnej.

Głównym problemem w wykorzystaniu VR do celów eksperymentalnych jest paradoksalnie jego największa zaleta. Konkretnie, pełna imersja w VR zapewnia złożoność, zmienne zakłócające i swobodę charakterystyczną dla świata rzeczywistego. Przykładowo, w życiu rzeczywistym ofiary traumy doświadczają awersyjnego bodźca w określonym kontekście przez nieznany czas. Kontekst ekspozycji, konkretne cechy oraz inne bodźce sensoryjne, na których skupiono uwagę, są również nieznane lub niemożliwe do potwierdzenia. Z tego samego powodu, gdybyśmy pozwolili uczestnikom na swobodną eksplorację środowisk wirtualnych, nie bylibyśmy w stanie kontrolować kontekstu ani czasu lub czasu trwania ekspozycji na bodziec. Przykładowo, jeden uczestnik może poruszać się bardzo szybko i pominąć 3 z 4 prezentacji CS+. Inny może przeszukać tylko jeden pokój w wirtualnym mieszkaniu. Podobnie, jeśli prezentacja bodźca nie zostanie określona w centrum ekranu, gdzie skierowany jest wzrok przed rozpoczęciem, uczestnicy będą unikać lub pomijać prezentacje CS. Naszym rozwiązaniem w przypadku tych potencjalnych zakłóceń było przeprowadzenie uczestników przez każde środowisko podczas siedzenia w ramach prowadzonego zwiedzania, w tempie umożliwiającym zachowanie określonego interwału międzybodźcowego (ISI) oraz czasu trwania bodźca. Pozwoliło nam to na wyekstrahowanie porównywalnych danych SCR z konkretnych punktów czasowych i konkretnych lokalizacji u wszystkich uczestników (np. odpowiedzi na bodźce CS+, US i CS-). Trudności napotkane po podjęciu tej decyzji obejmowały znalezienie kształtu ścieżki, jej długości oraz tempa ruchu, które nie powodowałyby nudności ani dysonansu proprioceptywnego u uczestnika, a jednocześnie wydawałyby się odpowiednie, aby naśladować naturalne przemieszczanie się w nowym środowisku.

3. Implementacja standardowych parametrów warunkowania lękowego w systemie VR.

Aby symulować realistyczne bodźce warunkujące, węże i pająki zaprojektowano na podstawie zdjęć dzikiej przyrody. Węże i pająki zostały najpierw wymodelowane w Maya, pakiecie oprogramowania do modelowania 3D i animacji komputerowej, a następnie zaimportowane do systemu VR. Zrobiono to, ponieważ Virtools jest systemem autorskim do rzeczywistości wirtualnej, a nie aplikacją do modelowania. Jest on zatem najlepiej wykorzystywany do uruchamiania systemu VR oraz dodawania interakcji i nawigacji do sceny. W programie Maya stworzono konkretnie cztery różne animacje dla każdego typu bodźca warunkującego (np. zwinięty w kłębek wąż, pająk przebiegający przez podłogę, wąż wyskakujący do przodu z otwartą paszczą), a następnie zaimportowano je do systemu Virtools.

Przed importowaniem do programu Virtools z programu Maya dynamicznych modeli węża i pająka, w programie Virtools stworzono ścieżkę, która prowadziła uczestnika po środowisku w sposób płynny i kolisty, aby umożliwić próbkowanie otoczenia w ciągu 32 prezentacji bodźców warunkujących podczas warunkowania lękowego. Kształt ścieżki jest taki sam dla każdego z trzech światów wirtualnych. Ścieżkę zaprojektowano tak, aby zatrzymywała się na cztery sekundy przy każdej prezentacji bodźca; odstęp międzybodźcowy wynosił 11 +/- 4 sekund, podczas których badany powoli poruszał się (był prowadzony) przez środowisko. Przedział ten został ustalony na podstawie naszych poprzednich laboratoryjnych eksperymentów z warunkowaniem lękowym ^{8, 16}, ponieważ pozwala on na powrót reakcji przewodnictwa skóry do normy pomiędzy prezentacjami bodźców. Następnie na ścieżce, w punktach określonych przez parametry czasowe, rozmieszczono bodźce. Taki układ stworzył specyficzne koniunkcje bodźców i kontekstów (np. wąż pełzający po stole w jadalni, pająk chodzący wokół nogi sofy), które mogą być później badane pod kątem pamięci jawnej. Pojawianie się bodźców było pseudolosowane za pomocą skryptów. Wszystkie prezentacje bodźców pojawiały się na środku ekranu przed uczestnikiem, aby zapobiec konieczności poszukiwania bodźca przez badanego. Zapewniło nam to kontrolowany czas ekspozycji na bodziec oraz zdefiniowaną lokalizację w kontekście. Jednym z ograniczeń widoku przedniego jest to, że nie wykorzystuje on pełnych możliwości systemu immersyjnego (np. węże nie mogą wejść do pokoju zza pleców uczestnika). Dodatkowo bodźce zostały starannie umieszczone poza obszarem ograniczającym wokół lokalizacji uczestnika, tak aby węże i pająki nigdy nie naruszały jego przestrzeni osobistej.

4. Śledzenie punktu widzenia i ruchu głowy.

Kąt DiVE został ustawiony w taki sposób, aby uczestnik w pozycji siedzącej miał prawidłowy kąt patrzenia przed siebie. Pozwoliło to zniwelować różnice w wysokości uczestników oraz zminimalizować artefakty ruchowe w rejestracjach fizjologicznych. Uczestnicy zostali poinstruowani, aby patrzeć przed siebie i poruszać się jak najmniej, co pozwoliło również kontrolować kierunek ich spojrzenia, a tym samym zapewniło spójną ekspozycję na bodźce i kontekst u wszystkich uczestników. Zdecydowaliśmy się włączyć urządzenie do śledzenia głowy w goglach 3D noszonych przez uczestników, aby upewnić się, że oglądają oni scenę z właściwej perspektywy. Gdyby śledzenie głowy nie zostało wybrane, ruchy głową w lewo lub w prawo nie zapewniałyby prawidłowej okluzji obiektów w świecie wirtualnym (np. obiekty na ekranach DiVE wydawałyby się wygięte podczas przechodzenia przez nie uczestników). Dzięki zastosowaniu śledzenia głowy mieliśmy pewność, że elementy otoczenia zachowały swoje normalne proporcje i były poprawnie wyświetlane na każdej z sześciu ścian DiVE przez cały czas trwania eksperymentu.

5. Gromadzenie danych.

W naszej standardowej laboratoryjnej wersji warunkowania lękowego ^{8, 16} prezentacja bodźców była kontrolowana przez skrypt komputerowy zaprogramowany w pakiecie oprogramowania Presentation. Aby zachować spójność pomiędzy laboratorium a środowiskiem wirtualnym, zaimportowaliśmy nasze standardowe skrypty nabywania i wygaszania lęku w formacie kodu do komputera sterującego w pomieszczeniu kontrolnym, w którym znajduje się kostka DiVE (patrz Rycina 1). Kod portu równoległego został skonfigurowany tak, aby wysyłać wygenerowaną listę kodów numerycznych sygnalizujących poszczególne zdarzenia, takie jak prezentacje węża, pająka oraz momenty rozpoczęcia stymulacji elektrycznej. W naszym projekcie program Virtools wysyła komunikat Open Sound Control (OSC ¹⁷) za pośrednictwem protokołu OSC/UDP do niestandardowego programu w języku C++, który ustawia wartość portu równoległego. Nasz program C++ wykorzystuje bibliotekę OSCpack ¹⁸.

Wejście cyfrowe systemu BIOPAC jest podłączone do portu równoległego komputera. Dane SCR są gromadzone na laptopie z systemu BIOPAC za pośrednictwem portu równoległego, a następnie normalizowane i obliczane w odniesieniu do momentów rozpoczęcia CS+/CS- oraz US w ramach określonych parametrów (szczegóły podano powyżej). Oprócz renderowania sceny i sterowania nawigacją, oprogramowanie Virtools jest również wykorzystywane do rejestrowania zdarzeń użytkownika (naciśnięć przycisków). Podsumowując, podczas eksperymentu wiadomości są przesyłane z komputera sterującego do systemu BIOPAC przez port równoległy. Ponieważ Virtools nie może komunikować się bezpośrednio z portem równoległym komputera, niewielki program napisany w języku C++ nasłuchuje wiadomości OSC z programu Virtools, a następnie przekazuje je do portu równoległego.