Method Article

Zmniejszanie lęku przed stanem za pomocą utrzymania pamięci roboczej

DOI:

10.3791/55727

⸱

July 19th, 2017

 ,  ,  ,  , 
1Section on Neurobiology of Fear and Anxiety, National Institute of Mental Health, National Institutes of Health (NIH)

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół pokazuje, jak mierzyć przerażenie wzmocnione lękiem podczas paradygmatu pamięci roboczej Sternberga.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Celem tego protokołu jest wyjaśnienie, jak badać związek między procesami pamięci roboczej a lękiem poprzez połączenie paradygmatów pamięci roboczej Sternberga (WM) i zagrożenia szokiem. W paradygmacie WM Sternberga badani są zobowiązani do utrzymywania serii liter w WM przez krótki odstęp czasu i odpowiadania poprzez określenie, czy pozycja danej litery w serii pasuje do podpowiedzi numerycznej. W paradygmacie zagrożenia porażeniem prądem badani są narażeni na naprzemienne bloki, w których są narażeni na ryzyko otrzymania nieprzewidywalnych objawów łagodnego porażenia prądem elektrycznym lub są bezpieczni przed wstrząsem. Lęk jest badany w całym bloku bezpieczeństwa i zagrożenia za pomocą akustycznego odruchu przerażenia, który jest wzmacniany w przypadku zagrożenia (Anxiety-Potentiated Startle (APS)). Przeprowadzając paradygmat WM Sternberga w czasie zagrożenia wstrząsem i badając reakcję na przestraszenie zarówno w okresie konserwacji WM, jak i w interwale międzypróbnym, możliwe jest określenie wpływu konserwacji WM na APS.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zgodnie z Teorią Kontroli Uwagi (ACT), lęk zakłóca przetwarzanie poznawcze, rywalizując o dostęp do ograniczonych zasobów pamięci roboczej (WM)1. Jednak ACT nie odnosi się do odwrotności tej zależności (tj. wpływu przetwarzania poznawczego na lęk). Manipulując lękiem podczas zadań poznawczych przy użyciu paradygmatu zagrożenia szokiem, można ocenić zarówno wpływ lęku na funkcje poznawcze, jak i wpływ funkcji poznawczych na lęk2,3,4,5. Celem tego protokołu jest pokazanie, w jaki sposób stosować paradygmat WM Sternberga podczas paradygmatu zagrożenia wstrząsem, aby zbadać dwukierunkowy związek między lękiem a utrzymaniem WM.

Paradygmat zagrożenia wstrząsem jest szeroko stosowany w laboratorium do manipulowania stanem lękowym6,7,8,9,10,11 i może być zaimplementowany u zdrowych podmiotów2,3,4,5 i patients12,13,14,15 podobnie (patrz Bradford et al.16 dla przykładu). Paradygmat składa się z naprzemiennych bloków zagrożenia i bezpieczeństwa17. Podmioty są narażone na otrzymywanie nieprzewidywalnych stymulacji elektrycznych podczas blokad zagrożeń, ale nie podczas bezpiecznych blokad. Lęk badanych może być okresowo badany za pomocą akustycznego odruchu przerażenia18,19. Badani zazwyczaj wykazują większe reakcje zaskoczenia podczas blokad zagrożeń w porównaniu z bezpiecznymi blokami, a ten Lęk-Wzmocniony Strach (APS) może być używany jako peryferyjny wskaźnik zmian w trwającym lęku podczas testu17,18. Wzmocnione przerażenie w paradygmacie zagrożenia wstrząsem jest uznawane przez Narodowy Instytut Zdrowia Psychicznego (NIMH) za fizjologiczny wskaźnik lęku w ich matrix20. Jednak możliwe jest również zbadanie lęku danej osoby za pomocą samoopisowej skali typu Likerta. Ponieważ zagrożenie wstrząsem jest paradygmatem pasywnym, inne zadania poznawcze mogą być wykonywane jednocześnie21. Łącząc zagrożenie porażeniem prądem z zadaniem WM Sternberga, możliwe jest sondowanie niepokoju podczas konserwacji WM3.

Podczas paradygmatu WM Sternberga, badani są zobowiązani do zakodowania serii liter w WM i udzielenia odpowiedzi po krótkim odstępie czasu3,22. W przeciwieństwie do bardziej złożonych zadań WM (np. zadania N-back)4,5,23, zadanie Sternberga nie wymaga manipulowania informacjami w klasie WM3,22. Ponadto badani kodują, utrzymują i reagują na elementy w różnych odstępach czasu. Razem te cechy umożliwiają oddzielenie utrzymania WM od innych, bardziej złożonych procesów poznawczych24. Sondując APS w okresie konserwacji WM, możliwe jest określenie wpływu konserwacji WM na niepokój. Podobnie, porównując dokładność WM i czas reakcji (RT) między zagrożeniem a bezpiecznymi blokami, możliwe jest określenie wpływu lęku na konserwację WM. Protokół ten szczegółowo opisze kroki proceduralne niezbędne do przeprowadzenia paradygmatu WM Sternberga w czasie zagrożenia wstrząsem, a także kroki analityczne niezbędne do oceny APS, dokładności i czasu reakcji podczas zadania.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną zgodę zatwierdzoną przez Narodowy Instytut Zdrowia Psychicznego (NIMH) Combined Neuroscience Institutional Review Board (IRB) i otrzymali wynagrodzenie za uczestnictwo.

1. Konfiguracja sprzętu

UWAGA: Ustaw sprzęt zgodnie z opisem poniżej (zobacz Rysunek 1A)3.

  1. W sterowni ustaw dwa komputery, jeden do administrowania eksperymentem, a drugi do rejestrowania danych fizjologicznych.
  2. W pokoju tematycznym ustaw standardowy 19-calowy monitor ciekłokrystaliczny i klawiaturę (lub skrzynkę przycisków), aby odpowiednio wyświetlać bodźce uczestnikowi i rejestrować odpowiedzi uczestnika.
  3. Aby nagrać psychofizjologię, podłącz komputer nagrywający do sprzętu monitorującego psychofizjologię za pomocą adaptera Ethernet na USB.
  4. Aby rozdzielić sygnały logiki tranzystor-tranzystor (TTL) między sprzęt rejestrujący i dostarczający bodźce, podłącz port równoległy komputera eksperymentalnego do skrzynki wyprowadzającej za pomocą taśmowego.
  5. Aby przekazać sygnały TTL do sprzętu monitorującego psychofizjologię, podłącz skrzynkę wyprowadzającą do sprzętu za pomocą taśmowego.
  6. Aby przekazać impulsy TTL do sprzętu dostarczającego bodziec, podłącz skrzynkę rozdzielającą do generatora sygnału za pomocą Bayonet Neill-Concelman (BNC).
  7. Aby wygenerować sygnał sterujący dla urządzenia wstrząsowego, podłącz generator sygnału do urządzenia wstrząsowego za pomocą BNC.
  8. Ustaw generator sygnału i urządzenie wstrząsowe tak, aby dostarczało wstrząs o częstotliwości 100 ms i 200 Hz. Zobacz Rysunek 1B i C, aby zapoznać się ze wszystkimi ustawieniami.

2. Zaprogramuj eksperyment za pomocą dostępnego oprogramowania

UWAGA: Użyto oprogramowania systemów neurobehawioralnych (tutaj nazywanego eksperymentalnym; zobacz Tabelę Materiałów). Można użyć innego równoważnego oprogramowania.

  1. Zaprogramuj cztery fazy testowania, korzystając z parametrów opisanych poniżej i dostarczonych plików z kodem uzupełniającym (szczegółowe informacje można znaleźć w kodzie uzupełniającym).
    1. Dla każdej fazy zaprogramuj 26 prób.
    2. Podziel próby na 4 naprzemienne bloki zagrożenia i bezpieczeństwa, po 6 prób na blok.
    3. Na początku każdej próby przedstaw wskazówkę, ile liter zostanie wyświetlonych w ciągu 2,000 ms każda.
    4. Po cue przedstaw sekwencję liter kodujących dla 2,500 ±1,000 ms.
    5. W próbach z małym obciążeniem przedstaw kolejno 5 liter, jedna po drugiej.
    6. W próbach z dużym obciążeniem podaj kolejno 8 liter, jedna po drugiej.
    7. Zaprogramuj okres konserwacji następujący po fazie kodowania na 9 000 ±1 000 ms.
    8. Na koniec okresu konserwacji należy wyświetlić monit o odpowiedź przez 2 000 ms.
    9. Zaprogramuj monit odpowiedzi tak, aby wyświetlał literę po lewej stronie i cyfrę po prawej stronie monitora, przy czym litera reprezentuje literę z sekwencji kodowania, a liczba odnosi się do pozycji w sekwencji.
    10. Pod literą i cyfrą wyświetl słowa "dopasowanie/niezgodność", odnoszące się do tego, czy litera pasuje do numeru pozycji, czy nie.
    11. Zaprogramuj eksperyment tak, aby połowa prób była zgodna, a połowa niezgodna.
    12. Użyj klawiatury lub przycisku, aby nagrywać odpowiedzi.
    13. Oddziel badania według interwału międzypróbnego o zmiennym czasie trwania (ITI), który jest zależny od czasu wystąpienia zdarzeń wewnątrzprocesowych, tak aby każde badanie trwało 23 sekundy.
    14. Zmieniaj czas trwania okresów kodowania, konserwacji i ITI w różnych próbach, wybierając losowy czas trwania (w ms) między wartościami górnego i dolnego pułapu dla każdego okresu.
    15. Zrównoważ eksperymenty, aby połowa uczestników zaczynała w bezpiecznym bloku, a połowa uczestników w bloku zagrożeń.
    16. W każdym przebiegu należy wystąpić od 0 do 2 pseudolosowych wstrząsów podczas każdego z bloków zagrożeń, co daje w sumie 3 prezentacje szoku na przebieg. Upewnij się, że dołączyłeś dodatkową (fikcyjną) próbę dla każdego wstrząsu, aby upewnić się, że ta sama liczba prób jest uwzględniona w blokach sejfu i zagrożenia.
    17. Na początku każdego uruchomienia zaprezentuj pięć 40-milimetrowych serii białego szumu o natężeniu 103 dB (prawie natychmiastowe czasy narastania/opadania) na słuchawkach, aby przyzwyczaić się do reakcji zaskoczenia.
    18. Podczas każdego uruchomienia przedstaw 3 prezentacje białego szumu w następujących warunkach, aby zbadać reakcję na zaskoczenie (patrz Rysunek 3): bezpieczeństwo kontra zagrożenie, niskie obciążenie kontra wysokie obciążenie i okres konserwacji kontra ITI.
    19. Rozmieść sondy tak, aby występowały z minimalnym odstępem między sondami wynoszącym co najmniej 17 sekund, aby uniknąć krótkotrwałego przyzwyczajenia się do reakcji zaskoczenia.
    20. W przypadku prób z okresem konserwacji należy umieścić sondy nie mniej niż 1 s po przesunięciu serii liter.
    21. W przypadku prób ITI obecne sondy nie mniej niż 4 s po przesunięciu monitu odpowiedzi.
    22. Skonfiguruj sprzęt do monitorowania fizjologicznego za pomocą odpowiedniego pakietu oprogramowania, zgodnie z instrukcjami producenta.

3. Uruchom eksperyment

  1. Odprowadź uczestników do pokoju do nauki.
  2. Udziel świadomej zgody.
  3. Daj uczestnikom Inwentarz Stanu i Cechy Lęku Y-1 (STAI-Y1)25, Inwentarz Lęku Becka (BAI)26, Inwentarz Depresji Becka (BDI)27 oraz Indeks Wrażliwości na Lęk (ASI)28 do wypełnienia przed instrukcjami zadania i skonfigurowania.
  4. Poinformuj uczestników, że wezmą udział w 2 rodzajach badań i odpowiedzą na te badania w oparciu o poniższe szczegóły.
  5. Podczas prób z niskim obciążeniem poinstruuj uczestników, aby zachowali w pamięci serię 5 liter w kolejności, w jakiej są prezentowane.
  6. Podczas prób z dużym obciążeniem poinstruuj uczestników, aby zachowali w pamięci serię 8 liter w kolejności, w jakiej są prezentowane.
  7. Poinformuj uczestników, że po upływie opóźnienia zostaną poproszeni o podanie litery i cyfry, które odnoszą się do pozycji w sekwencji.
  8. Poinstruuj uczestników, aby wskazali, czy litera i numer pozycji są zgodne, czy niezgodne z sekwencją próbną, używając odpowiednio strzałki w lewo lub w prawo.
  9. Poinformuj uczestników, że badania będą odbywać się w okresach bezpieczeństwa i w okresach zagrożenia, kiedy są narażeni na nieprzewidywalne, łagodne porażenie prądem elektrycznym nadgarstka.
  10. Poinformuj uczestników, że będą słyszeć akustyczne sondy ostrzegawcze przez cały czas trwania eksperymentu, zarówno w warunkach bezpiecznych, jak i zagrażających.
  11. Oczyść i przymocuj elektrody do każdego uczestnika, w oparciu o schemat w Rysunek 2.
    1. Umieść dwie jednorazowe elektrody 11 mm chlorku srebra (Ag-AgCl) na dłoni lewej ręki, w odległości około 2 cm od siebie, aby monitorować przewodnictwo skóry.
    2. Umieść dwie jednorazowe elektrody Ag-AgCl 11 mm na wewnętrznej stronie nadgarstka lewej ręki, w odległości około 3 cm od siebie, aby przeprowadzić stymulację elektryczną.
    3. Umieść jedną jednorazową elektrodę Ag-AgCl 11 mm po wewnętrznej stronie lewego ramienia, tuż nad łokciem, a jedną elektrodę jednorazowego użytku tuż pod prawym obojczykiem, aby monitorować tętno.
    4. Przymocuj dwie elektrody kubkowe Ag-AgCl o średnicy 4 mm do dolnej części lewego mięśnia okrężnego oka, aby zmierzyć reakcję zaskoczenia.
  12. Zabezpiecz wszystkie elektrody taśmą biomedyczną.
  13. Podłącz przewody do elektrod na dłoni i podłącz je do kanału EDA sprzętu monitorującego psychofizjologię.
  14. Podłącz przewody do elektrod na nadgarstku i podłącz je do urządzenia wstrząsowego.
  15. Podłącz przewody do elektrod na ramieniu i obojczyku i podłącz je do kanału EKG sprzętu monitorującego psychofizjologię.
  16. Podłącz elektrody kubkowe przymocowane do mięśnia okrężnego oka do kanału elektromiografii (EMG) sprzętu do monitorowania psychofizjologii.
  17. Kalibracja wstrząsów.
    1. Przed rozpoczęciem eksperymentu poproś uczestników, aby ocenili serię 100-milimetrowych próbnych stymulacji elektrycznych, aby określić poziom intensywności, który jest nieprzyjemny i niewygodny, ale nie bolesny.
      1. Wykonaj serię prezentacji (~5-10) bodźca wstrząsowego o sile 100 ms na nadgarstek za pomocą eksperymentalnego pakietu oprogramowania (patrz dodatkowe pliki kodu i tabela materiałów).
      2. Po każdej prezentacji poproś uczestników, aby werbalnie ocenili każdą prezentację w skali od 1 (wcale nie jest niewygodna) do 10 (niewygodna, ale nie bolesna).
      3. Korzystając ze skali mA na urządzeniu wstrząsowym, stopniowo zwiększaj intensywność wstrząsu i kontynuuj serię stymulacji, aż badany oceni stymulację jako "10".
      4. Zapisz wartość intensywności w pakiecie szczegółów uczestnika.
        UWAGA: Podczas badania należy przedłożyć wstrząsy o określonej intensywności.
  18. Aby rozpocząć eksperyment, wprowadź numer identyfikacyjny uczestnika, warunek przeciwwagi i numer przebiegu w polu przebiegu, zgodnie z monitem oprogramowania eksperymentu.
    UWAGA: Utwórz dwa przeciwstawne warunki. Pierwsza przeciwwaga rozpocznie eksperyment w bloku zagrożenia, a druga przeciwwaga rozpocznie eksperyment w bezpiecznym bloku. Patrz punkt 2.
  19. Kliknij "start" na nagraniu monitorowania psychofizjologii.
  20. Naciśnij "enter" w oknie zachęty oprogramowania eksperymentalnego, aby rozpocząć eksperyment.
  21. Pozwól badanemu ukończyć 4 serie eksperymentu. Poproś uczestnika, aby wybrał strzałki w lewo lub w prawo, jeśli litera i numer pozycji pasują lub niezgadzają się odpowiednio z sekwencją próbną (kroki 3.7 i 3.8).
    UWAGA: Zaprogramuj każdą długość biegu tak, aby trwała od 6 do 7 minut. Zaprogramuj wstrząsy tak, aby były dostarczane pseudolosowo w zakresie 0-2 razy na przebieg. Patrz punkt 2.
  22. Po każdym biegu poproś badanego, aby werbalnie ocenił swój poziom lęku w skali od 0 (brak lęku) do 10 (skrajny niepokój) podczas bezpiecznych i zagrożonych bloków biegu, który właśnie ukończył.
  23. Poproś badanych, aby werbalnie ocenili intensywność wstrząsów zaprezentowanych podczas poprzedniego przebiegu na tej samej skali 0-10, która została użyta w początkowej procedurze kalibracji (sekcja 3.17).

4. Analizuj wydajność

UWAGA: Przeanalizuj dane dotyczące wydajności pojedynczego uczestnika, korzystając z poniższych instrukcji.

  1. Otwórz plik wyjściowy utworzony za pomocą oprogramowania do eksperymentowania.
    1. Aby uśrednić poprawne odpowiedzi w różnych warunkach, najpierw rozdziel dane na bezpieczne i zagrożenie oraz małe obciążenie i wysokie obciążenie, aby uzyskać 4 unikatowe warunki danych odpowiedzi.
    2. Policz poprawne próby dla każdego z 4 warunków i podziel tę liczbę przez łączną liczbę prób w każdym warunku.
    3. Aby uśrednić czas reakcji w różnych warunkach, oddziel dane jak w kroku 4.1.1.
    4. Zsumuj wszystkie czasy reakcji dla każdego warunku i podziel tę liczbę przez liczbę prób w każdym stanie.
      UWAGA: Pomiń próby, które zawierają prezentację szokową, jak wskazano w eksperymentalnych danych wyjściowych oprogramowania.
  2. Na poziomie grupy wykonaj ANOVA 2 (bezpieczny kontra zagrożenie) x 2 (niskie obciążenie kontra wysokie obciążenie) wśród badanych, aby zidentyfikować różnice w wydajności behawioralnej i czasie reakcji29.

5. Analizuj Zaskoczenie

  1. Przygotuj surowe dane EMG do analizy za pomocą oprogramowania do analizy psychofizjologicznej30. Zobacz Rysunek 4A.
    1. Wybierz "Transform" >> Digital Filters >> FIR >> Bandpass z oprogramowania do analizy psychofizjologicznej, aby zastosować cyfrowy filtr pasmowoprzepustowy (pasmo przepustowe 30-300 Hz), wygładzając surowy kanał EMG (patrz Rysunek 4B).
  2. Wybierz opcję Analiza >> Elektromiografia >> Uzyskaj średnią wyprostowaną EMG z oprogramowania do analizy psychofizjologicznej, aby skorygować wygładzony sygnał EMG przy użyciu średniej w oknie czasowym wynoszącej 20 ms (patrz Rysunek 4C).
  3. Wybierz Analysis >> Stim-Response >> Digital Input to Stim Events z oprogramowania do analizy psychofizjologicznej, aby oznaczyć zdarzenia bodźca, które odpowiadają cyfrowym wejściom dla każdego typu badania.
    UWAGA: Na przykład typy prób obejmują bezpieczne i niebezpieczne, małe obciążenie i wysokie obciążenie oraz okres konserwacji i okres ITI.
  4. Wyodrębnij wielkość mrugnięcia wokół każdego zdarzenia bodźca30.
    1. Wybierz Analiza >> Stim-Response >> Stim-Response Analysis i określ średnią kanału (tj. numer kanału odpowiadający przetwarzanemu EMG) z oprogramowania do analizy psychofizjologicznej, aby wyodrębnić średnią wyjściową aktywność w ustalonym oknie od -50 do 0 ms poprzedzającym pojawienie się białego szumu.
    2. Wybierz Analysis >> Stim-Response >> Stim-Response Analysis i określ Max of Channel (tj. numer kanału odpowiadający przetwarzanemu EMG) z oprogramowania do analizy psychofizjologicznej, aby zidentyfikować początek i szczyt mrugania w ustalonym oknie od 20 do 100 ms po wystąpieniu białego szumu.
  5. Wyklucz próby z nadmiernym szumem na kanale EMG30.
    UWAGA: Akustyczne reakcje zaskoczenia muszą być niezawodnie odróżnione od nadmiernej aktywności EMG tła lub innych źródeł zanieczyszczenia (np. artefakty ruchowe lub dobrowolne i spontaniczne mrugnięcia bezpośrednio poprzedzające sondy słuchowe; patrz Rysunek 4D).
  6. Analizuj odpowiedzi mrugnięcia próba po próbie za pomocą standardowego oprogramowania do arkuszy kalkulacyjnych.
    1. Znormalizuj wartości mrugania do wskaźników Z (opcjonalnie).
    2. Przelicz wskaźniki Z na wskaźniki t w celu dalszej analizy (t = 10x + 50; opcjonalnie).
    3. Uśrednić wyniki t i/lub surowe wyniki z różnych prób dla każdego typu badania i obliczyć APS (zagrożenie w porównaniu z bezpieczeństwem) dla każdego stanu (np. niskie obciążenie kontra wysokie obciążenie i okres konserwacji w porównaniu z okresem ITI).
    4. Na poziomie grupy należy przeprowadzić ANOVA 2 (bezpieczny kontra zagrożenie) x 2 (okres konserwacji kontra ITI) wśród badanych, aby zidentyfikować wpływ konserwacji WM na APS.

6. Analizuj dane samoopisowe

  1. Uśrednij oceny lęku w różnych biegach dla warunków bezpiecznych i zagrożeń.
  2. Na poziomie grupy przeprowadź test t zagrożenia i bezpieczeństwa, aby określić skuteczność manipulacji zagrożeniem.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół daje trzy podstawowe typy danych: dokładność, RT i APS. W przypadku dokładności i RT protokół ten obejmuje dwie eksperymentalne manipulacje, zagrożenie i obciążenie. Dla dokładności, typowe wyniki pokazują główny efekt obciążenia, ale nie ma głównego efektu zagrożenia i brak interakcji obciążenia przez zagrożenie (próby (F(1,18) = 84,34; p <0,01; patrz Rysunek 5). Badani są zazwyczaj bardziej dokładni w próbach przy niskim obciążeniu niż przy dużym obciążeniu. W przypadku RT typowe wyniki pokazują główny efekt zarówno obciążenia (F(1,18) = 19,49; p <0,01), jak i zagrożenia (F(1,18) = 8,03; p = 0,01), ale braku interakcji obciążenia przez zagrożenie (patrz Rysunek 6). Badani zazwyczaj wykazują szybsze RT podczas prób z niskim obciążeniem niż podczas prób z dużym obciążeniem i szybsze RT podczas bloków zagrożeń niż podczas bezpiecznych bloków.

Ten protokół obejmuje również dwie eksperymentalne manipulacje dla APS: czas obciążenia i przestraszenia. Typowe wyniki pokazują interakcję obciążenia przez czas (F(1,18) = 16,63; p <0,01; patrz Rysunek 7). Badani zazwyczaj wykazują znacznie większy APS podczas prób z niskim obciążeniem i dużym obciążeniem, ale tylko wtedy, gdy sonda startle jest dostarczana w okresie konserwacji (MNT; okres konserwacji: t(18) = 3,92; p <0,01; ZIT: p >0,05; d = 0,72). Należy zauważyć, że ponieważ statystyki wnioskowania mogą się różnić w zależności od badania, ważne jest, aby powtórzyć te efekty. Po tym eksperymencie stwierdzono stały spadek APS w funkcji trudności zadania. Odkrycie to zaobserwowano w werbalnym zadaniu N-back (3-back > 0-back d(25) = 2.2)4, paradygmacie WM Sternberga (patrz wyżej, d(18) = 0,72; dla replikacji, patrz Eksperyment 1 w Balderston et al. 20163; wysokie obciążenie > niskie obciążenie, d(18) = 0,44) oraz złożone zadanie rozpoznawania obrazu (kodowanie > wyszukiwania, d(21) = 0,47)2. Należy jednak zauważyć, że ostateczny wynik może być częściowo spowodowany przyzwyczajeniem.

Chociaż trudno jest określić subiektywny stan afektywny danej osoby podczas każdej próby, dane z samoopisu mogą być wykorzystane do określenia skuteczności manipulacji lękiem i jako indywidualna miara różnicy. Dlatego ważne jest, aby ocenić stan afektywny osoby badanej przed eksperymentem za pomocą standardowych kwestionariuszy i zbadać niepokój osoby badanej podczas eksperymentu. Typowe wyniki wskazują na znacznie wyższe oceny lęku podczas blokad zagrożeń niż podczas bezpiecznych blokad; t(18) = 8,85; p <0,001.

figure-results-1
Rysunek 1: Schemat typowej konfiguracji sprzętu. (A) Użyj oddzielnych komputerów do administrowania zadaniem i rejestrowania sygnałów fizjologicznych od badanego. Synchronizuj zdarzenia ze sprzętem monitorującym psychofizjologię i urządzeniem wstrząsowym za pośrednictwem portu równoległego komputera eksperymentalnego. Przekazywanie sygnałów fizjologicznych ze sprzętu monitorującego psychofizjologię do komputera akwizycji za pomocą Ethernet. Dostarcz wstrząs do obiektu za pomocą urządzenia wstrząsowego, które jest sterowane przez generator sygnału i wyzwalane przez komputer zadaniowy. Dostarcz biały szum do pacjenta za pośrednictwem karty dźwiękowej komputera roboczego i zarejestruj ślad za pomocą sprzętu monitorującego psychofizjologię. (B) Wymagane ustawienia generatora sygnału. (C) Wymagane ustawienia urządzenia wstrząsowego. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rysunek 2: Schemat typowego układu obiektu. Przymocuj elektrody, aby dostarczyć wstrząs do niedominującego nadgarstka badanego. Zamocuj elektrody, aby zmierzyć przewodnictwo skóry na niedominującej dłoni badanego. Przymocuj elektrody, aby zmierzyć elektromiografię poniżej prawego oka, nad mięśniem okrężnym oka. Przymocuj elektrody do pomiaru elektrokardiografii na lewym bicepsie i prawym obojczyku pacjenta. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-3
Rysunek 3: Schemat typowego projektu eksperymentalnego. Przedstaw badanym serię listów, po których następuje krótki okres konserwacji i monit o odpowiedź. Podczas monitu o odpowiedź przedstaw badanym literę (z serii) i cyfrę. Poinstruuj badanych, aby wskazali im, czy liczba odpowiada pozycji litery docelowej w poprzedniej serii. Przedstaw sondy ostrzegawcze podczas każdej próby, zarówno w okresie konserwacji, jak i w interwale międzypróbnym (ITI). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-4
Rysunek 4: Przykładowe ślady EMG po sondzie szumu białego. (A) Surowy ślad EMG. (B) Ślad EMG przefiltrowany w paśmie od 30 do 500 Hz. (C) Ślad EMG, który został zarówno przefiltrowany, jak i skorygowany przy użyciu stałej 20 ms. (D) Surowy zapis EMG z badania zanieczyszczony szumem linii podstawowej. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-5
Rysunek 5: Typowe wyniki czasu reakcji (RT). Badani są zazwyczaj szybsi podczas prób z małym obciążeniem niż podczas prób z dużym obciążeniem. Badani są również zazwyczaj szybsi pod groźbą szoku. Słupki reprezentują średnią ± SEM. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-6
Rycina 6: Typowe wyniki napadu lękowego (APS). Kiedy przestraszenie jest badane w okresie konserwacji (MNT), badani zazwyczaj wykazują większe nasilenie przestraszenia przy niskim obciążeniu w porównaniu z próbami o dużym obciążeniu. Efekt ten nie utrzymuje się jednak, gdy podczas ITI badane jest zaskoczenie. Słupki reprezentują średnią ±SEM. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-7
Rysunek 7: Typowa dokładność (procent (%) poprawności) wyników. Badani są zazwyczaj bardziej dokładni podczas prób z niskim obciążeniem niż z dużym obciążeniem; Jednak wydajność nie ma tendencji do zmieniania się w zależności od zagrożenia porażeniem prądem. Słupki reprezentują średnią ± SEM. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Pliki kodu uzupełniającego: plik Wav do prezentacji białego szumu (40ms_wn.wav.) Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik. Kod niezbędny do ustawienia parametrów sprzętowych dla eksperymentalnego oprogramowania (Sternberg_threat_v5.exp.) Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik. Kod niezbędny do uruchomienia eksperymentu (Sternberg_threat_v5.sce.). Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W artykule pokazano, jak zarządzać zadaniem WM Sternberga w czasie zagrożenia porażeniem. Korzystając z tego protokołu, udało się wykazać, że utrzymanie WM jest wystarczające do zmniejszenia lęku, mierzonego nasileniem akustycznego odruchu przerażenia3. Wyniki te sugerują, że związek między poznaniem a lękiem jest dwukierunkowy 3-5 i że modele lęku (np. teoria kontroli uwagi)1 muszą wyjaśniać wpływ poznania na lęk oprócz wpływu lęku na poznanie. Chociaż obecny protokół opisuje integrację zadania WM Sternberga i paradygmatu zagrożenia wstrząsem, może on również służyć jako ramy do badania związku między poznaniem a lękiem w bardziej ogólnym ujęciu21.

Przeprojektowując istniejące zadania poznawcze tak, aby odbywały się na przemian w okresach bezpieczeństwa i zagrożenia, możliwe jest zbadanie wpływu lęku na określone procesy poznawcze, takie jak WM i trwała uwaga 2,31,32. Na przykład w poprzedniej pracy zadanie pamięci roboczej N-back zostało zintegrowane z paradygmatem zagrożenia wstrząsem, wykazując, że lęk zakłóca WM przy małym, ale nie wysokim obciążeniu 4,5. Wyniki te sugerują, że lęk zakłóca WM, ale także, że zdrowe osoby są w stanie przezwyciężyć lęk, gdy wymagania dotyczące zadań są wysokie. Zadanie Sustained Attention to Response Task (SART) zostało również zintegrowane z paradygmatem zagrożenia wstrząsem; Badani musieli hamować swoje reakcje na rzadkie bodźce docelowe. Wykazano w tym, że zagrożenie wstrząsem zwiększa dokładność prób NoGo podczas zadania31,32. Wraz z badaniami N-back, wyniki te sugerują, że lęk może zarówno pogarszać, jak i ułatwiać wydajność, a kierunek efektu zależy od konkretnych procesów poznawczych zaangażowanych w zadanie.

Podobnie, dodając precyzyjnie wymierzone w czasie sondy przestraszenia do istniejącego zadania poznawczego, które zostało dostosowane do paradygmatu zagrożenia wstrząsem, możliwe jest zbadanie wpływu określonych zadań poznawczych na lęk. Związek między obciążeniem WM a lękiem zaobserwowano początkowo podczas zadań N-back WM, gdzie zwiększenie liczby elementów do utrzymania zmniejszyło APS 4,5. Ponieważ jednak zadanie to wymaga zarówno konserwacji, jak i manipulacji, trudno było określić, które składniki WM są niezbędne do obserwowanego zmniejszenia lęku 23,33. Kontynuując te badania prostszym paradygmatem WM Sternberga, możliwe było wykazanie, że centralne przetwarzanie wykonawcze nie jest konieczne do redukcji lęku3.

Technika ta może być wykorzystana do badania zarówno wpływu lęku na funkcje poznawcze, jak i wpływu poznania na lęk. W związku z tym ważne jest, aby w tym paradygmacie manipulować zarówno lękiem, jak i obciążeniem poznawczym oraz dokonywać wiarygodnych pomiarów każdego z nich. Stosując tę metodę do nowych paradygmatów poznawczych, ważne jest, aby upewnić się, że paradygmat poznawczy ma rozróżnialne poziomy trudności w oparciu o wyniki. Jeśli testy pilotażowe nie wykażą różnic w wydajności w różnych warunkach eksperymentalnych, sprawdź efekty sufitu/podłogi i odpowiednio dostosuj poziom trudności zadania. Podobnie, ważne jest, aby zaprojektować zagrożenie manipulacją wstrząsem w taki sposób, aby możliwe było obserwowanie APS w warunkach niskiego obciążenia poznawczego. Jeśli testy pilotażowe nie wykazują różnic w przerażeniu w warunkach niskiego obciążenia poznawczego, spróbuj sprawdzić stosunek sygnału do szumu w kanale EMG.

Istnieją 3 kluczowe kroki do zapewnienia skuteczności tego protokołu. Po pierwsze, ważne jest, aby upewnić się, że podmiot rozumie realizowane zadanie poznawcze. Jeśli to konieczne, zaprojektuj ćwiczebną wersję zadania, aby upewnić się, że badani rozumieją instrukcje. Po drugie, ważne jest, aby upewnić się, że stosowana stymulacja elektryczna ma wystarczającą intensywność, aby wywołać niepokój u pacjenta. W razie potrzeby należy ponownie skalibrować intensywność stymulacji elektrycznej po każdym biegu. Po trzecie, ważne jest, aby upewnić się, że stosunek sygnału do szumu w kanale EMG jest wystarczający do odzyskania akustycznej odpowiedzi zaskoczenia. Jeśli kanał jest głośny lub impedancja jest zbyt wysoka, dokładnie oczyść skórę pod okiem i ponownie przyłóż elektrody EMG.

Chociaż paradygmat ten ma wiele mocnych stron, istnieją również ograniczenia, którymi należy się zająć. Na przykład zastosowanie awersyjnego porażenia prądem elektrycznym może budzić zaniepokojenie wśród niektórych IRB, zwłaszcza gdy mamy do czynienia z wrażliwymi populacjami. Należy zauważyć, że istnieją alternatywne podejścia do wywoływania lęku poza użyciem wstrząsu elektrycznego. Należą do nich: wdychanie podwyższonego poziomu CO2 (7,5%) przez dłuższy czas (8-20 minut)34, stosowanie groźby awersyjnego bodźca termicznego35, prezentowanie obrazów o negatywnej wartościowości36 itp. Należy jednak zauważyć, że bodźce elektryczne są bezpieczne (jeśli są stosowane prawidłowo), szeroko stosowane i skuteczne. Chociaż protokół ten zaleca podejście standaryzacyjne do analizy wzmocnionego zaskoczenia, surowe wyniki mogą być bardziej wiarygodne w niektórych przypadkach 9,10. Jeśli stosowane są wyniki standaryzowane, zaleca się również zbadanie wyników surowych.

Siłą tego protokołu jest to, że pozwala badaczowi elastycznie manipulować stanem lęku u pacjenta podczas jednej sesji i przetestować związek między lękiem a określonymi procesami poznawczymi. Istnieją trzy potencjalne przyszłe zastosowania tego protokołu. Po pierwsze, ważne jest zrozumienie, w jaki sposób systemy poznawcze i emocjonalne oddziałują na siebie na poziomie procesów neuronalnych. Przyszłe badania powinny zbadać związek między lękiem a aktywnością neuronalną związaną z utrzymaniem WM, wykorzystując ten paradygmat podczas rejestrowania aktywności BOLD. Po drugie, ważne jest, aby uogólnić te odkrycia na inne procesy poznawcze, takie jak trwała uwaga i przetwarzanie nagrody. Przyszłe badania z wykorzystaniem tego protokołu powinny manipulować tymi procesami w okresach zagrożenia i bezpieczeństwa. Po trzecie, ważne jest, aby zrozumieć związek między funkcjami poznawczymi a lękiem, zarówno u osób zdrowych, jak i w populacjach pacjentów. Przyszłe badania z wykorzystaniem tego protokołu powinny obejmować osoby z tych szczególnych populacji.

Podsumowując, w pracy przedstawiono protokół badania związku między obciążeniem WM a indukowanym lękiem. Badania wykorzystujące ten paradygmat wykazały, że utrzymanie WM jest wystarczające do zmniejszenia lęku, ale lęk nie koliduje z samym obciążeniem WM. Chociaż przedstawione tutaj wyniki są specyficzne dla paradygmatu WM Sternberga, protokół ten można dostosować do badania dwukierunkowego związku między poznaniem a lękiem w ogóle.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie zgłaszają konfliktu interesów.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wsparcie finansowe dla tego badania zostało zapewnione przez Intramural Research Program of the National Institute of Mental Health, ZIAMH002798 (ClinicalTrial.gov Identyfikator: NCT00026559: Identyfikator protokołu 01-M-0185).

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Biopac System
SystemBiopac Systems Inc.MP1501, Integracja TTL sprzętu do monitorowania psychofizjologii
Biopac Systems Inc.STP100C1
EDABiopac Systems Inc.EDA100C1
EKGBiopac Systems Inc.ECG100C1
EMGBiopac Systems Inc.EMG100C1
NazwaFirma>Numer katalogowyKomentarze
Other Equipment
Breakout boxZobacz alternatywyNiestandardowy
1 generator sygnału trawyInstrumenty do trawySD91
Urządzenie wstrząsoweDigitimer North America, LLCDS7A1
NazwaFirma<silny>Numer katalogowyKomentarze
Alternatywy
Alternatywa dla Breakout boxCortech SolutionsSD-MS-TCPBNC1
Alternatywny generator sygnału trawiastegoDigitimer North America, LLCDG2A1
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Sprzęt audio
SłuchawkiSennheiser Electronic GMBH & COHD-2801
Wzmacniacz słuchawkowyStosowane badania i technologiaAMP41
Miernik poziomu ciśnienia akustycznegoHisgadget IncMS101
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
>Elektrody i Prowadzi z Biopac
EMGBiopac Systems Inc.EL254S2
naklejki EMGBiopac Systems Inc.ADD204
2 Żel dla EMGBiopac Systems Inc.GEL1001
EKGBiopac Systems Inc.LEAD1102
ShockBiopac Systems Inc.LEAD1102
EKGBiopac Systems Inc.LEAD110S-W1
EKGBiopac Systems Inc.LEAD110S-R1
Elektrody jednorazoweBiopac Systems Inc.EL5086
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Software
PresentationSystemy neurobehawioralneWersja 18Określane tutaj jako oprogramowanie eksperymentalne
PotwierdzajBiopac Systems Inc.Wersja 4.2Określana tutaj jako oprogramowanie do analizy psychofizjologicznej

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Eysenck, M. W., Derakshan, N., Santos, R., Calvo, M. G. Anxiety and cognitive performance: attentional control theory. Emotion. 7 (2), 336-353 (2007).
  2. Balderston, N. L., Mathur, A., Adu-Brimpong, J., Hale, E. A., Ernst, M., Grillon, C. Effect of anxiety on behavioural pattern separation in humans. Cogn. Emot. 9931 (10), 1-11 (2015).
  3. Balderston, N. L., et al. Working memory maintenance is sufficient to reduce state anxiety. Psychophysiology. 53 (11), 1660-1668 (2016).
  4. Vytal, K. E., Cornwell, B. R., Arkin, N., Grillon, C. Describing the interplay between anxiety and cognition: From impaired performance under low cognitive load to reduced anxiety under high load. Psychophysiology. 49 (6), 842-852 (2012).
  5. Vytal, K. E., Cornwell, B. R., Letkiewicz, A. M., Arkin, N. E., Grillon, C. The complex interaction between anxiety and cognition: insight from spatial and verbal working memory. Front. Hum. Neurosci. 7, 93(2013).
  6. Nelson, B. D., Hodges, A., Hajcak, G., Shankman, S. A. Anxiety sensitivity and the anticipation of predictable and unpredictable threat: Evidence from the startle response and event-related potentials. J. Anxiety Disord. 33, 62-71 (2015).
  7. Shankman, S. a, et al. A psychophysiological investigation of threat and reward sensitivity in individuals with panic disorder and/or major depressive disorder. J. Abnorm. Psychol. 122 (2), 322-338 (2013).
  8. Dunning, J. P., Deldonno, S., Hajcak, G. The effects of contextual threat and anxiety on affective startle modulation. Biol. Psychol. 94 (1), 130-135 (2013).
  9. Bradford, D. E., Starr, M. J., Shackman, A. J., Curtin, J. J. Empirically based comparisons of the reliability and validity of common quantification approaches for eyeblink startle potentiation in humans. Psychophysiology. 52 (12), 1669-1681 (2015).
  10. Kaye, J. T., Bradford, D. E., Curtin, J. J. Psychometric properties of startle and corrugator response in NPU, affective picture viewing, and resting state tasks. Psychophysiology. 53 (8), 1241-1255 (2016).
  11. Bradford, D. E., Kaye, J. T., Curtin, J. J. Not just noise: Individual differences in general startle reactivity predict startle response to uncertain and certain. Psychophysiology. 51 (5), 407-411 (2014).
  12. Grillon, C. Models and mechanisms of anxiety: Evidence from startle studies. Psychopharmacology (Berl). 199, 421-437 (2008).
  13. Grillon, C., Ameli, R., Goddard, A., Woods, S. W., Davis, M. Baseline and fear-potentiated startle in panic disorder patients. Biol. Psychiatry. 35 (7), 431-439 (1994).
  14. Morgan, C. a, Grillon, C., Southwick, S. M., Davis, M., Charney, D. S. Fear-potentiated startle in posttraumatic stress disorder. Biol. Psychiatry. 38 (6), 378-385 (1995).
  15. Robinson, O. J., Overstreet, C., Allen, P. S., Pine, D. S., Grillon, C. Acute tryptophan depletion increases translational indices of anxiety but not fear: serotonergic modulation of the bed nucleus of the stria terminalis? Neuropsychopharmacology. 37 (8), 1963-1971 (2012).
  16. Bradford, D. E., Magruder, K. P., Korhumel, R. A., Curtin, J. J. Using the Threat Probability Task to Assess Anxiety and Fear During Uncertain and Certain Threat. J Vis Exp. (91), e51905(2014).
  17. Schmitz, A., Grillon, C. Assessing fear and anxiety in humans using the threat of predictable and unpredictable aversive events (the NPU-threat test). Nat. Protoc. 7 (3), 527-532 (2012).
  18. Grillon, C., Ameli, R. Effects of threat of shock, shock electrode placement and darkness on startle. Int. J. Psychophysiol. 28 (3), 223-231 (1998).
  19. Grillon, C., Pellowski, M., Merikangas, K. R., Davis, M. Darkness facilitates the acoustic startle reflex in humans. Biol. Psychiatry. 42 (6), 453-460 (1997).
  20. Insel, T., Cuthbert, B. N., et al. Research Domain Criteria (RDoC): Toward a new classification framework for research on mental disorders. Am. J. Psychiatry. 167 (7), 748-751 (2010).
  21. Robinson, O. J., Vytal, K. E., Cornwell, B. R., Grillon, C. The impact of anxiety upon cognition: perspectives from human threat of shock studies. Front. Hum. Neurosci. 7, 203(2013).
  22. Sternberg, S. High-speed scanning in human memory. Science. 153 (736), 652-654 (1966).
  23. Jaeggi, S. M., Buschkuehl, M., Perrig, W. J., Meier, B. The concurrent validity of the N-back task as a working memory measure. Memory. 18 (4), 394-412 (2010).
  24. Altamura, M., Elvevåg, B., et al. Dissociating the effects of Sternberg working memory demands in prefrontal cortex. Psychiatry Res. - Neuroimaging. 154 (2), 103-114 (2007).
  25. Spielberger, C. D. State-Trait Anxiety Inventory. Anxiety. 19 (650), 2009(1987).
  26. Beck, A. T., Epstein, N., Brown, G., Steer, R. a An inventory for measuring clinical anxiety: psychometric properties. J. Consult. Clin. Psychol. 56 (6), 893-897 (1988).
  27. Beck, A., Brown, G., Steer, R. BDI-II Manual. J. Health Psychol. 17 (6), (1996).
  28. Peterson, R. A., Heilbronner, R. L. The anxiety sensitivity index:. Construct validity and factor analytic structure. J. Anxiety Disord. 1 (2), 117-121 (1987).
  29. Sthle, L., Wold, S. Analysis of variance (ANOVA). Chemom. Intell. Lab. Syst. 6 (4), 259-272 (1989).
  30. Blumenthal, T. D., Cuthbert, B. N., Filion, D. L., Hackley, S., Lipp, O. V., Van Boxtel, A. Committee report: Guidelines for human startle eyeblink electromyographic studies. Psychophysiology. 42 (1), 1-15 (2005).
  31. Torrisi, S., et al. The Neural Basis of Improved Cognitive Performance by Threat of Shock. Soc. Cogn. Affect. Neurosci. 11 (11), 1677-1686 (2016).
  32. Robinson, O. J., Krimsky, M., Grillon, C. The impact of induced anxiety on response inhibition. Front. Hum. Neurosci. 7, 69(2013).
  33. Owen, A. M., McMillan, K. M., Laird, A. R., Bullmore, E. N-back working memory paradigm: A meta-analysis of normative functional neuroimaging studies. Hum. Brain Mapp. 25 (1), 46-59 (2005).
  34. Bailey, J. E., Argyropoulos, S. V., Kendrick, A. H., Nutt, D. J. Behavioral and cardiovascular effects of 7.5% CO2 in human volunteers. Depress. Anxiety. 21 (1), 18-25 (2005).
  35. Thibodeau, M. A., Welch, P. G., Katz, J., Asmundson, G. J. G. Pain-related anxiety influences pain perception differently in men and women: A quantitative sensory test across thermal pain modalities. Pain. 154 (3), 419-426 (2013).
  36. Lamm, C., Pine, D. S., Fox, N. A. Impact of negative affectively charged stimuli and response style on cognitive-control-related neural activation: An ERP study. Brain Cogn. 83 (2), 234-243 (2013).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Working Memory MaintenanceSternberg Working MemoryThreat of ShockAnxiety Potentiated StartleAcoustic Startle ReflexSkin Conductance MonitoringElectromyography AnalysisShock Calibration ProcedureCognitive Task AdaptationExperimental Software Protocol

Related Articles