Badanie zachowań unikających związanych z bólem przy użyciu paradygmatu sięgania ramion robota
October 3rd, 2020
Unikanie jest kluczowe dla przewlekłej niepełnosprawności bólowej, jednak brakuje odpowiednich paradygmatów do badania unikania związanego z bólem. Dlatego opracowaliśmy paradygmat, który pozwala badać, w jaki sposób zachowania unikania związane z bólem są wyuczone (akwizycja), rozprzestrzeniają się na inne bodźce (uogólnienie), mogą być złagodzone (wygaszanie) i jak mogą następnie pojawić się ponownie (spontaniczne zdrowienie).
Zachowania unikające związane z bólem w znacznym stopniu przyczyniają się do przewlekłej niepełnosprawności bólowej. To istniejące paradygmaty, często takie jak ekologia i konstruują trafność, stosując instruowaną i niską lub zerową reakcję unikania. Nasz paradygmat radzi sobie z tymi ograniczeniami, umożliwiając badanie sposobów, w jakie unikanie jest naturalnie wyuczone i wzmocnione, oraz poprzez włączenie odpowiedzi na unikanie w badaniu kosztów.
Nasz paradygmat może być jednoznacznie wykorzystany do wyjaśnienia procesów leżących u podstaw uczenia się bólu związanego z zachowaniami unikającymi, w jaki sposób zachowanie staje się niepełnosprawne w bólu przewlekłym i jak można je złagodzić. Umieść komputer w jednym pomieszczeniu lub sekcji dla badacza i umieść duży telewizor w oddzielnym pomieszczeniu lub sekcji dla uczestnika. Aby przygotować się do sesji testowej, poproś wszystkich, aby zdezynfekowali ręce po przybyciu do laboratorium.
Niech uczestnik usiądzie na krześle z podłokietnikiem w odległości około 2,5 metra od ekranu telewizora w wygodnej odległości około 15 centymetrów od czujnika ramienia robota. Po uzyskaniu pisemnej świadomej zgody uczestnika, wypełnij środek każdej elektrody przewodzącym żelem elektrolitowym. I użyj paska, aby przymocować elektrody stymulacyjne do ścięgna tricepsa prawej ręki uczestnika.
Po wyjaśnieniu procedury kalibracji poproś uczestnika, aby ocenił każdy bodziec w skali numerycznej od zera do 10, gdzie zero oznacza Nic nie czuję, a 10 oznacza najgorszy ból, jaki można sobie wyobrazić. Włącz stymulator. Ustawiasz intensywność na jeden miliamper, aby rozpocząć, i ogłaszasz, że bodziec bólowy ma zostać dostarczony.
Gdy uczestnik potwierdzi komunikat, naciśnij pomarańczowy przycisk spustowy na stymulatorze prądu stałego, aby dostarczyć bodziec. Po uzyskaniu oceny bólu uczestnika, zastosuj bodziec na następnym poziomie intensywności, jak pokazano, stopniowo zwiększając intensywność bodźca bólowego w sposób krokowy w krokach co jeden, dwa, trzy i 4 miliampery. Gdy uczestnik osiągnie intensywność bólu, którą opisałby jako znacznie bolesną i wymagającą pewnego wysiłku, aby ją tolerować, zakończ procedurę kalibracji i udokumentuj ostateczną intensywność bólu w miliamperach oraz ocenę intensywności bólu uczestnika.
Zanim ramię robota zacznie wykonywać zadanie unikania bólu, należy dostarczyć uczestnikowi standardowe pisemne instrukcje dotyczące zadania na ekranie. Zaprogramuj zadanie w taki sposób, aby trzy łuki były prezentowane w połowie płaszczyzny ruchu, upewnij się, że najkrótszy ruch ramienia T1 jest sparowany bez odchylenia lub oporu. Ruch środkowego ramienia T2 jest sparowany z umiarkowanym odchyleniem i oporem, a najdalszy ruch ramion T3 jest sparowany z największym odchyleniem i najsilniejszym oporem.
Poinstruuj uczestnika, aby używał dominującej ręki do obsługi ramienia robota, poruszając jego czujnikiem, który jest reprezentowany przez zieloną kulę na ekranie telewizora. I przesunąć czujnik z punktu początkowego w lewym dolnym rogu płaszczyzny ruchu do celu w lewym górnym rogu płaszczyzny ruchu. Poinformuj uczestnika, że może swobodnie wybrać, którą z dostępnych trajektorii ruchowych wykonać w każdej próbie.
I poinstruuj uczestnika, aby przedstawił samoopisowe pomiary oczekiwanego bólu i strachu przed bólem związanym z ruchem, na ciągłej skali ocen, przewijając w lewo i w prawo na skali za pomocą dwóch odpowiednich pedałów nożnych na potrójnym przełączniku nożnym. Pod koniec fazy ćwiczeń, po udzieleniu odpowiedzi na wszelkie pytania, wyjdź z pokoju i przyciemnij światła. Obserwuj uczestnika z sekcji lub pokoju badawczego.
Aby wykonać protokół akwizycji, poproś uczestników, aby nacisnęli pedał potwierdzenia, aby rozpocząć eksperyment. Podczas fazy akwizycji unikania, jeśli uczestnik wykonuje najkrótszą trajektorię ruchu T1, zaprogramuj stymulator prądu stałego, aby zawsze dostarczał bodziec bólowy, po zakończeniu dwóch trzecich ruchu. Jeśli uczestnik wybierze środkową trajektorię ruchu T2, przedstaw bodziec bólowy przez 50% czasu, upewniając się, że uczestnik będzie musiał włożyć więcej wysiłku.
Jeśli uczestnik wykonuje najdalszą najbardziej wysiłkową trajektorię ruchu T3, nie prezentuj bodźca bólowego, ale upewnij się, że uczestnik będzie musiał włożyć najwięcej wysiłku, aby dotrzeć do celu. O pomyślnie zakończonym badaniu będzie wieńcząca prezentacja wizualnych i dźwiękowych sygnałów stopu. Ramię robota powinno być zaprogramowane tak, aby automatycznie powracało do pozycji wyjściowej po zakończeniu próby.
Po 3000 milisekundach przedstaw wizualne i dźwiękowe sygnały startowe, które wskazują, że uczestnik może rozpocząć kolejną próbę. Podczas testowania pod kątem uogólnienia unikania, łuki trajektorii na ekranie są rozdzielane podczas fazy akwizycji, aby pozostawić miejsce na łuki trajektorii uogólnienia. Aby przetestować uogólnienie unikania po fazie akwizycji, przedstaw trzy nowe trajektorie ruchu uogólnienia G1, G2 i G3 sąsiadujące z trajektoriami akwizycji.
Aby zbadać wygaśnięcie unikania z zapobieganiem reakcji, po fazie nabycia poinformuj uczestnika, że w nadchodzącej fazie może wykonać tylko T1. W fazie zapobiegania reakcji, wizualnie i optycznie zablokuj T2 i T3, aby dostępny był tylko T1. W ten sposób zapewnia się, że podczas fazy wygaszania z zapobieganiem odpowiedzi, uczestnik wykonuje tylko najkrótszą trajektorię ruchu T1. Około 24 godziny później podłącz elektrody stymulacyjne i podaj krótkie instrukcje odświeżające zadanie na ekranie, nie dołączając żadnych informacji dotyczących bodźca bólowego. Następnie przedstaw trzy trajektorie akwizycji przy braku bodźca bólowego.
Po zakończeniu eksperymentu należy odłączyć elektrody stymulacyjne i dokładnie oczyścić elektrody stymulacyjne roztworem dezynfekującym. Następnie osusz elektrody miękką bibułą i wyczyść czujnik ramienia robota chusteczkami dezynfekującymi lub sprayem. Nabycie zachowań unikających jest demonstrowane przez uczestników, którzy unikają bólu bardziej pod koniec fazy nabywania w porównaniu z początkiem fazy nabywania lub w porównaniu z grupą kontrolną.
O nabyciu strachu i oczekiwanego bólu świadczy fakt, że uczestnicy zgłaszają mniejszy strach i mniej oczekują bodźca bólowego podczas T3 w porównaniu z T1 i T2. Na uogólnienie strachu i oczekiwanego bólu wskazują uczestnicy grupy eksperymentalnej zgłaszający niższy poziom lęku 2 i mniej oczekujący bodźca bólowego podczas G3 w porównaniu z G1 i G2. Wygaśnięcie strachu i oczekiwanego bólu jest widoczne, gdy uczestnicy zgłaszają niższy strach i oczekują, że bodziec bólowy będzie mniej podczas T1 pod koniec fazy zapobiegania odpowiedzi w porównaniu z końcem fazy nabywania. Spontaniczne odzyskanie zachowań unikających jest wskazane przez uczestników, którzy unikają więcej na początku testu spontanicznego powrotu do zdrowia w porównaniu z końcem fazy zapobiegania reakcji. Spontaniczne odzyskanie oczekiwanego strachu i bólu jest wskazane przez uczestników zgłaszających wyższą oczekiwaną oczekiwaną długość strachu i bólu w przypadku T1 na początku testu spontanicznego powrotu do zdrowia w porównaniu z końcem fazy zapobiegania reakcji.
Odejście od wersetu bodźców nie jest reakcją obronną specyficzną dla bólu. Metoda ta może być również stosowana do badania unikania wstrętu lub zażenowania, które są istotne dla zaburzeń lękowych. Nasz paradygmat umożliwia testowanie potencjalnych różnic w uczeniu się unikania, w bólu przewlekłym w porównaniu z populacjami zdrowymi.
Głębsze zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw unikania może zoptymalizować lub zaoferować nowe opcje leczenia.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Niniejsza praca prezentuje nowatorski paradygmat badania unikającego zachowania związanego z bólem, który w znaczący sposób przyczynia się do niepełnosprawności spowodowanej przewlekłym bólem. Paradygmat ten rozwiązuje ograniczenia istniejących metod, badając, jak unikanie jest uczeniem się, uogólniane, łagodzone i może ponowne pojawiać się.
Kluczowe Elementy Badań
Dział Obszaru Nauki
- Neuroscience
- Behavioral Psychology
- Pain Research
Tło
- Unikające zachowanie związane z bólem jest głównym czynnikiem w niepełnosprawności spowodowanej przewlekłym bólem.
- Istniejące paradygmaty często brakuje im walidacji ekologicznej i konstruktywnej.
- Obecne metody mogą nie odzwierciedlać w sposób dokładny naturalnego uczenia się i wzmocnienia unikającego zachowania.
- Włączenie kosztu do reakcji unikowych zwiększa istotność badania.
Cel Badania
- Opracowanie paradygmatu umożliwiającego badanie unikającego zachowania związanego z bólem.
- Zbadanie procesów nabywania, uogólniania, wygaszania i spontanicznego odzyskiwania unikającego zachowania.
- Dostarczenie wglądu w to, jak zachowanie unikowe staje się niepełnosprawne w przewlekłym bólu.
Wykorzystane Metody
- Opracowanie nowego paradygmatu eksperymentalnego.
- Włączenie kosztowego badania reakcji unikowej.
- Wykorzystanie kontrolowanego środowiska z oddzielnymi obszarami dla badaczy i uczestników.
- Wdrożenie protokołów higienicznych przed sesjami testowymi.
Główne Wyniki
- Nowy paradygmat skutecznie oddaje procesy uczenia się związanego z unikaniem bólu.
- Wyniki wskazują, że zachowanie unikowe może być uogólniane na inne bodźce.
- Obserwowano łagodzenie zachowania unikowego poprzez techniki wygaszania.
- Zdokumentowano spontaniczne odzyskiwanie zachowania unikowego, co podkreśla jego złożoność.
Wnioski
- Opracowany paradygmat oferuje solidną ramę do badania unikającego zachowania związanego z bólem.
- Otrzymane spostrzeżenia mogą informować interwencje mające na celu zmniejszenie niepełnosprawności spowodowanej przewlekłym bólem.
- Przyszłe badania mogą bazować na tym paradygmacie, aby dalej zgłębiać mechanizmy bólowe.
Często Zadawane Pytania
Executive Industry Relevance
Pain-related avoidance behavior is a key driver of chronic pain disability, yet existing paradigms often lack ecological validity and fail to capture natural learning processes. The robotic arm-reaching paradigm addresses this gap by modeling avoidance as an instrumental, cost-incurred response, offering improved translational relevance for target validation and mechanistic de-risking in analgesic discovery. This approach supports predictive confidence in early discovery by enabling quantitative measurement of avoidance acquisition, generalization, extinction, and spontaneous recovery.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses regarding avoidance learning mechanisms and pathway modulation.
- Operational Value: Provides a quantifiable behavioral readout (maximal deviation from shortest trajectory) to assess target engagement and functional validation.
- Predictive Confidence: Supports portfolio triage by modeling how avoidance becomes disabling and responds to intervention.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates standardized, reproducible avoidance metrics across trials and conditions for reliable compound screening.
- Operational Value: Facilitates assay readiness through defined acquisition, generalization, extinction, and spontaneous recovery phases.
- Scalability: Supports platform reuse for testing analgesic candidates across avoidance learning stages.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Models clinical treatment via extinction using response prevention and relapse via spontaneous recovery, enhancing disease relevance.
- Operational Value: Bridges discovery and preclinical validation by capturing avoidance dynamics relevant to chronic pain progression.
- Risk-Adjusted Decisions: Informs advancement based on avoidance behavior modulation, reducing late-stage biological risk.
Pipeline & Workflow Integration
The paradigm fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical evaluation, particularly for mechanistically de-risking analgesic candidates targeting avoidance pathways.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of avoidance acquisition and generalization, clarifying behavioral mechanisms of pain chronification.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible outputs (deviation, resistance, pain expectancy) to compare compound effects on avoidance learning.
- Analytics: Enables statistical comparison of avoidance behavior across acquisition, extinction, and spontaneous recovery phases to inform go/no-go decisions.
- Translational Research: Models extinction and spontaneous recovery, aligning with preclinical validation of relapse prevention strategies.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable behavioral platform for iterative testing of targets, compounds, and dosing regimens across avoidance learning stages.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in avoidance learning.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through defined trajectories, effort costs, and stimulus pairing rules.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by quantifying avoidance behavior changes, reducing late-stage failure due to unmodeled behavioral adaptation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on effects across avoidance acquisition, generalization, extinction, and relapse.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience, psychophysics, and robotic interface operation.
- Needs instrumentation including robotic arm, stimulator, foot pedals, and synchronized audiovisual feedback systems.
- Demands cross-team standardization of pain calibration, trajectory programming, and avoidance scoring protocols.
- Involves adaptation considerations when translating to non-human models or alternative pain modalities.
- Limited by the need for controlled environmental setup and participant training to ensure ecologically valid avoidance expression.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:51
Test Session Preparation
1:37
Pain Stimulus Calibration
2:44
Experimental Task: Practice Phase
4:11
Acquisition and Generalization Protocols
5:45
Extinction with Response Prevention and Spontaneous Recovery Protocols
6:54
Results: Acquisition, Generalization, Extinction and Return of Avoidance, Pain-Related Fear, and Pain-Expectancies
8:17
Conclusion
