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Estímulos A. e Design Task
1. Concepção geral.
Examinamos influências contextuais na aquisição medo e retenção da memória ao longo de dois dias. Este projeto está em paralelo com estudos com roedores, que respondem por processos de consolidação neurobiológicas a longo prazo da formação da memória 3 e contingências do mundo real em que o medo é aprendido, a uma distância temporal de terapia e re-exposição de experiências. Dinâmica estímulos condicionados (CS) (cobras se movendo e aranhas) foram encontrados em um ambiente totalmente virtual imersiva conhecido como Ambiente Virtual Immersive Duque (DIVE), e foram condicionalmente emparelhado com a apresentação de estimulação do pulso elétrico. Um diferencial de procedimento de condicionamento de medo foi empregado utilizando a resposta da pele condutância (SCR) como uma medida depende do medo. Aqui demonstramos medo condicionado e retenção de memória subseqüentes que foi testado durante dois dias no mergulho em 26 participantes saudáveis do sexo masculino e feminino, com idades entre 18-30 anos de idade na Duke University. Este protocolo foi aprovado e de acordo com as normas IRB Duke University.
2. Participante criado em DIVE.
O mergulho é um completamente fechado, de seis lados, meio ambiente 3m x 3m x 3m, back-projetada realidade virtual (VR). O mergulho é localizado em um cubo especialmente construído 30 pés (Sala de Controle (VisRoom), Figura 1) no Centro Interdisciplinar de Engenharia, Medicina e Ciências Aplicadas da Universidade de Duke. O condicionamento do medo no mergulho foi realizado como descrito acima.
Os participantes estavam sentados no centro do mergulho para a frente com a cabeça de monitoramento sobre os óculos 3-D olho. Os participantes são levados a um passeio "virtual fixo através do ambiente designado durante cada fase de aprendizagem, onde as cobras e aranhas virtuais são encontrados. Estes constrangimentos posturais foram feitas para evitar tonturas, conta a variabilidade de altura, controle de quantidade de contexto e exposição de estímulo entre participantes, e para garantir que a exibição visual realista é atualizado de acordo com o movimento dos participantes através do cenário.
3. Procedimento condicionado discriminação.
Um procedimento de discriminação foi empregado, em que a apresentação de um CS visuais é parcialmente reforçada (40% taxa de reforço) por um estímulo co-terminação elétrica, o estímulo incondicionado (EUA) durante a fase de aquisição. Os participantes foram atribuídos a uma das duas condições: a aquisição medo de cobras ou aranhas virtuais virtual. Os estímulos reforçados emparelhado com os EUA são referidos como "CS +, enquanto o outro estímulo visual" CS "é explicitamente unpaired como controle. A + CS e CS-foram distribuídos aleatoriamente e contrabalançada entre os grupos.
4. Estímulos condicionados.
Os estímulos foram cobras e aranhas dinâmica que, individualmente, aparecem no meio e no centro da tela frontal do mergulho com a duração de 4 seg. Esta co-ocorreram com um estímulo auditivo de sinalização a aparência de uma cobra ou aranha para alertar o participante para a presença de um estímulo romance no ambiente (chocalho ou o som tocando, respectivamente). A cena virtual, juntamente com as aranhas cobras ad foram criados usando o software de animação Maya e importados para o software Virtools (VirTool SA, da Companhia de comportamento, Paris, França) para visualização no mergulho.
5. Os estímulos incondicionados.
Estimulação elétrica foi ajustado antes do início do experimento de acordo com o nível de cada sujeito a tolerância, a fim de facilitar as comparações de grupo e eliminar as influências das diferenças de confusão global, o nível de excitação entre os grupos 4, 5. O nível de estimulação foi escolhida por cada participante a ser sua percepção de "altamente irritante, mas não doloroso usando um procedimento de escada ascendente. Voltage foi inicialmente fixada em um nível baixo de 30 V e aumentada em incrementos de 5 V até que os participantes indicaram que seus nível de tolerância tinha sido alcançado sem induzir dor Estimulação (200 msec duração entregues em 30-50 Hz) foi administrado transcutânea sobre o nervo mediano do pulso dos participantes dominante por um eletrodo bipolar de superfície-estimulante (21 espaçamento entre os eletrodos mm:. Grama Telefactor- modelo FE 10S2, West Warwick, RI). O cabos-eletrodos foram garantidos por uma cinta de borracha e foram anexadas a um Grass-Telefactor SD-9 leva estimulador via cabo coaxial que foram blindados e aterrados através de um filtro de radiofreqüência. Um gel com base salina (Sigma Gel: Parker Laboratories, Fairfield, NJ) foi utilizado como um condutor electrolítico (ver Figura 2) Os participantes foram informados de que todos os pulsos seriam entregues na mesma intensidade..
6. Fases de formação.
O experimento aqui descrito foi realizado em duas sessões com um atraso de 24 horas. Durante os abetossessão t, o período de habituação inicial consistiu em 4 ensaios de cada tipo CS visto em um fundo cinza em 3-D de imersão total, mas apresentado sem reforço ou o mundo virtual em que a formação ou teste ocorreu. Esta fase permitiu a aclimatação ao ambiente experimental no mergulho e redução de orientar respostas aos estímulos condicionados. Imediatamente após a fase de habituação, a fase de aquisição medo consistiu de 16 intermixed ensaios de cada tipo CS, na qual o CS é apresentado sozinho e 5 dos 16 ensaios CS + são reforçadas. Aproximadamente 24 horas mais tarde, o teste para a retenção da memória e da formação extinção ocorreu. Esta fase consistiu em 16 ensaios de cada tipo CS sem EUA, em um contexto virtual que ou era a mesma ou diferente do contexto de aquisição medo (contrabalançada entre os participantes). Um contexto era um ambiente indoor (interior de um apartamento mobiliado Contexto, A) eo outro contexto era um ambiente ao ar livre (cena bairro, B Contexto). Os indivíduos foram aleatoriamente designados para um grupo experimental, que determinou a ordem de apresentação contexto, nos dias 1 e 2. Eles foram designados para a condição mesmo contexto (AA ou BB) ou de uma condição Mudança de contexto (AB ou BA). O comprimento do caminho e curso foram pareados por coerência entre os mundos virtuais, como o foram o número ea colocação de objetos / estímulos dentro dos diferentes ambientes.
7. Parâmetros experimentais.
O intervalo inter-ensaio foi de 14 ± 2 seg. A seqüência de CSS foi pseudorandom, sujeito à restrição de que não mais de 2 ensaios do CS mesmo ocorrem consecutivamente (para evitar confusão induções de ansiedade estado e expectativa cognitiva). Reforço parcial (40%) do CS + foi usado para retardar a extinção rápida que normalmente ocorre em participantes humanos seguir 100% de reforço CS + 6,7. Além disso, o reforço parcial fornece uma contingência condicionado mais realista na medida em que os eventos aversivos nem sempre ocorrem após um estímulo temido.
8. Instruções tarefa.
Antes de cada fase experimental, os participantes foram informados sobre as características do projeto seguinte: eles iriam encontrar cobras e aranhas animada no ambiente virtual, eles seriam guiados através do ambiente em um passeio virtual ao longo de um caminho fixo, e eles podem receber a estimulação elétrica em o pulso ao nível que foi definido antes do condicionamento a qualquer momento durante o estudo. Eles foram instruídos para enfrentar diretamente para a frente e atender às serpentes e aranhas imagens apresentadas no centro da tela da frente, e lembrou que eles não têm nenhum controle sobre seu próprio movimento através do mundo ou a ocorrência de estimulação elétrica. Eles também foram informados de que eles poderiam rescindir o estudo a qualquer momento sem penalidade para eles.
Medidas B. Psicofisiológica
1. Coleta de Dados.
SCR foi usada como medida dependente de medo, como descrito anteriormente 4, 6. SCR foi gravado através de um sistema de monitoramento psicofisiológicas (Biopac Systems, Santa Barbara, CA). SCR foi monitorada de prata-cloreto de prata discos eletrodo presa por tiras de velcro para as falanges médias do primeiro e segundo dedos da mão não-dominante. Um gel com base salina (Sigma Gel) foi usado como um eletrólito condutor. Os indivíduos foram instruídos a manter a sua mão ainda para evitar artefatos de movimento no eletrodo de gravação SCR. Leva atingiu o sistema de gravação Biopac fisiológicas que está localizado fora do mergulho na sala de controle. O sistema Biopac sincroniza com o computador apresentação do estímulo executando software Virtools. A figura 1 ilustra um participante no mergulho, imerso em Contexto A. A técnica criada do computador de controle (Virtools e geração de script), Biopac (SCR), e estimulador elétrico são ilustrados na Figura 2.
Condutância da pele foi amostrado a 200 Hz, amplificado, e armazenadas para análise off-line usando AcqKnowledge software (Biopac Systems, Santa Barbara, CA). Virtools software controla a apresentação do estímulo e aciona o gerador de choque através de um DIO-24 National Instruments cartão de aquisição de dados (Austin, TX). As formas de onda registradas são lowpass filtrada usando uma janela de Blackman (freqüência de corte = 31 Hz) e suavizada ao longo de 3 pontos sucessivos de dados. Amplitudes de resposta de condutância da pele foram tempo bloqueado no início de cada relação CS e dos EUA para a linha de base pré-estímulo para derivar uma medida dependente do medo condicionado e incondicionado, respectivamente 4-6, 8. Para inclusão na análise dos dados, os seguintes critérios foram estabelecidos: latência = 1-4 s, duração = 0,5-5 s e amplitude mínima = 0,02 micro Siemens (mS). Respostas que não cumpram estes critérios são classificados com zero.
2. Analysé de SCR.
SCR, porque os dados são normalmente distorcidas em direção a zero, os dados foram raiz quadrada transformado antes da análise estatística para alcançar uma distribuição normal. Os dados de cada tipo CS (cobras ou aranhas virtuais) foram recolhidas em 'início' e 'atrasado' blocos de julgamento de cada fase, como a aprendizagem normalmente varia ao longo do tempo dentro de cada fase de aprendizagem. Análises de medidas repetidas de variância (ANOVA) foram utilizados para calcular as diferenças de grupo nas respostas de condutância condicionado pele como uma função de aprendizagem Fase e Tipo CS como dentro de variáveis sujeitos (aquisição tardia (CS +, CS), Extinção cedo ou mais tarde (CS +, CS -) e atribuição de contexto (Same ou Shift) como o entre-sujeitos variável Os dados foram normalizados dividindo-se os valores de resposta condicionada em cada prova de cada próprios participantes máximo de resposta dos EUA para a estimulação do pulso (em qualquer julgamento) para explicar as variações individuais. na resposta e descartar os não-respondedores (indivíduos que apresentam SCRs pouca ou nenhuma). Para visualização de dados na Figura 3 pontos diferenciais SCR foram calculados como um índice de aprendizagem, subtraindo as respostas para os blocos de CS-dos de CS + em julgamento. De acordo com esta medida, as pontuações diferença de zero refletem nenhuma aprendizagem, enquanto que pontuações diferença acima de zero refletem aprendizagem de uma resposta de medo. No entanto, para estatisticamente determinar a retenção de medo contextual como mostrado na Figura 3 a Student t-test foi calculado em valores SCR para + o CS e CS-em Extinção início no dia 2 em função da manipulação de contexto (mesmo contexto vs deslocamento de contexto como uma análise entre os grupos).
C. Descrição do Sistema Hardware
A Duke University sistema de mergulho é baseado na realidade virtual projetada "CAVE" design 9. O sistema de mergulho é de 3 mx 3 mx 3 m sala onde todos os 6 "paredes" (4 paredes, o teto eo chão) mostram imagens de computador por projeção estereográfica traseira. Cada parede tem um projetor DLP (Digital Mirage 2 Christie S K, operando a 1056x1056 @ 110 hz 10) que por sua vez é controlado por um computador dedicado tornar (Windows XP dual core 2.0 GHz com nVidia Quadro 3000FX-G placas gráficas). Uma parede se abre para permitir o acesso de entrada e saída do mergulho.
A 6 computadores tornam são controlados por um computador principal que se comunica com o sistema de rastreamento (Intersense IS-900 11), controla o sistema de som, e envia um pulso através da porta paralela para o sistema de choque elétrico. O sistema de rastreamento fornece localização 3D e informações de orientação para a cabeça do participante e posições das mãos. Visão estereográfica ativa é fornecida através de copos de cristal líquido obturador (CrystalEyes 3 12). Os sete computadores (6 computadores renderizar e computador principal) são sincronizados em limites de quadro de imagem através da capacidade de genlock (G-sync) das placas de vídeo nVidia.
D. Descrição Software
O condicionamento do medo e contextos testes de retenção para este experimento consiste em dois diferentes mundos virtuais através do qual os participantes são levados a uma visita guiada. Os mundos virtuais foram modeladas utilizando o pacote de modelagem 3D Maya 13. A navegação é limitada a um caminho fixo que é idêntico em todos os mundos virtuais. Movimento ao longo deste caminho é controlado através do sistema de software Virtools 14. Virtools é um motor de jogo projetado principalmente para um desktop ou web-based experiência. Através da extensão de VRPack Virtools, mundos virtuais são projetadas no mergulho.
Virtools se comunica com o sistema de rastreamento por meio da Rede Virtual Reality Peripheral (VRPN 15), uma biblioteca de código aberto. VRPN registra a localização participantes cabeça e mão e orientação, bem como informações pressione o botão. Virtools usa as informações de rastreamento de cabeça para tornar a cena 3D na perspectiva correta para o participante.

Figura 1. Esquemática da sala de controle (VisRoom) eo cubo do mergulho com um participante humano visualização de uma cena virtual.

Figura 2. Diagrama de um participante com eletrodos de pele condutância na mão esquerda medindo respostas tônico e fásico aos estímulos. Eletrodos do estimulador elétrico estão no pulso direito. Biopac coleta dados fisiológicos através Reconheça software no computador laptop. Códigos são enviados via OSC de computador onde o software Virtools gera scripts de realidade virtual projetada no mergulho.

Figura 3. Comparação de Aquisição Medo e Extinção de mergulho e de Laboratório. Diferencial de resposta de condutância da pele (SCR) + / - SEM nos participantes condicionado e retestados 24 horas mais tarde no TrabalhoRealidade ou Virtual Atory (DIVE). Gráfico ilustra o medo de aquisição equivalente e extinção de participantes no mergulho e estudos laboratoriais. Mesmo contexto (n = 12) de testes no dia 2 em rendimentos DIVE retenção de memória mais robusto medo em relação ao contexto Shifted (n = 14) medidos por SCR para CS +, em participantes nosso mergulho, mas não no nosso laboratório participantes, * p = 0,05 .