Summary
Detta protokoll visar hur man kan mäta ångestpotential i början av Sternberg Working Memory-paradigmet.
Abstract
Syftet med detta protokoll är att förklara hur man undersöker förhållandet mellan arbetsminneprocesser och ångest genom att kombinera Sternberg Working Memory (WM) och hotet om chockparadigm. I Sternberg WM-paradigm krävs ämnen för att upprätthålla en serie bokstäver i WM för ett kort intervall och svara genom att identifiera om positionen för ett visst brev i serien matchar en numerisk prompten. I hotet om chockparadigm utsätts ämnen för växlande block där de antingen riskerar att få oförutsägbara presentationer av en mild elektrisk chock eller är säkra från chocken. Ångest probes genom säkerheten och hotblocken med hjälp av akustisk startreflex som potentieras under hot (Angst-Potentiated Startle (APS)). Genom att utföra Sternberg WM-paradigmet under hotet om chock och sondera det svaga svaret under antingen WM-underhållsintervallet eller intertrialintervallet, är det möjligt att dEtermin effekten av WM underhåll på APS.
Introduction
I enlighet med Attention Control Theory (ACT) påverkar ångestet kognitiv bearbetning genom att konkurrera om tillgång till begränsade arbetsminne (WM) -resurser 1 . Däremot behandlar ACT inte den inversa av detta förhållande ( dvs effekten av kognitiv behandling på ångest). Genom att manipulera ångest under kognitiva uppgifter med risken för chockparadigm, är det möjligt att bedöma både effekten av ångest på kognition och effekten av kognition på ångest 2 , 3 , 4 , 5 . Syftet med detta protokoll är att visa hur man administrerar Sternberg WM-paradigmet under hot om chockparadigm för att undersöka tvärriktningsförhållandet mellan ångest och WM-underhåll.
Risken för chockparadigm används ofta i laboratoriet för att manipulera statlig ångestF "> 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 och kan implementeras hos friska försökspersoner 2 , 3 , 4 , 5 och patienter 12 , 13 , 14 , 15 (se Bradford et al., 16 för ett exempel). Paradigmet består av alternerande block av hot och säkerhet 17. Ämnen riskerar att få oförutsägbara elektriska stimulanser under hotblocken, men inte under de säkra blocken. Ämnenas ångest kan periodiskt undersökas med hjälp av akustisk startreflex 18 , 19 . Vanligtvis shOw större sprängaktioner under hotblocken jämfört med de säkra blocken, och denna ångest-potentiella startle (APS) kan användas som ett perifert förändringsindex i den pågående ångest under testet 17 , 18 . Potentierad skymning i hotet om chockparadigm erkänns av National Institute of Mental Health (NIMH) som ett fysiologiskt index av ångest i sin forskningsdomänkriteriummatris 20 . Det är emellertid också möjligt att söka en persons ångest genom att använda en självrapporterad Likert-typskala. Eftersom hotet om chock är ett passivt paradigm kan andra kognitiva uppgifter utföras samtidigt 21 . Genom att kombinera hotet med chock med Sternberg WM-uppgiften är det möjligt att sänka ångest under WM-underhåll 3 .
Under Sternberg WM-paradigmet krävs ämnen för att koda en serie bokstäver i WM och svara aFter ett kort intervall 3 , 22 . Till skillnad från mer komplexa WM-uppgifter ( t.ex. N-back-uppgiften) 4 , 5 , 23 , kräver Sternberg-uppgiften inte manipulering av information i WM 3 , 22 . Dessutom kodar, underhåller och respekterar ämnen på olika intervaller. Tillsammans gör dessa funktioner det möjligt att skilja WM-underhåll från andra, mer komplexa kognitiva processer 24 . Genom att undersöka APS under WM-underhållsintervallet är det möjligt att bestämma effekten av WM-underhåll vid ångest. På samma sätt, genom att jämföra WM-noggrannhet och reaktionstid (RT) mellan hotet och säkra block, är det möjligt att bestämma effekten av ångest vid WM-underhåll. Detta protokoll kommer att beskriva de procedurella steg som krävs för att genomföra Sternberg WM-paradigmet dEtt hot mot chock, liksom de analytiska stegen som är nödvändiga för att bedöma APS, noggrannhet och reaktionstid under uppgiften.
Protocol
Alla deltagare gav skriftligt informerat samtycke godkänt av National Institute of Mental Health (NIMH) Kombinerade Neurovetenskap Institutionella granskningsstyrelsen (IRB) och kompensades för deltagande.
1. Ställ in utrustningen
OBS! Ställ in apparaten enligt nedan (se Figur 1A ) 3 .
- I kontrollrummet sätter du upp två datorer, en för att administrera experimentet och en för att registrera de fysiologiska data.
- I ämnesrummet ställer du in en standard 19 i LCD-skärm och tangentbord (eller knapplåda) för att visa stimuli för deltagaren och för att registrera deltagarnas svar.
- För att spela in psykofysiologin, anslut inspelningsdatorn till psykofysiologiska övervakningshårdvaran med hjälp av en Ethernet till USB-adapter.
- Att dela signalerna Transistor-Transistor Logic (TTL) mellan inspelning ochStimulusleveranshårdvara, kopplar du parallellporten till experimentdatorn till breakoutboxen med en bandkabel.
- För att överföra TTL-signalerna till psykofysiologiska övervakningshårdvaran, koppla avbrottslådan till hårdvaran med en bandkabel.
- För att överföra TTL-pulserna till stimulansleveranshårdvaran, anslut brytboxen till signalgeneratorn med en Bayonet Neill-Concelman (BNC) -kabel.
- För att generera en styrsignal för chockanordningen, anslut signalgeneratorn till chockanordningen med en BNC-kabel.
- Ställ in signalgeneratorn och chockanordningen för att leverera en 100 ms, 200 Hz chock. Se Figur 1B och C för alla inställningar.
2. Prova experimentet med hjälp av tillgänglig programvara
OBS: En neurobehavioral systemprogramvara (här kallad experimentell mjukvara, se materialet ) användes. Annan ekvivalentProgramvara kan användas.
- Program fyra testfaser med parametrarna nedan och de kompletterande kodfilerna (se tilläggskoden för detaljer).
- För varje fas, programmera 26 försök.
- Dela försöken i 4 växlande block av hot och säkerhet, med 6 försök per block.
- I början av varje försök presentera en cue som anger hur många bokstäver som ska presenteras för 2000 ms vardera.
- Efter koden presenterar du den kodande boksekvensen för 2500 ± 1000 ms.
- Vid låga belastningsförsök, presentera 5 bokstäver i följd, en efter en.
- På högbelastade försök presentera 8 bokstäver i följd, en efter en.
- Programmera en underhållstid efter kodningsfasen för 9000 ± 1000 ms.
- Vid slutet av underhållsperioden, presentera en svarprompt för 2000 ms.
- Programera svarprompten för att visa ett brev på vänster sida och ett nummerBer på höger sida av bildskärmen, med bokstaven som representerar ett brev från den kodande sekvensen och numret hänvisar till en position i sekvensen.
- Under bokstaven och numret visas orden "matcha / misslyckas", med hänvisning till om bokstaven matchade eller misslyckades med positionsnumret.
- Programmera experimentet så att hälften av försöken matchar och hälften avviker.
- Använd ett tangentbord eller en knappruta för att spela in svar.
- Separera försöken med ett intervallintervall för variabel varaktighet (ITI) som är beroende av tidpunkten för in-trial-händelserna så att varje försök är 23 s lång.
- Variera koda-, underhålls- och ITI-periodernas varaktighet över försöken genom att välja en slumpmässig längd (i ms) mellan tak- och golvvärdena för varje period.
- Motbalansera experimenten så att hälften av deltagarna börjar i ett säkert block och hälften av deltagarna börjar i ett hot block.
- I varje körning,Presentera mellan 0 och 2 pseudorandom chocker under var och en av hotblocken för totalt 3 chockpresentationer per körning. Var noga med att inkludera en extra (dummy) försök för varje chock för att säkerställa att samma antal försök ingår i säkerhets- och hotblocken.
- I början av varje körning, presentera fem 40 ms bursts med 103 dB vitt brus (nära ögonblickliga uppgång / fall gånger) över hörlurar för att uppnå det svaga svaret.
- Under varje körning, presentera 3 presentationer av det vita bruset under följande förhållanden för att sondra det svaga svaret (se Figur 3 ): säkert mot hot, låg last jämfört med hög belastning och underhållsperiod gentemot ITI.
- Utrymme sonderna så att de uppträder med ett minsta interprobe-intervall på minst 17 s för att undvika den kortvariga upptagningen av det svaga svaret.
- För underhållsförsök, presenterar prober inte mindre än 1 s efter offset i bordsserien.
- För ITI triAls, presentera prober inte mindre än 4 s efter offset av svarprompten.
- Ställ in utrustning för fysiologisk övervakning med hjälp av det tillhörande mjukvarupaketet enligt tillverkarens anvisningar.
3. Kör experimentet
- Escort deltagarna till studierummet.
- Administrera informerat samtycke.
- Ge deltagarna State-Trait Anxiety Inventory Y-1 (STAI-Y1) 25 , Beck Angst Inventory (BAI) 26 , Beck Depression Inventory (BDI) 27 och Angst Sensitivity Index (ASI) 28 för att fylla i tidigare Till uppgiftsinstruktioner och inställning.
- Informera deltagarna om att de kommer att se 2 typer av försök och svara på dessa försök utifrån följande uppgifter.
- Under lågbelastningsprövningarna instruerar deltagarna att behålla en serie med 5 bokstäver i deras minne i ordningen iVilka de presenteras.
- Under högbelastningsproverna instruerar deltagarna att behålla en serie med 8 bokstäver i deras minne i den ordning de presenteras i.
- Informera deltagarna om att de efter en fördröjning kommer att få en bokstav och ett tal som hänvisar till positionen i sekvensen.
- Uppgiftslämnar deltagarna för att ange huruvida bokstaven och positionsnumret matchar eller matchar testföljden med respektive vänster eller höger pilknapp.
- Informera deltagarna om att försök kommer att inträffa under perioder av säkerhet och risker när de riskerar att få oförutsägbara lätta elektriska stötar på handleden.
- Informera deltagarna om att de kommer att höra akustiska startlarmprober under experimentet, både i trygga och hotade förhållanden.
- Rengör och fäst elektroder till varje deltagare, baserat på diagrammet i Figur 2 .
- Placera tWo engångs 11 mm silver-silverklorid (Ag-AgCl) elektroder på vänster hand, ca 2 cm från varandra, för att övervaka hudledningsförmågan.
- Placera två engångs 11 mm Ag-AgCl elektroder på vänster hand, ca 3 cm från varandra, för att administrera den elektriska stimuleringen.
- Placera en engångs 11 mm Ag-AgCl-elektrod på insidan av vänster arm, precis ovanför armbågen, och en engångselektrod precis under höger nyckelbenet för att övervaka hjärtfrekvensen.
- Bifoga två 4 mm Ag-AgCl koppelektroder till undersidan av vänster orbicularis oculi-muskeln för att mäta det svaga svaret.
- Säkra alla elektroder med biomedicinsk tejp.
- Bifoga leder till elektroderna på handflatan och anslut dem till EDA-kanalen i psykofysiologins övervakningsutrustning.
- Häfta leder till elektroderna på handleden och anslut dem till chockanordningen.
- Bifoga leder till elektroderna på armen och nyckelbenet och anslut dem iNg till EKG-kanalen i den psykofysiologiska övervakningshårdvaran.
- Koppla koppelektroderna fästade vid orbicularis oculi-muskeln i elektromyografiska (EMG) kanalen i psykofysiologiska övervakningshårdvaran.
- Stötkalibrering.
- Innan experimentet börjar, ska deltagarna räkna med en serie av 100-ms prov elektriska stimulanser för att identifiera en intensitetsnivå som är obehaglig och obekväm men inte smärtsam.
- Administrera en seriepresentation (~ 5-10) av 100 ms chockstimulans till handleden med hjälp av det experimentella mjukvarupaketet (se kompletterande kodfiler och materialtabellen ).
- Efter varje presentation har deltagarna muntligt betygsatta varje presentation på en skala från 1 (inte obekväm alls) till 10 (obekväma men inte smärtsamma).
- Använd mA-skalan på chockanordningen, öka gradvis chockens intensitet och fortsätt sStimulerar stimulans tills patienten stimulerar stimulansen som en "10."
- Spela in intensitetsvärdet på deltagarens detaljpaket.
OBS: Under studien presentera chockerna med bestämd intensitet.
- Innan experimentet börjar, ska deltagarna räkna med en serie av 100-ms prov elektriska stimulanser för att identifiera en intensitetsnivå som är obehaglig och obekväm men inte smärtsam.
- För att starta experimentet, ange deltagar-ID-numret, motviktsvillkoren och kör nummeret i körrutan, som uppmanas av experimentprogrammet.
OBS: Skapa två motviktiga förhållanden. Den första motvikten startar experimentet i ett hot block och den andra motvikten startar experimentet i ett säkert block. Se avsnitt 2. - Klicka på "starta" på den psykofysiologiska övervakningsinspelningen.
- Tryck på "enter" i programpaketet för experimentell programvara för att starta experimentet.
- Låt ämnet slutföra 4 körningar av experimentet. Låt deltagaren välja vänster eller höger piltangent om bokstaven och positionsnumret matchar eller matchar rättegångenSekvensen (steg 3,7 och 3,8).
OBS! Programmera varje körlängd för att vara mellan 6 och 7 min. Programmera chockerna som ska levereras pseudo-slumpmässigt mellan 0-2 gånger / köra. Se avsnitt 2. - Efter varje körning, har ämnet muntligt betygsätta sin ångestnivå på en skala från 0 (inte orolig) - 10 (oerhört oroliga) under säkra och hotblock av körningen som de just avslutat.
- Har ämnena muntligt betygsätta intensiteten hos de chocker som presenterades under föregående körning på samma 0-10-skala som användes vid den första kalibreringen (avsnitt 3.17).
4. Analysera prestanda
OBS! Analysera prestandadata för en enskild deltagare med hjälp av följande instruktioner.
- Öppna utdatafilen som skapats från experimentprogrammet.
- För att kunna korrigera de korrekta svaren under de olika förhållandena ska du först sätta dataen i säkert versus hot och low load versOss hög belastning för att ge 4 unika förhållanden för svardata.
- Räkna rätt försök för var och en av de fyra förutsättningarna och dela det här numret med det totala antalet försök i varje tillstånd.
- För att genomsnittsera reaktionstiden över de olika förhållandena, separera data som i steg 4.1.1.
- Summa alla reaktionstider för varje tillstånd och dela detta nummer med antalet försök i varje tillstånd.
OBS: Omit-försök som innehåller en chockpresentation, som anges i försöksprogramvarutgången.
- På gruppnivå utförs ett 2 (säkert mot hot) x 2 (låg belastning mot hög belastning) ANOVA över ämnen för att identifiera skillnader i beteendeförmåga och reaktionstider 29 .
5. Analysera Startle
- Förbered de råa EMG-data för analys med hjälp av psykofysiologiska analysprogram 30 . Se figur 4A .
- Välj "Transform" >> Digitala filter >> FIR >> Bandpass från psykofysiologiska analysprogramvara för att applicera ett digitalt bandpassfilter (30-300 Hz passband), utjämning av den råa EMG-kanalen (se Figur 4B ).
- Välj analys >> Elektromyografi >> Avleda medelvärdet Rectified EMG från psykofysiologiska analysprogrammet för att rätta till den jämnaste EMG-signalen med hjälp av ett tidsfönster med medelvärde på 20 ms (se figur 4C ).
- Välj Analys >> Stim-Response >> Digital Input to Stim Händelser från psykofysiologiska analysprogrammet för att märka stimulanshändelser som motsvarar de digitala ingångarna för varje provtyp.
OBS! Exempelvis är försöksstyperna säkra jämfört med hot, låg belastning kontra hög belastning och underhållsperiod gentemot ITI-perioden. - Extrahera blinkstyrkan runt varje stimulanshändelse 30.
- Välj analys >> Stim-Response >> Stim-Response Analysis och specificera kanalens medelvärde ( dvs. kanalnumret som motsvarar den behandlade EMG) från psykofysiologiska analysprogrammet för att extrahera den genomsnittliga baslinjevärdena i ett fast fönster på -50 till 0 ms före det vita brusets början.
- Välj Analys >> Stim-Response >> Stim-Response Analysis och ange maxkanal ( dvs. kanalnumret som motsvarar det behandlade EMG) från psykofysiologiska analysprogramvaran för att identifiera blinkinställningen och toppen i ett fast fönster på 20 till 100 ms efter det vita brusets början.
- Utesluta försök med alltför stort buller på EMG-kanalen 30 .
ANMÄRKNING: De akustiska startleaktionerna måste på ett tillförlitligt sätt särskiljas från överdriven EMG-aktivitet eller andra föroreningar ( t.ex. rörelseartefakter eller volymerOtrevliga och spontana blinkningar omedelbart före auditiva sonder; Se figur 4D ). - Analysera blinkresponserna för test-för-försök med hjälp av ett standardprogram för kalkylark.
- Normalisera blinkningsgraderna i z-poäng (valfritt).
- Konvertera z-poängen till t-poäng för ytterligare analys (t = 10x + 50, valfritt).
- Medelvärdet av t-poäng och / eller råpoäng över försöken för varje provtyp och beräkna APS (risk mot säker) för varje tillstånd ( t.ex. låg belastning kontra hög belastning och underhållstid jämfört med ITI-perioden).
- På gruppnivå utföra ett 2 (säkert mot hot) x 2 (underhållsperiod gentemot ITI) ANOVA över ämnen för att identifiera effekten av WM-underhåll på APS.
6. Analysera självrapporteringsdata
- Medelvärdet av ångestvärdena över körningar för säkra och hotade förhållanden.
- På gruppnivå utförs ett threaT mot säkert t-test för att bestämma effektiviteten av hotmanipulationen.
Representative Results
Detta protokoll ger tre primära datatyper: noggrannhet, RT och APS. För precision och RT innefattar detta protokoll två experimentella manipulationer, hot och belastning. För noggrannhet visar typiska resultat en viktig effekt av belastningen, men ingen huvudverkan av hot och ingen risk för interaktion (försök (F (1,18) = 84,34; p <0,01, se figur 5 ). Ämnen är vanligtvis mer Exakt på lågbelastningen jämfört med högbelastningsförsök. För RT visar typiska resultat en huvudsaklig effekt av båda belastningarna (F (1,18) = 19,49; p <0,01) och hot (F (1,18) = 8,03 , P = 0,01) men ingen risk för interaktion (se Figur 6 ). Ämnen visar typiskt snabbare RT-värden under låga belastningsprövningar än vid högbelastade försök och snabbare RT under hotblock än under säkra block.
Detta protokoll innefattar också två experimentella manipuleringar för APS: ladda och starta Le timing. Typiska resultat visar en takt-för-tidsinteraktion (F (1,18) = 16,63; p <0,01; se Figur 7 ). Ämnen visar typiskt signifikant större APS under låg belastning jämfört med högbelastningsförsök, men endast när startljudet levereras under underhållsintervallet (MNT; underhållsperiod: t (18) = 3,92; p <0,01; ITI: p> 0,05; D = 0,72). Det bör noteras att eftersom inferentiell statistik kan variera från studie till studie är det viktigt att replikera dessa effekter. Efter detta försök hittades en konsekvent minskning av APS som en funktion av uppgiftsproblemet. Detta resultat observerades i en verbal N-back-uppgift (3-back> 0-back d (25) = 2,2) 4 , Sternberg WM-paradigmet (se ovan, d (18) = 0,72; för replikering, se Experiment 1 i Balderston et al. 2016 3 , hög belastning> låg belastning, d (18) = 0,44) och en komplex bildigenkänningsuppgift (hämtning> kodning, d (21) = 0,47)Ef "> 2. Det bör dock noteras att det slutliga resultatet delvis kan drivas genom att bli upptagen.
Även om det är svårt att bestämma individens subjektiva affektiva tillstånd under varje försök, kan självrapporteringsdata användas för att bestämma effektiviteten hos ångestmanipulationen och som en individuell skillnadsmått. Därför är det viktigt att bedöma ämnets affektiva tillstånd före experimentet med hjälp av standardiserade frågeformulär och för att undersöka ämnets ångest under experimentet. Typiska resultat visar signifikant högre ångestvärden under hotblocken än under de säkra blocken. T (18) = 8,85; P <0,001.
Figur 1: Schematisk för en typisk utrustning. ( A ) Använd separat dator Ers för att administrera uppgiften och registrera fysiologiska signaler från ämnet. Synkronisera händelser med psykofysiologiska övervakningshårdvaran och chockanordningen via experimentportens parallella port. Relä de fysiologiska signalerna från psykofysiologiska övervakningshårdvaran till uppköpsdatorn via Ethernet-kabeln. Leverera chocken till motivet med hjälp av chockanordningen, som styrs av en signalgenerator och utlöses av uppgiftsdatorn. Leverera det vita bruset till ämnet via uppgiftsdatorens ljudkort och registrera spåret med hjälp av psykofysiologiska övervakningshårdvaran. ( B ) Erforderliga inställningar för signalgeneratorn. ( C ) Erforderliga inställningar för chockanordningen. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
Gimg "src =" / files / ftp_upload / 55727 / 55727fig2.jpg "/>
Figur 2: Schematisk för en typisk ämnesinställning. Bifoga elektroder för att leverera chocken till individens icke dominerande handled. Bifoga elektroder för att mäta hudkonduktans på individens icke dominerande handflata. Bifoga elektroder för att mäta elektromyografi under höger öga, över orbicularis oculi-muskeln. Bifoga elektroder för att mäta elektrokardiografi på ämnets vänstra bicep och höger nyckelben. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: Schematisk av typisk experimentell design. Presentera ämnena med en serie bokstäver följt av en kort underhållstid och en svarprompt. Under svaret prom Pt, presentera ämnena med ett brev (från serien) och ett tal. Instruera ämnena för att ange huruvida numret matchar positionen för målbokstaven i föregående serie. Nuvarande startprober under varje försök, antingen under underhållsperioden eller intertrialintervallet (ITI). Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 4: Exempel EMG-spår efter en vit brusprobe. ( A ) Rått EMG-spår. ( B ) EMG-spårbandpass filtrerad vid 30 till 500 Hz. ( C ) EMG-spår som båda har filtrerats och rektifierats med användning av en 20 ms konstant. ( D ) Rå EMG-spår från en försök som är förorenad av grundljud.Iles / ftp_upload / 55727 / 55727fig4large.jpg "target =" _ blank "> Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 5: Resultat av typisk reaktionstid (RT). Ämnen är vanligtvis snabbare under låga belastningsprövningar än vid högbelastade försök. Ämnen är också vanligtvis snabbare under hot av chock. Barer representerar medelvärdet ± SEM. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 6: Typiska ångest-potentierade startle (APS) resultat. När startljudet probes under underhållsperioden (MNT), visar individer vanligtvis större startkraftPå låg belastning jämfört med hög belastningsförsök. Emellertid håller inte denna effekt när startle probes under ITI. Barer representerar medelvärdet ± SEM. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 7: Typisk noggrannhet (procent (%) korrekt) Resultat. Ämnen är vanligtvis mer exakta under låga belastningsförsök än högbelastade försök; Prestationen tenderar emellertid inte att variera som en funktion av hot om chock. Barer representerar medelvärdet ± SEM. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
Kompletterande kodfiler: Wav fiLe för white noise presentation (40ms_wn.wav.) Vänligen klicka här för att ladda ner den här filen. Kod som är nödvändig för att konfigurera maskinvaruparametrar för experimentell programvara (Sternberg_threat_v5.exp.) Vänligen klicka här för att ladda ner den här filen. Kod som är nödvändig för att köra experiment (Sternberg_threat_v5.sce.). Vänligen klicka här för att ladda ner den här filen.
Discussion
Detta dokument visar hur man administrerar Sternberg WM-uppgiften under hot om chock. Genom att använda detta protokoll var det möjligt att visa att WM-underhåll är tillräckligt för att minska ångest, mätt genom förstärkning av akustisk startreflex 3 . Dessa resultat tyder på att förhållandet mellan kognition och ångest är dubbelriktad 3 - 5 och att modeller av ångest (t ex attentional control theory) 1 måste förklara effekten av kognition på ångest utöver effekten av ångest på kognition. Även om det nuvarande protokollet beskriver integrationen av Sternberg WM-uppgiften och hotet om chockparadigm kan det också fungera som ram för att studera förhållandet mellan kognition och ångest i allmänhet 21 .
Genom att omformulera befintliga kognitiva uppgifter som ska ske under alternativetG perioder av säkerhet och hot, är det möjligt att studera effekten av ångest på specifika kognitiva processer, som WM och uppehållande uppmärksamhet 2 , 31 , 32 . I tidigare arbete integrerades N-back-arbetsminnesuppgiften med hotet om chockparadigm, vilket visar att ångest stör WM vid en låg belastning men inte en hög belastning 4 , 5 . Dessa resultat tyder på att ångest stör WM, men också att friska individer kan övervinna ångest när arbetsbehoven är höga. Hållbar uppmärksamhet till svaruppgift (SART) integrerades också med hotet om chockparadigm; Patienter var tvungna att hämma sina svar på sällsynta målstimuli. Detta visade att risken för chock ökar noggrannheten vid NoGo-försök under uppgiften 31 , 32 . Tillsammans medN-backstudierna, dessa resultat tyder på att ångest kan både försämra och underlätta prestanda, och att effektens riktning beror på de specifika kognitiva processer som förknippas med uppgiften.
På samma sätt kan man, genom att lägga till exakt tidsbegränsade startprober till en befintlig kognitiv uppgift som har anpassats till hotet om chockparadigm, är det möjligt att studera effekten av specifika kognitiva uppgifter på ångest. Förhållandet mellan WM-belastningen och ångestet observerades initialt under N-back WM-uppgifterna, där ökningen av antalet underhållna objekt reducerade APS 4 , 5 . Men eftersom denna uppgift kräver både underhåll och manipulation var det svårt att bestämma vilka WM-komponenter som var nödvändiga för den observerade minskningen av ångest 23 , 33 . Genom att följa upp dessa studier med det enklare Sternberg WM-paradigmet var det möjligt att shOw att central verkställande behandling inte var nödvändig för ångestminskning 3 .
Denna teknik kan användas för att studera både effekten av ångest på kognition, liksom effekten av kognition på ångest. Följaktligen är det viktigt att manipulera både ångest och kognitiv belastning i detta paradigm och att vidta tillförlitliga åtgärder av var och en. När man tillämpar denna metod för att skapa nya kognitiva paradigmer är det viktigt att säkerställa att det kognitiva paradigmet har skilda svårighetsgrader baserat på prestanda. Om pilotprovning inte visar skillnader i prestanda över försöksförhållandena, kolla på tak / golveffekter och justera problemets svårighet i enlighet med detta. På samma sätt är det viktigt att utforma hotet om chockmanipulation så att det är möjligt att observera APS under förhållanden med låg kognitiv belastning. Om pilotprovning inte visar skillnader i startled under förhållanden med låg kognitiv belastning, försök kontrollera signalenTill-brus-förhållandet i EMG-kanalen.
Det finns tre kritiska steg för att säkerställa effektiviteten av detta protokoll. För det första är det viktigt att säkerställa att ämnet förstår den kognitiva uppgiften som genomförs. Om det behövs ska du utforma en övningsversion av uppgiften för att säkerställa att ämnena förstår instruktionerna. För det andra är det viktigt att säkerställa att den använda elektriska stimulansen har en tillräcklig intensitet för att inducera ångest i ämnet. Vid behov, kalibrera intensiteten för den elektriska stimulansen efter varje körning. För det tredje är det viktigt att säkerställa att EMG-kanalens signal-brusförhållande är tillräckligt för att återställa det akustiska startsvaret. Om kanalen är bullrig eller impedansen är för hög, rengör huden noggrant under ögat och använd EMG-elektroderna igen.
Även om det finns ett antal styrkor till detta paradigm finns det också begränsningar som bör åtgärdas. Till exempel användningen av avErsättande elektrisk chock kan ge upphov till bekymmer hos vissa IRB, särskilt när det gäller sårbara populationer. Det bör noteras att det finns alternativa metoder för att åstadkomma ångest förutom att använda elektrisk chock. Dessa inkluderar andningshöjda nivåer av CO 2 (7,5%) under längre perioder (8-20 min) 34 , med hjälp av hotet av en aversiv termisk stimulans 35 , som presenterar negativt validerade bilder 36 etc. Det bör dock noteras att elektriska stimuli Är säkra (när de används ordentligt), ofta använda och effektiva. Även om det här protokollet rekommenderar en standardiseringsmetod för att analysera potentierad startle, kan råa poäng vara mer tillförlitliga i vissa fall 9 , 10 . Om standardiserade poäng används, rekommenderas även att undersöka de råa poängen.
Styrkan i detta protokoll är att det gör det möjligt för forskaren att flexibeltManipulera tillståndsangst inom ämnet i en enda session och att testa förhållandet mellan ångest och specifika kognitiva processer. Det finns tre potentiella framtida tillämpningar av detta protokoll. För det första är det viktigt att förstå hur kognitiva och emotionella system interagerar på nivån av neurala processer. Framtida studier bör undersöka förhållandet mellan ångest och WM underhållsrelaterad neural aktivitet, med hjälp av detta paradigm under inspelning av BOLD-aktivitet. För det andra är det viktigt att generalisera dessa fynd till andra kognitiva processer, såsom uppehållande uppmärksamhet och belöning av bearbetning. Framtida studier som använder detta protokoll bör manipulera dessa processer under perioder av hot och säkerhet. För det tredje är det viktigt att förstå sambandet mellan kognition och ångest, både hos friska individer och hos patientpopulationer. Framtida studier som använder detta protokoll bör omfatta individer från dessa speciella populationer.
Sammanfattningsvis, dettaArbetet presenterar ett protokoll för att studera förhållandet mellan WM-belastning och inducerad ångest. Studier som använder detta paradigm har visat att WM-underhåll är tillräckligt för att minska ångest, men att ångest inte stör WM-belastningen själv. Även om resultaten som presenteras här är specifika för Sternberg WM-paradigmet, kan detta protokoll anpassas för att studera dubbelriktat samband mellan kognition och ångest i allmänhet.
Disclosures
Författarna rapporterar inga intressekonflikter.
Acknowledgments
Finansiellt stöd för denna studie gavs av Intramural Research Programmet av National Institute of Mental Health, ZIAMH002798 (ClinicalTrial.gov Identifier: NCT00026559: Protokoll ID 01-M-0185).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Biopac System | |||
| System | Biopac Systems Inc. | MP150 | 1, Psychophysiology monitoring hardware |
| TTL integration | Biopac Systems Inc. | STP100C | 1 |
| EDA | Biopac Systems Inc. | EDA100C | 1 |
| ECG | Biopac Systems Inc. | ECG100C | 1 |
| EMG | Biopac Systems Inc. | EMG100C | 1 |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Other Equipment | |||
| Breakout box | See Alternatives | Custom | 1 |
| Grass Signal Generator | Grass Instruments | SD9 | 1 |
| Shock device | Digitimer North America, LLC | DS7A | 1 |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alternatives | |||
| Alternative to Breakout box | Cortech Solutions | SD-MS-TCPBNC | 1 |
| Alternative Grass Signal Generator | Digitimer North America, LLC | DG2A | 1 |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Audio Equipment | |||
| Headphones | Sennheiser Electronic GMBH & CO | HD-280 | 1 |
| Headphone Amplifier | Applied Research and Technology | AMP4 | 1 |
| Sound Pressure Level Meter | Hisgadget Inc | MS10 | 1 |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Electrodes and Leads from Biopac | |||
| EMG | Biopac Systems Inc. | EL254S | 2 |
| EMG stickers | Biopac Systems Inc. | ADD204 | 2 |
| Gel for EMG | Biopac Systems Inc. | GEL100 | 1 |
| ECG | Biopac Systems Inc. | LEAD110 | 2 |
| Shock | Biopac Systems Inc. | LEAD110 | 2 |
| ECG | Biopac Systems Inc. | LEAD110S-W | 1 |
| ECG | Biopac Systems Inc. | LEAD110S-R | 1 |
| Disposable electrodes | Biopac Systems Inc. | EL508 | 6 |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| Presentation | Neurobehavioral Systems | Version 18 | Referred to here as experimental software |
| Acknowledge | Biopac Systems Inc. | Version 4.2 | Referred to here as psychophysiology analysis software |
References
- Eysenck, M. W., Derakshan, N., Santos, R., Calvo, M. G. Anxiety and cognitive performance: attentional control theory. Emotion. 7 (2), 336-353 (2007).
- 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).
- Balderston, N. L., et al. Working memory maintenance is sufficient to reduce state anxiety. Psychophysiology. 53 (11), 1660-1668 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Grillon, C. Models and mechanisms of anxiety: Evidence from startle studies. Psychopharmacology (Berl). 199, 421-437 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Grillon, C., Ameli, R. Effects of threat of shock, shock electrode placement and darkness on startle. Int. J. Psychophysiol. 28 (3), 223-231 (1998).
- Grillon, C., Pellowski, M., Merikangas, K. R., Davis, M. Darkness facilitates the acoustic startle reflex in humans. Biol. Psychiatry. 42 (6), 453-460 (1997).
- 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).
- 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).
- Sternberg, S. High-speed scanning in human memory. Science. 153 (736), 652-654 (1966).
- 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).
- 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).
- Spielberger, C. D. State-Trait Anxiety Inventory. Anxiety. 19 (650), 2009 (1987).
- 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).
- Beck, A., Brown, G., Steer, R. BDI-II Manual. J. Health Psychol. 17 (6), (1996).
- Peterson, R. A., Heilbronner, R. L. The anxiety sensitivity index:. Construct validity and factor analytic structure. J. Anxiety Disord. 1 (2), 117-121 (1987).
- Sthle, L., Wold, S. Analysis of variance (ANOVA). Chemom. Intell. Lab. Syst. 6 (4), 259-272 (1989).
- 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).
- Torrisi, S., et al. The Neural Basis of Improved Cognitive Performance by Threat of Shock. Soc. Cogn. Affect. Neurosci. 11 (11), 1677-1686 (2016).
- Robinson, O. J., Krimsky, M., Grillon, C. The impact of induced anxiety on response inhibition. Front. Hum. Neurosci. 7, 69 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
