Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Redusere statssangst ved hjelp av vedlikehold av arbeidsminne

Published: July 19, 2017 doi: 10.3791/55727
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Section on Neurobiology of Fear and Anxiety, National Institute of Mental Health, National Institutes of Health (NIH)

Summary

Denne protokollen demonstrerer hvordan man måler angstpotensiert startle under Sternberg Working Memory-paradigmet.

Abstract

Formålet med denne protokollen er å forklare hvordan man undersøker forholdet mellom arbeidsminneprosesser og angst ved å kombinere Sternberg Working Memory (WM) og trusselen om sjokkparadigger. I Sternberg WM-paradigmet krever fag å opprettholde en rekke bokstaver i WM for et kort intervall og svare ved å identifisere hvorvidt posisjonen til et gitt brev i serien samsvarer med en numerisk melding. I trusselen om sjokkparadigma blir emner utsatt for alternerende blokker hvor de enten er i fare for å motta uforutsigbare presentasjoner av et mildt elektrisk støt eller er trygge fra sjokket. Angst er undersøkt gjennom sikkerhets- og trusselblokkene ved hjelp av den akustiske startrefleksen, som potenseres under trussel (Angst-Potensiert Startle (APS)). Ved å gjennomføre Sternberg WM-paradigmet under trusselen om sjokk og undersøke opprørssvaret under enten WM-vedlikeholdsintervallet eller intertrialintervallet, er det mulig å dEtermin effekten av WM vedlikehold på APS.

Introduction

I følge Attention Control Theory (ACT), angriper angst med kognitiv behandling ved å konkurrere om tilgang til begrensede arbeidsmessige ressurser (WM) 1 . AKTEN tar imidlertid ikke imot det motsatte av dette forholdet ( dvs. effekten av kognitiv behandling på angst). Ved å manipulere angst under kognitive oppgaver ved hjelp av trusselen om sjokkparadigm, er det mulig å vurdere både effekten av angst på kognisjon og effekten av kognisjon på angst 2 , 3 , 4 , 5 . Formålet med denne protokollen er å demonstrere hvordan man administrerer Sternberg WM-paradigmet under trussel om sjokkparadigm for å undersøke toveisforholdet mellom angst og WM-vedlikehold.

Trusselen om sjokkparadigm er mye brukt i laboratoriet for å manipulere statlig angstF "> 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 og kan implementeres hos friske personer 2 , 3 , 4 , 5 og pasienter 12 , 13 , 14 , 15 (se Bradford et al. 16 for et eksempel). Paradigmet består av vekslende blokker av trussel og sikkerhet 17. Emner risikerer å motta uforutsigbare elektriske stimuleringer under trusselblokkene, men ikke i de sikre blokkene. Emnenees angst kan periodisk undersøkes ved hjelp av akustisk startrefleks 18 , 19. Emner Vanligvis shOw større brutale svar under trusselblokkene i forhold til de sikre blokkene, og denne angstpotensierte startle (APS) kan brukes som en perifert indeks for endring i den pågående angsten under testen 17 , 18 . Potensiert skudd i trusselen om sjokkparadigm er anerkjent av Nasjonalt institutt for psykisk helse (NIMH) som en fysiologisk indeks for angst i deres forskningsdomenekriterier matrise 20 . Det er imidlertid også mulig å teste en persons angst ved hjelp av en selvrapporterende Likert-skala. Fordi trussel om sjokk er et passivt paradigme, kan andre kognitive oppgaver gjennomføres samtidig 21 . Ved å kombinere trusselen om sjokk med Sternberg WM-oppgaven, er det mulig å undersøke angst under WM-vedlikehold 3 .

Under Sternberg WM-paradigmet er det nødvendig med fag å kode en rekke bokstaver i WM og svare på aFter et kort intervall 3 , 22 . I motsetning til mer komplekse WM-oppgaver ( f.eks. N-back-oppgaven) 4 , 5 , 23 , krever Sternberg-oppgaven ikke manipulering av informasjon i WM 3 , 22 . I tillegg kodes, vedlikeholder og svarer på emner under forskjellige intervaller. Sammen gir disse funksjonene mulighet til å dissociere WM vedlikehold fra andre, mer komplekse kognitive prosesser 24 . Ved å undersøke APS under WM vedlikeholdsintervallet, er det mulig å bestemme effekten av WM vedlikehold på angst. På samme måte, ved å sammenligne WM-nøyaktighet og reaksjonstid (RT) mellom trusselen og sikre blokker, er det mulig å bestemme effekten av angst på WM-vedlikehold. Denne protokollen vil detaljere prosedyre trinnene som er nødvendige for å gjennomføre Sternberg WM-paradigmet dUring trussel om sjokk, samt de analytiske trinnene som er nødvendige for å vurdere APS, nøyaktighet og reaksjonstid under oppgaven.

Protocol

Alle deltakerne ga skriftlig informert samtykke godkjent av National Institute of Mental Health (NIMH) Kombinert Neuroscience Institutional Review Board (IRB) og ble kompensert for å delta.

1. Sett opp utstyret

MERK: Sett opp utstyret som beskrevet nedenfor (se figur 1A ) 3 .

  1. I kontrollrommet, sett opp to datamaskiner, en til å administrere eksperimentet og en til å registrere de fysiologiske dataene.
  2. I fagrommet, sett opp en standard 19 i LCD-skjerm og tastatur (eller knappekasse) for å vise stimuli til deltaker og registrere deltakerrespons, henholdsvis.
  3. For å registrere psykofysiologien, koble opptaksdatamaskinen til overvåkingsmaskinen for psykofysiologi ved hjelp av en Ethernet til USB-adapter.
  4. For å dele transistor-Transistor Logic (TTL) signaler mellom opptak ogStimuleringsleveringshardware, koble parallellporten til eksperimentdatamaskinen til breakout-boksen ved hjelp av et båndkabel.
  5. For å sende TTL-signalene til psykofysiologi-overvåkingsmaskinvaren, må du koble breakout-boksen til maskinvaren ved hjelp av et båndkabel.
  6. For å overføre TTL-pulser til stimulusleveringsmaskinvaren, koble frakoblingsboksen til signalgeneratoren ved hjelp av en Bayonet Neill-Concelman (BNC) -kabel.
  7. For å generere et styresignal for støtinnretningen, koble signalgeneratoren til støt-enheten med en BNC-kabel.
  8. Sett signalgeneratoren og støtarenheten for å levere et 100 ms, 200 Hz støt. Se figur 1B og C for alle innstillinger.

2. Program eksperimentet ved hjelp av tilgjengelig programvare

MERK: En neurobehavioral systems programvare (her referert til som eksperimentell programvare, se Materialetabellen ) ble brukt. Annet tilsvarendeProgramvare kan brukes.

  1. Program fire testfaser ved hjelp av parametrene beskrevet nedenfor og de supplerende kodefilene som er oppgitt (se tilleggskoden for detaljer).
    1. For hver fase, program 26 forsøk.
    2. Del forsøkene i 4 alternerende blokker av trussel og sikkerhet, med 6 forsøk per blokk.
    3. På begynnelsen av hvert forsøk presenterer du en cue som angir hvor mange bokstaver som skal presenteres for 2000 ms hver.
    4. Etter cue, presentere kodende brev sekvensen for 2500 ± 1000 ms.
    5. På lavprøveforsøk presenteres 5 bokstaver i rekkefølge, den ene etter den andre.
    6. På høybelastede forsøk presenterer du 8 bokstaver i rekkefølge, den ene etter den andre.
    7. Program en vedlikeholdstid etter kodingsfasen for 9000 ± 1000 ms.
    8. Ved slutten av vedlikeholdsperioden presenterer du en svarvarsel på 2000 ms.
    9. Program svarvarselet for å vise et brev på venstre side og et nummerBer på høyre side av skjermen, med bokstaven som representerer et brev fra kodingsekvensen, og tallet refererer til en posisjon i sekvensen.
    10. Under brevet og nummeret vises ordene "match / mismatch", og refererer til om brevet matchet eller mislikte posisjonnummeret.
    11. Program eksperimentet slik at halvparten av forsøkene samsvarer og halvparten stemmer overens.
    12. Bruk et tastatur eller en tastboks for å ta opp svar.
    13. Separate forsøkene med et intervallintervall for variabel varighet (ITI) som er avhengig av tidspunktet for forsøkshendelser, slik at hvert forsøk er 23 s lang.
    14. Varighet av koding, vedlikehold og ITI perioder på tvers av forsøk ved å velge en tilfeldig varighet (i ms) mellom tak og gulvverdier for hver periode.
    15. Motbalanse eksperimentene for at halvparten av deltakerne skal starte i en sikker blokk og halvparten av deltakerne starter i en trusselblokk.
    16. I hvert løp,Presentere mellom 0 og 2 pseudorandom sjokk under hver av trusselblokkene for totalt 3 sjokkpresentasjoner per løp. Sørg for å inkludere en ekstra (dummy) prøve for hvert sjokk for å sikre at samme antall forsøk er inkludert i sikkerhets- og trusselblokkene.
    17. Ved starten av hvert løp, presentere fem 40 ms brister med 103 dB hvit støy (nær-øyeblikkelig oppgang / fall ganger) over hodetelefoner for å oppnå den opprinnelige responsen.
    18. Under hvert løp, presentere 3 presentasjoner av den hvite støyen under de følgende forholdene for å snu oppgangsreaksjonen (se figur 3 ): trygt mot trussel, lav belastning mot høy belastning og vedlikeholdstid versus ITI.
    19. Plasser sondene slik at de opptrer med et minimum interprobe-intervall på minst 17 s for å unngå kortvarig utnyttelse av oppstartssvaret.
    20. For vedlikeholdsperiodeforsøk, presenterer prober ikke mindre enn 1 s etter kompensasjonen av brevserien.
    21. For ITI triAls, presenterer sondene ikke mindre enn 4 s etter offset av responsprompten.
    22. Sett opp utstyret for fysiologisk overvåkning ved hjelp av tilhørende programvarepakke, i henhold til produsentens instruksjoner.

3. Kjør eksperimentet

  1. Eskorter deltakerne til stuen.
  2. Administrer informert samtykke.
  3. Gi deltakerne State-Trait Angst Inventory Y-1 (STAI-Y1) 25 , Beck Angst Inventory (BAI) 26 , Beck Depression Inventory (BDI) 27 , og Angst Sensitivity Index (ASI) 28 for å fylle ut tidligere Til oppgaveinstruksjoner og oppsett.
  4. Informer deltakerne om at de vil se 2 typer forsøk og vil svare på disse forsøkene basert på følgende detaljer.
  5. Under lavlastforsøkene instruerer deltakerne om å opprettholde en serie på 5 bokstaver i minnet i rekkefølgen iSom de presenteres.
  6. Under høytestforsøkene instruerer deltakerne om å opprettholde en serie på 8 bokstaver i minnet i den rekkefølgen de presenteres i.
  7. Informer deltakerne om at de etter en forsinkelse vil bli bedt om å få et brev og et tall som refererer til stillingen i sekvensen.
  8. Oppgi deltakerne for å angi om brevet og posisjonsnummeret samsvarer med eller misliker forsøkssekvensen ved hjelp av henholdsvis venstre eller høyre piltast.
  9. Informer deltakerne om at forsøk skal skje i perioder med sikkerhet og trusselperioder, når de er i fare for å motta uforutsigbare milde elektriske støt på håndleddet.
  10. Informer deltakerne om at de vil høre akustiske oppstartsprober gjennom hele forsøket, både i trygge og trusselforhold.
  11. Rengjør og fest elektroder til hver deltaker, basert på diagrammet i Figur 2 .
    1. Plasser tWo disponibel 11 mm sølv-sølvklorid (Ag-AgCl) elektroder på venstre hånd, ca. 2 cm fra hverandre, for å overvåke hudledningsevne.
    2. Plasser to engangs 11 mm Ag-AgCl elektroder på det indre håndleddet på venstre hånd, ca. 3 cm fra hverandre, for å administrere den elektriske stimuleringen.
    3. Plasser en engangs 11 mm Ag-AgCl elektrode på innsiden av venstre arm, like over albuen, og en engangselektrode rett under høyre kragebenet for å overvåke hjertefrekvensen.
    4. Fest to 4 mm Ag-AgCl koppelektroder til undersiden av venstre orbicularis oculi-muskel for å måle svindelresponsen.
  12. Fest alle elektroder med biomedisinsk tape.
  13. Fest leddene til elektrodene på håndflaten og koble dem til EDA-kanalen i psykofysiologien overvåking maskinvare.
  14. Fest leddene til elektrodene på håndleddet og koble dem til støtinnretningen.
  15. Fest leddene til elektrodene på armen og kragebenet og koble dem iNg til EKG-kanalen i psykofysiologien overvåking maskinvare.
  16. Plugg koppelektroder festet til orbicularis oculi-muskelen i elektromyografisk (EMG) kanal av psykofysiologien overvåking maskinvare.
  17. Støtkalibrering.
    1. Før eksperimentets start, vurder deltakerne en serie av 100-ms-prøve elektriske stimuleringer for å identifisere et intensitetsnivå som er ubehagelig og ubehagelig, men ikke smertefullt.
      1. Administrer en seriepresentasjon (~ 5-10) av 100 ms sjokkstimulus til håndleddet ved hjelp av eksperimentell programvarepakke (se tilleggskodefiler og Materialebordet ).
      2. Etter hver presentasjon har deltakerne muntlig rangering av hver presentasjon på en skala fra 1 (ikke ubehagelig i det hele tatt) til 10 (ubehagelig men ikke smertefull).
      3. Ved å bruke mA-skalaen på sjokkerenheten, øker intensiteten av sjokket gradvis og fortsetter sErier av stimuleringer, til motivet stimulerer stimuleringen som en "10."
      4. Ta opp intensitetsverdien på deltakerdetaljerpakken.
        MERK: Under studien presenterer sjokkene ved intensjonen.
  18. For å starte forsøket, skriv inn deltakerens ID-nummer, motvektstilstand og kjøre nummer i kjøreboksen, som oppfordret av eksperimentprogramvaren.
    MERK: Opprett to motvektsforhold. Den første motvekten starter eksperimentet i en trusselblokk, og den andre motvekten starter eksperimentet i en sikker blokk. Se avsnitt 2.
  19. Klikk "start" på psykofysiologien overvåking opptak.
  20. Trykk på "enter" i eksperimentell programvare prompt-boksen for å starte eksperimentet.
  21. Tillat emnet å fullføre 4 forsøk av eksperimentet. Ta deltakeren til venstre eller høyre piltast hvis brevet og posisjonnummeret samsvarer eller misliker forsøketSekvens, henholdsvis (trinn 3,7 og 3,8).
    MERK: Programmer hver kjørelengde for å vare mellom 6 og 7 minutter. Programm sjokkene som skal leveres pseudo-tilfeldig mellom 0-2 ganger / løp. Se avsnitt 2.
  22. Etter hvert løp, har motivet muntlig rangere angstnivået på en skala fra 0 (ikke engstelig) - 10 (ekstremt engstelig) under sikkerhets- og trusselblokkene i løpet de nettopp har fullført.
  23. Har emnene muntlig rangere intensiteten av sjokkene som ble presentert under forrige løp på samme 0-10-skala som ble brukt i den første kalibreringsprosedyren (avsnitt 3.17).

4. Analyser ytelsen

MERK: Analyser resultatdataene for en enkelt deltaker ved hjelp av følgende instruksjoner.

  1. Åpne utdatafilen opprettet fra eksperimentprogramvaren.
    1. For å gjennomsnittlig de riktige svarene på tvers av de forskjellige forholdene, må du først skille dataene i trygt versus trussel og lav belastningsversjonOss høy belastning for å gi 4 unike forhold for responsdata.
    2. Telle de riktige forsøkene for hver av de fire betingelsene og del dette tallet med totalt antall forsøk i hver tilstand.
    3. For å gjennomsnittere reaksjonstiden over de forskjellige forholdene, skille dataene som i trinn 4.1.1.
    4. Sum alle reaksjonstidene for hver tilstand og del dette tallet ved antall forsøk i hver tilstand.
      MERK: Omitforsøk som inkluderer en sjokkpresentasjon, som angitt i eksperimentell programvareutgang.
  2. På gruppnivå utfører du en 2 (sikker mot trussel) x 2 (lav belastning mot høy belastning) ANOVA over fag for å identifisere forskjeller i atferdsprestasjon og reaksjonstider 29 .

5. Analysér Startle

  1. Klargjøre de rå EMG-dataene for analyse ved hjelp av psykofysiologisk analysesoftware 30 . Se figur 4A .
    1. Velg "Transform" >> Digitale Filtre >> FIR >> Bandpass fra psykofysiologien analyse programvare for å bruke et digitalt bandpass filter (30-300 Hz passband), utjevne den røde EMG-kanalen (se figur 4B ).
  2. Velg analyse >> Elektromyografi >> Utled gjennomsnittlig rettet EMG fra psykofysiologien analyse programvare for å rette ut det jevne EMG signalet ved hjelp av et tidsvinduet gjennomsnitt på 20 ms (se figur 4C ).
  3. Velg analyse >> Stim-Response >> Digital Input to Stim Hendelser fra psykofysiologien analyse programvare for å merke stimulus hendelser som tilsvarer de digitale inngangene for hver prøvetype.
    MERK: Forsøkstyper inkluderer for eksempel trygt mot trussel, lav belastning mot høy belastning og vedlikeholdsperiode i forhold til ITI-perioden.
  4. Trekk ut blinkingsstørrelsen rundt hver stimulushendelse 30.
    1. Velg analyse >> Stim-Response >> Stim-Response Analysis og spesifiser kanalens betydning ( dvs. kanalnummeret som svarer til den behandlede EMG) fra psykofysiologien analyse programvare for å trekke ut den gjennomsnittlige baseline aktiviteten i et fast vindu på -50 til 0 ms før starten av den hvite støyen.
    2. Velg analyse >> Stim-Response >> Stim-Response Analysis og angi maksimal kanal ( dvs. kanalnummeret som svarer til den behandlede EMG) fra psykofysiologianalyseprogrammet for å identifisere blinkende start og topp i et fast vindu på 20 til 100 ms etter starten av den hvite støyen.
  5. Unngår forsøk med overdreven støy på EMG-kanalen 30 .
    MERK: De akustiske oppstartssvarene må på en pålitelig måte skille seg fra overdreven bakgrunns EMG-aktivitet eller andre forurensningskilder ( f.eks. Bevegelsesartefakter eller volumUntary og spontan blinker umiddelbart før auditive probes; Se figur 4D ).
  6. Analyser forsøk-for-prøve-blinkresponsene ved hjelp av en standard regnearkprogramvare.
    1. Normaliser blink størrelsene i z-score (valgfritt).
    2. Konverter z-score til t-score for videre analyse (t = 10x + 50, valgfritt).
    3. Gjennomsnitt t-scoreene og / eller råpoengene på tvers av prøvene for hver prøvetype og beregne APS (trussel versus sikker) for hver tilstand ( f.eks. Lav belastning mot høy belastning og vedlikeholdsperiode i forhold til ITI-perioden).
    4. På gruppnivå utfører du en 2 (sikker versus trussel) x 2 (vedlikeholdsperiode versus ITI) ANOVA på tvers av fag for å identifisere effekten av WM vedlikehold på APS.

6. Analyser selvrapporteringsdataene

  1. Gjennomsnittlig angst rangeringer over kjører for sikker og trussel forholdene.
  2. På gruppnivå utfører du en threaT versus sikker t-test for å bestemme effektiviteten av trussel manipulasjonen.

Representative Results

Denne protokollen gir tre primære datatyper: nøyaktighet, RT og APS. For nøyaktighet og RT, innebærer denne protokollen to eksperimentelle manipulasjoner, trussel og belastning. For nøyaktighet viser de typiske resultatene en hovedvirkning av belastning, men ingen hovedvirkning av trussel og ikke-truende samspill (forsøk (F (1,18) = 84,34; p <0,01; se figur 5 ). Emner er vanligvis mer Nøyaktig på lavlast enn høybelastningstestene. For RT viser typiske resultater en hovedvirkning av begge belastningene (F (1,18) = 19,49; p <0,01) og trussel (F (1,18) = 8,03 , P = 0,01), men ingen interaksjon mellom trussel (se figur 6 ). Emner viser typisk raskere RT i lave belastningsforsøk enn under høybelastede forsøk og raskere RT under trusselblokker enn i sikre blokker.

Denne protokollen innebærer også to eksperimentelle manipulasjoner for APS: last og start Le timing. Typiske resultater viser en last-for-tid-interaksjon (F (1,18) = 16,63; p <0,01; se figur 7 ). Emner viser typisk signifikant større APS under lavlast vs høybelastningsforsøk, men bare når startle proben leveres under vedlikeholdsintervallet (MNT; vedlikeholdsperiode: t (18) = 3,92; p <0,01; ITI: p> 0,05; D = 0,72). Det skal bemerkes at fordi inferensiell statistikk kan variere fra studium til studie, er det viktig å kopiere disse effektene. Etter dette eksperimentet ble det funnet en konsistent reduksjon i APS som en funksjon av oppgaveproblemer. Dette funnet ble observert i en verbal N-back-oppgave (3-back> 0-back d (25) = 2,2) 4 , Sternberg WM-paradigmet (se ovenfor, d (18) = 0,72; for replikasjon, se Eksperiment 1 i Balderston et al. 2016 3 , høy belastning> lav belastning, d (18) = 0,44) og en kompleks bildegenkjenningsoppgave (gjenfinning> koding, d (21) = 0,47)Ef "> 2. Det skal imidlertid bemerkes at sluttresultatet kan drives delvis av habituation.

Selv om det er vanskelig å fastslå individets subjektive affektive tilstand under hver prøveperiode, kan selvrapporteringsdata brukes til å bestemme effektiviteten av angstmanipuleringen og som en individuell forskjellsmåling. Derfor er det viktig å vurdere subjektets affektive tilstand før forsøket ved hjelp av standardiserte spørreskjemaer og å undersøke fagets angst under forsøket. Typiske resultater viser betydelig høyere angstverdier under trusselblokkene enn i de sikre blokkene; T (18) = 8,85; P <0,001.

Figur 1
Figur 1: Skjematisk for en typisk utstyrsoppsett. ( A ) Bruk separat datamaskin Å administrere oppgaven og registrere fysiologiske signaler fra emnet. Synkroniser hendelser med psykofysiologien overvåking maskinvare og støt enheten via parallell port av eksperimentet datamaskinen. Relé de fysiologiske signalene fra psykofysiologien overvåking maskinvare til oppkjøpet datamaskinen via Ethernet-kabelen. Gi sjokk til motivet ved hjelp av støt-enheten, som styres av en signalgenerator og utløses av oppgavedatamaskinen. Lever den hvite støyen til motivet via lydkortet på oppgavedatamaskinen og registrer sporet ved hjelp av psykofysiologien overvåking maskinvare. ( B ) Nødvendige innstillinger for signalgeneratoren. ( C ) Nødvendige innstillinger for sjokk-enheten. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Gimg "src =" / files / ftp_upload / 55727 / 55727fig2.jpg "/>
Figur 2: Skjematisk for en typisk fagoppsett. Fest elektroder for å levere sjokk til motivets ikke-dominerende håndledd. Fest elektroder for å måle hudkonduktans på fagets ikke-dominerende håndflate. Fest elektroder for å måle elektromyografi under høyre øye, over orbicularis oculi muskel. Fest elektroder for å måle elektrokardiografi på motivets venstre bicep og høyre kragebenet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 3
Figur 3: Skjematisk for typisk eksperimentell design. Presentere emnene med en rekke brev etterfulgt av en kort vedlikeholdsperiode og en responsprompt. Under responsen prom Pt, presenter fagene med et brev (fra serien) og et tall. Oppgi fagene for å angi om nummeret samsvarer med posisjonen til målbrevet i den forrige serien. Presentere startprober under hvert forsøk, enten under vedlikeholdsperioden eller intertrialintervallet (ITI). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 4
Figur 4: Eksempel EMG-spor etter en hvit støyprobe. ( A ) Rå EMG-spor. ( B ) EMG-spor bandpass filtrert ved 30 til 500 Hz. ( C ) EMG-spor som har blitt filtrert og rettet med en 20 ms konstant. ( D ) Rå EMG-spor fra en prøve som er forurenset av grunnlinjen.Iles / ftp_upload / 55727 / 55727fig4large.jpg "target =" _ blank "> Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 5
Figur 5: Resultater for typisk reaksjonstid (RT). Fagene er vanligvis raskere under lave belastningsforsøk enn under høybelastede forsøk. Emner er også vanligvis raskere under trussel om sjokk. Barer representerer gjennomsnittet ± SEM. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 6
Figur 6: Resultater av typisk angstpotensiert startle (APS). Når startle probes under vedlikeholdsperioden (MNT), viser fagpersoner større startle potentPå lav belastning sammenlignet med høy belastningsforsøk. Denne effekten beholdes imidlertid ikke når det er undersøkt i løpet av ITI. Barer representerer gjennomsnittet ± SEM. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 7
Figur 7: Typisk nøyaktighet (prosent (%) riktig) Resultater. Emner er typisk mer nøyaktige under lavlastforsøk enn høybelastede forsøk; Ytelsen har imidlertid ikke en tendens til å variere som en funksjon av trussel om sjokk. Barer representerer gjennomsnittet ± SEM. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Supplerende kodefiler: Wav fiLe for hvit støy presentasjon (40ms_wn.wav.) Vennligst klikk her for å laste ned denne filen. Kode som er nødvendig for å konfigurere maskinvareparametere for eksperimentell programvare (Sternberg_threat_v5.exp.) Vennligst klikk her for å laste ned denne filen. Kode som er nødvendig for å kjøre eksperiment (Sternberg_threat_v5.sce.). Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.

Discussion

Dette papiret viser hvordan man administrerer Sternberg WM-oppgaven under trussel om sjokk. Ved hjelp av denne protokollen var det mulig å vise at WM vedlikehold er tilstrekkelig til å redusere angst, målt ved forsterkning av akustisk startrefleks 3 . Disse resultatene tyder på at forholdet mellom kognisjon og angst er toveis 3 - 5 og at modeller av angst ( f.eks. Oppmerksomhetskontrollteori) 1 må forklare effekten av kognisjon på angst i tillegg til effekten av angst på kognisjon. Selv om den nåværende protokollen beskriver integrasjonen av Sternberg WM-oppgaven og trusselen om sjokkparadigmet, kan den også fungere som et rammeverk for å studere forholdet mellom kognisjon og angst generelt 21 .

Ved å omforme eksisterende kognitive oppgaver til å finne sted under alternatørenG perioder med sikkerhet og trussel, er det mulig å studere effekten av angst på bestemte kognitive prosesser, som WM og vedvarende oppmerksomhet 2 , 31 , 32 . For eksempel, i tidligere arbeid, ble N-back-arbeidshukommelsesoppgaven integrert med trusselen om sjokkparadigmet, noe som demonstrerer at angst forstyrrer WM ved lav belastning, men ikke høy belastning 4 , 5 . Disse resultatene tyder på at angst forstyrrer WM, men også at friske personer er i stand til å overvinne angst når oppgavene er høye. Den vedvarende oppmerksomheten til responsoppgave (SART) ble også integrert med trusselen om sjokkparadigm; Individer måtte hemme deres respons på sjeldne målstimuli. Dette viste at trusselen om sjokk øker nøyaktigheten på NoGo-forsøk under oppgaven 31 , 32 . Sammen medN-back-studiene, viser disse resultatene at angst både kan svekke og lette ytelsen, og at retningen av effekten avhenger av de spesifikke kognitive prosessene som er involvert av oppgaven.

Tilsvarende er det mulig å studere effekten av spesifikke kognitive oppgaver på angst ved å legge til nøyaktig tidsbegrensede startprober til en eksisterende kognitiv oppgave som er tilpasset trusselen om sjokkparadigma. Forholdet mellom WM-belastningen og angst ble opprinnelig observert under N-back WM-oppgavene, hvor økningen av antall vedlikeholdte elementer reduserte APS 4 , 5 . Men fordi denne oppgaven krever både vedlikehold og manipulering, var det vanskelig å bestemme hvilke WM-komponenter som var nødvendige for den observerte reduksjonen i angst 23 , 33 . Ved å følge opp disse studiene med det enklere Sternberg WM-paradigmet, var det mulig å shOw at sentralbehandling ikke var nødvendig for angstreduksjon 3 .

Denne teknikken kan brukes til å studere både effekten av angst på kognisjon, samt effekten av kognisjon på angst. Følgelig er det viktig å manipulere både angst og kognitiv belastning i dette paradigmet og å ta pålitelige tiltak av hver. Når du bruker denne metoden til å fortelle kognitive paradigmer, er det viktig å sikre at det kognitive paradigmet har forskjellige vanskelighetsgrader basert på ytelse. Hvis pilotforsøk ikke viser forskjeller i ytelse på tvers av eksperimentelle forhold, må du sjekke for tak / gulv effekter og justere oppgavens vanskeligheter tilsvarende. På samme måte er det viktig å utforme trusselen om sjokk manipulasjon slik at det er mulig å observere APS under forhold med lav kognitiv belastning. Hvis pilottesting ikke viser forskjeller i startle under forhold med lav kognitiv belastning, prøv å sjekke signaletTil-støyforhold i EMG-kanalen.

Det er 3 kritiske skritt for å sikre effektiviteten av denne protokollen. For det første er det viktig å sikre at emnet forstår den kognitive oppgaven som blir implementert. Om nødvendig, utform en øvelsesversjon av oppgaven for å sikre at fagene forstår instruksjonene. For det andre er det viktig å sikre at den elektriske stimuleringen som brukes er av tilstrekkelig intensitet for å indusere angst i faget. Om nødvendig, omkalibrere intensiteten til den elektriske stimuleringen etter hvert løp. For det tredje er det viktig å sikre at signal-støyforholdet til EMG-kanalen er tilstrekkelig til å gjenopprette akustisk startreaksjon. Hvis kanalen er støyende eller impedansen er for høy, rengjør huden grundig under øyet og sett på EMG-elektrodene igjen.

Selv om det er flere styrker til dette paradigmet, er det også begrensninger som bør tas opp. For eksempel bruk av avErstatning for elektrisk støt kan øke bekymringen blant enkelte IRB, spesielt når det gjelder sårbare befolkninger. Det bør bemerkes at det finnes alternative tilnærminger for å indusere angst i tillegg til bruk av elektrisk støt. Disse inkluderer pusteforhøyede nivåer av CO 2 (7,5%) i lengre perioder (8-20 min) 34 , ved hjelp av trusselen om en aversiv termisk stimulus 35 , presentere negativt validerte bilder 36 , etc. Det skal imidlertid bemerkes at elektriske stimuli Er trygge (når de brukes riktig), mye brukt og effektivt. Selv om denne protokollen anbefaler en standardiseringsmetode for å analysere potensialert oppstart, kan råpoengene være mer pålitelige i noen tilfeller 9 , 10 . Hvis det brukes standardiserte poeng, anbefales det også å undersøke de røde resultatene.

Styrken til denne protokollen er at den lar forskeren fleksibelManipulere tilstandsangst innen emne i en enkelt økt og å teste sammenhengen mellom angst og spesifikke kognitive prosesser. Det er tre potensielle fremtidige applikasjoner av denne protokollen. For det første er det viktig å forstå hvordan kognitive og emosjonelle systemer interagerer på nivået av nevrale prosesser. Fremtidige studier bør undersøke forholdet mellom angst og WM vedlikeholdsrelatert nevraaktivitet ved å bruke dette paradigmet mens du registrerer BOLD-aktivitet. For det andre er det viktig å generalisere disse funnene til andre kognitive prosesser, for eksempel vedvarende oppmerksomhet og belønning behandling. Fremtidige studier ved hjelp av denne protokollen skal manipulere disse prosessene i perioder med trussel og sikkerhet. For det tredje er det viktig å forstå forholdet mellom kognisjon og angst, både hos friske personer og hos pasientpopulasjoner. Fremtidige studier ved hjelp av denne protokollen bør inkludere personer fra disse spesielle populasjonene.

Til slutt, detteArbeid presenterer en protokoll for å studere forholdet mellom WM belastning og indusert angst. Studier som bruker dette paradigmet har vist at WM-vedlikehold er tilstrekkelig til å redusere angst, men at angst ikke forstyrrer WM-belastningen selv. Selv om funnene som presenteres her er spesifikke for Sternberg WM-paradigmet, kan denne protokollen tilpasses for å studere toveisforholdet mellom kognisjon og angst generelt.

Disclosures

Forfatterne rapporterer ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Finansiell støtte til denne studien ble gitt av Intramural Research Programmet ved 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Behavior Arbeidshukommelse Sternberg oppmerksomhetskontroll vedlikehold angst angstpotensiert skremmende
Redusere statssangst ved hjelp av vedlikehold av arbeidsminne
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Balderston, N. L., Hsiung, A., Liu,… More

Balderston, N. L., Hsiung, A., Liu, J., Ernst, M., Grillon, C. Reducing State Anxiety Using Working Memory Maintenance. J. Vis. Exp. (125), e55727, doi:10.3791/55727 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter