Сокращение беспокойства государства с помощью обслуживания рабочей памяти

Behavior
JoVE Journal
Behavior
AccessviaTrial
 

Summary

Этот протокол демонстрирует, как измерить страх-потенциированный испуг во время парадигмы рабочей силы Штернберга.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Цель этого протокола - объяснить, как исследовать взаимосвязь между процессами рабочей памяти и беспокойством, объединяя рабочую память Штернберга (WM) и угрозу ударных парадигм. В парадигме Sternberg WM субъекты должны поддерживать последовательность букв в WM на короткий промежуток времени и отвечать, определяя, соответствует ли позиция данной буквы в серии числовому запросу. В угрозе шоковой парадигмы субъекты подвергаются воздействию чередующихся блоков, где они либо рискуют получить непредсказуемые проявления слабого удара электрическим током, либо безопасны от шока. Тревога исследуется во всех безопасных и угрожающих блоках, используя рефлекс акустического испуга, который потенцируется под угрозой (Anxiety-Potentiated Startle (APS)). Проводя парадигму Штернберга ВМ во время угрозы шока и исследуя реакцию пуска во время интервала обслуживания или интервала интервала, можно dEtermine - эффект обслуживания WM на APS.

Introduction

Согласно теории контроля внимания (ACT), беспокойство мешает когнитивной обработке, конкурируя за доступ к ограниченным ресурсам рабочей памяти (WM) 1 . Тем не менее, АКТ не обращается к обратному отношению этой связи ( т. Е. К эффекту когнитивной обработки при тревоге). Управляя беспокойством во время когнитивных задач, используя угрозу шоковой парадигмы, можно оценить как влияние тревоги на познание, так и влияние познания на тревогу 2 , 3 , 4 , 5 . Цель этого протокола - продемонстрировать, как управлять парадигмой Sternberg WM во время угрозы шоковой парадигмы, чтобы исследовать двунаправленную связь между беспокойством и обслуживанием WM.

Угроза шоковой парадигмы широко используется в лаборатории для управления государственным беспокойствомF "> 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 и могут быть реализованы у здоровых субъектов 2 , 3 , 4 , 5 и пациентов 12 , 13 , 14 , 15 (см . , Например, Bradford et al., 16 ). Парадигма состоит из чередующихся блоков угрозы и безопасности 17. Субъекты подвержены риску получения непредсказуемых электрических стимулов во время блоков угрозы, но не во время безопасных блоков. Тревога испытуемых может периодически исследоваться с использованием рефлекса акустического испуга 18 , 19 . Обычно shБолее крупные ответы о путях во время блоков угроз по сравнению с безопасными блоками, и этот Потенциальный Пуск (APS) может использоваться как периферийный индекс изменения в продолжающейся тревоге во время теста 17 , 18 . Потенциальный страх в угрозе шоковой парадигмы признан Национальным институтом психического здоровья (NIMH) физиологическим показателем тревоги в их матрице 20 критериев исследования доменов. Тем не менее, также можно исследовать тревогу индивидуума, используя шкалу Ликерта с самоотчетной записью. Поскольку угроза шока является пассивной парадигмой, другие когнитивные задачи могут проводиться одновременно 21 . Объединив угрозу шока с задачей Sternberg WM, можно исследовать тревогу во время обслуживания WM 3 .

Во время парадигмы Sternberg WM субъекты должны кодировать последовательность букв в WM и отвечать наС небольшим интервалом 3 , 22 . В отличие от более сложных задач WM ( например, задачи N-back) 4 , 5 , 23 задача Sternberg не требует манипуляции информацией в WM 3 , 22 . Кроме того, субъекты кодируют, поддерживают и реагируют на элементы в течение отдельных интервалов. Вместе эти функции позволяют отделить WM-обслуживание от других, более сложных когнитивных процессов 24 . Путем зондирования APS во время интервала обслуживания WM, можно определить влияние WM-обслуживания на беспокойство. Аналогичным образом, сравнивая точность WM и время реакции (RT) между угрозой и безопасными блоками, можно определить влияние тревоги на обслуживание WM. В этом протоколе будут подробно описаны процедурные шаги, необходимые для проведения парадигмы Sternberg WM dА также аналитические шаги, необходимые для оценки APS, точности и времени реакции во время выполнения задачи.

Protocol

Все участники дали письменное информированное согласие, одобренное Национальным институтом психического здоровья (NIMH) Объединенным комитетом по обзору неврологии (IRB), и были вознаграждены за участие.

1. Настройте оборудование

ПРИМЕЧАНИЕ. Настройте оборудование, как описано ниже (см. Рисунок 1A ). 3 .

  1. В диспетчерской настройте два компьютера, один для управления экспериментом, и один для регистрации физиологических данных.
  2. В предметной комнате настройте стандарт 19 на жидкокристаллическом мониторе дисплея и клавиатуре (или на кнопке), чтобы отобразить стимулы для участника и записать ответы участников соответственно.
  3. Чтобы записать психофизиологию, подключите записывающий компьютер к аппаратуре мониторинга психофизиологии с помощью адаптера Ethernet to USB.
  4. Чтобы разделить сигналы транзисторной транзисторной логики (TTL) между записью иОборудование для доставки стимулов, подключите параллельный порт компьютера эксперимента к коробке прорыва с помощью ленточного кабеля.
  5. Чтобы передать сигналы TTL в аппаратуру для мониторинга психофизиологии, подключите блок прорыва к аппаратным средствам с помощью ленточного кабеля.
  6. Чтобы передать импульсы TTL на оборудование для доставки стимулов, подключите блок прорыва к генератору сигналов с помощью кабеля Bayonet Neill-Concelman (BNC).
  7. Чтобы сформировать управляющий сигнал для ударного устройства, подключите генератор сигналов к ударному устройству с помощью BNC-кабеля.
  8. Установите генератор сигналов и ударное устройство, чтобы получить шок 100 мс, 200 Гц. См. Рис. 1B и C для всех настроек.

2. Запрограммируйте эксперимент с использованием доступного программного обеспечения

ПРИМЕЧАНИЕ. Использовалось программное обеспечение нейроповеденческих систем (здесь называлось экспериментальное программное обеспечение, см. Таблицу материалов ). Другой эквивалентПрограммное обеспечение может быть использовано.

  1. Запрограммируйте четыре этапа тестирования с использованием параметров, описанных ниже, и дополнительных файлов кода (подробнее см. Дополнительный код).
    1. Для каждой фазы, программы 26 испытаний.
    2. Разделите испытания на 4 чередующихся блока угрозы и безопасности, с 6 испытаниями на блок.
    3. В начале каждого испытания укажите подсказку, указывающую, сколько букв будет представлено за 2000 мс каждый.
    4. После кий введите последовательность буквенных букв на 2500 ± 1000 мс.
    5. При испытаниях с малой нагрузкой последовательно представляйте 5 букв один за другим.
    6. При испытаниях с высокой нагрузкой последовательно представляйте 8 букв один за другим.
    7. Запрограммируйте период обслуживания после фазы кодирования для 9000 ± 1 000 мс.
    8. По окончании периода обслуживания введите ответную подсказку на 2000 мс.
    9. Запрограммируйте запрос ответа, чтобы отобразить букву с левой стороны и числоНа правой стороне монитора, с буквой, представляющей букву из последовательности кодирования, и числом, обозначающим позицию в последовательности.
    10. Под буквой и номером отображаются слова «совпадение / несоответствие», ссылаясь на то, соответствует ли письмо или не соответствует номер позиции.
    11. Запрограммируйте эксперимент, чтобы половина испытаний совпала и половина не соответствовала.
    12. Для записи ответов используйте клавиатуру или кнопку.
    13. Разделите испытания на промежуточный интервал переменной продолжительности (ITI), который зависит от времени внутрисудебных событий, так что каждое испытание длится 23 с.
    14. Периодичность периодов кодирования, обслуживания и ITI в ходе испытаний путем выбора случайной продолжительности (в мс) между потолком и значениями пола для каждого периода.
    15. Противостоять экспериментам, чтобы половина участников начиналась в безопасном блоке, а половина участников начиналась в блоке угроз.
    16. В каждом прогоне,Присутствуют от 0 до 2 псевдослучайных ударов во время каждого из блоков угроз в общей сложности для трех шоковых презентаций за каждый ход. Обязательно включите дополнительное (фиктивное) испытание для каждого удара, чтобы гарантировать, что такое же количество испытаний включено в блоки безопасности и угрозы.
    17. В начале каждого прогона присутствуют пять 40-миллисекундных всплесков с шумом 103 дБ (почти мгновенное время нарастания / падения) по наушникам, чтобы приукрасить ответ испуга.
    18. Во время каждого прогона присутствуют 3 представления белого шума при следующих условиях, чтобы проверить реакцию пуска (см. Рис. 3 ): безопасная угроза, низкая нагрузка против высокой нагрузки и период обслуживания в сравнении с ITI.
    19. Проденьте зонды так, чтобы они происходили с минимальным интервалом интерполяции не менее 17 с, чтобы избежать кратковременного привыкания к реакции испуга.
    20. Для испытаний периода технического обслуживания настоящие зонды не менее 1 с после смещения серии букв.
    21. Для ITI triAls, настоящие зонды не менее 4 с после смещения подсказки ответа.
    22. Настройте оборудование для физиологического мониторинга с помощью соответствующего программного пакета в соответствии с инструкциями производителя.

3. Запустите эксперимент

  1. Сопровождайте участников в учебную комнату.
  2. Администрирование информированного согласия.
  3. Дайте участникам Государственно-тревожность Inventory Y1 (СТАИ-Y1) 25, Бек тревожности (БАЙ) 26, Бек Depression Inventory (BDI) 27, и тревожность индекс чувствительности (АСИ) 28 , чтобы заполнить до Для задания инструкций и настройки.
  4. Сообщите участникам, что они проведут два типа испытаний и ответят на эти испытания, основываясь на следующих деталях.
  5. Во время испытаний с низкой нагрузкой проинструктируйте участников поддерживать в памяти 5 строк в порядке, указанном вКоторые они представлены.
  6. Во время испытаний с высокой нагрузкой проинструктируйте участников поддерживать в памяти порядка 8 букв в том порядке, в котором они представлены.
  7. Сообщите участникам, что после задержек им будет предложено письмо и номер, который относится к позиции в последовательности.
  8. Попросите участников указать, соответствуют ли номера букв и номеров или не соответствуют последовательности проб, используя стрелку влево или вправо, соответственно.
  9. Сообщите участникам, что испытания будут происходить в периоды безопасности и периоды угрозы, когда они рискуют получить непредсказуемые легкие электрические шоки на запястье.
  10. Информируйте участников о том, что они будут слышать звуковые датчики испуга на протяжении всего эксперимента, как в безопасных, так и в угрожающих условиях.
  11. Очистите и присоедините электроды к каждому участнику, основываясь на диаграмме на рисунке 2 .
    1. Место tWo одноразовые 11 мм электроды из серебра и серебра (Ag-AgCl) на ладони левой руки, примерно на 2 см друг от друга, для контроля проводимости кожи.
    2. Поместите два одноразовых электрода Ag-AgCl толщиной 11 мм на внутреннее запястье левой руки, примерно на 3 см друг от друга, для введения электрической стимуляции.
    3. Поместите один одноразовый электрод Ag-AgCl 11 мм на внутреннюю сторону левой руки, чуть выше локтя, и один одноразовый электрод под правой ключицей для контроля частоты сердечных сокращений.
    4. Прикрепите два 4-миллиметровых стакана Ag-AgCl к нижней стороне левой мышцы глазки orbicularis, чтобы измерить реакцию пуска.
  12. Закрепите все электроды биомедицинской лентой.
  13. Прикрепите провода к электродам на ладони и подключите их к каналу EDA оборудования для мониторинга психофизиологии.
  14. Прикрепите провода к электродам на запястье и вставьте их в ударное устройство.
  15. Прикрепите провода к электродам на плече и ключице и подключите их кК каналу ЭКГ аппаратуры мониторинга психофизиологии.
  16. Подключите электроды чашки, прикрепленные к мышце orbicularis oculi, в канал электромиографии (ЭМГ) аппаратуры мониторинга психофизиологии.
  17. Калибровка удара.
    1. Перед началом эксперимента участники проводят серию 100-миллисекундных электрических стимулов для определения уровня интенсивности, который является неприятным и неудобным, но не болезненным.
      1. Администрируйте серию презентаций (~ 5-10) ударного шока 100 мс на запястье, используя экспериментальный пакет программного обеспечения (см. Дополнительные файлы кодов и таблицу материалов ).
      2. После каждой презентации участники устно оценивают каждую презентацию по шкале от 1 (не совсем неудобно) до 10 (неудобно, но не мучительно).
      3. Используя шкалу мА на ударном устройстве, постепенно увеличивайте интенсивность удара и продолжайтеСтимулов до тех пор, пока субъект не будет подвергать стимуляцию как «10».
      4. Запишите значение интенсивности в пакете детали участника.
        ПРИМЕЧАНИЕ. Во время исследования, представляйте удары с определенной интенсивностью.
  18. Чтобы начать эксперимент, введите идентификатор участника, состояние противовеса и номер запуска в поле запуска, как это было предложено экспериментальным программным обеспечением.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Создайте два уравновешенных условия. Первый противовес начнет эксперимент в блоке угроз, а второй противовес начнет эксперимент в безопасном блоке. См. Раздел 2.
  19. Нажмите «начать» на записи мониторинга психофизиологии.
  20. Нажмите «enter» в окне экспериментального программного обеспечения, чтобы начать эксперимент.
  21. Позвольте испытуемому завершить 4 пробега эксперимента. Попросите участника выбрать клавишу со стрелкой влево или вправо, если номер и номер позиции совпадают или не соответствуют расследованиюПоследовательности (шаги 3.7 и 3.8).
    ПРИМЕЧАНИЕ. Запрограммируйте каждую длину прогона до 6-7 минут. Запрограммируйте удары, которые должны быть доставлены псевдослучайно между 0-2 раза / пробег. См. Раздел 2.
  22. После каждого прогона субъект устно оценивает уровень их беспокойства в масштабе от 0 (не беспокоит) - 10 (крайне тревожно) во время безопасных и угрожающих блоков пробега, который они только что завершили.
  23. Попросите испытуемых устно оценить интенсивность ударов, представленных во время предыдущего прогона, в той же шкале 0-10, которая использовалась в начальной процедуре калибровки (раздел 3.17).

4. Анализ эффективности

ПРИМЕЧАНИЕ. Проанализируйте данные о производительности для одного участника, используя следующие инструкции.

  1. Откройте выходной файл, созданный из экспериментального программного обеспечения.
    1. Чтобы усреднить правильные ответы в разных условиях, сначала разделите данные на безопасные и опасные и с низкой нагрузкойМы имеем высокую нагрузку, чтобы получить 4 уникальных условия ответов.
    2. Подсчитайте правильные испытания для каждого из 4 условий и разделите это число на общее количество испытаний в каждом состоянии.
    3. Чтобы усреднить время реакции в разных условиях, отделите данные, как на этапе 4.1.1.
    4. Суммируйте все времена реакции для каждого условия и разделите это число на количество испытаний в каждом условии.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Отключите испытания, которые включают ударную презентацию, как указано в экспериментальной версии программного обеспечения.
  2. На уровне группы выполните 2 (безопасная и угрожающая) x 2 (низкая нагрузка против высокой нагрузки) ANOVA для разных субъектов, чтобы определить различия в поведенческих характеристиках и времени реакции 29 .

5. Анализ Startle

  1. Подготовьте сырые данные ЭМГ для анализа с помощью программного обеспечения для анализа психофизиологии 30 . См. Рисунок 4A .
    1. Выберите «Трансформация» >> Цифровые фильтры >> FIR >> Полоса пропускания из программного обеспечения для анализа психофизиологии для применения цифрового полосового фильтра (полоса пропускания 30-300 Гц), сглаживания исходного канала EMG (см. Рисунок 4B ).
  2. Выберите Анализ >> Электромиография >> Выведите среднюю ректификованную ЭМГ из программного обеспечения для анализа психофизиологии, чтобы исправить сглаженный ЭМГ-сигнал с использованием среднего времени в 20 мс (см. Рисунок 4С ).
  3. Выберите «Анализ» >> «Стим-ответ»> «Цифровой вход» для «Стимулировать события» из программного обеспечения анализа психофизиологии для обозначения событий стимула, которые соответствуют цифровым входам для каждого типа проб.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Например, типы проб включают безопасную и опасную угрозу, низкую нагрузку и высокую нагрузку, а также период обслуживания в сравнении с периодом ITI.
  4. Извлечь величину мигания вокруг каждого события стимула 30,
    1. Выберите «Анализ» >> «Стим-ответ» >> «Анализ ответных мер» и укажите значение «Среднее канала» ( то есть номер канала, соответствующее обработанной ЭМГ), из программного обеспечения анализа психофизиологии, чтобы извлечь среднюю базовую активность в фиксированном окне от -50 до 0 мс, предшествующих наступлению белого шума.
    2. Выберите «Анализ» >> «Ответ на удар» >> «Анализ ответных мер» и укажите Макс. Канал ( т. Е. Номер канала, соответствующий обрабатываемой ЭМГ), из программного обеспечения анализа психофизиологии, чтобы определить начало мигания и пик в фиксированном окне от 20 до 100 мс после появления белого шума.
  5. Исключить испытания с чрезмерным шумом на канале 30 ЭМГ.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Ответы акустического пуска должны быть надежно отличены от чрезмерной фоновой активности ЭМГ или других источников загрязнения ( например, артефакты движения или объемНесвязанные и спонтанные мигания, непосредственно предшествующие слуховым зондам; См. Рисунок 4D ).
  6. Проанализируйте пробные ответы на микс, используя стандартное программное обеспечение для работы с электронными таблицами.
    1. Нормализовать значения мигания в z-баллы (необязательно).
    2. Преобразуйте z-баллы в t-баллы для дальнейшего анализа (t = 10x + 50, необязательно).
    3. Среднее значение t-баллы и / или сырые оценки в рамках испытаний для каждого типа проб и вычисление APS (угроза по сравнению с безопасным) для каждого условия ( например, низкая загрузка в зависимости от высокой нагрузки и периода обслуживания в сравнении с периодом ITI).
    4. На уровне группы выполните 2 (безопасный против угрозы) x 2 (период обслуживания по сравнению с ITI) ANOVA по всем предметам, чтобы определить влияние обслуживания WM на APS.

6. Анализ данных самоотчета

  1. Средние оценки беспокойства во время пробежек для условий безопасности и угрозы.
  2. На уровне группы выполните триT против безопасного t-теста для определения эффективности манипуляций с угрозами.

Representative Results

Этот протокол дает три основных типа данных: точность, RT и APS. Для точности и RT этот протокол включает в себя две экспериментальные манипуляции, угрозу и нагрузку. Для точности типичные результаты показывают основной эффект нагрузки, но не имеют главного эффекта угрозы и взаимодействия без нагрузки (испытания (F (1,18) = 84,34, p <0,01, см. Рисунок 5 ). Чем при испытаниях с высокой нагрузкой. Для RT типичные результаты показывают основной эффект как нагрузки (F (1,18) = 19,49, p <0,01), так и угрозы (F (1,18) = 8,03 , P = 0,01), но без взаимодействия с нагрузкой (см. Рис. 6 ). Обычно в ходе испытаний с низкой нагрузкой обычно появляются более быстрые RT, чем во время испытаний с высокой нагрузкой и более быстрых RT во время блоков угроз, чем во время безопасных блоков.

Этот протокол также включает в себя две экспериментальные манипуляции для APS: загрузка и запуск Le timing. Типичные результаты показывают взаимодействие по времени (F (1,18) = 16,63, p <0,01, см. Рисунок 7 ). Как правило, испытуемые показывают значительно больший APS при испытаниях с низкой нагрузкой и высокой нагрузкой, но только тогда, когда зонд запускается в течение интервала обслуживания (MNT, период обслуживания: t (18) = 3,92, p <0,01; ITI: p> 0,05; D = 0,72). Следует отметить, что из-за того, что статистические данные могут варьироваться от изучения к исследованию, важно воспроизвести эти эффекты. После этого эксперимента было найдено последовательное уменьшение APS как функции трудности задачи. Это открытие было обнаружено в вербальной задаче N-back (3-back> 0-back d (25) = 2.2) 4 , парадигме Штернберга WM (см. Выше, d (18) = 0,72, для репликации см. Эксперимент 1 в Balderston et al., 2016 3 , высокая нагрузка> низкая нагрузка, d (18) = 0,44) и сложная задача распознавания изображений (извлечения> кодирования, d (21) = 0,47)Ef "> 2. Однако следует отметить, что конечный результат может быть частично обусловлен привыканием.

Хотя трудно определить субъективное эмоциональное состояние человека во время каждого испытания, данные самоотчета могут использоваться для определения эффективности манипуляций с беспокойством и в качестве индивидуальной меры различия. Поэтому важно оценить аффективное состояние субъекта до эксперимента с использованием стандартизованных вопросников и исследовать тревогу субъекта во время эксперимента. Типичные результаты показывают значительно более высокие оценки тревожности во время блоков угрозы, чем во время безопасных блоков; T (18) = 8,85; P <0,001.

Рисунок 1
Рисунок 1: Схема типичной установки оборудования. ( A ) Используйте отдельные вычисления Чтобы управлять задачей и записывать физиологические сигналы от субъекта. Синхронизировать события с оборудованием для мониторинга психофизиологии и ударным устройством через параллельный порт экспериментального компьютера. Передайте физиологические сигналы с аппаратуры мониторинга психофизиологии на компьютер для сбора данных через кабель Ethernet. Обеспечьте удар по предмету с помощью ударного устройства, которое управляется генератором сигналов и запускается компьютером задачи. Подайте белый шум субъекту через звуковую карту компьютера задач и запишите трассировку с помощью оборудования для мониторинга психофизиологии. ( B ) Необходимые настройки для генератора сигналов. ( C ) Необходимые настройки для ударного устройства. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Gimg "src =" / files / ftp_upload / 55727 / 55727fig2.jpg "/>
Рисунок 2: Схема типичной настройки темы. Прикрепите электроды, чтобы доставить удар на неподвластное запястье субъекта. Прикрепите электроды для измерения проводимости кожи на недоминирующей пальме субъекта. Прикрепите электроды для измерения электромиографии ниже правого глаза, над мышцей orbicularis oculi. Прикрепите электроды для измерения электрокардиографии на левом бицепсе и правой ключице. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3
Рисунок 3: Схема типичного экспериментального проектирования. Представьте испытуемым серию писем, за которыми следует короткий период обслуживания и ответ. Во время ответного прома Pt, представить испытуемых буквой (из серии) и числом. Попросите испытуемых указать, соответствует ли число позиции целевой буквы в предыдущей серии. Настоящие зондирующие зонды во время каждого испытания либо во время периода обслуживания, либо в межсезонном интервале (ITI). Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4
Рисунок 4: Пример трасс EMG после белого шума. ( A ) Трассировка необработанной ЭМГ. ( B ) Полоса пропускания ЭМГ, отфильтрованная при 30-500 Гц. ( C ), который был отфильтрован и выпрямлен с использованием константы 20 мс. ( D ) Трассировка необработанной ЭМГ из проб, загрязненных базовым шумом.Iles / ftp_upload / 55727 / 55727fig4large.jpg "target =" _ blank "> Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5
Рисунок 5: Результаты типичного времени реакции (RT). Субъекты обычно быстрее во время испытаний с малой нагрузкой, чем во время испытаний с высокой нагрузкой. Субъекты также обычно быстрее подвергаются опасности шока. Бары представляют собой среднее ± SEM. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 6
Рисунок 6: Типичные результаты Startle (APS), вызванные тревожностью. Когда пуск зондируется в течение периода обслуживания (MNT), испытуемые обычно показывают больший ударный потенциалПо сравнению с испытаниями с высокой нагрузкой. Тем не менее, этот эффект не выполняется, когда пуск исследуется во время ITI. Бары представляют собой среднее ± SEM. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 7
Рисунок 7: Типичная точность (% (%) правильно) Результаты. Субъекты, как правило, более точны во время испытаний с низкой нагрузкой, чем испытания с высокой нагрузкой; Однако производительность не имеет тенденций к изменению в зависимости от угрозы шока. Бары представляют собой среднее ± SEM. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Дополнительные файлы кода: Wav fiLe для представления белого шума (40ms_wn.wav.) Нажмите здесь, чтобы скачать этот файл. Код, необходимый для настройки аппаратных параметров экспериментального программного обеспечения (Sternberg_threat_v5.exp.). Нажмите здесь, чтобы скачать этот файл. Код, необходимый для запуска эксперимента (Sternberg_threat_v5.sce.). Нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Discussion

В данной статье показано, как управлять задачей Sternberg WM во время угрозы шока. Используя этот протокол, можно было показать, что обслуживание WM является достаточным для снижения тревоги, измеряемой потенцированием рефлекса акустического запаха 3 . Эти результаты показывают, что связь между познанием и тревожностью двунаправленная 3 - 5 и что модели беспокойства ( например, теория контроля внимания) 1 должны объяснить эффект познания на беспокойство в дополнение к влиянию тревоги на познание. Хотя в настоящем протоколе описывается интеграция задачи Штернберга WM и угрозы парадигмы шока, она также может служить основой для более глубокого изучения взаимосвязи между познанием и беспокойством 21 .

Перепроектируя существующие когнитивные задачи, которые будут проходить во время альтернативногоG периодов безопасности и угрозы, можно изучить влияние тревоги на конкретные когнитивные процессы, такие как WM и устойчивое внимание 2 , 31 , 32 . Например, в предыдущей работе задача рабочей памяти N-back была интегрирована с угрозой шоковой парадигмы, демонстрируя, что тревога мешает WM при низкой нагрузке, но не при высокой нагрузке 4 , 5 . Эти результаты свидетельствуют о том, что тревога мешает WM, но также и то, что здоровые люди способны преодолевать беспокойство, когда требуются высокие требования. Устойчивое внимание к задаче реагирования (SART) также было интегрировано с угрозой шоковой парадигмы; Субъекты должны были препятствовать их ответам на редкие целевые стимулы. Это продемонстрировало, что угроза удара повышает точность испытаний NoGo во время задачи 31 , 32 . Вместе сИсследования N-back, эти результаты показывают, что тревога может как ухудшать, так и облегчать работу, и что направление эффекта зависит от конкретных когнитивных процессов, связанных с задачей.

Аналогичным образом, добавляя точно рассчитанные пробные исцеления к существующей когнитивной задаче, адаптированной к угрозе шоковой парадигмы, можно изучить влияние конкретных когнитивных задач на беспокойство. Взаимосвязь между нагрузкой и беспокойством WM первоначально наблюдалась во время N-back задач WM, где увеличение количества поддерживаемых предметов уменьшалось APS 4 , 5 . Однако, поскольку эта задача требует как технического обслуживания, так и манипуляции, было трудно определить, какие компоненты WM необходимы для наблюдаемого уменьшения тревоги 23 , 33 . Проследив эти исследования с помощью более простой парадигмы Штернберга, можно былоЧто центральная исполнительная обработка не была необходима для уменьшения тревоги 3 .

Этот метод можно использовать для изучения как влияния тревоги на познание, так и влияния познания на беспокойство. Соответственно, важно манипулировать как тревогой, так и когнитивной нагрузкой в ​​этой парадигме и принимать надежные меры для каждого. При применении этого метода к новым когнитивным парадигмам важно обеспечить, чтобы когнитивная парадигма имела различимые уровни сложности, основанные на производительности. Если экспериментальное тестирование не показывает различий в характеристиках в экспериментальных условиях, проверьте эффекты потолка / пола и соответствующим образом скорректируйте сложность задачи. Аналогичным образом, важно разработать угрозу манипуляций с ударами, чтобы можно было наблюдать APS в условиях низкой когнитивной нагрузки. Если экспериментальное тестирование не показывает различий в запуске в условиях низкой когнитивной нагрузки, попробуйте проверить сигнал-to-noise в канале ЭМГ.

Существует 3 важных шага к обеспечению эффективности этого протокола. Во-первых, важно обеспечить, чтобы субъект понимал реализуемую когнитивную задачу. При необходимости разработайте практическую версию задачи, чтобы убедиться, что испытуемые понимают инструкции. Во-вторых, важно обеспечить, чтобы используемая электрическая стимуляция имела достаточную интенсивность, чтобы вызвать беспокойство у субъекта. При необходимости перекалибруйте интенсивность электрической стимуляции после каждого прогона. В-третьих, важно обеспечить, чтобы отношение сигнал / шум канала ЭМГ было достаточным для восстановления акустического отклика. Если канал шумный или импеданс слишком высок, тщательно очистите кожу под глазом и снова примените электроды ЭМГ.

Хотя в этой парадигме имеется ряд преимуществ, существуют также ограничения, которые необходимо решить. Например, использование avЕрсивный электрический шок может вызывать обеспокоенность у некоторых IRB, особенно при работе с уязвимыми группами населения. Следует отметить, что существуют альтернативные подходы к индуцированию беспокойства, помимо использования электрического шока. К ним относятся дыхание повышенных уровней СО 2 (7,5%) в течение длительных периодов (8-20 мин) 34 , с использованием угрозы отвратительного теплового стимула 35 , представляющего негативно взвешенные изображения 36 и т. Д. Однако следует отметить, что электрические стимулы Безопасны (при правильном использовании), широко используются и эффективны. Хотя в этом протоколе рекомендуется использовать метод стандартизации для анализа потенцированного испуга, исходные оценки могут быть более надежными в некоторых случаях 9 , 10 . Если используются стандартизованные баллы, рекомендуется также изучить исходные баллы.

Сила этого протокола заключается в том, что он позволяет исследователю гибкоМанипулировать состоянием тревоги внутри субъекта в течение одной сессии и проверять взаимосвязь между тревожностью и специфическими когнитивными процессами. Существует три возможных будущих применения этого протокола. Во-первых, важно понять, как когнитивные и эмоциональные системы взаимодействуют на уровне нейронных процессов. В будущих исследованиях следует изучить взаимосвязь между тревожностью и нейронной активностью, связанной с обслуживанием WM, используя эту парадигму при записи активности BOLD. Во-вторых, важно обобщить эти выводы на другие когнитивные процессы, такие как постоянное внимание и обработка вознаграждения. Будущие исследования, использующие этот протокол, должны манипулировать этими процессами в периоды угрозы и безопасности. В-третьих, важно понять взаимосвязь между познанием и беспокойством как у здоровых людей, так и у пациентов. Будущие исследования, использующие этот протокол, должны включать лиц из этих особых групп.

В заключение, этоРабота представляет собой протокол для изучения взаимосвязи между нагрузкой WM и индуцированной тревожностью. Исследования, использующие эту парадигму, показали, что обслуживание WM достаточно для снижения тревоги, но эта тревога не мешает самой загрузке WM. Хотя представленные здесь данные являются специфическими для парадигмы Sternberg WM, этот протокол может быть адаптирован для изучения двунаправленной взаимосвязи между познанием и беспокойством в целом.

Disclosures

Авторы сообщают об отсутствии конфликта интересов.

Acknowledgments

Финансовая поддержка этого исследования была предоставлена ​​Инфраструктурной исследовательской программой Национального института психического здоровья, ZIAMH002798 (ClinicalTrial.gov Identifier: NCT00026559: Протокол 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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.

    Usage Statistics