Reducere statsangst ved hjælp af vedligeholdelse af arbejdsminne

Behavior
JoVE Journal
Behavior
AccessviaTrial
 

Summary

Denne protokol demonstrerer, hvordan man måler angstpotentialet startle under Sternberg Working Memory-paradigmet.

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

Formålet med denne protokol er at forklare, hvordan man undersøger forholdet mellem arbejdsminneprocesser og angst ved at kombinere Sternberg Working Memory (WM) og truslen om chokparadigmer. I Sternberg WM-paradigmet er emner forpligtet til at opretholde en række bogstaver i WM for et kort interval og svare ved at identificere, om positionen af ​​et givet bogstav i serien matcher en numerisk prompte. I truslen om chokparadigma udsættes emner for vekslende blokke, hvor de enten risikerer at modtage uforudsigelige præsentationer af et mildt elektrisk stød eller er sikre af chokket. Angst er probed gennem sikkerheden og trusselblokkene ved hjælp af den akustiske startle refleks, som er potentielt truet (Angst-Potentiated Startle (APS)). Ved at gennemføre Sternberg WM-paradigmet under truslen om chok og undersøge det uhyggelige svar under enten WM-vedligeholdelsesintervallet eller intertrialintervallet, er det muligt at dEtermin effekten af ​​WM vedligeholdelse på APS.

Introduction

Ifølge opmærksomhedskontrolteorien (ACT) påvirker angst sig i forbindelse med kognitiv behandling ved at konkurrere om adgang til begrænsede arbejdshukommelsesressourcer (WM) 1 . ACT angiver imidlertid ikke omvendt af dette forhold ( dvs. virkningen af ​​kognitiv behandling på angst). Ved at manipulere angst under kognitive opgaver ved hjælp af truslen om chokparadigm, er det muligt at vurdere både virkningen af ​​angst på kognition og virkningen af ​​kognition på angst 2 , 3 , 4 , 5 . Formålet med denne protokol er at demonstrere, hvordan man administrerer Sternberg WM-paradigmet under trussel om chokparadigm for at undersøge det tovejsede forhold mellem angst og WM vedligeholdelse.

Truslen om chokparadigma anvendes meget i laboratoriet til at manipulere statsangstF "> 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 og kan implementeres hos raske forsøgspersoner 2 , 3 , 4 , 5 og patienter 12 , 13 , 14 , 15 (se Bradford et al. 16 for et eksempel). Paradigmet består af vekslende blokke af trussel og sikkerhed 17. Emner risikerer at modtage uforudsigelige elektriske stimuleringer under trusselblokkene, men ikke under de sikre blokke. Emnernes angst kan probes periodisk ved hjælp af akustisk startrefleks 18 , 19. Emner Typisk shStørre større reaktioner under trusselblokkene i forhold til de sikre blokke, og denne angst-potentielle startle (APS) kan bruges som et perifert indeks for ændring i den igangværende angst under testen 17 , 18 . Potentieret skræmme i truslen om chokparadigm anerkendes af National Institute of Mental Health (NIMH) som et fysiologisk indeks for angst i deres forskningsdomæne-kriterier matrix 20 . Det er dog også muligt at afprøve individets angst ved hjælp af en selvrapporterende Likert-type skala. Fordi trussel om chok er et passivt paradigme, kan andre kognitive opgaver udføres samtidigt 21 . Ved at kombinere truslen om chok med Sternberg WM-opgaven, er det muligt at sonde angst under WM vedligeholdelse 3 .

Under Sternberg WM-paradigmet er emner påkrævet for at kode en række bogstaver i WM og svare på aFter et kort interval 3 , 22 . I modsætning til mere komplekse WM-opgaver ( f.eks. N-back-opgaven) 4 , 5 , 23 , kræver Sternberg-opgaven ikke manipulation af oplysninger i WM 3 , 22 . Endvidere kodes, vedligeholdes og besvares emner under forskellige intervaller. Sammen gør disse funktioner det muligt at adskille WM vedligeholdelse fra andre mere komplekse kognitive processer 24 . Ved at undersøge APS under WM vedligeholdelsesintervallet er det muligt at bestemme effekten af ​​WM vedligeholdelse på angst. Ligeledes er det muligt at bestemme effekten af ​​angst på WM vedligeholdelse ved at sammenligne WM-nøjagtighed og reaktionstid (RT) mellem trussel og sikre blokke. Denne protokol beskriver de proceduremæssige trin, der er nødvendige for at gennemføre Sternberg WM-paradigmet dUring trussel om chok, samt de analytiske skridt, der er nødvendige for at vurdere APS, nøjagtighed og reaktionstid under opgaven.

Protocol

Alle deltagere gav skriftligt informeret samtykke godkendt af National Institute of Mental Health (NIMH) Kombineret Neurovidenskab Institutional Review Board (IRB) og blev kompenseret for at deltage.

1. Opsætning af udstyret

BEMÆRK: Indstil udstyret som beskrevet nedenfor (se figur 1A ) 3 .

  1. I kontrolrummet skal du oprette to computere, en til at administrere eksperimentet og en til at registrere de fysiologiske data.
  2. I fagrummet skal du oprette en standard 19 i LCD-skærm med flydende krystal og tastatur (eller knappekasse) for at vise stimuli til deltageren og registrere henholdsvis deltagerresponser.
  3. For at optage psykofysiologien skal du tilslutte optagelsescomputeren til den psykofysiologiske overvågnings hardware ved hjælp af en Ethernet til USB-adapter.
  4. At opdele Transistor-Transistor Logic (TTL) signaler mellem optagelsen ogStimulus levering hardware, forbinde eksperiment computerens parallelle port til breakout boksen ved hjælp af et bånd kabel.
  5. For at videregive TTL-signalerne til psykofysiologien overvågnings hardware, skal du forbinde breakout boxen til hardwaren ved hjælp af et båndkabel.
  6. For at overføre TTL-pulserne til stimulusleveringsmaskinen, skal du forbinde breakout boxen til signalgeneratoren ved hjælp af et Bayonet Neill-Concelman (BNC) -kabel.
  7. For at generere et styresignal for stødanordningen skal du tilslutte signalgeneratoren til stødanordningen ved hjælp af et BNC-kabel.
  8. Indstil signalgeneratoren og stødanordningen til at levere et 100 ms, 200 Hz stød. Se Figur 1B og C for alle indstillinger.

2. Program eksperimentet ved hjælp af tilgængelig software

BEMÆRK: En neurobehavioral system software (her omtalt som den eksperimentelle software, se Materialetabellen ) blev brugt. Andet ækvivalentSoftware kan bruges.

  1. Program fire testfaser ved hjælp af nedenstående parametre og de supplerende kodefiler (se supplerende kode for detaljer).
    1. For hver fase, program 26 forsøg.
    2. Del forsøgene i 4 vekslende blokke af trussel og sikkerhed, med 6 forsøg pr. Blok.
    3. I begyndelsen af ​​hvert forsøg præsenterer du en cue, der angiver, hvor mange bogstaver der vil blive præsenteret for 2.000 ms hver.
    4. Efter cue, præsentere den kodende bogstavsekvens for 2.500 ± 1.000 ms.
    5. Ved lave belastningsforsøg præsenteres 5 bogstaver i rækkefølge, den ene efter den anden.
    6. Ved højbelastningsforsøg præsenteres 8 bogstaver i rækkefølge efter hinanden.
    7. Program en vedligeholdelsesperiode efter kodningsfasen for 9.000 ± 1.000 ms.
    8. Ved slutningen af ​​vedligeholdelsesperioden fremlægges en svarprompt for 2.000 ms.
    9. Program svarreaktoren for at vise et brev på venstre side og et nummerBer på højre side af skærmen, med brevet der repræsenterer et brev fra den kodende sekvens, og tallet henviser til en position i sekvensen.
    10. Under brevet og nummeret vises ordene "match / mismatch", der henviser til, om brevet matchede eller ikke matchede positionsnummeret.
    11. Program eksperimentet, så halvdelen af ​​forsøgene matcher og halvt mismatch.
    12. Brug et tastatur eller et tastatur til at optage svar.
    13. Adskil forsøgene med et interiørtidsinterval (ITI) med variabel varighed, der er afhængig af tidspunktet for de forsøgende hændelser, således at hvert forsøg er 23 sekunder.
    14. Afvige varigheden af ​​kodning, vedligeholdelse og ITI perioder på tværs af forsøg ved at vælge en tilfældig varighed (i ms) mellem loft og gulvværdier for hver periode.
    15. Modvægt eksperimenterne, så halvdelen af ​​deltagerne starter i en sikker blok, og halvdelen af ​​deltagerne starter i en trusselblok.
    16. I hvert løb,Præsentere mellem 0 og 2 pseudorandom chok under hver af trusselblokkene for i alt 3 stødpræsentationer pr. Løb. Sørg for at inkludere et ekstra (dummy) forsøg for hvert stød for at sikre, at det samme antal forsøg indgår i sikkerheds- og trusselblokkene.
    17. Ved begyndelsen af ​​hvert løb, præsenterer fem 40 ms bursts af 103 dB hvid støj (nær-øjeblikkelig stigning / falde gange) over hovedtelefoner for at udnytte det svage respons.
    18. Under hvert løb skal du præsentere 3 præsentationer af den hvide støj under følgende betingelser for at afprøve det oprindelige svar (se figur 3 ): Sikker mod trussel, lav belastning i forhold til høj belastning og vedligeholdelsesperiode i forhold til ITI.
    19. Plads proberne, så de forekommer med et minimum interprobe interval på mindst 17 s for at undgå kortvarig tilpasning af startle respons.
    20. Ved vedligeholdelsesperiodeforsøg præsenteres prober ikke mindre end 1 s efter forskydningen af ​​bogstavserien.
    21. For ITI triAls, præsenterer prober ikke mindre end 4 s efter forskydningen af ​​svarprompten.
    22. Opsæt udstyret til fysiologisk overvågning ved hjælp af den tilhørende softwarepakke, som angivet i producentens anvisninger.

3. Kør eksperimentet

  1. Escort deltagerne til stuen.
  2. Administrer informeret samtykke.
  3. Giv deltagerne 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 at udfylde tidligere Til opgaveinstruktioner og opsætning.
  4. Informer deltagerne om, at de vil se 2 typer af forsøg og vil reagere på disse forsøg baseret på følgende detaljer.
  5. Under lavbelastningsforsøgene instruerer deltagerne om at opretholde en serie på 5 bogstaver i deres hukommelse i rækkefølgen iSom de præsenteres for.
  6. Under højbelastningsforsøgene instruerer deltagerne om at opretholde en serie på 8 bogstaver i deres hukommelse i den rækkefølge, de er præsenteret for.
  7. Informer deltagerne om, at de efter en forsinkelse vil blive bedt om at få et brev og et tal, der refererer til positionen i sekvensen.
  8. Oplys deltagerne om at angive, om bogstaver og positionsnummer matcher eller mismatcher prøveversionen ved hjælp af henholdsvis venstre eller højre piletast.
  9. Informer deltagerne om, at forsøg vil finde sted i perioder med sikkerhed og trusselperioder, når de risikerer at modtage uforudsigelige milde elektriske stød på håndleddet.
  10. Informer deltagerne om, at de vil høre akustiske startle-prober gennem hele eksperimentet, både i forhold til sikker og trussel.
  11. Rengør og fastgør elektroder til hver deltager, baseret på diagrammet i figur 2 .
    1. Placer t11 mm sølv-sølvchlorid (Ag-AgCl) elektroder på venstre hånd, ca. 2 cm fra hinanden, for at overvåge hudkonduktans.
    2. Placer to engangs 11 mm Ag-AgCl elektroder på venstre hånds indre hånd, ca. 3 cm fra hinanden for at administrere den elektriske stimulering.
    3. Placer en engangs 11 mm Ag-AgCl elektrode på indersiden af ​​venstre arm lige over albuen og en engangselektrode lige under højre kravebenet for at overvåge hjertefrekvensen.
    4. Vedhæft to 4 mm Ag-AgCl-kopelektroder til nederste side af venstre orbicularis oculi-muskel for at måle det opståede respons.
  12. Fastgør alle elektroder med biomedicinsk tape.
  13. Vedhæft ledninger til elektroderne på håndfladen og tilslut dem til EDA-kanalen i psykofysiologien overvågnings hardware.
  14. Vedhæft ledninger til elektroderne på håndleddet og sæt dem i stødanordningen.
  15. Vedhæft ledninger til elektroderne på armen og kravebenet og sæt dem iNto EKG-kanalen i psykofysiologien overvågnings hardware.
  16. Plug koppelektroderne fastgjort til orbicularis oculi musklerne i elektromyografi (EMG) kanal af psykofysiologi overvågning hardware.
  17. Stødkalibrering.
    1. Før eksperimentets start vurderer deltagerne en serie af 100 ms stikpræparater for at identificere et intensitetsniveau, der er ubehageligt og ubehageligt, men ikke smertefuldt.
      1. Administrer en seriepræsentation (~ 5-10) af 100 ms chokstimulus til håndleddet ved hjælp af den eksperimentelle softwarepakke (se supplerende kodefiler og materialetabellen ).
      2. Efter hver præsentation har deltagerne mundtlig bedømmelse af hver præsentation på en skala fra 1 (ikke ubehagelig) til 10 (ubehageligt men ikke smertefuldt).
      3. Ved hjælp af mA-skalaen på stødanordningen øges intensiteten af ​​chokket gradvis og fortsætter sStiger af stimuleringer, indtil motivet stimulerer stimuleringen som en "10."
      4. Optag intensitetsværdien på deltagerdetaljeret.
        BEMÆRK: Under undersøgelsen præsenteres chokerne med den bestemte intensitet.
  18. For at starte eksperimentet skal du indtaste deltager-id-nummeret, modvægtstilstanden og køre nummeret i køringsboksen, som forsøgssoftwaren anmoder om.
    BEMÆRK: Opret to modvægtstilstande. Den første modvægt vil starte eksperimentet i en trusselblok, og den anden modvægt vil starte eksperimentet i en sikker blok. Se afsnit 2.
  19. Klik på "start" på psykofysiologien overvågning optagelse.
  20. Tryk på "Enter" i den eksperimentelle software prompt boks for at starte eksperimentet.
  21. Tillad emnet at gennemføre 4 kurser i eksperimentet. Hvis deltagerne vælger venstre eller højre piletast, hvis bogstav og positionsnummer matcher eller mismatcher prøvenSekvens (trin 3.7 og 3.8).
    BEMÆRK: Programmer hver løbe længde for at vare mellem 6 og 7 minutter. Programmer chokerne, der skal leveres pseudo-tilfældigt mellem 0-2 gange / kørsel. Se afsnit 2.
  22. Efter hvert løb har motivet mundtligt bedømt deres angstniveau på en skala fra 0 (ikke ivrig) - 10 (yderst ængstelige) under sikkerheden og trusselblokkene i det løb, de lige har afsluttet.
  23. Har emnerne mundtligt bedømt intensiteten af ​​de chok, der blev præsenteret i løbet af det foregående løb på samme 0-10-skala, som blev anvendt i den indledende kalibreringsprocedure (afsnit 3.17).

4. Analysér ydeevnen

BEMÆRK: Analysér præstationsdataene for en enkelt deltager ved hjælp af følgende instruktioner.

  1. Åbn outputfilen, der er oprettet fra eksperimentsoftwaren.
    1. For at gennemsnitlige de korrekte svar på tværs af de forskellige betingelser skal du først adskille dataene i sikkert versus trussel og lav belastning versOs høj belastning for at give 4 unikke betingelser for responsdata.
    2. Tæl de korrekte forsøg for hver af de 4 betingelser og divider dette tal med det samlede antal forsøg i hver tilstand.
    3. For at gennemsnitere reaktionstiden på tværs af de forskellige forhold, adskille dataene som i trin 4.1.1.
    4. Sum alle reaktionstider for hver tilstand og divider dette tal ved antallet af forsøg i hver tilstand.
      BEMÆRK: Omit-forsøg, der indeholder en chokpræsentation, som angivet i den eksperimentelle softwareudgang.
  2. På koncernniveau udfør en 2 (sikker mod trussel) x 2 (lav belastning mod høj belastning) ANOVA på tværs af emner for at identificere forskelle i adfærdsmæssige præstationer og reaktionstider 29 .

5. Analysér Startle

  1. Forbered de rå EMG-data til analyse ved hjælp af psykofysiologisk analysesoftware 30 . Se figur 4A .
    1. Vælg "Transform" >> Digitale Filtre >> FIR >> Bandpass fra psykofysiologien analyse software til at anvende et digitalt bandpass filter (30-300 Hz passband), udjævning af den rå EMG kanal (se figur 4B ).
  2. Vælg Analyse >> Elektromyografi >> Afled Gennemsnitlig Rectified EMG fra Psychophysiology Analysesoftware til at rette op på det glatte EMG signal ved hjælp af et tidsvinduet middelværdi på 20 ms (se figur 4C ).
  3. Vælg Analyse >> Stim-Response >> Digital Input to Stim Begivenheder fra psychophysiology analyse software til at mærke de stimulus begivenheder, der svarer til de digitale inputs for hver forsøgstype.
    BEMÆRK: Forsøgstyper omfatter for eksempel sikkert versus trussel, lav belastning versus høj belastning og vedligeholdelsesperiode versus ITI-periode.
  4. Uddrag blinkstyrken omkring hver stimulusbegivenhed 30.
    1. Vælg Analyse >> Stim-Response >> Stim-Response Analysis og angive kanalens middelværdier ( dvs. kanalnummeret svarende til den behandlede EMG) fra psykofysiologianalysesoftwaren for at udtrække den gennemsnitlige baselineaktivitet i et fast vindue på -50 til 0 ms forud for starten af ​​den hvide støj.
    2. Vælg Analyse >> Stim-Response >> Stim-Response Analysis og angive Max Channel ( dvs. kanalnummeret svarende til den behandlede EMG) fra Psychophysiology Analysesoftwaren for at identificere blink start og peak i et fast vindue på 20 til 100 ms efter begyndelsen af ​​den hvide støj.
  5. Undgå forsøg med overdreven støj på EMG-kanalen 30 .
    BEMÆRK: De akustiske opstartsvarer skal pålideligt adskilles fra for høj baggrunds-EMG-aktivitet eller andre forureningskilder ( fx bevægelsesgenstande eller volUntær og spontan blinker umiddelbart forud for auditive probes; Se figur 4D ).
  6. Analyser test-for-prøve blink respons ved hjælp af en standard regneark software.
    1. Normaliser blink magnituderne i z-scoringer (valgfrit).
    2. Konverter z-scores til t-scores til yderligere analyse (t = 10x + 50, valgfri).
    3. Gennemsnit t-score og / eller rå score på tværs af forsøg for hver forsøgstype og beregne APS (trussel versus sikker) for hver tilstand ( f.eks. Lav belastning versus høj belastning og vedligeholdelsesperiode versus ITI periode).
    4. På koncernniveau udfør en 2 (sikker mod trussel) x 2 (vedligeholdelsesperiode versus ITI) ANOVA på tværs af emner for at identificere effekten af ​​WM vedligeholdelse på APS.

6. Analyser selvrapporteringsdataene

  1. Gennemsnitlig angst ratings over kører for sikker og trussel betingelser.
  2. På koncernniveau udfør et threaT versus sikker t-test for at bestemme effektiviteten af ​​trusselmanipulationen.

Representative Results

Denne protokol giver tre primære datatyper: nøjagtighed, RT og APS. For nøjagtighed og RT indeholder denne protokol to eksperimentelle manipulationer, trussel og belastning. For nøjagtighed viser de typiske resultater en hovedvirkning af belastning, men ingen hovedvirkning af trussel og ingen trusselinteraktion (forsøg (F (1,18) = 84,34; p <0,01; se figur 5 ). Emner er typisk mere Præcist på lavbelastningen end højbelastningsforsøgene. For RT viser typiske resultater en hovedvirkning af begge belastninger (F (1,18) = 19,49; p <0,01) og trussel (F (1,18) = 8,03 P = 0,01), men ingen risiko for trusselinteraktion (se figur 6 ). Emner viser typisk hurtigere RT i lave belastningsforsøg end under højbelastningsforsøg og hurtigere RT under trusselblokke end i sikre blokke.

Denne protokol indebærer også to eksperimentelle manipulationer for APS: load og start Le timing. Typiske resultater viser en load-by-timing-interaktion (F (1,18) = 16,63; p <0,01; se figur 7 ). Fagpersoner viser typisk signifikant større APS under lav belastning vs. højbelastningsforsøg, men kun når startle proben leveres under vedligeholdelsesintervallet (MNT; vedligeholdelsesperiode: t (18) = 3,92; p <0,01; ITI: p> 0,05; D = 0,72). Det skal bemærkes, at fordi inferentiel statistik kan variere fra undersøgelse til undersøgelse, er det vigtigt at replikere disse effekter. Efter dette forsøg blev der fundet et konsekvent fald i APS som en funktion af opgaveproblemer. Dette resultat blev observeret i en verbal N-back-opgave (3-back> 0-back d (25) = 2,2) 4 , Sternberg WM-paradigmet (se ovenfor, d (18) = 0,72; for replikation, se Eksperiment 1 i Balderston et al. 2016 3 , høj belastning> lav belastning, d (18) = 0,44) og en kompleks billedgenkendelsesopgave (hentning> kodning, d (21) = 0,47)Ef "> 2. Det skal dog bemærkes, at det endelige resultat kan være delvist drevet ved habituation.

Selv om det er vanskeligt at bestemme individets subjektive affektiv tilstand under hvert forsøg, kan selvrapporteringsdata bruges til at bestemme effektiviteten af ​​angstmanipulationen og som en individuel forskelsforanstaltning. Derfor er det vigtigt at vurdere subjektets affektive tilstand forud for eksperimentet ved hjælp af standardiserede spørgeskemaer og at afprøve fagets angst under eksperimentet. Typiske resultater viser signifikant højere angst ratings under trusselblokkene end i de sikre blokke; T (18) = 8,85; P <0,001.

figur 1
Figur 1: Skematisk af en typisk udstyrsopsætning. ( A ) Brug separat computer Ers for at administrere opgaven og optage fysiologiske signaler fra emnet. Synkroniser hændelser med psykofysiologien overvågnings hardware og chok enhed via parallel port af eksperimentcomputeren. Relæ de fysiologiske signaler fra psykofysiologien overvågnings hardware til opkøbet computeren via Ethernet-kablet. Lever chok til motivet ved hjælp af stødapparatet, som styres af en signalgenerator og udløses af opgavercomputeren. Lever den hvide støj til motivet via opladningscomputerens lydkort og registrer sporet ved hjælp af psykofysiologien overvågnings hardware. ( B ) Nødvendige indstillinger for signalgeneratoren. ( C ) Nødvendige indstillinger for stødapparatet. Klik her for at se en større version af denne figur.

Gimg "src =" / files / ftp_upload / 55727 / 55727fig2.jpg "/>
Figur 2: Skematisk af en typisk Emneopsætning. Vedhæft elektroder for at levere chokket til individets ikke-dominerende håndled. Vedhæft elektroder til måling af hudkonduktans på fagets ikke-dominerende palme. Vedhæft elektroder til måling af elektromyografi under højre øje over orbicularis oculi muskel. Vedhæft elektroder for at måle elektrokardiografi på individets venstre bicep og højre kravebenet. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 3
Figur 3: Skematisk af typisk eksperimentel design. Præsentere emnerne med en række bogstaver efterfulgt af en kort vedligeholdelsesperiode og en svarprompt. Under respons-prom Pt, præsentere emnerne med et bogstav (fra serien) og et tal. Instruer emnerne for at angive, om nummeret matcher placeringen af ​​målbrevet i den foregående serie. Tilstedeværende startprober under hvert forsøg, enten under vedligeholdelsesperioden eller intertrialintervallet (ITI). Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 4
Figur 4: Eksempel EMG-spor efter en hvid støjprobe. ( A ) Rå EMG-spor. ( B ) EMG-sporbåndspapir filtreret ved 30 til 500 Hz. ( C ) EMG-spor, der er blevet filtreret og korrigeret med en 20 ms konstant. ( D ) Rå EMG-spor fra en prøve, der er forurenset af baseline støj.Iles / ftp_upload / 55727 / 55727fig4large.jpg "target =" _ blank "> Venligst klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 5
Figur 5: Resultater af typisk reaktionstid (RT). Emner er typisk hurtigere under lavbelastningsforsøg end under højbelastningsforsøg. Emner er også typisk hurtigere under trussel om chok. Stænger repræsenterer middel ± SEM. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 6
Figur 6: Resultater af typisk angst-potentiated startle (APS). Når startle probes under vedligeholdelsesperioden (MNT), viser emner typisk større startle potentPå lav belastning i forhold til højbelastningsforsøg. Denne effekt behøver imidlertid ikke, når startle er probed under ITI. Stænger repræsenterer middel ± SEM. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 7
Figur 7: Typisk nøjagtighed (procent (%) korrekt) Resultater. Emner er typisk mere præcise under lavbelastningsforsøg end højbelastningsforsøg; Ydeevne har imidlertid ikke tendens til at variere som en funktion af trussel om chok. Stænger repræsenterer middel ± SEM. Klik her for at se en større version af denne figur.

Supplerende kodefiler: Wav fiLe for hvid støj præsentation (40ms_wn.wav.) Klik venligst her for at downloade denne fil. Kode nødvendigt til opsætning af hardwareparametre til eksperimentel software (Sternberg_threat_v5.exp.) Klik venligst her for at downloade denne fil. Kode er nødvendig for at køre eksperiment (Sternberg_threat_v5.sce.). Klik her for at downloade denne fil.

Discussion

Dette dokument viser, hvordan man administrerer Sternberg WM-opgaven under trussel om chok. Ved hjælp af denne protokol var det muligt at vise, at WM vedligeholdelse er tilstrækkelig til at reducere angst, målt ved forstærkningen af ​​den akustiske startrefleks 3 . Disse resultater tyder på, at forholdet mellem kognition og angst er tovejs 3 - 5, og at modeller af angst ( f.eks. Opmærksomhedskontrolteori) 1 skal forklare virkningen af ​​kognition på angst ud over effekten af ​​angst på kognition. Selvom den nuværende protokol beskriver integrationen af ​​Sternberg WM-opgaven og truslen om chokparadigm, kan den også fungere som en ramme for at studere forholdet mellem kognition og angst mere generelt 21 .

Ved at omlægge eksisterende kognitive opgaver til at finde sted under alternativeG perioder med sikkerhed og trussel, er det muligt at studere effekten af ​​angst på specifikke kognitive processer, som WM og vedvarende opmærksomhed 2 , 31 , 32 . I tidligere arbejde blev N-back-arbejdshukommelsesopgaven integreret med truslen om chokparadigm, hvilket viser, at angst forstyrrer WM ved en lav belastning, men ikke en høj belastning 4 , 5 . Disse resultater tyder på, at angst forstyrrer WM, men også at sunde individer er i stand til at overvinde angst, når opgavebehovene er høje. Den vedvarende opmærksomhed på reaktionsopgave (SART) blev også integreret med truslen om chokparadigm; Forsøgspersoner måtte hæmme deres respons på sjældne målstimuli. Dette viste, at truslen om chok øger nøjagtigheden af ​​NoGo-forsøg under opgave 31 , 32 . Sammen medN-rygstudierne, disse resultater tyder på, at angst både kan svække og lette ydeevne, og at retningen af ​​effekten afhænger af de specifikke kognitive processer, der er involveret i opgaven.

Ligeledes er det muligt at ved at tilføje præcist tidsbegrænsede startprober til en eksisterende kognitive opgave, der er tilpasset truslen om chokparadigm, det er muligt at studere effekten af ​​specifikke kognitive opgaver på angst. Forholdet mellem WM belastningen og angst blev oprindeligt observeret under N-back WM-opgaverne, hvor antallet af vedligeholdte elementer blev reduceret reduceret APS 4 , 5 . Da denne opgave imidlertid kræver både vedligeholdelse og manipulation, var det vanskeligt at bestemme, hvilke WM-komponenter der var nødvendige for den observerede reduktion i angst 23 , 33 . Ved at følge op på disse undersøgelser med det enklere Sternberg WM-paradigme var det muligt at shOw at central executive behandling ikke var nødvendig for angst reduktion 3 .

Denne teknik kan bruges til at studere både virkningen af ​​angst på kognition, såvel som effekten af ​​kognition på angst. Derfor er det vigtigt at manipulere både angst og kognitiv belastning i dette paradigme og at tage pålidelige foranstaltninger af hver. Når man anvender denne metode til at udtale nye kognitive paradigmer, er det vigtigt at sikre, at det kognitive paradigme har skelne vanskeligheder baseret på præstationer. Hvis pilotforsøg ikke viser forskelle i præstationer på tværs af eksperimentelle forhold, skal du kontrollere for loft / gulv effekter og justere opgavens vanskelighed i overensstemmelse hermed. Ligeledes er det vigtigt at designe truslen om chokmanipulation, så det er muligt at observere APS under forhold med lav kognitiv belastning. Hvis pilotprøvning ikke viser forskelle i startle under forhold med lav kognitiv belastning, skal du prøve at kontrollere signaletTil-støjforhold i EMG-kanalen.

Der er 3 kritiske trin for at sikre effektiviteten af ​​denne protokol. For det første er det vigtigt at sikre, at emnet forstår den kognitive opgave, som implementeres. Hvis det er nødvendigt, skal du udforme en øvelsesversion af opgaven for at sikre, at fagene forstår instruktionerne. For det andet er det vigtigt at sikre, at den anvendte elektriske stimulering har en tilstrækkelig intensitet til at fremkalde angst i individet. Om nødvendigt genkalibrere intensiteten af ​​den elektriske stimulering efter hvert løb. For det tredje er det vigtigt at sikre, at signal-støjforholdet mellem EMG-kanalen er tilstrækkeligt til at genoprette akustisk start-respons. Hvis kanalen er støjende eller impedansen er for høj, skal du rengøre huden under øjet og genmontere EMG-elektroderne.

Selv om der er en række styrker til dette paradigme, er der også begrænsninger, som bør behandles. For eksempel brugen af ​​avErstatning for elektrisk stød kan skabe bekymring blandt nogle IRB'er, især når man beskæftiger sig med sårbare befolkninger. Det skal bemærkes, at der er alternative metoder til at fremkalde angst foruden at bruge elektrisk stød. Disse omfatter åndedrættet forhøjede CO 2 -niveauer (7,5%) i længere perioder (8-20 min.) 34 ved hjælp af truslen om en aversiv termisk stimulus 35 , der præsenterer negativt validerede billeder 36 osv . Det skal imidlertid bemærkes, at elektriske stimuli Er sikre (når de bruges korrekt), udbredt og effektivt. Selv om denne protokol anbefaler en standardiseringsmetode til at analysere potentieret startle, kan rå scores være mere pålidelige i nogle tilfælde 9 , 10 . Hvis der anvendes standardiserede scoringer, anbefales det også at undersøge de rå scores.

Styrken af ​​denne protokol er, at den giver forskeren mulighed for fleksibeltManipulere tilstandsangst indenfor emne i en enkelt session og for at teste forholdet mellem angst og specifikke kognitive processer. Der er tre potentielle fremtidige anvendelser af denne protokol. For det første er det vigtigt at forstå, hvordan kognitive og følelsesmæssige systemer interagerer på niveauet af neurale processer. Fremtidige undersøgelser bør undersøge forholdet mellem angst og WM vedligeholdelsesrelateret neural aktivitet ved anvendelse af dette paradigme under optagelse af BOLD-aktivitet. For det andet er det vigtigt at generalisere disse fund til andre kognitive processer, såsom vedvarende opmærksomhed og belønning forarbejdning. Fremtidige undersøgelser, der bruger denne protokol, bør manipulere disse processer i perioder med trussel og sikkerhed. For det tredje er det vigtigt at forstå forholdet mellem kognition og angst, både hos raske individer og hos patientpopulationer. Fremtidige undersøgelser, der bruger denne protokol, bør omfatte personer fra disse særlige populationer.

Afslutningsvis, detteArbejde præsenterer en protokol for at studere forholdet mellem wm belastning og induceret angst. Undersøgelser, der bruger dette paradigme, har vist, at WM vedligeholdelse er tilstrækkelig til at reducere angst, men at angst ikke blander sig i WM-belastningen selv. Selvom de heri viste resultater er specifikke for Sternberg WM-paradigmet, kan denne protokol tilpasses til at studere det tovejsede forhold mellem kognition og angst generelt.

Disclosures

Forfatterne rapporterer ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Finansiel støtte til denne undersøgelse blev leveret af Intramural Research Programmet af National Institute of Mental Health, ZIAMH002798 (ClinicalTrial.gov Identifier: NCT00026559: Protokol 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