Investigando o comportamento de prevenção relacionado à dor usando um paradigma robótico de alcance de braço
Summary
A evasão é central para a incapacidade crônica de dor, mas faltam paradigmas adequados para examinar a prevenção relacionada à dor. Por isso, desenvolvemos um paradigma que permite investigar como o comportamento de evasão relacionado à dor é aprendido (aquisição), se espalha para outros estímulos (generalização), pode ser mitigado (extinção) e como ele pode ressurgir posteriormente (recuperação espontânea).
Abstract
O comportamento de evasão é um dos principais contribuintes para a transição da dor aguda para a incapacidade crônica de dor. No entanto, houve uma falta de paradigmas ecologicamente válidos para investigar experimentalmente a prevenção relacionada à dor. Para preencher essa lacuna, desenvolvemos um paradigma (o paradigma robótico de alcance do braço) para investigar os mecanismos subjacentes ao desenvolvimento do comportamento de prevenção relacionado à dor. Os paradigmas de evasão existentes (principalmente no contexto da pesquisa de ansiedade) muitas vezes operacionalizaram a evasão como uma resposta instruída por experimentadores, de baixo custo, sobreposta a estímulos associados à ameaça durante um procedimento de condicionamento do medo pavloviano. Em contrapartida, o método atual oferece maior validade ecológica em termos de aprendizagem instrumental (aquisição) de evasão, e adicionando um custo à resposta de evasão. No paradigma, os participantes realizam movimentos de alcance de braço de um ponto de partida para um alvo usando um braço robótico, e escolhem livremente entre três trajetórias de movimento diferentes para fazê-lo. As trajetórias de movimento diferem na probabilidade de serem emparelhadas com um estímulo eletrocutâneo doloroso, e no esforço necessário em termos de desvio e resistência. Especificamente, o estímulo doloroso pode ser (em parte) evitado ao custo de realizar movimentos que requerem maior esforço. O comportamento de evasão é operacionalizado como o desvio máximo da trajetória mais curta em cada ensaio. Além de explicar como o novo paradigma pode ajudar a entender a aquisição da evasão, descrevemos adaptações do paradigma robótico de alcance do braço para (1) examinar a disseminação da evasão a outros estímulos (generalização), (2) modelar o tratamento clínico no laboratório (extinção da prevenção por evasão), bem como (3) modelagem da recaída e retorno da evasão após a extinção (recuperação espontânea). Dada a maior validade ecológica e inúmeras possibilidades de extensões e/ou adaptações, o paradigma robótico de alcance de braço oferece uma ferramenta promissora para facilitar a investigação do comportamento de evasão e aprofundar nossa compreensão de seus processos subjacentes.
Introduction
Evitar é uma resposta adaptativa à ameaça corporal de sinalização de dor. No entanto, quando a dor se torna crônica, dor e evasão relacionada à dor perdem seu propósito adaptativo. Em consonância com isso, o modelo de prevenção do medo da dor crônica1,2,3,4,5,6,7,8 afirma que interpretações errôneas da dor como catastróficas, desencadeiam aumentos no medo da dor, que motivam o comportamento de evasão. A evasão excessiva pode levar ao desenvolvimento e manutenção da incapacidade crônica de dor, devido ao desuso físico e diminuição do engajamento nas atividades diárias e aspirações1,2,3,4,5,9. Além disso, dado que a ausência de dor pode ser atribuída erroneamente à evasão e não à recuperação, um ciclo autossustentável de medo e evasão relacionados à dor pode ser estabelecido10.
Apesar do recente interesse em evitar a literatura da ansiedade11,12, a pesquisa sobre a prevenção no domínio da dor ainda está em sua infância. Pesquisas anteriores de ansiedade, guiadas pela influente teoria de dois fatores13,geralmente assumiram o medo de conduzir a evasão. Correspondentemente, os paradigmas tradicionais de evasão12 envolvem duas fases experimentais, cada uma correspondendo a um fator: o primeiro a estabelecer o medo (condicionante pavloviano14) e o segundo para examinar a evasão (fase Instrumental15). Durante o condicionamento pré-clínico, um estímulo neutro (estímulo condicionado, CS+; por exemplo, um círculo) é emparelhado com um estímulo intrinsecamente aversivo (estímulo incondicionado, EUA; por exemplo, um choque elétrico), que naturalmente produz respostas nãocondicionadas (URs, por exemplo, medo). Um segundo estímulo de controle nunca é emparelhado com os EUA (CS-; por exemplo, um triângulo). Após os pares dos CSs com os EUA, o CS+ provocará medo em si mesmo (respostas condicionadas, CRs) na ausência dos EUA. O CS- vem para sinalizar segurança e não acionará as CRs. Posteriormente, durante o condicionamento instrumental, os participantes descobrem que suas próprias ações (respostas, R; por exemplo, apertar botões) levam a certas consequências (resultados; O, por exemplo, a omissão de choque)15,16. Se a resposta impedir um resultado negativo, a chance dessa resposta recorrente aumenta; isso é referido como reforço negativo15. Assim, na fase pavloviana dos paradigmas tradicionais de evasão, os participantes primeiro aprendem a associação CS-EUA. Posteriormente, na fase instrumental, uma resposta de evasão instruída por experimentadores (R) é introduzida, cancelando os EUA se realizada durante a apresentação de CS, estabelecendo uma associação R-O. Assim, o CS torna-se um estímulo discriminatório (SD),indicando o momento adequado para, e motivando o desempenho docondicionado R 15. Além de alguns experimentos que mostram condicionamento instrumental de relatos de dor17 e expressões faciais relacionadas à dor18, as investigações sobre os mecanismos de aprendizagem instrumental da dor, em geral, são limitadas.
Embora o paradigma de evasão padrão, descrito acima, tenha elucidado muitos dos processos subjacentes à evasão, ele também tem várias limitações5,19. Em primeiro lugar, não permite examinar o aprendizado, ou aquisição, da própria evasão, porque o experimentador instrui a resposta de evasão. Ter os participantes escolhendo livremente entre múltiplas trajetórias e, portanto, aprender quais respostas são dolorosas/seguras e quais trajetórias evitar/não evitar, modela com mais precisão a vida real, onde a evasão emerge como uma resposta natural à dor9. Em segundo lugar, nos paradigmas tradicionais de evasão, a resposta de evasão de botão-pressão vem sem nenhum custo. No entanto, na vida real, a evasão pode se tornar extremamente cara para o indivíduo. De fato, a evasão de alto custo interrompe especialmente o funcionamento diário5. Por exemplo, evitar a dor crônica pode limitar severamente a vida social e profissional das pessoas9. Em terceiro lugar, respostas dicotóticas como pressionar/não pressionar um botão também não representam muito bem a vida real, onde ocorrem diferentes graus de evasão. Nas seções a seguir, descrevemos como o paradigma robótico de alcance do braço20 aborda essas limitações, e como o paradigma básico pode ser estendido a múltiplas novas questões de pesquisa.
Aquisição de evasão
No paradigma, os participantes usam um braço robótico para realizar movimentos de alcance de braço de um ponto de partida para um alvo. Os movimentos são empregados como a resposta instrumental porque se assemelham a estímulos específicos para a dor e evocam o medo. Uma bola praticamente representa os movimentos dos participantes na tela (Figura 1),permitindo que os participantes sigam seus próprios movimentos em tempo real. Durante cada teste, os participantes escolhem livremente entre três trajetórias de movimento, representadas na tela por três arcos (T1-T3), diferindo um do outro em termos de quão esforçados eles são, e na probabilidade de serem emparelhados com um estímulo eletrocutâneo doloroso (ou seja, estímulo à dor). O esforço é manipulado como desvio da menor trajetória possível e maior resistência do braço robótico. Especificamente, o robô é programado de tal forma que a resistência aumenta linearmente com o desvio, o que significa que quanto mais os participantes se desviam, mais força eles precisam exercer sobre o robô. Além disso, a administração da dor é programada de modo que a trajetória mais curta e fácil (T1) é sempre emparelhada com o estímulo da dor (100% dor/nenhum desvio ou resistência). Uma trajetória intermediária (T2) é emparelhada com 50% de chance de receber o estímulo da dor, mas é necessário mais esforço (desvio moderado e resistência). A trajetória mais longa e esforçada (T3) nunca é emparelhada com o estímulo da dor, mas requer o maior esforço para atingir a meta (0% de dor/maior desvio, resistência mais forte). O comportamento de evasão é operacionalizado como o desvio máximo da trajetória mais curta (T1) por ensaio, que é uma medida mais contínua de evasão, do que, por exemplo, pressionar ou não pressionar um botão. Além disso, a resposta de evasão vem ao custo de um esforço maior. Além disso, dado que os participantes escolhem livremente entre as trajetórias do movimento e não são explicitamente informados sobre as contingências experimentais de R-O (trajetória-dor do movimento), o comportamento de evasão é adquirido instrumentalmente. O medo autorretratado on-line de dor relacionada ao movimento e a expectativa de dor foram coletados como medidas de medo condicionado em relação às diferentes trajetórias de movimento. A expectativa de dor também é um índice de conscientização de contingência e avaliação de ameaças21. Essa combinação de variáveis permite examinar a interação entre medo, avaliações de ameaças e comportamento de evasão. Utilizando esse paradigma, temos demonstrado consistentemente a aquisição experimental de evasão20,22,23,24.
Generalização da evasão
Ampliamos o paradigma para investigar a generalização da evasão23— um possível mecanismo que leva à evasão excessiva. A generalização do medo pavloviano refere-se à disseminação do medo a estímulos ou situações (estímulos de generalização, GSs) assemelhando-se ao CS+original, com o medo diminuindo com a diminuição da semelhança com o CS+ (gradiente de generalização)25,26,27,28. A generalização do medo minimiza a necessidade de aprender relações entre estímulos novamente, permitindo a rápida detecção de novas ameaças em ambientes em constante mudança25,26,27,28. No entanto, a generalização excessiva leva ao medo de estímulos seguros (GSs semelhantes ao CS-), causando assim sofrimento desnecessário28,29. Em consonância com isso, estudos que utilizam a generalização do medo pavloviano mostram consistentemente que os pacientes com dor crônica generalizam excessivamente o medo relacionado à dor30,31,32,33,34, enquanto controles saudáveis mostram generalização do medo seletivo. No entanto, quando o medo excessivo causa desconforto, a evasão excessiva pode culminar na incapacidade funcional, devido à prevenção de movimentos e atividades seguras, e aumento da atividade diária1,2,3,4,9. Apesar de seu papel fundamental na incapacidade crônica de dor, a pesquisa sobre a generalização da evasão é escassa. No paradigma adaptado para estudar a generalização da evasão, os participantes primeiro adquirem evasão, seguindo o procedimento descrito acima de20. Em uma fase de generalização subsequente, três novas trajetórias de movimento são introduzidas na ausência do estímulo da dor. Essas trajetórias de generalização (G1-G3) estão no mesmo contínuo das trajetórias de aquisição, assemelhando-se a cada uma dessas trajetórias, respectivamente. Especificamente, a trajetória de generalização G1 está situada entre T1 e T2, G2 entre T2 e T3, e G3 à direita de T3. Dessa forma, a generalização da evasão a novas trajetórias seguras pode ser examinada. Em um estudo anterior, mostramos generalização dos auto-relatos, mas não de evasão, sugerindo diferentes processos subjacentes para a generalização do medo e da evasão23.
Extinção da evasão com prevenção de respostas
O método primário de tratamento do alto medo do movimento na dor musculoesqueleta crônica é a terapia de exposição35— a contrapartida clínica à extinção pavloviana36, ou seja, a redução das RCs através da experiência repetida com o CS+ na ausência dos EUA36. Durante a exposição à dor crônica, os pacientes realizam atividades ou movimentos temidos a fim de desconfirmar crenças catastróficas e expectativas de danos34,37. Uma vez que essas crenças não necessariamente dizem respeito à dor em si, mas sim à patologia subjacente, nem sempre os movimentos são realizados sem dor na clínica34. De acordo com a teoria da aprendizagem inibitória38,39, a aprendizagem de extinção não apaga a memória do medo original (por exemplo, trajetória-dor do movimento); em vez disso, cria uma nova memória de extinção inibitória (por exemplo, trajetória de movimento – sem dor), que compete com a memória de medo original pararecuperação 40,41. A memória inibitória nova é mais dependente do contexto do que a memória de medo original40, considerando a memória de medo extinta suscetível ao ressurgimento (retorno do medo)40,41,42. Os pacientes são frequentemente impedidos de realizar comportamentos de evasão ainda sutis durante o tratamento de exposição (extinção com prevenção de resposta, RPE), para estabelecer a extinção genuína do medo, impedindo a atribuição indevida de segurança para evitar10,43.
Retorno da evasão
A recaída em termos de retorno da evasão ainda é comum em populações clínicas, mesmo após a extinção do medo43,44,45,46. Embora múltiplos mecanismos tenham sido encontrados para resultar no retorno do medo47, pouco se sabe sobre aqueles relacionados à evasão22. Neste manuscrito, descrevemos especificamente a recuperação espontânea, ou seja, o retorno do medo e da evasão devido à passagem do tempo40,47. O paradigma robótico de alcance de braço foi implementado em um protocolo de 2 dias para investigar o retorno da evasão. Durante o primeiro dia, os participantes recebem pela primeira vez treinamento de aquisição no paradigma, conforme descrito acima de20. Em uma fase RPE subsequente, os participantes são impedidos de realizar a resposta de evasão, ou seja, eles só podem realizar a trajetória associada à dor (T1) em extinção. Durante o dia 2, para testar a recuperação espontânea, todas as trajetórias estão disponíveis novamente, mas na ausência de estímulos de dor. Usando esse paradigma, mostramos que, um dia após a extinção bem sucedida, a evasão retornou22.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dado o papel fundamental da prevenção da incapacidade crônica de dor1,2,3,4,5, e as limitações enfrentadas pelos paradigmas tradicionais de evasão19, há necessidade de métodos para investigar comportamentos de evasão (relacionados à dor). O paradigma robótico de alcance de braço apresentado aqui aborda uma série dessas limi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada por uma bolsa vidi da Organização Holandesa de Pesquisa Científica (NWO), Holanda (Grant ID 452-17-002) e uma Bolsa sênior de pesquisa da Fundação de Pesquisa Flandres (FWO-Vlaanderen), Bélgica (ID de subvenção: 12E3717N) concedida a Ann Meulders. A contribuição de Johan Vlaeyen foi apoiada pelo financiamento estrutural de longo prazo “Asthenes” pelo Governo Flamengo, Bélgica.
Os autores desejam agradecer Jacco Ronner e Richard Benning da Universidade de Maastricht, por programar as tarefas experimentais, e projetar e criar os gráficos para os experimentos descritos.
Materials
| 1 computer and computer screen | Intel Corporation | 64-bit Intel Core | Running the experimental script |
| 40 inch LCD screen | Samsung Group | Presenting the experimental script | |
| Blender 2.79 | Blender Foundation | 3D graphics software for programming the graphics of the experiment | |
| C# | Programming language used to program the experimental task | ||
| Conductive gel | Reckitt Benckiser | K-Y Gel | Facilitates conduction from the skin to the stimulation electrodes |
| Constant current stimulator | Digitimer Ltd | DS7A | Generates electrical stimulation |
| HapticMaster | Motekforce Link | Robotic arm | |
| Matlab | MathWorks | For writing scripts for participant randomization schedule, and for extracting maximum deviation from shortest trajectory per trial | |
| Qualtrics | Qualtrics | Web survey tool for psychological questionnaires | |
| Rstudio | Rstudio Inc. | Statistical analyses | |
| Sekusept Plus | Ecolab | Disinfectant solution for cleaning medical instruments | |
| Stimulation electrodes | Digitimer Ltd | Bar stimulating electrode | Two reusable stainless steel disk electrodes; 8mm diameter with 30mm spacing |
| Tablet | AsusTek Computer Inc. | ASUS ZenPad 8.0 | For providing responses to psychological trait questinnaires |
| Triple foot switch | Scythe | USB-3FS-2 | For providing self-report measures on VAS scale |
| Unity 2017 | Unity Technologies | Cross-platform game engine for writing the experimental script including presentations of electrocutaneous stimuli |
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