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Behavior

ロボットアームに到達するパラダイムを用いた疼痛関連回避行動の調査

Published: October 03, 2020
doi:
10.3791/61717
, , , , ,
1Experimental Health Psychology,Maastricht University, 2Research Group Health Psychology,KU Leuven, 3Laboratory of Biological Psychology,KU Leuven

Summary

回避は慢性疼痛障害の中心であるが、疼痛関連回避を調べるための十分なパラダイムは欠けている。そこで、疼痛に関する回避行動がどのように学習(獲得)、他の刺激(一般化)に広がり、緩和(絶滅)、そしてその後の再出現(自然回復)を可能にするパラダイムを開発しました。

Abstract

回避行動は、急性疼痛から慢性疼痛障害への移行の重要な要因です。しかし、痛みに関連する回避を実験的に調査するための生態学的に有効なパラダイムが不足しています。このギャップを埋めるために、疼痛に関連する回避行動の発達の根底にあるメカニズムを調査するためのパラダイム(ロボットアームに達するパラダイム)を開発しました。既存の回避パラダイム(主に不安研究の文脈)は、パブロビアンの恐怖調整手順中に脅威に関連する刺激に重ね合わせた実験者指示、低コストの応答として、しばしば回避を運用しています。対照的に、現在の方法は、回避の器械学習(獲得)の点で生態学的妥当性を高め、回避応答にコストを加えることによって提供する。パラダイムでは、参加者はロボットアームを使用して出発点からターゲットまで腕を伸ばす動きを行い、3つの異なる移動軌道から自由に選択します。動きの軌跡は、痛みを伴う感電刺激と組み合わせる確率が異なり、偏差と抵抗性の面で必要な努力が必要です。具体的には、痛みを伴う刺激は、(部分的に)増加した努力を必要とする動きを行う費用で回避することができる。回避行動は、各試験における最短軌道からの最大偏差として運用可能である。新しいパラダイムが回避の獲得を理解するのにどのように役立つかについて説明することに加えて、(1)他の刺激(一般化)への回避の広がりを調べるロボットアームに達するパラダイムの適応、(2)実験室での臨床治療のモデリング(応答防止を用いた回避の絶滅)、および(3)絶滅後の回避の再発(自発的回復)について説明する。生態学的妥当性の向上と、拡張や適応のための多くの可能性を考えると、ロボットアームに達するパラダイムは、回避行動の調査を容易にし、その基礎となるプロセスの理解をさらに深める有望なツールを提供します。

Introduction

回避は、痛みの伝達の身体の脅威に適応的な応答です。しかし、痛みが慢性的になると、痛みや痛みに関連する回避は適応目的を失います。これに伴い、慢性疼痛1、2、3、4、5、6、7、8の恐怖回避モデルは、痛みを破滅的なものとして誤った解釈が起き、痛みを恐れて上昇し、回避行動を動機づける。 過度の回避は、身体的な使用の低下と日々の活動や願望への関与の減少のために慢性疼痛障害の発症と維持につながる可能性があります 1,2,3,4,5,9.さらに、痛みの欠如が回復よりもむしろ回避に起因する可能性があることを考えると、痛みに関連する恐怖と回避の自立サイクルを確立することができる10。

不安文献11,12における回避への最近の関心にもかかわらず、疼痛領域における回避に関する研究はまだ初期段階にある。影響力のある二因子理論13に導かれた以前の不安研究は、一般的に回避を促進する恐怖を想定している。これに対応して、従来の回避パラダイム12は、それぞれ1つの因子に対応する2つの実験段階を伴い、それぞれ1つの要因に対応する:第1(パブロビアンコンディショニング14段階)を確立し、第2の回避を調べる(インストゥルメンタル15段階)。差動パブロビアンコンディショニング中、中性刺激(条件付き刺激、CS+、例えば円)は本質的に回避的な刺激(無条件刺激、米国、例えば電気ショック)と組み合わせられ、自然に無条件の応答(U、例えば恐怖)を生み出す。第2の制御刺激は、米国(CS-;例えば三角形)と組み合わせることはありません。米国とのCCの組み合わせに続いて、CS+は米国の不在時に恐怖(条件付き応答、CSR)を引き出します。CS-は安全を知らせ、CSRを引き起こさない。その後、インストゥルメンタルコンディショニング中に、参加者は自分の行動(応答、R、例えばボタン押し)が特定の結果(結果)につながることを学ぶ。O、例えば、ショックの省略)15、16。応答が否定的な結果を防ぐと、その応答が繰り返される可能性が高くなります。これは負の補強15と呼ばれます。したがって、伝統的な回避パラダイムのパブロビアン段階では、参加者は最初にCS-US協会を学びます。続いて、インストゥルメンタル段階において、実験者指示回避応答(R)が導入され、CSプレゼンテーション中に行われた場合に米国をキャンセルし、R-Oアソシエーションを確立する。このように、CSは、判別刺激(SD)となり、適切な瞬間を示し、かつ、条件付きR15の性能を動機づける。疼痛報告17および疼痛関連の表情18の器械的なコンディショニングを示すいくつかの実験とは別に、疼痛の器械学習機構に関する調査は、一般に、限定的である。

上記の標準的回避パラダイムは、回避の根底にある多くのプロセスを解明しているが、それにもいくつかの制限がある5、19。第1に、実験者が回避応答を指示するので、回避自体の学習、または取得を調べることは許されない。参加者が複数の軌道から自由に選択し、したがって、どの応答が痛み/安全で、どの軌道を避けるか避けるべきか、より正確に現実の現実をモデル化し、回避が痛み9に対する自然な反応として現れる。第二に、従来の回避パラダイムでは、ボタンプレス回避応答は無償で行います。しかし、実際の生活の中で、回避は個人にとって非常に高価になる可能性があります。実際、高コスト回避は特に毎日の機能を中断します 5.例えば、慢性疼痛の回避は、人々の社会的および働く生活を厳しく制限することができます9.第三に、ボタンを押す/押さないなどの二分応答も、異なる程度の回避が起こる現実の生活をあまりよく表さない。以降のセクションでは、ロボットアームに達するパラダイム20がこれらの制限にどのように対処し、基本的なパラダイムを複数の新しい研究の質問に拡張できるかについて説明します。

回避の獲得
パラダイムでは、参加者はロボットアームを使用して、スタート地点からターゲットまでの腕に達する動きを行います。運動は、痛みを伴う恐怖を呼び起こす刺激によく似ているため、インストゥルメンタル応答として採用されています。ボールは、画面上の参加者の動きを事実上表します (図 1)、参加者は自分の動きをリアルタイムで追い込めます。各試験の間、参加者は3つのアーチ(T1-T3)によって画面上に表される3つの運動軌道の間で自由に選択し、彼らがどれほど努力しているか、そして痛みを伴う感電刺激(すなわち痛み刺激)と組み合わされる可能性の点で互いに異なる。努力は最短の軌道からの偏差およびロボットアームからの抵抗の増加として操作される。具体的には、ロボットは抵抗が偏差とともに直線的に増加するようにプログラムされているため、参加者が逸脱すればするほど、ロボットに対してより多くの力を発揮する必要があります。さらに、疼痛投与は、最短で最も簡単な軌道(T1)が常に疼痛刺激(100%疼痛/偏差または抵抗性)と対たされるようなプログラムされる。中間軌道(T2)は、疼痛刺激を受ける確率が50%と組み合わせられますが、より多くの努力が必要です(適度な偏差と抵抗性)。最も長く、最も努力的な軌道(T3)は痛みの刺激と組み合わされることはありませんが、目標に到達するために最も努力が必要です(0%の痛み/最大の偏差、最も強い抵抗)。回避行動は、例えばボタンを押すか押さないかよりも、回避のより連続的な尺度である、試行あたりの最短軌道(T1)からの最大偏差として運用可能である。さらに、回避応答は、努力の増加を犠牲にして来る。さらに、参加者が自由に移動軌道を選択し、実験R-O(運動軌道痛)不測の状態について明示的に知らされないことを考えると、回避行動は器械的に獲得される。オンライン自己報告された運動関連の痛みと痛みの期待に対する恐怖は、異なる運動軌道に対する条件付き恐怖の尺度として収集されている。疼痛の期待は、危機管理意識と脅威評価21の指標でもあります。この変数の組み合わせにより、恐怖、脅威評価、回避行動の間の相互作用を精査できます。このパラダイムを用いて、我々は一貫して回避20、22、23、24の実験的獲得を実証してきた。

回避の一般化
我々は、回避の一般化を調査するためにパラダイムを拡張しました23– 過剰な回避につながる可能性のあるメカニズム.パブロビアン恐怖の一般化とは、元のCS+に似た刺激または状況(汎化刺激、GS)への恐怖の拡散を指し、CS+(一般化勾配)25、26、27、28との類似性が低下して恐怖が減少する。恐怖の一般化は、刺激の関係を新たに学ぶ必要性を最小限に抑え、変化し続ける環境25、26、27、28の新たな脅威を迅速に検出できるようにします。しかし、過度の一般化は安全な刺激(CS-に類似したGS)の恐れにつながり、不必要な苦痛を引き起こす28、29。これに沿って、パブロビアン恐怖一般化を用いた研究は、慢性疼痛患者が痛み関連の恐怖を過度に一般化することを一貫して示している30、31、32、33、34、健康なコントロールは選択的な恐怖一般化を示す。しかし、過度の恐怖が不快感を引き起こす場合、過度の回避は、安全な動きや活動の回避、および毎日の活動離脱1、2、3、4、9の増加により、機能的障害で最高潮に達する可能性がある。慢性疼痛障害における重要な役割にもかかわらず、回避の一般化に関する研究はほとんどありません。回避の一般化を研究するために適応されたパラダイムにおいて、参加者はまず回避を獲得し、上記20の手順に従う。その後の一般化段階では、疼痛刺激がない場合に3つの新しい運動軌跡が導入される。これらの一般化軌道(G1-G3)は、それぞれこれらの軌道に似た、取得軌道と同じ連続体上にあります。具体的には、一般化軌道G1はT1とT2の間、T2とT3の間のG2、およびT3の右側にG3の間に位置する。このようにして、新しい安全軌道への回避の一般化を検討することができる。以前の研究では、自己報告の一般化を示したが、回避ではなく、痛みに関連する恐怖と回避の一般化のための異なる根本的なプロセスを示唆している可能性がある23。

応答防止を伴う回避の消滅
慢性筋骨格痛における運動の高い恐怖を治療する主な方法は、暴露療法35である—パブロビアン絶滅36に対する臨床的な対応性、すなわち、米国36の不在時のCS+との反復経験によるCSRの減少である。慢性疼痛の暴露の間に、患者は、害の壊滅的な信念と害の期待を確認するために恐れられた活動や動きを行う34,37.これらの信念は必ずしもそれそれ以上の痛みを関係するものではなく、むしろ基礎となる病理であるので、運動は必ずしもクリニック34で痛みのない行われず。阻害学習理論38,39によると,絶滅学習は元の恐怖記憶(例えば、運動軌道痛)を消さない。むしろ、それは新しい抑制的な絶滅記憶(例えば、移動軌道なし痛み)を作成し、検索のための元の恐怖記憶と競合する40、41。新しい抑制記憶は、元の恐怖記憶40よりも文脈依存性が高く、消滅した恐怖記憶が再出現(恐怖の帰還)40、41、42に感受性であると考える。患者は、暴露治療中に微妙な回避行動(応答予防による消滅、RPE)を行うことさえ妨げられることが多く、回避10,43への安全性の誤った帰属を防ぐことによって真の恐怖の絶滅を確立する。

回避の返還
回避の戻りという点での再発は、恐怖43、44、45、46の絶滅後でさえ、臨床集団において依然として一般的である。恐怖47の復帰をもたらす複数のメカニズムが見つかっているが、回避22に関するものについてはほとんど知られていない。本稿では、時間40,47の経過による恐怖と回避の帰還という、自発的な回復について具体的に説明する。ロボットアームに到達するパラダイムは、回避のリターンを調査するために2日間のプロトコルで実装されています。1 日目の間に、参加者は最初にパラダイムで取得トレーニングを受けます。その後のRPE相において、参加者は回避応答を行うことを妨げられ、すなわち、それらは、苦痛関連の軌道(T1)を絶滅の下でのみ行うことができる。2日目、自発的な回復をテストするために、すべての軌道が再び利用可能であるが、痛みの刺激がない場合。このパラダイムを使用して、我々は、正常な絶滅の翌日、回避が22を返したことを示しました。

Protocol

ここに示すプロトコルは、KUルーヴェンの社会社会倫理委員会(登録番号:S-56505)とマーストリヒト大学の倫理審査委員会心理学と神経科学(登録番号:185_09_11_2017_S1と185_09_11_2017_S2_A1)の要件を満たしています。 1. 試験セッションの準備 テストセッションの前に:痛み覚醒の伝達、実験の一般的な概要、除外基準について参加者に知らせる電子メールを送信します。健康?…

Representative Results

回避挙動の獲得は、取得フェーズの終わりにより多くの(最短軌道からの大きな最大偏差を示す)を回避する参加者によって、取得フェーズの開始(図2、Aで示される)20、またはYoked対照群(図3)23、48と比較して)によって実証される。 恐怖および疼痛期待の獲得は、T1お?…

Discussion

慢性疼痛障害1、2、3、4、5における回避の重要な役割と、従来の回避パラダイム19が直面する限界を考えると、(疼痛関連の)回避行動を調査する方法が必要である。ここで示すロボットアームに到達するパラダイムは、これらの制限の数に対処します。?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は、オランダ科学研究機構(NWO)、オランダ(助成金ID 452-17-002)、ベルギーのフランダース研究財団フランダース(FWO-Vlaanderen)の上級研究員(助成金ID:12E3717N)からのVidi助成金によって支えられました。ヨハン・ヴライェンの貢献は、ベルギーのフランダース政府によるメトゥザレムの長期資金である「アセネス」の長期的な資金によって支えられた。

著者らは、マーストリヒト大学のJacco Ronnerとリチャード・ベニングに、実験タスクをプログラミングし、説明された実験のためのグラフィックスを設計し、作成してくれたことに感謝したいと考えています。

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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Glogan, E., Gatzounis, R., Vandael, K., Franssen, M., Vlaeyen, J. W. S., Meulders, A. Investigating Pain-Related Avoidance Behavior using a Robotic Arm-Reaching Paradigm. J. Vis. Exp. (164), e61717, doi:10.3791/61717 (2020).
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