शास्त्रीय डर कंडीशनिंग प्रतिमान एक पूरी तरह से immersive आभासी वास्तविकता सेटिंग में मानव प्रतिभागियों के लिए अनुकूलित किया गया था. एक भेदभाव प्रतिमान का प्रयोग, वातानुकूलित डर क्यू, और संदर्भ स्मृति प्रतिधारण, और विलुप्त होने गतिशील आभासी दो अलग आभासी संदर्भों में सांप और मकड़ियों (वातानुकूलित उत्तेजनाओं) के लिए त्वचा प्रवाहकत्त्व प्रतिक्रिया के साथ मापा गया था.
Fear conditioning is a widely used paradigm in non-human animal research to investigate the neural mechanisms underlying fear and anxiety. A major challenge in conducting conditioning studies in humans is the ability to strongly manipulate or simulate the environmental contexts that are associated with conditioned emotional behaviors. In this regard, virtual reality (VR) technology is a promising tool. Yet, adapting this technology to meet experimental constraints requires special accommodations. Here we address the methodological issues involved when conducting fear conditioning in a fully immersive 6-sided VR environment and present fear conditioning data.
In the real world, traumatic events occur in complex environments that are made up of many cues, engaging all of our sensory modalities. For example, cues that form the environmental configuration include not only visual elements, but aural, olfactory, and even tactile. In rodent studies of fear conditioning animals are fully immersed in a context that is rich with novel visual, tactile and olfactory cues. However, standard laboratory tests of fear conditioning in humans are typically conducted in a nondescript room in front of a flat or 2D computer screen and do not replicate the complexity of real world experiences. On the other hand, a major limitation of clinical studies aimed at reducing (extinguishing) fear and preventing relapse in anxiety disorders is that treatment occurs after participants have acquired a fear in an uncontrolled and largely unknown context. Thus the experimenters are left without information about the duration of exposure, the true nature of the stimulus, and associated background cues in the environment1. In the absence of this information it can be difficult to truly extinguish a fear that is both cue and context-dependent. Virtual reality environments address these issues by providing the complexity of the real world, and at the same time allowing experimenters to constrain fear conditioning and extinction parameters to yield empirical data that can suggest better treatment options and/or analyze mechanistic hypotheses.
In order to test the hypothesis that fear conditioning may be richly encoded and context specific when conducted in a fully immersive environment, we developed distinct virtual reality 3-D contexts in which participants experienced fear conditioning to virtual snakes or spiders. Auditory cues co-occurred with the CS in order to further evoke orienting responses and a feeling of “presence” in subjects 2 . Skin conductance response served as the dependent measure of fear acquisition, memory retention and extinction.
1. परिणाम
समतुल्य सत्र के भीतर भय और समूहों में अधिग्रहण विलुप्त होने (चित्रा 3) पाया गया था. इन आंकड़ों से संकेत मिलता है कि विश्वसनीय और जानकारीपूर्ण डर कंडीशनिंग अध्ययन की कमी और एक पूरी तरह से immersive वातावरण की क्षमताओं के भीतर किया जा सकता है है. इसके अलावा हम भी गोता (प्रतिभागियों जो दिन 1 और 2 के लिए इसी संदर्भ, जो एक संदर्भ बदलाव अनुभवी के सापेक्ष में बने रहे) में समान प्रसंग डर प्रतिधारण प्रतिभागियों में मजबूत प्रासंगिक डर स्मृति प्रदर्शित करता है. भय के प्रतिधारण है कि एक पारंपरिक 16 प्रतिमान मिलान प्रयोगशाला में मनाया (चित्रा 3 देखें) की तुलना में गोता में मजबूत है. Immersive वी.आर. सेटअप के साथ, एक भी जांच और अमीर प्रासंगिक वातावरण में हेरफेर करने के लिए प्रयोगशाला स्थापित करने में जहां यथार्थवादी multimodel संदर्भ जोड़तोड़ को पूरा करने के लिए मुश्किल हैं विपरीत मानव में कथात्मक स्मृति प्रक्रियाओं, जांच कर सकते हैं. अंत में, वी.आर. दुनिया आसानी से कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) त्रिविम वी.आर. चश्मे का उपयोग करने के लिए एन्कोडिंग या भय, अधिग्रहण, विलुप्त होने, और डूबने का पुनर्प्राप्ति के दौरान मस्तिष्क सक्रियण विश्लेषण आचरण के साथ संयोजन के रूप में इस्तेमाल के लिए रखी जा सकता है. इस पद्धति को पुल कृंतक और भय और चिंता में नैदानिक निष्कर्षों करने के लिए उपयोग किया जा सकता है.
2. संदर्भ और आभासी वास्तविकता में उत्तेजना जोखिम नियंत्रण.
प्रायोगिक उपयोग के लिए वी.आर. शोषण के साथ एक प्रमुख मुद्दा भी अपनी ताकत है. विशेष रूप से, पूरी तरह से immersive वी.आर. जटिलता, घालमेल कर दिया है, और वास्तविक दुनिया की स्वतंत्रता प्रदान करता है. उदाहरण के लिए, वास्तविक जीवन में, आघात पीड़ितों के समय की एक अज्ञात राशि के लिए एक संदर्भ में एक aversive उत्तेजना का अनुभव है. प्रासंगिक जोखिम, विशिष्ट सुविधाओं और अन्य संवेदी इनपुट है कि भाग लिया भी अज्ञात है, या नहीं confirmable. द्वारा एक ही टोकन, अगर हम प्रतिभागियों आज़ादी आभासी वातावरण का पता लगाने के लिए अनुमति थे हम संदर्भ या प्रोत्साहन जोखिम समय या अवधि के लिए खाते में सक्षम नहीं होगा. उदाहरण के लिए, एक भागीदार बहुत जल्दी चलना, कर सकते हैं और 3 4 सीएस + प्रस्तुतियों के बाहर याद आती है. एक और आभासी अपार्टमेंट में केवल एक कमरे का पता लगाने सकता है. इसी तरह, अगर प्रोत्साहन प्रस्तुति स्क्रीन के केंद्र, जहां टकटकी पहले शुरू करने के लिए निर्देशित है में निर्दिष्ट नहीं है, प्रतिभागियों से बचने या सीएस प्रस्तुतियों याद आएगी. हमारे इन संभावित घालमेल समाधान के लिए एक बैठा है, एक दर है कि एक विशिष्ट interstimulus अंतराल (आईएसआई) और उत्तेजना की अवधि के लिए अनुमति होगी पर प्रत्येक परिवेश के एक निर्देशित दौरे पर प्रतिभागियों लेने के लिए किया गया था. हम तो विशिष्ट समय अंक और सभी प्रतिभागियों भर में विशिष्ट स्थानों (जैसे, सीएस +, अमेरिका, और सीएस उत्तेजनाओं प्रतिक्रियाएं) से तुलनीय SCR डेटा निकालने सकता है. कठिनाइयाँ यह निर्णय एक पथ आकार, लंबाई, और आंदोलन दर है कि मतली या भागीदार proprioceptive मतभेद का कारण नहीं होता ढूँढने शामिल के बाद का सामना करना पड़ा, और अभी तक उचित महसूस करने के लिए एक उपन्यास के वातावरण के माध्यम से प्राकृतिक ambulation नकल.
3. एक वी.आर. प्रणाली के लिए मानक डर कंडीशनिंग मापदंडों को लागू.
जंगली जीवन छवियों के बाद यथार्थवादी वातानुकूलित उत्तेजनाओं सांप और मकड़ियों का अनुकरण डिजाइन किए गए थे. सांप और मकड़ियों पहले माया, एक कंप्यूटर ग्राफिक्स 3 डी मॉडलिंग और एनीमेशन सॉफ्टवेयर पैकेज और फिर वी.आर. प्रणाली में आयात में modeled थे. हम यह किया है क्योंकि Virtools एक आभासी वास्तविकता संलेखन, एक मॉडलिंग आवेदन नहीं प्रणाली है. इसलिए यह सबसे अच्छा है के लिए एक वी.आर. प्रणाली को चलाने के लिए और बातचीत और एक दृश्य नेविगेशन जोड़ने के लिए इस्तेमाल किया. विशेष रूप से, माया में प्रत्येक सीएस प्रकार के लिए चार अलग एनिमेशन (जैसे, एक coiled साँप, एक मंजिल भर में चल रहा है मकड़ी, खुले मुंह के साथ एक साँप आगे lunging) बनाया गया था और तब से Virtools में आयातित.
माया से Virtools में गतिशील साँप और मकड़ी मॉडल आयात करने से पहले, एक पथ Virtools में बनाया गया था एक चिकनी परिपत्र फैशन में आसपास के माहौल भागीदार गाइड के रूप में 32 वातानुकूलित उत्तेजना प्रस्तुतियों के पाठ्यक्रम पर भय के दौरान पर्यावरण के नमूने की अनुमति कंडीशनिंग. पथ के हमारे तीन आभासी दुनिया में से प्रत्येक के लिए एक ही आकार है. पथ प्रत्येक उत्तेजना प्रस्तुति के लिए चार सेकंड के लिए बंद करने के लिए बनाया गया था, interstimulus अंतराल 11 + / – 4 सेकंड के दौरान जो विषय पर्यावरण के माध्यम से धीरे धीरे आगे बढ़ रहा था (निर्देशित किया जा रहा है). इस अंतराल हमारी प्रयोगशाला 8, 16 में पिछले डर कंडीशनिंग प्रयोगों से निर्धारित किया गया था क्योंकि यह उत्तेजना प्रस्तुतियों के बीच की त्वचा प्रवाहकत्त्व प्रतिक्रिया की वसूली के लिए अनुमति देता है. उत्तेजनाओं तो समय पैरामीटर द्वारा निर्दिष्ट बिंदुओं पर रास्ते पर रखा गया है. इस सेटअप विशिष्ट उत्तेजना और संदर्भ (जैसे, एक भोजन कक्ष मेज, सोफे पैर के चारों ओर घूमना मकड़ी पर slithering साँप) संयोजक, जो बाद में स्पष्ट स्मृति के लिए जांच की जा सकता है बनाया. उत्तेजनाओं दिखावे स्क्रिप्ट के माध्यम से छद्म यादृच्छिक थे. सभी उत्तेजना प्रस्तुतियों के बीच में दिखाईप्रोत्साहन के लिए खोज करने से भागीदार को रोकने के सामने स्क्रीन. यह हमें प्रोत्साहन जोखिम समय की एक नियंत्रित मात्रा, और एक परिभाषित संदर्भ स्थान के साथ प्रदान की है. आगे देखने की एक सीमा है कि यह immersive सिस्टम (जैसे, सांप भागीदार के पीछे से कमरे में प्रवेश नहीं कर सकते हैं) के पूर्ण क्षमताओं का लाभ नहीं ले करता है. इसके अतिरिक्त, उत्तेजनाओं को ध्यान से प्रतिभागियों स्थान के आसपास थे सीमा बॉक्स के बाहर रखा प्रतिभागियों निजी अंतरिक्ष पर इतना है कि कभी सांप और मकड़ियों अतिक्रमण.
4. बिंदु और सिर ट्रैकिंग.
गोता के कोण सेट किया गया था ताकि एक बैठा स्थिति से भागीदार एक सही कोण आगे का सामना करना पड़ रहा था. यह प्रतिभागियों के बीच ऊंचाई में बदलाव के लिए नियंत्रित, और हमारे शारीरिक रिकॉर्डिंग पर आंदोलन कलाकृतियों कम से कम. प्रतिभागियों को आगे का सामना करने के लिए और के रूप में संभव के रूप में में छोटे कदम के निर्देश दिए थे, यह भी जहां प्रतिभागियों देख रहे थे के लिए नियंत्रित, और इसलिए लगातार प्रोत्साहन और प्रतिभागियों के बीच संदर्भ जोखिम को बनाए रखा. हम 3 डी प्रतिभागियों द्वारा पहना वे सही परिप्रेक्ष्य के साथ दृश्य देख रहे थे करने के लिए सुनिश्चित करें चश्मे में एक सिर ट्रैकिंग डिवाइस पर बारी करने का फैसला किया. अगर सिर पर नज़र रखने के लिए, सिर छोड़ दिया है या सही सही ढंग से कैसे वस्तुओं दुनिया में दिखाई नहीं रोक देना चाहते हैं (जैसे वस्तुओं गोता में स्क्रीन पर आमादा प्रकट होता है के रूप में प्रतिभागियों के माध्यम से चला गया है) के लिए आंदोलन नहीं किया गया है निर्वाचित किया गया था. सिर पर नज़र रखने के लिए निर्वाचित के साथ, हमें यकीन है कि वातावरण में सुविधाओं के अपने सामान्य अनुपात को बनाए रखा और तैयार थे सही ढंग से प्रयोग की अवधि के लिए गोता के छह दीवारों के प्रत्येक पर किया जा सकता है.
5. डेटा संग्रह.
हमारे डर 8 कंडीशनिंग के मानक प्रयोगशाला संस्करण में 16, उत्तेजना प्रस्तुति प्रस्तुति सॉफ्टवेयर पैकेज में क्रमादेशित कंप्यूटर स्क्रिप्ट के द्वारा नियंत्रित किया गया था. प्रयोगशाला और आभासी वातावरण के बीच निरंतरता बनाए रखने के लिए आदेश में, हम कोड प्रारूप में हमारे मानक डर के अधिग्रहण और विलुप्त होने लिपियों नियंत्रण कक्ष में नियंत्रण कंप्यूटर है कि गोता क्यूब मेजबान (चित्रा 1 देखें) के लिए आयातित. समानांतर बंदरगाह कोड के लिए सांख्यिक कोड की एक उत्पन्न सूची भेजने के लिए ऐसे सांप, मकड़ी, और बिजली की उत्तेजना onsets की प्रस्तुतियों के रूप में अलग घटनाओं, संकेत करने के लिए स्थापित किया गया था. हमारे डिजाइन में, Virtools एक ओपन ध्वनि नियंत्रण संदेश भेजता है (17 OSC) एक कस्टम सी + + प्रोग्राम है कि समानांतर बंदरगाह मूल्य सेट OSC / UDP संदेश . हमारे सी + + कार्यक्रम OSCpack 18 पुस्तकालय का उपयोग करता है .
BIOPAC डिजिटल इनपुट कंप्यूटर समानांतर बंदरगाह से जुड़ा है. SCR डेटा लैपटॉप कंप्यूटर पर BIOPAC से समानांतर बंदरगाह के माध्यम से एकत्र की है, तो सामान्यीकृत, और सीएस गणना + / सीएस और विशिष्ट मापदंडों के भीतर अमेरिका onsets (विवरण के लिए ऊपर देखें). दृश्य प्रतिपादन और नेविगेशन को नियंत्रित करने के अलावा, Virtools भी उपयोगकर्ता घटनाओं (बटन प्रेस) लॉग इन किया है. सारांश में, एक प्रयोग के दौरान, संदेश मास्टर कंप्यूटर से समानांतर बंदरगाह के माध्यम से BIOPAC प्रणाली को भेजा जाता है. क्योंकि Virtools समानांतर बंदरगाह के साथ कंप्यूटर पर संवाद नहीं कर सकते हैं सीधे एक छोटी सी सी + + कार्यक्रम Virtools से एक OSC संदेश के लिए सुनता है और फिर यह समानांतर बंदरगाह को पहुंचाता है.
The authors have nothing to disclose.
हम अपने काम के लिए Virtools बनाने के 3 – डी माया और एरिक Monson में योजनाबद्ध चित्र के लिए दुनिया में Holton थॉम्पसन धन्यवाद. अनुसंधान हिस्से में postdoctoral F32 एनआईएच MH078471 द्वारा प्रायोजित किया गया था एनसीएच करने के लिए, और KSL RO1 DA027802 NIDA. गोता BCS 0420632 NSF द्वारा वित्त पोषित किया गया था.