Damos las gracias a Holton Thompson por su trabajo en la creación de Virtools en 3-D en mundos mayas y Eric Monson de los dibujos esquemáticos. La investigación fue patrocinada en parte por postdoctoral NIH F32 MH078471 de NCH, y NIDA RO1 DA027802 de KSL. El buceo fue financiado por la NSF BCS-0420632.

A. Los estímulos y de las tareas 1. Diseño en general. Se examinaron las influencias del contexto sobre la adquisición de miedo y de retención de la memoria en dos días. Este diseño está en paralelo con los estudios con roedores que dan cuenta de los procesos de consolidación neurobiológicos de la formación de memoria a largo plazo 3 y contingencias del mundo real en que el miedo es aprendido en una distancia temporal de la terapia de exposición y las experiencias re-. Dinámica estímulos condicionados (CS) (serpientes y arañas en movimiento) se encuentran en un entorno totalmente virtual inmersiva conocido como entorno virtual inmersivo de Duke (DIVE), y se emparejaron condicional con la presentación de la estimulación eléctrica de muñeca. El miedo a diferencia de procedimiento de acondicionamiento fue contratado con la respuesta conductancia de la piel (SCR) como una medida dependiente del miedo. Aquí se demuestra el miedo condicionado y retención de la memoria posterior que se ha probado durante dos días en la inmersión en 26 participantes sanos, hombres y mujeres, de edades 18-30 años de edad en la Universidad de Duke. Este protocolo fue aprobado y de acuerdo con las normas de la Universidad de Duke IRB. 2. Participante establecido de inmersión. El buceo es completamente cerrada, de seis lados, 3m x 3m x 3m, back-proyecta la realidad virtual (VR) medio ambiente. El buceo se encuentra en un cubo de 30 pies construido especialmente (Sala de Control (VisRoom), Figura 1) en el Centro de Ingeniería Interdisciplinaria, Medicina y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Duke. Condicionamiento del miedo en la inmersión se realizó como se describió anteriormente. Los participantes estaban sentados en el centro de la inmersión hacia delante con la cabeza en el seguimiento de los anteojos 3-D. Los participantes se toman en un fijo &quot;paseo virtual por el entorno declarado durante cada fase de aprendizaje, donde las serpientes y las arañas virtuales se encuentran. Estas limitaciones posturales se hicieron para evitar los mareos, cuenta la variabilidad en la altura, el control de la cantidad de contexto y la exposición de estímulo entre los participantes, y para asegurar que la presentación visual es realista, actualizada según el movimiento de los participantes a través del escenario. 3. Discriminación procedimiento de acondicionamiento. Un procedimiento de discriminación se utilizó, en el que la presentación de un CS visual es parcialmente reforzada (40% tasa de refuerzo) por un estímulo co-terminación eléctrica, el estímulo no condicionado (EE.UU.) durante la fase de adquisición. Los participantes fueron asignados a una de dos condiciones: la adquisición de miedo a las serpientes o las arañas virtuales virtual. Los estímulos reforzado emparejados con los EE.UU. se les conoce como &quot;CS +, mientras que el otro estímulo visual&quot; CS-&quot;está explícitamente no apareados como un control. + CS y CS-fueron asignados al azar y contrapeso entre los grupos. 4. Los estímulos condicionados. Los estímulos eran serpientes y arañas dinámica que aparecen de forma individual en el centro y el centro de la pantalla frontal de la inmersión con una duración de 4 segundos. Esta co-producido con un estímulo auditivo de señalización de la aparición de una serpiente o una araña para alertar a los participantes a la presencia de un nuevo estímulo en el medio ambiente (sonajero o golpeteo, respectivamente). El mundo virtual, junto con las arañas ad serpientes fueron creadas usando el software de animación Maya e importados en el software Virtools (VirTool SA, la Compañía del comportamiento, París, Francia) para ver en la inmersión. 5. Estímulo no condicionado. La estimulación eléctrica se ajustó antes del inicio del experimento en función del nivel de tolerancia de cada sujeto con el fin de facilitar las comparaciones de grupo y eliminar las influencias de confusión de la excitación general las diferencias de nivel entre los grupos 4, 5. El nivel de estimulación fue elegido por cada participante que su percepción de &quot;muy molesto pero no doloroso mediante un procedimiento de escalera ascendente. Voltaje se estableció inicialmente en un nivel bajo de 30 V y un aumento en incrementos de 5 V hasta que los participantes indicaron que sus nivel de tolerancia había llegado sin provocar dolor de estimulación (200 mseg de duración entregado a 30-50 Hz), se administró de forma transcutánea sobre el nervio mediano de la muñeca de los participantes dominantes por una superficie bipolar de estimulación de los electrodos (21 mm distancia entre electrodos:. Grass-Telefactor modelo de elementos finitos 10S2, West Warwick, RI). Los cables de electrodos fueron asegurados por una correa de goma y se adjunta a una hierba-Telefactor SD-9 estimulador a través de cables coaxiales que estaban protegidos y con toma a través de un filtro de radiofrecuencia. Un gel de base salina (Sigma Gel: Laboratorios Parker, Fairfield, Nueva Jersey) fue utilizado como un conductor de electrolitos (ver Figura 2) Los participantes se les dijo que todos los pulsos que se entregará con la misma intensidad.. 6. Las fases de formación. El experimento descrito aquí se llevó a cabo en dos sesiones con un retraso de 24 horas. Durante los abetossesión de t, el período de acostumbramiento inicial consistió en cuatro ensayos de cada tipo CS visto en un fondo gris en 3-D de inmersión total, pero presenta sin refuerzo o el mundo virtual en el que la formación o durante la prueba. Esta fase permite la aclimatación al ambiente experimental en la inmersión y la reducción de orientar las respuestas a los estímulos condicionados. Inmediatamente después de la fase de habituación, la fase de adquisición temor consistía en 16 ensayos entremezclados de cada tipo CS, en la que el CS-se presenta solo y 5 de las pruebas de 16 + CS se refuerzan. Aproximadamente 24 horas más tarde, las pruebas de retención de la memoria y la formación de la extinción se produjo. Esta fase consistió en 16 ensayos de cada tipo de CS sin EE.UU., en un contexto virtual que sea el mismo o diferente del contexto de adquisición de miedo (contrapeso entre los participantes). Un contexto es un ambiente interior (interior de un apartamento amueblado de contexto, A) y el contexto de otro era un ambiente al aire libre (escena de la vecindad, el Contexto B). Los sujetos fueron asignados al azar a un grupo experimental, lo que determinó el orden de presentación en el contexto de los días 1 y 2. Que fueron asignados a la condición de ese mismo contexto (AA o BB) o una condición de Cambio de contexto (AB o BA). La longitud del camino y luego fueron agrupados por la coherencia entre los mundos virtuales, así como el número y la colocación de los objetos / estímulos en los diferentes ambientes. 7. Los parámetros experimentales. El intervalo entre ensayos fue de 14 ± 2 seg. La secuencia de la CSS fue pseudoaleatorio, sujeto a la restricción de que no más de 2 ensayos de la misma CS ocurren consecutivamente (para evitar inducciones de confusión del estado de ansiedad y la expectativa cognitiva). Reforzamiento parcial (40%) de los + CS se utiliza para retrasar la extinción rápida que normalmente se produce en los participantes humanos tras CS 100% de refuerzo + 6,7. Además, proporciona un refuerzo parcial de contingencia acondicionado más realista en la medida en que los acontecimientos aversivos no siempre se producen después de un estímulo temido. 8. Instrucciones de Trabajo. Antes de cada fase experimental, los participantes fueron informados sobre las características de diseño siguientes: que se encontrarían las serpientes y las arañas de animación en el entorno virtual, sino que se guiará a través del entorno en un paseo virtual a lo largo de una ruta fija, y pueden recibir la estimulación eléctrica en la muñeca en el nivel que se estableció antes del acondicionamiento en cualquier momento durante el estudio. Ellos fueron instruidos para enfrentar directamente hacia adelante y atender a las imágenes de serpientes y arañas se presentan en el centro de la pantalla frontal, y recordó que no tenía ningún control sobre su propio movimiento a través del mundo o la aparición de la estimulación eléctrica. También se les informó que podían terminar el estudio en cualquier momento sin penalización alguna para ellos. B. Medidas psicofisiológicas 1. Recopilación de datos. SCR se utilizó como medida dependiente de miedo, como se describió anteriormente 4, 6. SCR se registró a través de un sistema de monitoreo psicofisiológicos (Biopac Systems, Santa Barbara, CA). SCR fue supervisado de plata-plata discos cloruro de electrodos conectados por correas de velcro de las falanges medias de los días 1 y 2 dedos de la mano no dominante. Un gel de base salina (Sigma Gel) fue utilizado como un electrolito conductor. Los sujetos fueron instruidos para mantener su mano quieta para evitar artefactos de movimiento en el electrodo de registro SCR. Conduce alcanzado el sistema de grabación BIOPAC fisiológico que se encuentra a las afueras de la inmersión en la sala de control. El sistema BIOPAC sincroniza con el ordenador la presentación del estímulo con software Virtools. La Figura 1 ilustra un participante en la inmersión, inmerso en el contexto A. La técnica puesta a punto del equipo de control (Virtools y la generación de script), BIOPAC (SCR), y estimulador eléctrico se ilustra en la Figura 2. Conductancia de la piel se tomaron muestras a 200 Hz, se amplifica y se almacena para su análisis fuera de línea con AcqKnowledge software (Biopac Systems, Santa Barbara, CA). Virtools software controla la presentación del estímulo y dispara el generador de descargas a través de National Instruments DIO-24 tarjetas de adquisición de datos (Austin, TX). Las formas de onda registradas son de paso bajo filtrada utilizando una ventana de Blackman (frecuencia de corte = 31 Hz) y se alisa más de 3 puntos de datos sucesivos. Amplitudes respuesta de conductancia de la piel fueron el tiempo bloqueado al inicio de cada familiar CS y los EE.UU. a la línea de base pre-estímulo para obtener una medida dependiente del miedo condicionado y no condicionado, respectivamente, 4.6, 8. Para su inclusión en el análisis de datos, los criterios se establecieron los siguientes: latencia = 1 - 4 s, la duración = 0,5 a 5 s, y la amplitud mínima = 0,02 micro Siemens (mS). Respuestas que no cumplan con estos criterios se califican como cero. 2. Analyses de SCR. Debido a que los datos de SCR es típicamente sesgado hacia cero, los datos fueron la raíz cuadrada previo al análisis estadístico para lograr una distribución normal. Los datos de cada tipo CS (serpientes o arañas virtuales) se derrumbó en &quot;temprana&quot; y &quot;tardío&quot; bloques de prueba de cada fase, como el aprendizaje generalmente varía a través del tiempo dentro de cada fase de aprendizaje. Repetido los análisis Medidas de varianza (ANOVA) se utilizaron para calcular las diferencias de grupo en respuestas condicionadas conductancia de la piel en función de la fase de aprendizaje y el tipo de CS como dentro de las variables de los sujetos (adquisición tardía (CS +, CS), la extinción temprana o tardía (CS +, CS -) y la asignación de contexto (el mismo o Mayúsculas) como entre sujetos variable de datos se normalizaron dividiendo los valores de respuesta condicionada en cada ensayo por cada uno de los participantes máximo propia respuesta de EE.UU. a la estimulación de la muñeca (en cualquier juicio) para dar cuenta de las variaciones individuales. para responder y descartar los no respondedores (individuos que muestran SCRs poca o ninguna). Para la visualización de datos en la Figura 3 diferencial resultados SCR se calcula como un índice de aprendizaje restando las respuestas a los bloques de prueba CS-de los de CS + a través de. De acuerdo con esta medida, las puntuaciones de diferencia de cero no reflejan el aprendizaje, mientras que las puntuaciones diferencia por encima de cero reflejan el aprendizaje de una respuesta de miedo. Sin embargo, para determinar estadísticamente la retención de miedo contextual como se muestra en la Figura 3 de Student t-test se calcula sobre los valores de SCR para el + CS y CS-a la extinción temprana en el Día 2 como una función de la manipulación del contexto (mismo contexto vs Cambio de contexto como un análisis entre los grupos). Hardware C. Descripción del sistema El sistema de la Universidad de Duke BUCEO se basa en la proyección de realidad virtual &quot;cueva&quot; del diseño 9. El sistema de buceo es de 3 mx 3 mx 3 m en sala de todos los seis &quot;paredes&quot; (4 paredes, el techo y el piso) muestran imágenes estereográficas equipo de proyección trasera. Cada pared tiene un proyector DLP (Digital 2 Christie Mirage S K, que funciona a 1056x1056 @ 110 hz 10) que a su vez es controlado por una computadora hacen dedicado (Windows XP de doble núcleo a 2,0 GHz con las tarjetas NVIDIA Quadro G-3000FX gráficos). Una pared se desliza para permitir el acceso de entrada y salida de la inmersión. El 6 computadoras hacen son controlados por un ordenador central que se comunica con el sistema de seguimiento (Intersense SE-900 11), controla el sistema de sonido, y envía un pulso a través del puerto paralelo al sistema de descargas eléctricas. El sistema de rastreo para la localización en 3D e información de orientación para la cabeza del participante y posiciones de las manos. Visión estereográfica activo se proporciona a través de vasos de cristal líquido de obturación (CrystalEyes 3 12). Los siete equipos (6 computadoras y hacer equipo principal) están sincronizados en los límites de marco de imagen a través de la genlock (G-sync) la capacidad de las tarjetas gráficas NVIDIA. D. Descripción del Software El condicionamiento del miedo y los contextos de retención de las pruebas para este experimento consiste en dos mundos diferentes virtual a través de la cual los participantes se toman en una visita guiada. Los mundos virtuales se modelaron usando el paquete de modelado en 3D Maya 13. La navegación se limita a una ruta fija que es idéntica en todos los mundos virtuales. Movimiento a lo largo de este camino se controla mediante el sistema de software Virtools 14. Virtools es un motor de juego diseñado principalmente para un escritorio o una experiencia basada en la web. A través de la extensión VRPack de Virtools, los mundos virtuales se proyectan en la inmersión. Virtools se comunica con el sistema de seguimiento a través de la red periférica de Realidad Virtual (VRPN 15), una biblioteca de código abierto. VRPN registra la ubicación participantes cabeza y la mano y la orientación, así como información pulse el botón. Virtools utiliza la información de la cabeza para hacer el seguimiento de la escena 3D en la perspectiva correcta para el participante. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. Esquemática de la sala de control (VisRoom) y el cubo de bucear con un participante humano ve una escena virtual. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. Diagrama de un participante con electrodos de conductividad de la piel en la mano izquierda medición de las respuestas tónica y fásica a los estímulos. Electrodos estimuladores eléctricos son en la muñeca derecha. BIOPAC recopila datos fisiológicos a través de Acknowledge software en el ordenador portátil. Los códigos son enviados a través de OSC de la computadora de escritorio en software Virtools genera scripts de realidad virtual proyectada en la inmersión. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. Comparativa de Adquisición El miedo y la extinción de inmersión y de laboratorio. La piel de la conductancia diferencial de respuesta (SCR) + / - SEM en los participantes acondicionado y vuelto a probar 24 horas más tarde en el TrabajoRealidad Virtual o exploratorios (buceo). Gráfico ilustra la adquisición de miedo equivalente y la extinción de los participantes en la inmersión y los estudios de laboratorio. Mismo contexto (n = 12) las pruebas el día 2 de los rendimientos de BUCEO retención de miedo memoria más sólida relación con el contexto desplazados (n = 14), medido por la resolución de CS +, en los participantes que nuestra inmersión, pero no en los participantes de nuestro laboratorio, * p = 0,05 .

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1. Resultados Equivalente en el período de sesiones de adquisición de miedo y la extinción de todos los grupos se encontró (Figura 3). Estos datos indican que los estudios miedo fiable e informativa acondicionado se pueden realizar dentro de las limitaciones y capacidades de un ambiente de inmersión total. Por otra parte, también demuestran la memoria robusta miedo contextual en el mismo contexto, la retención de los participantes el miedo en la inmersión (los participantes que se quedaron en el mismo contexto para los días 1 y 2, en relación con los que experimentaron un cambio de contexto). La retención del miedo es más fuerte en la inmersión a la observada en un laboratorio convencional emparejado paradigma 16 (ver Figura 3). Con la configuración de la RV inmersiva, también se puede examinar y manipular los ricos entornos contextuales para investigar los procesos declarativos de memoria en los seres humanos, a diferencia de en el laboratorio donde realista manipulaciones contexto multimodal son difíciles de lograr. Finalmente, los mundos VR puede ser portado fácilmente para su uso en combinación con la resonancia magnética funcional (fMRI), utilizando gafas estereoscópicas VR para llevar a cabo el análisis de activación cerebral durante la codificación o la recuperación de la adquisición de miedo, la extinción, y la recaída. Esta metodología puede ser utilizada para roedores puente y los hallazgos clínicos en el miedo y la ansiedad. 2. El control de exposición y contexto de estímulo en la realidad virtual. Un problema mayor con la explotación de VR para uso experimental es también su fuerza. En concreto, completamente inmersiva VR ofrece la complejidad, confunde, y la libertad del mundo real. Por ejemplo, en la vida real, las víctimas de trauma experimentan un estímulo aversivo en un contexto de una cantidad desconocida de tiempo. La exposición del contexto, características y otros estímulos sensoriales a las que asistieron también son desconocidos, o no confirmable. De la misma manera, si tuviéramos que permitirá a los participantes explorar libremente los entornos virtuales que no sería capaz de dar cuenta de contexto o el tiempo de exposición a estímulos o la duración. Por ejemplo, un participante puede caminar muy rápido, y perder 3 de cada 4 CS + presentaciones. Otro puede explorar sólo una habitación en el apartamento virtual. Del mismo modo, si la presentación del estímulo no se especifica en el centro de la pantalla, donde la mirada se dirige antes de comenzar, los participantes evitar o perder presentaciones CS. Nuestra solución a estos potenciales se confunde a llevar a los participantes en un viaje sentado, guiado de cada entorno a un ritmo que permita un intervalo inter-específica (ISI) y la duración del estímulo. A continuación, puede extraer los datos comparables de SCR de puntos específicos de tiempo y lugares específicos a través de todos los participantes (por ejemplo, las respuestas a los + CS, EE.UU., y CS estímulos). Dificultades encontradas después de tomar esta decisión incluye la búsqueda de una forma del trazado, la longitud y tipo de movimiento que no cause náuseas o disonancia propioceptiva para el participante, y sin embargo sentir apropiado para imitar la deambulación natural a través de un nuevo entorno. 3. La aplicación de los parámetros estándar de condicionamiento del miedo a un sistema de realidad virtual. Para simular realista las serpientes y las arañas estímulos condicionados fueron diseñadas después de la vida silvestre imágenes. Las serpientes y las arañas fueron modelados por primera vez en Maya, una de gráficos por ordenador y modelado 3D paquete de software de animación y luego importados en el sistema VR. Lo hicimos porque Virtools es un sistema de realidad virtual de creación, no una aplicación de modelado. Por tanto, es mejor utilizar para ejecutar un sistema de realidad virtual y añadir la interacción y la navegación a una escena. En concreto, en maya cuatro animaciones diferentes para cada tipo de CS se han creado (por ejemplo, una serpiente enroscada, una araña corriendo por el piso, una serpiente lanzándose hacia delante con la boca abierta) y luego importados a Virtools. Antes de importar la serpiente y los modelos de dinámica de araña en Virtools desde Maya, un camino fue creado en Virtools para guiar a los participantes de todo el entorno de una manera circular sin problemas a fin de que el muestreo del medio ambiente a lo largo de 32 presentaciones estímulo condicionado en el miedo acondicionado. La forma de la ruta es la misma para cada uno de los tres mundos virtuales. El camino fue creada para detener a cuatro segundos para cada presentación del estímulo, el intervalo inter-fue de 11 + / - 4 segundos durante el cual el sujeto se mueve lentamente (guiado) por el medio ambiente. Este intervalo se determina a partir de nuestros experimentos anteriores miedo acondicionado en el laboratorio de 8, 16, ya que permite la recuperación de la respuesta de conductancia de la piel entre las presentaciones de estímulo. Los estímulos fueron colocados en el camino en los puntos especificados por los parámetros de temporización. Esta configuración crea estímulos específicos y las conjunciones de contexto (por ejemplo, una serpiente deslizándose sobre la mesa del comedor, una araña caminando alrededor de la pierna del sofá), que posteriormente se puede probar de la memoria explícita. Los estímulos fueron apariciones pseudo-aleatorios a través de los guiones. Todas las presentaciones de estímulo apareció en medio de lapantalla frontal para evitar que el participante de tener que buscar el estímulo. Esto nos dio una cantidad controlada de tiempo de exposición al estímulo, y una ubicación contexto definido. Una de las limitaciones de la visión hacia delante es que no se aprovecha de las capacidades del sistema de inmersión (por ejemplo, las serpientes no pueden entrar en la sala de detrás del participante). Además, los estímulos fueron colocados cuidadosamente fuera de una caja de frontera en torno a la ubicación a los participantes para que nunca las serpientes y las arañas invadido el espacio de los participantes personal. 4. Ver punto y el seguimiento de la cabeza. El ángulo de la inmersión se estableció de manera que desde una posición sentada de los participantes tenía un ángulo correcto hacia el frente. Este control de las variaciones de altura entre los participantes y minimizar artefactos de movimiento en nuestras grabaciones fisiológicas. Los participantes fueron instruidos para mirar hacia adelante y mover lo menos posible, esto también se controla para que los participantes estaban buscando, y por lo tanto mantiene el estímulo constante y la exposición de contexto entre los participantes. Hemos elegido a su vez en un dispositivo de seguimiento de la cabeza de las gafas 3D usados ​​por los participantes para asegurarse de que estaba viendo la escena con la perspectiva correcta. Si el seguimiento de la cabeza no había sido elegido para, movimiento de la cabeza a la izquierda oa la derecha no sería correcta oclusión de cómo los objetos aparecieron en el mundo (por ejemplo, objetos que parecen empeñados en pantallas en el buceo como participantes caminaron a través). Con el seguimiento de la cabeza elegidos por, podemos estar seguros de que las características del medio ambiente conservado sus proporciones normales y dibujado fueron correctamente en cada una de las seis paredes de la inmersión para la duración del experimento. 5. Recopilación de datos. En nuestra versión estándar de laboratorio de condicionamiento del miedo 8, 16 la presentación del estímulo fue controlado por el guión de ordenador programado en el paquete de software de presentación. Con el fin de mantener la coherencia entre el laboratorio y el entorno virtual, importamos nuestro estándar miedo escrituras de adquisición y extinción en formato de código en el equipo de control en la sala de control que aloja el cubo BUCEO (ver Figura 1). El código de puerto paralelo se fijó para enviar una lista generada de códigos numéricos para la señal de distintos eventos, como presentaciones de la serpiente, araña, y los inicios de estimulación eléctrica. En nuestro diseño, Virtools envía un mensaje de control de sonido abierto (OSC 17) OSC / UDP mensaje a un personalizado programa en C + + que establece el valor del puerto paralelo. Nuestro programa en C + + utiliza el OSCpack 18 de la biblioteca. La entrada digital BIOPAC está conectada al puerto paralelo de ordenador. SCR se recogen datos sobre el ordenador portátil de BIOPAC a través del puerto paralelo, se normaliza, y se calcula que CS + / CS-y los inicios EE.UU. dentro de parámetros específicos (ver arriba). Además de la representación de la escena y el control de la navegación, Virtools también se utiliza para registrar los eventos de usuario (presionar un botón). En resumen, durante un experimento, los mensajes se envían desde el equipo maestro en el sistema de BIOPAC través del puerto paralelo. Debido a Virtools no puede comunicarse con el puerto paralelo de la computadora directamente un pequeño programa en C + + a la escucha de un mensaje de OSC de Virtools y luego los transmite al puerto paralelo.

Erratum: Human Fear Conditioning Conducted in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality

human fear conditioning conducted in full immersion 3-dimensional virtual reality

El condicionamiento del miedo es un paradigma ampliamente utilizado en la investigación con animales no humanos para investigar los mecanismos neurales que subyacen a miedo y ansiedad. Un reto importante en la realización de estudios de acondicionamiento en los seres humanos es la capacidad de manipular con fuerza o simular los contextos ambientales que se asocian con comportamientos emocionales condicionados. En este sentido, la realidad virtual (VR) la tecnología es una herramienta prometedora. Sin embargo, la adaptación de esta tecnología para satisfacer las limitaciones experimental requiere adaptaciones especiales. Aquí nos ocupamos de las cuestiones metodológicas que conlleva la hora de realizar el condicionamiento del miedo en una inmersión total de 6 caras entorno de realidad virtual y presentar los datos de condicionamiento del miedo. En el mundo real, los eventos traumáticos ocurren en entornos complejos que se componen de muchas señales, con la participación de todos nuestros sistemas sensoriales. Por ejemplo, las señales que forman la configuración del medio ambiente incluyen no sólo los elementos visuales, pero auditiva, olfativa y táctil, incluso. En estudios con roedores de los animales de condicionamiento del miedo están completamente inmersos en un contexto en el que es rico en la novela visual señales, táctiles y olfativas. Sin embargo, las pruebas estándar de laboratorio de condicionamiento del miedo en los seres humanos suelen realizarse en una habitación anodina en frente de una pantalla de ordenador de pantalla plana o en 2D y no reproducir la complejidad de las experiencias del mundo real. Por otro lado, una de las principales limitaciones de los estudios clínicos dirigidos a reducir (de extinción), el miedo y la prevención de la recaída en los trastornos de ansiedad es que el tratamiento se produce después de que los participantes han adquirido un miedo en un contexto sin control y en gran parte desconocida. Así, los experimentadores se quedan sin información sobre la duración de la exposición, la verdadera naturaleza del estímulo, y las señales asociadas de fondo en el medio ambiente 1. En ausencia de esta información puede ser difícil de extinguir un verdadero temor de que es a la vez señal y dependientes del contexto. Entornos de realidad virtual frente a estos problemas al proporcionar la complejidad del mundo real, y al mismo tiempo permitir que los experimentadores para limitar el condicionamiento del miedo y los parámetros de la extinción para obtener datos empíricos que pueden sugerir mejores opciones de tratamiento y / o analizar las hipótesis mecanicista. Para poner a prueba la hipótesis de que el condicionamiento del miedo puede ser rico codificados y el contexto cuando se realizan en un ambiente de inmersión total, hemos desarrollado realidad distinta virtual en 3-D contextos en los que los participantes experimentaron el condicionamiento del miedo a las serpientes o arañas virtuales. Señales auditivas co-producido con el CS con el fin de evocar respuestas más orientación y una sensación de &quot;presencia&quot; en los temas 2. Respuesta de conductancia de la piel sirve como medida dependiente de la retención de miedo adquisición de la memoria, y la extinción.

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Human Fear Conditioning Conducted in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality

Paradigma clásico condicionamiento del miedo se ha adaptado para que los participantes humanos en un entorno de realidad virtual de inmersión total. Utilizando un paradigma de la discriminación, el miedo condicionado el momento justo, y la retención de la memoria contexto, y la extinción se midió con la respuesta de conductancia de la piel a la dinámica serpientes y arañas virtuales (estímulo condicionado) en dos contextos virtuales distintos.

El condicionamiento del miedo humanos realizados en inmersión completa en 3 dimensiones de Realidad Virtual

Fear conditioning is a widely used paradigm in non-human animal research to investigate the neural mechanisms underlying fear and anxiety. A major ...

human-fear-conditioning-conducted-full-immersion-3-dimensional

Research

JoVE Journal

Neuroscience

20.8K vistas.  Duke University. Paradigma clásico condicionamiento del miedo se ha adaptado para que los participantes humanos en un entorno de realidad virtual de inmersión total. Utilizando un paradigma de la discriminación, el miedo condicionado el momento justo, y la retención de la memoria contexto, y la extinción se midió con la respuesta de conductancia de la piel a la dinámica serpientes y arañas virtuales (estímulo condicionado) en dos contextos virtuales distintos.

Video: Human Fear Conditioning Conducted in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality

Behavioural Pharmacology in Classical Conditioning of the Proboscis Extension Response in Honeybees (Apis mellifera)

Honeybees (Apis mellifera) are well known for their communication and orientation skills and for their impressive learning capability1,2. Because the survival of a honeybee colony depends on the exploitation of food sources, forager bees learn and memorize variable flower sites as well as their profitability. Forager bees can be easily trained in natural settings where they forage at a feeding site and learn the related signals such as odor or color. Appetitive associative learning can also be studied under controlled conditions in the laboratory by conditioning the proboscis extension response (PER) of individually harnessed honeybees3,4. This learning paradigm enables the study of the neuronal and molecular mechanisms that underlie learning and memory formation in a simple and highly reliable way5-12. A behavioral pharmacology approach is used to study molecular mechanisms. Drugs are injected systemically to interfere with the function of specific molecules during or after learning and memory formation13-16.
Here we demonstrate how to train harnessed honeybees in PER conditioning and how to apply drugs systemically by injection into the bee flight muscle.

Behavioural Pharmacology in Classical Conditioning of the Proboscis Extension Response in Honeybees Apis mellifera

We demonstrate how to implement a behavioral pharmacology method in an appetitive olfactory conditioning paradigm in honeybees (Apis mellifera) by systemic application of drugs. This method allows investigation of the mechanisms underlying learning and memory formation in a simple and reliable way.

Farmacología del Comportamiento en el condicionamiento clásico de la respuesta de Extensión probóscide en abejas de la miel ( Apis mellifera)

Honeybees (Apis mellifera) are well known for their communication and orientation skills and for their impressive learning capability1,2. Because the ...

Investigación

Neurociencias

Time-lapse Live Imaging of Clonally Related Neural Progenitor Cells in the Developing Zebrafish Forebrain

Precise patterns of division, migration and differentiation of neural progenitor cells are crucial for proper brain development and function1,2. To understand the behavior of neural progenitor cells in the complex in vivo environment, time-lapse live imaging of neural progenitor cells in an intact brain is critically required. In this video, we exploit the unique features of zebrafish embryos to visualize the development of forebrain neural progenitor cells in vivo. We use electroporation to genetically and sparsely label individual neural progenitor cells. Briefly, DNA constructs coding for fluorescent markers were injected into the forebrain ventricle of 22 hours post fertilization (hpf) zebrafish embryos and electric pulses were delivered immediately. Six hours later, the electroporated zebrafish embryos were mounted with low melting point agarose in glass bottom culture dishes. Fluorescently labeled neural progenitor cells were then imaged for 36hours with fixed intervals under a confocal microscope using water dipping objective lens. The present method provides a way to gain insights into the in vivo development of forebrain neural progenitor cells and can be applied to other parts of the central nervous system of the zebrafish embryo.

The present video demonstrates a method which takes advantage of the combination of electroporation and confocal microscopy to perform live imaging on individual neural progenitor cells in the developing zebrafish forebrain. In vivo analysis of the development of forebrain neural progenitor cells at a clonal level can be achieved in this way.

Time-lapse de imágenes en vivo de la relación clonal con células progenitoras neurales en el cerebro anterior El desarrollo de pez cebra

Precise patterns of division, migration and differentiation of neural progenitor cells are crucial for proper brain development and function1,2. To ...

Organotypic Culture of Full-thickness Adult Porcine Retina

There is a recognized demand for in vitro models that can replace or reduce animal experiments. Porcine retina has a similar neuronal structure to human retina and is therefore a valuable species for studying mechanisms of human retinal injury and degenerative disease. Here we describe a cost-effective technique for organotypic culture of adult porcine retina isolated from eyes obtained from an abattoir. After removing the anterior segment, a trephine blade was used to create multiple neural retina-Bruch's membrane-RPE-choroid-sclera explants from the posterior segment of adult porcine eyes. A piece of sterile filter paper was used to lift the neural retina off from each explant. The filter paper-retina complex was cultured (photoreceptor side up) atop an insert, which was held away from the bottom of the culture dish by a custom-made stand. The stand allows for good circulation of the culture medium to both sides of the retina. Overall, this procedure is simple, reproducible, and permits preservation of native retinal structure for at least seven days, making it a useful model for a variety of morphological, pharmacological, and biochemical studies on mammalian retina.

Here we describe a cost-effective technique for organotypic culture of adult porcine retina for seven days. Briefly, a sterile filter paper was used to lift the neural retina off from the RPE and place photoreceptor side up on an insert raised by a custom-made stand.

Cultura organotípicos de espesor completo Retina adulto porcino

There is a recognized demand for in vitro models that can replace or reduce animal experiments. Porcine retina has a similar neuronal structure to human ...

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Optogenetic approaches are now widely used to study the function of neural populations and circuits by combining targeted expression of light-activated proteins and subsequent manipulation of neural activity by light. Channelrhodopsins (ChRs) are light-gated cation-channels and when fused to a fluorescent protein their expression allows for visualization and concurrent activation of specific cell types and their axonal projections in defined areas of the brain. Via stereotactic injection of viral vectors, ChR fusion proteins can be constitutively or conditionally expressed in specific cells of a defined brain region, and their axonal projections can subsequently be studied anatomically and functionally via ex vivo optogenetic activation in brain slices. This is of particular importance when aiming to understand synaptic properties of connections that could not be addressed with conventional electrical stimulation approaches, or in identifying novel afferent and efferent connectivity that was previously poorly understood. Here, a few examples illustrate how this technique can be applied to investigate these questions to elucidating fear-related circuits in the amygdala. The amygdala is a key region for acquisition and expression of fear, and storage of fear and emotional memories. Many lines of evidence suggest that the medial prefrontal cortex (mPFC) participates in different aspects of fear acquisition and extinction, but its precise connectivity with the amygdala is just starting to be understood. First, it is shown how ex vivo optogenetic activation can be used to study aspects of synaptic communication between mPFC afferents and target cells in the basolateral amygdala (BLA). Furthermore, it is illustrated how this ex vivo optogenetic approach can be applied to assess novel connectivity patterns using a group of GABAergic neurons in the amygdala, the paracapsular intercalated cell cluster (mpITC), as an example.

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

Optogenetic approaches are widely used to manipulate neural activity and assess the consequences for brain function. Here, a technique is outlined that&#160;upon in vivo expression of the optical activator Channelrhodopsin, allows for ex vivo analysis of synaptic properties of specific long range and local neural connections in fear-related circuits.

Ex Vivo Optogenética Disección de circuitos del miedo en rodajas de cerebro

Optogenetic approaches are now widely used to study the function of neural populations and circuits by combining targeted expression of light-activated ...

The Use of Trace Eyeblink Classical Conditioning to Assess Hippocampal Dysfunction in a Rat Model of Fetal Alcohol Spectrum Disorders

Neonatal rats were administered a relatively high concentration of ethyl alcohol (11.9% v/v) during postnatal days 4-9, a time when the fetal brain undergoes rapid organizational change and is similar to accelerated brain changes that occur during the third trimester in humans. This model of fetal alcohol spectrum disorders (FASDs) produces severe brain damage, mimicking the amount and pattern of binge-drinking that occurs in some pregnant alcoholic mothers. We describe the use of trace eyeblink classical conditioning (ECC), a higher-order variant of associative learning, to assess long-term hippocampal dysfunction that is typically seen in alcohol-exposed adult offspring. At 90 days of age, rodents were surgically prepared with recording and stimulating electrodes, which measured electromyographic (EMG) blink activity from the left eyelid muscle and delivered mild shock posterior to the left eye, respectively. After a 5 day recovery period, they underwent 6 sessions of trace ECC to determine associative learning differences between alcohol-exposed and control rats. Trace ECC is one of many possible ECC procedures that can be easily modified using the same equipment and software, so that different neural systems can be assessed. ECC procedures in general, can be used as diagnostic tools for detecting neural pathology in different brain systems and different conditions that insult the brain.

Trace eyeblink classical conditioning (ECC) was used to assess hippocampal-dependent associative learning in adult rats that were administered a high concentration (11.9% v/v) of alcohol during early neonatal brain development. In general, ECC procedures are sound diagnostic tools for detecting brain dysfunction across many psychological and biomedical settings.

El uso de condicionamiento de clásico de Eyeblink rastro para evaluar disfunción hipocampal en un modelo de rata de trastornos del espectro alcohólico Fetal

Neonatal rats were administered a relatively high concentration of ethyl alcohol (11.9% v/v) during postnatal days 4-9, a time when the fetal brain ...

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

Many insights into the molecular mechanisms underlying learning and memory have been elucidated through the use of simple behavioral assays in model organisms such as the fruit fly, Drosophila melanogaster. Drosophila is useful for understanding the basic neurobiology underlying cognitive deficits resulting from mutations in genes associated with human cognitive disorders, such as intellectual disability (ID) and autism. This work describes a methodology for testing learning and memory using a classic paradigm in Drosophila known as courtship conditioning. Male flies court females using a distinct pattern of easily recognizable behaviors. Premated females are not receptive to mating and will reject the male&#39;s copulation attempts. In response to this rejection, male flies reduce their courtship behavior. This learned reduction in courtship behavior is measured over time, serving as an indicator of learning and memory. The basic numerical output of this assay is the courtship index (CI), which is defined as the percentage of time that a male spends courting during a 10 min interval. The learning index (LI) is the relative reduction of CI in flies that have been exposed to a premated female compared to na&#239;ve flies with no previous social encounters. For the statistical comparison of LIs between genotypes, a randomization test with bootstrapping is used. To illustrate how the assay can be used to address the role of a gene relating to learning and memory, the pan-neuronal knockdown of Dihydroxyacetone phosphate acyltransferase (Dhap-at) was characterized here. The human ortholog of Dhap-at, glyceronephosphate O-acyltransferase (GNPT), is involved in rhizomelic chondrodysplasia punctata type 2, an autosomal-recessive syndrome characterized by severe ID. Using the courtship conditioning assay, it was determined that Dhap-at is required for long-term memory, but not for short-term memory. This result serves as a basis for further investigation of the underlying molecular mechanisms.

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

This protocol describes a Drosophila learning and memory assay called courtship conditioning. This classic assay is based on a reduction of male courtship behavior after sexual rejection by a non-receptive premated female. This natural form of behavioral plasticity can be used to test learning, short-term memory, and long-term memory.

Drosophila condicionamiento del corte como una medida de aprendizaje y memoria

Many insights into the molecular mechanisms underlying learning and memory have been elucidated through the use of simple behavioral assays in model ...

In Vivo Three-Dimensional Two-Photon Microscopy to Study Conducted Vascular Responses by Local ATP Ejection Using a Glass Micro-Pipette

Maintenance of normal brain function requires a sufficient and efficient supply of oxygen and nutrition by a complex network of vessels. However, the regulation of cerebral blood flow (CBF) is incompletely understood, especially at the capillary level. Two-photon microscopy is a powerful tool widely used to study CBF and its regulation. Currently, this field is limited by the lack of in vivo two-photon microscopy studies examining (1) CBF responses in three-dimensions, (2) conducted vascular responses, and (3) localized interventions within the vascular network. Here, we describe a 3D in vivo method using two-photon microscopy to study conducted vascular responses elicited by&#160;local ejection of ATP with a glass micro-pipette. Our method uses fast and repetitive hyperstack two-photon imaging providing precise diameter measurements by maximal intensity projection of the obtained images. Furthermore, we show that this method can also be used to study 3D astrocytic calcium responses. We also discuss the advantages and limitations of glass micro-pipette insertion and two-photon hyperstack imaging.

We present an optimized local ejection procedure using a glass micro-pipette and a fast two-photon hyperstack imaging method, which allows precise measurement of capillary diameter changes and investigation of its regulation in three dimensions.

En Vivo Microscopía bicolor tridimensional para estudiar las respuestas vasculares realizadas por la eyección ATP local utilizando una micro-pipette de vidrio

Maintenance of normal brain function requires a sufficient and efficient supply of oxygen and nutrition by a complex network of vessels. However, the ...

A Method for 3D Reconstruction and Virtual Reality Analysis of Glial and Neuronal Cells

Serial sectioning and subsequent high-resolution imaging of biological tissue using electron microscopy (EM) allow for the segmentation and reconstruction of high-resolution imaged stacks to reveal ultrastructural patterns that could not be resolved using 2D images. Indeed, the latter might lead to a misinterpretation of morphologies, like in the case of mitochondria; the use of 3D models is, therefore, more and more common and applied to the formulation of morphology-based functional hypotheses. To date, the use of 3D models generated from light or electron image stacks makes qualitative, visual assessments, as well as quantification, more convenient to be performed directly in 3D. As these models are often extremely complex, a virtual reality environment is also important to be set up to overcome occlusion and to take full advantage of the 3D structure. Here, a step-by-step guide from image segmentation to reconstruction and analysis is described in detail.

The described pipeline is designed for the segmentation of electron microscopy datasets larger than gigabytes, to extract whole-cell morphologies. Once the cells are reconstructed in 3D, customized software designed around individual needs can be used to perform a qualitative and quantitative analysis directly in 3D, also using virtual reality to overcome view occlusion.

Un método para la reconstrucción 3D y el análisis de realidad virtual de células gliales y neuronales

Serial sectioning and subsequent high-resolution imaging of biological tissue using electron microscopy (EM) allow for the segmentation and reconstruction ...

Simultaneous Application of Transcranial Direct Current Stimulation during Virtual Reality Exposure

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a form of non-invasive brain stimulation that changes the likelihood of neuronal firing through modulation of neural resting membranes. Compared to other techniques, tDCS is relatively safe, cost-effective, and can be administered while individuals are engaged in controlled, specific cognitive processes. This latter point is important as tDCS may predominantly affect intrinsically active neural regions. In an effort to test tDCS as a potential treatment for psychiatric illness, the protocol described here outlines a novel procedure that allows the simultaneous application of tDCS during exposure to trauma-related cues using virtual reality (tDCS+VR) for veterans with posttraumatic stress disorder (NCT03372460). In this double-blind protocol, participants are assigned to either receive 2 mA tDCS, or sham stimulation, for 25 minutes while passively watching three 8-minute standardized virtual reality drives through Iraq or Afghanistan, with virtual reality events increasing in intensity during each drive. Participants undergo six sessions of tDCS+VR over the course of 2-3 weeks, and psychophysiology (skin conductance reactivity) is measured throughout each session. This allows testing for within and between session changes in hyperarousal to virtual reality events and adjunctive effects of tDCS. Stimulation is delivered through a built-in rechargeable battery-driven tDCS device using a 1 (anode) x 1 (cathode) unilateral electrode set-up. Each electrode is placed in a 3 x 3 cm (current density 2.22 A/m2) reusable sponge pocket saturated with 0.9% normal saline. Sponges with electrodes are attached to the participant&#8217;s skull using a rubber headband with the electrodes placed such that they target regions within the ventromedial prefrontal cortex. The virtual reality headset is placed over the tDCS montage in such a way as to avoid electrode interference.

This manuscript outlines a novel protocol to allow the simultaneous application of transcranial direct current stimulation during exposure to warzone trauma-related cues using virtual reality for veterans with posttraumatic stress disorder.

Aplicación simultánea de estimulación transcraneal de corriente continua durante la exposición a la realidad virtual

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a form of non-invasive brain stimulation that changes the likelihood of neuronal firing through ...

Alternate Immersion in Glucose to Produce Prolonged Hyperglycemia in Zebrafish

Zebrafish (Danio rerio) are an excellent model to investigate the effects of chronic hyperglycemia, a hallmark of Type II Diabetes Mellitus (T2DM). This alternate immersion protocol is a noninvasive, step-wise method of inducing hyperglycemia for up to eight weeks. Adult zebrafish are alternately exposed to sugar (glucose) and water for 24 hours each. The zebrafish begin treatment in a 1% glucose solution for 2 weeks, then a 2% solution for 2 weeks, and finally a 3% solution for the remaining 4 weeks. Compared to water-treated (stress) and mannitol-treated (osmotic) controls, glucose-treated zebrafish have significantly higher blood sugar levels. The glucose-treated zebrafish show blood sugar levels of 3-times that of controls, suggesting that after both four and eight weeks hyperglycemia can be achieved. Sustained hyperglycemia was associated with increased Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) and increased nuclear factor Kappa B (NF-kB)&#160;levels in retina and decreased physiological responses, as well as cognitive deficits suggesting this protocol can be used to model disease complications.

This protocol noninvasively induces hyperglycemia in zebrafish for up to 8 weeks. Using this protocol, an in-depth study of the adverse effects of hyperglycemia can be made.

Inmersión alternativa en glucosa para producir hiperglucemia prolongada en el pez cebra

Zebrafish (Danio rerio) are an excellent model to investigate the effects of chronic hyperglycemia, a hallmark of Type II Diabetes Mellitus (T2DM). This ...