Nous remercions Holton Thompson pour son travail dans la création de la 3-D Virtools mondes dans Maya et Eric Monson pour les dessins schématiques. La recherche a été financée en partie par les NIH postdoctoraux F32 MH078471 au NCH, et NIDA RO1 DA027802 à KSL. La plongée a été financé par la NSF BCS-0420632.

Stimuli A. et conception de la tâche 1. Conception générale. Nous avons examiné les influences contextuelles sur l&#39;acquisition de la peur et la conservation de la mémoire sur deux jours. Cette conception est en parallèle avec des études chez les rongeurs qui tiennent compte de la consolidation des processus neurobiologiques de formation de la mémoire à long terme 3 et contingences du monde réel dans lequel la peur qui est appris à une distance temporelle de la thérapie et la ré-exposition des expériences. Dynamique stimuli conditionnés (CS) (serpents et des araignées mouvement) ont été rencontrées dans un environnement entièrement virtuel immersif connu comme environnement virtuel immersif de Duke (plongée), et ont été conditionnellement jumelé avec la présentation de la stimulation au poignet électrique. Une procédure de conditionnement différentiel de la peur a été employé utilisant la réponse conductance de la peau (RCS) comme une mesure dépend de la peur. Ici nous démontrons peur conditionnée et la mémorisation ultérieure qui a été testé pendant deux jours à la plongée en bonne santé 26 participants hommes et femmes, de 18-30 ans old à l&#39;Université Duke. Ce protocole a été approuvé et en conformité avec les normes de Duke University CISR. 2. Participant mis en place en plongée. La plongée est un entièrement clos, à six faces, 3m x 3m x 3m, rétro-projetée de réalité virtuelle (VR) environnement. La plongée est situé dans un cube construit spécialement 30ft (Control Room (VisRoom), figure 1) dans le centre d&#39;ingénierie interdisciplinaire, de médecine et des sciences appliquées de l&#39;Université Duke. Conditionnement de la peur dans la plongée a été effectuée comme décrit ci-dessus. Les participants étaient assis dans le centre de la plongée vers l&#39;avant avec la tête de suivi sur les lunettes 3-D. Les participants sont pris sur un fixe &quot;promenade virtuelle à travers l&#39;environnement désignés lors de chaque phase d&#39;apprentissage où les serpents et les araignées virtuelles sont rencontrés. Ces contraintes posturales ont été faites pour éviter le vertige, le compte de la variabilité de la hauteur, le contrôle pour le montant de leur contexte et de l&#39;exposition de relance entre les participants, et de s&#39;assurer que l&#39;affichage visuel est mis à jour selon le mouvement réaliste des participants par le scénario. 3. Procédure de conditionnement discrimination. Une procédure de discrimination a été employée, dans lequel la présentation visuelle d&#39;un CS est partiellement renforcée (taux de 40% de renfort) par un stimulus co-terminaison électrique, le stimulus inconditionnel (US) pendant la phase d&#39;acquisition. Les participants ont été assignés à l&#39;une des deux conditions: l&#39;acquisition peur de serpents virtuel ou d&#39;araignées virtuelles. Les stimuli renforcés jumelé avec les Etats-Unis sont considérés comme des «CS + tandis que les autres stimulus visuel&quot; CS-&quot;est explicitement non appariés comme un contrôle. Les + CS et CS-ont été assignés aléatoirement et contrebalancé entre les groupes. 4. Stimuli conditionnés. Les stimuli étaient des serpents et des araignées dynamiques qui, individuellement, apparaissent dans le milieu et le centre de l&#39;écran avant de la plonger pendant une durée de 4 sec. Cette co-produit avec un stimulus auditif de signalisation l&#39;apparence d&#39;un serpent ou une araignée à alerter le participant à la présence d&#39;un nouveau stimulus dans l&#39;environnement (hochet ou son de frappe, respectivement). La scène virtuelle avec les araignées serpents ont été créés à l&#39;aide ad logiciel d&#39;animation Maya et importés dans le logiciel Virtools (Virtool SA, la société du comportement, Paris, France) pour la visualisation à la plongée. 5. Stimuli inconditionné. La stimulation électrique a été ajusté avant le début de l&#39;expérience selon le niveau de tolérance de chaque sujet afin de faciliter les comparaisons de groupe et d&#39;éliminer les influences confondantes de l&#39;ensemble des différences de niveau d&#39;éveil dans les groupes 4, 5. Le niveau de stimulation a été choisi par chaque participant à sa perception de «très gênant mais pas douloureux en utilisant une procédure d&#39;escalier ascendant. La tension était initialement fixé à un faible niveau de 30 V et une augmentation par paliers de 5 V jusqu&#39;à ce que les participants ont indiqué que leur niveau de tolérance a été atteint sans induire la douleur stimulation (200 msec livré à 30-50 Hz) a été administré au cours de la voie transcutanée du nerf médian du poignet des participants dominante par un trouble bipolaire de surface d&#39;électrode de stimulation (21 mm écartement des électrodes:. Grass-Telefactor Modèle FE 10S2, West Warwick, RI). Le conduit d&#39;électrodes ont été garantis par une sangle en caoutchouc et étaient attachés à une herbe-Telefactor SD-9 stimulateur via conduit câble coaxial qui ont été blindé et mis à travers un filtre radiofréquence. Un gel à base saline (Sigma Gel: Laboratoires Parker, Fairfield, NJ) a été utilisé comme un conducteur électrolytique (voir Figure 2) Les participants ont été informés que toutes les impulsions seraient livrés à la même intensité.. 6. Phases de formation. L&#39;expérience décrite ici a été réalisée en deux séances avec un retard de 24 heures. Pendant les sapinssession de t, la période d&#39;habituation initiale consistait en quatre épreuves de chaque type CS vu dans un fond gris en 3-D immersion totale, mais présentés sans le renforcement ou le monde virtuel dans lequel la formation ou l&#39;essai a eu lieu. Cette phase a permis d&#39;acclimatation à l&#39;environnement expérimental à la plongée et de la réduction d&#39;orienter les réponses aux stimuli conditionnés. Immédiatement après la phase d&#39;habituation, la phase d&#39;acquisition peur se composait de 16 mélangés essais de chaque type CS, dans laquelle le CS-est présenté seul et 5 des 16 essais + CS sont renforcés. Environ 24 heures plus tard, le test de rétention de la mémoire et la formation d&#39;extinction s&#39;est produite. Cette phase se composait de 16 essais de chaque type CS sans américaine, dans un contexte virtuel qui a été soit le même ou différent du contexte d&#39;acquisition peur (contrebalancée travers participants). Un cadre a été un environnement intérieur (intérieur d&#39;un appartement, meublé Contexte A) et le contexte d&#39;autres était un environnement extérieur (scène de quartier, B contexte). Les sujets ont été assignés au hasard à un groupe expérimental, qui a déterminé l&#39;ordre de présentation sur le contexte Jours 1 et 2. Ils ont été soit attribué à la condition même contexte (AA ou BB) ou une condition Maj contexte (AB ou BA). La longueur du chemin et les cours ont été appariés pour la cohérence entre les mondes virtuels, comme l&#39;étaient le nombre et le placement des objets / stimuli dans les différents environnements. 7. Paramètres expérimentaux. L&#39;intervalle entre les essais était de 14 ± 2 sec. La séquence des CS a été pseudo-aléatoire, soumis à la contrainte que pas plus de 2 essais de la même CS se produisent consécutivement (pour éviter les inductions de confusion de l&#39;anxiété et l&#39;espérance de l&#39;état cognitif). Renforcement partiel (40%) de la CS + a été utilisé pour retarder l&#39;extinction rapide qui se produit normalement dans la suite les participants humains à 100% CS + 6,7 renfort. En outre, le renforcement partielle fournit une éventualité plus réaliste de conditionnement dans la mesure où des événements aversifs ne surviennent pas toujours suite à un stimulus redouté. 8. Instructions de travail. Avant chaque phase expérimentale, les participants ont été informés sur les caractéristiques de conception suivantes: ils rencontrent des serpents et des araignées animées dans l&#39;environnement virtuel, ils seraient guidées par l&#39;environnement dans une promenade virtuelle le long d&#39;un chemin fixe, et ils peuvent recevoir la stimulation électrique sur le le poignet au niveau qui a été mis en avant conditionnement, à tout moment pendant l&#39;étude. Ils ont été chargés de faire face directement à l&#39;avant et participer à des images de serpents et d&#39;araignées présentée dans le centre de l&#39;écran avant, et a rappelé qu&#39;il n&#39;avait aucun contrôle sur leur propre mouvement à travers le monde ou la survenue d&#39;une stimulation électrique. Ils ont également été informés qu&#39;ils pouvaient terminer l&#39;étude à tout moment sans pénalité pour eux. B. Mesures psychophysiologiques 1. Collecte des données. RCS a été utilisé comme mesure dépendante de la peur, comme décrit précédemment 4, 6. RCS a été enregistré via un système de surveillance psychophysiologiques (BIOPAC Systems, à Santa Barbara, Californie). RCS a été contrôlé à partir d&#39;argent-argent disques électrodes de chlorure attachés par des sangles velcro pour les phalanges milieu de la 1ère et 2ème doigts de la main non dominante. Un gel à base saline (Sigma Gel) a été utilisée comme un électrolyte conducteur. Les sujets ont été priés de rester la main toujours pour éviter les artefacts de mouvement de l&#39;électrode d&#39;enregistrement RCS. Conduit atteint le système d&#39;enregistrement BIOPAC physiologiques qui se trouve juste en dehors de la plongée dans la salle de contrôle. Le système BIOPAC se synchronise avec l&#39;ordinateur exécutant le logiciel de présentation de relance Virtools. La figure 1 illustre un participant à la plongée, plongée dans A. Contexte La technique mis en place de l&#39;ordinateur de contrôle (Virtools et la génération de script), BIOPAC (RCS), et stimulateur électrique sont illustrés dans la Figure 2. Conductance de la peau a été échantillonné à 200 Hz, amplifié, et stockés pour une analyse hors-ligne en utilisant le logiciel AcqKnowledge (BIOPAC Systems, à Santa Barbara, Californie). Virtools logiciel de contrôle de la présentation du stimulus et déclenche le générateur de choc à travers une de National Instruments DIO-24 cartes d&#39;acquisition de données (Austin, TX). Les formes d&#39;ondes enregistrées sont filtrés à l&#39;aide passe-bas d&#39;une fenêtre de Blackman (fréquence de coupure = 31 Hz) et lissés sur trois points de données successifs. Amplitudes peau de conductance de réponse étaient de temps enfermé à l&#39;apparition de chaque parent CS et américaine à la base pré-stimulus pour obtenir une mesure dépend de la peur conditionnée et inconditionnée, respectivement 4-6, 8. Pour être inclus dans l&#39;analyse des données, les critères suivants ont été établis: la latence = 1 - 4 s, durée = 0,5 - 5 s, et l&#39;amplitude minimale = 0,02 micro-Siemens (pS). Les réponses qui ne répondent pas à ces critères sont notés de zéro. 2. Analysest de RCS. Parce RCS données sont en général asymétriques vers zéro, les données ont été la racine carrée transformée avant d&#39;analyse statistique pour atteindre une distribution normale. Les données de chaque type CS (serpents ou des araignées virtuelles) ont été regroupées en «début» et «fin» des blocs d&#39;essai de chaque phase, que l&#39;apprentissage varie généralement dans le temps au sein de chaque phase d&#39;apprentissage. Répétée analyses de variance à mesures (ANOVA) ont été utilisés pour calculer les différences de groupe dans conditionnée réponses conductance de la peau en fonction de la phase d&#39;apprentissage et de type CS que dans les variables sujets (acquisition tardive (CS +, CS-), l&#39;extinction précoce ou tardif (CS +, CS -) et l&#39;affectation de contexte (même ou Maj) comme variables inter-sujets de données ont été normalisées en divisant les valeurs réponse conditionnée à chaque essai par la réponse de chaque participants américains au maximum propres à la stimulation du poignet (sur tout le procès) pour tenir compte des variations individuelles. à répondre et à exclure les non-répondeurs (les individus qui montrent thyristors peu ou pas). Pour la visualisation des données dans la figure 3 scores RCS différentiels ont été calculés comme un indice de l&#39;apprentissage en soustrayant les réponses aux blocs d&#39;essai CS-de ceux de CS + à travers. Selon cette mesure, les scores de différence de zéro reflètent pas l&#39;apprentissage, tandis que les scores de différence supérieure à zéro reflètent l&#39;apprentissage d&#39;une réaction de peur. Cependant, pour déterminer statistiquement le maintien de la peur contextuelle comme le montre la figure 3, un t de Student-test a été calculée sur des valeurs RCS au le + CS et CS-au extinction tôt le jour 2 en fonction de la manipulation du contexte (même contexte vs Maj contexte comme une analyse inter-groupes). C. Description du système Hardware Le système de Duke University DiVE est basé sur la réalité virtuelle projetée «caverne» de conception 9. Le système DIVE est de 3 mx 3 mx 3 m salle où tous les 6 &quot;murs&quot; (4 murs, le plafond et le plancher) montrent des images d&#39;ordinateur stéréographique par projection arrière. Chaque mur est un projecteur DLP (Christie Mirage S numérique 2 K, fonctionnant à 1056x1056 @ 110 Hz 10) qui à son tour est contrôlé par un ordinateur dédié rendent (Windows XP dual core 2,0 GHz avec NVIDIA Quadro G-3000FX cartes graphiques). Un mur diapositives ouvert pour permettre l&#39;accès dans et hors de la plongée. Le 6 ordinateurs rendent sont contrôlés par un ordinateur maître qui communique au système de suivi (Intersense EST-900 11), contrôle le système de son, et envoie une impulsion via le port parallèle au système de choc électrique. Le système de suivi offre l&#39;emplacement 3D et des informations d&#39;orientation pour la tête du participant et les positions des mains. Active Vision stéréographique est fournie à travers le liquide lunettes à obturateur à cristaux (CrystalEyes 3 12). Les sept ordinateurs (6 ordinateurs et de rendre l&#39;ordinateur maître) sont synchronisées sur les limites de trame d&#39;image à travers le genlock (G-Sync) la capacité des cartes graphiques nVidia. Description du logiciel D. Le conditionnement de la peur et les contextes des tests de rétention pour cette expérience se compose de deux différents mondes virtuels à travers laquelle les participants sont amenés à une visite guidée. Les mondes virtuels ont été modélisés en utilisant le paquet modélisation 3D Maya 13. La navigation est limitée à un chemin fixe qui est identique dans tous les mondes virtuels. Mouvement le long de cette voie est contrôlée par le système Virtools logiciels 14. Virtools est un moteur de jeu conçu principalement pour un bureau ou sur le Web expérience. Grâce à l&#39;extension VRPack de Virtools, les mondes virtuels sont projetés dans la plongée. Virtools communique avec le système de suivi à travers le réseau périphérique (Virtual Reality VRPN 15), une librairie open source. VRPN enregistre l&#39;emplacement des participants tête et la main et l&#39;orientation ainsi que des informations appuyez sur le bouton. Virtools utilise les informations de suivi social pour rendre la scène 3D à la bonne perspective pour le participant. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig1.jpg" alt="Figure 1" /> Figure 1. Schéma de la salle de contrôle (VisRoom) et le cube de plonger avec un participant humaine visualisation d&#39;une scène virtuelle. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig2.jpg" alt="Figure 2" /> Figure 2. Schéma d&#39;un participant avec des électrodes conductance de la peau sur la main gauche mesurant les réponses tonique et phasique à des stimuli. Électrique des électrodes stimulateur sont sur le poignet droit. BIOPAC recueille des données physiologiques via Reconnaître un logiciel sur un ordinateur portable. Les codes sont envoyés par la CVMO de l&#39;ordinateur de bureau où le logiciel Virtools génère des scripts de réalité virtuelle projetée dans la plongée. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig3.jpg" alt="Figure 3" /> Figure 3. Comparaison de l&#39;acquisition de la peur et de l&#39;extinction en plongée et en laboratoire. Réponse conductance différentielle peau (RCS) + / - SEM dans les participants conditionné et retesté 24 heures plus tard dans le travailRéalité virtuelle ou ratoire (plongée). Graphique illustre l&#39;acquisition peur équivalent et l&#39;extinction dans les participants à la plongée et des études de laboratoire. Même contexte (n = 12) les tests le jour 2 des rendements plonger plus robustes rétention de la mémoire par rapport à la peur contexte décalé (n = 14) mesurée par RCS à CS +, à nos participants de plongée mais pas dans nos participants de laboratoire, * p = 0,05 .

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1. Résultats D&#39;acquisition équivalent dans la crainte de session et l&#39;extinction dans les groupes a été trouvé (figure 3). Ces données indiquent que des études fiables et informatives conditionnement de la peur peut être effectuée en respectant les contraintes et les capacités d&#39;un environnement immersif totalement. Par ailleurs, nous montrent aussi la mémoire robustes peur contextuelle dans le même contexte les participants de rétention peur dans la plongée (les participants qui sont restés dans le même contexte pour les jours 1 et 2, par rapport à ceux qui ont connu un changement de contexte). La rétention de la peur est plus forte à la plongée que celle observée dans un laboratoire conventionnel adapté paradigme de 16 (voir figure 3). Avec l&#39;installation immersive VR, on peut aussi examiner et de manipuler des environnements contextuels de sonder les processus de la mémoire déclarative chez les humains, contrairement à la mise en laboratoire où les manipulations réalistes contexte multimodèle sont difficiles à accomplir. Enfin, les mondes VR peut être facilement porté pour une utilisation en conjonction avec l&#39;imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) en utilisant des lunettes stéréoscopiques VR pour effectuer une analyse d&#39;activation du cerveau lors de l&#39;encodage ou la récupération de l&#39;acquisition peur, l&#39;extinction, et de rechute. Cette méthodologie peut être utilisée pour rongeurs pont et les résultats cliniques dans la peur et l&#39;anxiété. 2. Contrôle de l&#39;exposition contexte et de relance dans la réalité virtuelle. Un problème majeur avec les exploiter à des fins expérimentales VR est également sa force. Plus précisément, totalement immersive VR fournit la complexité, confond, et la liberté du monde réel. Par exemple, dans la vraie vie, victimes de traumatismes expérience d&#39;un stimulus aversif dans un contexte d&#39;une quantité inconnue de temps. L&#39;exposition contextuels, des caractéristiques spécifiques et d&#39;autres données sensorielles qui ont participé sont également inconnues, ou non vérifiables. De la même façon, si nous étions pour permettre aux participants d&#39;explorer librement les environnements virtuels nous ne serions pas en mesure de rendre compte de contexte ou le temps d&#39;exposition ou la durée de relance. Par exemple, un participant peut marcher très vite, et de manquer 3 sur 4 CS + présentations. Un autre peut explorer une seule chambre dans l&#39;appartement virtuel. De même, si la présentation du stimulus n&#39;est pas spécifié dans le centre de l&#39;écran, où le regard est dirigé avant de commencer, les participants permettra d&#39;éviter ou de manquer de présentations CS. Notre solution à ces confond potentiel était de prendre les participants sur une assise, visite guidée de chaque environnement à un rythme qui permettrait un intervalle interstimulus spécifiques (ISI) et la durée de relance. On pourrait alors extraire des données comparables RCS à partir de points de temps spécifique et des endroits spécifiques à travers tous les participants (par exemple, les réponses à la + CS, Etats-Unis, et CS-stimuli). Les difficultés rencontrées après la prise de cette décision incluse trouver une forme du tracé, la longueur, et le taux de mouvement qui ne serait pas causer des nausées ou une dissonance proprioceptif pour le participant, et pourtant, semble le plus approprié pour imiter la marche naturelle grâce à un nouvel environnement. 3. Mettre en œuvre les paramètres standard conditionnement de la peur d&#39;un système VR. Pour simuler réalistes conditionnée serpents et des araignées stimuli ont été conçus après la faune sauvage des images. Les serpents et les araignées ont d&#39;abord été modélisées dans Maya, une infographie 3D de modélisation et de logiciel d&#39;animation et ensuite importé dans le système VR. Nous avons fait cela parce Virtools est un système de réalité virtuelle de création, et non pas une application de modélisation. Il est donc préférable d&#39;utiliser pour exécuter un système VR et ajouter de l&#39;interaction et la navigation à une scène. Plus précisément, dans Maya quatre animations différentes pour chaque type de CS ont été créés (par exemple, un serpent enroulé, une araignée courir à travers le plancher, une longe de serpent de l&#39;avant avec la bouche ouverte), puis importés dans Virtools. Avant d&#39;importer le serpent dynamiques et les modèles d&#39;araignée dans Virtools de Maya, une voie a été créée en Virtools pour guider le participant dans l&#39;environnement d&#39;une manière circulaire lisse afin de permettre l&#39;échantillonnage de l&#39;environnement au cours des 32 présentations lors de stimulus conditionné la peur conditionné. La forme de la trajectoire est la même pour chacun de nos trois mondes virtuels. Le chemin a été créé pour arrêter pendant quatre secondes pour chaque présentation du stimulus, l&#39;intervalle était de 11 interstimulus + / - 4 secondes pendant lesquelles le sujet a été lentement (étant guidé) par l&#39;environnement. Cet intervalle a été déterminé à partir de nos précédentes expériences conditionnement de la peur dans le laboratoire de 8, 16, car il permet la récupération de la réponse conductance de la peau entre les présentations de relance. Les stimuli sont ensuite placés sur le chemin à des points spécifiés par les paramètres de timing. Cette configuration crée stimulus spécifique et les conjonctions contexte (par exemple, un serpent rampant sur la table de salle à manger, une araignée marchant autour de la jambe canapé), qui peuvent ensuite être sondé pour la mémoire explicite. Apparences stimuli étaient des pseudo-aléatoire à travers les scripts. Toutes les présentations de relance apparu dans le milieu de laécran avant pour empêcher le participant d&#39;avoir à chercher le stimulus. Ce nous a fourni une quantité contrôlée de temps d&#39;exposition de relance, et un emplacement contexte défini. Une limitation de la vue avant est qu&#39;il ne profite pas de toutes les capacités du système immersif (par exemple, les serpents ne peuvent pas entrer dans la salle de derrière le participant). En outre, les stimuli ont été soigneusement placé à l&#39;extérieur d&#39;une boîte de frontière autour de l&#39;emplacement des participants afin que les serpents et les araignées n&#39;ont jamais empiété sur l&#39;espace des participants personnels. 4. Point de vue et de suivi social. L&#39;angle de la plongée a été définie de sorte que d&#39;une position assise le participant a eu un bon angle vers l&#39;avant. Ce contrôle des variations de hauteur entre les participants, et minimisé artefacts de mouvement sur nos enregistrements physiologiques. Les participants ont été instruits pour faire face à l&#39;avant et passer aussi peu que possible, cela a aussi contrôlé, où les participants étaient à la recherche, et donc maintenu relance cohérent et une exposition de contexte entre les participants. Nous avons choisi de tourner sur un dispositif de head-tracking dans les lunettes 3D portés par les participants pour s&#39;assurer qu&#39;ils étaient regarder la scène avec la perspective correcte. Si le suivi de la tête n&#39;avait pas été élu pour, mouvement de la tête vers la gauche ou la droite ne serait pas correctement occulter la manière dont les objets apparus dans le monde (p.ex. objets semblent pliés sur les écrans à la plongée en tant que participants parcouru). Avec le suivi de la tête élus pour, on pourrait être sûr que les caractéristiques de l&#39;environnement ont conservé leurs proportions normales et ont été établis correctement sur chacune des six murs de la plongée pour la durée de l&#39;expérience. 5. Collecte des données. Dans notre version standard de laboratoire de 8 conditionnement de la peur, 16 présentation du stimulus était contrôlé par un script programmé par ordinateur dans le logiciel de présentation. Afin de maintenir la cohérence entre le laboratoire et l&#39;environnement virtuel, nous avons importé notre niveau la peur des scripts d&#39;acquisition et d&#39;extinction sous forme de code à l&#39;ordinateur de contrôle dans la salle de contrôle qui héberge le cube de plongée (voir Figure 1). Le code du port parallèle a été mis à envoyer une liste de codes numériques générées pour signaler des événements distincts, tels que des présentations de l&#39;serpents, d&#39;araignées, et onsets stimulation électrique. Dans notre conception, Virtools envoie un message d&#39;Open Sound Control (OSC 17) OSC / UDP message à une coutume programme C + + qui définit la valeur du port parallèle. Notre programme C + + utilise le OSCpack 18 bibliothèques. L&#39;entrée numérique BIOPAC est connecté au port parallèle de l&#39;ordinateur. RCS données sont collectées sur l&#39;ordinateur portable de BIOPAC via le port parallèle, ensuite normalisée, et calculée pour CS + / CS et US onsets l&#39;intérieur de paramètres précis (voir ci-dessus pour plus de détails). En plus de rendre la scène et le contrôle de la navigation, Virtools est également utilisé pour enregistrer les événements utilisateur (presses bouton). En résumé, lors d&#39;une expérience, des messages sont envoyés à partir de l&#39;ordinateur maître pour le système BIOPAC via le port parallèle. Parce que Virtools peut pas communiquer avec le port parallèle sur l&#39;ordinateur directement à un petit programme C + + à l&#39;écoute d&#39;un message à partir de la CVMO Virtools puis le transmet au port parallèle.

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

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

Conditionnement de la peur est un paradigme largement utilisé dans la recherche animale non-humaine pour étudier les mécanismes neuronaux sous-jacents peur et l&#39;anxiété. Un défi majeur dans la réalisation d&#39;études de conditionnement chez l&#39;homme est la capacité de manipuler ou de simuler vivement les contextes environnementaux qui sont associés à des comportements conditionnés émotionnel. À cet égard, la réalité virtuelle (VR) la technologie est un outil prometteur. Pourtant, l&#39;adaptation de cette technologie pour répondre aux contraintes expérimentales nécessite des aménagements spéciaux. Nous abordons ici les questions méthodologiques liées lors de la conduite conditionnement de la peur dans un environnement totalement immersif à 6 faces VR et présenter des données conditionnement de la peur. Dans le monde réel, les événements traumatiques se produisent dans des environnements complexes qui sont constitués de plusieurs indices, engageant l&#39;ensemble de nos modalités sensorielles. Par exemple, les indices qui forment la configuration de l&#39;environnement comprennent non seulement les éléments visuels, mais sonore, olfactif, et même tactiles. Dans les études chez les rongeurs d&#39;animaux conditionnement de la peur sont complètement immergés dans un contexte qui est riche avec le roman indices visuels, tactiles et olfactives. Cependant, les tests de laboratoire standard du conditionnement de la peur chez les humains sont généralement menées dans une salle banale en face d&#39;un écran d&#39;ordinateur plat ou en 2D et ne reproduisent pas la complexité des expériences du monde réel. D&#39;autre part, une limitation majeure des études cliniques visant à réduire (extinction) la peur et la prévention des rechutes dans les troubles anxieux, c&#39;est que le traitement a lieu après que les participants ont acquis une peur dans un contexte non contrôlé et largement inconnu. Ainsi, les expérimentateurs sont laissés sans information sur la durée de l&#39;exposition, la vraie nature du stimulus, et les indices de fond associés dans l&#39;environnement 1. En l&#39;absence de cette information, il peut être difficile de vraiment éteindre une peur qui est à la fois de repère et dépendant du contexte. Environnements de réalité virtuelle aborder ces questions en fournissant de la complexité du monde réel, et en même temps, permettant de contraindre les expérimentateurs conditionnement de la peur et les paramètres d&#39;extinction pour produire des données empiriques qui peuvent suggérer des meilleures options de traitement et / ou analyser les hypothèses mécanistiques. Afin de tester l&#39;hypothèse que conditionnement de la peur peut être richement encodé et contexte spécifique lorsqu&#39;ils sont réalisés dans un environnement immersif totalement, nous avons développé distincts de réalité virtuelle en 3-D des contextes dans lesquels les participants expérimentés conditionnement de la peur des serpents ou des araignées virtuelles. Signaux auditifs co-produit avec le CS afin de continuer à évoquer des réponses d&#39;orientation et un sentiment de «présence» dans les matières 2. Réponse conductance de la peau a servi la mesure dépend de l&#39;acquisition de la mémoire la peur de rétention, et l&#39;extinction.

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

Paradigme classique conditionnement de la peur a été adapté pour les participants humains dans un contexte de réalité virtuelle immersive. L&#39;utilisation d&#39;un paradigme de la discrimination, la peur conditionnée, queue et rétention de la mémoire contexte, et l&#39;extinction a été mesurée avec la réponse à la dynamique de conductance de la peau des serpents et des araignées virtuelles (les stimuli conditionnés) dans deux contextes distincts virtuel.

Conditionnement de la peur humaine, à l&#39;immersion en 3 dimensions pleine réalité virtuelle

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

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

20.8K vues.  Duke University. Paradigme classique conditionnement de la peur a été adapté pour les participants humains dans un contexte de réalité virtuelle immersive. L'utilisation d'un paradigme de la discrimination, la peur conditionnée, queue et rétention de la mémoire contexte, et l'extinction a été mesurée avec la réponse à la dynamique de conductance de la peau des serpents et des araignées virtuelles (les stimuli conditionnés) dans deux contextes distincts virtuel.

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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.

Pharmacologie comportementale dans le conditionnement classique de la réponse Extension Proboscis chez les abeilles ( Apis mellifera)

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

Recherche

Neurosciences

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.

Imagerie time-lapse en direct de relation clonale cellules progénitrices neurales dans le cerveau antérieur développement Zebrafish

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.

Culture organotypique de pleine épaisseur Retina porcin adultes

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 optogénétiques Dissection de circuits Peur en tranches cérébrales

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.

L’utilisation de Trace Eyeblink conditionnement de classique pour évaluer le dysfonctionnement hippocampique dans un modèle de Rat de 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 ...

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 Courtship Conditionnement en tant que mesure de l&#39;apprentissage et de la mémoire

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.

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

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.

Une méthode pour la reconstruction 3D et l'analyse de la réalité virtuelle des cellules gliales et 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.

Application simultanée de la stimulation transcrânienne à courant continu pendant l’exposition à la réalité virtuelle

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.

Immersion alternative dans le glucose pour produire une hyperglycémie prolongée chez le poisson zèbre

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