אנו מודים הולטון תומפסון עבור עבודתה ביצירת Virtools 3-D עולמות מאיה ואריק מונסון עבור ציורים סכמטית. המחקר מומן בחלקו על ידי NIH הבתר F32 MH078471 ל NCH, ו NIDA RO1 DA027802 כדי KSL. צלילה מומן על ידי NSF BCS-0420632.

<ol>
	<li>Mineka, S., Zinbarg, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+contemporary+learning+theory+perspective+on+the+etiology+of+anxiety+disorders:+It's+not+what+you+thought+it+was.">A contemporary learning theory perspective on the etiology of anxiety disorders: It's not what you thought it was.</a> Amer. Psychol. 61, 10-26 (2006).</li><li>Sanchez-Vives, M. V., Slater, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+presence+to+consciousness+through+virtual+reality.">From presence to consciousness through virtual reality.</a> Nat. Rev. Neurosci. 6, 332-339 (2005).</li><li>McGaugh, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory---+a+century+of+consolidation.">Memory--- a century of consolidation.</a> Science. 287, 248-251 (2000).</li><li>LaBar, K. S., Cook, C. A., Torpey, D. C., Welsh-Bohmer, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+healthy+aging+on+awareness+and+fear+conditioning.">Impact of healthy aging on awareness and fear conditioning.</a> Behav Neurosci. 118, 905-915 (2004).</li><li>LaBar, K. S., Phelps, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reinstatement+of+conditioned+fear+in+humans+in+context+dependent+and+impaired+in+amnesia.">Reinstatement of conditioned fear in humans in context dependent and impaired in amnesia.</a> Behav Neurosci. 119, 677-686 (2005).</li><li>LaBar, K. S., Gatenby, J. C., Gore, J. C., LeDoux, J. E., Phelps, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+amygdala+activation+during+conditioned+fear+acquisition+and+extinctions:+a+mixed+trial+fMRI+study.">Human amygdala activation during conditioned fear acquisition and extinctions: a mixed trial fMRI study.</a> Neuron. 20, 937-945 (1998).</li><li>Phelps, E. A., Delgado, M. R., Nearing, K. I., LeDoux, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extinction+learning+in+humans:+role+of+the+amygdala+and+mPFC.">Extinction learning in humans: role of the amygdala and mPFC.</a> Neuron. 43, 897-905 (2004).</li><li>Zorawski, M., Cook, C. A., Kuhn, C. M., LaBar, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sex,+stress,+and+fear:+individual+differences+in+conditioned+learning.">Sex, stress, and fear: individual differences in conditioned learning.</a> Cogn. Affect. Behav. Neurosci. 5, 191-201 (2005).</li><li>Cruz-Neira, C., Sandin, D., DeFanti, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surround-screen+projection-based+virtual+reality:+The+design+and+implementation+of+the+CAVE.">Surround-screen projection-based virtual reality: The design and implementation of the CAVE.</a> Acm. Siggraph. Proc. 93, 135-142 (1993).</li><li>Huff, N. C., Hernandez, J. A., Blanding, N. Q., LaBar, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Delayed+extinction+attenuates+fear+renewal+and+spontaneous+recovery+in+humans.">Delayed extinction attenuates fear renewal and spontaneous recovery in humans.</a> Behav. Neurosci. 123, 834-843 (2009).</li></ol>

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

1. תוצאות בתוך מפגשים Equivalent פחד הרכישה הכחדה בכל קבוצות נמצאה (איור 3). נתונים אלה מצביעים על כך אמין ואינפורמטיבי מיזוג מחקרים הפחד יכול להתבצע במסגרת המגבלות והיכולות של סביבת immersive מלא. יתר על כן אנו גם להפגין פחד חזקים זיכרון הקשרי בפחד זהה הקשר המשתתפים השמירה בצלילה (מהמשתתפים שנשארו באותו הקשר עבור ימי 1 ו -2, ביחס לאלו שחוו שינוי ההקשר). השמירה של פחד חזק בצלילה מזה שנצפה במעבדה קונבנציונלית מתאימים הפרדיגמה 16 (ראה איור 3). עם ההתקנה VR immersive, אפשר גם לבדוק ולטפל סביבות הקשרי עשיר לחקור תהליכי זיכרון הצהרתי בבני אדם, בניגוד להגדרה מעבדה שבה ריאליסטי בהקשר מניפולציות multimodel קשה להשיג. לבסוף, העולמות VR יכול בקלות להיות מועבר לשימוש בשילוב עם בהדמיה מגנטית תפקודית (fMRI) באמצעות סטריאוסקופית משקפי VR לבצע הפעלה ניתוח מוח במהלך קידוד או שליפה של רכישת פחד, הכחדה, ואת הישנות. מתודולוגיה זו יכול להיות מנוצל כדי מכרסם גשר ממצאים קליניים פחד וחרדה. 2. שליטה בהקשר וחשיפה לגירויים במציאות מדומה. בעיה רצינית עם ניצול VR לשימוש ניסיוני גם כוחה. באופן ספציפי, מלא immersive VR מספק את המורכבות, בלבול, וחופש בעולם האמיתי. כך, למשל, בחיים האמיתיים, נפגעי טראומה חווים גירוי מרתיעה בהקשר בסכום לא ידוע של זמן. חשיפת הקשר, תכונות ספציפיות קלט חושי אחרים השתתפו גם ידוע, או לא לאימות. באותה מידה, אם היינו מאפשרים למשתתפים לחקור בחופשיות את סביבות וירטואליות אנחנו לא יהיה מסוגל להסביר את ההקשר, או חשיפה לגירוי או משך זמן. לדוגמה, אחד המשתתפים יכול ללכת מהר מאוד, ומתגעגעת 3 מתוך 4 CS + מצגות. סיבה אחרת יכולה לחקור רק חדר אחד בדירה וירטואלי. כמו כן, אם מצגת גירוי לא צוין במרכז המסך, כאשר המבט מופנה לפני הזינוק, המשתתפים ימנעו או להחמיץ מצגות CS. הפתרון שלנו אלה מקעקעת את הפוטנציאל היה לקחת את המשתתפים לסיור, יושב מודרך של כל סביבה בקצב שתאפשר מרווח interstimulus ספציפי (ISI) לבין משך הגירוי. אז נוכל לחלץ להשוות נתונים SCR מנקודות זמן ספציפיים במקומות ספציפיים על פני כל המשתתפים (למשל, התגובות + CS, ארה&quot;ב, CS-גירויים). קשיים לאחר ביצוע החלטה זו כללה מציאת נתיב צורה, אורך, קצב התנועה לא היה לגרום לבחילה או דיסוננס פרופריוצפטיביות למשתתף, ובכל זאת להרגיש המתאים לחקות ambulation טבעי באמצעות סביבת רומן. 3. יישום תקן מיזוג פרמטרים פחד למערכת VR. כדי לדמות מציאותית גירויים נחשים ועכבישים מותנה עוצבו לאחר בר חיים תמונות. נחשים ועכבישים היו הדגם הראשון מאיה, גרפיקה ממוחשבת מודלים 3D ו אנימציה חבילת תוכנה ולאחר מכן מיובאים לתוך מערכת מציאות מדומה. עשינו את זה כי Virtools הוא מציאות מדומה authoring המערכת, לא יישום דוגמנות. לכן השימוש הטוב ביותר לנהל מערכת VR ולהוסיף את האינטראקציה וניווט לסצינה. באופן ספציפי, מאיה four אנימציות שונות לכל סוג CS נוצרו (למשל, נחש מפותל, עכביש רץ על הרצפה, וזינק קדימה נחש עם פה פתוח) אז המיובאים לתוך Virtools. לפני ייבוא ​​נחש מודלים דינמיים עכביש לתוך Virtools של מאיה, שביל נוצר Virtools להנחות את המשתתפים סביב הסביבה בצורה מעגלית חלקה כדי לאפשר דגימה של הסביבה במהלך 32 מצגות גירוי מותנה במהלך פחד מיזוג. צורתו של שביל זהה עבור כל שלושת העולמות הווירטואליים. הנתיב נוצר כדי לעצור במשך ארבע שניות בכדי שהמצגת כל גירוי, רווח interstimulus היה 11 + / - 4 שניות שבהן הנושא היה זז לאט (להיות מודרך) דרך הסביבה. מרווח זה נקבע מתוך מיזוג הקודמת שלנו ניסויים פחד מעבדה 8, 16, כי זה מאפשר החלמה תגובת מוליכות העור בין מצגות גירוי. גירויים הונחו אז בנקודות שצוינו על ידי הפרמטרים העיתוי על השביל. התקנה זו נוצר גירוי ספציפי צירופים ההקשר (למשל, נחש זוחל על השולחן בחדר האוכל, עכביש להסתובב ברגל הספה), אשר יכול להיות מאוחר יותר נחקר על זיכרון מפורש. הופעות גירויים היו פסאודו אקראי באמצעות תסריטים. כל המצגות הגירוי הופיע באמצעהמסך הקדמי כדי למנוע את המשתתף מהצורך לחפש את הגירוי. זה סיפק לנו עם כמות מבוקרת של זמן החשיפה לגירוי, ומיקום בהקשר מוגדר. מגבלה אחת של מבט קדימה היא שזה לא לנצל את מלוא היכולות של המערכת immersive (למשל, נחשים לא יכולים להיכנס לחדר מאחור המשתתף). בנוסף, גירויים הונחו בקפידה סביב מיקום המשתתפים מחוץ לקופסה גבול כך נחשים ועכבישים מעולם לא התנשא על שטח המשתתפים אישית. 4. נקודה צפה ומעקב הראש. זווית הצלילה נקבע כך ממצב של ישיבה המשתתף היה בזווית הנכונה מול קדימה. זה נשלט על וריאציות גובה בין המשתתפים, ו ממוזער חפצים תנועה על ההקלטות הפיזיולוגיות שלנו. המשתתפים הונחו הפנים קדימה לזוז כמה שפחות, זה נשלט גם שם המשתתפים חיפשו, ומתוחזק ולכן גירוי עקבי חשיפה הקשר בין המשתתפים. בחרנו להפעיל את המכשיר הראש מעקב של משקפי 3D משוחק על ידי המשתתפים על מנת להבטיח שהם צופים את הסצינה עם הפרספקטיבה הנכונה. אם מעקב הראש לא היה נבחר, תנועת הראש ימינה או שמאלה לא היה נכון לחסום כמה חפצים הופיע בעולם (אובייקטים כגון יופיע כפופות על המסכים בצלילה כמשתתפים חצה). בעזרת מעקב אחר ראש נבחר, אנחנו יכולים להיות בטוחים כי התכונות בסביבה שמרו על פרופורציות נורמלי שלהם היו סגורים בצורה נכונה על כל אחד מששת הקירות של הצלילה למשך תקופת הניסוי. 5. איסוף נתונים. בגרסה הרגילה שלנו במעבדה של מיזוג פחד 8, 16 מצגת גירוי נשלט על ידי מחשב שתוכנת סקריפט בחבילת תוכנה מצגת. כדי לשמור על עקביות בין המעבדה לבין הסביבה הווירטואלית, אנו מיובאים הרכישה הכחדה הרגילה שלנו תסריטים פחד בפורמט קוד למחשב הבקרה בחדר הבקרה שמארח את הקוביה צלילה (ראה איור 1). קוד יציאה מקבילית נקבע לשלוח רשימה של קודים מספריים שנוצר לאותת אירועים שונים, כגון מצגות של הנחש, עכביש, onsets גירוי חשמלי. בתכנון שלנו, Virtools שולח הודעת פתיחה בקרת סאונד (OSC 17) OSC / UDP מסר תוכנית אישית + + C המגדירה את ערך היציאה המקבילית. C שלנו בתוכנית + + משתמש הספרייה OSCpack 18. קלט דיגיטלי של BIOPAC מחובר ליציאת המקבילה המחשב. SCR איסוף הנתונים במחשב הנייד של BIOPAC דרך היציאה המקבילית, מנורמל אז, מחושבת CS + / CS-ו onsets ארה&quot;ב בתוך פרמטרים ספציפיים (ראה לעיל לפרטים נוספים). בנוסף טיוח את הסצינה ושליטה ניווט, Virtools משמש גם יומן אירועים המשתמש (לוחץ על כפתור). לסיכום, במהלך ניסוי, הודעות הנשלחות מהמחשב הראשי למערכת BIOPAC דרך היציאה המקבילית. מכיוון Virtools לא יכול לתקשר עם היציאה המקבילית במחשב ישירות קטן C + + תוכנית מקשיב הודעת OSC מ Virtools ואז מעביר אותו היציאה המקבילית.

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

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

מיזוג הפחד הוא פרדיגמה בשימוש נרחב במחקר הלא אנושית חיה כדי לחקור את המנגנונים העצביים הבסיסיים פחד וחרדה. האתגר העיקרי בניהול מחקרים מיזוג בבני אדם הוא היכולת לתפעל חזק או לדמות את הקשרים סביבתיים הקשורים להתנהגות רגשית מותנית. בהקשר זה, טכנולוגיה וירטואלית (VR) המציאות היא כלי מבטיח. עם זאת, התאמת הטכנולוגיה הזאת כדי לענות על האילוצים הניסוי דורש התאמות מיוחדות. כאן אנו לטפל בבעיות מתודולוגיות מעורב בעת ביצוע מיזוג פחד בסביבת מציאות מדומה לחלוטין immersive 6 צדדית ובהווה מיזוג נתונים פחד. בעולם האמיתי, אירועים טראומתיים מתרחשים בסביבות מורכבות אשר בנויים רמזים רבים, העוסקים בכל שיטות החושית שלנו. לדוגמה, רמזים שיוצרים את תצורת הסביבה לכלול לא רק אלמנטים ויזואליים, אך שמיעתי, ריח, מישוש ואת אפילו. במחקרים של בעלי חיים מכרסמים מיזוג פחד שקועים לחלוטין בהקשר זה עשיר עם רומן, רמזים חזותיים מישוש ואת חוש הריח. עם זאת, בדיקות מעבדה הסטנדרטי של מיזוג פחד בבני אדם מתנהלים בדרך כלל בחדר ייחוד מול מסך מחשב שטוח או 2D ולא לשכפל את המורכבות של התנסויות בעולם האמיתי. מצד שני, המגבלה העיקרית של מחקרים קליניים שמטרתה צמצום (כיבוי) פחד ומניעת הישנות בהפרעות חרדה הוא טיפול המתרחשת לאחר המשתתפים רכשו פחד בהקשר בלתי מבוקרת, אינו ידוע ברובו. לפיכך הנסיינים נותרים ללא מידע על משך החשיפה, את הטבע האמיתי של הגירוי, ועל רקע רמזים הקשורים בסביבה 1. בהעדר מידע זה יכול להיות קשה באמת לכבות חשש כי הוא גם רמז וגם תלוי הקשר. בסביבות מציאות מדומה לטפל בבעיות אלה על ידי מתן את המורכבות של העולם האמיתי, באותו זמן המאפשר הנסיינים להגביל מיזוג פחד פרמטרים ההכחדה להניב נתונים אמפיריים כי יכול להציע אפשרויות טיפול טוב יותר ו / או לנתח השערות מכניסטית. על מנת לבדוק את ההשערה כי מיזוג הפחד יכול להיות מקודד עשיר ספציפי בהקשר זה המבוצע בסביבה immersive מלא, פיתחנו מציאות מדומה ברורים 3-D בהקשרים שבהם משתתפים מנוסים מיזוג פחד מנחשים או עכבישים וירטואלי. רמזים שמיעתית שיתוף התרחשה עם CS כדי לקדם לעורר תגובות המכוונת ותחושה של &quot;נוכחות&quot; במקצועות 2. מוליכות העור בתגובה שימש למדוד את תלות של רכישת החזקת פחד זיכרון, הכחדה.

Watch this Scientific Journal Video about Human Fear Conditioning Conducted in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality at JoVE.com

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

הפרדיגמה הקלאסית מיזוג פחד הותאם עבור המשתתפים האדם בסביבה מציאות וירטואלית לחלוטין immersive. באמצעות פרדיגמה אפליה, פחד מותנה, אות וזיכרון שימור הקשר, הכחדה נמדדה עם תגובה מוליכות העור כדי נחשים ועכבישים וירטואלי דינמי (גירויים מותנים) בשני הקשרים שונים וירטואלית.

התניית פחד האדם שנערך מציאות שליטת טבילה 3-Dimensional וירטואלי

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

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

20.8K Views.  Duke University. הפרדיגמה הקלאסית מיזוג פחד הותאם עבור המשתתפים האדם בסביבה מציאות וירטואלית לחלוטין immersive. באמצעות פרדיגמה אפליה, פחד מותנה, אות וזיכרון שימור הקשר, הכחדה נמדדה עם תגובה מוליכות העור כדי נחשים ועכבישים וירטואלי דינמי (גירויים מותנים) בשני הקשרים שונים וירטואלי?...

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

Contextual and Cued Fear Conditioning Test Using a Video Analyzing System in Mice

The contextual and cued fear conditioning test is one of the behavioral tests that assesses the ability of mice to learn and remember an association between environmental cues and aversive experiences. In this test, mice are placed into a conditioning chamber and are given parings of a conditioned stimulus (an auditory cue) and an aversive unconditioned stimulus (an electric footshock). After a delay time, the mice are exposed to the same conditioning chamber and a differently shaped chamber with presentation of the auditory cue. Freezing behavior during the test is measured as an index of fear memory. To analyze the behavior automatically, we have developed a video analyzing system using the ImageFZ application software program, which is available as a free download at http://www.mouse-phenotype.org/. Here, to show the details of our protocol, we demonstrate our procedure for the contextual and cued fear conditioning test in C57BL/6J mice using the ImageFZ system. In addition, we validated our protocol and the video analyzing system performance by comparing freezing time measured by the ImageFZ system or a photobeam-based computer measurement system with that scored by a human observer. As shown in our representative results, the data obtained by ImageFZ were similar to those analyzed by a human observer, indicating that the behavioral analysis using the ImageFZ system is highly reliable. The present movie article provides detailed information regarding the test procedures and will promote understanding of the experimental situation.

This article presents a protocol for a contextual and cued fear conditioning test using a video analyzing system to assess fear learning and memory in mice.

אוויר מבחן הקשר ורמז פחד באמצעות מערכת ניתוח וידאו בעכברים

The contextual and cued fear conditioning test is one of the behavioral tests that assesses the ability of mice to learn and remember an association ...

Behavior

Investigating the Neural Mechanisms of Aware and Unaware Fear Memory with fMRI

Pavlovian fear conditioning is often used in combination with functional magnetic resonance imaging (fMRI) in humans to investigate the neural substrates of associative learning 1-5. In these studies, it is important to provide behavioral evidence of conditioning to verify that differences in brain activity are learning-related and correlated with human behavior. 
Fear conditioning studies often monitor autonomic responses (e.g. skin conductance response; SCR) as an index of learning and memory 6-8. In addition, other behavioral measures can provide valuable information about the learning process and/or other cognitive functions that influence conditioning. For example, the impact unconditioned stimulus (UCS) expectancies have on the expression of the conditioned response (CR) and unconditioned response (UCR) has been a topic of interest in several recent studies 9-14. SCR and UCS expectancy measures have recently been used in conjunction with fMRI to investigate the neural substrates of aware and unaware fear learning and memory processes 15. Although these cognitive processes can be evaluated to some degree following the conditioning session, post-conditioning assessments cannot measure expectations on a trial-to-trial basis and are susceptible to interference and forgetting, as well as other factors that may distort results 16,17 .
Monitoring autonomic and behavioral responses simultaneously with fMRI provides a mechanism by which the neural substrates that mediate complex relationships between cognitive processes and behavioral/autonomic responses can be assessed. However, monitoring autonomic and behavioral responses in the MRI environment poses a number of practical problems. Specifically, 1) standard behavioral and physiological monitoring equipment is constructed of ferrous material that cannot be safely used near the MRI scanner, 2) when this equipment is placed outside of the MRI scanning chamber, the cables projecting to the subject can carry RF noise that produces artifacts in brain images, 3) artifacts can be produced within the skin conductance signal by switching gradients during scanning, 4) the fMRI signal produced by the motor demands of behavioral responses may need to be distinguished from activity related to the cognitive processes of interest. Each of these issues can be resolved with modifications to the setup of physiological monitoring equipment and additional data analysis procedures. Here we present a methodology to simultaneously monitor autonomic and behavioral responses during fMRI, and demonstrate the use of these methods to investigate aware and unaware memory processes during fear conditioning.

A methodology to investigate the neural mechanisms that support aware and unaware memory processes during fear conditioning is described. This method monitors blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging, skin conductance response, and unconditioned stimulus expectancy during Pavlovian fear conditioning to assess the neural correlates of distinct memory processes.

לחקור את המנגנונים העצביים של זיכרון הפחד מודע ולא מודע עם fMRI

Pavlovian fear conditioning is often used in combination with functional magnetic resonance imaging (fMRI) in humans to investigate the neural substrates ...

Extinction Training During the Reconsolidation Window Prevents Recovery of Fear

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents the return of fear. Pavlovian fear-conditioning paradigms are commonly employed to create a controlled, novel fear association in the laboratory. After pairing an innocuous stimulus (conditioned stimulus, CS) with an aversive outcome (unconditioned stimulus, US) we can elicit a fear response (conditioned response, or CR) by presenting just the stimulus alone1,2 . Once fear is acquired, it can be diminished using extinction training, whereby the conditioned stimulus is repeatedly presented without the aversive outcome until fear is no longer expressed3. This inhibitory learning creates a new, safe representation for the CS, which competes for expression with the original fear memory4. Although extinction is effective at inhibiting fear, it is not permanent. Fear can spontaneously recover with the passage of time. Exposure to stress or returning to the context of initial learning can also cause fear to resurface3,4.
Our protocol addresses the transient nature of extinction by targeting the reconsolidation window to modify emotional memory in a more permanent manner. Ample evidence suggests that reactivating a consolidated memory returns it to a labile state, during which the memory is again susceptible to interference5-9. This window of opportunity appears to open shortly after reactivation and close approximately 6hrs later5,11,16, although this may vary depending on the strength and age of the memory15. By allowing new information to incorporate into the original memory trace, this memory may be updated as it reconsolidates10,11. Studies involving non-human animals have successfully blocked the expression of fear memory by introducing pharmacological manipulations within the reconsolidation window, however, most agents used are either toxic to humans or show equivocal effects when used in human studies12-14. Our protocol addresses these challenges by offering an effective, yet non-invasive, behavioral manipulation that is safe for humans.
By prompting fear memory retrieval prior to extinction, we essentially trigger the reconsolidation process, allowing new safety information (i.e., extinction) to be incorporated while the fear memory is still susceptible to interference. A recent study employing this behavioral manipulation in rats has successfully blocked fear memory using these temporal parameters11. Additional studies in humans have demonstrated that introducing new information after the retrieval of previously consolidated motor16, episodic17, or declarative18 memories leads to interference with the original memory trace14. We outline below a novel protocol used to block fear recovery in humans.

Conditioned fear can be diminished through an inhibitory process called extinction, but can resurface under conditions such as the passage of time or exposure to stress. Our protocol presents a novel way of preventing fear recovery by introducing extinction during the reconsolidation window (the re-storage phase of a reactivated memory).

אימון הכחדה במהלך חלון Reconsolidation מונע שחזור של פחד

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents ...

Virtual Reality Experiments with Physiological Measures

Virtual reality (VR) experiments are increasingly employed because of their internal and external validity compared to real-world observation and laboratory experiments, respectively. VR is especially useful for geographic visualizations and investigations of spatial behavior. In spatial behavior research, VR provides a platform for studying the relationship between navigation and physiological measures (e.g., skin conductance, heart rate, blood pressure). Specifically, physiological measures allow researchers to address novel questions and constrain previous theories of spatial abilities, strategies, and performance. For example, individual differences in navigation performance may be explained by the extent to which changes in arousal mediate the effects of task difficulty. However, the complexities in the design and implementation of VR experiments can distract experimenters from their primary research goals and introduce irregularities in data collection and analysis. To address these challenges, the Experiments in Virtual Environments (EVE) framework includes standardized modules such as participant training with the control interface, data collection using questionnaires, the synchronization of physiological measurements, and data storage. EVE also provides the necessary infrastructure for data management, visualization, and evaluation. The present paper describes a protocol that employs the EVE framework to conduct navigation experiments in VR with physiological sensors. The protocol lists the steps necessary for recruiting participants, attaching the physiological sensors, administering the experiment using EVE, and assessing the collected data with EVE evaluation tools. Overall, this protocol will facilitate future research by streamlining the design and implementation of VR experiments with physiological sensors.

Virtual reality (VR) experiments can be difficult to implement and require meticulous planning. This protocol describes a method for the design and implementation of VR experiments that collect physiological data from human participants. The Experiments in Virtual Environments (EVE) framework is employed to accelerate this process.

מציאות מדומה בין ניסויים פיסיולוגיים

Virtual reality (VR) experiments are increasingly employed because of their internal and external validity compared to real-world observation and ...

Integrating Visual Psychophysical Assays within a Y-Maze to Isolate the Role that Visual Features Play in Navigational Decisions

Collective animal behavior arises from individual motivations and social interactions that are critical for individual fitness. Fish have long inspired investigations into collective motion, specifically, their ability to integrate environmental and social information across ecological contexts. This demonstration illustrates techniques used for quantifying behavioral responses of fish, in this case, Golden Shiner (Notemigonus crysoleucas), to visual stimuli using computer visualization and digital image analysis. Recent advancements in computer visualization allow for empirical testing in the lab where visual features can be controlled and finely manipulated to isolate the mechanisms of social interactions. The purpose of this method is to isolate visual features that can influence the directional decisions of the individual, whether solitary or with groups. This protocol provides specifics on the physical Y-maze domain, recording equipment, settings and calibrations of the projector and animation, experimental steps and data analyses. These techniques demonstrate that computer animation can elicit biologically-meaningful responses. Moreover, the techniques are easily adaptable to test alternative hypotheses, domains, and species for a broad range of experimental applications. The use of virtual stimuli allows for the reduction and replacement of the number of live animals required, and consequently reduces laboratory overhead.
This demonstration tests the hypothesis that small relative differences in the movement speeds (2 body lengths per second) of virtual conspecifics will improve the speed and accuracy with which shiners follow the directional cues provided by the virtual silhouettes. Results show that shiners directional decisions are significantly affected by increases in the speed of the visual cues, even in the presence of background noise (67% image coherency). In the absence of any motion cues, subjects chose their directions at random. The relationship between decision speed and cue speed was variable and increases in cue speed had a modestly disproportionate influence on directional accuracy.

Here, we present a protocol to demonstrate a behavioral assay that quantifies how alternative visual features, such as motion cues, influence directional decisions in fish. Representative data are presented on the speed and accuracy where Golden Shiner (Notemigonus crysoleucas) follow virtual fish movements.

שילוב מספר הפסיכופיזיקלי בתוך מבוך Y כדי לבודד את התפקיד שתכונות חזותיות משחקות בהחלטות ניווט

Collective animal behavior arises from individual motivations and social interactions that are critical for individual fitness. Fish have long inspired ...

Fear Incubation Using an Extended Fear-Conditioning Protocol for Rats

Emotional memory has been primarily studied with fear-conditioning paradigms. Fear conditioning is a form of learning through which individuals learn the relationships between aversive events and otherwise neutral stimuli. The most-widely utilized procedures for studying emotional memories entail fear conditioning in rats. In these tasks, the unconditioned stimulus (US) is a footshock presented once or several times across single or several sessions, and the conditioned response (CR) is freezing. In a version of these procedures, called cued fear conditioning, a tone (conditioned stimulus, CS) is paired with footshocks (US) during the training phase. During the first test, animals are exposed to the same context in which training took place, and freezing responses are tested in the absence of footshocks and tones (i.e., a context test). During the second test, freezing is measured when the context is changed (e.g., by manipulating the smell and walls of the experimental chamber) and the tone is presented in the absence of footshocks (i.e., a cue test). Most cued fear conditioning procedures entail few tone-shock pairings (e.g., 1-3 trials in a single session). There is a growing interest in less common versions involving an extensive number of pairings (i.e., overtraining) related to the long-lasting effect called fear incubation (i.e., fear responses increase over time without further exposure to aversive events or conditioned stimuli). Extended fear-conditioning tasks have been key to the understanding of fear incubation&#8217;s behavioral and neurobiological aspects, including its relationship with other psychological phenomena (e.g., post-traumatic stress disorder). Here, we describe an extended fear-conditioning protocol that produces overtraining and fear incubation in rats. This protocol entails a single training session with 25 tone-shock pairings (i.e., overtraining) and a comparison of conditioned freezing responses during context and cue tests 48 h (short-term) and 6 weeks (long-term) after training.

We describe an extended fear-conditioning protocol that produces overtraining and fear incubation in rats. This protocol entails a single training session with 25 tone-shock pairings (i.e., overtraining) and a comparison of conditioned freezing responses during context and cue tests 48 h (short-term) and 6 weeks (long-term) after training.

דגירה פחד באמצעות פרוטוקול מיזוג פחד מורחב לחולדות

Emotional memory has been primarily studied with fear-conditioning paradigms. Fear conditioning is a form of learning through which individuals learn the ...

Investigating Pain-Related Avoidance Behavior using a Robotic Arm-Reaching Paradigm

Avoidance behavior is a key contributor to the transition from acute pain to chronic pain disability. Yet, there has been a lack of ecologically valid paradigms to experimentally investigate pain-related avoidance. To fill this gap, we developed a paradigm (the robotic arm-reaching paradigm) to investigate the mechanisms underlying the development of pain-related avoidance behavior. Existing avoidance paradigms (mostly in the context of anxiety research) have often operationalized avoidance as an experimenter-instructed, low-cost response, superimposed on stimuli associated with threat during a Pavlovian fear conditioning procedure. In contrast, the current method offers increased ecological validity in terms of instrumental learning (acquisition) of avoidance, and by adding a cost to the avoidance response. In the paradigm, participants perform arm-reaching movements from a starting point to a target using a robotic arm, and freely choose between three different movement trajectories to do so. The movement trajectories differ in probability of being paired with a painful electrocutaneous stimulus, and in required effort in terms of deviation and resistance. Specifically, the painful stimulus can be (partly) avoided at the cost of performing movements requiring increased effort. Avoidance behavior is operationalized as the maximal deviation from the shortest trajectory on each trial. In addition to explaining how the new paradigm can help understand the acquisition of avoidance, we describe adaptations of the robotic arm-reaching paradigm for (1) examining the spread of avoidance to other stimuli (generalization), (2) modeling clinical treatment in the lab (extinction of avoidance using response prevention), as well as (3) modeling relapse, and return of avoidance following extinction (spontaneous recovery). Given the increased ecological validity, and numerous possibilities for extensions and/or adaptations, the robotic arm-reaching paradigm offers a promising tool to facilitate the investigation of avoidance behavior and to further our understanding of its underlying processes.

Avoidance is central to chronic pain disability, yet adequate paradigms for examining pain-related avoidance are lacking. Therefore, we developed a paradigm that allows investigating how pain-related avoidance behavior is learned (acquisition), spreads to other stimuli (generalization), can be mitigated (extinction), and how it may subsequently re-emerge (spontaneous recovery).

חקירת התנהגות הימנעות הקשורה לכאב באמצעות פרדיגמה רובוטית להגיע לזרוע

Avoidance behavior is a key contributor to the transition from acute pain to chronic pain disability. Yet, there has been a lack of ecologically valid ...

Behavioral Training Procedures for Head-fixed Virtual Reality in Mice

Virtual reality (VR) combined with head-fixation is increasingly being utilized in behavioral neuroscience studies as it allows complex behavioral assays to be performed in head-fixed mice. This enables precise behavioral recordings while incorporating various neurophysiological techniques that require head-fixation to minimize movement-related signal noise during neural recordings. However, despite the growing use of VR, there is little published data on the detailed methodology of how to implement it. In this study, a training protocol is developed whereby male and female C57B16/J mice are trained to run down a virtual linear corridor, the length of which is increased from 1-3 m over multiple training sessions. Building upon this foundation, this study investigated the feasibility of mice performing complex behaviors within VR using a Y-maze paradigm. The task required navigating to the arm with black walls from the choice point in the Y-maze. After reaching a criterion of two consecutive days equal to or greater than 70% correct, the mice progressed to increasingly difficult sensory discrimination. The findings provide important details on the methodologies useful for the successful training of mice in VR and demonstrate that mice exhibit learning capabilities in navigating the Y-maze. The methodology presented not only offers insights into training duration in VR-based assays but also underscores the potential for probing intricate behaviors in mice, opening avenues for more comprehensive neuroscience investigations.

The article describes the experimental procedures for the commonly used linear track virtual reality (VR) paradigm in mice as well as determining the feasibility of running complex VR tasks by testing a Y-shaped signal discrimination task.

Virtual reality (VR) combined with head-fixation is increasingly being utilized in behavioral neuroscience studies as it allows complex behavioral assays ...

Assessing Rodent Empathy: Observational Fear and Vicarious Freezing Method

Observational Fear as a Model of Affective Empathy in Mice

Empathy, characterized by the ability to recognize and share the emotions of others, plays a fundamental role in shaping social interactions. It allows individuals to respond to the emotional states of others, promoting prosocial behaviors and social bonding. Observational fear is a fundamental aspect of affective empathy, where an observer witnesses a demonstrator undergoing aversive experiences and subsequently exhibits fear behaviors. This socially induced vicarious freezing response in observers, known as emotional contagion or affect sharing, is regarded as an indicator of empathy-like traits in rodents. Here, we present a protocol that delineates the assessment of vicarious freezing responses in observers exposed to conspecific demonstrators receiving aversive foot shocks. The utilization of observational fear assays in rodents has become a widely adopted method for studying the neural mechanisms underlying affective empathy. Given the universality of observational fear across mammals, this methodology further contributes to advancing our understanding of the neural substrates of empathy in humans.

The observational fear paradigm assesses vicarious freezing in rodents as a model for affective empathy. This procedure entails exposing observer rodents to conspecific demonstrators receiving aversive foot shocks to elicit empathic freezing responses. By employing observational fear assays, researchers can investigate the neural mechanisms underlying affective empathy.

Empathy, characterized by the ability to recognize and share the emotions of others, plays a fundamental role in shaping social interactions. It allows ...

An Open-Source Virtual Reality System for the Measurement of Spatial Learning in Head-Restrained Mice

Head-restrained behavioral experiments in mice allow neuroscientists to observe neural circuit activity with high-resolution electrophysiological and optical imaging tools while delivering precise sensory stimuli to a behaving animal. Recently, human and rodent studies using virtual reality (VR) environments have shown VR to be an important tool for uncovering the neural mechanisms underlying spatial learning in the hippocampus and cortex, due to the extremely precise control over parameters such as spatial and contextual cues. Setting up virtual environments for rodent spatial behaviors can, however, be costly and require an extensive background in engineering and computer programming. Here, we present a simple yet powerful system based upon inexpensive, modular, open-source hardware and software that enables researchers to study spatial learning in head-restrained mice using a VR environment. This system uses coupled microcontrollers to measure locomotion and deliver behavioral stimuli while head-restrained mice run on a wheel in concert with a virtual linear track environment rendered by a graphical software package running on a single-board computer. The emphasis on distributed processing allows researchers to design flexible, modular systems to elicit and measure complex spatial behaviors in mice in order to determine the connection between neural circuit activity and spatial learning in the mammalian brain.

Here, we present a simplified open-source hardware and software setup for investigating mouse spatial learning using virtual reality (VR). This system displays a virtual linear track to a head-restrained mouse running on a wheel by utilizing a network of microcontrollers and a single-board computer running an easy-to-use Python graphical software package.

מערכת מציאות מדומה בקוד פתוח למדידת למידה מרחבית בעכברים מרוסני ראש

Head-restrained behavioral experiments in mice allow neuroscientists to observe neural circuit activity with high-resolution electrophysiological and ...