Ringraziamo Holton Thompson per il suo lavoro nella creazione di Virtools 3-D mondi in Maya e Eric Monson per i disegni schematici. La ricerca è stata sponsorizzata in parte dal post-dottorato NIH F32 MH078471 di NCH e NIDA RO1 DA027802 a KSL. L&#39;immersione è stata finanziata dalla NSF BCS-0420632.

Stimoli A. e Design Task 1. Progettazione generale. Abbiamo esaminato le influenze sulla contestuale acquisizione di paura e di ritenzione della memoria in due giorni. Questo disegno è in parallelo con studi sui roditori che rappresentano i processi neurobiologici consolidamento a lungo termine formazione della memoria 3 e contingenze mondo reale in cui si apprende la paura ad una distanza temporale dalla terapia e ri-esposizione esperienze. Dinamica stimoli condizionati (CS) (serpenti e ragni in movimento) sono stati riscontrati in un ambiente completamente virtuale immersiva conosciuta come Ambiente virtuale immersiva Duca (immersione), e sono stati abbinati in modo condizionale con la presentazione della stimolazione elettrica del polso. Un timore procedura differenziale condizionata è stato impiegato con la risposta di conduttanza cutanea (SCR) come misura dipendente della paura. Qui mostriamo paura condizionata e la conservazione della memoria successivi che è stato testato in due giorni nell&#39;immersione in 26 partecipanti sani maschi e femmine, età 18-30 anni anni alla Duke University. Questo protocollo è stato approvato e in conformità con gli standard IRB Duke University. 2. Partecipante istituito nel DIVE. L&#39;immersione è completamente chiuso, a sei facce, 3m x 3m x 3m, retro-proiezione di realtà virtuale (VR) ambiente. L&#39;immersione è situato in un cubo di 30 piedi costruito appositamente (Control Room (VisRoom), Figura 1) presso il Centro Interdisciplinare per l&#39;Ingegneria, Medicina e Scienze Applicate presso la Duke University. Condizionamento alla paura in L&#39;immersione è stata condotta come descritto in precedenza. I partecipanti erano seduti al centro di immersione con la testa rivolta in avanti il ​​monitoraggio sul 3-D occhiali. I partecipanti sono preso un fisso &quot;passeggiata virtuale attraverso il patrimonio designato durante ogni fase di apprendimento in cui si incontrano i serpenti e ragni virtuali. Questi vincoli posturali sono state fatte per evitare vertigini, tenere conto della variabilità in altezza, controllo per quantità di contesto e di stimolo tra esposizione partecipanti, e per garantire che la visualizzazione è realisticamente aggiornato in base il movimento dei partecipanti &#39;attraverso lo scenario. 3. Discriminazione condizionata procedura. Una procedura di discriminazione è stato impiegato, in cui la presentazione di una visuale CS è parzialmente rinforzato (40% tasso di rinforzo), da un co-terminazione stimolo elettrico, lo stimolo incondizionato (US) durante la fase di acquisizione. I partecipanti sono stati assegnati ad una delle 2 condizioni: acquisizione paura di serpenti o ragni virtuale virtuali. Gli stimoli rinforzato accoppiato con gli Stati Uniti sono indicati come &quot;CS + mentre l&#39;altro stimolo visivo&quot; CS &quot;è esplicitamente spaiati come controllo. Il CS + e CS-sono stati assegnati in modo casuale e controbilanciato tra i gruppi. 4. Gli stimoli condizionati. Gli stimoli erano dinamica serpenti e ragni che singolarmente appaiono al centro e al centro dello schermo davanti alla immersione per una durata di 4 sec. Questa collaborazione si è verificato con uno stimolo uditivo segnalazione l&#39;aspetto di un serpente o ragno per avvisare il partecipante alla presenza di uno stimolo nuovo per l&#39;ambiente (sonaglio o suono toccando, rispettivamente). La scena virtuale con i ragni annuncio serpenti sono stati creati utilizzando il software Maya di animazione e importati nel software Virtools (VirTool SA, la società Behavior, Parigi, Francia) per la visualizzazione in dell&#39;immersione. 5. Stimoli incondizionato. La stimolazione elettrica è stata corretta prima dell&#39;inizio della sperimentazione secondo il livello di tolleranza di ciascun soggetto, al fine di facilitare il confronto di gruppo e di eliminare le influenze confondenti delle differenze complessivo livello di eccitazione tra i gruppi 4, 5. Il livello di stimolazione è stato scelto da ciascun partecipante per essere sua percezione di &quot;altamente fastidioso ma non doloroso con una procedura di scala ascendente. Tensione era inizialmente fissato ad un livello basso di 30 V e aumentata con incrementi di 5 V fino a quando i partecipanti hanno indicato che la loro livello di tolleranza è stato raggiunto senza indurre dolore stimolazione (200 msec durata consegnato al 30-50 Hz) è stato somministrato oltre transcutanea del nervo mediano del polso dominante dei partecipanti &#39;da una superficie-stimolante elettrodo bipolare (21 distanza tra gli elettrodi mm. Grass-Telefactor modello FE 10S2, West Warwick, RI). La porta elettrodi sono stati garantiti da un cinturino in gomma e sono state allegate ad un Erba Telefactor SD-9 stimulator porta via cavo coassiale che sono stati schermati e messi a terra attraverso un filtro di radiofrequenza. Una soluzione salina a base di gel (Sigma Gel: Laboratori Parker, Fairfield, NJ) è stata usata come un conduttore elettrolitico (vedere figura 2) Ai partecipanti è stato detto che tutti gli impulsi che sarebbe stato consegnato alla stessa intensità.. 6. Fasi di formazione. L&#39;esperimento qui descritto è stato condotto in due sessioni con un ritardo di 24 ore. Durante gli abetisessione t, il periodo di adattamento iniziale consisteva in 4 prove di ogni tipo CS visualizzati in uno sfondo grigio in 3-D full immersion ma presentato senza armatura o il mondo virtuale in cui la formazione o le prove si è verificato. Questa fase ha permesso di acclimatazione per l&#39;ambiente sperimentale in immersione e la riduzione di orientare le risposte agli stimoli condizionati. Immediatamente dopo la fase di assuefazione, la fase di acquisizione paura consisteva di 16 mescolate prove di ogni tipo CS, in cui il CS-è presentato da solo e 5 del CS 16 studi + sono rafforzate. Circa 24 ore dopo, test per la conservazione della memoria e della formazione avvenuta estinzione. Questa fase consiste di 16 studi di ogni tipo CS senza Stati Uniti, in un contesto virtuale che era o lo stesso o diverso dal contesto di acquisizione paura (controbilanciato tra i partecipanti). Un contesto era un ambiente interno (interno di un appartamento ammobiliato, Contesto A) e il contesto era un altro ambiente esterno (quartiere di scena, B Context). I soggetti sono stati assegnati in modo random ad un gruppo sperimentale, che ha determinato l&#39;ordine di presentazione contesto, nei giorni 1 e 2. Sono stati entrambi assegnati alla condizione stesso contesto (AA o BB) o di una condizione Maiusc contesto (AB o BA). La lunghezza del percorso e naturalmente sono stati abbinati per la coerenza tra mondi virtuali, così come il numero e la disposizione degli oggetti / stimoli all&#39;interno degli ambienti diversi. 7. Parametri sperimentali. L&#39;inter-trial intervallo era di 14 ± 2 sec. La sequenza di CS era pseudocasuali, sotto il vincolo che non più di 2 studi della stessa CS si verificano consecutivamente (per evitare confusione induzioni di ansia di stato e la speranza cognitiva). Rinforzo parziale (40%) del + CS è stato usato per ritardare rapida estinzione che normalmente si verifica nei soggetti umani dopo il 100% di rinforzo CS + 6,7. Inoltre, il rinforzo parziale fornisce una contingenza di condizionamento più realistico nella misura in cui gli eventi avversi non sempre si verificano a seguito di un stimolo temuto. 8. Istruzioni compito. Prima di ogni fase di sperimentazione, i partecipanti sono stati informati dei seguenti progetti: essi avrebbero incontrato i serpenti e ragni animato in un ambiente virtuale, ma sarebbe stato guidato attraverso l&#39;ambiente in una passeggiata virtuale lungo un percorso fisso, e possono ricevere stimolazione elettrica su il polso al livello che è stato impostato prima del condizionamento in qualsiasi momento nel corso dello studio. Essi sono stati incaricati di affrontare direttamente in avanti e partecipare alle immagini serpenti e ragni presentato nel centro dello schermo davanti, e ha ricordato che non ha alcun controllo sul loro stesso movimento attraverso il mondo o il verificarsi di stimolazione elettrica. Sono stati anche informati che avrebbero potuto interrompere lo studio in qualsiasi momento senza penali a loro. Misure B. psicofisiologica 1. Raccolta dei dati. SCR è stata utilizzata come misura dipendente della paura, come descritto in precedenza 4, 6. SCR è stato registrato attraverso un sistema di monitoraggio psicofisiologico (BIOPAC Systems, Santa Barbara, CA). SCR è stata monitorata da dischi cloruro d&#39;argento-argento elettrodo collegato con velcro alle falangi metà del 1 ° e 2 cifre della mano non dominante. Una soluzione salina a base di gel (Sigma Gel) è stato utilizzato come elettrolita conduttivo. I soggetti sono stati istruiti a mantenere la loro mano ancora per evitare artefatti da movimento nella elettrodo di registrazione SCR. Conduce raggiunto il sistema di registrazione BIOPAC fisiologica che si trova appena fuori l&#39;immersione nella sala di controllo. Il sistema BIOPAC sincronizza con il computer che esegue il software di presentazione stimolo Virtools. La Figura 1 illustra un partecipante l&#39;immersione, immerso in A. Il contesto tecnico istituito del computer di controllo (Virtools e la generazione di script), BIOPAC (SCR), e stimolatore elettrico sono illustrati nella Figura 2. Conduttanza cutanea è stato campionato a 200 Hz, amplificato, e conservato per l&#39;analisi offline con AcqKnowledge software (BIOPAC Systems, Santa Barbara, CA). Virtools software controlla la presentazione stimolo e attiva il generatore d&#39;urto attraverso una National Instruments DIO-24 scheda di acquisizione dati (Austin, TX). Le forme d&#39;onda registrate sono filtrati passa-basso con una finestra di Blackman (frequenza di taglio = 31 Hz) e levigato oltre 3 punti consecutivi di dati. Ampiezze di risposta di conduttanza cutanea erano tempi bloccato l&#39;inizio di ogni relativa CS e Stati Uniti per la linea di base pre-stimolo a definire una misura dipendente della paura condizionata e incondizionata, rispettivamente 4-6, 8. Per l&#39;inclusione nella analisi dei dati, i seguenti criteri sono stati stabiliti: latenza = 1 - 4 s, durata = 0,5 - 5 s, e ampiezza minima = 0,02 micro Siemens (mS). Risposte che non soddisfano questi criteri sono segnati come zero. 2. Analysè di SCR. Perché SCR dati è tipicamente asimmetrica verso lo zero, i dati sono stati radice quadrata trasformato prima dell&#39;analisi statistica per ottenere una distribuzione normale. I dati da ogni tipo CS (serpenti o ragni virtuali) sono stati compressi in &#39;prime&#39; e &#39;in ritardo&#39; blocchi di prova di ogni fase, l&#39;apprendimento in genere varia nel tempo all&#39;interno di ogni fase di apprendimento. Ripetute analisi misure di varianza (ANOVA) sono stati utilizzati per calcolare le differenze di gruppo nelle risposte condizionate conduttanza cutanea in funzione della fase di apprendimento e di tipo CS come all&#39;interno variabili soggetti (Acquisizione Late (CS +, CS-), Estinzione presto o tardi (CS +, CS -) e assegnazione contesto (Uguale o Shift) come tra soggetti variabile I dati sono stati normalizzati dividendo i valori di risposta condizionata in ogni prova del massimo di risposta di ciascun partecipanti &#39;degli Stati Uniti per la stimolazione del polso (in qualsiasi prova) per tenere conto di variazioni individuali. nel rispondere e per escludere non-responder (individui che mostrano SCR poco o niente). Per la visualizzazione dei dati nei punteggi differenziali Figure 3 SCR sono stati calcolati come un indice di apprendimento da parte sottraendo risposte al CS-da quelle di CS + diversi blocchi di prova. In base a questa misura, i punteggi differenza di zero non riflettono l&#39;apprendimento, considerando che decine differenza di sopra dello zero riflettere apprendimento di una risposta di paura. Tuttavia, per determinare statisticamente la conservazione della paura contestuale, come illustrato in figura 3 un Student t-test è stata calcolata sui valori di SCR per il + CS e CS-a estinzione anticipata nel Day 2 in funzione della manipolazione contesto (stesso contesto vs Maiusc contesto come tra-gruppi di analisi). C. Descrizione dell&#39;hardware di sistema Il DIVE Duke University sistema si basa sulla realtà virtuale proiettata design &quot;CAVE&quot; 9. Il Dive System è di 3 mx 3 mx 3 m stanza dove tutti i 6 &quot;muri&quot; (4 pareti, il soffitto e il pavimento) mostrano immagini del computer per proiezione stereografica posteriore. Ogni muro è un proiettore DLP (Digital Christie Mirage S 2 K, che operano a 1056x1056 @ 110 hz 10) che a sua volta è controllato da un computer rendere dedicato (Windows XP dual core da 2.0 GHz con nVidia Quadro 3000FX-G schede grafiche). Una parete diapositive aperto per consentire l&#39;accesso da e per l&#39;immersione. Il 6 computer di rendering sono controllati da un computer master che comunica al sistema di tracciamento (Intersense IS-900 11), controlla il sistema audio e invia un impulso attraverso la porta parallela al sistema di scosse elettriche. Il sistema di tracciamento fornisce la posizione 3D e informazioni di orientamento per la testa del partecipante e le posizioni delle mani. Attivo visione stereografica è fornita attraverso gli occhiali a cristalli liquidi di scatto (3 CrystalEyes 12). I sette computer (6 computer rendering e computer master) sono sincronizzati sui confini telaio immagine attraverso la (G-sync) genlock capacità delle schede grafiche nVidia. D. Descrizione del software Il condizionamento alla paura e contesti test di conservazione per questo esperimento si compone di due diversi mondi virtuali attraverso i quali vengono presi i partecipanti in una visita guidata. I mondi virtuali sono state modellate utilizzando il pacchetto di modellazione 3D Maya 13. La navigazione è limitata a un percorso fisso, che è identico in tutti i mondi virtuali. Movimento lungo questa strada è controllata attraverso il sistema software Virtools 14. Virtools è un motore di gioco progettato principalmente per un desktop o web-based esperienza. Attraverso l&#39;estensione VRPack di Virtools, mondi virtuali sono proiettati in immersione. Virtools comunica con il sistema di monitoraggio attraverso la Rete Virtual Reality (Peripheral VRPN 15), una libreria open source. VRPN registra la posizione partecipanti testa e la mano e l&#39;orientamento e premete il pulsante informazioni. Virtools utilizza le informazioni testa di tracking per il rendering della scena 3D alla prospettiva corretta per il partecipante. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. Schematica della sala di controllo (VisRoom) e il cubo immergersi con un partecipante umano visualizzazione di una scena virtuale. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. Schema di un partecipante con elettrodi conduttanza cutanea sulla mano sinistra di misurazione risposte tonica e fasica a stimoli. Stimolatore elettrico elettrodi sono sul polso destro. BIOPAC raccoglie i dati fisiologici attraverso Riconoscere il software sul computer portatile. I codici vengono inviati tramite OSC dal computer desktop in cui il software Virtools script genera la realtà virtuale proiettata in l&#39;immersione. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. Confronto di acquisizione Paura e Estinzione in DIVE e di laboratorio. Risposta differenziale Conduttanza cutanea (SCR) + / - SEM nei partecipanti condizionata e ripetere il test 24 ore più tardi nel mercato del lavoroRealtà atory o virtuale (DIVE). Grafico illustra un&#39;acquisizione equivalente paura e di estinzione in partecipanti l&#39;immersione e studi di laboratorio. Stesso contesto (n = 12) test il giorno 2 in rendimenti immersione più robusto di ritenzione della memoria paura rispetto al contesto Shifted (n = 14) misurato con SCR a CS +, nel nostro partecipanti DIVE ma non nel nostro laboratorio i partecipanti, * p = .05 .

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Nessun conflitto di interessi dichiarati.

1. Risultati Equivalente ai sessione di acquisizione paura e di estinzione tra i gruppi è stata trovata (Figura 3). Questi dati indicano che affidabili ed informativo studi condizionamento alla paura può essere eseguita entro i limiti e le capacità di un ambiente completamente immersivo. Inoltre abbiamo anche dimostrare robusta memoria contestuale timore nei partecipanti stesso ritenzione paura Contesto nell&#39;immersione (i partecipanti che sono rimasti nello stesso contesto per il giorno 1 e 2, rispetto a coloro che hanno sperimentato un cambiamento di contesto). La conservazione della paura è più forte nel DIVE rispetto a quella osservata in un laboratorio convenzionale corrispondente paradigma 16 (vedi figura 3). Con l&#39;installazione immersiva VR, si può anche esaminare e manipolare ambienti ricchi di contestuale per sondare i processi di memoria dichiarativa negli esseri umani, a differenza di laboratorio in cui l&#39;impostazione realistica manipolazioni contesto multimodello sono difficili da realizzare. Infine, i mondi VR può essere facilmente portato per l&#39;uso in combinazione con la risonanza magnetica funzionale (fMRI) usando occhiali stereoscopici VR per condurre analisi di attivazione cerebrale durante la codifica o il recupero di acquisizione paura, l&#39;estinzione, e la ricaduta. Questa metodologia può essere utilizzata per roditori ponte e segni clinici di paura e ansia. 2. Controllo contesto e l&#39;esposizione stimolo nella realtà virtuale. Una questione importante con lo sfruttamento VR per uso sperimentale è anche la sua forza. In particolare, pienamente coinvolgente VR offre la complessità, confonde, e la libertà del mondo reale. Per esempio, nella vita reale, le vittime di traumi esperienza uno stimolo avversivo in un contesto per un importo di tempo indeterminato. L&#39;esposizione contestuale, le caratteristiche specifiche e altri input sensoriale che hanno partecipato sono anche sconosciuti, o non confermabile. Allo stesso modo, se dovessimo permettere ai partecipanti di esplorare liberamente gli ambienti virtuali non saremmo in grado di spiegare contesto o tempo di esposizione stimolo o durata. Per esempio, un partecipante può camminare molto velocemente, e perdere 3 su 4 CS + presentazioni. Un altro può esplorare solo una stanza in appartamento virtuale. Allo stesso modo, se presentazione dello stimolo non è specificato nel centro dello schermo, dove è diretto lo sguardo prima di iniziare, i partecipanti potranno evitare di perdere o presentazioni CS. La nostra soluzione a questi confonde potenziale era di prendere i partecipanti in un seduto, visita guidata di ogni ambiente ad un tasso che consentirebbe un intervallo interstimulus specifico (ISI) e la durata dello stimolo. Si potrebbe quindi estrarre dati comparabili SCR da punti temporali specifici e percorsi specifici in tutti i partecipanti (ad esempio, le risposte alle + CS, Stati Uniti, e CS-stimoli). Difficoltà incontrate dopo aver fatto questa decisione incluso trovare una forma del tracciato, la lunghezza e la frequenza di movimento che non avrebbe causato nausea o dissonanza propriocettiva al partecipante, eppure si sentono adeguati per imitare la deambulazione naturale attraverso un nuovo ambiente. 3. Attuazione parametri standard condizionamento alla paura di un sistema VR. Per simulare realistiche serpenti stimoli condizionati e ragni sono stati progettati dopo la fauna selvatica immagini. I serpenti e ragni sono stati modellati in Maya, una modellazione 3D e computer grafica pacchetto software di animazione e poi importati nel sistema VR. Abbiamo fatto questo perché Virtools è un sistema di authoring realtà virtuale, non una applicazione di modellazione. E &#39;quindi meglio utilizzato per gestire un sistema di realtà virtuale e aggiungere l&#39;interazione e la navigazione di una scena. In particolare, in Maya quattro diverse animazioni per ogni tipo di CS sono state create (ad esempio, un serpente arrotolato, un ragno che attraversa il pavimento, un serpente affondo in avanti con la bocca aperta) e poi importati in Virtools. Prima di importare il serpente dinamica e modelli ragno in Virtools da Maya, un percorso è stato creato nel Virtools per guidare il partecipante intorno al ambiente in maniera liscia circolare in modo da consentire il campionamento dell &#39;ambiente nel corso di 32 presentations stimolo condizionato durante la paura condizionata. La forma del percorso è lo stesso per ciascuno dei nostri tre mondi virtuali. Il percorso è stato creato per fermare per quattro secondi per ogni presentazione stimolo, l&#39;intervallo interstimulus era 11 + / - 4 secondi durante i quali il soggetto era in movimento lentamente (essendo guidate) attraverso l&#39;ambiente. Questo intervallo è stato determinato dai nostri precedenti esperimenti condizionamento alla paura in laboratorio 8, 16 perché consente il recupero della risposta di conduttanza cutanea tra presentazioni stimolo. Gli stimoli sono stati poi immessi sul percorso in punti specifici per i parametri di temporizzazione. Questa configurazione ha creato stimolo specifico e congiunzioni contesto (ad esempio, un serpente strisciare sul tavolo della sala da pranzo, un ragno in giro per la gamba divano), che può essere successivamente sondato per la memoria esplicita. Apparizioni stimoli erano pseudo-randomizzati tramite gli script. Tutte le presentazioni stimolo apparso in mezzo alparabrezza per evitare che il partecipante di dover cercare per lo stimolo. Questo ci ha fornito una quantità controllata di stimolo tempo di esposizione, e una posizione contesto definito. Una limitazione della vista in avanti è che non sfrutta le funzionalità completa del sistema immersiva (ad esempio, i serpenti non possono entrare nella stanza da dietro il partecipante). Inoltre, gli stimoli sono stati accuratamente posto all&#39;esterno di una finestra di confine intorno alla posizione dei partecipanti in modo che mai i serpenti e ragni invaso lo spazio personale dei partecipanti. 4. Punto di vista e il monitoraggio testa. L&#39;angolo del tuffo è stato impostato in modo che da una posizione seduta il partecipante ha avuto un giusto angolo di marcia. Questo controllo le variazioni di altezza tra i partecipanti, e minimizzato artefatti da movimento sul nostro registrazioni fisiologiche. I partecipanti sono stati istruiti a faccia in avanti e muoversi il meno possibile, questo anche per la controllata dove i partecipanti stavano cercando, e quindi mantenuta costante stimolo e l&#39;esposizione contesto tra i partecipanti. Abbiamo scelto di attivare un dispositivo di head-tracking in 3D occhiali indossati dai partecipanti per assicurarsi che stavi leggendo la scena con la giusta prospettiva. Se il rilevamento testa non era stato eletto per, movimento della testa a sinistra oa destra non avrebbe correttamente occludono come gli oggetti apparso nel mondo (ad esempio oggetti sembrerebbe intenzionato a schermi nell&#39;immersione come partecipanti camminato attraverso). Con il monitoraggio capo eletto per, potremmo essere sicuri che funzioni in ambiente mantenuto le loro proporzioni normali e sono stati elaborati correttamente su ognuna delle sei pareti di immersione per tutta la durata dell&#39;esperimento. 5. Raccolta dei dati. Nella nostra versione standard di laboratorio di condizionamento alla paura 8, 16 presentazione dello stimolo era controllato da copione computer programmato nel pacchetto software di presentazione. Al fine di mantenere la coerenza tra il laboratorio e l&#39;ambiente virtuale, abbiamo importato our standard di paura scripts acquisizione ed estinzione in formato codice al computer di controllo nella sala di controllo che ospita il cubo DIVE (vedi Figura 1). Il codice di porta parallela è stato impostato per inviare un elenco di codici numerici generata per segnalare eventi distinti, quali presentazioni del serpente, ragno, insorgenze e la stimolazione elettrica. Nel nostro disegno, Virtools invia un messaggio Aprire Sound Control (OSC 17) OSC / UDP messaggio a un costume programma C + + che imposta il valore della porta parallela. Il nostro programma in C + + utilizza il 18 OSCpack biblioteca. Ingresso digitale della BIOPAC è collegato alla porta parallela del computer. SCR dati vengono raccolti sul computer portatile da BIOPAC via porta parallela, quindi normalizzati, e calcolata al CS + / CS-e insorgenze degli Stati Uniti all&#39;interno di parametri specifici (vedi sopra per i dettagli). Oltre a rendere la scena e il controllo di navigazione, Virtools è utilizzato anche per registrare gli eventi utente (pressione dei pulsanti). In sintesi, durante un esperimento, i messaggi vengono inviati dal computer principale al sistema BIOPAC tramite la porta parallela. Perché Virtools non può comunicare con la porta parallela del computer direttamente un piccolo programma C + + ascolta un messaggio di OSC da Virtools e li trasmette alla porta parallela.

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

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

Condizionamento alla paura è un paradigma ampiamente utilizzato in non-umano di ricerca animale per studiare i meccanismi neurali alla base la paura e l&#39;ansia. Una sfida importante nella realizzazione di studi di condizionamento negli esseri umani è la capacità di manipolare con forza o simulare i contesti ambientali che sono associati con comportamenti emozionali condizionata. A questo proposito, la realtà virtuale (VR), la tecnologia è uno strumento promettente. Eppure, adattarsi a questa tecnologia per soddisfare i vincoli sperimentali richiede adattamenti particolari. Qui affrontare le questioni metodologiche per lo svolgimento di condizionamento alla paura in un ambiente completamente immersiva su 6 lati VR e presentare dati condizionamento alla paura. Nel mondo reale, eventi traumatici si verificano in ambienti complessi che sono composti da molti spunti, coinvolgendo tutte le nostre modalità sensoriali. Per esempio, spunti che costituiscono la configurazione ambientale includono non solo elementi visivi, ma uditiva, olfattiva, tattile e persino. In studi su roditori di animali condizionamento alla paura sono completamente immersi in un contesto ricco di visual novel, spunti tattili e olfattivi. Tuttavia, i test standard di laboratorio di condizionamento alla paura negli esseri umani sono in genere condotti in una stanza anonimo di fronte a uno schermo piatto o 2D e non replicare la complessità delle esperienze del mondo reale. D&#39;altra parte, una limitazione importante di studi clinici volti a ridurre (estinzione) paura e prevenire le ricadute nei disturbi d&#39;ansia è che il trattamento si verifica dopo i partecipanti hanno acquisito una paura incontrollata in un contesto e in gran parte sconosciuti. Così gli sperimentatori sono lasciati senza informazioni sulla durata dell&#39;esposizione, la vera natura dello stimolo, e le indicazioni di fondo per l&#39;ambiente associati 1. In assenza di queste informazioni può essere difficile da spegnere veramente una paura che è allo stesso tempo spunto e dipendente dal contesto. Ambienti di realtà virtuale risolvere questi problemi fornendo la complessità del mondo reale, e allo stesso tempo consente di limitare gli sperimentatori condizionamento alla paura e parametri di estinzione a produrre dati empirici che possono suggerire migliori opzioni di trattamento e / o analizzare ipotesi meccanicistica. Al fine di verificare l&#39;ipotesi che la paura può essere condizionata riccamente codificati e specifico contesto quando condotta in un ambiente completamente coinvolgente, abbiamo sviluppato diverse realtà virtuale in 3-D contesti in cui i partecipanti con esperienza condizionamento alla paura per i serpenti o ragni virtuali. Segnali uditivi co-si è verificato con il CS per evocare ulteriori risposte orientamento e una sensazione di &quot;presenza&quot; in soggetti 2. Risposta di conduttanza cutanea servito come misura dipendente di ritenzione acquisizione memoria paura, e l&#39;estinzione.

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

Classico paradigma di condizionamento alla paura è stato adattato per i partecipanti umano in un ambiente completamente realtà virtuale immersiva. Utilizzando un paradigma discriminazione, paura condizionata, spunto e la memoria di ritenzione contesto, e l&#39;estinzione è stata misurata con la risposta di conduttanza cutanea dinamiche virtuali serpenti e ragni (gli stimoli condizionati) in due distinti contesti virtuali.

La paura condizionata umani compiuta Full Immersion 3-Dimensional Realtà Virtuale

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 Views.  Duke University. Classico paradigma di condizionamento alla paura è stato adattato per i partecipanti umano in un ambiente completamente realtà virtuale immersiva. Utilizzando un paradigma discriminazione, paura condizionata, spunto e la memoria di ritenzione contesto, e l'estinzione è stata misurata con la risposta di conduttanza cutanea dinamiche virtuali serpenti e ragni (gli stimoli condizionati) in due distinti contesti virtuali.

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.

Farmacologia Comportamentale nel condizionamento classico della risposta estensione proboscide in api ( Apis mellifera)

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

Ricerca

Neuroscienze

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 immagini dal vivo di relazione clonale cellule progenitrici neurali in via di sviluppo Zebrafish proencefalo

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 organotipica di tutto spessore Retina suina adulti

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 optogenetic dissezione di circuiti paura nel cervello fette

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'uso di traccia Eyeblink condizionamento classico per valutare la disfunzione Hippocampal in un modello del ratto dei disturbi dello spettro fetale alcol

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.

Condizionamento del corteggiamento di Drosophila come misura dell&#39;apprendimento e della 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.

In Vivo microscopia bidimensionale bidimensionale per studiare le risposte vascolari mediante l'espulsione locale dell'ATP utilizzando una micropipetta di vetro

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 metodo per la ricostruzione 3D e l'analisi della realtà virtuale delle cellule gliali e neuronali

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.

Applicazione simultanea della stimolazione transcranica a corrente continua durante l'esposizione alla realtà virtuale

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.

Immersione alternativa nel glucosio per produrre iperglicemia prolungata 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 ...