Agradecemos a Holton Thompson por seu trabalho na criação do Virtools 3-D mundos em Maya e Monson Eric para os desenhos esquemáticos. Pesquisa foi patrocinada em parte pelo NIH postdoctoral F32 MH078471 a NCH, e NIDA RO1 DA027802 a KSL. O mergulho foi financiada pela NSF BCS-0420632.

Estímulos A. e Design Task 1. Concepção geral. Examinamos influências contextuais na aquisição medo e retenção da memória ao longo de dois dias. Este projeto está em paralelo com estudos com roedores, que respondem por processos de consolidação neurobiológicas a longo prazo da formação da memória 3 e contingências do mundo real em que o medo é aprendido, a uma distância temporal de terapia e re-exposição de experiências. Dinâmica estímulos condicionados (CS) (cobras se movendo e aranhas) foram encontrados em um ambiente totalmente virtual imersiva conhecido como Ambiente Virtual Immersive Duque (DIVE), e foram condicionalmente emparelhado com a apresentação de estimulação do pulso elétrico. Um diferencial de procedimento de condicionamento de medo foi empregado utilizando a resposta da pele condutância (SCR) como uma medida depende do medo. Aqui demonstramos medo condicionado e retenção de memória subseqüentes que foi testado durante dois dias no mergulho em 26 participantes saudáveis ​​do sexo masculino e feminino, com idades entre 18-30 anos de idade na Duke University. Este protocolo foi aprovado e de acordo com as normas IRB Duke University. 2. Participante criado em DIVE. O mergulho é um completamente fechado, de seis lados, meio ambiente 3m x 3m x 3m, back-projetada realidade virtual (VR). O mergulho é localizado em um cubo especialmente construído 30 pés (Sala de Controle (VisRoom), Figura 1) no Centro Interdisciplinar de Engenharia, Medicina e Ciências Aplicadas da Universidade de Duke. O condicionamento do medo no mergulho foi realizado como descrito acima. Os participantes estavam sentados no centro do mergulho para a frente com a cabeça de monitoramento sobre os óculos 3-D olho. Os participantes são levados a um passeio &quot;virtual fixo através do ambiente designado durante cada fase de aprendizagem, onde as cobras e aranhas virtuais são encontrados. Estes constrangimentos posturais foram feitas para evitar tonturas, conta a variabilidade de altura, controle de quantidade de contexto e exposição de estímulo entre participantes, e para garantir que a exibição visual realista é atualizado de acordo com o movimento dos participantes através do cenário. 3. Procedimento condicionado discriminação. Um procedimento de discriminação foi empregado, em que a apresentação de um CS visuais é parcialmente reforçada (40% taxa de reforço) por um estímulo co-terminação elétrica, o estímulo incondicionado (EUA) durante a fase de aquisição. Os participantes foram atribuídos a uma das duas condições: a aquisição medo de cobras ou aranhas virtuais virtual. Os estímulos reforçados emparelhado com os EUA são referidos como &quot;CS +, enquanto o outro estímulo visual&quot; CS &quot;é explicitamente unpaired como controle. A + CS e CS-foram distribuídos aleatoriamente e contrabalançada entre os grupos. 4. Estímulos condicionados. Os estímulos foram cobras e aranhas dinâmica que, individualmente, aparecem no meio e no centro da tela frontal do mergulho com a duração de 4 seg. Esta co-ocorreram com um estímulo auditivo de sinalização a aparência de uma cobra ou aranha para alertar o participante para a presença de um estímulo romance no ambiente (chocalho ou o som tocando, respectivamente). A cena virtual, juntamente com as aranhas cobras ad foram criados usando o software de animação Maya e importados para o software Virtools (VirTool SA, da Companhia de comportamento, Paris, França) para visualização no mergulho. 5. Os estímulos incondicionados. Estimulação elétrica foi ajustado antes do início do experimento de acordo com o nível de cada sujeito a tolerância, a fim de facilitar as comparações de grupo e eliminar as influências das diferenças de confusão global, o nível de excitação entre os grupos 4, 5. O nível de estimulação foi escolhida por cada participante a ser sua percepção de &quot;altamente irritante, mas não doloroso usando um procedimento de escada ascendente. Voltage foi inicialmente fixada em um nível baixo de 30 V e aumentada em incrementos de 5 V até que os participantes indicaram que seus nível de tolerância tinha sido alcançado sem induzir dor Estimulação (200 msec duração entregues em 30-50 Hz) foi administrado transcutânea sobre o nervo mediano do pulso dos participantes dominante por um eletrodo bipolar de superfície-estimulante (21 espaçamento entre os eletrodos mm:. Grama Telefactor- modelo FE 10S2, West Warwick, RI). O cabos-eletrodos foram garantidos por uma cinta de borracha e foram anexadas a um Grass-Telefactor SD-9 leva estimulador via cabo coaxial que foram blindados e aterrados através de um filtro de radiofreqüência. Um gel com base salina (Sigma Gel: Parker Laboratories, Fairfield, NJ) foi utilizado como um condutor electrolítico (ver Figura 2) Os participantes foram informados de que todos os pulsos seriam entregues na mesma intensidade.. 6. Fases de formação. O experimento aqui descrito foi realizado em duas sessões com um atraso de 24 horas. Durante os abetossessão t, o período de habituação inicial consistiu em 4 ensaios de cada tipo CS visto em um fundo cinza em 3-D de imersão total, mas apresentado sem reforço ou o mundo virtual em que a formação ou teste ocorreu. Esta fase permitiu a aclimatação ao ambiente experimental no mergulho e redução de orientar respostas aos estímulos condicionados. Imediatamente após a fase de habituação, a fase de aquisição medo consistiu de 16 intermixed ensaios de cada tipo CS, na qual o CS é apresentado sozinho e 5 dos 16 ensaios CS + são reforçadas. Aproximadamente 24 horas mais tarde, o teste para a retenção da memória e da formação extinção ocorreu. Esta fase consistiu em 16 ensaios de cada tipo CS sem EUA, em um contexto virtual que ou era a mesma ou diferente do contexto de aquisição medo (contrabalançada entre os participantes). Um contexto era um ambiente indoor (interior de um apartamento mobiliado Contexto, A) eo outro contexto era um ambiente ao ar livre (cena bairro, B Contexto). Os indivíduos foram aleatoriamente designados para um grupo experimental, que determinou a ordem de apresentação contexto, nos dias 1 e 2. Eles foram designados para a condição mesmo contexto (AA ou BB) ou de uma condição Mudança de contexto (AB ou BA). O comprimento do caminho e curso foram pareados por coerência entre os mundos virtuais, como o foram o número ea colocação de objetos / estímulos dentro dos diferentes ambientes. 7. Parâmetros experimentais. O intervalo inter-ensaio foi de 14 ± 2 seg. A seqüência de CSS foi pseudorandom, sujeito à restrição de que não mais de 2 ensaios do CS mesmo ocorrem consecutivamente (para evitar confusão induções de ansiedade estado e expectativa cognitiva). Reforço parcial (40%) do CS + foi usado para retardar a extinção rápida que normalmente ocorre em participantes humanos seguir 100% de reforço CS + 6,7. Além disso, o reforço parcial fornece uma contingência condicionado mais realista na medida em que os eventos aversivos nem sempre ocorrem após um estímulo temido. 8. Instruções tarefa. Antes de cada fase experimental, os participantes foram informados sobre as características do projeto seguinte: eles iriam encontrar cobras e aranhas animada no ambiente virtual, eles seriam guiados através do ambiente em um passeio virtual ao longo de um caminho fixo, e eles podem receber a estimulação elétrica em o pulso ao nível que foi definido antes do condicionamento a qualquer momento durante o estudo. Eles foram instruídos para enfrentar diretamente para a frente e atender às serpentes e aranhas imagens apresentadas no centro da tela da frente, e lembrou que eles não têm nenhum controle sobre seu próprio movimento através do mundo ou a ocorrência de estimulação elétrica. Eles também foram informados de que eles poderiam rescindir o estudo a qualquer momento sem penalidade para eles. Medidas B. Psicofisiológica 1. Coleta de Dados. SCR foi usada como medida dependente de medo, como descrito anteriormente 4, 6. SCR foi gravado através de um sistema de monitoramento psicofisiológicas (Biopac Systems, Santa Barbara, CA). SCR foi monitorada de prata-cloreto de prata discos eletrodo presa por tiras de velcro para as falanges médias do primeiro e segundo dedos da mão não-dominante. Um gel com base salina (Sigma Gel) foi usado como um eletrólito condutor. Os indivíduos foram instruídos a manter a sua mão ainda para evitar artefatos de movimento no eletrodo de gravação SCR. Leva atingiu o sistema de gravação Biopac fisiológicas que está localizado fora do mergulho na sala de controle. O sistema Biopac sincroniza com o computador apresentação do estímulo executando software Virtools. A figura 1 ilustra um participante no mergulho, imerso em Contexto A. A técnica criada do computador de controle (Virtools e geração de script), Biopac (SCR), e estimulador elétrico são ilustrados na Figura 2. Condutância da pele foi amostrado a 200 Hz, amplificado, e armazenadas para análise off-line usando AcqKnowledge software (Biopac Systems, Santa Barbara, CA). Virtools software controla a apresentação do estímulo e aciona o gerador de choque através de um DIO-24 National Instruments cartão de aquisição de dados (Austin, TX). As formas de onda registradas são lowpass filtrada usando uma janela de Blackman (freqüência de corte = 31 Hz) e suavizada ao longo de 3 pontos sucessivos de dados. Amplitudes de resposta de condutância da pele foram tempo bloqueado no início de cada relação CS e dos EUA para a linha de base pré-estímulo para derivar uma medida dependente do medo condicionado e incondicionado, respectivamente 4-6, 8. Para inclusão na análise dos dados, os seguintes critérios foram estabelecidos: latência = 1-4 s, duração = 0,5-5 s e amplitude mínima = 0,02 micro Siemens (mS). Respostas que não cumpram estes critérios são classificados com zero. 2. Analysé de SCR. SCR, porque os dados são normalmente distorcidas em direção a zero, os dados foram raiz quadrada transformado antes da análise estatística para alcançar uma distribuição normal. Os dados de cada tipo CS (cobras ou aranhas virtuais) foram recolhidas em &#39;início&#39; e &#39;atrasado&#39; blocos de julgamento de cada fase, como a aprendizagem normalmente varia ao longo do tempo dentro de cada fase de aprendizagem. Análises de medidas repetidas de variância (ANOVA) foram utilizados para calcular as diferenças de grupo nas respostas de condutância condicionado pele como uma função de aprendizagem Fase e Tipo CS como dentro de variáveis ​​sujeitos (aquisição tardia (CS +, CS), Extinção cedo ou mais tarde (CS +, CS -) e atribuição de contexto (Same ou Shift) como o entre-sujeitos variável Os dados foram normalizados dividindo-se os valores de resposta condicionada em cada prova de cada próprios participantes máximo de resposta dos EUA para a estimulação do pulso (em qualquer julgamento) para explicar as variações individuais. na resposta e descartar os não-respondedores (indivíduos que apresentam SCRs pouca ou nenhuma). Para visualização de dados na Figura 3 pontos diferenciais SCR foram calculados como um índice de aprendizagem, subtraindo as respostas para os blocos de CS-dos de CS + em julgamento. De acordo com esta medida, as pontuações diferença de zero refletem nenhuma aprendizagem, enquanto que pontuações diferença acima de zero refletem aprendizagem de uma resposta de medo. No entanto, para estatisticamente determinar a retenção de medo contextual como mostrado na Figura 3 a Student t-test foi calculado em valores SCR para + o CS e CS-em Extinção início no dia 2 em função da manipulação de contexto (mesmo contexto vs deslocamento de contexto como uma análise entre os grupos). C. Descrição do Sistema Hardware A Duke University sistema de mergulho é baseado na realidade virtual projetada &quot;CAVE&quot; design 9. O sistema de mergulho é de 3 mx 3 mx 3 m sala onde todos os 6 &quot;paredes&quot; (4 paredes, o teto eo chão) mostram imagens de computador por projeção estereográfica traseira. Cada parede tem um projetor DLP (Digital Mirage 2 Christie S K, operando a 1056x1056 @ 110 hz 10) que por sua vez é controlado por um computador dedicado tornar (Windows XP dual core 2.0 GHz com nVidia Quadro 3000FX-G placas gráficas). Uma parede se abre para permitir o acesso de entrada e saída do mergulho. A 6 computadores tornam são controlados por um computador principal que se comunica com o sistema de rastreamento (Intersense IS-900 11), controla o sistema de som, e envia um pulso através da porta paralela para o sistema de choque elétrico. O sistema de rastreamento fornece localização 3D e informações de orientação para a cabeça do participante e posições das mãos. Visão estereográfica ativa é fornecida através de copos de cristal líquido obturador (CrystalEyes 3 12). Os sete computadores (6 computadores renderizar e computador principal) são sincronizados em limites de quadro de imagem através da capacidade de genlock (G-sync) das placas de vídeo nVidia. D. Descrição Software O condicionamento do medo e contextos testes de retenção para este experimento consiste em dois diferentes mundos virtuais através do qual os participantes são levados a uma visita guiada. Os mundos virtuais foram modeladas utilizando o pacote de modelagem 3D Maya 13. A navegação é limitada a um caminho fixo que é idêntico em todos os mundos virtuais. Movimento ao longo deste caminho é controlado através do sistema de software Virtools 14. Virtools é um motor de jogo projetado principalmente para um desktop ou web-based experiência. Através da extensão de VRPack Virtools, mundos virtuais são projetadas no mergulho. Virtools se comunica com o sistema de rastreamento por meio da Rede Virtual Reality Peripheral (VRPN 15), uma biblioteca de código aberto. VRPN registra a localização participantes cabeça e mão e orientação, bem como informações pressione o botão. Virtools usa as informações de rastreamento de cabeça para tornar a cena 3D na perspectiva correta para o participante. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. Esquemática da sala de controle (VisRoom) eo cubo do mergulho com um participante humano visualização de uma cena virtual. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. Diagrama de um participante com eletrodos de pele condutância na mão esquerda medindo respostas tônico e fásico aos estímulos. Eletrodos do estimulador elétrico estão no pulso direito. Biopac coleta dados fisiológicos através Reconheça software no computador laptop. Códigos são enviados via OSC de computador onde o software Virtools gera scripts de realidade virtual projetada no mergulho. <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. Comparação de Aquisição Medo e Extinção de mergulho e de Laboratório. Diferencial de resposta de condutância da pele (SCR) + / - SEM nos participantes condicionado e retestados 24 horas mais tarde no TrabalhoRealidade ou Virtual Atory (DIVE). Gráfico ilustra o medo de aquisição equivalente e extinção de participantes no mergulho e estudos laboratoriais. Mesmo contexto (n = 12) de testes no dia 2 em rendimentos DIVE retenção de memória mais robusto medo em relação ao contexto Shifted (n = 14) medidos por SCR para CS +, em participantes nosso mergulho, mas não no nosso laboratório participantes, * p = 0,05 .

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Não há conflitos de interesse declarados.

1. Resultados Equivalente aquisição medo dentro da sessão e extinção entre os grupos foi encontrada (Figura 3). Estes dados indicam que estudos de condicionamento confiável e informativo medo pode ser realizada dentro das limitações e capacidades de um ambiente totalmente envolvente. Além disso, também demonstram o medo de memória contextual robusta no mesmo contexto participantes medo retenção no mergulho (participantes que permaneceram no mesmo contexto para os dias 1 e 2, em relação àqueles que experimentaram uma mudança de contexto). A retenção do medo é mais forte no mergulho do que a observada em um laboratório convencional combinado de paradigma 16 (ver Figura 3). Com a instalação imersiva VR, também se pode examinar e manipular ambientes ricos contextual para investigar os processos de memória declarativa em seres humanos, ao contrário do ambiente de laboratório, onde as manipulações contexto realista de múltiplos modelos são difíceis de realizar. Finalmente, os mundos VR pode ser facilmente portado para uso em conjunto com ressonância magnética funcional (fMRI), usando os óculos estereoscópicos VR para conduzir a análise de ativação cerebral durante a codificação ou recuperação de aquisição medo, extinção e recaída. Esta metodologia pode ser utilizada para roedores ponte e achados clínicos de medo e ansiedade. 2. Controlar contexto e exposição de estímulo na realidade virtual. Uma questão importante com a exploração VR para uso experimental é também a sua força. Especificamente, totalmente imersiva VR oferece a complexidade, confunde, e da liberdade do mundo real. Por exemplo, na vida real, vítimas de trauma experiência um estímulo aversivo num contexto de uma quantidade desconhecida de tempo. A exposição contextual, características específicas e outras informações sensoriais que foram atendidos também são desconhecidos, ou não confirmáveis. Da mesma forma, se fôssemos para permitir aos participantes a explorar livremente os ambientes virtuais não seríamos capazes de explicar contexto ou tempo de estímulo de exposição ou duração. Por exemplo, um participante pode caminhar muito rapidamente, e perder 3 de 4 CS + apresentações. Outro pode explorar apenas um quarto no apartamento virtual. Da mesma forma, se a apresentação do estímulo não é especificado no centro da tela, onde o olhar é dirigido antes de começar, os participantes vão evitar ou perca apresentações CS. Nossa solução para estes confunde potencial era para levar os participantes em uma excursão, sentados guiada de cada ambiente a uma taxa que permita um intervalo interstimulus específicas (ISI) e duração do estímulo. Poderíamos, então, extrair dados comparáveis ​​SCR a partir de pontos de tempo específicos e locais específicos em todos os participantes (por exemplo, as respostas ao + CS, EUA, e CS-estímulos). Dificuldades encontradas após a tomada desta decisão incluídas encontrar uma forma de caminho, comprimento e taxa de movimento que não causaria náuseas ou dissonância proprioceptiva para o participante, e ainda se sentir apropriado para imitar a deambulação natural através de um ambiente de romance. 3. Implementação de parâmetros padrão medo condicionado a um sistema de VR. Para simular realista cobras e aranhas condicionado estímulos foram projetados após wild-vida imagens. As cobras e aranhas foram primeiramente modelado em Maya, a computação gráfica de modelagem em 3D e um pacote de software de animação e, em seguida, importados para o sistema VR. Fizemos isso porque Virtools é um sistema de autoria de realidade virtual, e não um aplicativo de modelagem. Portanto, é melhor usado para executar um sistema de VR e adicione a interação e de navegação para uma cena. Especificamente, em Maya quatro animações diferentes para cada tipo CS foram criados (por exemplo, uma cobra enrolada, uma aranha correndo pelo chão, um lunging cobra para frente com a boca aberta) e, em seguida, importados para Virtools. Antes de importar a cobra dinâmico e modelos de aranha em Virtools de Maya, um caminho foi criado em Virtools para orientar o participante em torno do ambiente de uma forma suave circular, de modo a permitir a amostragem do ambiente ao longo de 32 apresentações durante o estímulo condicionado medo condicionado. A forma do caminho é o mesmo para cada um dos nossos três mundos virtuais. O caminho foi criado para parar durante quatro segundos para cada apresentação do estímulo, o intervalo foi de 11 interstimulus + / - 4 segundos durante os quais o assunto foi se movendo lentamente (sendo guiado) através do ambiente. Esse intervalo foi determinado a partir de nossas experiências anteriores medo condicionado no laboratório 8, 16, porque permite a recuperação da resposta de condutância da pele entre as apresentações de estímulo. Estímulos foram colocados no caminho em pontos especificados pelos parâmetros de temporização. Esta configuração criado estímulo específico e conjunções contexto (por exemplo, uma cobra deslizando sobre a mesa da sala de jantar, uma aranha caminhando ao redor da perna sofá), que pode depois ser sondado para a memória explícita. Aparências estímulos foram pseudo-aleatórios através dos scripts. Todas as apresentações estímulo apareceu no meio datela frontal para evitar que o participante de ter que procurar o estímulo. Este forneceu-nos com uma quantidade controlada de tempo de exposição de estímulo, e uma localização contexto definido. Uma limitação da visão para a frente é que não aproveitar todos os recursos do sistema imersivo (por exemplo, as serpentes não pode entrar na sala de trás do participante). Além disso, os estímulos foram cuidadosamente colocados fora de uma caixa de contorno ao redor do local os participantes para que nunca as cobras e aranhas invadido o espaço pessoal de participantes. 4. Ver, aponte e rastreamento de cabeça. O ângulo do mergulho foi definida para que a partir de uma posição sentada o participante tinha um ângulo correto virados para a frente. Este controlados por variações de altura entre os participantes, e minimizou artefatos de movimento em nossas gravações fisiológicas. Os participantes foram instruídos para a frente e mova o menos possível, isso também controlada por onde os participantes estavam olhando, e, portanto, mantido o estímulo consistente e exposição de contexto entre os participantes. Optou-se por sua vez em um dispositivo de rastreamento de cabeça no óculos 3D usados ​​pelos participantes para garantir que eles estavam vendo a cena com a perspectiva correta. Se o rastreamento de cabeça não tinha sido eleito para, o movimento da cabeça para a esquerda ou direita não ocluir corretamente como os objetos apareceu no mundo (por exemplo, os objetos parecem empenhados em telas no mergulho como participantes atravessou). Com cabeça de monitoramento eleito para, poderíamos ter certeza de que recursos no ambiente retidos suas proporções normais e foram desenhados corretamente sobre cada uma das seis paredes do mergulho para a duração do experimento. 5. Coleta de Dados. Em nossa versão de laboratório padrão de condicionamento do medo 8, 16 a apresentação do estímulo foi controlado pelo script computador programado no pacote de software de apresentação. A fim de manter coerência entre o laboratório eo ambiente virtual, nós importamos o nosso medo scripts padrão de aquisição e extinção em formato de código para o computador de controle na sala de controle que hospeda o cubo DIVE (ver Figura 1). O código de porta paralela foi criada para enviar uma lista gerada de códigos numéricos para sinalizar eventos distintos, tais como apresentações da cobra, aranha, e latências estimulação elétrica. Em nosso projeto, Virtools envia uma mensagem de controle Open Sound (OSC 17) OSC / UDP mensagem a um costume programa C + + que define o valor da porta paralela. Nosso programa C + + usa a biblioteca de 18 OSCpack. Entrada digital da Biopac é conectado à porta paralela do computador. SCR os dados são coletados no computador laptop de Biopac via porta paralela, então normalizada, e calculado para CS + / CS e latências EUA dentro de parâmetros específicos (ver detalhes em cima). Além de renderizar a cena e controle de navegação, Virtools também é usada para registrar eventos do usuário (pressiona o botão). Em resumo, durante um experimento, as mensagens são enviadas a partir do computador principal para o sistema Biopac através da porta paralela. Virtools porque não pode se comunicar com a porta paralela no computador diretamente um pequeno programa em C + + escuta uma mensagem de OSC Virtools e depois transmite-o à porta paralela.

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

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

O condicionamento do medo é um paradigma amplamente utilizada em não-humanos pesquisas com animais para investigar os mecanismos neurais subjacentes medo e ansiedade. Um grande desafio na condução de estudos de condicionamento em seres humanos é a capacidade de manipular ou fortemente simular a contextos ambientais que estão associados com comportamentos emocionais condicionadas. Neste sentido, a tecnologia de realidade virtual (VR) é uma ferramenta promissora. No entanto, a adaptação desta tecnologia para atender às restrições experimental requer acomodações especiais. Aqui abordamos as questões metodológicas envolvidas na realização de condicionamento de medo em um ambiente totalmente imersiva VR 6 lados e os dados presentes condicionado medo. No mundo real, eventos traumáticos ocorrem em ambientes complexos, que são compostas de muitas sugestões, envolvendo todas as nossas modalidades sensoriais. Por exemplo, pistas que formam a configuração ambientais incluem não só elementos visuais, mas aural, olfativas e até mesmo táteis. Em estudos com roedores, de animais condicionado medo são totalmente imersos em um contexto que é rica em romance visual, pistas táteis e olfativas. No entanto, os exames laboratoriais padrão de condicionamento do medo nos seres humanos são normalmente conduzidos em uma sala nondescript na frente de uma tela de computador plana ou 2D e não replicar a complexidade das experiências do mundo real. Por outro lado, a principal limitação de estudos clínicos destinados a reduzir (extinção) o medo ea prevenção da recaída nos transtornos de ansiedade é que o tratamento ocorre após os participantes adquiriram um medo em um contexto descontrolada e em grande parte desconhecido. Assim, os pesquisadores ficam sem informações sobre a duração da exposição, a verdadeira natureza do estímulo, e pistas de fundo associadas no ambiente 1. Na ausência desta informação, pode ser difícil de realmente apagar um medo que é tanto cue e dependente do contexto. Ambientes de realidade virtual abordar estas questões, fornecendo a complexidade do mundo real, e ao mesmo tempo permitindo que pesquisadores para restringir o condicionamento do medo e os parâmetros de extinção para produzir dados empíricos que podem sugerir as melhores opções de tratamento e / ou analisar hipóteses mecanicista. Para testar a hipótese de que o condicionamento do medo pode ser ricamente codificados e contexto específico, quando realizado em um ambiente totalmente imersivo, desenvolvemos realidade virtual 3-D distintas contextos em que os participantes experimentaram condicionado medo de cobras ou aranhas virtuais. Pistas auditivas co-ocorreram com o CS, a fim de evocar respostas mais orientação e uma sensação de &quot;presença&quot; em indivíduos 2. Resposta de condutância da pele serviu como medida dependente de medo retenção da memória, aquisição e extinção.

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

Paradigma do condicionamento clássico medo foi adaptado para participantes humanos em um ambiente totalmente imersiva realidade virtual. Usando um paradigma de discriminação, medo condicionado de sinalização, e retenção da memória de contexto, e extinção foi medido com a resposta da pele a condutância dinâmica cobras e aranhas virtuais (os estímulos condicionados) em dois contextos distintos virtual.

O condicionamento do medo humano Realizado em total imersão Realidade Virtual 3-Dimensional

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

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

20.8K visualizações.  Duke University. Paradigma do condicionamento clássico medo foi adaptado para participantes humanos em um ambiente totalmente imersiva realidade virtual. Usando um paradigma de discriminação, medo condicionado de sinalização, e retenção da memória de contexto, e extinção foi medido com a resposta da pele a condutância dinâmica cobras e aranhas virtuais (os estímulos condicionados) em dois contextos distintos virtual.

Vídeo: 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 Comportamental no condicionamento clássico da Resposta Extensão Proboscis em Abelhas ( Apis mellifera)

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

Neurociência

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.

Lapso de tempo de imagens ao vivo de relação clonal células progenitoras neurais no desenvolvimento Zebrafish Encéfalo anterior

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 organotípicas de Full-espessura Retina Porcina Adulto

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

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

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

Ex Vivo Optogenetic Dissection of Fear Circuits in Brain Slices

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

Ex Vivo optogenética Dissection de Circuitos medo no cérebro Slices

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.

O uso do condicionamento de rastreamento Eyeblink clássico para avaliar disfunção Hippocampal em um modelo do rato de transtornos do espectro do álcool Fetal

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

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

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

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

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

Drosophila Courtship Acondicionamento Como Medida de Aprendizagem e Memória

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 tridimensional microscopia de dois fótons para estudo conduzido respostas vasculares por ejeção ATP local usando uma micro-pipeta de vidro

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.

Um método para reconstrução 3D e análise de realidade virtual de células gliais e neuronais

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.

Aplicação simultânea de estimulação de corrente direta transcraniana durante exposição à realidade virtual

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

Alternate Immersion in Glucose to Produce Prolonged Hyperglycemia in Zebrafish

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

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

Imersão alternativa em glicose para produzir hiperglicemia prolongada em zebrafish

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