Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Klassisk kort-forsinkelse Eyeblink Conditioning i 1-årige børn

Published: September 1, 2018 doi: 10.3791/58037
Automatic Translation
1, 1,2, 3, 1,4, 3
1School of Optometry and Vision Science, The University of Auckland, 2Discipline of Optometry, University of Canberra, 3Department of Psychological Medicine, The University of Auckland, 4School of Optometry and Vision Science, University of Waterloo

Summary

Denne protokol beskriver en eyeblink conditioning paradigme egnet til eksperimenter med ét-årige spædbørn. Kommercielle eller specialfremstillet udstyr kan bruges til at levere stimuli, og indsamling af data og analyse bør udføres på video-optagelser.

Abstract

Klassisk eyeblink conditioning (EBC) refererer til den lærde association mellem en betinget stimulus (en auditiv tone) og en unconditioned stimulus (et pust af luft til hornhinden). Eyeblink conditioning bruges ofte eksperimentelt til at opdage abnormiteter i cerebellare-afhængige indlæring og hukommelse, der ligger til grund for denne type af associative læring. Mens eksperimenter i voksne og ældre børn er forholdsvis enkel at administrere ved hjælp af kommercielle udstyr, er eyeblink condition hos spædbørn mere udfordrende på grund af deres ringe overholdelse, hvilket gør korrekt placering af det udstyr, der er svært. For at opnå conditioning i et-årige spædbørn, kan en skræddersyet eller en tilpasset kommercielle system bruges til at levere luften pust til barnets hornhinden. Den største udfordring ligger i med succes afsløre og klassificere de adfærdsmæssige reaktioner. Vi rapporterer at automatiseret blink påvisningsmetoderne er upålidelige i denne befolkning, og at conditioning eksperimenter skal analyseres, ved hjælp af frame-by-frame analyse af supplerende videokamera optagelser. Denne metode kan anvendes til at studere udviklingsmæssige ændringer i eyeblink conditioning og undersøge, om dette paradigme kan registrere børn med neurologiske lidelser.

Introduction

EBC er en form for klassisk konditionering, der er almindeligt anvendt til at vurdere læring og hukommelse hos mennesker og andre dyr. Den konventionelle EBC paradigme refererer til en lærd association mellem en uskadelige 'aircondition' stimulus (en auditiv tone) med den 'ubetingede' stimulus (en hornhinde luft pust, der inducerer en refleksiv eyeblink, unconditioned svar). Associative læring er vurderet ved at præsentere konditioneret stimulus og klassificere eyeblinks som aircondition og unconditioned svar-en stigning i antallet af konditioneret svar over tid, eller over mere end én session, kan indikere associative læring foregår.

Eyeblink conditioning paradigme kan bruges til at identificere personer med associative læring funktionshæmninger. Forsinkelse conditioning-hvor konditioneret stimulus (CS) begynder før men overlapper unconditioned stimulus (US)-styres af cerebellare kredsløb1,2, og er forstyrret hos voksne og børn med neurologiske lidelser, herunder skizofreni3, autisme4,5og føtale alkohol spektrum disorder6,7. Fra et klinisk perspektiv, kan undersøge eyeblink condition hos spædbørn støtte tidligere påvisning og behandling af disse neurologiske lidelser. Men, mens større børn kan tåle en hornhinde luft pust6,7,8 og kan fastholde en stabil hoved/øje position for varigheden af forsøget, spædbørn er mindre kompatible, og konventionelle eyeblink opdagelse udstyr og software er ikke tilstrækkelig.

Her beskriver vi en enkel protokol for at undersøge kort-forsinkelse eyeblink conditioning i 1-årige børn, der er blevet tilpasset fra protokoller tidligere beskrevet andetsteds9,10,11. Denne protokol kan administreres ved hjælp af enhver kommerciel eller skræddersyet system i stand til at levere en kontrolleret pust af luft til hornhinden. Men i stedet for kommercielle eyeblink afsløring software (fx, San Diego Instrument EyeBlink Detection System, som behandler signaler fra en infrarød kamera), vi, og andre9,10,11, anbefale at bruge frame-by-frame analyse af video kamera optagelser til at registrere og klassificere eyeblink svar i et-årige spædbørn.

Protocol

Alle metoder beskrevet her er blevet godkendt af den nordlige B sundhed og handicap etiske komité, referencenummer: 13/NTB/181.

1. tekniske krav

  1. Bruge en luft pust enhed i stand til at administrere et pust af luft direkte til hornhinden. Dette kan opnås ved hjælp af et fleksibelt rør, der er knyttet til en luft tank via en luftkompressor. For at sikre barnets sikkerhed, passer dette med en justerbar trykregulator, der begrænser lufttrykket og rammerne luft pust varighed.
    Bemærk: Kommercielt tilgængelige systemer inkorporere kompressor inden for systemet, og kræver ikke en luft tank.
  2. Bruge en justerbar hovedbøjle eller hat, der kan bæres af spædbarnet og giver mulighed for hensigtsmæssig placering af luft pust slanger ved siden af øjet.
  3. Oprettet to bærbare audio højttalere med justerbar lydstyrkeindstillinger.
  4. Designe og oprette beregningsmæssige kontrol af udstyret, så tone og luft pust kan administreres automatisk med præcis timing og med varierende intervaller.
  5. Oprette en bærbar videokamera med mindst en 60-Hz indramme sats til manuelt registrere eyeblink svar. For at måle svartider, bruge et video-kamera, der kan fange den retssag debut, enten ved at optage den hørbare tone eller filme en retssag indsættende indikator indkodet i software-pakke.
  6. Installere og køre enhver video redigeringssoftware, der giver frame-by-frame intensivering af lyd og video komponenter (fxAdobe Premiere Pro) at tillade forsker til at måle tidsintervallet mellem stimulus og blink reaktion.

2. eksperimentelt paradigme

  1. Administrere forsøg i blokke af 10. Hver blok bør indeholde følgende retssag typer.
    1. Omfatte otte parrede forsøg, hvor hver læring retssag består af en 750-ms tone (80 dB, 1 kHz), der overlapper og afsluttes med en 100-ms luft pust (~1/20 psi)9,10,11.
    2. Omfatte en uparret retssag, der består af en enkelt 750-ms tone præsenteret alene i mangel af luft pust at teste for betinget eyeblink svar som angiver associative læring.
    3. Omfatte en somatosensoriske retssag bestående af en enkelt 100-ms luft pust retssag præsenteret alene i mangel af tonen at teste for hornhinde følsomhed over for luft pust og den korrekte placering af hovedbånd.
  2. Randomisere intervallet mellem på hinanden følgende forsøg (fx, 8-16 s, med en gennemsnitlig retssag tidsinterval på ca 12 s)9,10,11.
  3. Måle fem på hinanden følgende blokke (dvs., i alt 50 forsøg) i en enkelt session, for en total sessionstid i ca 12 min.
  4. For at teste, om conditioning fortsætter, administrere to EBC sessioner af 50 forsøg mindst 1 h fra hinanden.

3. test Procedure

  1. Udføre EBC i et moderat oplyst rum (~ 300 lux) med ensartet belysning niveauer mellem eksperimenter.
  2. Placer de to bærbare højttalere på begge sider af spædbarnet, ca 40 cm fra hver side af hovedet.
  3. Placer den skræddersyede pandebånd på barnets hoved og justere for hoved størrelse.
  4. Placere fleksibel røret holder luft pust dyse og tilstødende infrarød sensor, således at disse er ca 1-3 cm fra barnets højre øje på en ~ 45° vinkel fra aksial flyet af hovedet (figur 1).
  5. Inden du starter eksperimentet, tjekke at den eksperimentelle set-up er optimeret til at levere den hornhinde luft pust. Levere en enkelt test luft pust til barnets øje og observere om en eyeblink opstår, og er synlige på videokameraet. Hvis ikke eyeblink er observeret, justere hovedbøjlen positionering, således at luft pust enhed er tættere på øjet.
  6. Registrer barnets eyeblink svar i hele varigheden af forsøget. Placer videokameraet, så synsfeltet er rettet mod barnets øjne. Kameraet skal være tæt nok til at skelne små øjenbevægelser, men ikke så tæt, så barnet kan bevæge sig uden for rammen, hvis han/hun bliver nervøs.
  7. Sikre eksperimentatorer er maskeret til stimulus timing. Hvis EBC brugergrænseflade angiver, hvornår den næste retssag vil forekomme, Spørg forsker til at orientere sig væk fra computer grænsefladen, således at de ikke er klar over, når den næste stimulus vil blive leveret. Dette forhindrer forskeren i at svare på stimulus selv og potentielt bidrage til barnets lærde svar.

4. at optimere den eksperimentelle Set-up for et-årige spædbørn

  1. Sikre, at to forskere er til rådighed til at gennemføre forsøget.
  2. Når du placerer hovedbøjlen på spædbarnet, spørge de pårørende at positionere barnet på skødet vender sidelæns. Dette gør det muligt for forskeren tilgang fra siden og bag barnets hoved, mens en anden forsker engagerer spædbarnet.
  3. Placere hovedbøjlen og positionering dysen bør udføres så hurtigt og roligt som muligt for at sikre barnets overholdelse. Placere en hånd over spidsen af dysen forhindrer barnet i at dreje hovedet til dysen under positionering.
  4. Holde spædbarn på caregiver's skød hele eksperimentet.
    Bemærk: Mens en barnestol kan give en mere ensartet miljø mellem eksperimenter, kan dette øge angst og reducere compliance i mange spædbørn.
  5. For spædbørn tilbøjelig til at forstyrre hovedbøjlen under eksperimentet, bruge blid distraktion.
  6. Hovedbøjlen flytter almindeligvis under eksperimentet. Hvis barnet ikke længere reagerer på luften pust eller hovedbøjlen har bevæget sig markant væk fra øjet, pause eksperimentet og justere hovedbøjlen position før du fortsætter.
  7. Tilskynde barnet til at slå op under eksperimentet for at øge omfanget af eyeblink bevægelserne; på denne måde kan eyeblink opdagelse forbedres.
    Bemærk: Dette kan opnås ved at placere spædbarn foran en skærm spiller en spædbarn venlige video (f.eks, en alderssvarende tegneserie med lyden slået fra) lidt over deres linje af syne.

5. Eyeblink påvisning ved hjælp af videokamera optagelser

  1. Lad to forskere uafhængigt definere eyeblink svar for hvert forsøg.
  2. Brug software til videoredigering til at analysere hvert forsøg for en 2.000-ms latency efter retssag debut.
  3. Brug audio bølgeform til at opdage det første billede i den retssag debut.
    1. For parret (CS + U.S.) og uparret (kun CS) forsøg, definere retssag debut fra begyndelsen af den hørbare tone.
    2. De somatosensoriske forsøg hvor kun USA (luft pust) præsenteres, udføre pretesting for at sikre, at kameraets mikrofon kan registrere subtile 100-ms larmen lavet af luft pust. Ellers, videooptagelse af retssag indsættende indikatoren programmeres ind i software pakke vil støtte i at afsløre luft pust debut.
  4. Bruge videosporet for at opdage blink reaktion. Optage blink ventetid som begge følgende: Blink debut-den første ramme hvor øjenlågene begynder at lukke; Blink peak-den første ramme hvor øjenlågene er maksimalt lukket.
  5. Efter behov, udvikle strategier til at håndtere tvetydige svar. Se nedenstående eksempler.
    1. Med rimelighed kan udelukke delvis blinker, som kan opstå, når øjenlågene undlader at helt lukke af mere end ~ 50%.
    2. Udelukke forsøg hvor tone/luft pust debut er skjult af uvedkommende støj, eller hvor blink reaktion er skjult fra visning, fra yderligere analyser.
    3. I forsøg hvor flere blinker overholdes, analysere de første blink reaktion efter retssag debut.
  6. Registrere antallet af videobilleder mellem stimulus debut og blink peak. Konvertere ventetid i realtid baseret på video kameraet samplefrekvensen.

6. EBC svar klassificering

  1. Efter afsløring af disse forsøg, hvor en eyeblink svar opstod, definere, hvilken type af blink, baseret på dens ventetid i forhold til stimulus debut (figur 2).
    1. Definere et blink som en overraske svar , hvis det sker inden for de første 200-ms interval efter tone; disse repræsenterer en refleks reaktion på auditive tone eller blinker, der er timet tilfældigvis med tone debut, der ville være sket uafhængigt af luft pust.
      Bemærk: Overraske svar kan observeres for parret (CS + U.S.) eller uparret (kun CS) forsøg, hvor de auditive tone er leveret.
    2. Definere et blink som somatosensoriske svar , hvis det sker som reaktion på luft pust; Det angiver, om hornhinden er følsom for luft pust med den aktuelle konfiguration af medaljon. Dette er en type af unconditioned svar (se nedenfor).
    3. Definere unconditioned svar som somatosensoriske svar til luft pust under parret (CS + U.S.) forsøg, der forekommer mere end 650 ms efter tone debut.
    4. Definere konditioneret svar som blinker, der er optimalt timet til at falde sammen med luft pust. De er indledt mellem 350-650 ms efter tone debut for parret eller uparret prøver og indikere at associative læring mellem CS og USA kan være opstået.
    5. Definere en retssag som mislykkedes svar , hvis der ingen blink blev fundet svar på luft pust; disse kan observeres for parret (CS + U.S.) forsøg eller de somatosensoriske forsøg. Disse svar indikerer, at luft pust ikke er ved at nå øjet.

7. analyse af Associative læring

Bemærk: En række metoder har været tidligere beskrevet for at vurdere associative læring9,10,11 (beskrevet kort her). Forskere skal ændre disse metoder eller udvikle deres egne til at definere, om associative læring er opstået, afhængigt af deres eksperimentelle design.

  1. Første, udelukke forsøg som ingen brugbare data indsamlet, såsom dem med tekniske fejl.
  2. Beregne sensitivitet til luft pust ved at beregne procentdelen af eyeblink svar fra alle mulige somatosensoriske forsøg.
  3. Vurdere, om associative læring er opstået under eksperimentet ved at sammenligne procentdelen af konditioneret svar i fortløbende blokke af 10 forsøg. En stigning i andelen af konditioneret svar i løbet af eksperimentet kan indikere conditioning er opstået.
    Bemærk: Alternativt, modellering ændring i eyeblink ventetid med tiden kunne bruges til at vurdere, om spædbarnet har tilpasset deres svar gange i løbet af eksperimentet.
  4. Vurdere, om associative læring sker på tværs af eksperimentelle sessioner eller mellem to eksperimentelle grupper. Brug en vilkårlig kriterium til at definere, om conditioning opstod (f.eks.> 40% konditioneret svar inden for en eksperimentel session)6,9.

Representative Results

Af testbarhed af Eyeblink Conditioning i et-årige spædbørn:

Den eksperimentelle set-up forpligtet til at undersøge eyeblink conditioning er udfordrende for et-årige spædbørn. I de eksperimenter, vi gennemførte, 35% (11 spædbørn) undladt at deltage i forsøget, da de ikke vil tolerere iført en bøjle eller modtager luft pust til hornhinden (n = 31 spædbørn forsøgt). Ca. halvdelen (52%, n = 16 spædbørn) afsluttet eller delvist afsluttet det første sæt af 50 forsøg (median [IQR] = 22,5 [0 - 50] forsøg afsluttet). Den resterende del deltog i to eksperimentelle sessioner.

Opnå pålidelige eksperimentelle resultater kræver korrekt placering af pandebånd og luft pust enheden under hele forsøget. For de børn, der deltager i forsøget, kan luft pust levering til hornhinden opnås for størstedelen af forsøgene (77 ± 6% af luft pust induceret en blink reaktion; n = 13 spædbørn/557 luft pust forsøg forsøgte). De resterende forsøg repræsenterer 'mislykkedes forsøg' som barnet ikke var følsomme over for luft pust.

Figur 3 illustrerer luft pust levering succes under to conditioning eksperimenter af 50 forsøg. Antallet af observerede eyeblinks er beskrevet som en procentdel af luft pust forsøg (dvs., enten somatosensoriske eller parret forsøg). Blinke svar fra den første spædbarn nedgang i hver efterfølgende blok af 10 forsøg, med angivelse af at hovedbøjlen kan have været suboptimalt placeret mod slutningen af forsøget. I modsætning hertil illustrerer den anden spædbarn relativt god følsomhed over for luft pust, med mindst 90% af luft pust forsøg med held fremkalde et blink svar i hver efterfølgende blok af 10 forsøg.

Eyeblink påvisning succesrate ved hjælp af videokamera analyse:
En håndholdt videokamera giver en pålidelig metode til at indfange eyeblink svar ved at tillade forsker manuelt spore barnets øjne. Manuel frame-by-frame analyse blev anvendt til at identificere svar fra 90 ± 3% af forsøg (n = 13 spædbørn/608 forsøg forsøgte). De resterende forsøg repræsenterer dem, hvor barnets øjne var skjult under optagelserne.

Selv om video analyse kræver subjektive fortolkninger, kan denne metode bruges til pålideligt måle eyeblink ventetid fra stimulus debut. Vores analyse af blink svartider målt af to uafhængige observatører illustrerer godt Inter-rater pålidelighed, hvorved den gennemsnitlige forskel mellem målinger var 28,4 ms og 95% grænser af aftalen af ± 263.9 ms (figur 4: n = 4 eksperimenter analyseret af to observatører/94 blinke svar). I betragtning af at konditioneret eyeblinks er defineret som dem, der falder inden for en 300-ms vindue, giver dette tilstrækkelig præcision til at skelne konditioneret fra unconditioned svar. Bemærk, at disse forsøg med betydelig uenighed kan være let omvurderet efter samråd mellem observatørerne.

Eyeblink condition i et-årige spædbørn:
De to conditioning eksperimenter vist i figur 5A og 5B illustrere eyeblink svar ventetid i løbet af forsøget for begge de parrede og uparrede forsøg. Eyeblink svar fra den første spædbarn under den første EBC session peak efter debut af luft pust og udenfor vinduet latenstid, der definerer en betinget respons. Desuden, denne spædbarn undlader at reagere på nogen af de uparrede (kun tone) forsøg. Sammen, angiver, at dette barn ikke har lært at knytte tonen og luften pust under deres første eksponering til EBC paradigme. I sammenligning, den anden spædbarn, der deltager i deres anden EBC session, rutinemæssigt blinker før luft pust igangsættelsen og imødekommer alle de uparrede forsøg, med angivelse af spædbarnet har opnået eyeblink conditioning efter den første session af 50 forsøg. Figur 5 c viser en typisk metode til vurdering af associative læring over flere forsøg med sessioner6,9,10,11. Antallet af konditioneret svar fra både spædbørn er beskrevet i successive blokke af 10 forsøg og som en procentdel af alle parrede og uparrede forsøg i hver blok. I dette tilfælde både spædbørn vise minimale ændringer i associative læring under eksperimentet, illustrerer en manglende conditioning (spædbarn 1, session 1) eller at conditioning opstod allerede (spædbarn 2, session 2).

Figure 1
Figur 1 : Eyeblink conditioning set-up med en 1-år-gamle spædbarn deltager. Skræddersyede hovedbøjlen støtte luft pust enhed er vist. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 : Stimuli og svar definitioner for en eyeblink klimaanlæg paradigme er relevant for eksperimenter med ét-årige børn. (A) under parrede forsøg, en 750-ms hørbare tone (konditioneret stimulus [CS]) overlapper og afsluttes med en 100-ms luft pust (unconditioned stimulus [US]). Blink svar varierer alt efter deres timing i forhold til stimulus debut (startle svar: 0 - 200 ms; konditioneret svar [CR]: 350-650 ms; unconditioned svar [UR]: 650-2.000 ms). Svar definitioner er identiske for uparret (kun CS) forsøg. (B) somatosensoriske forsøg levere en enkelt 100-ms luft pust (os) kun, og blinker, der forekommer inden for en 300-ms vindue er klassificeret som somatosensoriske svar (SSR). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 : Eksempel på eyeblink conditioning eksperimenter i et-årige spædbørn illustrerer variation i luft pust følsomhed. Følsomheden over for luft pust beskrives som antallet af observerede responser til luft pust (leveres enten som en somatosensoriske retssag eller som en parret retssag) som en procentdel af alle luft pust forsøg, i hver efterfølgende blok af 10 forsøg. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4 : Bland-Altman plot illustrerer aftalen i blink svartider målt fra videokamera optagelser af to uafhængige observatører. Grå linjer angiver skævhed mellem målinger (defineret som den gennemsnitlige forskel mellem målinger), og de øvre og nedre grænser af aftalen (LOA, defineret som de gennemsnitlige forskel ± 1,96 standardafvigelser). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5 : Eksempel på eyeblink conditioning eksperimenter i et-årige spædbørn illustrerer variation i konditioneret svar. Blink svartider er vist for parret (CS + U.S.) forsøg (sorte cirkler) og uparret (kun CS) forsøg (grå firkanter). Den grå bjælke angiver timingen af luft pust og de sorte linjer angiver ventetid mellem 350-650 ms bruges til at definere en konditioneret svar. Forsøg, som kunne fremkalde en reaktion ikke er vist på x-aksen. (A) Blink svar generelt falder uden for vinduet conditioning, og uparret forsøg mislykkedes at fremkalde en eyeblink reaktion. ()B) svar er tilstrækkeligt timet til at falde sammen med forekomsten af luft pust, og uparret svar og parret forsøg indlede en konditioneret svar. (C) Conditioning i løbet af eksperimentet er illustreret som antallet af konditioneret svar (beskrevet som en procentdel af alle parrede og uparrede forsøg), i hver efterfølgende blok af 10 forsøg. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Ændringer og fejlfinding:
Kommercielle eller skræddersyede eyeblink conditioning systemer bør præsentere stimuli til emnet på en eksperimentelt kontrolleret måde og være i stand til at opdage de adfærdsmæssige reaktioner. Selv om dette er en non-invasiv procedure, udfordrende de tekniske forskrifter for udførelse af disse eksperimenter i mindre kompatible populationer (fx, spædbørn). Fysisk montering hoved-mount for øjet er muligt for dyreforsøg, såsom conditioning eksperimenter i får12,13. Ældre børn kan tåle iført en hovedbøjle med en vedhæftet luft-puff levering enhed6,7,8 og kan tilskyndes til at fastholde en konstant øje med fjernsyn som en distraktion. Selv om compliance hos meget unge spædbørn kan opnås ved conditioning under søvn14, ældre spædbørn nærmer sig et år er generelt let distraheret, hvilket gør dem et unikt udfordrende befolkning. Trods udfordringerne er eyeblink conditioning eksperimenter muligt for nogle vågen, et-årige spædbørn. Vores succesrate er magen til dem, der rapporterede tidligere i litteratur (~ 40% - 50% overholdelse)9, med sandsynligheden for succes nok afspejles af barnets temperament på dagen af forsøget.

Kritiske trin i protokollen:
Vi anbefaler tilpasse et kommercielt tilgængelige EBC set-up, eller ved hjælp af en specialbygget luft pres generator som tidligere beskrevet, for yngre spædbørn9,10,11. Den første udfordring er at bevare luft-puff levering enheden i den korrekte position i hele det eksperiment, som kræver en mindre, ændret medaljon. Eye sikkerhed er en særlig bekymring for ikke-overensstemmende spædbørn, der forsøger at fjerne medaljon sig selv. Derfor, spædbørn skal overvåges nøje på alle tidspunkter. En del af børnene vil ikke tolerere iført hovedbøjlen eller modtager luft pust til øjet (her, ~ 35%), selv om dette kan forbedres ved forsigtigt distraherende barnet hvis det forsøgsplan tillader dette, og hvis dette ikke åbenlyst forstyrrer spædbarn adfærd. For de børn, der udfylder eksperimentet, er luft pust kun forsøg afgørende for at bekræfte, at medaljon blev placeret korrekt, som mangler eller tilbageførsel af conditioning svar kan være forårsaget af dårlig levering af luft pust gennem hele eksperimentet.

Mens manuel video analyse er tidskrævende, er automatiseret foranstaltninger af spædbarn eyeblink svar i øjeblikket vanskeligt at opnå. Infrarøde sensorer leveres med kommercielle EBC set-ups (placeret på hovedbøjlen støder op til luft pust enhed) optage øjeblik til øjeblik reflektionsgrad fra hornhinden på et 1-kHz samplingfrekvens, og blinker kan påvises ved at måle ændringen i Reflektionsgraden efter stimulus debut. Væsentlige ændringer fra baseline Reflektionsgraden angive, at en eyeblink er opstået, og automatiseret analyse kan bruges til at registrere og klassificere blink svar. Men vi og andre9,10,11 tyder på, at forskere ikke bør stole på infrarød hornhinde Reflektionsgraden målinger med kommercielle EBC set-ups at opdage blinker i 1-årige børn. Selv om denne metode kan være egnet til deltagere, voksne eller ældre børn6,7, var vi ude af stand til pålideligt registrere blinker i et-årige ved hjælp af denne metode. Her, er ubetydelig ændring i baseline reflektionsgrad observeret over længden af den retssag epoke, der angiver, at eyeblink ikke er opdaget af den infrarøde sensor. Desuden, er falsk positive toppe almindeligt observeret, som er forårsaget af barnets hoved bevægelser, der ændrer placeringen af sensoren. Pilot forsøg hos voksne tyder på, at deltageren skal fokusere på eller lidt over deres vandrette linje af syne, med luft pust enheden placeret inden for 1-2 cm af hornhinden, til med succes afsløre eyeblinks-betingelser, der ikke kan opretholdes konsekvent med et spædbarn. Derudover kan små interpalpebral revne størrelse hos spædbørn reducere hornhindens reflektionsgrad gør blink detection mere vanskeligt end hos voksne eller ældre børn.

Betydning med hensyn til eksisterende metoder:
Trods behovet for manuel videokamera analyse og den lavere tidsmæssige opløsning af en 60-Hz video i forhold til 1-kHz Reflektionsgraden målinger gøre den bedre succesrate på video-optagelser dette en overlegen metode til infrarød sensor. Selvom hornhinde luft pust er også leveret af den samme medaljon vedhæftet som en kommerciel infrarød sensor, vises stimulus levering at være mere modstandsdygtige over for positionering end den infrarøde sensor, som luft pust styrken kan justeres som krævet. Dette undgår overdreven regulering af pandebånd, som har tendens til at reducere spædbarn overholdelse. Forskere, der kan opnå højere succesrate ved hjælp af infrarød sensor kan stadig kræve støtte video kamera analyse. For prøver er der ingen påviselig eyeblink respons registreres af den infrarøde sensor, videooptagelser kan skelne mellem sande svar eller ugyldigt forsøg (dvs., om barnet var iført luft pust enhed i den korrekte position, om de ikke blinker, eller om den infrarøde sensor undladt at registrere blink). Video-optagelser er ligeledes nødvendigt at bekræfte falsk-positive resultater, som bevægelser under retssagen kan også producere artefakter maskeret som blinker. Eye-tracking apparater15,16 og Elektromyografi9,10,14 af orbicularis oculi musklen er andre automatiserede metoder til registrering af blink, der ligger uden for denne hvidbogs anvendelsesområde selv om uden visuel bekræftelse af luft pust enhed positionering for hvert forsøg, er disse metoder tilbøjelige til at lide de samme ulemper som de infrarøde eyeblink afsløring software beskrevet her.

Tidligere har offentliggjorte arbejde på eye-blink conditioning fokuseret på yngre spædbørn, typisk 4-5 måneder i alder; Dette arbejde giver dette organ af litteratur ved beskriver teknikker til brug med ældre spædbørn (12 ± 1 måned gammel) og de unikke udfordringer denne aldersgruppe præsenterer. Andre forfattere har også brugt video analyse (enten alene eller i kombination med Elektromyografi) med spædbørn9,10,11,14. Resultaterne præsenteres her er i overensstemmelse med disse tidligere resultater, som tyder på, indramme-af-indramme video analyse er den bedste metode til påvisning af eyeblinks hos spædbørn, som både Elektromyografi og infrarød overvågning kan være problematisk på grund af ansigtet og hovedet bevægelser i meget små børn. Dette arbejde understøtter også den konstatering, at spædbørn kan udvikle konditioneret svar selv i en meget ung alder, i det mindste for en 650-ms forsinkelse interval9.

Fremtidige ansøgninger:
Som et begrænset antal studier har forsøgt eyeblink conditioning eksperimenter i menneskelige spædbørn, bør stimulus parametre overvejes nøje i fremtidige eksperimenter. Condition er blevet observeret så tidligt som 10 dage af alder17 og mindst inden for den første måned af livet14, selv om en længe mellem stimulus interval (f.eks.1.500 ms) synes at være mere succesfuld i disse meget tidlige stadier af vorden18 . I sammenligning, børn nærmer sig seks måneder kan mere pålideligt konditioneres med et kortere interval10, selv om mindre succesfuldt end voksne19. 650-ms interval mellem tonen og luft pust foreslog for et-årige børn i denne protokol kan med held fremkalde konditionering i 4 - eller 5-måned-forhenværende spædbørn9,10,11, såvel som i ældre børn6,7. Dette tyder på, at eyeblink conditioning er udviklingshæmmede regulerede, med den optimale forsinkelse mellem tonen og luft pust faldende med spædbarn alder10, selv om yderligere eksperimenter tilpasse denne protokol er forpligtet til at undersøge disse yderligere parametre.

Begrænsninger af denne teknik:
EBC kan være en udfordring for at sætte op og kan kræve fejlfinding i hver enkelt situation. Bestemme, hvornår conditioning er sket er svært at definere og observeres bedst over flere forsøg eller sessioner. For eksempel, har andre undersøgelser brugt en vilkårlig conditioning sats på 40% inden for hver blok af 10 forsøg for at definere conditioning og sammenlignet ændringer mellem successive eksperimentelle sessioner6,9,10, 11. Endt det nødvendige antal forsøg at observere conditioning kan derfor være vanskeligt at nå hos ung børn.

Med hensyn til dataanalyse, en af de særlige udfordringer adskille stimulus-fremkaldte blinker fra spontane (endogene) blinker9. Satsen for spontan eyeblinks er forskellige mellem individer men kan påvirkes af miljømæssige faktorer såsom værelse fugtighed samt adfærdsmæssige stater. Dobbelt blinker forekomme når der er to komplette øjenlåg lukninger inden for meget kort tid (fx, 400 ms)20, og det er muligt, at disse afspejler spontan blinker forekommer på samme tid som et refleksivt (betingede eller ubetingede) eyeblink. Vi observeret lejlighedsvis dobbelt blinker i vores data sæt, og bruger denne protokol, vi indspillede ventetid til den første glimt kun. Men, kassere disse forsøg kan øge sikkerhed at analysen er at indfange stimulus-fremkaldte blinker kun.

Forskere vil også nødt til at træffe beslutninger på vinduet ventetid i til at definere en aircondition eller unconditioned reaktion, samt om at definere ventetid til blink debut eller blink peak (øjenlåg lukning). Her har vi konservativt defineret en konditioneret svar som et blink, der topper før 650 ms i enten parvis eller uparret forsøg, at give sikkerhed at blinke er indledt før luft pust indsættende og ikke som reaktion på luft pust. Dog kunne latency vinduet udvides til uparret forsøg hvor ingen luft pust præsenteres, især hvis bruge blink peak for at definere latency svar. Det vigtige princip her er at alle tilfælde behandles på samme måde, af alle eksaminatorer, og at dette kriterium bestemmes forud for enhver data analyse påbegyndes.

I Resumé, kan indramme-af-indramme video analyse give en pålidelig og reproducerbar metode til vurdering af klassisk EBC svar i unge spædbørn. Disse foranstaltninger giver et mål for læring adfærd, selvom en omfattende udviklingsmæssige vurdering kræves til fuldt ud at beskrive nervesystemets udvikling i vorden.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Denne undersøgelse blev støttet af den newzealandske Optometric Vision Research Foundation, Health Promotion Agency, The University of Auckland Fakultet forskning Udviklingsfond, og The University of Auckland School of Medicine PBRF fond.

Vi er taknemmelige for de to Optometry studerende fra The University of Auckland (Shannon dreng og Harpreet Singh) der har udfyldt den manuelle video analyse for at undersøge aftalen i blink reaktion målinger.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Eyeblink conditioning system San Diego Instruments Model #2325-0145-W includes portable airpuff unit and infrared emitter/receiver mounted to adjustable headband; eyeblink stimulus and response detection software; PC interface
4K Ultra HD action camera RV77 Model SJ9000 micro SD/TF card recording 90fps at 720p

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Freeman, J. H., Steinmetz, A. B. Neural circuitry and plasticity mechanisms underlying delay eyeblink conditioning. Learning & Memory. 18 (10), 666-677 (2011).
  2. Mccormick, D. A., et al. The engram found? Role of the cerebellum in classical conditioning of nictitating membrane and eyelid responses. Bulletin of the Psychonomic Society. 18 (3), 103-105 (1981).
  3. Bolbecker, A. R., et al. Eye-blink conditioning deficits indicate temporal processing abnormalities in schizophrenia. Schizophrenia Research. 111 (1-3), 182-191 (2009).
  4. Sears, L. L., Finn, P. R., Steinmetz, J. E. Abnormal classical eye-blink conditioning in autism. Journal of Autism and Development Disorders. 24 (6), 737-751 (1994).
  5. Oristaglio, J., et al. Children with autism spectrum disorders show abnormal conditioned response timing on delay, but not trace, eyeblink conditioning. Neuroscience. 248, 708-718 (2013).
  6. Jacobson, S. W., et al. Impaired eyeblink conditioning in children with fetal alcohol syndrome. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 32 (2), 365-372 (2008).
  7. Jacobson, S. W., et al. Impaired delay and trace eyeblink conditioning in school-age children with fetal alcohol syndrome. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 35 (2), 250-264 (2011).
  8. Ohlrich, E. S., Ross, L. E. Acquisition and differential conditioning of the eyelid response in normal and retarded children. Journal of Experimental Child Psychology. 6 (2), 181-193 (1968).
  9. Ivkovich, D., Eckermann, C. O., Krasnegor, N. A., Stanton, M. E. Using eyeblink conditioning to assess neurocognitive development. Eyeblink Classical Conditioning: Volume I. Woodruff-Pak, D., Steinmetz, J. E. , Springer. Boston, MA. 119-142 (2002).
  10. Klaflin, D. I., Stanton, M. E., Herbert, J., Greer, J., Eckerman, C. O. Effect of delay interval on classical eyeblink conditioning in 5 month old human infants. Developmental Psychobiology. 41 (4), 329-340 (2002).
  11. Ivkovich, D., Collins, K. L., Eckerman, C. O., Krasnegor, N. A., Stanton, M. E. Classical Delay Eyeblink Conditioning in 4- and 5-Month-Old Human Infants. Psychological Science. 10 (1), 4-8 (1999).
  12. Nation, K., et al. Video-based data acquisition system for use in eye blink classical conditioning procedures in sheep. Behavior Research Methods. , 1-14 (2016).
  13. Johnson, T. B., Stanton, M. E., Goodlett, C. R., Cudd, T. A. Eyeblink classical conditioning in the preweanling lamb. Behavioral Neuroscience. 122 (3), 722-729 (2008).
  14. Reeb-Sutherland, B. C., et al. One-month-old Human Infants Learn About the Social World While They Sleep. Developmental Science. 14 (5), 1134-1141 (2011).
  15. Kulke, L., Atkinson, J., Braddick, O. Automatic Detection of Attention Shifts in Infancy: Eye Tracking in the Fixation Shift Paradigm. PLoS One. 10 (12), e0142505 (2015).
  16. Meng, X., Uto, Y., Hashiya, K. Observing Third-Party Attentional Relationships Affects Infants' Gaze Following: An Eye-Tracking Study. Frontiers in Psychology. 7, 2065 (2016).
  17. Naito, T., Lipsitt, L. P. Two attempts to condition eyelid responses in human infants. Journal of Experimental Child Psychology. 8 (2), 263-270 (1969).
  18. Little, A. H., Lipsitt, L. P., Rovee-Collier, C. Classical conditioning and retention of the infant's eyelid response: effects of age and interstimulus interval. Journal of Experimental Child Psychology. 37 (3), 512-524 (1984).
  19. Hoffman, H. S., Cohen, M. E., Devido, C. J. A comparison of classical eyelid conditioning in adults and infants. Infant Behavior and Development. 8 (3), 247-254 (1985).
  20. Nakanishi, M., Mitsukura, Y., Wang, Y., Wang, Y. T., Jung, T. P. Online Voluntary Eye Blink Detection using Electrooculogram. IEICE Proceeding Series. , (2012).

Tags

Adfærd sag 139 Eyeblink konditionering spædbarn menneskelige video analyse
Klassisk kort-forsinkelse Eyeblink Conditioning i 1-årige børn
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Goodman, L. K., Anstice, N. S.,… More

Goodman, L. K., Anstice, N. S., Stevens, S., Thompson, B., Wouldes, T. A. Classical Short-Delay Eyeblink Conditioning in One-Year-Old Children. J. Vis. Exp. (139), e58037, doi:10.3791/58037 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter