Summary
Dette arbejde illustrerer en standardprocedure og tærskelbestemmelse fra R-indeksets synspunkt for at vurdere rumlig lingual taktil følsomhed ved hjælp af en gitterorienteringstest.
Abstract
Individuelle tærskler efter R-indeksestimater beregnes ved hjælp af en gitterorienteringstest (6 forskellige værktøjer med stigende riststørrelse fra 0,20-1,25 mm) til vurdering af rumlig lingual taktil følsomhed. Under forsøget er forsøgspersonerne bind for øjnene og bedt om at angive retningen af risten (enten vandret eller lodret) placeret på tungen. R-indekset er baseret på Signal Detection Theory (SDT), og det er en anslået sandsynlighed for korrekt at identificere en målsmulans (signalet, f.eks. den korrekte retning) sammenlignet med en alternativ stimulus (støjen, f.eks. den forkerte retning). Når R-indeksværdierne for hvert emne og hver værktøjsdimension er beregnet, er det muligt at udlede den individuelle tærskel ved at interpolere de to R-indeks umiddelbart under og over den etablerede skæring (typisk 75%) baseret på ensidige R-indekskritiske værdier. Denne procedure kan være nyttigt på det medicinske område for at studere sammenhængen mellem oral taktil følsomhed, taleklarhed og synkeforstyrrelser samt i sensoriske og forbrugerundersøgelser for at udforske individuel variation i teksturopfattelse, madpræferencer og spiseadfærd.
Introduction
Tekstur og mundfølelse af mad spiller en vigtig rolle i smag1,2,3,4, og mens forskning har fundet forskelle i tekstur opfattelse på grund af faktorer som tygge adfærd2,5, spyt flow, og sammensætning6,7, der er begrænsede metoder til rådighed til at vurdere variation i oral taktile receptorer (mekanoreceptorer). Mundhulen huser forskellige typer af mekanoreceptorer findes i munden: Merkel receptorer, Ruffini cylindre, og Meissner corpuscles8. Mekanoreceptorer kan klassificeres i to grupper: langsomt tilpasning og hurtig tilpasning. Langsomt tilpasning mekanoreceptorer (Ruffini cylindre og Merkel receptorer) producere signaler kontinuerligt, mens de stimuleres. I modsætning hertil reagerer hurtigt tilpassende mekanoreceptorer (Meissners korpuskler) på begyndelsen og slutningen af stimulering med et signal. Taktile skarphed varierer meget på tværs af tungen overflader og mellem individer, muligvis på grund af forskelle i mekanoreceptor følsomhed. Placeringen og antallet af mekanoreceptorer i mundhulen, forskellene i mekanoreceptorernes rumlige indretning/tæthed (rumlig skarphed) eller forskellene i deres følsomhed, når de aktiveres, kan være årsagen til denne intra- og inter-individuelle variation. Flere metoder til at evaluere og screene for variation i mekanoreceptor følsomhed i mundhulen er blevet offentliggjort, herunder von Frey filamenter9,10, brevgenkendelse11,12, rist orientering tests13, og fleksibel elektrode array14,15. Risteretningstesten kræver firkantede riste (figur 1, figur 2) med forskellige rillebredder, der skal placeres på tungen på et emne med bind for øjnene. De angiver, om forsøgspersonerne opfatter riste til at være i enten en vandret eller lodret orientering. Svarene bruges til at beregne gennemsnitlige tærskler baseret på forsøgspersonens evne til at forskelsbehandle orienteringen for de forskellige gitterstørrelser.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle deltagere har underskrevet et informeret, skriftligt samtykke. Denne undersøgelse blev godkendt af den etiske komité ved universitetet i Milano (n. 48/19) og gennemført i overensstemmelse med Helsinki-erklæringen.
1. Uddannelse af forsøgsmænd
- Tag risteværktøjet og påfør en kraft på 100 g på en svamp placeret på en skala.
BEMÆRK: Se figur 1 for skemaet for det gitterværktøj, der anvendes i denne undersøgelse - Gentag denne procedure mindst 10 gange for at reducere variationen i den kraft, der påføres af risten på forsøgspersonernes tunger under testen, både inden for og på tværs af forsøgspersoner.
2. Vurderingsprocedure
BEMÆRK: Udfør vurderingen af taktil skarphed i kølvandet på den krævede sundheds- og sikkerhedsstandard for at garantere forsøgspersonens sikkerhed (f.eks. maske, handsker og kittel).
- Vis alle riste (0,20 mm, 0,25 mm, 0,50 mm, 0,75 mm, 1,00 mm, 1,25 mm) (figur 2) på et bord ude af syne for deltageren.
- Sæt deltageren i en behagelig stol og informere dem om, at de kan forlade eksperimentet til enhver tid.
- Informer deltageren om, at de vil få bind for øjnene under eksperimentet og bedt om at stikke tungen ud på en behagelig og afslappet måde.
- Før forsøgets begyndelse skal forsøgspersonerne blive fortrolige med proceduren ved hjælp af den største riste (1,25 mm) for at demonstrere den anvendte kraft (100 g for 3 s).
- Giv deltagerne besked om, at de kan tage en slurk vand, når det skønnes hensigtsmæssigt.
- Påfør hver gitter på forsøgspersonernes tunge (forreste del af tungen lige omkring midterlinjen).
- Efter hver berøring skal du bede forsøgspersonerne om ved hjælp af deres hænder at angive værktøjets orientering (enten vandret eller lodret) og deres grad af sikkerhed (sikker, usikker). Forsøgspersonerne må gætte, om de ikke ved det.
- Når hver berøring skal du registrere alle svarene (vandret, lodret, sikker, ikke sikker) for hvert emne i et regneark (supplerende tabel 1).
- Gentag hver rist så mange gange, som det skønnes nødvendigt for den R-Index cut-off, der er valgt, f.eks. 6 gange, 3 vandret og 3 lodret (supplerende tabel 1).
- Steriliser hver riste efter at have testet hver deltager (se afsnit 4).
BEMÆRK: Tungen skal stikke forsigtigt ud af munden uden indsats fra de frivillige for at undgå overdreven træthed, hvilket ville føre til en ændring i deres præstationsresultater. Det er vigtigt at bemærke, at jo højere gentagelser ved rist, jo mere pålidelig måling16.
3. Rengøring protokol
- Der fremstilles en opløsning bestående af 20 mL natriumhypochlorit (se materialetabel), der fortyndes i 1 L vand i overensstemmelse med fabrikantens anvisninger.
- Ryst opløsningen manuelt i et par sekunder.
- Fyld 6 kopper med ca. 20 mL af desinfektionsopløsningen for at nedsænke hvert værktøj helt i opløsningen.
- Placer hvert værktøj i den tilsvarende kop.
- Lad værktøjerne suge i 15-20 min.
- Skyl værktøjerne med rigeligt vand i henhold til producentens anvisninger og skrub dem med en tandbørste for at sikre fjernelse af natriumhypochloritrester.
- Lad værktøjet lufttørre.
4. R-indeksberegning
- Opret en svarmatrix for hver frivillig og for alle værktøjer (figur 3) baseret på de svarfrekvenser, der bruges til at beregne R-indekset ved hjælp af følgende ligning:
BEMÆRK: R-indeks udtrykker individuel taktil følsomhed for hvert værktøj16. R- indekset er baseret på SDT17 og repræsenterer en anslået sandsynlighed for at skelne en målsmulans (dvs. signalet) fra en alternativ stimulus (dvs. støj). Signalet og støjen svarer til den korrekte eller ukorrekte identifikation af gitterets horisontale lodrette retning. Der kan forekomme fire svarmuligheder for både signal og støj: "vandret-sikker", "vandret-usikker", "lodret usikker" og "lodret-sikker"16. R-indeksværdier ligger mellem 0-1. En højere R-indeksværdi indikerer bedre forskelsbehandling.
5. R-indeksets følsomhed og tærskelbestemmelse
- Hvis du vil afgøre, om et emne kan forskelsbehandle hvert værktøjs retning, skal du beregne skærings afskæringen ved hjælp af en tabel over kritiske værdier for R-indeksets betydningstest18
BEMÆRK: I betragtning af det nuværende eksempel, svarende til 36 præsentationer (dvs. hver rist præsenteret 6 gange, 3 vandret og 3 lodret), er cut-off værdien for diskrimination indstillet til 0,7426 i henhold til den ensidige R-indeks kritiske værdier for α = 0,0518. - Hvis der anvendes et tilstrækkeligt stort antal værktøjer (f.eks. seks forskellige gitterdimensioner)19, udledes R-indekstærskelestimater.
- Hvis du vil beregne tærsklen for hvert emne, skal du interpolere de to R-indekser umiddelbart under og over skæringsværdien20.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I alt 70 raske voksne (aldersgruppe = 19-33 år; gennemsnitsalder = 22,0; 52,9% kvinder) var involveret i undersøgelsen, som vist i Appiani et al. (2020)21.
Som et eksempel er R-indeksfordelingen efter alder for kvadrat 0,75 mm rapporteret i figur 4. Hvert punkt repræsenterer et andet emne. Forsøgspersoner over den stiplede linje (cut-off værdi: 0,7426) er dem, der korrekt identificere orienteringen af riste (mere følsomme).
Resultaterne for de seks riste og det afledte R-indekstærskelestimat for et emne er rapporteret i figur 5. I dette tilfælde svarer tærsklen til 0,99 mm. Forsøgspersoner med lave tærskelværdier er i stand til at genkende en mindre søjlestørrelse (mere følsom), mens personer med høje tærskelværdier kræver mere input (større barstørrelse) for at opfatte stimulus kognitivt (mindre følsomt)10. I det foreliggende tilfælde kan tærskelværdierne variere fra 0,20-1,25 mm. Ikke desto mindre kan der opnås to ekstreme værdier: emner med en tærskel <0,20 mm er dem, der er i stand til at genkende retningen af kvadraterne fra den mindste størrelse (0, 20 mm). Omvendt er de deltagere, der registrerer en tærskel > 1,25 mm, ikke i stand til at diskriminere nogen af ristestørrelserne. Der rapporteres et eksempel på et tærskeldatasæt i supplerende tabel 2.
Figur 1: Beskrivelse af værktøjerne. Firkantet skematisk tegning Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Firkanter med riller/stænger i stigende størrelse. Figuren viser de seks riste, der spænder fra de mindste (0,20 mm) til de største (1,25 mm). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Responsmatrix. Figuren viser den responsmatrix, der bruges til at beregne R-indekset. Signal (S) og støj (N) svarer til henholdsvis den vandrette og lodrette retning. Bogstavet fra "a" til "h" er heltal, der tager værdier mellem 0 og 3. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: R-indeksfordeling efter alder for kvadrat 0,75 mm. Den stiplede linje repræsenterer afskæringsværdien (0,7426). Emner, der er over den stiplede linje, er dem, der identificerer værktøjets retning korrekt. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Individuel tærskelberegning. R-indeksværdier for ét emne og beregning af den relevante tærskel. Klik her for at se en større version af dette tal.
Supplerende tabel 1: Et eksempel på et regneark, som forsøgspersonerne bruger til at registrere deltagernes svar. Den første kolonne (forsøgsnr.) repræsenterer antallet af præsentationer. F.eks. rapporteres der om 36 mulige præsentationer. Den anden kolonne (kombination) angiver størrelsen på gitteret (G) og retningen (HORIZ./VERT.). Investigator rapporterer emnets svar i kolonnen "Svar" (vandret / lodret) og angiver graden af sikkerhed ved hjælp af den sidste kolonne (Sure / Usikker). Klik her for at downloade denne tabel.
Supplerende tabel 2: Det datasæt, der bruges til at beregne individuelle tærskler. De første tre kolonner rapporterer identifikationskoden, alderen og kønnet for hvert emne. Kolonne 4-9 rapporterer R-indeksværdierne for hvert værktøj. Med fed skrift rapporteres de værdier umiddelbart over og under den skæring, der er blevet brugt til beregning af individuelle tærskler gennem interpolation (sidste kolonne). Klik her for at downloade denne tabel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Kun få gyldige instrumenter er tilgængelige til måling af taktil skarphed10,11,13,22. Von Frey filamenter har vist sig at være en passende metode til måling af både hud og oral taktil skarphed10,21,22. Disse instrumenter måler imidlertid en anden dimension af den taktile skarphed end risteretningstesten21. Von Frey filamenter måler kontaktdetektering, mens riste rumlig opløsningsfølsomhed. Disse to forskellige sensoriske funktioner er underdanig af forskellige neurale mekanismer23,24,25.
Andre kendte værktøjer er JVP kupler (Stoelting Co, Wood Dale, IL, USA), som er meget lig dem, der anvendes i den nuværende procedure. Disse værktøjer anvendes dog hovedsageligt til at måle taktile skarphed i huden, da de har lavere følsomhed (fra 0,35-3,00 mm) end den gennemsnitlige rumlige opløsning på tungen (0,58 mm)13. Af denne grund evaluerede Appiani et al. (2020)21 den kognitive og indsigtsfulde egnethed af de specialfremstillede riste, der anvendes i denne protokol, som har yderligere rillebredder på mindre end 0,50 mm (dvs. 0,20 og 0,25 mm) for at inkludere en række dimensioner, der er mere egnede til vurdering af oral taktil følsomhed21. Værktøjet består af polytetrafluoroethylen maskinskårne firkantede blokke på 1 cm2 indgraveret med riste på overfladen. Hver firkant har en højde på 5 mm og holdes af en smal cylindrisk stang (2 cm lang) (figur 1). Både søjlestørrelsen og afstanden mellem hver søjle (rillebredden) varierer på tværs af firkanter, men er konsistente inden for en firkant. Rilledybden øges med 1,5 gange rillebredden for at sikre, at tungen ikke rører bunden af pladsen under testen13. Antallet af kvadrater, der bruges til at vurdere forsøgspersonernes følsomhed, kan variere, og det samme kan størrelsen på søjlerne, men tidligere forskning har vist, at seks kvadrater, der varierer i de mindste stangstørrelser, fra 0,20 mm til 1,25 mm, er nødvendige for at give diskrimination på tværs af individer for tungen13,24 (figur 2).
I den foreliggende procedure foreslås beregningen af et indeks (R-indekset) til vurdering af den mundtlige forskelsbehandling af en bestemt riststørrelse. Hvis antallet af værktøjer er stort nok (f.eks. seks værktøjer), rapporterer denne procedure desuden beregningen af individuelle tærskler i overensstemmelse med Robinson og kolleger20.
Denne protokol viser en gyldig, nem og hurtig måde at måle taktile skarphed på tungens niveau. Der bør dog peges på nogle udfordringer, der kan påvirke testens pålidelighed21. Generelt kan instrumenternes pålidelighed påvirkes af eksperimentatoren. Derfor bør omhyggelig træning og kalibrering af forsøgspersonerne garanteres at udøve en konsekvent og standardiseret kraft på forsøgspersonens tunge. Derudover kan de ufrivillige bevægelser af den sproglige muskel og tørheden af den sproglige overflade påvirke målingerne. Således opfordres de frivillige, der skal holde tungen strakt ud i relativt lang tid, for at koncentrere sig betydeligt. Forekomsten af disse begrænsninger varierer meget på tværs af enkeltpersoner. Det kan dog reduceres ved at foreslå, at emnerne holder tungen afslappet mellem tænder og læber og muligvis placerer hagen på hænderne. Desuden opfordres frivillige til at stoppe flere gange under testen for at drikke noget vand.
Fremtidige undersøgelser kunne se tilbundsgående på sammenhængen mellem individuelle sproglige taktile skarphed, fødevarepræferencer, valg af fødevarer, og ernæringsmæssige status. Denne protokol kan også være nyttig i en klinisk indstilling til at studere sårbare befolkningsgrupper med synke- eller mundhuleforstyrrelser.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Vi anerkender alle deltagere, frivillige og andre, der er involveret i undersøgelsen. Vi er Sandra Stolzenbach Wæhrens og Wender Bredie (Københavns Universitet) taknemmelige for at have designet de pladser, der bruges i den nuværende risteorienteringstest. Denne forskning blev finansieret af Universitetet i Milano, Piano di sostegno alla ricerca 2018.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Custom-made squares | University of Reading; University of Copenhagen | Squares of 1 cm2 from polytetrafluoroethylene (PTFE) | |
| Disinfenctant solution (20% sodium hypochlorite) | Amuchina, Angelini S.p.A., Roma, Italy | ||
| Eye masks | Various | ||
| Gloves | Various | ||
| Lab coat | Various | ||
| Plastic cup for drinking water | Various | ||
| Excel | Microsoft |
References
- Guinard, J. X., Mazzucchelli, R. The sensory perception of texture and mouthfeel. Trends in Food Science & Technology. 7 (7), 213-219 (1996).
- Jeltema, M., Beckley, J., Vahalik, J. Food texture assessment and preference based on mouth behavior. Food Quality and Preference. 52, 160-171 (2016).
- Scott, C. L., Downey, R. G. Types of food aversions: animal, vegetable, and texture. The Journal of Psychology. 141 (2), 127-134 (2007).
- Laureati, M., et al. Individual differences in texture preferences among European children: Development and validation of the Child Food Texture Preference Questionnaire (CFTPQ). Food Quality and Preference. 80, 103828 (2020).
- de Lavergne, M. D., Derks, J. A., Ketel, E. C., de Wijk, R. A., Stieger, M. Eating behaviour explains differences between individuals in dynamic texture perception of sausages. Food Quality and Preference. 41, 189-200 (2015).
- Engelen, L., de Wijk, R. A. Oral processing and texture perception. Food Oral Processing: Fundamentals of Eating and Sensory Perception. 8, Blackwell Publishing Ltd. 157-176 (2012).
- Stokes, J. R., Boehm, M. W., Baier, S. K. Oral processing, texture and mouthfeel: From rheology to tribology and beyond. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 18 (4), 349-359 (2013).
- Engelen, L. Oral receptors. Food Oral Processing: Fundamentals of Eating and Sensory Perception. , Blackwell Publishing Ltd. 15-38 (2012).
- Yackinous, C., Guinard, J. X. Relation between PROP taster status and fat perception, touch, and olfaction. Physiology & Behavior. 72 (3), 427-437 (2001).
- Etter, N. M., Breen, S. P., Alcala, M. I., Ziegler, G. R., Hayes, J. E. Assessment of midline lingual point-pressure somatosensation using Von Frey hair monofilaments. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (156), (2020).
- Essick, G. K., Chen, C. C., Kelly, D. G. A letter-recognition task to assess lingual tactile acuity. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 57 (11), 1324-1330 (1999).
- Essick, G. K., Chopra, A., Guest, S., McGlone, F. Lingual tactile acuity, taste perception, and the density and diameter of fungiform papillae in female subjects. Physiology & Behavior. 80 (2-3), 289-302 (2003).
- Van Boven, R. W., Johnson, K. O. The limit of tactile spatial resolution in humans: grating orientation discrimination at the lip, tongue, and finger. Neurology. 44 (12), 2361 (1994).
- Moritz, J., Turk, P., Williams, J. D., Stone-Roy, L. M. Perceived intensity and discrimination ability for lingual electrotactile stimulation depends on location and orientation of electrodes. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 186 (2017).
- Bach-y-Rita, P., Kaczmarek, K. A., Tyler, M. E., Garcia-Lara, J. Form perception with a 49-point electrotactile stimulus array on the tongue: a technical note. Journal Of Rehabilitation Research and Development. 35, 427-430 (1998).
- O'Mahony, M. Understanding discrimination tests: A user-friendly treatment of response bias, rating and ranking R-index tests and their relationship to signal detection. Journal of Sensory Studies. 7 (1), 1-47 (1992).
- Lee, H. S., Van Hout, D. Quantification of sensory and food quality: The R-index analysis. Journal of Food Science. 74 (6), 57-64 (2009).
- Bi, J., O'Mahony, M. Updated and extended table for testing the significance of the R-index. Journal of Sensory Studies. 22, 713-720 (2007).
- Bertoli, S., et al. Taste sensitivity, nutritional status and metabolic syndrome: Implication in weight loss dietary interventions. World Journal of Diabetes. 5 (5), 717 (2014).
- Robinson, K. M., Klein, B. P., Lee, S. Y. Utilizing the R-index measure for threshold testing in model caffeine solutions. Food Quality and Preference. 16 (4), 283-289 (2005).
- Appiani, M., Rabitti, N. S., Methven, L., Cattaneo, C., Laureati, M. Assessment of lingual tactile sensitivity in children and adults: Methodological suitability and challenges. Foods. 9 (11), 1594 (2020).
- Cattaneo, C., Liu, J., Bech, A. C., Pagliarini, E., Bredie, W. L. Cross-cultural differences in lingual tactile acuity, taste sensitivity phenotypical markers, and preferred oral processing behaviors. Food Quality and Preference. 80, 103803 (2020).
- Abraira, V. E., Ginty, D. D.
- Johnson, K. O., Phillips, J. R. Tactile spatial resolution. I. Two-point discrimination, gap detection, grating resolution, and letter recognition. Journal of Neurophysiology. 46 (6), 1177-1192 (1981).
- Phillips, J. R., Johnson, K. O. Tactile spatial resolution. II. Neural representation of bars, edges, and gratings in monkey primary afferents. Journal of Neurophysiology. 46 (6), 1192-1203 (1981).
