Summary
Dette arbeidet illustrerer en standard prosedyre og terskelbestemmelse av R-indeksen for å vurdere romlig lingval taktil følsomhet ved hjelp av en gitter orienteringstest.
Abstract
Individuelle terskler ved R-indeksestimater beregnes ved hjelp av en gitterretningstest (6 forskjellige verktøy for å øke gitterstørrelsen fra 0,20-1,25 mm) for å vurdere romlig lingval taktil følsomhet. Under eksperimentet blir forsøkspersonene bind for øynene og bedt om å spesifisere retningen på gitteret (enten horisontalt eller vertikalt) plassert på tungen. R-indeksen er basert på Signal Detection Theory (SDT), og det er en estimert sannsynlighet for å identifisere en målremulans riktig (signalet, for eksempel riktig retning) sammenlignet med en alternativ stimulans (støyen, for eksempel feil orientering). Når R-indeksverdiene for hvert emne og hver verktøydimensjon er beregnet, er det mulig å utlede den individuelle terskelen ved å interpolere de to R-indeksene rett under og over den etablerte cut-offen (vanligvis 75 %) basert på ensidige R-indekskritiske verdier. Denne prosedyren kan være nyttig i det medisinske feltet for å studere sammenhengen mellom oral taktil følsomhet, taleklarhet og svelgeforstyrrelser, samt i sensoriske og forbrukerstudier for å utforske individuell variasjon i teksturoppfattelse, matpreferanser og spiseatferd.
Introduction
Tekstur og munnfeel av mat spiller en viktig rolle i å like1,2,3,4, og mens forskning har funnet forskjeller i tekstur oppfatning på grunn av faktorer som tygge atferd2,5, spytt strømning, og sammensetning6,7, er det begrensede metoder tilgjengelig for å vurdere variasjon i orale taktile reseptorer (mekanoreceptorer). Munnhulen huser forskjellige typer mekanoreceptorer som finnes i munnen: Merkel reseptorer, Ruffini sylindere og Meissner corpuscles8. Mekanoreceptorer kan klassifiseres i to grupper: sakte tilpasse seg og raskt tilpasse seg. Sakte tilpasning av mekanoreceptorer (Ruffini sylindere og Merkel reseptorer) produserer signaler kontinuerlig mens de stimuleres. I kontrast reagerer raskt tilpasning av mekanoreceptorer (Meissners korpuskler) på begynnelsen og slutten av stimulering med et signal. Taktil skarphet varierer mye på tvers av tungeoverflater og mellom individer, muligens på grunn av forskjeller i mekanoreceptorfølsomhet. Plasseringen og antall mekanoreceptorer i munnhulen, forskjellene i det romlige arrangementet / tettheten til mekanoreceptorene (romlig skarphet), eller forskjellene i deres følsomhet når de aktiveres, kan være årsaken til denne intra- og interpersonale variasjonen. Flere metoder for å evaluere og screene for variasjon i mekanoreceptorfølsomhet i munnhulen er publisert, inkludert von Frey filaments9,10, letter recognition11,12, gitter orientering tester13, og fleksibel elektrode array14,15. Gitterretningstesten krever firkantede gitter (figur 1, figur 2) med forskjellige sporbredder som skal plasseres på tungen til et motiv med bind for øynene. De indikerer om forsøkspersonene oppfatter gitteret som enten i horisontal eller vertikal retning. Svarene brukes til å beregne gjennomsnittlige terskler basert på fagets evne til å diskriminere orienteringen for de ulike gitterstørrelsene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Et informert, skriftlig samtykke er signert av alle deltakerne. Denne studien ble godkjent av Etikkkomiteen ved Universitetet i Milano (n. 48/19) og gjennomført i samsvar med Helsinkideklarasjonen.
1. Opplæring av eksperimenter
- Ta gitterverktøyet og påfør en kraft på 100 g på en svamp plassert på en skala.
MERK: Se figur 1 for skjematisk av gitterverktøyet som brukes i denne studien - Gjenta denne prosedyren minst 10 ganger for å redusere variasjonen i kraften som brukes av gitteret på motivenes tunger under testing, både i og på tvers av eksperimenter.
2. Vurderingsprosedyre
MERK: Foreta vurderingen av taktil skarphet etter den nødvendige helse- og sikkerhetsstandarden for å garantere motivets sikkerhet (f.eks. maske, hansker og labfrakk).
- Vis alle gitter (0,20 mm, 0,25 mm, 0,50 mm, 0,75 mm, 1,00 mm, 1,25 mm) (figur 2) på et bord ute av syne for deltakeren.
- Sett deltakeren i en komfortabel stol og informer dem om at de kan forlate eksperimentet når som helst.
- Informer deltakeren om at de vil bli bind for øynene under eksperimentet og bedt om å stikke ut tungen på en komfortabel og avslappet måte.
- Før begynnelsen av eksperimentet, gjør forsøkspersonene kjent med prosedyren ved hjelp av det største gitteret (1,25 mm) for å demonstrere kraften som påføres (100 g i 3 s).
- Informer deltakerne om at de kan ta en slurk vann når det anses hensiktsmessig.
- Påfør hvert gitter på motivenes tunge (fremre del av tungen rett rundt midtlinjen).
- Etter hvert trykk, be motivene om å indikere, ved hjelp av hendene, verktøyets retning (enten horisontal eller vertikal) og deres grad av sikkerhet (sikker, usikker). Forsøkspersoner må gjette om de ikke vet det.
- Etter hvert trykk registrerer du alle svarene (horisontal, vertikal, sikker, ikke sikker) for hvert emne i et regneark (Supplerende tabell 1).
- Gjenta hvert gitter så mange ganger som det er nødvendig for R-indeksutskjæringen som er valgt, for eksempel 6 ganger, 3 horisontalt og 3 vertikalt (supplerende tabell 1).
- Steriliser hvert gitter etter testing av hver deltaker (se avsnitt 4).
MERK: Tungen skal stikke forsiktig ut av munnen uten anstrengelse fra de frivillige for å unngå overdreven tretthet, noe som vil føre til en endring i ytelsesresultatene. Det er viktig å merke seg at jo høyere repetisjonene er ved gitter, jo mer pålitelig er målingen16.
3. Rengjøringsprotokoll
- Forbered en løsning som består av 20 ml natriumhypokloritt (se materialtabellen) fortynnet i 1 liter vann i henhold til produsentens instruksjoner.
- Rist løsningen manuelt i noen sekunder.
- Fyll 6 kopper med ca. 20 ml desinfeksjonsmiddelløsning for å senke hvert verktøy helt ned i løsningen.
- Plasser hvert verktøy i den tilsvarende koppen.
- La verktøyene suge i 15-20 min.
- Skyll verktøyet med rikelig med vann i henhold til produsentens instruksjoner og skrubb dem med en tannbørste for å sikre fjerning av eventuelle natriumhypoklorittrester.
- La verktøyet lufttørke.
4. R-indeks beregning
- Opprett en svarmatrise for hver frivillig og for alle verktøyene (figur 3) basert på responsfrekvensene som brukes til å beregne R-indeksen ved hjelp av følgende formel:
MERK: R-indeksen uttrykker individuell taktil følsomhet for hvert verktøy16. R-indeksen er basert på SDT17 og representerer en estimert sannsynlighet for å skjelne en målremulans (dvs. signalet) fra en alternativ stimulans (dvs. støyen). Signalet og støyen tilsvarer riktig eller feil identifisering av gitterets horisontale vertikale retning. Fire responsalternativer for både signal og støy kan forekomme: "horisontal-sikker", "horisontal-usikker", "vertikal usikker" og "vertikal sikker"16. R-indeks verdier område mellom 0-1. En høyere R-indeksverdi indikerer bedre diskriminering.
5. Sensitivitet og terskelbestemmelse av R-indeksestimatene
- Hvis du vil finne ut om et emne kan diskriminere retningen til hvert verktøy, beregner du avskjæringen ved hjelp av en tabell med kritiske verdier for signifikanstester for R-indeks18
MERK: Med tanke på dagens eksempel, tilsvarende 36 presentasjoner (dvs. hvert gitter presentert 6 ganger, 3 horisontalt og 3 vertikalt), er cut-off-verdien for diskriminering satt til 0,7426 i henhold til de ensidige R-indekskritiske verdiene for α = 0,0518. - Hvis et tilstrekkelig høyt antall verktøy brukes (f.eks. seks forskjellige gitterdimensjoner)19, avlede R-indeks terskelestimater.
- Hvis du vil beregne terskelen for hvert emne, interpolerer du de to R-indeksene rett under og over avskjæringsverdien20.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Totalt 70 friske voksne (aldersgruppe = 19-33 år; gjennomsnittsalder = 22,0; 52,9% kvinner) var involvert i studien, som vist i Appiani et al. (2020)21.
R-indeksfordelingen etter alder for kvadrat 0,75 mm rapporteres for eksempel i figur 4. Hvert punkt representerer et annet emne. Motiver over den stiplede linjen (cut-off verdi: 0,7426) er de som identifiserer retningen på gitteret riktig (mer følsom).
Resultatene for de seks gitterene og det avledede R-indeksterskelestimatet for ett emne rapporteres i figur 5. I dette tilfellet tilsvarer terskelen 0, 99 mm. Personer med lave terskelverdier er i stand til å gjenkjenne en mindre stolpestørrelse (mer følsom), mens personer med høye terskelverdier krever mer inngang (større stangstørrelse) for å oppleve stimulansen kognitivt (mindre følsom)10. I dette tilfellet kan terskelverdier variere fra 0,20-1,25 mm. Likevel kan to ekstreme verdier oppnås: personer med en terskel <0,20 mm er de som er i stand til å gjenkjenne retningen av rutene fra den minste størrelsen (0, 20 mm). Derimot er de deltakerne som registrerer en terskel > 1,25 mm ikke i stand til å diskriminere noen av gitterstørrelsene. Et eksempel på et terskeldatasett rapporteres i supplerende tabell 2.
Figur 1: Beskrivelse av verktøyene. Firkantet skjematisk tegning Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Firkanter med riller/stolper i økende størrelse. Figuren viser de seks gitterene, fra de minste (0,20 mm) til de største (1,25 mm). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Responsmatrise. Figuren viser svarmatrisen som brukes til å beregne R-indeksen. Signal (S) og støy (N) tilsvarer henholdsvis horisontal og vertikal retning. Bokstav fra "a" til "h" er heltall som tar verdier mellom 0 og 3. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: R-indeksfordeling etter alder for kvadrat 0,75 mm. Den prikkede linjen representerer cut-off-verdien (0,7426). Motiver som er over den stiplede linjen, er de som identifiserer retningen på verktøyet riktig. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: Individuell terskelberegning. R-indeksverdier for ett emne og beregning av den aktuelle terskelen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Supplerende tabell 1: Et eksempel på et regneark som brukes av eksperimentene til å registrere deltakernes svar. Den første kolonnen (Prøvenr.) representerer antall presentasjoner. Som et eksempel rapporteres 36 mulige presentasjoner. Den andre kolonnen (kombinasjon) angir størrelsen på gitteret (G) og retningen (HORIZ./VERT.). Undersøkeren rapporterer subjektets svar i kolonnen "Svar" (horisontal / vertikal) og indikerer graden av sikkerhet ved hjelp av den siste kolonnen (Sikker / Usikker). Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Supplerende tabell 2: Datasettet som brukes til å beregne individuelle terskler. De tre første kolonnene rapporterer identifikasjonskoden, alderen og kjønnet for hvert emne. Kolonne 4-9 rapporterer R-indeksverdiene for hvert verktøy. Med fet skrift rapporteres verdiene rett over og under avskjæringen som er brukt til beregning av individuelle terskler gjennom interpolering (siste kolonne). Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Få gyldige instrumenter er tilgjengelige for måling av taktil skarphet10,11,13,22. Von Frey filamenter har vist seg å være en tilstrekkelig metode for å måle både hud og oral taktil skarphet10,21,22. Disse instrumentene måler imidlertid en annen dimensjon av lingual taktil skarphet enn gitter orientering test21. Von Frey filamenter måler kontaktdeteksjon mens rister romlig oppløsningsfølsomhet. Disse to forskjellige sensoriske funksjonene er subserved av ulike nevrale mekanismer23,24,25.
Andre kjente verktøy er JVP-kuplene (Stoelting Co, Wood Dale, IL, USA), som er svært lik de som brukes i den nåværende prosedyren. Imidlertid brukes disse verktøyene hovedsakelig til å måle taktil skarphet i huden, da de har lavere følsomhet (fra 0,35-3,00 mm) enn den gjennomsnittlige romlige oppløsningen ved tungen (0,58 mm)13. Av denne grunn evaluerte Appiani et al. (2020)21 den kognitive og oppfattende egnetheten til de skreddersydde gitterene som brukes i denne protokollen, som har ekstra sporbredder på mindre enn 0,50 mm (dvs. 0,20 og 0,25 mm) for å inkludere en rekke dimensjoner som er mer egnet for vurdering av oral taktil 21. Verktøyet består av polytetrafluoretylen maskinkuttede firkantede blokker på 1 cm2 gravert med gitter på overflaten. Hver firkant har en høyde på 5 mm og holdes av en smal sylindrisk stang (2 cm lang) (figur 1). Både stolpestørrelsen og avstanden mellom hver stolpe (sporbredden) varierer mellom firkanter, men er konsekvent innenfor en firkant. Spordybden øker med 1,5 ganger sporbredden for å sikre at tungen ikke berører bunnen av firkanten under testing13. Antall firkanter som brukes til å evaluere fagenes følsomhet kan variere, og det samme kan størrelsen på stolpene, men tidligere forskning har funnet ut at seks firkanter som varierer i de minste barstørrelsene, fra 0,20 mm til 1,25 mm, er nødvendig for å gi diskriminering på tvers av individer for tungen13,24 (figur 2).
I denne prosedyren foreslås beregning av en indeks (R-indeksen) for å vurdere oral diskriminering av en bestemt gitterstørrelse. Videre, hvis antall verktøy er stort nok (f.eks. seks verktøy), rapporterer den nåværende prosedyren beregningen av individuelle terskler i samsvar med Robinson og kolleger20.
Denne protokollen viser en gyldig, enkel og rask måte å måle taktil skarphet på tungens nivå. Noen utfordringer som kan påvirke påliteligheten til testen, bør imidlertid påpekes21. Generelt kan instrumentets pålitelighet påvirkes av eksperimentet. Derfor bør nøye trening og kalibrering av eksperimentene garanteres å utøve en konsekvent og standardisert kraft på motivets tunge. I tillegg kan de ufrivillige bevegelsene til den linguale muskelen og tørrheten i den linguale overflaten påvirke målingene. Dermed bes de frivillige som må holde tungene utstrakt i relativt lang tid, om å konsentrere seg betydelig. Forekomsten av disse begrensningene varierer sterkt på tvers av individer. Det kan imidlertid reduseres ved å foreslå at fagene holder tungen avslappet mellom tennene og leppene og muligens legger haken på hendene. Videre inviteres frivillige til å stoppe flere ganger under testen for å drikke litt vann.
Fremtidige studier kan se dyptgående på sammenhengen mellom individuell lingual taktil skarphet, matpreferanser, matvalg og ernæringsstatus. Denne protokollen kan også være nyttig i en klinisk setting for å studere sårbare populasjoner med svelge- eller munnhuleforstyrrelser.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Vi anerkjenner alle deltakerne, frivillige og andre som er involvert i studien. Vi er takknemlige til Sandra Stolzenbach Wæhrens og Wender Bredie (Københavns Universitet) for å ha designet rutene som ble brukt i dagens ristorienteringstest. Denne forskningen ble finansiert av University of Milan, 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).
