Summary
Questo lavoro illustra una procedura standard e la determinazione della soglia da parte dell'indice R per valutare la sensibilità tattile linguale spaziale utilizzando un test di orientamento dei grigliati.
Abstract
Le soglie individuali mediante stime R-index sono calcolate utilizzando un test di orientamento dei grigliati (6 diversi strumenti per aumentare la dimensione del reticolo da 0,20-1,25 mm) per valutare la sensibilità tattile linguale spaziale. Durante l'esperimento, i soggetti vengono bendati e viene chiesto di specificare l'orientamento della griglia (orizzontale o verticale) posta sulla lingua. L'indice R si basa sulla teoria del rilevamento del segnale (SDT) ed è una probabilità stimata di identificare correttamente uno stimolo target (il segnale, ad esempio, l'orientamento corretto) rispetto a uno stimolo alternativo (il rumore, ad esempio, l'orientamento errato). Una volta calcolati i valori dell'indice R per ciascun soggetto e ogni dimensione dell'utensile, è possibile ricavare la singola soglia interpolando i due indici R immediatamente al di sotto e al di sopra del cut-off stabilito (tipicamente il 75%) in base ai valori critici dell'indice R unilaterale. Questa procedura può essere utile in campo medico per studiare l'associazione tra sensibilità tattile orale, chiarezza del linguaggio e disturbi della deglutizione, nonché in studi sensoriali e di consumo per esplorare la variazione individuale nella percezione della consistenza, nelle preferenze alimentari e nel comportamento alimentare.
Introduction
La consistenza e la sensazione in bocca del cibo svolgono un ruolo importante nel gradimento1,2,3,4 e, mentre la ricerca ha trovato differenze nella percezione della consistenza a causa di fattori come il comportamento masticatorio2,5, il flusso salivare e la composizione6,7, ci sono metodi limitati disponibili per valutare la variazione dei recettori tattili orali (meccanorecettori). La cavità orale ospita diversi tipi di meccanorecettori trovati in bocca: recettori di Merkel, cilindri di Ruffini e corpuscoli di Meissner8. I meccanorecettori possono essere classificati in due gruppi: adattamento lento e rapido adattamento. I meccanorecettori che si adattano lentamente (cilindri di Ruffini e recettori di Merkel) producono segnali continuamente mentre vengono stimolati. Al contrario, i meccanorecettori che si adattano rapidamente (i corpuscoli di Meissner) rispondono all'inizio e alla fine della stimolazione con un segnale. L'acuità tattile varia ampiamente tra le superfici della lingua e tra gli individui, probabilmente a causa delle differenze nella sensibilità dei meccanorecettori. La posizione e il numero di meccanorecettori nella cavità orale, le differenze nella disposizione/densità spaziale dei meccanorecettori (acuità spaziale) o le differenze nella loro sensibilità quando attivati potrebbero essere la causa di questa variabilità intra e interindividuale. Sono stati pubblicati diversi metodi per valutare e vagliare la variazione della sensibilità dei meccanorecettori nella cavità orale, tra cui i filamenti di von Frey9,10, il riconoscimento delle lettere11,12, i test di orientamento del reticolo13 e l'array di elettrodi flessibili14,15. Il test di orientamento delle griglie richiede griglie quadrate (Figura 1, Figura 2) con diverse larghezze di scanalatura da posizionare sulla lingua di un soggetto bendato. Indicano se i soggetti percepiscono le griglie come in orientamento orizzontale o verticale. Le risposte vengono utilizzate per calcolare le soglie medie in base alla capacità del soggetto di discriminare l'orientamento per le diverse dimensioni del reticolo.
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Protocol
Un consenso informato e scritto è stato firmato da tutti i partecipanti. Questo studio è stato approvato dal Comitato Etico dell'Università degli Studi di Milano (n. 48/19) e condotto in conformità con la Dichiarazione di Helsinki.
1. Formazione degli sperimentatori
- Prendi lo strumento di griglia e applica una forza di 100 g su una spugna posta su una bilancia.
NOTA: fare riferimento alla Figura 1 per lo schema dello strumento di griglia utilizzato in questo studio - Ripetere questa procedura almeno 10 volte per ridurre la variazione della forza applicata dalla griglia sulla lingua dei soggetti durante il test, sia all'interno che tra gli sperimentatori.
2. Procedura di valutazione
NOTA: Condurre la valutazione dell'acuità tattile seguendo lo standard di salute e sicurezza richiesto per garantire la sicurezza del soggetto (ad esempio, maschera, guanti e camice da laboratorio).
- Visualizzare tutte le griglie (0,20 mm, 0,25 mm, 0,50 mm, 0,75 mm, 1,00 mm, 1,25 mm) (Figura 2) su un tavolo fuori dalla vista del partecipante.
- Fai sedere il partecipante su una comoda sedia e informalo che possono lasciare l'esperimento in qualsiasi momento.
- Informare il partecipante che sarà bendato durante l'esperimento e gli verrà chiesto di sporgere la lingua in modo comodo e rilassato.
- Prima dell'inizio dell'esperimento, familiarizzare i soggetti con la procedura utilizzando la griglia più grande (1,25 mm) per dimostrare la forza applicata (100 g per 3 s).
- Informare i partecipanti che possono prendere un sorso d'acqua ogni volta che lo si ritiene opportuno.
- Applicare ogni griglia sulla lingua dei soggetti (regione anteriore della lingua appena intorno alla linea mediana).
- Dopo ogni tocco, chiedi ai soggetti di indicare, usando le mani, l'orientamento dello strumento (orizzontale o verticale) e il loro grado di sicurezza (certo, incerto). I soggetti devono indovinare se non lo sanno.
- Dopo ogni tocco, registra tutte le risposte (orizzontali, verticali, certo, non sicure) per ogni argomento su un foglio di calcolo (Tabella supplementare 1).
- Ripetere ogni griglia tutte le volte che si ritiene necessario per il cut-off R-Index selezionato, ad esempio 6 volte, 3 orizzontalmente e 3 verticalmente (Tabella supplementare 1).
- Sterilizzare ogni griglia dopo aver testato ciascun partecipante (fare riferimento al paragrafo 4).
NOTA: La lingua dovrebbe sporgere delicatamente dalla bocca senza sforzo da parte dei volontari per evitare un eccessivo affaticamento, che porterebbe ad un'alterazione dei risultati delle loro prestazioni. È importante notare che più alte sono le ripetizioni per griglia, più affidabile è la misurazione16.
3. Protocollo di pulizia
- Preparare una soluzione composta da 20 ml di ipoclorito di sodio (vedere Tabella dei materiali) diluito in 1 L di acqua secondo le istruzioni del produttore.
- Agitare manualmente la soluzione per alcuni secondi.
- Riempire 6 tazze con circa 20 ml di soluzione disinfettante per immergere completamente ogni utensile nella soluzione.
- Posiziona ogni strumento nella tazza corrispondente.
- Lasciare gli strumenti in ammollo per 15-20 minuti.
- Risciacquare gli strumenti con abbondante acqua secondo le istruzioni del produttore e strofinarli con uno spazzolino da denti per garantire la rimozione di eventuali residui di ipoclorito di sodio.
- Lasciare asciugare gli strumenti all'aria.
4. Calcolo dell'indice R
- Creare una matrice di risposta per ogni volontario e per tutti gli strumenti (Figura 3) in base alle frequenze di risposta utilizzate per calcolare l'indice R utilizzando la seguente equazione:
NOTA: l'indice R esprime la sensibilità tattile individuale per ogni utensile16. L'indice R si basa su SDT17 e rappresenta una probabilità stimata di discernere uno stimolo target (cioè il segnale) da uno stimolo alternativo (cioè il rumore). Il segnale e il rumore corrispondono alla corretta o errata identificazione dell'orientamento orizzontale-verticale della griglia. Possono verificarsi quattro opzioni di risposta sia per il segnale che per il rumore: "orizzontale-sicuro", "orizzontale-incerto", "verticale-incerto" e "verticale-sicuro"16. I valori dell'indice R variano tra 0 e 1. Un valore R-index più alto indica una migliore discriminazione.
5. Determinazione della sensibilità e della soglia mediante le stime dell'indice R
- Per determinare se un soggetto può discriminare l'orientamento di ciascun utensile, calcolare il cut-off utilizzando una tabella di valori critici per i test di significatività dell'indice R18
NOTA: Considerando il presente esempio, corrispondente a 36 presentazioni (cioè ogni griglia presentata 6 volte, 3 orizzontali e 3 verticali), il valore limite per la discriminazione è impostato su 0,7426 secondo i valori critici dell'indice R unilaterale per α = 0,0518. - Se si utilizza un numero sufficientemente elevato di utensili (ad esempio, sei diverse dimensioni del reticolo)19, ricavare stime di soglia dell'indice R.
- Per calcolare la soglia per ciascun soggetto, interpolare i due indici R immediatamente al di sotto e al di sopra del valore di cut-off20.
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Representative Results
Un totale di 70 adulti sani (fascia di età = 19-33 anni; età media = 22,0; 52,9% donne) sono stati coinvolti nello studio, come mostrato in Appiani et al. (2020) 21.
Ad esempio, la distribuzione dell'indice R per età per quadrato 0,75 mm è riportata nella Figura 4. Ogni punto rappresenta un soggetto diverso. I soggetti al di sopra della linea tratteggiata (valore di cut-off: 0,7426) sono quelli che identificano correttamente l'orientamento della griglia (più sensibile).
La performance per i sei reticoli e la stima della soglia R-index derivata di un soggetto sono riportate nella Figura 5. In questo caso, la soglia corrisponde a 0,99 mm. I soggetti con valori di soglia bassi sono in grado di riconoscere una dimensione della barra più piccola (più sensibile), mentre i soggetti con valori di soglia elevati richiedono più input (dimensioni della barra più grandi) per percepire lo stimolo cognitivamente (meno sensibile)10. Nel caso di specie, i valori soglia possono variare da 0,20 a 1,25 mm. Tuttavia, si possono raggiungere due valori estremi: i soggetti con una soglia <0,20 mm sono quelli in grado di riconoscere l'orientamento dei quadrati dalla dimensione più piccola (0,20 mm). Al contrario, i partecipanti che registrano una soglia > 1,25 mm non sono in grado di discriminare nessuna delle dimensioni della griglia. Un esempio di set di dati di soglia è riportato nella Tabella supplementare 2.
Figura 1: Descrizione degli strumenti. Disegno schematico quadrato Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Quadrati con scanalature/barre di dimensioni crescenti. La figura mostra le sei griglie, che vanno dalla più piccola (0,20 mm) alla più grande (1,25 mm). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Matrice di risposta. La figura mostra la matrice di risposta utilizzata per calcolare l'indice R. Il segnale (S) e il rumore (N) corrispondono rispettivamente all'orientamento orizzontale e verticale. Le lettere da "a" a "h" sono numeri interi che assumono valori compresi tra 0 e 3. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Distribuzione dell'indice R per età per quadrato 0,75 mm. La linea tratteggiata rappresenta il valore limite (0,7426). I soggetti che si trovano sopra la linea tratteggiata sono quelli che identificano correttamente l'orientamento dello strumento. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Calcolo della soglia individuale. Valori R-index di un soggetto e calcolo della soglia pertinente. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Tabella supplementare 1: Un esempio di foglio di calcolo utilizzato dagli sperimentatori per registrare le risposte dei partecipanti. La prima colonna (Trial No.) rappresenta il numero di presentazioni; ad esempio, vengono riportate 36 possibili presentazioni. La seconda colonna (combinazione) indica la dimensione della griglia (G) e l'orientamento (HORIZ./VERT.). Lo sperimentatore riporta la risposta del soggetto nella colonna "Risposta" (Orizzontale/Verticale) e indica il grado di sicurezza utilizzando l'ultima colonna (Sicuro/Incerto). Fare clic qui per scaricare questa tabella.
Tabella supplementare 2: il set di dati utilizzato per calcolare le singole soglie. Le prime tre colonne riportano il codice identificativo, l'età e il sesso per ogni soggetto. Le colonne da 4 a 9 riportano i valori dell'indice R per ogni utensile. In grassetto sono riportati i valori immediatamente sopra e sotto il cut-off che sono stati utilizzati per il calcolo delle singole soglie tramite interpolazione (ultima colonna). Fare clic qui per scaricare questa tabella.
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Discussion
Sono disponibili pochi strumenti validi per misurare l'acuità tattile10,11,13,22. I filamenti di Von Frey hanno dimostrato di essere un metodo adeguato per misurare l'acuità tattile sia cutanea che orale10,21,22. Tuttavia, questi strumenti misurano una dimensione diversa dell'acuità tattile linguale rispetto al test di orientamento dei grigliati21. I filamenti di Von Frey misurano il rilevamento dei contatti mentre i grigliati di sensibilità alla risoluzione spaziale. Queste due diverse funzioni sensoriali sono asservite da diversi meccanismi neurali23,24,25.
Altri strumenti noti sono le cupole JVP (Stoelting Co, Wood Dale, IL, USA), che sono molto simili a quelle utilizzate nella presente procedura. Tuttavia, questi strumenti sono utilizzati principalmente per misurare l'acuità tattile della pelle, in quanto hanno una sensibilità inferiore (da 0,35-3,00 mm) rispetto alla risoluzione spaziale media della lingua (0,58 mm)13. Per questo motivo, Appiani et al. (2020)21 hanno valutato l'idoneità cognitiva e percettiva delle griglie su misura utilizzate in questo protocollo, che hanno larghezze di scanalatura aggiuntive inferiori a 0,50 mm (cioè 0,20 e 0,25 mm) al fine di includere una gamma di dimensioni più adatte alla valutazione della sensibilità tattile orale21. Lo strumento è costituito da blocchi quadrati tagliati a macchina in politetrafluoroetilene di 1 cm2 incisi con griglie sulla loro superficie. Ogni quadrato ha un'altezza di 5 mm ed è tenuto da una stretta asta cilindrica (lunga 2 cm) (Figura 1). Sia la dimensione della barra che la distanza tra ogni barra (la larghezza della scanalatura) variano tra i quadrati ma sono coerenti all'interno di un quadrato. La profondità della scanalatura aumenta di 1,5 volte la larghezza della scanalatura per garantire che la linguetta non tocchi il fondo del quadrato durante il test13. Il numero di quadrati utilizzati per valutare la sensibilità dei soggetti può variare, così come la dimensione delle barre, ma ricerche precedenti hanno scoperto che sei quadrati che variano nelle dimensioni delle barre più piccole, che vanno da 0,20 mm a 1,25 mm, sono necessari per fornire discriminazione tra gli individui per la lingua13,24 (Figura 2).
Nella presente procedura, viene suggerito il calcolo di un indice (l'indice R) per valutare la discriminazione orale di una specifica dimensione del reticolo. Inoltre, se il numero di strumenti è sufficientemente elevato (ad esempio, sei strumenti), la presente procedura riporta il calcolo delle soglie individuali in conformità con Robinson e colleghi20.
Questo protocollo mostra un modo valido, facile e veloce per misurare l'acuità tattile a livello della lingua. Tuttavia, è opportuno sottolineare alcune sfide che possono influire sull'affidabilità del test21. In generale, l'affidabilità degli strumenti può essere influenzata dallo sperimentatore. Pertanto, un'attenta formazione e calibrazione degli sperimentatori dovrebbe essere garantita per esercitare una forza costante e standardizzata sulla lingua del soggetto. Inoltre, i movimenti involontari del muscolo linguale e la secchezza della superficie linguale possono influenzare le misurazioni. Pertanto, ai volontari che devono tenere la lingua distesa per un tempo relativamente lungo viene chiesto di concentrarsi considerevolmente. Il verificarsi di queste limitazioni varia notevolmente tra gli individui. Tuttavia, può essere ridotto suggerendo che i soggetti mantengano la lingua rilassata tra i denti e le labbra e possibilmente mettano il mento sulle mani. Inoltre, i volontari sono invitati a fermarsi più volte durante il test per bere un po' d'acqua.
Studi futuri potrebbero esaminare in modo approfondito l'associazione tra acuità tattile linguale individuale, preferenze alimentari, scelte alimentari e stato nutrizionale. Questo protocollo può anche essere utile in un ambiente clinico per studiare popolazioni vulnerabili con disturbi della deglutizione o del cavo orale.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Acknowledgments
Riconosciamo tutti i partecipanti, i volontari e gli altri coinvolti nello studio. Siamo grati a Sandra Stolzenbach Wæhrens e Wender Bredie (Università di Copenhagen) per aver progettato i quadrati utilizzati nel presente test di orientamento dei grigliati. Questa ricerca è stata finanziata dall'Università degli Studi di 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).
