Introduction
Tactiele masking is waar een tactiele prikkel bij één plaats op het lichaam verandert de perceptie van een aanraking op een andere locatie. Dit is een techniek ontwikkeld door von Bekesy 1 tot locatie interactions, vooral laterale inhibitie, tussen gebieden van de huid die grenzen aan het lichaamsoppervlak onthullen. Hoewel tactiele maskeren heeft uitgebreid via jaren bestudeerd, heeft onderzoek heeft vooral ipsilaterale tactiele maskering via elektrische stimulering 2, 3, 4 druk en vibrotactiele stimulatie 5, 6. In tegenstelling tot enkele studies hebben gekeken naar contralaterale tactiele maskeren waarin het maskeren en sonde locaties ver kunnen worden verwijderd. Lange afstand tactiele maskerende effecten zijn aangetoond tussen spiegelsymmetrisch punten op de hand en arm 5, 7-9, maar deze studies zijn grotendeels beperkt tot kijken naar de handen en vingers 7, 10, die over uitgebreide onderdelen van het hele lichaam wordt grotendeels genegeerd. Een doel van dergelijke lange afstand maskering experimenten is aan te geven hoe onderdelen van de vertegenwoordiging van het lichaam in de hersenen functioneel kan worden gekoppeld. Hier, is het fenomeen van lange afstand tactiele maskering onderzocht door te onderzoeken hoe trillingen aangebracht op een voorarm invloed kunnen tastgevoeligheid drempelwaarden aan de andere onderarm. Drempel verwijst naar het minimum stimulus die nodig is om een stimulus te detecteren. Hieronder verstaan we de intensiteit waarmee de stimulus wordt waargenomen 75% van de tijd. We gebruikten een tactiele masking techniek waarbij tactiele gevoeligheid (de reciproke van drempel) aan een onderarm wordt gemeten in aanwezigheid van een vibrerende stimulus (het masker) op een ander deel van het lichaam. Effectieve maskering blijkt uit een toename van de detectiedrempel namelijk een vermindering van de gevoeligheid. De techniek kan worden gebruikt in combinatie met andere manipulaties zoals variërende ledematen stand or beweging om hun effecten op de effectiviteit van maskeren verkennen.
Hier gebruikten we vibrotactiele stimuli als maskering stimulus. Het voordeel hiervan is dat de frequentie en dus de receptor type dat stimuleert kan worden gecontroleerd. De techniek kan worden uitgebreid om te kijken naar de pijn met behulp van elektrische prikkels als de sonde of masker of beide. Ook kan een site worden gebruikt als maskering plaats zodat het onderzoek van acupunctuur plaatsen bijvoorbeeld.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle experimenten werden goedgekeurd door de raad van bestuur York Ethics en alle deelnemers informed consent formulieren ondertekend. De experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met het Verdrag van Helsinki.
1. Stimuli
- Tactile Detection Stimulus
- Gebruik een tactor (1.17 "diameter en 0,30" dik) op tactiele stimuli van 250 Hz trillingen te leveren voor 100 msec. Met behulp van een speciaal gebouwde tactor verschaft een lineair verband tussen de hoeveelheid reizen en de aangelegde spanning.
- Controle tactiele stimulus levering met een 64 bit geluidskaart.
- Om de tactor rijden, behandelen als een luidspreker. Sluit een stereo audio-versterker naar een 64-bits computer stereo geluidskaart. Sluit de tactor één van de uitgangen van de versterker (bijvoorbeeld de 'linker luidspreker out "). Sluit het tweede kanaal (bijvoorbeeld de 'juiste speaker out') van de versterker naar een reguliere luidspreker auditieve signalen beschikbaar stellen om de parnemer.
- In de computercode die controleert het experiment, genereert de golfvorm die wordt gebruikt om de tactor (bijvoorbeeld een 250 Hz sinusgolf duur 100 msec) trillen en een golfvorm voor het akoestisch signaal (bijvoorbeeld een 3000 Hz sinusgolf met een duur van 100 msec). Zie Voorbeeld Code 1 in de Aanvullende Code File.
- Zet elk van beide curven in een tweedimensionale matrix. Voor de tactor matrix zet het signaal in de eerste dimensie en de tweede dimensie ingesteld op allemaal nullen. Voor het geluid matrix zet het signaal in de tweede dimensie en zet de eerste nullen. Speel de juiste array om de geluidskaart op het juiste punt in het programma. Zie Voorbeeld Code 1 in de Aanvullende codebestand voor een demonstratie van hoe dit wordt gedaan.
- Bevestig de tactor om een band met een mechanische bevestiging op basis van het product.
- maskeren Stimulus
- Zorg voor het maskeren stimulus door een elektrische, hand-held (diameter 4 cm; 83 Hz wanneer ingesteld op "low") vibrator.
- Gebaseerd op de gebieden waar maskering getest moet worden, selecteert de plaatsen waar het masker stimulus wordt toegepast.
2. Experimentele Setup and Design
- Schik de computer en apparatuur op een bureau met een stoel in de voorkant van het, voor de experimentator.
- Het opzetten van een tafel waarop de deelnemers rusten hun linkerhand (test) arm. Plaats een stoel aan de rechterzijde van de tafel. Maak een armsteun stand naast de stoel waarop de deelnemers rusten hun recht (maskeren arm) elleboog. demping toe te voegen aan de tafel en armsteun voor comfort.
- Schik een luidspreker op een mechanisch geïsoleerde oppervlak. Regelen voetpedalen (verbonden met de linker en rechter knoppen van een muis), zodat de deelnemer voeten comfortabel rusten daarop (figuur 1).
- Kies de parameters van het onderzoek, met inbegrip van het juiste aantal proeven vereisteen betrouwbare schatting van de drempel (kenmerkend tussen 40-50 studies) en het aantal blokken waarin het experiment wordt verdeeld verkrijgen (bijvoorbeeld twee blokken 20-25 trials per conditie).
- Maak een lijst van de volgorde waarin de voorwaarden zullen worden uitgevoerd. Gebruik deze lijst om te bepalen waar de maskerende stimulus voor elk blok te houden.
- Voer het aantal pogingen direct in de computer programma code (bijvoorbeeld ntrials = 25; Zie Aanvullende Code File). Zorgen dat elk blok niet meer dan 10 minuten om aandacht te handhaven.
- Programmeer twee alternatieve geforceerde keuze tactiele detectie taak 11, waarin stimulus intensiteit wordt gecontroleerd met een Bayesiaanse adaptieve psychofysische trap psychometrische procedure 12.
- Voor beide onderzoeken onderhavige twee 1 sec intervallen, gekenmerkt door drie pieptonen (5 kHz, 3 kHz en 5 kHz, duur 100 msec), met tactiele stimulus die in het midden van een van de intervallen. Hebben de deelnemer indicate waarin interval de stimulus werd gepresenteerd door middel van voetpedalen (links voor de eerste, rechts voor de tweede). Zie Voorbeeld Code 2, die laat zien hoe de intervallen worden uitgevoerd en scoorde.
Opmerking: de computer scores het antwoord als "correct" of "fout" en de adaptieve trap kiest de volgende waarde dienovereenkomstig worden gepresenteerd.
Let op: deze methode wordt een drempelwaarde voor het detecteren van de trillingen op de testlocatie.
- Voor beide onderzoeken onderhavige twee 1 sec intervallen, gekenmerkt door drie pieptonen (5 kHz, 3 kHz en 5 kHz, duur 100 msec), met tactiele stimulus die in het midden van een van de intervallen. Hebben de deelnemer indicate waarin interval de stimulus werd gepresenteerd door middel van voetpedalen (links voor de eerste, rechts voor de tweede). Zie Voorbeeld Code 2, die laat zien hoe de intervallen worden uitgevoerd en scoorde.
Figuur 1. Experimental Design. Deze figuur toont de opzet van het experiment en de gebruikte materialen. Zie tekst voor details.
3. Experimentele procedure
- Het verkrijgen van informed consent. Seat de deelnemer in de stoel met hun voeten rusten comfortabel op de respons voetpedalen en uitleggen van de experimentele procedure. </ Li>
- Meet de lengte van het dorsale oppervlak van de linker onderarm opnemen. Breng de band zodat de tactor is gepositioneerd in het midden van de arm halverwege tussen de binnenste hoek van de elleboog en de pols vouw.
- Wikkel een tensor bandage losjes om de arm een paar keer om de tactor zijn plaats te houden.
- Instrueer de deelnemers om hun linkerarm te plaatsen op de tafel en de rest van hun recht elleboog op de armleuning. Blinddoek de deelnemer om te voorkomen dat ze kijken naar de stimulus of maskeren locatie en instrueren hen om rechtdoor gedurende het experiment te kijken.
- Begin met een blok van 20 de praktijk proeven (zonder het maskerende stimulus) om de deelnemers vertrouwd te maken met de tactiele detectie taak en om hen in staat stellen vertrouwd te raken met de tactiele stimuli worden.
- Gevolgde praktijk proeven, beginnen met het experiment, waarop de blokken van de omstandigheden in een willekeurige, vorkheftruck volgorde. Voor het begin van elk blok, ervoor te zorgen dat de armen en het maskeren Stimulus op de juiste posities.
- Voor elke toestand de maskerende stimulus op de gekozen locatie, verwijzend naar de lijst met voorwaarden eerder gemaakt. Wegstrepen elke conditie als het wordt uitgevoerd. Houd het maskerende stimulus gedurende elk blok van het verzamelen van gegevens proeven handhaven van ongeveer constante druk. De maskerende stimulus kan worden toegepast door middel van dunne kleding.
- Voer het experimentele programma, dat door middel van een bepaald aantal proeven wordt uitgevoerd zoals eerder geselecteerd. Introduceer een 2 min rustperiode na elk korte blok van de proeven. Na een gegeven blok van proeven is voltooid, selecteert u de volgende site voor het maskerende stimulus en start het programma opnieuw. Herhaal dit tot alle onderzoeken zijn afgerond.
4. Data Analysis
- Te visualiseren en te bevestigen de schatting van de drempelwaarde geretourneerd door de adaptieve trap-programma 12, passen de gegevens van de deelnemers met een cumulatieve Gauss De formule voor een cumulatieve Gauss(Sigmoid) die gaat van 50% (kans niveau - evenveel 0s - verkeerd en 1's- correct) tot 100% (alle 1's, allemaal correct) is:
kans op een correcte reactie = 0,5 + 0,5 / (1 + exp (- (x-x0) / std))
waarbij x de intensiteitswaarde getest x0 is de 75% drempelwaarde en std is de standaardafwijking van de schatting. Deze formule kan worden voor de gegevens met behulp van een curve-fitting software en de resulterende x0 kwaliteit in vergelijking met de waarde adaptieve trap.- Zorg ervoor dat de curve gaat tussen de 50% (kans performance) en 100%. Voeren statistische analyses (bv, t-tests of ANOVA) op 75% drempelwaarden verkregen onder elke conditie van het experiment (bijvoorbeeld tussen verschillende masking sites) om te bepalen of er verschillen tussen de geteste omstandigheden.
- Om uitbijters te identificeren, berekent het gemiddelde en de standaarddeviatie voor een bepaalde aandoening. Vergelijk score van elke deelnemer met het gemiddelde enAls een individu score is meer dan 2 standaarddeviatie van dat zeggen dan beschouwen dit punt als een uitschieter en haal hem uit de analyse. Andere criteria kunnen worden gebruikt indien gewenst.
- Om de waarden van de intensiteit van de magneetschakelaar (die in willekeurige eenheden) standaardiseren converteren naar decibel ten opzichte van de controle drempels (gemeten wanneer het maskerende stimulus wordt toegevoerd aan de controleplaats, bijvoorbeeld de schouder). Gebruik deze formule:
dB = 10 x log 10 (drempelwaarde / control drempelwaarde).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Analyse van de gegevens gerapporteerd 13. Tastzin (uitgedrukt in verhouding tot de drempelwaarden gemeten in de controlegroep) op de voorarm werd significant verlaagd (drempels significant verhoogd) wanneer vibrotactiele masker stimulatie toegepast op de andere arm (Figuur 2A), waaruit een contralaterale maskerend effect tussen onderarmen. Het effect was afhankelijk van de positie van de maskerende stimulus op de maskering arm, met het grootste effect optreedt wanneer het masker en testplaatsen overeen. Figuur 2B toont dat houding speelt ook een rol bij de doeltreffendheid van afscherming. Het maskerende effect was aanzienlijk sterker als de armen raakten dan wanneer ze parallel (3,3 dB vergeleken met 0,52 dB).
Figuur2. Typische gegevens verkregen met deze techniek. (A) De verhoging van drempel wordt uitgezet als functie van de positie van het masker (als blauwe pijlen in de cartoon boven de grafiek). (B) De verhoging van de drempel probe plaats op de linkerarm door een maskerende stimulus op de overeenkomstige plaats op de rechterarm afhankelijk van of de armen elkaar raken of parallel. Alle gegevens zijn uitgedrukt in dB die de drempels te verkrijgen met trillingen aangebracht op een controleplaats op de schouder (groene pijl). Standaardafwijkingen worden getoond. N = 15. De gegevens opnieuw getekend van D'Amour en Harris, 2014.
Aanvullende Code File 1. (Klik hier om dit bestand te downloaden.)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Hier is een gedetailleerd protocol voor contralaterale tactiele maskeren beschreven en eerder gepubliceerde resultaten met de techniek tactiele detectiedrempels test getoond. Het voordeel van deze methode is dat drempelwaarden worden gemeten met een psychofysisch rigoureuze techniek. De twee alternatieve geforceerde keuze (2AFC) procedure is relatief ongevoelig voor responsbias dus van de effecten van aandacht. De adaptieve procedure trap voor het focussen op het werkelijke drempelwaarde is zeer efficiënt meeste gegevens worden verzameld met stimulus intensiteit vlakbij het drempelniveau. Blinddoeken de deelnemer en het hebben van hen kijken rechtdoor doorvoer de dataverzameling periode verder gereduceerd aandachtsproblemen effecten.
Het is technisch zeer veeleisend aan de werkelijke druk door een tactor toegepast meten. Het is niet voldoende om de inrichting vooraf kalibreren omdat de druk ook zal afhangen van hoe strak de tactor is gebonden aan het huidoppervlak. Zo zijn we alleen in staat om uitspraken te doen over de veranderingen in de drempels in plaats van de absolute waarden. Omdat in dit experiment aan dat alleen voor veranderingen die de maskerende stimulus gebracht, dit geen probleem in dit ontwerp.
Door interleaving relatief korte blokken (ongeveer 10 min) voor elke voorwaarde (dus elke positie van het maskerende stimulus) en weer te geven in een volgorde die werd gecompenseerd tussen deelnemers de alertheid van de deelnemer wordt gehandhaafd.
Contralaterale maskeren kan nuttig zijn voor het verkennen van de representatie van het lichaam in de hersenen door de onthulling nader delen functioneel verbonden met anderen. Deze techniek gedrags- 5, 7, 8, 13-15 bewijs ter ondersteuning neurofysiologische 16-18 en beeldvormende data19-23 die suggereren dat de integratie van somatosensorische input van de twee zijden van het lichaam optreedt in een somatotopic representatie. In deze experimenten werd het effect van arm plaats kort onderzocht door vergelijking maskeren wanneer de handen raakten of parallel. Hoewel een verschil werd gevonden, kan niet worden geconcludeerd of het wordt veroorzaakt van de werkelijke contact met de huid of arm positie. In een reeks nieuwe experimenten, hebben we deze werkwijzen genomen en getest verschillende arm posities van zowel de test- en maskeren armen. Deze bevindingen zullen helpen aanpakken of long-range maskerende effecten optreden voor of na het houdings- informatie is toegevoegd.
De techniek is zeer flexibel en kan worden gebruikt om een wijze van interacties tussen verschillende delen van de tastzin onderzoeken. Bijvoorbeeld kan de frequentie-inhoud van het maskeren of testen stimulatie worden gevarieerd om optimale stimuleren snelle aanpassing of snel genoeg aan sub-systemen. Een mogelijke beperking van deze methoden is de tactiele stimuli gebruikt. Met behulp van verschillende detectie en maskerende stimuli (zoals grootte, frequentie, duur, enz.) Kunnen verschillende resultaten blijkt vooral bij het meten van de ruimtelijke afstemming van het maskerende effect. Een kleinere maskerende stimulus zou zorgen voor een betere precisie en kan meer nauwkeurige metingen van specifieke gebieden. Voor toekomstige toepassingen kan dit protocol worden gewijzigd door het testen van het maskeereffect waarvoor allerlei tactiele stimuli.
Onderzoek heeft meestal gericht op het bestuderen maskeren en tastzin op de handen en vingers met relatief weinig studies naar het hele lichaam 14, 24-27. Toekomstige richtingen kan onder meer het testen van contralaterale maskeren op meer grote delen van het lichaam, die onverwachte verbindingen tussen andere lichaamsdelen of binnen een ledemaat dat licht zou kunnen werpen op hoe de drie-Dimensio kan opmakeninterne lichaam vertegenwoordigd in de hersenen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen.
Acknowledgments
LRH werd gesteund door de Natuurwetenschappen en Engineering Research Council (NSERC) van Canada. BR werd deels ondersteund vanuit het NSERC CREATE-programma.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| C-2 tactor | ATAC Technology; Engineering Acoustics, Inc. | http://www.atactech.com/PR_tactors.html | |
| Magic Wand | Hitachi | http://magicwandoriginal.com/magic-wand-original/ | |
| FC5 Foot Pedals | Yamaha Corporation | http://ca.yamaha.com/en/products/music-production/accessories/footpedals/fc5/?mode=model | |
| MATLAB | The Mathworks, Inc. | http://www.mathworks.com/products/matlab/ | |
| Velcro | Velcro Industries B.V. | http://www.velcro.com/ |
References
- von Békésy, G. Sensory Inhibition. , Princeton University Press. Princeton, NJ. (1967).
- Uttal, W. R. Inhibitory interaction of responses to electrical stimuli in the fingers. J. Comp. Physiol. Psych. 53 (1), 47-51 (1960).
- Schmid, E. Temporal aspects of cutaneous interaction with two-point electrical stimulation. J. Exp. Psychol. Gen. 61, 400-409 (1961).
- Abramsky, O., Carmon, A., Bentontt, A. L. Masking of and by tactile pressure stimuli. Percept. Psychophys. 10 (5), 353-355 (1971).
- Sherrick, C. E. Effects of double simultaneous stimulation of the skin. Am. J. Psychol. 77, 42-53 (1964).
- Gilson, R. D. Vibrotactile masking: effects of multiple maskers. Percept. Psychophys. 95 (4), 2213-2220 (1969).
- Braun, C., Hess, H., Burkhardt, M., Wühle, A., Preissl, H. The right hand knows what the left hand is feeling. Exp. Brain. Res. 162 (3), 366-373 (2005).
- Tamè, L., Farnè, A., Pavani, F. Spatial coding of touch at the fingers: Insights from double simultaneous stimulation within and between. Neurosci. Lett. 487 (1), 78-82 (2011).
- Tamè, L., Moles, A., Holmes, N. P. Within but not between hands interactions in vibrotactile detection thresholds reflect somatosensory receptive field organization. Front. Psychol. 5, 1-9 (2014).
- Harris, J. A., Diamond, M. E. Ipsilateral and contralateral transfer of tactile learning. Neuroreport. 11 (2), 263-266 (2000).
- Fechner, G. T. Elemente der Psychophysik . , Breitkopf & Härtel. Leipzig. (1860).
- Watson, A., Pelli, D. QUEST-A Bayesian adaptive psychophysical method. Percept. Psychophys. 33, 113-120 (1983).
- D'Amour, S., Harris, L. R. Contralateral tactile masking between forearms. Exp. Brain. Res. 232 (3), 821-826 (2014).
- D'Amour, S., Harris, L. R.
- Gescheider, G. A., Herman, D. D., Phillips, J. N. Criterion shifts in the measurement of tactile masking. Percept. Psychophys. 8, 433-436 (1970).
- Iwamura, Y., Tanaka, M., Iriki, A., Taoka, M., Toda, T. Processing of tactile and kinesthetic signals from bilateral sides of the body in the postcentral gyrus of awake monkeys. Behav. Brain. Res. 135 (1-2), 185-190 (2002).
- Killackey, H. P., Gould, H. J., Cusick, C. G., Pons, T. P., Kaas, J. H. The relation of corpus callosum connections to architectonic fields and body surface maps in sensorimotor cortex of new and old world monkeys. J. Comp. Neurol. 219 (4), 384-419 (1983).
- Reed, J. L., Qi, H. X., Kaas, J. H. Spatiotemporal properties of neuron response suppression in owl monkey primary somatosensory cortex when stimuli are presented to both hands. J. Neurosci. 31 (10), 3589-3601 (2011).
- Hlushchuk, Y., Hari, R. Transient suppression of ipsilateral primary somatosensory cortex during tactile finger stimulation. J. Neurosci. 26 (21), 5819-5824 (2006).
- Nihashi, T., et al. Contralateral and ipsilateral responses in primary somatosensory cortex following electrical median nerve stimulation--an fMRI study. Clin. Neurophysiol. 116 (4), 842-848 (2005).
- Tamè, L., et al. The contribution of primary and secondary somatosensory cortices to the representation of body parts and body sides: an fMRI adaptation study. J. Cognitive. Neurosci. 24 (12), 2306-2320 (2012).
- Tamè, L., Farnè, A., Pavani, F. Vision of the body and the differentiation of perceived body side in touch. Cortex. 49 (5), 1340-1351 (2013).
- Tamè, L., Pavani, F., Papadelis, C., Farnè, A., Braun, C. Early integration of bilateral touch in the primary somatosensory cortex. Hum. Brain. Mapp. 36 (4), 1506-1523 (2015).
- Gilson, R. D. Vibrotactile masking: Some spatial and temporal aspects. Percept. Psychophys. 5 (3), 176-180 (1969).
- Alliusi, E., Morgan, B., Hawkes, G. R. Masking of cutaneous sensations in multiple stimulus presentations. Percept. Motor. Skill. 20, 39-45 (1965).
- Geldard, F. A., Sherrick, C. E. Multiple cutaneous stimulation: The discrimination of vibratory patterns. J. Acoust. Soc. Am. 37, 797-801 (1965).
- Craig, J. C.
