Introduction
Taktil maskering er der en taktil stimulans på ett sted på kroppen endrer oppfatningen av en touch på et annet sted. Dette er en teknikk utviklet av von Bekesy 1 for å vise plassering interaksjoner, spesielt sideveis inhibering, mellom områder av huden som er tilstøtende på kroppsoverflaten. Mens taktile maskering har blitt studert inngå gjennom årene har forskningen hovedsakelig undersøkt ipsilaterale taktile maskering ved hjelp av elektrisk stimulering 2, 3, trykk 4, og vibrotactile stimulering 5, 6. I kontrast, har få studier sett på motsatt taktile maskering der maskering og sonde nettsteder kan bli langt fjernet. Langtrekkende taktile maskering effekter har vist mellom speilsymmetrisk poeng på hånden og armen 5, 7-9, men disse studiene har vært i stor grad begrenset til å se på hender og fingre 7, 10, med mer omfattende deler av hele legemet er i stor grad ignorert. Et mål av slike langtrekkende maskeringseksperimenter er å angi hvordan komponentene i kroppens representasjon i hjernen kan være funksjonelt forbundet. Her er fenomenet lang taktil maske utforsket ved å undersøke hvordan vibrasjon brukes på en underarm kan påvirke berøringsfølsomhet terskler på motsatt underarm. Terskel refererer til et minimum stimulus som er nødvendig for å detektere en stimulus. Vi definerer dette som den intensitet ved hvilken den stimulus blir detektert 75% av tiden. Vi brukte en taktil maskeringsteknikk hvor berøringsfølsomhet (den resiproke verdi av terskelen) på en underarm blir målt i nærvær av en vibrerende stimulus (masken) på en annen del av kroppen. Effektiv maskering er avdekket ved en økning i deteksjonsgrensen dvs. en reduksjon i følsomhet. Teknikken kan brukes i forbindelse med andre manipulasjoner slik som varierende lem stilling or bevegelse for å utforske deres virkninger på effektiviteten av maskering.
Her brukte vi vibrotactile stimuli som maskerings stimulans. Fordelen med dette er at frekvensen, og derfor reseptoren type som det stimulerer kan kontrolleres. Teknikken kan bli utvidet til å se på smerte ved hjelp av elektriske stimuli som sonden eller maske eller begge deler. Dessuten kan noen av sidene brukes som maskerings nettstedet slik at etterforskningen av akupunktur nettsteder for eksempel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle forsøkene ble godkjent av York etikk styret og alle deltakere signert informert samtykke former. Forsøkene ble utført i samsvar med traktaten av Helsingfors.
1. Stimuli
- Taktile Detection Stimulus
- Bruk et rele (1,17 "diameter og 0,30" tykk) for å levere taktile stimuli på 250 Hz vibrasjon for 100 msek. Ved hjelp av en spesialbygd rele gir en lineær sammenheng mellom mengden av reiser og spenning brukt.
- Styr taktil stimulans levering med en 64 bit lydkort.
- For å drive rele, behandle det som en høyttaler. Koble til en stereo lydforsterker til en 64-biters datamaskin stereo lydkort. Koble rele til en av utgangene på forsterkeren (for eksempel den "venstre høyttaler out"). Koble den andre kanalen (f.eks "rett høyttaler ut ') fra forsterkeren til en vanlig høyttaler for å gi lydsignaler til pariticipant.
- I den datakode som styrer eksperimentet, genererer den bølgeform som vil bli brukt for å vibrere den rele (f.eks, en 250 Hz sinusbølge med varighet 100 millisekunder), og en annen bølgeform for lydsignal (f.eks, et 3000 Hz sinusbølge med en varighet på 100 millisekunder). Se eksempel Kode 1 i Supplemental kode fil.
- Sette hver av de to bølgeformer inn i en to-dimensjonal matrise. For rele matrisen sette signalet i den første dimensjon og innstille den annen dimensjon til bare nuller. For lyden matrisen sette signalet i den andre dimensjon, og setter den første til bare nuller. Spill riktig array til lydkortet på riktig punkt i programmet. Se eksempel Kode 1 i Supplemental kodefil for en demonstrasjon av hvordan dette gjøres.
- Fest rele til en stropp med en mekanisk basert feste produkt.
- maske~~POS=TRUNC Stimulus
- Gi maske stimulans av en elektrisk, hand holdte vibrator (4 cm diameter, 83 Hz når satt på "lav").
- Basert på de områdene hvor maskering er å bli testet, velge nettstedene der maske stimulans skal anvendes.
2. Forsøksoppsett og design
- Ordne datamaskinen og utstyr på et skrivebord, med en stol foran den, for eksperimentator.
- Sett opp en tabell der deltakerne hvile venstre (test) arm. Plasser en stol til høyre side av tabellen. Sett et armlene stå ved siden av stolen som deltakerne hvile høyre (maske arm) albuen. Legg demping til bordet og armlene for komfort.
- Arranger en høyttaler på en mekanisk isolert underlag. Ordne pedalene (koblet til venstre og høyre knapp på en mus) slik at deltakerens føtter vil hvile komfortabelt på dem (figur 1).
- Velg parametrene av studien, inkludert riktig antall forsøk er nødvendigfor å oppnå et pålitelig estimat av terskel (typisk mellom 40-50 forsøk) og antallet blokker i hvilken eksperimentet er å deles (for eksempel to blokker av 20-25 forsøk pr tilstand).
- Lag en liste over hvilken rekkefølge de vilkår som skal kjøres. Bruk denne listen for å finne ut hvor du skal holde maske stimulans for hver blokk.
- Skriv inn antall forsøk direkte inn i datamaskinen programkode (f.eks ntrials = 25; Se Opplysning File Code). Sørg for at hver blokk er ikke lenger enn 10 min å opprettholde oppmerksomhet.
- Programmere en to-alternativ-tvang-valg taktil påvisning oppgave 11 som stimulans intensitet styres med en bayesiansk adaptive psykologisk trapp psykometrisk prosedyre 12.
- For hvert forsøk, presentere to 1 sek intervaller, preget av tre pip (5 kHz, 3 kHz og 5 kHz, varighet 100 ms), med den taktile stimuli presentert i midten av en av intervallene. Har deltakeren indicate der intervallet stimulus ble presentert ved hjelp av pedalene (venstre for første, rett for andre). Se eksempel Code 2, som viser hvordan de intervallene blir drevet og scoret.
Merk: Datamaskinen skårer responsen som "riktig" eller "galt" og det adaptive trapp velger neste verdi skal presenteres deretter.
Merk: Denne metoden bestemmer en terskelverdi for å detektere vibrasjon på teststedet.
- For hvert forsøk, presentere to 1 sek intervaller, preget av tre pip (5 kHz, 3 kHz og 5 kHz, varighet 100 ms), med den taktile stimuli presentert i midten av en av intervallene. Har deltakeren indicate der intervallet stimulus ble presentert ved hjelp av pedalene (venstre for første, rett for andre). Se eksempel Code 2, som viser hvordan de intervallene blir drevet og scoret.
Figur 1. Experimental Design. Denne figuren viser oppsettet av forsøket og materialene som brukes. Se teksten for detaljer.
3. Eksperimentell Prosedyre
- Innhente skriftlig informert samtykke. Seat deltakeren i stolen med føttene hviler komfortabelt på responsen pedalene og forklare eksperimentelle prosedyren. </ Li>
- Måle og registrere lengden av den dorsale overflate av venstre underarm. Anvende stroppen, slik at rele er plassert i midten av armen halvveis mellom den indre vinkel av albuen og håndleddet press.
- Pakk en tensor bind løst rundt armen flere ganger for å holde rele på plass.
- Be deltakerne om å plassere sin venstre arm på bordet og hvile sin høyre albue på armlenet. Blindfold deltakeren å hindre dem å se på stimulus eller maskering plassering og instruere dem til å se rett frem gjennom hele forsøket.
- Start med en blokk med 20 praksisstudier (uten maskering stimulus) for å sette deltakerne med den taktile deteksjon oppgave og å tillate dem å bli kjent med de taktile stimuli.
- Etter praksis prøvelser, begynner eksperimentet, kjører blokker av forholdene i en tilfeldig, motvekts rekkefølge. Før du begynner hver blokk, at armene og maske stimulere tillus er i de riktige posisjonene.
- For hver tilstand, hold maske stimulans på valgte området, med henvisning til listen over vilkår gjort tidligere. Kryss av hver tilstand som det er kjørt. Hold maske stimulans gjennom hver blokk av datainnsamling forsøk å opprettholde tilnærmet konstant press. Den maskerende stimulus kan brukes ved hjelp av tynne klær.
- Kjør den eksperimentelle program som vil kjøre gjennom et sett antall forsøk som tidligere er valgt. Innføre en 2 min hvileperiode etter hvert kort blokk av prøvelser. Etter en gitt blokk av studiene er fullført, velg neste sted for maskerings stimulans og kjøre programmet på nytt. Gjenta til alle forsøkene er fullført.
4. Data Analysis
- For å visualisere og bekrefte estimat av terskelverdien returneres av adaptive trapp program 12, passer deltakernes data med en kumulativ Gaussian Formelen for en kumulativ Gaussian(Sigmoid) som går fra 50% (mulighet nivå - like mange 0s - feil og 1's- riktig) til 100% (alt 1, alle riktig) er:
Sannsynligheten for en riktig respons = 0,5 + 0,5 / (1 + exp (- (x-x0) / std))
hvor x er intensitetsverdi testet, er x0 den 75% terskelverdi, og std er standardavviket for anslaget. Denne formelen kan monteres på data ved hjelp av noen kurvetilpasning programvare og den resulterende x0 verdi i forhold til den adaptive trapp verdi.- Forsikre deg om at kurven går mellom 50% (mulighet ytelse) og 100%. Gjennomføre statistiske analyser (for eksempel t-tester eller ANOVAs) på 75% terskelverdiene som oppnås under hver betingelse av forsøket (f.eks mellom ulike maske nettsteder) for å finne ut om det er noen forskjeller mellom de forholdene som ble testet.
- For å identifisere utliggere, beregner middelverdi og standardavvik for en gitt tilstand. Sammenligne hver deltakers poengsum med gjennomsnittet oghvis en individuell score er mer enn to standardavvik fra det bety så ser dette resultatet som en avvikende og fjerne det fra analysen. Alternative kriterier kan anvendes om ønskelig.
- For å standardisere verdiene av intensiteten av de tactors (som er igjen i vilkårlige enheter), konvertere dem til desibel i forhold til kontrollgrenser (målt når den masker stimulus blir tilført styre området, for eksempel skulderen). Bruk denne formelen:
dB = 10 x log 10 (grenseverdi / kontroll terskelverdi).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Analyser av dataene rapportert i 13. Taktil følsomhet (uttrykt i forhold til terskelverdiene målt i kontroll tilstand) på underarmen ble betydelig redusert (terskler ble signifikant økt i) når vibrotactile maskerings stimulering ble påført på den motsatte arm (figur 2A), som demonstrerer en kontralateral maskerende effekt mellom armene. Virkningen var avhengig av posisjonen til maskerings stimulus på maskeringsarmen, med den største effekt som oppstår når masken og teststedene korresponderte. Figur 2B viser at holdning spiller også en rolle på effektiviteten av maskering. Masker effekten var betydelig sterkere når armene var rørende forhold til når de var parallell (3,3 dB sammenlignet med 0,52 dB).
Figur2. Typiske data oppnådd ved hjelp av denne teknikken. (A) til heving i terskelen er plottet som en funksjon av posisjonen av masken (vist som blå piler i tegne over diagrammet). (B) Den høyde i terskel ved sonden område på venstre arm forårsaket av et maskeringsmiddel stimulus på det tilsvarende sted på den høyre arm, avhenger av hvorvidt armer berører hverandre eller parallelt. Alle data er uttrykt i dB i forhold tersklene oppnå med vibrasjon påtrykkes en styre sete på skulderen (grønn pil). Standard feil er vist. N = 15. data tegnes på nytt fra D'Amour og Harris, 2014.
Supplemental arkivkode 1. (Klikk her for å laste ned denne filen.)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Her er en detaljert protokoll for kontralateral taktil maske beskrevet og tidligere publiserte resultater ved hjelp av teknikken for å teste taktile deteksjonstersklene vises. Fordelen med denne metoden er at tersklene blir målt ved hjelp av en streng psychophysically teknikk. De to-alternativ tvunget valg (2AFC) prosedyren er relativt ufølsom for respons skjevhet og derfor fra aktsomhet effekter. Den adaptive trapp prosedyre for honing på selve terskelverdi er svært effektiv som de fleste av dataene er samlet inn med stimulanse intensiteter nær terskelnivået. Bind for øynene deltakeren og ha dem se rett frem gjennomstrømning datainnsamlingsperioden ytterligere redusert oppmerksomhetseffekter.
Det er teknisk svært krevende å måle den faktiske trykket ved et rele. Det er ikke tilstrekkelig til å kalibrere enheten på forhånd, fordi det trykk som utøves vil også avhenge av hvor tett de tactor er bundet til hudoverflaten. Dermed er vi bare i stand til å uttale seg om endringer i tersklene i stedet for absolutte verdier. Siden i dette eksperimentet er vi bare ute etter endringer forårsaket av maskerings stimulans, dette er ikke en bekymring i denne utformingen.
Ved å veve relativt korte blokker (ca 10 min) for hver tilstand (dvs. hver posisjon av maskerings stimulus) og presentere dem i en sekvens som ble motvekts mellom deltakerne årvåkenhet av deltakeren opprettholdes.
Kontralateral maskering kan være nyttig for å utforske representasjon av legemet i hjernen ved å avsløre detaljer av hvilke deler er funksjonelt koblet til andre. Denne teknikken gir atferds 5, 7, 8, 13-15 bevis for å støtte nevrofysiologiske 16-18 og Diagnostiske data19-23 som viser at integrering av somatosensoriske innganger fra de to sider av kroppen skjer i en somatotopic representasjon. I disse forsøk ble effekten av armen sted kort undersøkt ved å sammenligne maskering når hendene var rørende eller parallelt. Selv om en forskjell ble funnet, kan det ikke konkluderes om det er forårsaket av selve huden kontakt eller arm posisjon. I et sett av nye eksperimenter har vi tatt disse metodene og testet en rekke forskjellige lenestillinger av både test- og maskeringsarmer. Disse funnene vil avhjelpe om langtrekkende maskeringseffekter oppstår før eller etter postural informasjon har blitt lagt til.
Teknikken er svært fleksibelt og kan brukes til å undersøke en hvilken som helst måte av interaksjoner mellom ulike deler av somatosensory systemet. For eksempel, kan frekvensinnholdet i maskering eller testing stimulering varieres for optimalt å stimulere hurtig tilpasning eller langsomt tilpasning sub-systemer. En potensiell begrensning av disse metodene er de taktile stimuli brukes. Ved hjelp av ulike deteksjon og maske stimuli (for eksempel størrelse, hyppighet, varighet, etc.) kan avsløre forskjellige resultater, spesielt når du måler den romlige tuning av maskeringseffekten. En mindre maske stimulans ville tillate for bedre presisjon og gir mulighet for mer nøyaktige målinger av spesifikke områder. For fremtidige søknader, kan dette protokollen endres ved å teste maskering effekt ved hjelp av et bredt spekter av taktile stimuli.
Forskning har vanligvis konsentrert seg om å studere maskering og taktil persepsjon på hender og fingre med relativt få studier som undersøker hele kroppen 14, 24-27. Fremtidige retninger kan omfatte testing kontralateral maskering på mer omfattende områder av kroppen, som kan avsløre uventede sammenhenger mellom andre kroppsdeler eller innen en lem som kunne kaste lys over hvordan den tredimensjonalenal legeme er representert i hjernen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne hevder at de ikke har noen konkurrerende økonomiske interesser.
Acknowledgments
LRH ble støttet av Natural Sciences og Engineering Research Council (NSERC) i Canada. SD ble delvis støttet fra NSERC CREATE programmet.
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.
