Introduction
Taktil maskering är där en taktil stimulans på ett ställe på kroppen förändrar synen på en touch på en annan plats. Detta är en teknik som uppfunnen av von Békésy en för att avslöja plats interaktioner, särskilt lateral inhibition, mellan hudområden som ligger intill på kroppsytan. Medan taktil maskering har studerats mycket under åren har forskningen huvudsakligen undersökts ipsilateral taktil maskering med användning av elektrisk stimulering 2, 3, tryck 4, och vibrotaktila stimulering 5, 6. Däremot har få studier tittat på kontra taktil maskering där maskering och sond webbplatser kan vara långt. Långväga taktila skymda har visats mellan spegelsymmetriska punkter på handen och armen 5, 7-9, men dessa studier har till stor del begränsad till att titta på händer och fingrar 7, 10, med mer omfattande delar av hela kroppen som till stor del ignorerats. Ett mål för sådana långväga maskerings experiment är att visa hur komponenterna i kroppens representation i hjärnan kan funktionellt länkas. Här är fenomenet långväga taktil maskering utforskas genom att undersöka hur vibrationer tillämpas på en underarm kan påverka taktila känslighetströsklarna på motsatt armen. Tröskeln till den minsta stimulans som behövs för att upptäcka en stimulans. Vi definierar detta som intensiteten vid vilken stimulus detekteras 75% av tiden. Vi använde en taktil maskeringsteknik i vilken taktil känslighet (det reciproka värdet av tröskelvärdet) på en underarmen mäts i närvaro av en vibrerande stimulans (masken) på en annan del av kroppen. Effektiv maskering avslöjas av en ökning i tröskeldetekterings dvs en minskning i känslighet. Tekniken kan användas i kombination med andra manipulationer såsom varierande lem läget or rörelse för att utforska deras effekter på effektiviteten av maskering.
Här har vi använt vibrotaktila stimuli som maskerings stimulans. Fördelen med detta är att den frekvens, och följaktligen den typ receptor som den stimulerar kan kontrolleras. Tekniken skulle kunna utvidgas för att titta på smärta med användning av elektriska stimuli som prob eller masken eller båda. Dessutom kan en webbplats kan användas som maskerings site tillåter undersökning av akupunkturställen för exempel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla experiment har godkänts av York etik styrelsen och alla deltagare undertecknade informerade samtycke former. Experimenten har utförts i enlighet med fördraget Helsingfors.
1. Stimuli
- Taktila Detection Stimulus
- Använd en kontaktor (1,17 "diameter och 0,30" tjock) för att leverera taktila stimuli av 250 Hz vibrationer för 100 msek. Med hjälp av en specialbyggd kontaktor ger ett linjärt förhållande mellan mängden av resor och den pålagda spänningen.
- Styr taktil stimulans leverans med en 64 bitars ljudkort.
- För att driva kontaktor, behandla det som en högtalare. Anslut en stereoljud förstärkare till en 64-bitars dator stereoljudkort. Anslut kontaktor till en av utgångarna hos förstärkaren (t.ex., den "vänster högtalare ut"). Anslut den andra kanalen (t.ex. "rätt högtalarutgång) på förstärkaren till en vanlig högtalare för att ge ljudsignaler till det nominellaticipant.
- I datorn kod som styr experimentet, generera vågformen som kommer att användas för att vibrera kontaktor (t.ex. en 250 Hz sinusvåg med varaktigheten 100 ms), och en annan vågform för den auditiva signalen (t.ex. en 3000 Hz sinusvåg med en varaktighet 100 ms). Se Exempel Kod 1 i Supplemental kodfil.
- Sätta var och en av dessa två vågformer i en två-dimensionell array. För kontaktor array sätta signalen i den första dimensionen och ställa in den andra dimensionen för alla nollor. För ljud array sätta signalen i den andra dimensionen och ställa in den första för alla nollor. Spela lämplig matris till ljudkortet vid lämplig tidpunkt i programmet. Se Exempel Kod 1 i Supplemental Code-fil för en demonstration av hur detta görs.
- Fäst kontaktor till ett band med en mekanisk baserad fäst produkt.
- maskerings~~POS=TRUNC Stimulus
- Tillhandahålla maskerings stimulans av en elektrisk, haND-höll vibrator (4 cm i diameter, 83 Hz när den är inställd på "låg").
- Baserat på de områden där maskering ska testas, väljer de platser där maskerings stimulans kommer att tillämpas.
2. experimentuppställning och design
- Ordna datorn och utrustning på ett skrivbord, med en stol framför den, för försöks.
- Ställa upp ett bord där deltagarna vila sin vänstra (test) arm. Placera en stol till den högra sidan av bordet. Sätt ett armstöd stå bredvid stolen där deltagarna vila sin rätt (maskerings arm) armbåge. Lägg dämpning till bordet och armstöd för komfort.
- Ordna en högtalare på en mekaniskt isolerad yta. Ordna fotpedaler (anslutna till vänster och höger knappar på en datormus) så att deltagarens fötter kommer att vila bekvämt på dem (Figur 1).
- Välj parametrarna av studien, inklusive lämpligt antal försök krävsatt få en tillförlitlig uppskattning av tröskeln (vanligtvis mellan 40-50 försök) och antalet block i vilken försöket är att delas (t.ex. två block av 20-25 försök per tillstånd).
- Gör en lista över den ordning i vilken de villkor kommer att köras. Använd denna lista för att avgöra var att hålla maskerings stimulans för varje block.
- Ange antalet försök direkt i datorn programkoden (t.ex. ntrials = 25; Se Kompletterande kodfil). Se till att varje block är längre än 10 min för att upprätthålla uppmärksamhet.
- Programmera en två-alternativa forcerad val taktil detekterings uppgift 11 i vilken stimulusintensitet styrs med en Bayesian adaptiv psyko trappa psykometriska förfarandet 12.
- För varje försök, nuvarande två 1 sek intervall, som kännetecknas av tre pip (5 kHz, 3 kHz och 5 kHz, varaktighet 100 ms), med den taktila stimulus presenteras i mitten av en av pauserna. Har deltagaren indicate där intervall stimulus presenteras med hjälp av fotpedaler (vänster för första, rätt för andra). Se Exempel Kod 2, som visar hur de intervall drivs och poängsätts.
Obs: Datorn får svaret som "rätt" eller "fel" och den adaptiva trappan väljer nästa värde som ska läggas fram i enlighet därmed.
Obs: Denna metod bestämmer ett tröskelvärde för detektering av vibrationer vid provplatsen.
- För varje försök, nuvarande två 1 sek intervall, som kännetecknas av tre pip (5 kHz, 3 kHz och 5 kHz, varaktighet 100 ms), med den taktila stimulus presenteras i mitten av en av pauserna. Har deltagaren indicate där intervall stimulus presenteras med hjälp av fotpedaler (vänster för första, rätt för andra). Se Exempel Kod 2, som visar hur de intervall drivs och poängsätts.
Figur 1. Experimentell design. Denna figur visar inrättandet av experimentet och de material som används. Se text för detaljer.
3. Experimentellt förfarande
- Få ett skriftligt informerat samtycke. Seat deltagaren i stolen med sina fötter vilar bekvämt på svars pedaler och förklara den experimentella proceduren. </ Li>
- Mäta och registrera längden på den dorsala ytan av det vänstra underarm. Applicera bandet så att kontaktor är placerad i mitten av armen halvvägs mellan den inre vinkeln av armbågen och handleden veck.
- Wrap en tensor bandage löst runt armen flera gånger för att hålla kontaktor på plats.
- Instruera deltagarna att placera sin vänstra arm på bordet och vila sin högra armbåge på armstödet. Ögonbindel deltagaren att hindra dem att titta på stimulans eller maskerings läge och instruera dem att titta rakt fram under hela experimentet.
- Börja med ett block av 20 övningsförsök (utan maskerings stimulus) för att bekanta deltagarna med den taktila detekterings uppgift och tillåta dem att bekanta sig med de taktila stimuli.
- Efter övningsförsök, börjar experimentet kör block av villkoren i en slumpmässig, motvikts ordning. Innan varje block, se till att armar och maskerings stimulus är i rätt läge.
- För varje tillstånd hålla maskerings stimulans på den valda platsen, med hänvisning till den förteckning över villkor som avtalats tidigare. Stryka varje skick som det körs. Håll maskerings stimulans under varje block av datainsamlingsförsök upprätthålla ungefärligen konstant tryck. Maskerings stimulans kan appliceras genom tunna kläder.
- Kör den experimentella program som kommer att gå igenom ett visst antal försök som tidigare valts. Införa en 2 min viloperiod efter varje kort kvarter försök. Efter ett givet block försök är klar väljer nästa plats för maskerings stimulans och kör programmet igen. Upprepa tills alla försök är genomförda.
4. Dataanalys
- För att visualisera och bekräfta uppskattning av tröskelvärdet som returneras av den adaptiva trappan programmet 12, passar deltagarnas data med en kumulativ Gauss Formeln för en kumulativ Gauss(Sigmoideum) som går från 50% (chans nivå - lika många 0s - fel och 1's- korrekt) till 100% (alla en, alla rätt) är:
Sannolikheten för ett korrekt svar = 0,5 + 0,5 / (1 + exp (- (x-x0) / std))
där x är den testade intensitetsvärde, är x0 tröskelvärdet 75%, och std är standardavvikelsen av uppskattning. Denna formel kan monteras på data med hjälp av någon kurvanpassningsprogram och den resulterande x0 värde jämfört med den adaptiva trappan värde.- Säkerställa att kurvan går mellan 50% (chans prestanda) och 100%. Utföra statistiska analyser (t.ex. t-test eller ANOVA) på tröskelvärdena 75% erhållits under varje tillstånd av experimentet (t ex mellan olika masknings platser) för att avgöra om det finns några skillnader mellan de villkor som testades.
- För att identifiera extremvärden, beräkna medelvärdet och standardavvikelsen för ett givet tillstånd. Jämför varje deltagares poäng med medelvärdet ochOm en enskild poäng är mer än två standardavvikelser från det menar då betrakta denna värdering som en avvikare och ta bort den från analysen. Alternativa kriterier kan användas om så önskas.
- Att standardisera värdena för intensiteten i tactors (som är i i godtyckliga enheter), konvertera dem till decibel i förhållande till styrtrösklar (mätt när maskerings stimulus anbringas till kontrollstället, t.ex., axeln). Använd denna formel:
dB = 10 x log 10 (tröskelvärdet / kontroll tröskelvärdet).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Analyser av data rapporterades i 13. Taktil känsla (uttryckt i förhållande till de trösklar som mäts i kontrollbetingelse) på underarmen var signifikant reducerad (trösklar ökade signifikant) när vibrotaktila maskerings stimulering applicerades på den motsatta armen (figur 2A), vilket visar en kontralaterala maskeringseffekt mellan underarmarna. Effekten berodde på positionen av maskerings stimulans på maskeringsarmen, med den största effekten uppstår när masken och testplatser motsvarade. Figur 2B visar att hållning spelar också en roll på effektiviteten i maskering. Maskeringseffekten var betydligt starkare när armarna vidrör jämfört med när de var parallella (3,3 dB jämfört med 0,52 dB).
Figur2. Typiska data som erhölls med denna teknik. (A) Den förhöjning av tröskel plottas som en funktion av positionen av masken (visas som blå pilarna i den tecknade ovanför diagrammet). (B) Höjd i tröskel vid sond plats på vänster arm som orsakas av en maskerings stimulans på motsvarande plats på höger arm beror på om armarna vidrör eller parallellt. Alla data uttrycks i dB relativt trösklarna få med vibrationer appliceras på ett kontrollställe på axeln (grön pil). Standardfel visas. N = 15. Data ritas från D'Amour och Harris, 2014.
Kompletterande kod fil 1. (Klicka här för att ladda ner filen.)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Här är ett detaljerat protokoll för kontra taktil maskering beskrivs och tidigare publicerade resultat med hjälp av teknik för att testa taktila detekteringströsklar visas. Fördelen med denna metod är att tröskelvärdena mäts med användning av en psykofysiskt rigorös teknik. Den påtvingade val förfarande två alternativ (2AFC) är relativt okänslig för svarsbias och därmed från uppmärksamhets effekter. Den adaptiva trappa förfarande för bryning in på det aktuella tröskelvärdet är mycket effektivt eftersom de flesta av de uppgifter som samlas in med stimulansintensitet nära tröskelnivån. Blindfolding deltagaren och få dem titta rakt fram genomströmning datainsamlingsperioden ytterligare reducerade uppmärksamhets effekter.
Det är tekniskt mycket krävande att mäta den faktiska tryck som utövas av en kontaktor. Det räcker inte att kalibrera enheten förväg eftersom trycket beror också på hur tätt tacTor är bunden till hudytan. Således vi kan bara göra uttalanden om förändringar i trösklar snarare än absoluta värden. Eftersom i detta experiment vi bara söker efter förändringar som maskerings stimulans, är detta inte ett problem i denna design.
Genom interfoliering relativt korta kvarter (ca 10 min) för varje tillstånd (dvs varje position av maskerings stimulus) och presentera dem i en sekvens som motverkades mellan deltagarna vakenhet av deltagaren upprätthålls.
Kontra maskering kan vara användbart för att utforska representation av kroppen i hjärnan genom att avslöja detaljer om vilka delar är funktionellt kopplade till andra. Denna teknik ger beteende 5, 7, 8, 13-15 bevis till stöd för neurofysiologisk 16-18 och neuroimaging uppgifter19-23 som tyder på att integrationen av somatosensoriska ingångar från båda sidor av kroppen sker i en somatotopic representation. I dessa experiment undersöktes effekten av armens läge kortfattat genom att jämföra maskering när händerna vidrör eller parallellt. Även en skillnad hittades, kan man inte dra slutsatsen om den orsakas av själva hudkontakt eller arm position. I en uppsättning nya experiment har vi tagit dessa metoder och testade en mängd olika arm positioner för både test och maskerings armar. Fynden kommer att hjälpa till om långväga skymda ske före eller efter postural uppgifter har lagts till.
Tekniken är mycket flexibel och kan användas för att undersöka något sätt av samverkan mellan olika delar av känsel. Till exempel, kan innehållet i maskering eller testa stimuleringsfrekvensen varieras för att optimalt stimulera snabbt anpassa eller långsamt anpassa sub-system. En potentiell begränsning av dessa metoder är de taktila stimuli som används. Med hjälp av olika upptäckt och maskerings stimuli (t.ex. storlek, frekvens, varaktighet, etc.) kan avslöja olika resultat, särskilt vid mätning av rumsliga inställning av maskeringseffekten. En mindre maskering stimulans skulle möjliggöra bättre precision och möjliggör mer noggranna mätningar av specifika områden. För framtida applikationer, kan detta protokoll modifieras genom testning av maskeringseffekt med användning av ett brett spektrum av taktila stimuli.
Forskning har typiskt koncentrerat sig på att studera maskering och taktila uppfattning på händer och fingrar med relativt få studier som undersöker hela kroppen 14, 24-27. Framtida riktningar skulle kunna omfatta testa kontra maskering på mer omfattande delar av kroppen, som kan avslöja oväntade kopplingar mellan andra delar av kroppen eller i en lem som kan kasta ljus över hur tredimensionellaslutlig kropp representeras i hjärnan.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.
Acknowledgments
LRH stöddes av naturvetenskaplig och teknisk forskning Council (NSERC) i Kanada. SD delvis stöd från NSERC Skapa program.
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.
