使用栅格方向测试评估空间性舌部触觉敏感度

摘要

本研究展示了一种利用光栅方向辨别测试评估舌部空间触觉敏感性的标准操作流程，并通过R指数法确定感知阈值。

摘要

通过R指数估计法计算个体阈值，采用栅格方向测试（6种不同工具，栅格尺寸从0.20-1.25 mm逐渐增加）来评估舌部空间触觉敏感性。实验过程中，受试者被蒙住眼睛，并被要求判断置于舌面上的栅格方向（水平或垂直）。R指数基于信号检测理论（Signal Detection Theory, SDT），表示正确识别目标刺激（信号，例如正确方向）相对于另一种刺激（噪声，例如错误方向）的估计概率。当计算出每位受试者在每种工具尺寸下的R指数后，可通过插值法，利用略低于和略高于预设截断值（通常为75%）的两个R指数，推导出个体阈值。该方法在医学领域具有应用价值，可用于研究口腔触觉敏感性与言语清晰度及吞咽障碍之间的关联；同时也适用于感官科学和消费者研究，以探索个体在质地感知、食物偏好和进食行为方面的差异。

引言

食品的质地和口感在其可接受性中起着重要作用^1,2,3,4,，尽管已有研究发现质地感知的差异与咀嚼行为^2,5、 唾液流量及成分^6,7等因素有关，但目前可用于评估口腔触觉感受器（机械感受器）个体差异的方法仍十分有限。口腔内含有多种分布于口腔组织中的机械感受器：默克尔感受器（Merkel receptors）、鲁菲尼小体（Ruffini cylinders）和迈斯纳小体（Meissner corpuscles）⁸。机械感受器可分为两类：慢适应型和快适应型。慢适应机械感受器（鲁菲尼小体和默克尔感受器）在持续受到刺激时会产生连续的信号；相比之下，快适应机械感受器（迈斯纳小体）仅在刺激开始和结束时产生响应信号。不同个体之间以及舌面不同区域的触觉敏锐度存在广泛差异，这可能与机械感受器的敏感性差异有关。口腔内机械感受器的位置、数量、空间排列/密度（空间敏锐度），或其被激活时敏感性的差异，可能是造成这种个体内和个体间变异的原因。目前已发表多种用于评估和筛查口腔机械感受器敏感性差异的方法，包括冯·弗雷细丝（von Frey filaments）^9,10、字母识别法^11,12、光栅方向辨别测试^13,以及柔性电极阵列法^14,15。光栅方向辨别测试要求将具有不同沟槽宽度的方形光栅（图1，图2）置于蒙眼受试者的舌面上，由其判断所感知的光栅方向为水平或垂直。根据受试者对不同尺寸光栅方向的辨别能力，利用其反应结果计算平均辨别阈值。

方案

所有参与者均已签署知情书面同意书。本研究经米兰大学伦理委员会批准（编号：48/19），并依照《赫尔辛基宣言》的规定进行。

1. 实验人员培训

1. 取光栅工具，并在置于天平上的海绵上施加 100 g 的力。
   注意：本研究中所用光栅工具的示意图参见图 1
2. 重复此操作至少 10 次，以减少测试过程中光栅在受试者舌头上施加力的变异，同时降低不同实验操作者之间及内部的差异。

2. 评估步骤

注意：应按照所需的安全与健康标准进行触觉敏锐度评估，以确保受试者的安全（例如佩戴口罩、手套和实验服）。

1. 将所有光栅（0.20 mm、0.25 mm、0.50 mm、0.75 mm、1.00 mm、1.25 mm）（图2）放置在一张参与者无法看到的桌子上。
2. 让参与者坐在舒适的椅子上，并告知他们可以在实验过程中的任何时间退出实验。
3. 告知参与者在实验过程中他们将被蒙住眼睛，并需以舒适和放松的方式伸出舌头。
4. 在实验开始前，使用最大间距的光栅（1.25 mm）向受试者演示施加的力（100 g，持续3秒），使其熟悉实验流程。
5. 告知参与者在认为合适时可随时饮用少量水。
6. 将每个光栅依次施加于受试者的舌头（舌面前部中线附近区域）。
7. 每次接触后，要求受试者用手指出工具的方向（水平或垂直）以及其判断的确信程度（确定、不确定）。若受试者不确定，也必须进行猜测。
8. 每次接触后，在电子表格中记录每位受试者的所有回答（水平、垂直、确定、不确定）（补充表1）。
9. 根据所选R指数截断值，对每个光栅重复测试必要次数，例如重复6次，其中3次水平方向，3次垂直方向（补充表1）。
10. 每位参与者测试结束后，对每个光栅进行灭菌处理（参见第4节）。
    注意：志愿者应轻柔地将舌头自然伸出嘴外，避免用力，以防过度疲劳，从而影响其表现结果。需注意的是，每个光栅的重复次数越多，测量结果越可靠¹⁶。

3. 清洁方案

1. 根据制造商说明，将 20 mL 次氯酸钠（见材料表）稀释于 1 L 水中，配制成溶液。
2. 手动振荡溶液数秒钟。
3. 取 6 个杯子，每个杯中加入约 20 mL 消毒液，确保能够完全浸没每件工具。
4. 将每件工具放入对应的杯子中。
5. 让工具在溶液中浸泡 15–20 分钟。
6. 根据制造商说明，用大量水冲洗工具，并用牙刷刷洗，以确保彻底去除残留的次氯酸钠。
7. 让工具自然风干。

4. R指数计算

1. 根据用于计算 R 指数的反应频率，为每位志愿者及所有工具创建反应矩阵（图 3），计算公式如下：
   
   注意：R 指数表示个体对每种工具的触觉敏感性¹⁶。R 指数基于信号检测理论（SDT）¹⁷，代表了将目标刺激（即信号）从另一种刺激（即噪声）中区分出来的估计概率。信号和噪声分别对应于对光栅水平-垂直方向的正确或错误识别。信号和噪声均可产生四种反应选项：“水平-确定”、“水平-不确定”、“垂直-不确定”和“垂直-确定”¹⁶。R 指数的取值范围为 0–1，较高的 R 指数值表示更佳的辨别能力。

5. 基于R指数估计的敏感性和阈值测定

1. 为确定受试者是否能够分辨每种工具的方向，使用 R 指数显著性检验的临界值表计算临界值¹⁸
   注意：以当前示例为例，共进行 36 次呈现（即每种光栅呈现 6 次，其中水平方向 3 次，垂直方向 3 次），根据单侧 R 指数临界值（α = 0.05）¹⁸，分辨能力的临界值设定为 0.7426。
2. 若使用足够多数量的工具（例如六种不同的光栅尺寸）¹⁹，可推导出 R 指数阈值估计值。
3. 为计算每位受试者的阈值，对紧邻临界值下方和上方的两个 R 指数进行插值²⁰。

结果

共有70名健康成年人（年龄范围为19至33岁；平均年龄为22.0岁；女性占52.9%）参与了该研究，详见Appiani等（2020）²¹。

例如，图4展示了0.75 mm方块条件下按年龄分布的R指数。每个点代表一名不同的受试者。位于虚线上方的受试者（截断值：0.7426）能够正确识别光栅的方向（敏感性更高）。

六种光栅的测试结果以及一名受试者的推导R指数阈值估计值如图5所示。在此情况下，阈值对应为0.99 mm。阈值较低的受试者能够识别更小的条形尺寸（敏感性更高），而阈值较高的受试者则需要更大的条形尺寸（更多的输入）才能在认知上感知到刺激（敏感性较低）¹⁰。在本研究中，阈值范围可介于0.20–1.25 mm之间。然而，也可能出现两种极端情况：阈值<0.20 mm的受试者能够从最小尺寸（0.20 mm）识别出方...

讨论

目前可用于测量触觉敏锐度的有效工具较少^10,11,13,22。研究表明，Von Frey 细丝是一种测量皮肤和口腔触觉敏锐度的适当方法^10,21,22。然而，这些工具所测量的舌部触觉敏锐度维度与格栅定向测试不同²¹。Von Frey 细丝测量的是触碰检测能力，而格栅测试测量的是空间分辨敏感性。这两种不同的感觉功能由不同的神经机制所介导^23,24,25。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
定制方格片	University of Reading; University of Copenhagen		由聚四氟乙烯（PTFE）制成的 1 cm2 方格片
消毒液（20% 次氯酸钠）	Amuchina, Angelini S.p.A., Roma, Italy
眼部防护罩	Various
手套	Various
实验服	Various
饮用水用塑料杯	Various
Excel	Microsoft