Name: 振动检测阈值和触觉敏锐的空间在人类受试者的测量 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: 了解心理物理学方法测量人类振动检测阈值和触觉空间敏锐度。该技术可获取个体机械感觉定量数据，适用于临床诊断与基础研究，包括双生子研究验证触觉特征的遗传性。

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上述振动测试的研究与开发工作由欧洲研究理事会（ERC，高级资助项目编号294678）和德国研究基金会（资助项目编号SFB665）提供资金支持。感谢马克斯·德尔布吕克中心的技术与支持团队R. Fischer先生、B. Neumann和M. Pflaume先生在项目中提供的宝贵协助。

该测试方案已获得夏里特大学医学中心伦理委员会的批准。
1. 振动觉检测阈值（VDT）
<ol>
	<li>设备与测试方案组装 — 测试前准备
	<ol>
		<li>根据图1A所示组装设备各组件。将一块表面光滑的木板（40 cm × 80 cm）放置于桌面上，并将黄铜横杆置于木板上。</li>
		<li>将压电致动器（振动刺激器）连接至控制器单元。</li>
		<li>将反应盒和显示器连接至数据采集系统（参见补充代码文件）。</li>
		<li>将数据采集系统连接至计算机（或笔记本电脑）以及压电致动器控制器单元。</li>
		<li>将定制的刺激探针拧入压电致动器的运动部件上（探针具体信息见材料部分）。</li>
		<li>将带有探针的压电致动器安装在平衡的黄铜横杆上。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>测试方案
	<ol>
		<li>编写测试协议脚本，实现双区间强制选择法与转换规则的上下自适应法。脚本概要参见补充代码文件。</li>
		<li>构建振动刺激的波形为正弦波，并设定刺激持续时间、上升和下降特性。
		<ol>
			<li>打开软件（例如，LabChart）。选择 设置 &#62; 刺激器。</li>
			<li>选择自定义波形并配置刺激器选项。创建两个对应于每个区间的刺激波形（stim1 和 stim2）。 
			注：波形 stim1 由三部分组成：4 秒延迟，随后是 1.8 秒的正弦波，再是 1.8 秒的延迟（无刺激）。波形 stim2 也由三部分组成：4 秒延迟，随后是 1.8 秒的延迟（无刺激），再是 1.8 秒的正弦波。</li>
			<li>对于正弦波形，创建频率和振幅的新变量参数。通过输入以下函数来修改正弦波的上升和下降阶段。 
			上升波形：(1-e-bt)∙Amplitude∙sine(frequency)，b = 9.1 
			下降波形：(e-bt)∙Amplitude∙sine(frequency)，b = 9.1</li>
			<li>在实验图表的数据面板中，创建一组35个电压输出，对应于振动刺激的35个振幅强度（或等级）。参见表1。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>在测试程序的宏脚本中，设置被测振动频率下的起始（默认）振幅（参见补充代码文件部分）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>受试者准备与训练 — 测试会话
	<ol>
		<li>向受试者说明测试流程，并让其签署书面知情同意书。为确保匿名性并满足数据保护要求，为每位参与者分配一个编号。</li>
		<li>让受试者在温度为20–30 °C的安静房间内舒适就座。以简单明了的方式向其讲解测试内容，使其清楚测试过程中将经历的情况。</li>
		<li>将受试者的手臂放置在木板上。用医用橡皮泥垫住小指以减少移动。将黄铜横杆置于木板上，使探针准确定位于测试手小指指甲床下方。确保探针与皮肤之间接触良好，并使用水平仪调整探针位置至水平状态。避免皮肤与圆形平面探针的边缘接触。 
		注：这可确保探针的平面区域对皮肤表面施加约30 g（0.3 N）的压力。尖锐边缘可能导致检测阈值降低。黄铜横杆的较大质量可防止周围环境的干扰振荡传递至设备，并最小化所施加正弦波的耗散。</li>
		<li>测试前，让受试者熟悉实验装置。根据测试频率，通过调节振幅呈现一个易于感知（等级23）和一个较难感知（等级7）的振动刺激，直至受试者感知到振动，以确保其理解实验流程。</li>
		<li>如有必要，在选定频率下重置起始（默认）振幅，使受试者在测试协议开始时能够轻松检测到刺激（参见1.2.3）。</li>
		<li>测试期间尽量减少受试者与实验员之间的互动。</li>
		<li>运行采用双选项强制选择法结合上下自适应方法的脚本以启动测试22。 
		注：1.3.7–1.3.12 中的操作由程序脚本自动完成。</li>
		<li>在每次试验中，随机在两个视觉标记为&#34;1&#34;和&#34;2&#34;的区间之一施加振动刺激（见图1B）。要求受试者通过按下反应盒上的按钮&#34;1&#34;或&#34;2&#34;，指出哪个连续区间包含振动刺激。若受试者不确定刺激出现时间，可进行猜测。 
		注：强制选择技术要求受试者即使未感知到振动也必须做出响应。</li>
		<li>在一个试验序列中（由6至最多9次单次试验组成），在同一振幅水平下至少连续重复相同振动刺激六次。若所有响应均正确，则在后续试验序列中降低刺激强度水平（下降规则）。</li>
		<li>根据自适应方法的决策规则（脚本中的逻辑运算符），若受试者在某一试验序列中出现错误，则给予其更多相同刺激强度的试验。若在至少5次试验中正确识别刺激，且错误少于2次，则降低刺激强度。</li>
		<li>若受试者在某一试验序列中出现2次错误响应，或错误响应超过1次且正确响应少于5次，则提高刺激强度。</li>
		<li>记录刺激强度变化方向，作为反转点。根据反转点数量调整刺激强度：在第三次反转点之前每次调整4个强度等级；在第3个反转点调整2个等级；其余情况每次调整1个等级（详细信息参见补充代码文件和图4B）。</li>
		<li>当受试者完成总共8次反转后，结束测试。</li>
		<li>通过取最后6次反转的刺激振幅值的中位数，计算振动检测阈值（VDT）。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 触觉空间敏锐度测试
<ol>
	<li>使用触觉敏锐度立方体（Tactile Acuity Cube, TAC）通过双选强制选择的光栅方向辨别测试来测定触觉敏锐度。TAC 包含6个面，每个面上均有光栅（条状与沟槽），其宽度分别为 0.75 mm、1.25 mm、1.75 mm、3.0 mm、4.5 mm 和 6.0 mm。</li>
	<li>将受试者安置在温度为 20–30 °C 的安静房间内，并向其说明实验任务。</li>
	<li>实验过程中，使用遮光眼镜蒙住受试者双眼。将优势手置于桌面上，手掌朝上。</li>
	<li>每次试验时，将 TAC 以两种光栅方向之一接触受试者指腹：垂直方向（与手指长轴平行）或水平方向（与手指长轴垂直）。每次试验的光栅方向应随机选择。</li>
	<li>将 TAC 的光栅面接触食指指腹 2 秒，使立方体以其全部重量（233 g）压在手指上。避免额外施加压力。</li>
	<li>在将立方体从手指移开之前，要求受试者判断光栅的方向。</li>
	<li>避免受试者手指移动，因为这可能提供方向判断的线索。若实验者察觉手指发生移动，则应舍弃该次试验。 
	注意：需注意在实验过程中，微小的手指移动可能不易被实验者察觉。</li>
	<li>采用阶梯算法中的“两降一升”自适应方法。</li>
	<li>从最宽的光栅（6.0 mm）开始测试。</li>
	<li>当受试者连续两次正确识别方向（正确反应）后，减小光栅宽度。</li>
	<li>测试下一个更窄的光栅宽度，并按照此递进步骤继续，直至受试者出现一次错误反应，记录此时的光栅宽度作为一次反转点。</li>
	<li>随后逐步增加光栅宽度，直至受试者再次连续正确识别该宽度下的两个方向。</li>
	<li>完成13次反转后结束测试。</li>
	<li>通过计算最后10次反转点所对应的光栅宽度的中位数，得出触觉光栅方向辨别阈值。</li>
</ol>

<ol><li>Poole, K., Herget, R., Lapatsina, L., Ngo, H. D., Lewin, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+Piezo+ion+channels+to+detect+molecular-scale+movements+relevant+for+fine+touch%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Tuning Piezo ion channels to detect molecular-scale movements relevant for fine touch.</a> Nat Commun. 5, 3520(2014).</li>
<li>Lechner, S. G., Lewin, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hairy+sensation%5BTitle%5D)+AND+%22Physiology+%28Bethesda%29%22%5BJournal%5D)">Hairy sensation.</a> Physiology (Bethesda). 28 (3), 142-150 (2013).</li>
<li>Heidenreich, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((KCNQ4+K%28%2B%29+channels+tune+mechanoreceptors+for+normal+touch+sensation+in+mouse+and+man%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">KCNQ4 K(+) channels tune mechanoreceptors for normal touch sensation in mouse and man.</a> Nat Neurosci. 15 (1), 138-145 (2012).</li>
<li>Mountcastle, V. B., Talbot, W. H., Darian-Smith, I., Kornhuber, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+basis+of+the+sense+of+flutter-vibration%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Neural basis of the sense of flutter-vibration.</a> Science. 155 (3762), 597-600 (1967).</li>
<li>Bolanowski, S. J. Jr, Gescheider, G. A., Verrillo, R. T., Checkosky, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Four+channels+mediate+the+mechanical+aspects+of+touch%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoust.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Four channels mediate the mechanical aspects of touch.</a> J. Acoust. Soc. Am. 84 (5), 1680-1694 (1988).</li>
<li>Johansson, R. S., Vallbo, A. A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+tactile+stimuli.+Thresholds+of+afferent+units+related+to+psychophysical+thresholds+in+the+human+hand%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">Detection of tactile stimuli. Thresholds of afferent units related to psychophysical thresholds in the human hand.</a> J Physiol. 297 (1), 405-422 (1979).</li>
<li>Frenzel, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Genetic+Basis+for+Mechanosensory+Traits+in+Humans%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biol%22%5BJournal%5D)">A Genetic Basis for Mechanosensory Traits in Humans.</a> PLoS Biol. 10 (5), (2012).</li>
<li>Van Boven, R. W., Johnson, K. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+limit+of+tactile+spatial+resolution+in+humans%3A+grating+orientation+discrimination+at+the+lip%2C+tongue%2C+and+finger%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">The limit of tactile spatial resolution in humans: grating orientation discrimination at the lip, tongue, and finger.</a> Neurology. 44 (12), 2361-2366 (1994).</li>
<li>Haseleu, J., Omerbašić, D., Frenzel, H., Gross, M., Lewin, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water-induced+finger+wrinkles+do+not+affect+touch+acuity+or+dexterity+in+handling+wet+objects%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Water-induced finger wrinkles do not affect touch acuity or dexterity in handling wet objects.</a> PLoS ONE. 9 (1), e84949(2014).</li>
<li>Bensmaia, S. J., Hsiao, S. S., Denchev, P. V., Killebrew, J. H., Craig, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+tactile+perception+of+stimulus+orientation%5BTitle%5D)+AND+%22Somatosens+Mot+Res%22%5BJournal%5D)">The tactile perception of stimulus orientation.</a> Somatosens Mot Res. 25 (1), 49-59 (2008).</li>
<li>Poole, K., Moroni, M., Lewin, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensory+mechanotransduction+at+membrane-matrix+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Pflugers+Arch%22%5BJournal%5D)">Sensory mechanotransduction at membrane-matrix interfaces.</a> Pflugers Arch. , (2014).</li>
<li>Schrenk-Siemens, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PIEZO2+is+required+for+mechanotransduction+in+human+stem+cell-derived+touch+receptors%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">PIEZO2 is required for mechanotransduction in human stem cell-derived touch receptors.</a> Nat. Neurosci. , (2014).</li>
<li>Woo, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezo2+is+required+for+Merkel-cell+mechanotransduction%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Piezo2 is required for Merkel-cell mechanotransduction.</a> Nature. 509 (7502), 622-626 (2014).</li>
<li>Ranade, S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezo2+is+the+major+transducer+of+mechanical+forces+for+touch+sensation+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Piezo2 is the major transducer of mechanical forces for touch sensation in mice.</a> Nature. 516 (7529), 121-125 (2014).</li>
<li>Wetzel, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+stomatin-domain+protein+essential+for+touch+sensation+in+the+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A stomatin-domain protein essential for touch sensation in the mouse.</a> Nature. 445 (7124), 206-209 (2007).</li>
<li>McMillin, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mutations+in+PIEZO2+cause+Gordon+syndrome%2C+Marden-Walker+syndrome%2C+and+distal+arthrogryposis+type+5%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Hum.+Genet%22%5BJournal%5D)">Mutations in PIEZO2 cause Gordon syndrome, Marden-Walker syndrome, and distal arthrogryposis type 5.</a> Am. J. Hum. Genet. 94 (5), 734-744 (2014).</li>
<li>Gandhi, M. S., Sesek, R., Tuckett, R., Bamberg, S. J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Progress+in+vibrotactile+threshold+evaluation+techniques%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Hand+Ther%22%5BJournal%5D)">Progress in vibrotactile threshold evaluation techniques: a review.</a> J Hand Ther. 24 (3), 240-255 (2011).</li>
<li>Güçlü, B., Bolanowski, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vibrotactile+thresholds+of+the+Non-Pacinian+I+channel%3A+I.+Methodological+issues%5BTitle%5D)+AND+%22Somatosens+Mot+Res%22%5BJournal%5D)">Vibrotactile thresholds of the Non-Pacinian I channel: I. Methodological issues.</a> Somatosens Mot Res. 22 (1-2), 49-56 (2005).</li>
<li>Lindsell, C. J., Griffin, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Normative+vibrotactile+thresholds+measured+at+five+European+test+centres%5BTitle%5D)+AND+%22Int+Arch+Occup+Environ+Health%22%5BJournal%5D)">Normative vibrotactile thresholds measured at five European test centres.</a> Int Arch Occup Environ Health. 76 (7), 517-528 (2003).</li>
<li>Morioka, M., Griffin, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dependence+of+vibrotactile+thresholds+on+the+psychophysical+measurement+method%5BTitle%5D)+AND+%22Int+Arch+Occup+Environ+Health%22%5BJournal%5D)">Dependence of vibrotactile thresholds on the psychophysical measurement method.</a> Int Arch Occup Environ Health. 75 (1-2), 78-84 (2002).</li>
<li>Tannan, V., Dennis, R., Tommerdahl, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+device+for+delivering+two-site+vibrotactile+stimuli+to+the+skin%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A novel device for delivering two-site vibrotactile stimuli to the skin.</a> J. Neurosci. Methods. 147 (2), 75-81 (2005).</li>
<li>Zwislocki, J. J., Relkin, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+a+psychophysical+transformed-rule+up+and+down+method+converging+on+a+75%25+level+of+correct+responses%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">On a psychophysical transformed-rule up and down method converging on a 75% level of correct responses.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (8), 4811-4814 (2001).</li>
<li>Gescheider, G. A., Bolanowski, S. J., Pope, J. V., Verrillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+four-channel+analysis+of+the+tactile+sensitivity+of+the+fingertip%3A+frequency+selectivity%2C+spatial+summation%2C+and+temporal+summation%5BTitle%5D)+AND+%22Somatosens+Mot+Res%22%5BJournal%5D)">A four-channel analysis of the tactile sensitivity of the fingertip: frequency selectivity, spatial summation, and temporal summation.</a> Somatosens Mot Res. 19 (2), 114-124 (2002).</li>
<li>Kuroki, S., Watanabe, J., Nishida, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contribution+of+within-+and+cross-channel+information+to+vibrotactile+frequency+discrimination%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Contribution of within- and cross-channel information to vibrotactile frequency discrimination.</a> Brain Res. 1529, 46-55 (2013).</li>
<li>Levitt, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transformed+up-down+methods+in+psychoacoustics%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoust.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Transformed up-down methods in psychoacoustics.</a> J. Acoust. Soc. Am. 49 (2), (1971).</li>
<li>International Organization for Standardization. Mechanical vibration-Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve dysfunction-Part 1: Methods of measurement at the fingertips. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22ISO+13091-1%22">ISO 13091-1</a>. , Geneva, Swizerland. (2001).</li>
<li>International Organization for Standardization. Mechanical vibration-Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve dysfunction-Part 2: Analysis and interpretation of measurements at the fingertips. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22ISO+13091-2%22">ISO 13091-2</a>. , Geneva, Switzerland. (2003).</li>
<li>Holden, J. K., Nguyen, R. H., Francisco, E. M., Zhang, Z., Dennis, R. G., Tommerdahl, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+device+for+the+study+of+somatosensory+information+processing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A novel device for the study of somatosensory information processing.</a> J Neurosci Methods. 204 (2), 215-220 (2012).</li>
<li>Güçlü, B., Oztek, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tactile+sensitivity+of+children%3A+effects+of+frequency%2C+masking%2C+and+the+non-Pacinian+I+psychophysical+channel%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Child+Psychol%22%5BJournal%5D)">Tactile sensitivity of children: effects of frequency, masking, and the non-Pacinian I psychophysical channel.</a> J Exp Child Psychol. 98 (2), 113-130 (2007).</li>
<li>Cohen, J. C., Makous, J. C., Bolanowski, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Under+which+conditions+do+the+skin+and+probe+decouple+during+sinusoidal+vibrations%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Under which conditions do the skin and probe decouple during sinusoidal vibrations?</a> Exp Brain Res. 129 (2), 211-217 (1999).</li>
<li>Makous, J. C., Gescheider, G. A., Bolanowski, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+static+indentation+on+vibrotactile+threshold%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Acoust.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">The effects of static indentation on vibrotactile threshold.</a> J. Acoust. Soc. Am. 99 (5), 3149-3153 (1996).</li>
<li>Goldreich, D., Kanics, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tactile+Acuity+is+Enhanced+in+Blindness%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Tactile Acuity is Enhanced in Blindness.</a> J. Neurosci. 23 (8), 3439-3445 (2003).</li>
<li>Peters, R. M., Goldreich, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tactile+Spatial+Acuity+in+Childhood%3A+Effects+of+Age+and+Fingertip+Size%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Tactile Spatial Acuity in Childhood: Effects of Age and Fingertip Size.</a> PLoS One. 8 (12), (2013).</li>
<li>Tong, J., Mao, O., Goldreich, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-point+orientation+discrimination+versus+the+traditional+two-point+test+for+tactile+spatial+acuity+assessment%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Two-point orientation discrimination versus the traditional two-point test for tactile spatial acuity assessment.</a> Front Hum Neurosci. 7, 579(2013).</li>
<li>Goldreich, D., Wong, M., Peters, R. M., Kanics, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Tactile+Automated+Passive-Finger+Stimulator+%28TAPS%29%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">A Tactile Automated Passive-Finger Stimulator (TAPS).</a> J Vis Exp. (28), (2009).</li>
<li>Coste, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezo+proteins+are+pore-forming+subunits+of+mechanically+activated+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Piezo proteins are pore-forming subunits of mechanically activated channels.</a> Nature. 483 (7388), 176-181 (2012).</li>
<li>Martinez-Salgado, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stomatin+and+Sensory+Neuron+Mechanotransduction%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Stomatin and Sensory Neuron Mechanotransduction.</a> J Neurophysiol. 98 (6), 3802-3808 (2007).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

用于评估振动触觉阈值（VDT）的技术因设备规格、硬件和测试方案的不同而有所差异。国际标准化组织（ISO）规定了分析和解读振动触觉阈值的方法与程序，包括振动计各个组件的推荐要求（ISO 13091-1 和 226,27）。所述测试系统符合相关 ISO 建议，测试频率范围为 4–125 Hz，采用上下阶梯法与强制选择法的变体，探头尺寸为光滑边缘的平坦圆形，测试在室温下进行。该装置可配备传感器以确定探头的位置和位移，也可选择配备坚固的周围结构以隔离振动刺激。
所述设备的优点在于具有以下特性：组件易于获取且组装简便；频率范围可调（1-500 Hz）；振幅范围宽（位移5 nm-90 µm）；配备多种探头尺寸；可对振动刺激的强度和持续时间进行编程控制；并可灵活应用于采用多种自适应方法的心理物理学测试方案。尽管已有便携式系统可用28，本装置仍具备良好的可移动性，已在学校、研究机构和医院等多种场所使用。然而，研究机构应配备完善的加工车间，以便制作实验装置所需的其他工具和设备。目前市场上也有 commercially assembled 且即用型的系统（<...

皮肤中的特化机械感受器介导振动和光栅方向的感知。每种类型的机械感受器均被调谐以检测触觉刺激的不同特征1,2。该特性为使用传递简单正弦振荡（振动）或细光栅的测试方法对机械感觉功能进行差异化评估提供了心理物理学基础。已知高频振动的振动感知心理物理学阈值低于低频振动3,4。与迈斯纳小体和帕西尼小体相关的两种快速适应性机械感受器主要分别检测低频（10–40 Hz）和高频（100–200 Hz）振动刺激5。目前认为，振动感知的心理物理学阈值在很大程度上依赖于这两类机械感受器在其最佳频率下的激活6,7。触觉空间分辨能力通过光栅方向辨别任务进行测试，以确定受试者能够分辨其方向的最细光栅7-9。默克尔细胞-神经末梢复合传入纤维对于检测光栅方向至关重要8,10。有趣的是，近年来在理解机械感受器如何探测极微弱触觉刺激的分子机制方面已取得显著进展11。机械敏感性离子通道（如Piezo2）以及调节因子（如STOML3）已被直接证实参与触觉感受器对精细触觉刺激的检测12-15。目前已发现携带Piezo2基因功能改变突变的人类患者，今后重要的是检验这些患者是否存在触觉功能缺陷16。
振动触觉阈值的测定依赖于向皮肤传递振动刺激。振动检测阈值随振动频率的变化而变化。自20世纪30年代至90年代以来，von Bekesey、Verillo 和 Bolanowski 等众多研究者已对振动频率与检测阈值之间的关系曲线进行了描述5,17。早期设备基于振动台和功率放大器，目前已有多款设备实现商业化，在刺激器的选择（测试频率）、与皮肤接触探头的直径、是否使用环绕结构以限制刺激区域，以及确定阈值的测试方案等方面存在较大差异（有关设备及测试特征的更详细信息，请参见以下参考文献）18-20。大多数设备通常仅测试一个部位；然而，也出现了新型设备，采用带有两个探头的垂直位移刺激器，可调节探头间距以施加不同分离距离的振动刺激21。此外，检测阈值可通过连续振动刺激下的频率或强度辨别来测量，也可通过间歇性振动刺激（无论是否附加掩蔽刺激）进行测量。因此，我们建议读者关注该领域内已有的大量技术进展。
本文介绍了该设备的组成部分，以及如何对人类受试者进行心理物理学测试以测定振动觉检测阈值的逐步操作指南。随后，我们展示了如何使用触觉分辨立方体手动评估触觉敏锐度。实验采用双区间强制选择范式：刺激始终在两个时间段中的其中一个呈现，受试者需判断哪个时间段包含了振动刺激。我们采用转换规则的上下自适应法作为阈值搜索策略，根据受试者在测试中的表现动态调整刺激强度。这两种心理物理学检测方案均可供研究人员用作评估触觉敏感性变化的筛查工具。

<table><tbody><tr><td>压电驱动器</td><td>Physik Instrument, Germany</td><td>P-602.1L</td><td>线性压电驱动器内置位置传感器和运动放大器，包含一种压电陶瓷材料，当施加电压时会伸长或收缩。该压电驱动器的最大行程可达100 &amp;micro;m。驱动器配备柔性导向装置，可确保直线运动，无倾斜或横向偏移。位移呈线性，校准由制造商完成并经过检查。建议在显微镜下检查探针的轴向运动。根据制造商说明，在1000 Hz的振荡频率下，刺激幅度衰减小于20%。可通过力或位移测量设备（例如Kleindiek公司的力传感器）进行验证。</td></tr><tr><td>压电放大器/伺服控制器</td><td>Physik Instrument, Germany</td><td>E-665</td><td>E-665放大器/控制器用于驱动和控制带位置反馈传感器（SGS传感器）系统的低压压电驱动器的位移。该伺服控制器支持闭环操作模式。在施加正弦波或振荡刺激时，从500 Hz开始，输出信号幅度开始偏离设定值，并在1000 Hz时最大衰减达20%。&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>LabChart软件</td><td>ADInstruments, USA</td><td>LabChart 7, MLU60/8</td><td>可用于创建、存储和运行心理物理学测试算法的宏。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>PowerLab</td><td>ADInstruments, USA</td><td>PowerLab 4/35 PL3504</td><td>数据采集硬件，与LabChart软件配合使用。</td></tr><tr><td>黄铜杆</td><td>定制</td><td></td><td>由纯黄铜制成，重15.5 kg。当压电驱动器安装在黄铜杆上时，应使探针在皮肤表面施加约30 g的力。</td></tr><tr><td>显示器</td><td>定制</td><td></td><td>用于标记第一个和第二个时间区间。显示器向受试者提示刺激可能出现的时间段。</td></tr><tr><td>反应盒</td><td>定制</td><td></td><td>受试者用以指示刺激发生的时间区间。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>基板&amp;nbsp;</td><td>定制</td><td></td><td>上表面应光滑（塑料材质），下表面为泡沫材料，以防止杂散振动传递至刺激探针。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>探针</td><td>定制</td><td></td><td>由热塑性材料制成的平圆形探针，边缘光滑，连接在螺钉头部。螺钉尺寸应合适，可直接拧紧至压电驱动器的运动部件上。探针尺寸可根据需要调整；本实验中，直径为8.21 mm，表面积为52.9 mm&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt;。</td></tr><tr><td>LabChart脚本</td><td></td><td></td><td>可根据请求提供。参见补充代码文件。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>触觉分辨力测试立方体</td><td>MedCore</td><td></td><td>该立方体包含六个面，每个面上均有不同宽度的光栅（条状凸起与凹槽），宽度分别为0.75、1.25、1.75、3.0、4.5和6.0 mm。&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

人体振动感知阈值与触觉空间敏锐度的测量

Measurement of Vibration Detection Threshold and Tactile Spatial Acuity in Human Subjects

能够精确定义振动和光栅方向心理物理阈值的测试，为机械感觉功能提供了有价值的信息，这些信息对于临床诊断以及基础研究均具有重要意义。本文介绍了两种心理物理测试方法，分别用于测定振动觉检测阈值（自动化系统）和触觉空间分辨能力（手持式设备）。这两种测试程序均采用双区间强制选择法和转换规则的上下法实验范式。这些测试已被用于获取来自不同人类群体（如双胞胎或感觉神经性耳聋患者）个体的机械感觉特征谱型。

压电驱动器向受试者提供振动刺激。振动刺激的总持续时间为1.8秒，在每次试验中仅于第一或第二时间间隔内呈现一次（图2A）。刺激起始和终止时的上升与下降时间分别由函数 (1-e-bt)∙Amplitude∙sine(frequency) 和 (e-bt)∙Amplitude∙sine(frequency) 确定，其中b设定为9.1。刺激起始和终止时的上升与下降时间分别为500毫秒和600毫秒，且与测试频率和振幅无关。刺激在起始相和终止相之间的持续时间为700毫秒。逐渐上升和下降的设计可确保刺激传递平滑。
振动检测阈值依赖于刺激频率，因为不同频率的刺激由不同的感觉感受器介导。根据人类心理物理学调谐曲线，检测阈值介于约 20 nm 至约 45 µm 之间5。因此，构建了一组包含 35 个刺激强度水平（范围从 18 nm 到 45 µm）的振动波形（<strong...

本文介绍了利用心理物理学方法测定人体振动觉检测阈值和触觉敏锐度的实验方案。

能够精确定位振动和光栅方向心理物理阈值的测试为……提供了有价值的信息

本心理物理学实验的主要目标是确定触觉空间敏锐度中振动检测的阈值。该方法可通过生理学手段帮助我们探讨一些关于感觉医学的有趣问题，尤其是触觉相关的问题。该方法的主要优势在于，我们能够获得个体机械感觉特征的定量信息，这些信息既可用于临床诊断，也可用于基础研究。我们首先在一项双生子研究中应用了该方法，以检验人类的触觉特征是否具有遗传性。由于该操作流程以及我们所采用的适应性方法较为复杂，因此对该方法进行可视化演示至关重要。首先将一块40 cm × 80 cm的光滑表面板放置于桌面上，开始组装设备的各个组件。然后，将一根黄铜条放置在该板上。接着，准备控制器单元。接下来，将反应箱和监测设备连接到数据采集系统。然后，将定制的刺激探头拧到压电驱动器的移动部件上。最后，将带有探头的压电驱动器安装到天平黄铜杆上。首先，将受试者带入一个安静的房间，并让他们坐在设备附近。向受试者说明测试流程，并让其签署书面知情同意书。然后，将受试者手臂放置于固定板上，并用医用橡皮泥垫在小指下方以减少移动。接着，将黄铜棒放置于固定板上，并使用水平仪将探头水平置于受试手小指指甲床下方的位置。避免皮肤接触圆形扁平探头的边缘。测试开始前，通过调整振幅，向受试者呈现易于感知和难以感知的振动刺激，以确保其理解测试流程。随后，运行采用双选强制选择法结合上下自适应方法的脚本，开始测试。每次试验中，在两个时间间隔之一随机施加振动刺激，这两个时间间隔在受试者前方的屏幕上以数字“1”或“2”进行视觉提示。要求受试者通过按压反应盒上的数字“1”或“2”来判断振动刺激出现在第一个还是第二个时间间隔。如果受试者无法确定刺激呈现的时间，应要求其做出猜测反应。总共完成六到九次试验，并在同一振幅水平下至少连续重复六次相同的振动刺激。如果所有反应均正确，则降低后续试验系列的刺激强度水平。根据自适应方法的判定规则，若受试者在某次试验系列中出现错误，则应在相同刺激强度下为其增加更多试验次数。如果在至少五次试验中正确识别了刺激，且错误识别少于两次，则降低刺激强度。如果受试者在一次试验序列中出现两次错误反应，或错误反应超过一次且正确反应少于五次，则增加刺激强度。将刺激强度变化的方向记录为反转点。根据反转点的序号调整刺激强度。例如，在第三次反转点之前，每次调整四个强度等级；而在第三次反转点处，每次调整两个强度等级。否则，每次调整一个等级。当受试者完成总共八次反转后，结束测试。最后，取最后六次反转时刺激振幅值的中位数，计算振动觉检测阈值（VDT）。首先，在温度为 20 至 30 摄氏度的安静房间内，向受试者说明任务步骤。接着，使用遮光眼罩蒙住受试者的眼睛。将受试者的优势手放置在桌面上，手掌朝上。每次试验中，将触觉敏锐度立方体（TAC）以两种光栅方向之一接触手指指腹，光栅方向与手指长轴垂直或平行。将TAC的光栅接触手指指腹持续两秒钟，使立方体的全部重量作用于手指。然后，要求受试者在立方体从其手指移除前判断对齐光栅的方向。起始时使用最大的光栅，即6.0毫米，并在受试者连续两次正确识别方向后，减小光栅宽度。接着测试下一个更小的宽度，并按照递进规则继续测试，直到受试者出现一次错误反应为止。然后，将此光栅宽度记录为一个反转点。再次逐步增加光栅宽度，直至能够正确判别该宽度的两个方向。最后，在完成13次反转后结束测试，并通过计算最后10次反转光栅宽度的中位数，得出触觉光栅方向辨别阈值。此处展示了一次典型的测试过程，用于测定 125 Hz 频率下的振动感知阈值。刺激强度的降低需要至少连续六次正确的反应。此外，刺激强度变化方向的改变标志着试验序列轨迹中的一个反转点，且需要至少两次错误反应。当反转次数少于三次时，刺激强度以四个等级为步长进行调整，第三次反转后改为两个等级，最后以一个等级的步长确定阈值。在触觉立方体实验中，每次试验包含垂直和水平两次刺激，阈值为1.6毫米，即最后10个反转点光栅宽度的中位数。一旦掌握，若操作得当，该技术可在约30分钟内完成。观看本视频后，您将能够充分了解如何测量人类的振动觉检测阈值以及触觉敏锐度。

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振动检测阈值和触觉敏锐的空间在人类受试者的测量

我们介绍一种用于研究触觉的计算机控制设备：触觉自动被动式手指刺激器（Tactile Automated Passive-finger...

一种触觉自动化被动式手指刺激器（TAPS）

我们介绍了两种用于大鼠脊髓损伤急性期或慢性期的触觉感觉测试方法。这些经过验证的实验步骤能够检测类似异常性疼痛感觉的发生和维持。...

大鼠脊髓损伤后急性期与慢性期触觉感觉功能检测

电子 von Frey 测量法是对传统 von Frey...

使用电子 von Frey 仪器测量小鼠后肢触觉敏感性的变化

本文探讨了前臂之间的对侧触觉掩蔽现象，即远程部位施加的振动可调节触觉检测阈值。哪些远程部位会产生影响的详细信息，有助于揭示大脑对身体的表征方式。...

前臂间的触觉掩蔽测试

本文介绍了一种向人类受试者大腿施加振动触觉刺激的技术，并测量受试者针对不同刺激位置和频率组合的自主反应的准确性和反应时间。...

一种评估自主运动反应对振动触觉刺激及时性与准确性的方法

本实验方案的目的是展示一种在健康人群中暂时干扰上肢本体感觉的实用方法。...

一种简单无创的上肢本体感觉临时抑制方法

我们提出了一种在物体转移任务中施加视觉-触觉不匹配刺激的实验方案。具体而言，在执行手部被遮挡的方块转移过程中，通过虚拟呈现的方式随机显示方块虚假掉落的情景。该方案还描述了在执行运动任务的同时添加振动触觉反馈的方法。...

在带有振动触觉反馈的物体传递过程中施加视觉-触觉不一致刺激

本研究描述了一种评估舌尖中线触觉感知的标准方法。利用冯·弗雷毛（Von Frey Hair,...

使用Von Frey单丝纤维评估中线舌部点压觉体感功能

本文介绍了一种触觉半自动被动指腹角度刺激器TSPAS，这是一种评估触觉空间敏锐度和触觉角度分辨能力的新方法。该方法采用计算机控制的触觉刺激系统，将凸起的角度刺激施加于受试者的被动指腹上，同时对移动速度、距离和接触持续时间进行精确控制。...

触觉半自动被动手指角度刺激器（TSPAS）

本方案描述了一种用于驾驶相关研究的驾驶模拟平台及触觉振动工具包，并展示了一个探究触觉警示有效性的示例实验。...

用于驾驶相关研究的触觉振动工具包与驾驶模拟平台

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。...

使用栅格方向测试评估空间性舌部触觉敏感度

了解心理物理学方法测量人类振动检测阈值和触觉空间敏锐度。该技术可获取个体机械感觉定量数据，适用于临床诊断与基础研究，包括双生子研究验证触觉特征的遗传性。

人体振动感知阈值与触觉空间敏锐度的测量

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