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Behavior

Misura di rilevamento delle vibrazioni Soglia e tattile spaziale Acuity in soggetti umani

Published: September 1, 2016 doi: 10.3791/52966

Summary

Qui, vi presentiamo i protocolli per determinare le soglie di rilevamento delle vibrazioni e l'acuità tattile con metodi psicofisici nell'uomo.

Protocol

Il protocollo di test è stato approvato dal Comitato Etico Charité-Universitätsmedizin.

1. rilevamento delle vibrazioni Soglia (VDT)

  1. Dispositivo e montaggio protocollo di test - Pretesting
    1. Assemblare i componenti del dispositivo di figura 1A. Posizionare un bordo di superficie liscia (40 cm x 80 cm) su un tavolo. Posizionare la barra di ottone sulla scheda.
    2. Collegare l'attuatore piezoelettrico (vibrazione stimolatore) all'unità di controllo.
    3. Collegare la scatola di risposta e il dispositivo monitor al sistema di acquisizione dati (vedi file di codice supplementare).
    4. Collegare il sistema di acquisizione dati ad un computer (o laptop), e per piezo unità di controllo attuatore.
    5. Fissare la misura stimolante sonda alla parte mobile dell'attuatore piezoelettrico (per le specifiche della sonda vedere Materials).
    6. Montare l'attuatore piezoelettrico con la sonda sulla barra di ottone equilibrata.
  2. test Protocol
    1. Script un protocollo di prova che implementa la scelta forzata di due intervalli e-regola trasformato su e giù il metodo. Vedere file di codice supplementare per una descrizione dei script.
    2. Costruire la forma d'onda dello stimolo vibrazioni come un'onda sinusoidale e specificare la durata di stimolo, salire e scendere le caratteristiche.
      1. Aprire il software (ad esempio, LabChart). Selezionare Impostazione> stimolatore.
      2. Scegli una forma d'onda personalizzato e configurare le opzioni stimolatore. Crea 2 forme d'onda di stimolo relativi a ciascun intervallo (STIM1 e stim2).
        NOTA: Il STIM1 forma d'onda è costituita da 3 parti: un ritardo di 4 secondi, seguita da un'onda sinusoidale di 1,8 sec, e un ritardo di 1,8 sec (senza stimolo). La forma d'onda STIM 2 è costituita da 3 parti: un ritardo di 4 secondi, seguito un ritardo di 1,8 sec (senza stimolo), e da un'onda sinusoidale di 1,8 sec.
      3. Per la forma d'onda sinusoidale, creare nuovi parametri variabili per frequenza e ampiezza. modify la funzione d'onda sinusoidale inserendo le seguenti funzioni per l'ascesa e la caduta.
        Aumento della forma d'onda: (1-e -BT) ∙ ∙ ampiezza sinusoidale (frequenza), b = 9.1
        Autunno forma d'onda: (e -BT) ∙ ∙ ampiezza sinusoidale (frequenza), b = 9.1
      4. Nel pannello dati del grafico laboratorio, creare una serie di 35 uscite in tensione relativi ai 35 intensità di ampiezza (o livelli) dello stimolo vibrazioni. Vedere la Tabella 1.
    3. Impostare l'ampiezza di partenza / default dello stimolo di vibrazione per la frequenza di vibrazione testato nello script macro per la procedura di test (vedi sezione supplementare file di codice).
  3. Preparazione e formazione di soggetti - Test Session
    1. Informare i soggetti di prova circa la procedura di test e li hanno firmare un modulo di consenso scritto. Per garantire l'anonimato e soddisfare i requisiti di protezione dei dati, assegnare ad ogni partecipante un numero.
    2. Sedile i soggetti comodamentein una stanza tranquilla a temperature comprese tra 20-30 ° C. istruirli sul test in modo semplice e chiaro in modo che il soggetto sa che cosa aspettarsi durante il test.
    3. Posizionare il braccio del soggetto sulla scheda. Pad il mignolo con la pasta medica per ridurre al minimo il movimento. Posizionare la barra di ottone sulla tavola per posizionare la sonda sul mignolo della mano testato appena sotto il letto ungueale. Garantire contatto tra la sonda e la pelle e regolare la posizione della sonda in posizione orizzontale con il livello dell'acqua. Evitare il contatto con i bordi della sonda piatta circolare.
      NOTA: Questo assicura che la superficie piatta della sonda applica circa 30 g (0,3 N) alla superficie della pelle. Gli spigoli vivi possono portare a soglie di rilevamento diminuito. La massa pesante della barra di ottone impedisce la trasmissione delle oscillazioni distrarre dalle frazioni al dispositivo e minimizza la dissipazione dell'onda sinusoidale applicata.
    4. Prima della prova, ottenere il partecipantes familiarizzato con la messa a punto. A seconda della frequenza di test, presente sia un facile (livello 23) e un disco (livello 7) per percepire stimoli vibrazioni variando l'ampiezza finché il soggetto percepisce una vibrazione per garantire che la procedura sperimentale è capito.
    5. Se necessario, ripristinare la partenza di ampiezza (default) alla frequenza selezionata in modo che il soggetto può facilmente rilevare lo stimolo all'avvio del protocollo di test (vedi 1.2.3).
    6. Ridurre al minimo le interazioni tra soggetto ed esaminatore durante la prova.
    7. Inizia il test eseguendo lo script che utilizza la procedura di scelta forzata a due alternative con il metodo adattivo up-down 22.
      NOTA: Le azioni in 1.3.7-1.3.12 sono automatizzate per lo script del programma.
    8. In ciascuna prova, gestire in modo casuale uno stimolo vibrazione durante uno dei due intervalli che sono visivamente indicati alla prova soggetto come "1" e "2" sullo schermo del monitor (Figura 1B).Avere il soggetto indicare se la prima o la seconda intervalli sequenziali contenevano lo stimolo di vibrazione premendo uno dei due pulsanti "1" o "2" sulla casella di risposta. Lasciate che il soggetto fare un'ipotesi, se lui o lei non è sicuro quando lo stimolo è presentato.
      NOTA: La tecnica scelta forzata richiede che il soggetto risponde anche quando la vibrazione non è percepito.
    9. In una serie di prova, che consiste di 6 ad un massimo di 9 prove singole, ripetere lo stesso stimolo vibrazioni ad un livello di ampiezza almeno sei volte consecutivamente. Se le risposte sono tutti corretti, ridurre il livello di stimolo intensità (in basso regola) per la successiva serie di prove.
    10. In base alla regola di decisione del metodo adattivo (operatori logici nello script), concedere il soggetto più prove per la stessa intensità dello stimolo se il soggetto fa errori in una serie di prova. Ridurre l'intensità dello stimolo se lo stimolo è correttamente identificato in almeno 5 prove, e non correttamente in meno di 2prove.
    11. Aumentare il livello di stimolo se il soggetto rende le 2 risposte errate in una serie di prova; o, più di una risposta non corretta e meno di 5 risposte corrette.
    12. Documentare il cambiamento della direzione di intensità dello stimolo, come punto di inversione. Modificare l'intensità dello stimolo in base al numero del punto di inversione: prima del terzo punto di inversione da 4 livelli di intensità; al 3 ° punto di inversione da 2 livelli di intensità; il resto di 1 livello (per maggiori dettagli vedi file di codice supplementare e figura 4B).
    13. Terminare la prova quando il soggetto completa un totale di 8 inversioni.
    14. Calcolare il VDT prendendo la mediana del valore dello stimolo ampiezza degli ultimi 6 inversioni.

2. tattile spaziale Acuity test

  1. Determinare l'acuità tattile con un test di orientamento a due alternative scelta forzata reticolo utilizzando la tattile Acuity Cube (TAC). Il TAC è composto da 6 lati contenenti ciascunaun reticolo (bar e femmina) la cui larghezza è 0,75 millimetri, 1,25 millimetri, 1,75 millimetri, 3,0 millimetri, 4,5 millimetri, e 6,0 mm.
  2. soggetti di seduta in una stanza tranquilla a temperature comprese tra 20-30 ° C e istruire il compito.
  3. Durante l'esperimento, bendare i soggetti del test che utilizzano gli occhiali schermati. Posizionare la mano dominante su un tavolo con la superficie palmare rivolta verso l'alto.
  4. In ciascuna prova, applicare la TAC al pad dito su uno dei due orientamenti reticolo: verticale (direzione parallela) o orizzontalmente (direzione trasversale) allineato all'asse lungo del dito. Casualmente scegliere l'ordine dell'orientamento griglia per ogni prova.
  5. Applicare le grate del TAC per 2 secondi al pad dito del dito indice in modo che il cubo esercita tutto il suo peso sul dito (233 g). Evitare di premere il TAC sul pad dito.
  6. Chiedi soggetti per determinare l'orientamento del allineamento entro il cubo viene rimosso dal dito.
  7. Evitare il movimento di fi del partecipantedito perché potrebbe fornire uno spunto per l'orientamento. Eliminare il processo se lo sperimentatore rileva che il dito si è mosso.
    NOTA: Attenzione che i movimenti delle dita piccole potrebbero non essere rilevati dallo sperimentatore nella procedura.
  8. Utilizzare un two-down e one-up metodo adattivo nell'algoritmo scala.
  9. Inizia con il più grande reticolo, 6,0 millimetri.
  10. Diminuire la larghezza reticolo dopo due corretta identificazione dell'orientamento (risposta corretta).
  11. Testare il prossimo larghezza, più piccolo e continuare con la regola passo fino a quando il soggetto fa una risposta non corretta e documentare la larghezza reticolo come un punto di inversione.
  12. Aumentare nuovamente la larghezza graduale reticolo finché i due orientamenti di larghezza sono determinati nuovo correttamente.
  13. Terminare il test dopo il completamento di tredici inversioni.
  14. Calcolare la soglia di orientamento reticolo tattile prendendo la mediana delle larghezze reticolo delle ultime 10 inversioni.

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Representative Results

L'attuatore piezoelettrico fornisce lo stimolo vibrazioni al soggetto. Lo stimolo di vibrazione ha una durata complessiva di 1,8 sec e viene presentata solo una volta durante una prova durante il primo o secondo intervallo (Figura 2A). L'ascesa e la caduta di tempo al momento della comparsa e offset dello stimolo è determinato, rispettivamente, in cui dalle funzioni (1-e -BT) ∙ ∙ ampiezza sinusoidale (frequenza), e (e -BT) ∙ ∙ ampiezza sinusoidale (frequenza), b è fissato a 9,1. L'ascesa e la caduta di tempo di insorgenza e offset sono 500 e 600 msec, rispettivamente, e sono indipendenti dalla frequenza di test e l'ampiezza. La durata dello stimolo tra l'inizio e offset fasi è di 700 msec. L'ascesa e la caduta progressiva garantisce una consegna di stimolo liscio.

soglie di rilevamento vibrazioni dipendono dalla frequenza di stimolazione perché sono mediati da differenti sensorecettori ry. Secondo la curva di accordatura psicofisico umano, le soglie sono comprese tra ~ 20 nm a ~ 45 micron 5. Pertanto, un insieme di 35 livelli di stimolazione (range da 18 nm a 45 micron) della forma d'onda di vibrazione è costruito (Figura 2B) i cui valori di ampiezza sono disposti logaritmica (base 10; stimolo n + 1 = 10 0,1 ∙ stimolo n). Questa gamma di ampiezze è progettato per consentire di verificare a frequenze che vanno da 1-250 Hz. L'ampiezza dello stimolo di partenza è di solito impostato sopra la soglia media rilevamento delle vibrazioni per un particolare test frequenza di vibrazione. Precedenti osservazioni sulle curve di regolazione di frequenza ottenuti da entrambi gli studi psicofisici misurati soglia media di rilevamento di circa 300 nm per alta frequenza (> 100 Hz), stimoli e ~ 3 micron per le frequenze più basse (<40 Hz) 5,23,24.

Il rapporto della tensione di ingresso di guida in Oce uscita di spostamento dell'attuatore piezoelettrico misurata dal sensore estensimetrico (SGS) a 10 e 125 Hz sono illustrati nelle Figure 3A e 3B. La relazione è lineare (coefficiente di correlazione, r 2 = 0,9992) per il set di intensità di vibrazione utilizzato (Figura 3C). C'era un rapporto quasi identico tra tensione di ingresso e di uscita a spostamento forme d'onda sinusoidali di ampiezza 20 nm (Figura 3D).

In figura 4, una tipica sessione di test in cui la soglia di rilevamento delle vibrazioni al mignolo destro viene determinata a 125 Hz. La ricerca della soglia inizia con uno stimolo che è sopra la soglia del livello di ampiezza 23 (676 nm spostamento). La sessione sperimentale è costituito da più serie di prove singole. Una serie è composta da un massimo di 9 prove singole applicate a livello di stimolo una vibrazione. Una diminuzione stimulus intensità (livello) in generale richiede almeno 6 risposte corrette sequenziali (Figura 4A). Un cambiamento nella direzione della intensità dello stimolo segna un punto di inversione in pista serie prova e richiede almeno due risposte errate. L'entità della variazione di intensità dello stimolo dipende dal numero di inversione. Per verificare rapidamente per la soglia, l'intensità dello stimolo viene modificata in passi di 4 livelli quando il numero di inversioni è inferiore a 3, seguito da 2 livelli al 3 ° inversione (direzione verso l'alto). Altrimenti, l'intensità dello stimolo cambia in passi di 1 livello per determinare con precisione la soglia (Figura 4B). soglia del soggetto è calcolato convertendo l'intensità dello stimolo mediana delle ultime 6 punti di inversione; in questo caso 401 nm. La procedura regola trasformato su e giù converge al valore soglia a cui il 75% delle risposte sono corrette. Questo è stato calcolato sulla base delle sequenze di risposta che portano a una regola verso il basso utilizzando la seguente formula: p 6 + 6p 6 (1-p) + 6p 6 (1-p) 2, dove p è la probabilità di una risposta corretta...

Nello stesso soggetto, l'esperimento cubo tattile stato fatto (Figura 5). Ogni prova è composto da 2 stimolazioni. Una regola di due-down e one-up è impiegato e l'esperimento si conclude dopo 13 punti di inversione. La soglia acuità tattile è di 1,6 mm è il valore medio delle ampiezze reticolo degli ultimi 10 punti di inversione. La regola scala 2-down e 1-up converge ad una corretta soglia del 71% 25.

Figura 1
Figura 1: schema che illustra i componenti di installazione per la misurazione delle soglie vibrotattili (A) e una prova tipica prova (B).e.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

figura 2
Figura 2: Caratteristiche fisiche dello stimolo vibrazioni (A) presentazione schematica della forma d'onda di stimolo.. (B) per ampiezze stimoli di vibrazione (l'asse x ha una scala logaritmica). Il cerchio nero indica la resistenza di ampiezza di partenza per il test delle vibrazioni a 125 Hz. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
Figura 3: Rapporto della guida tensione di ingresso all'uscita spostamento dell'attuatore piezoelettrico a 10 Hz e 125Hz forma d'onda sinusoidale, (A e B), misurata dal sensore integrato SGS. (C) il rapporto tra la tensione di ingresso di guida 125 Hz e spostamenti di uscita misurate per l'insieme di livelli di intensità di vibrazione utilizzate nelle prove. (D) tensione di ingresso quasi identica allo spostamento di uscita al livello di intensità più basso, 20 nm. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4
Figura 4:. Una performance tipiche di un soggetto viene visualizzata sul-scelta forzata test di rilevamento delle vibrazioni a due intervalli (A) le risposte del soggetto (corrette, cerchi aperti; non corretti, cerchi neri) vengono riportati contro il numero di serie di prova. (B) un depic schemating il metodo adattivo che cerca la soglia modificando entrambe le dimensioni e la direzione di passo (cioè, aumentando e diminuendo il livello) attraverso una serie di prove. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5
. Figura 5: prestazioni tipiche di un soggetto sull'algoritmo due alternative a scelta forzata per l'attività di orientamento reticolo utilizzando il cubo acuità tattile Le risposte del soggetto (corrette, cerchi aperti; non corretti, cerchi neri) sono tracciate contro il numero di prova . clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Stimulnoi i livelli e le tensioni di uscita corrispondenti (V) per ampiezze di stimolo
(Spostamento di ampiezza 1 V = 10 micron)
1 0,00,179 mila 13 0,02,839 mila 25 0.45
2 0,00,226 mila 14 0,03,574 mila 26 0,56,652 mila
3 0,00,284 mila 15 0,045 27 0,7132
4 0,00,357 mila 16 0,05,665 mila 28 0,89,787 mila
5 0,0045 17 0,07,132 mila 29 1,13,035 mila
6 0,00,567 mila 18 0,08,979 mila 30 1,42,302 mila
7 0,00,713 mila 19 0,11,303 mila 31
8 0,00,898 mila 20 0,1423 32 2,25,534 mila
9 0,0113 21 0,17,915 mila 33 2,83,931 mila
10 0,01,423 mila 22 0,22,553 mila 34 3,57,448 mila
11 0,01,791 mila 23 0,28,393 mila 35 4.5
12 0,02,255 mila 24 0,35,745 mila

Tabella 1: livelli di stimolo e le tensioni di uscita corrispondenti (V) per ampiezze di stimolo.

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Discussion

Le tecniche utilizzate per valutare VDT variano da specifiche del dispositivo, hardware e protocolli di sperimentazione. L'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione specifica i metodi e le procedure per analizzare e interpretare le soglie vibrotattili comprese le raccomandazioni per i vari componenti di un vibrometro (ISO 13.091-1 e 2 26,27) Il sistema di prova descritto si attiene alle pertinenti raccomandazioni ISO per gamma di frequenza di prova (4-125 Hz), il metodo (variante di scala up-down e scelta forzata), le dimensioni della sonda (liscia taglio piatto e circolare), e le prove a temperatura ambiente. La configurazione può essere dotato di un sensore che determina la posizione della sonda e spostamenti e facoltativamente può essere dotato di un contorno ferma isolare lo stimolo vibrazioni.

I vantaggi della menzogna descritto dispositivo nelle seguenti caratteristiche: disponibilità e facilità di montaggio dei componenti; gamma di frequenza 1-500 Hz; vasta ampiezzagamma (5 nm-90 micron spostamento); formati multipli sonda; programmabilità della dimensione vibrazioni stimolo e la durata; e la versatilità per psicofisico protocollo test con vari metodi adattivo. Anche se i sistemi portatili sono disponibili 28, la messa a punto è trasportabile ed è stato utilizzato in vari contesti, come le scuole, gli istituti di ricerca e ospedali. Centri di ricerca, tuttavia, dovrebbe avere un laboratorio ben attrezzato per fabbricare strumenti e dispositivi necessari per il setup sperimentale aggiuntivi. Ci sono commercialmente assemblato e pronto per i sistemi di usare, ad esempio caso IV o Medoc, ma questi sistemi sono configurati per fornire solo un set limitato di stimoli. Al contrario, il sistema può essere utilizzato per implementare un'ampia gamma di protocolli di stimolazione che sono limitati solo dalle caratteristiche dell'elemento piezoelettrico utilizzato. A causa delle dimensioni barra di ottone, non è possibile testare settori diversi mani e dei piedi. Il nostro dispositivo non utilizza un contorno per limitare la stimolazione dil'area della pelle testato ed è probabile che una zona più ampia più grande della pelle reale per sondare contatto viene stimolata. Infine, la procedura richiede attenzione dal soggetto per un periodo di tempo più lungo, 15 min in media. Normalmente i primi 3 inversioni hanno un grande cambiamento nei livelli di intensità (4 livelli) e una volta completata la soglia più probabile si trova all'interno di questa gamma di 4 livelli di intensità. Con il progresso della prova, è fatto bene determinazione della soglia. Ci sono altro criterio di arresto che potrebbe essere attuato e integrato nel procedimento adattativo descritto altrove 29.

Diversi parametri dei dispositivi che possono influenzare la soglia di rilevamento delle vibrazioni sono regolabili nel setup 17. Questi includono parametri del dispositivo come l'area di contatto della sonda per la pelle, l'uso di bordi circonda la sonda per limitare l'area di stimolazione, la frequenza di vibrazione selezionata, postura del polso, e l'algoritmo test psicofisico. psicofisico tEsting algoritmi che incorporano il metodo dei limiti e il metodo di scala sono stati utilizzati per determinare il VDT e non vi è consenso a favore di un metodo particolare. Soglie vibrotattili variano a seconda del metodo di prova utilizzato psicofisico 20. Stime di VDT per 125 Hz sono attendibilmente ottenuti nella gamma da 50 a 600 nm utilizzando il metodo adattivo descritto nel protocollo psicofisico e sono in accordo con VDT da altri studi 5,23. Per di più; script per i diversi metodi di adattamento possono essere facilmente sviluppate ed integrate per eseguire il test psico-fisico per la vibrazione soglia di rilevamento 25. La procedura adattiva abbiamo descritto per la determinazione della soglia di vibrazione assicura che per ogni livello di forza di stimolo risposte corrette del soggetto sono oltre 76% corretta per spostare verso il basso la forza scalinata stimolo 22. Dal momento che ci sono solo 2 possibili risposte, una serie di tentativi fortunati potrebbe erroneamente altera °misure reshold, soprattutto a livello di stimolo bassi. Per questo motivo abbiamo aggiunto una modifica che è una serie di prove per ogni livello di vibrazioni, al fine di minimizzare tali errori. I soggetti che non mostrano la consistenza durante la serie di prova - Variazioni di oltre 4 livelli tra i punti di inversione - sono in genere esclusi dallo studio. Il contatto pelle a sonda e di come si comporta la sonda mentre stimolando la pelle sono molto importanti per ogni esperimento psico-fisico al tatto la sensazione 30,31. L'attuatore piezoelettrico è dotato di un sensore strain compatto gauge (SGS) ha una larghezza di banda relativamente elevata (fino a 3 KHz) e una risoluzione molto buona con buona ripetibilità (0,1% di spostamento nominale). Pertanto, il dispositivo piezoelettrico presenta caratteristiche di alta affidabilità soprattutto quando si tratta a fini rientro anche a carichi statici. Il movimento è dritto perché il piezoelettrico (Picma attuatore piezoelettrico pila lineare) che usiamo è incorporato in una guida e questo garantisce l'assenza di moti lateralisopra. Inoltre, il servo-controllore può compensare automaticamente carichi variabili o forze.

La valutazione di acuità tattile abbiamo descritto qui si basa sulla consegna manuale di stimoli tattili. Il test richiede un'attenta applicazione dello stimolo per produrre la deformazione perpendicolare della pelle e distorsioni tranciatura che potrebbero fornire indizi per il soggetto. Abbiamo scelto una procedura leggermente diversa per la determinazione di acuità spaziale tattile e soglia vibrotattile. Non abbiamo scegliere di utilizzare un più ampio cambiamento del passo inizialmente utilizzando la TAC, perché è dotato di alcuni livelli per la larghezza reticolo (6 livelli) e questi non sono di dimensione costante o fisse ma variano dal più grande al più piccolo cambiamento del passo. La variazione di dimensioni delle larghezze reticolo tra i primi 3 livelli è 1,5 mm tra il 3 ° e 4 ° livello 1,25 millimetri, e 4 al 6 th 0,5 mm. La performance del soggetto nel compito orientamento reticolo è affetto,ta dalla profondità della penetrazione causata dallo stimolo tattile, la forza applicata, e il dito la dimensione del dito 32,33. Ci sono altre alternative al cubo acuità tattile: cupole JVP, e il compito di discriminazione a due punti. Le cupole JVP sono altre alternative al cubo tattile. I vantaggi sono che le cupole JVP hanno 8 reticolo larghezze che variano da 0,35 mm a 3,0 mm. Cupole JVP possono essere utilizzati per valutare l'acuità tattile spaziale della lingua e delle labbra 8, mentre a 2 punti compito di discriminazione non si basa sull'identificazione di orientamento grata e non è una misura valida per tattile acutezza spaziale 34. Recentemente, difficoltà associate con test manuale sono state migliorate mediante l'introduzione di un sistema di acuità tattile automatizzato che applica una scelta forzata paradigma per determinare la soglia tattile per grattare orientamento 35.

I metodi per ottenere le soglie vibrotattili e acuità tattile che abbiamo descrittosono stati impiegati per lo screening individui per touch-correlate tratti 3,7,9. In uno studio condotto dal nostro gruppo, abbiamo dimostrato che i tratti tattili sono ereditarie, e che certe lesioni genetiche che causano problemi di udito anche influenzati sensibilità al tocco 7. Inoltre, sensibilità al tocco può essere valutata in diverse condizioni sperimentali, come indotta acqua incresparsi dito 9. Sarà importante fare misurazioni quantitative di videoterminali e acuità tattile nei pazienti con possibile funzione alterare mutazioni nei geni coinvolti nella regolazione della sensibilità meccanorecettori 3,7. In effetti c'è stato un aumento recente per l'identificazione di geni direttamente coinvolti in questo processo, come Piezo2 e STOML3 1,13,14,36,37 e rapidi progressi in questo settore è sicuro di identificare nuovi geni che regolano tocco. L'influenza di varianti genetiche in tali geni "touch" sarà idealmente testato in pazienti con genotipizzazione Metodi quantitativi psicofisiche like quelli qui descritti.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Piezo actuator Physik Instrument, Germany P-602.1L The linear piezoelectric actuator, with integrated position sensor and motion amplifier, contains a piezoceramic material that elongates and contracts when voltage is applied. The piezoelectric actuator travels up to100 µm. The actuator is equipped with a flexure guide that ensures straight motion without tilting or lateral offset. The displacement is linear and calibration is done and checked by the manufacturer. It is recommended that on-axis movement of the probe be checked under the microscope. According to the manufacturer, the stimulus amplitude dampens by less than 20% at oscillating frequencies of 1000 Hz. This can be checked by using a force or displacement measuring device (e.g. force transducer from Kleindiek).
Piezo Amplifier/Servo Controller Physik Instrument, Germany E-665 E-665 amplifier/controller drives and controls the displacement of a low-voltage piezoelectric actuator in a system with sensor position feedback (SGS sensors). The servo-controller provides the option for closed loop operation. When applying sinusoidal and oscillating stimuli the amplitude signal deviates from the set amplitude starting from 500 Hz and reaches a maximum decrease of 20% at 1000Hz.  
LabChart Software ADInstruments, USA LabChart 7, MLU60/8 Can create, store and run macro of the psychophysical testing algorithm. 
PowerLab ADInstruments, USA PowerLab 4/35 PL3504 Data Acquisition Hardware. Used with LabChart software.
Brass bar Custom-made Bar made of pure brass, weighs 15.5 kg. When the peizoelectric actuator is mounted on the brass bar it should exert a force of 30 g weight on skin surface.
Monitor Custom-made To mark the 1st and the 2nd interval. The monitor indicates to the subject the time intervals during which the stimulus may be presented.
Response box Custom-made The subject indicates the interval at which stimulus occurred. 
Board  Custom-made Upper surface should be smooth (Plastic), lower surface made of foam to prevent stray vibration ot be transmitted to the stimulating pobe. 
Probe Custom-made A flat circular probe with smoothed edges (thermoplastic material) attached to a screw head. The screw should be of appropriate size to be tightened directly to the moving part of piezoelectric actuator. Size of the probe can be according to preference; in our case, diameter 8.21 mm and surface area 52.9 mm2.
Labchart Script Can be sent on request. See supplementary code file. 
Tactile Acuity Cube MedCore The cube is comprised of 6 sides each containing a grating (bar and groove) whose widths are 0.75, 1.25, 1.75, 3.0, 4.5, and 6.0 mm. 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

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Comportamento soglia di rilevamento delle vibrazioni a scelta forzata psicofisica acuità tattile orientamento grata sensoriale
Misura di rilevamento delle vibrazioni Soglia e tattile spaziale Acuity in soggetti umani
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Moshourab, R., Frenzel, H., Lechner, More

Moshourab, R., Frenzel, H., Lechner, S., Haseleu, J., Bégay, V., Omerbašić, D., Lewin, G. R. Measurement of Vibration Detection Threshold and Tactile Spatial Acuity in Human Subjects. J. Vis. Exp. (115), e52966, doi:10.3791/52966 (2016).

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