Summary
Diese Arbeit veranschaulicht ein Standardverfahren und eine Schwellenwertbestimmung durch den R-Index zur Beurteilung der räumlichen lingualen taktilen Empfindlichkeit unter Verwendung eines Gitterorientierungstests.
Abstract
Einzelne Schwellenwerte durch R-Index-Schätzungen werden mit einem Gitterorientierungstest (6 verschiedene Werkzeuge zur Erhöhung der Gitterrostgröße von 0,20-1,25 mm) berechnet, um die räumliche sprachliche taktile Empfindlichkeit zu beurteilen. Während des Experiments werden den Probanden die Augen verbunden und sie werden gebeten, die Ausrichtung des Gitters (entweder horizontal oder vertikal) auf der Zunge anzugeben. Der R-Index basiert auf der Signalerkennungstheorie (SDT) und ist eine geschätzte Wahrscheinlichkeit, einen Zielreiz (das Signal, z. B. die richtige Ausrichtung) im Vergleich zu einem alternativen Reiz (das Rauschen, z. B. die falsche Ausrichtung) korrekt zu identifizieren. Sobald die R-Index-Werte für jedes Subjekt und jede Werkzeugdimension berechnet sind, ist es möglich, den individuellen Schwellenwert abzuleiten, indem die beiden R-Indizes unmittelbar unter und über dem festgelegten Cut-off (typischerweise 75%) basierend auf einseitigen R-Index-kritischen Werten interpoliert werden. Dieses Verfahren kann im medizinischen Bereich hilfreich sein, um den Zusammenhang zwischen oraler tastlicher Empfindlichkeit, Sprachklarheit und Schluckstörungen zu untersuchen, sowie in sensorischen und Verbraucherstudien, um individuelle Variationen in der Texturwahrnehmung, den Ernährungspräferenzen und dem Essverhalten zu untersuchen.
Introduction
Die Textur und das Mundgefühl von Lebensmitteln spielen eine wichtige Rolle bei der Vorliebe1,2,3,4, und während die Forschung Unterschiede in der Texturwahrnehmung aufgrund von Faktoren wie Kauverhalten2,5, Speichelfluss und Zusammensetzung gefunden hat6,7, gibt es nur begrenzte Methoden, um die Variation der oralen taktilen Rezeptoren (Mechanorezeptoren) zu beurteilen. Die Mundhöhle beherbergt verschiedene Arten von Mechanorezeptoren im Mund: Merkel-Rezeptoren, Ruffini-Zylinder und Meissner-Teilchen8. Mechanorezeptoren können in zwei Gruppen eingeteilt werden: langsam anpassend und schnell anpassend. Langsam angepasste Mechanorezeptoren (Ruffini-Zylinder und Merkel-Rezeptoren) erzeugen kontinuierlich Signale, während sie stimuliert werden. Im Gegensatz dazu reagieren sich schnell anpassende Mechanorezeptoren (Meissner-Körperchen) auf den Beginn und das Ende der Stimulation mit einem Signal. Die taktile Schärfe variiert stark über Zungenoberflächen und zwischen Individuen, möglicherweise aufgrund von Unterschieden in der Empfindlichkeit des Mechanorezeptors. Die Lage und die Anzahl der Mechanorezeptoren in der Mundhöhle, die Unterschiede in der räumlichen Anordnung/Dichte der Mechanorezeptoren (räumliche Schärfe) oder die Unterschiede in ihrer Empfindlichkeit bei Aktivierung könnten die Ursache für diese intra- und interindividuelle Variabilität sein. Mehrere Methoden zur Bewertung und zum Screening auf Variation der Mechanorezeptorempfindlichkeit in der Mundhöhle wurden veröffentlicht, darunter von Frey-Filamente9,10, Buchstabenerkennung11,12, Gitterorientierungstests13 und flexibles Elektrodenarray14,15. Der Gitterorientierungstest erfordert, dass quadratische Gitter (Abbildung 1, Abbildung 2) mit unterschiedlichen Rillenbreiten auf die Zunge eines Probanden mit verbundenen Augen gelegt werden. Sie zeigen an, ob die Probanden die Gitter entweder in horizontaler oder vertikaler Ausrichtung wahrnehmen. Antworten werden verwendet, um durchschnittliche Schwellenwerte basierend auf der Fähigkeit des Probanden zu berechnen, die Ausrichtung für die verschiedenen Gittergrößen zu unterscheiden.
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Protocol
Eine informierte, schriftliche Einwilligung wurde von allen Teilnehmern unterzeichnet. Diese Studie wurde von der Ethikkommission der Universität Mailand (Nr. 48/19) genehmigt und in Übereinstimmung mit der Erklärung von Helsinki durchgeführt.
1. Schulung von Experimentatoren
- Nehmen Sie das Gitterwerkzeug und wenden Sie eine Kraft von 100 g auf einen Schwamm auf, der auf einer Waage platziert ist.
ANMERKUNG: In Abbildung 1 finden Sie den Schaltplan des in dieser Studie verwendeten Gitterwerkzeugs. - Wiederholen Sie diesen Vorgang mindestens 10 Mal, um die Variation der Kraft zu reduzieren, die durch das Gitter auf die Zungen der Probanden während des Tests sowohl innerhalb als auch zwischen den Experimentatoren ausgeübt wird.
2. Bewertungsverfahren
HINWEIS: Führen Sie die Beurteilung der taktilen Schärfe gemäß dem erforderlichen Gesundheits- und Sicherheitsstandard durch, um die Sicherheit des Probanden zu gewährleisten (z. B. Maske, Handschuhe und Laborkittel).
- Zeigen Sie alle Gitter (0,20 mm, 0,25 mm, 0,50 mm, 0,75 mm, 1,00 mm, 1,25 mm) (Abbildung 2) auf einem Tisch außerhalb der Sichtweite des Teilnehmers an.
- Setzen Sie den Teilnehmer in einen bequemen Stuhl und informieren Sie ihn, dass er das Experiment jederzeit verlassen kann.
- Informieren Sie den Teilnehmer, dass ihm während des Experiments die Augen verbunden werden und er gebeten wird, seine Zunge bequem und entspannt herauszustrecken.
- Machen Sie die Probanden vor Beginn des Experiments mit dem Verfahren vertraut, indem Sie das größte Gitter (1,25 mm) verwenden, um die ausgeübte Kraft (100 g für 3 s) zu demonstrieren.
- Benachrichtigen Sie die Teilnehmer, dass sie einen Schluck Wasser nehmen können, wann immer dies für angemessen erachtet wird.
- Tragen Sie jedes Gitter auf die Zunge des Probanden auf (vordere Region der Zunge nur um die Mittellinie).
- Bitten Sie die Probanden nach jeder Berührung, mit ihren Händen die Ausrichtung des Werkzeugs (entweder horizontal oder vertikal) und ihren Grad der Sicherheit (sicher, unsicher) anzugeben. Probanden müssen raten, wenn sie es nicht wissen.
- Notieren Sie nach jeder Berührung alle Antworten (horizontal, vertikal, sicher, nicht sicher) für jedes Thema in einer Tabelle (Ergänzende Tabelle 1).
- Wiederholen Sie jedes Gitter so oft, wie es für den ausgewählten R-Index-Cut-off als notwendig erachtet wird, z. B. 6 Mal, 3 horizontal und 3 vertikal (Ergänzende Tabelle 1).
- Sterilisieren Sie jedes Gitter nach dem Testen jedes Teilnehmers (siehe Abschnitt 4).
HINWEIS: Die Zunge sollte sanft aus dem Mund herausragen, ohne dass die Freiwilligen sich anstrengen, um eine übermäßige Ermüdung zu vermeiden, die zu einer Veränderung ihrer Leistungsergebnisse führen würde. Es ist wichtig zu beachten, dass je höher die Wiederholungen durch Gitter sind, desto zuverlässiger ist die Messung16.
3. Reinigungsprotokoll
- Bereiten Sie eine Lösung vor, die aus 20 ml Natriumhypochlorit (siehe Materialtabelle) besteht , die gemäß den Anweisungen des Herstellers in 1 L Wasser verdünnt ist.
- Schütteln Sie die Lösung manuell für einige Sekunden.
- Füllen Sie 6 Tassen mit ca. 20 ml der Desinfektionslösung, um jedes Werkzeug vollständig in die Lösung einzutauchen.
- Legen Sie jedes Werkzeug in die entsprechende Tasse.
- Lassen Sie die Werkzeuge 15-20 min einweichen.
- Spülen Sie die Werkzeuge gemäß den Anweisungen des Herstellers mit viel Wasser ab und schrubben Sie sie mit einer Zahnbürste, um sicherzustellen, dass Natriumhypochloritrückstände entfernt werden.
- Lassen Sie die Werkzeuge an der Luft trocknen.
4. Berechnung des R-Index
- Erstellen Sie eine Antwortmatrix für jeden Freiwilligen und für alle Werkzeuge (Abbildung 3), basierend auf den Antwortfrequenzen, die zur Berechnung des R-Index mithilfe der folgenden Gleichung verwendet werden:
HINWEIS: Der R-Index gibt die individuelle taktile Empfindlichkeit für jedes Werkzeug aus16. Der R-Index basiert auf SDT17 und stellt eine geschätzte Wahrscheinlichkeit dar, einen Zielreiz (d. h. das Signal) von einem alternativen Reiz (d. H. Dem Rauschen) zu unterscheiden. Das Signal und das Rauschen entsprechen der korrekten oder falschen Identifizierung der horizontal-vertikalen Ausrichtung des Gitters. Vier Ansprechoptionen für Signal und Rauschen können auftreten: "horizontal-sicher", "horizontal-unsicher", "vertikal-unsicher" und "vertikal-sicher"16. R-Index-Werte liegen zwischen 0 und 1. Ein höherer R-Index-Wert weist auf eine bessere Diskriminierung hin.
5. Sensitivität und Schwellenwertbestimmung durch die R-Index-Schätzungen
- Um zu bestimmen, ob ein Subjekt die Ausrichtung jedes Werkzeugs unterscheiden kann, berechnen Sie den Cut-off anhand einer Tabelle kritischer Werte für R-Index-Signifikanztests18
HINWEIS: Unter Berücksichtigung des vorliegenden Beispiels, das 36 Präsentationen entspricht (d.h. jedes Gitter 6 mal präsentiert, 3 horizontal und 3 vertikal), wird der Grenzwert für Diskriminierung auf 0,7426 entsprechend den einseitigen R-Index kritischen Werten für α = 0,0518 gesetzt. - Wenn eine ausreichend hohe Anzahl von Werkzeugen verwendet wird (z. B. sechs verschiedene Gitterdimensionen)19, leiten Sie R-Index-Schwellenwertschätzungen ab.
- Um den Schwellenwert für jedes Subjekt zu berechnen, interpolieren Sie die beiden R-Indizes unmittelbar unter und über dem Cut-off-Wert20.
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Representative Results
Insgesamt waren 70 gesunde Erwachsene (Altersspanne = 19-33 Jahre; Durchschnittsalter = 22,0; 52,9% Frauen) an der Studie beteiligt, wie Appiani et al. (2020)21 zeigt.
Als Beispiel wird die R-Index-Verteilung nach Alter für quadratisch 0,75 mm in Abbildung 4 dargestellt. Jeder Punkt repräsentiert ein anderes Thema. Probanden oberhalb der gepunkteten Linie (Cut-off-Wert: 0,7426) sind diejenigen, die die Ausrichtung des Gitters korrekt identifizieren (empfindlicher).
Die Leistung für die sechs Gitter und die abgeleitete R-Index-Schwellenwertschätzung eines Probanden ist in Abbildung 5 dargestellt. In diesem Fall entspricht der Schwellenwert 0,99 mm. Probanden mit niedrigen Schwellenwerten sind in der Lage, eine kleinere Balkengröße zu erkennen (empfindlicher), während Probanden mit hohen Schwellenwerten mehr Input (größere Balkengröße) benötigen, um den Reiz kognitiv wahrzunehmen (weniger empfindlich)10. Im vorliegenden Fall können die Schwellenwerte zwischen 0,20 und 1,25 mm liegen. Dennoch lassen sich zwei Extremwerte erreichen: Motive mit einem Schwellenwert <0,20 mm sind diejenigen, die die Ausrichtung der Quadrate ab der kleinsten Größe (0,20 mm) erkennen können. Umgekehrt können teilnehmer, die einen Schwellenwert > 1,25 mm aufzeichnen, keine der Gitterrostgrößen unterscheiden. Ein Beispiel für ein Schwellenwert-Dataset finden Sie in der ergänzenden Tabelle 2.
Abbildung 1: Beschreibung der Werkzeuge. Quadratische Schemazeichnung Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 2: Quadrate mit zunehmend vergrößerten Rillen/Stäben. Die Abbildung zeigt die sechs Gitterroste, die vom kleinsten (0,20 mm) bis zum größten (1,25 mm) reichen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Antwortmatrix. Die Abbildung zeigt die Antwortmatrix, die zur Berechnung des R-Index verwendet wird. Signal (S) und Rauschen (N) entsprechen der horizontalen bzw. vertikalen Ausrichtung. Buchstaben von "a" bis "h" sind ganze Zahlen, die Werte zwischen 0 und 3 annehmen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: R-Index-Verteilung nach Alter für Quadrat 0,75 mm. Die gepunktete Linie stellt den Cutoff-Wert (0,7426) dar. Themen, die sich über der gepunkteten Linie befinden, sind solche, die die Ausrichtung des Werkzeugs korrekt identifizieren. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Individuelle Schwellenwertberechnung. R-Index-Werte eines Subjekts und Berechnung des relevanten Schwellenwerts. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Ergänzende Tabelle 1: Ein Beispiel für eine Tabelle, die von den Experimentatoren verwendet wird, um die Antworten der Teilnehmer aufzuzeichnen. Die erste Spalte (Trial No.) stellt die Anzahl der Präsentationen dar; Beispielsweise werden 36 mögliche Präsentationen gemeldet. Die zweite Spalte (Kombination) gibt die Größe des Gitters (G) und die Orientierung (HORIZ./VERT.) an. Der Prüfer meldet die Antwort des Probanden in der Spalte "Antwort" (horizontal/vertikal) und gibt den Grad der Sicherheit anhand der letzten Spalte (Sicher/Unsicher) an. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
Ergänzende Tabelle 2: Der Datensatz, der zum Berechnen einzelner Schwellenwerte verwendet wird. Die ersten drei Spalten enthalten den Identifikationscode, das Alter und das Geschlecht für jedes Thema. In den Spalten 4-9 werden die R-Indexwerte für jedes Werkzeug angegeben. Fett gedruckt sind die Werte unmittelbar oberhalb und unterhalb des Cut-offs, die für die Berechnung einzelner Schwellenwerte durch Interpolation (letzte Spalte) verwendet wurden. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
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Discussion
Es gibt nur wenige gültige Instrumente zur Messung der taktilen Schärfe10,11,13,22. Von Frey-Filamente haben sich als adäquate Methode zur Messung der haut- und oralen tastbaren Schärfe erwiesen10,21,22. Diese Instrumente messen jedoch eine andere Dimension der lingualen taktilen Schärfe als der Gitterorientierungstest21. Von Frey-Filamente messen die Kontakterkennung, während Gitter die räumliche Auflösungsempfindlichkeit erhöhen. Diese beiden unterschiedlichen Sinnesfunktionen werden von unterschiedlichen neuronalen Mechanismen bedient23,24,25.
Weitere bekannte Werkzeuge sind die JVP-Domes (Stoelting Co, Wood Dale, IL, USA), die den im vorliegenden Verfahren verwendeten sehr ähnlich sind. Diese Werkzeuge werden jedoch hauptsächlich zur Messung der taktilen Schärfe der Haut verwendet, da sie eine geringere Empfindlichkeit (von 0,35-3,00 mm) aufweisen als die durchschnittliche räumliche Auflösung an der Zunge (0,58 mm)13. Aus diesem Grund bewerteten Appiani et al. (2020)21 die kognitive und perzeptive Eignung der in diesem Protokoll verwendeten maßgeschneiderten Gitterroste, die zusätzliche Rillenbreiten von weniger als 0,50 mm (d. h. 0,20 und 0,25 mm) aufweisen, um eine Reihe von Abmessungen einzubeziehen, die für die Beurteilung der oralen taktilen Empfindlichkeit besser geeignet sind21. Das Werkzeug besteht aus maschinell geschnittenen quadratischen Polytetrafluorethylenblöcken von 1 cm2, die mit Gitterrosten auf ihrer Oberfläche graviert sind. Jedes Quadrat hat eine Höhe von 5 mm und wird von einem schmalen zylindrischen Stab (2 cm lang) gehalten (Abbildung 1). Sowohl die Balkengröße als auch der Abstand zwischen den einzelnen Balken (die Nutbreite) variieren über Quadrate hinweg, sind aber innerhalb eines Quadrats konsistent. Die Nuttiefe erhöht sich um das 1,5-fache der Nutbreite, um sicherzustellen, dass die Nut während der Prüfung nicht den Boden des Quadrats berührt13. Die Anzahl der Quadrate, die zur Bewertung der Empfindlichkeit der Probanden verwendet werden, kann variieren, ebenso wie die Größe der Balken, aber frühere Untersuchungen haben ergeben, dass sechs Quadrate, die in den kleinsten Balkengrößen variieren, von 0,20 mm bis 1,25 mm, erforderlich sind, um eine Diskriminierung zwischen Individuen für die Zunge zu gewährleisten13,24 (Abbildung 2).
Im vorliegenden Verfahren wird die Berechnung eines Index (des R-Index) zur Beurteilung der oralen Unterscheidung einer bestimmten Gitterrostgröße vorgeschlagen. Wenn die Anzahl der Werkzeuge groß genug ist (z. B. sechs Werkzeuge), meldet das vorliegende Verfahren die Berechnung einzelner Schwellenwerte in Übereinstimmung mit Robinson und Kollegen20.
Dieses Protokoll zeigt eine gültige, einfache und schnelle Möglichkeit, die taktile Schärfe auf Zungenhöhe zu messen. Es sollte jedoch auf einige Herausforderungen hingewiesen werden, die die Zuverlässigkeit des Tests beeinträchtigen können21. Im Allgemeinen kann die Zuverlässigkeit der Instrumente vom Experimentator beeinflusst werden. Daher sollte eine sorgfältige Schulung und Kalibrierung der Experimentatoren gewährleistet sein, um eine konsistente und standardisierte Kraft auf die Zunge des Probanden auszuüben. Darüber hinaus können die unwillkürlichen Bewegungen des Lingualmuskels und die Trockenheit der Lingualoberfläche die Messungen beeinflussen. So sind die Freiwilligen, die ihre Zunge relativ lange ausgestreckt halten müssen, aufgefordert, sich erheblich zu konzentrieren. Das Auftreten dieser Einschränkungen variiert stark von Person zu Person. Es kann jedoch reduziert werden, indem vorgeschlagen wird, dass die Probanden die Zunge zwischen den Zähnen und Lippen entspannt halten und möglicherweise das Kinn auf die Hände legen. Darüber hinaus werden Freiwillige eingeladen, während des Tests mehrmals anzuhalten, um etwas Wasser zu trinken.
Zukünftige Studien könnten sich eingehend mit dem Zusammenhang zwischen individueller sprachlicher tastlicher Schärfe, Ernährungspräferenzen, Lebensmittelauswahl und Ernährungszustand befassen. Dieses Protokoll kann auch in einem klinischen Umfeld nützlich sein, um gefährdete Bevölkerungsgruppen mit Schluck- oder Mundhöhlenerkrankungen zu untersuchen.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts preiszugeben.
Acknowledgments
Wir danken allen Teilnehmern, Freiwilligen und anderen an der Studie Beteiligten. Wir danken Sandra Stolzenbach Wæhrens und Wender Bredie (Universität Kopenhagen) für die Gestaltung der Quadrate, die im vorliegenden Gitterausrichtungstest verwendet wurden. Diese Forschung wurde von der Universität Mailand, Piano di sostegno alla ricerca 2018, finanziert.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Custom-made squares | University of Reading; University of Copenhagen | Squares of 1 cm2 from polytetrafluoroethylene (PTFE) | |
| Disinfenctant solution (20% sodium hypochlorite) | Amuchina, Angelini S.p.A., Roma, Italy | ||
| Eye masks | Various | ||
| Gloves | Various | ||
| Lab coat | Various | ||
| Plastic cup for drinking water | Various | ||
| Excel | Microsoft |
References
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