Summary
Эта работа иллюстрирует стандартную процедуру и определение порога R-индексом для оценки пространственной лингвальной тактильной чувствительности с использованием теста ориентации решеток.
Abstract
Индивидуальные пороговые значения по оценкам R-индекса рассчитываются с использованием теста ориентации решеток (6 различных инструментов увеличения размера решетки с 0,20-1,25 мм) для оценки пространственной лингвальной тактильной чувствительности. Во время эксперимента испытуемым завязывают глаза и просят указать ориентацию решетки (горизонтальной или вертикальной), размещенной на языке. R-индекс основан на теории обнаружения сигналов (SDT) и представляет собой оценочную вероятность правильной идентификации целевого стимула (сигнала, например, правильной ориентации) по сравнению с альтернативным стимулом (шум, например, неправильная ориентация). После того, как значения R-индекса для каждого субъекта и каждого измерения инструмента рассчитаны, можно получить индивидуальный порог путем интерполяции двух R-индексов непосредственно ниже и выше установленной отсечки (обычно 75%) на основе односторонних критических значений R-индекса. Эта процедура может быть полезна в медицинской области для изучения связи между пероральной тактильной чувствительностью, ясностью речи и нарушениями глотания, а также в сенсорных и потребительских исследованиях для изучения индивидуальных вариаций в восприятии текстуры, пищевых предпочтениях и пищевом поведении.
Introduction
Текстура и ощущение во рту пищи играют важную роль в симпатии1,2,3,4, и хотя исследования обнаружили различия в восприятии текстуры из-за таких факторов, как жевательное поведение2,5, поток слюны и состав6,7, существуют ограниченные методы оценки вариаций пероральных тактильных рецепторов (механорецепторов). В ротовой полости находятся различные типы механорецепторов, обнаруженных во рту: рецепторы Меркеля, цилиндры Руффини и тельца Мейснера8. Механорецепторы можно разделить на две группы: медленно адаптирующиеся и быстро адаптирующиеся. Медленно адаптирующиеся механорецепторы (цилиндры Руффини и рецепторы Меркеля) непрерывно производят сигналы во время стимуляции. Напротив, быстро адаптирующиеся механорецепторы (тельца Мейснера) реагируют на начало и конец стимуляции сигналом. Тактильная острота широко варьируется по поверхностям языка и между людьми, возможно, из-за различий в чувствительности механорецепторов. Расположение и количество механорецепторов в ротовой полости, различия в пространственном расположении/плотности механорецепторов (пространственная острота) или различия в их чувствительности при активации могут быть причиной этой внутри- и межиндивидуальной изменчивости. Было опубликовано несколько методов оценки и скрининга вариаций чувствительности механорецепторов в полости рта, включая нити фон Фрея9,10, распознавание букв11,12, тесты ориентации решетки13 и гибкую электродную решетку14,15. Тест ориентации решеток требует, чтобы квадратные решетки (рисунок 1, рисунок 2) с различной шириной канавок были помещены на язык субъекта с завязанными глазами. Они указывают, воспринимают ли испытуемые решетки в горизонтальной или вертикальной ориентации. Ответы используются для расчета средних пороговых значений на основе способности субъекта различать ориентацию для различных размеров решетки.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Информированное письменное согласие было подписано всеми участниками. Это исследование было одобрено Комитетом по этике Миланского университета (No 48/19) и проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией.
1. Обучение экспериментаторов
- Возьмите решетчатый инструмент и нанесите усилие в 100 г на губку, помещенную на весы.
ПРИМЕЧАНИЕ: Схема решетчатого инструмента, используемого в данном исследовании, приведена на рисунке 1 . - Повторите эту процедуру не менее 10 раз, чтобы уменьшить изменение силы, приложенной решеткой на языки испытуемых во время тестирования, как внутри, так и между экспериментаторами.
2. Процедура оценки
ПРИМЕЧАНИЕ: Проведите оценку остроты тактиля в соответствии с требуемым стандартом здоровья и безопасности, чтобы гарантировать безопасность субъекта (например, маска, перчатки и лабораторное пальто).
- Отображение всех решеток (0,20 мм, 0,25 мм, 0,50 мм, 0,75 мм, 1,00 мм, 1,25 мм) (Рисунок 2) на столе вне поля зрения участника.
- Посадите участника в удобное кресло и сообщите ему, что он может покинуть эксперимент в любое время.
- Сообщите участнику, что во время эксперимента ему будут завязывать глаза и просить высунуть язык удобным и расслабленным способом.
- Перед началом эксперимента ознакомите испытуемых с процедурой с помощью самой большой решетки (1,25 мм) для демонстрации приложенной силы (100 г в течение 3 с).
- Сообщите участникам, что они могут сделать глоток воды, когда сочтут это целесообразным.
- Нанесите каждую решетку на язык субъекта (передняя область языка только вокруг средней линии).
- После каждого прикосновения попросите испытуемых указать своими руками ориентацию инструмента (горизонтальную или вертикальную) и степень уверенности (конечно, неуверенно). Испытуемые должны угадать, если они не знают.
- После каждого касания записывайте все ответы (горизонтальные, вертикальные, конечно, не уверенные) по каждому предмету в электронной таблице (дополнительная таблица 1).
- Повторите каждую решетку столько раз, сколько будет сочтено необходимым для выбранной границы R-индекса, например, 6 раз, 3 по горизонтали и 3 по вертикали (дополнительная таблица 1).
- Стерилизуйте каждую решетку после тестирования каждого участника (см. раздел 4).
ПРИМЕЧАНИЕ: Язык должен мягко выступать изо рта без усилий со стороны добровольцев, чтобы избежать чрезмерной усталости, которая приведет к изменению их результатов работы. Важно отметить, что чем выше повторения решеткой, тем надежнее измерение16.
3. Протокол очистки
- Готовят раствор, состоящий из 20 мл гипохлорита натрия (см. Таблицу материалов), разбавленный в 1 л воды согласно инструкции производителя.
- Вручную встряхните раствор в течение нескольких секунд.
- Заполните 6 стаканов примерно 20 мл дезинфицирующего раствора, чтобы полностью погрузить каждый инструмент в раствор.
- Поместите каждый инструмент в соответствующую чашку.
- Дайте инструментам впитаться в течение 15-20 минут.
- Промойте инструменты большим количеством воды в соответствии с инструкциями производителя и очистите их зубной щеткой, чтобы обеспечить удаление остатков гипохлорита натрия.
- Дайте инструментам высохнуть на воздухе.
4. Расчет R-индекса
- Создайте матрицу отклика для каждого добровольца и для всех инструментов (рисунок 3) на основе частот отклика, используемых для расчета R-индекса, используя следующее уравнение:
ПРИМЕЧАНИЕ: R-индекс выражает индивидуальную тактильную чувствительность для каждого инструмента16. R-индекс основан на SDT17 и представляет собой оценочную вероятность отличить целевой стимул (т.е. сигнал) от альтернативного стимула (т.е. шума). Сигнал и шум соответствуют правильной или неправильной идентификации горизонтально-вертикальной ориентации решетки. Могут возникать четыре варианта отклика как для сигнала, так и для шума: «горизонтально-уверенный», «горизонтальный-неуверенный», «вертикально-неуверенный» и «вертикально-уверенный»16. Значения R-индекса находятся в диапазоне от 0 до 1. Более высокое значение R-индекса указывает на лучшую дискриминацию.
5. Определение чувствительности и порога по оценкам R-индекса
- Чтобы определить, может ли субъект различать ориентацию каждого инструмента, рассчитайте отсечку, используя таблицу критических значений для тестов значимости R-индекса18
ПРИМЕЧАНИЕ: С учетом настоящего примера, соответствующего 36 представлениям (т.е. каждая решетка представлена 6 раз, 3 горизонтальных и 3 вертикальных), пороговое значение для дискриминации устанавливается равным 0,7426 в соответствии с односторонними критическими значениями R-индекса для α = 0,0518. - Если используется достаточно большое количество инструментов (например, шесть различных размеров решетки)19, выведите пороговые оценки R-индекса.
- Чтобы рассчитать пороговое значение для каждого субъекта, интерполируйте два R-индекса непосредственно ниже и выше порогового значения20.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
В общей сложности 70 здоровых взрослых (возрастной диапазон = 19-33 года; средний возраст = 22,0; 52,9% женщин) были вовлечены в исследование, как показано в Appiani et al. (2020)21.
В качестве примера, распределение R-индекса по возрасту для квадрата 0,75 мм представлено на рисунке 4. Каждая точка представляет собой отдельную тему. Испытуемые над пунктирной линией (пороговое значение: 0,7426) — это те, кто правильно определяет ориентацию решетки (более чувствительной).
Производительность для шести решеток и полученная пороговая оценка R-индекса одного субъекта представлены на рисунке 5. В этом случае порог соответствует 0,99 мм. Субъекты с низкими пороговыми значениями способны распознавать меньший размер бара (более чувствительный), в то время как субъектам с высокими пороговыми значениями требуется больше входных данных (больший размер бара) для когнитивного восприятия стимула (менее чувствительный)10. В данном случае пороговые значения могут составлять от 0,20 до 1,25 мм. Тем не менее, можно достичь двух крайних значений: субъекты с порогом <0,20 мм - это те, которые способны распознавать ориентацию квадратов от наименьшего размера (0,20 мм). И наоборот, те участники, которые регистрируют порог >1,25 мм, не могут различить ни один из размеров решетки. Пример набора пороговых значений приведен в дополнительной таблице 2.
Рисунок 1: Описание инструментов. Квадратный схематический рисунок Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Квадраты с канавками/брусками увеличенного размера. На рисунке показаны шесть решеток, начиная от самых маленьких (0,20 мм) до самых больших (1,25 мм). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Матрица ответов. На рисунке показана матрица ответа, используемая для расчета индекса R. Сигнал (S) и шум (N) соответствуют горизонтальной и вертикальной ориентации соответственно. Буквы от "a" до "h" - это целые числа, принимающие значения от 0 до 3. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Распределение R-индекса по возрасту для квадрата 0,75 мм. Пунктирная линия представляет значение отсечки (0,7426). Предметы, которые находятся выше пунктирной линии, — это те, которые правильно идентифицируют ориентацию инструмента. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Индивидуальный расчет порога. Значения R-индекса одного субъекта и расчет соответствующего порога. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Дополнительная таблица 1: Пример электронной таблицы, используемой экспериментаторами для записи ответов участников. Первая колонка (Trial No.) представляет количество презентаций; в качестве примера сообщается о 36 возможных презентациях. Во второй колонке (комбинации) указывается размер решетки (G) и ориентация (HORIZ./VERT.). Исследователь сообщает ответ субъекта в столбце «Ответ» (Горизонтальный/Вертикальный) и указывает степень уверенности, используя последний столбец (Уверен/Не уверен). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу.
Дополнительная таблица 2: Набор данных, используемый для расчета отдельных пороговых значений. В первых трех столбцах указывается идентификационный код, возраст и пол для каждого субъекта. В столбцах 4-9 указаны значения R-индекса для каждого инструмента. Жирным шрифтом выделены значения непосредственно над и ниже предельной границы, которые использовались для расчета отдельных пороговых значений с помощью интерполяции (последняя колонка). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Для измерения тактильной остроты 10,11,13,22 доступно несколько действительных приборов. Было показано, что нити фон Фрея являются адекватным методом для измерения тактильной остроты кожи и полости рта10,21,22. Однако эти приборы измеряют другое измерение лингвальной тактильной остроты, чем тест ориентации решетки21. Нити фон Фрея измеряют обнаружение контакта при чувствительности пространственного разрешения решеток. Эти две различные сенсорные функции обслуживаются различными нейронными механизмами23,24,25.
Другими известными инструментами являются купола JVP (Stoelting Co, Wood Dale, IL, США), которые очень похожи на те, которые используются в настоящей процедуре. Однако эти средства в основном используются для измерения тактильной остроты кожи, так как имеют более низкую чувствительность (от 0,35-3,00 мм), чем среднее пространственное разрешение на языке (0,58 мм)13. По этой причине Appiani et al. (2020)21 оценили когнитивную и перцептивную пригодность изготовленных на заказ решеток, используемых в этом протоколе, которые имеют дополнительную ширину канавок менее 0,50 мм (т.е. 0,20 и 0,25 мм), чтобы включить диапазон размеров, более подходящих для оценки пероральной тактильной чувствительности21. Инструмент состоит из политетрафторэтиленовых машинорезанных квадратных блоков объемом 1 см2 с гравировкой решетки на их поверхности. Каждый квадрат имеет высоту 5 мм и удерживается узким цилиндрическим стержнем (2 см длиной) (рисунок 1). Как размер бара, так и расстояние между каждым баром (ширина канавки) варьируются в зависимости от квадрата, но одинаковы в пределах квадрата. Глубина канавки увеличивается в 1,5 раза по ширине канавки, чтобы язык не касался нижней части квадрата во время тестирования13. Количество квадратов, используемых для оценки чувствительности испытуемых, может варьироваться, как и размер стержней, но предыдущие исследования показали, что шесть квадратов, которые варьируются в наименьших размерах стержней, в диапазоне от 0,20 мм до 1,25 мм, необходимы для обеспечения дискриминации между людьми для языка13,24 (рисунок 2).
В настоящей процедуре предлагается расчет индекса (R-индекса) для оценки устной дискриминации конкретного размера решетки. Кроме того, если число инструментов достаточно велико (например, шесть инструментов), в настоящей процедуре сообщается о расчете индивидуальных пороговых значений в соответствии с Робинсоном и его коллегами20.
Этот протокол показывает действительный, простой и быстрый способ измерения тактильной остроты на уровне языка. Однако следует отметить некоторые проблемы, которые могут повлиять на надежность испытания21. В целом, на надежность приборов может повлиять экспериментатор. Поэтому тщательное обучение и калибровка экспериментаторов должны быть гарантированы для оказания последовательной и стандартизированной силы на язык субъекта. Кроме того, на измерения могут влиять непроизвольные движения язычной мышцы и сухость лингвальной поверхности. Таким образом, добровольцам, которым приходится относительно долго держать языки вытянутыми, предлагается значительно сконцентрироваться. Возникновение этих ограничений сильно варьируется в зависимости от человека. Тем не менее, его можно уменьшить, предположив, что испытуемые держат язык расслабленным между зубами и губами и, возможно, помещают подбородок на руки. Кроме того, добровольцам предлагается несколько раз остановиться во время теста, чтобы выпить немного воды.
Будущие исследования могут подробно изучить связь между индивидуальной лингвальной тактильной остротой, предпочтениями в еде, выбором продуктов питания и статусом питания. Этот протокол также может быть полезен в клинических условиях для изучения уязвимых групп населения с нарушениями глотания или полости рта.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Мы признаем всех участников, добровольцев и других лиц, участвующих в исследовании. Мы благодарны Сандре Штольценбах Веренс и Вендеру Бреди (Копенгагенский университет) за разработку квадратов, используемых в настоящем тесте ориентации решеток. Это исследование было профинансировано Миланским университетом, Piano di sostegno alla ricerca 2018.
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
- Guinard, J. X., Mazzucchelli, R. The sensory perception of texture and mouthfeel. Trends in Food Science & Technology. 7 (7), 213-219 (1996).
- Jeltema, M., Beckley, J., Vahalik, J. Food texture assessment and preference based on mouth behavior. Food Quality and Preference. 52, 160-171 (2016).
- Scott, C. L., Downey, R. G. Types of food aversions: animal, vegetable, and texture. The Journal of Psychology. 141 (2), 127-134 (2007).
- Laureati, M., et al. Individual differences in texture preferences among European children: Development and validation of the Child Food Texture Preference Questionnaire (CFTPQ). Food Quality and Preference. 80, 103828 (2020).
- de Lavergne, M. D., Derks, J. A., Ketel, E. C., de Wijk, R. A., Stieger, M. Eating behaviour explains differences between individuals in dynamic texture perception of sausages. Food Quality and Preference. 41, 189-200 (2015).
- Engelen, L., de Wijk, R. A. Oral processing and texture perception. Food Oral Processing: Fundamentals of Eating and Sensory Perception. 8, Blackwell Publishing Ltd. 157-176 (2012).
- Stokes, J. R., Boehm, M. W., Baier, S. K. Oral processing, texture and mouthfeel: From rheology to tribology and beyond. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 18 (4), 349-359 (2013).
- Engelen, L. Oral receptors. Food Oral Processing: Fundamentals of Eating and Sensory Perception. , Blackwell Publishing Ltd. 15-38 (2012).
- Yackinous, C., Guinard, J. X. Relation between PROP taster status and fat perception, touch, and olfaction. Physiology & Behavior. 72 (3), 427-437 (2001).
- Etter, N. M., Breen, S. P., Alcala, M. I., Ziegler, G. R., Hayes, J. E. Assessment of midline lingual point-pressure somatosensation using Von Frey hair monofilaments. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (156), (2020).
- Essick, G. K., Chen, C. C., Kelly, D. G. A letter-recognition task to assess lingual tactile acuity. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 57 (11), 1324-1330 (1999).
- Essick, G. K., Chopra, A., Guest, S., McGlone, F. Lingual tactile acuity, taste perception, and the density and diameter of fungiform papillae in female subjects. Physiology & Behavior. 80 (2-3), 289-302 (2003).
- 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 (1994).
- Moritz, J., Turk, P., Williams, J. D., Stone-Roy, L. M. Perceived intensity and discrimination ability for lingual electrotactile stimulation depends on location and orientation of electrodes. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 186 (2017).
- Bach-y-Rita, P., Kaczmarek, K. A., Tyler, M. E., Garcia-Lara, J. Form perception with a 49-point electrotactile stimulus array on the tongue: a technical note. Journal Of Rehabilitation Research and Development. 35, 427-430 (1998).
- O'Mahony, M. Understanding discrimination tests: A user-friendly treatment of response bias, rating and ranking R-index tests and their relationship to signal detection. Journal of Sensory Studies. 7 (1), 1-47 (1992).
- Lee, H. S., Van Hout, D. Quantification of sensory and food quality: The R-index analysis. Journal of Food Science. 74 (6), 57-64 (2009).
- Bi, J., O'Mahony, M. Updated and extended table for testing the significance of the R-index. Journal of Sensory Studies. 22, 713-720 (2007).
- Bertoli, S., et al. Taste sensitivity, nutritional status and metabolic syndrome: Implication in weight loss dietary interventions. World Journal of Diabetes. 5 (5), 717 (2014).
- Robinson, K. M., Klein, B. P., Lee, S. Y. Utilizing the R-index measure for threshold testing in model caffeine solutions. Food Quality and Preference. 16 (4), 283-289 (2005).
- Appiani, M., Rabitti, N. S., Methven, L., Cattaneo, C., Laureati, M. Assessment of lingual tactile sensitivity in children and adults: Methodological suitability and challenges. Foods. 9 (11), 1594 (2020).
- Cattaneo, C., Liu, J., Bech, A. C., Pagliarini, E., Bredie, W. L. Cross-cultural differences in lingual tactile acuity, taste sensitivity phenotypical markers, and preferred oral processing behaviors. Food Quality and Preference. 80, 103803 (2020).
- Abraira, V. E., Ginty, D. D.
- Johnson, K. O., Phillips, J. R. Tactile spatial resolution. I. Two-point discrimination, gap detection, grating resolution, and letter recognition. Journal of Neurophysiology. 46 (6), 1177-1192 (1981).
- Phillips, J. R., Johnson, K. O. Tactile spatial resolution. II. Neural representation of bars, edges, and gratings in monkey primary afferents. Journal of Neurophysiology. 46 (6), 1192-1203 (1981).
