Psychophysique ancré, Thresholding robuste dans l'étude de la douleur liée au latéralisation de oscillatoire Prestimulus Activité

Résumé

méthodes psychophysiques tels que la procédure d'estimation QUEST peut efficacement produire des estimations robustes de l'intensité de la stimulation à laquelle les sensations non douloureuses de transition en sensations douloureuses. En stimulant de manière répétée à l'intensité de seuil, la variabilité dans les réponses de notation peut être attribuée directement aux classifications perceptives dans des analyses ultérieures.

Résumé

Dans les études de perception, il est souvent important d'évaluer objectivement l'égalité de stimulation délivrée à travers les participants ou de quantifier l'ampleur de la sensation intra-individuelle qui est évoquée par la stimulation sur plusieurs essais. Ceci requiert une application solide de stimulus amplitude à l'intensité perçue et est généralement réalisée par des méthodes d'estimation psychophysiques telle que la procédure d'escalier. Les nouvelles procédures, plus efficaces, comme l'algorithme de QUEST intègrent une fonction psychophysique aux données en temps réel, tout en maximisant l'efficacité de la collecte des données. Une estimation robuste de l'intensité de seuil entre les perceptions douloureuses et non douloureux peut alors être utilisé pour réduire l'influence des variations dans les entrées sensorielles dans des analyses ultérieures de l'activité cérébrale oscillatoire. En stimulant à une intensité de seuil constante déterminée par une procédure d'estimation adaptative, la variance dans les cotes peuvent être directement attribués à des processus perceptifs.l'activité oscillatoire peut alors être mis en contraste entre la «douleur» et les essais «sans douleur» directement, ce qui donne une activité qui est étroitement liée aux processus de classification perceptives dans nociception.

Introduction

Lors de la réalisation des expériences comportementales des participants humains, il est important d'être en mesure de contrôler étroitement les intensités des stimuli présentés. Utilisation de stimuli d'intensité égale pour tous les participants, cependant, dans certains contextes introduire le biais de la perception subjective. Pour certaines qualités perceptuelles tels que la douleur, il y a de fortes variations inter et intra-individuelles en intensité perçue à un niveau de stimulus constant ^{1, 2.} Pour les expériences qui supposent percepts subjectives égales, il est donc une nécessité de faire correspondre l'intensité perçue subjectivement tous les participants. Cela est également important lors de l' examen perception au niveau de seuil, par exemple, entre la stimulation douloureuse et non douloureuse. recherche psychophysique a abordé ce genre de problèmes depuis des décennies, et aujourd'hui il y a des méthodes sophistiquées, mais faciles à utiliser disponibles pour atteindre robuste ancrage psychophysique.

MÉNAGEMENT "> Une méthode simple et classique de cartographier l'intensité d'un stimulus à une sensation d' amplitude individuelle est la méthode d'escalier ^3. Par la présente, l'intensité des stimuli successifs est augmentée ou diminuée jusqu'à ce qu'il y a un changement dans la réponse du participant se rapportant à la seuil désiré ou de la position sur l'échelle de la sensation subjective. la répétition de ce numéro de processus de fois, donne une estimation plausible du point de retournement. les méthodes classiques, cependant, ne parviennent pas à faire usage de toutes les informations contenues dans chaque essai de notation. cela conduit à une inutilement nombre élevé d'essais requis pour atteindre la convergence. des méthodes telles que (linéaire) de régression ou d'ajustement de la fonction peut échouer, si les hypothèses de la relation entre l'intensité du stimulus et sensation ampleur sont mal ou ne tiennent pas pour la plage de stimulus testé. les procédures d'adaptation non seulement donner une estimation ponctuelle robuste pour une certaine intensité subjective, mais le faire plus efficacement. Especially pendant de longues expériences, qui dépendent fortement sur l'estimation précise d'un seuil ou une sensation de grandeur, il est nécessaire que la méthode psychophysique soit à la fois robuste et en même temps efficace par rapport au nombre d'essais requis. Ceci est particulièrement important dans des domaines tels que la recherche de la douleur, où l'exposition totale à la stimulation douloureuse doit être maintenue aussi faible que possible pour le bénéfice des participants.

Bien que les méthodes classiques d'escalier sont encore largement utilisés, par exemple dans les tests sensoriels quantitatifs, l'utilisation de méthodes d'estimation plus avancées qui font une meilleure utilisation des informations acquises à travers des essais est en constante augmentation. Dans le cas de la méthode d' estimation du maximum de vraisemblance QUEST ^{4, 5} utilisé ici, cela est probablement dû à la mise en œuvre facilement disponibles dans le populaire Matlab PsychToolbox ⁶ suites. La version moderne, révisée de cette procedure est supérieure aux méthodes classiques d'estimation à la fois dans la robustesse et le faible nombre d'essais requis pour arriver à une estimation suffisante, si elle est utilisée avec les bons réglages ^7.

La raison de la procédure de QUEST est d'adapter une fonction Weibull aux données entrantes pour modéliser la transformation psychophysique entre l'intensité du stimulus et sensation grandeur. Les paramètres de la fonction psychophysique Weibull sont en partie donnée par l'expérimentateur, par exemple , la pente de la fonction ou le décalage en raison du taux et répondeur inconsistance faux positif. Le positionnement du paramètre d'intérêt le long de la dimension d'intensité est évaluée par le mode opératoire utilisant l'estimation bayésienne maximum de vraisemblance. Par la présente, une distribution de probabilité est supposée sur l'emplacement du paramètre cible, à savoir l'intensité de seuil. Compte tenu d'une hypothèse raisonnable préalable pour une telle distribution, l'algorithme va t détermineril intensité la plus informative que le participant doit répondre. Pour la mise en oeuvre actuelle de la procédure, cela correspond à la moyenne de la distribution de probabilité a priori ^8. Pour chaque essai successif, la distribution de probabilité a priori est essentiellement multipliée par la probabilité de réponse donnée par le participant au niveau de stimulation testé, telle qu'elle est caractérisée par la fonction de Weibull. Chaque réponse sera utilisé pour mettre à jour de façon continue l'estimation de distribution de probabilité pour le paramètre de seuil. Cette procédure est répétée jusqu'à ce qu'une estimation satisfaisante est produite. La procédure est plus efficace qu'une régression simple car elle utilise directement les réponses recueillies pour déterminer quelle stimulation intensité pour tester suivant. En outre, la procédure sera spécifiquement sonder autour du point d'intérêt, par exemple un seuil ou une certaine intensité de la sensation. En utilisant uniquement des données de test à partir d'une telle portée limitée dans la régression conduirait à une instabilitéestimer, ce qui rend les procédures d'adaptation plus robuste dans les contextes où seulement un nombre relativement faible d'essais sont réalisables.

Cette robuste ancrage psychophysique peut être utilisé pour mesurer les changements dans la sensibilité de la douleur au fil du temps, les effets modulateurs dans hyperalgésie / recherche allodynie ou effets analgésiques dans les interventions pharmacologiques, entre autres paramètres. Une autre perspective intéressante de pouvoir ancrer stimuli à l'intensité juste au seuil entre deux continuums sensorielle consiste à examiner la perception subjective à travers le passage de la non douloureuse à la sensation douloureuse ^{9, 10, 11.} Ce scénario est très intéressant parce que si le seuil de la douleur a été estimé robuste, les conditions de la douleur et sans douleur peuvent être comparés à (EEG) activité électroencéphalographique, par exemple, sans modifier l'intensité du stimulus physique ^12. Cela permet de obspréser- des processus perceptifs spécifiques douleur dans des conditions de relance constants en examinant la différence d'activité cérébrale entre les essais notés aussi douloureux et non douloureux.

Nous allons montrer comment utiliser la mise en œuvre facilement disponible d'estimation adaptative en PsychToolbox pour déterminer solidement le seuil de la douleur individuelle dans une expérience EEG où le contraste entre l'activité de la douleur et sans douleur est examiné pour les effets de latéralisation, selon le site de stimulation. Etant donné que l'intensité de stimulation peut être maintenue constante après la procédure de fixation de seuil, il est nécessaire de tenir compte de l'activité EEG de co-variant avec l'intensité du stimulus lors de l'analyse ultérieure.

Protocole

L'expérience a été approuvé par la commission d'éthique de l'association médicale de Hambourg (de PV4509).

Sélection 1. Participant

1. Au-delà des critères de sélection standard, telles que l'aptitude à la stimulation de la douleur, les implants de tête ou de troubles neurologiques préexistants, vérifiez que les participants ne souffrent pas de douleur aiguë ou chronique, ne sont pas de prendre des médicaments contre la douleur, et ne pas avoir des antécédents connus de la toxicomanie. Les participants doivent également ne pas avoir pris part à des études pharmacologiques au cours des 4 semaines précédant l'expérience.
2. Inclure les participants de tout genre, mais prendre soin de ne comprennent les participantes qui utilisent des contraceptifs hormonaux ^{13, 14} afin de minimiser l'effet des variations cycliques dans la perception de la douleur.
3. Avant d'administrer tout type de stimulation, assurez-vous que les participants ont donné leur consentement éclairé par écrit.

_title ". Configuration> 2 EEG

1. Sélectionnez une taille de bouchon approprié et préparer la mise en place de l'électrode EEG selon le manuel d'instruction du système.
2. Réglez le taux d'échantillonnage et de haute coupure basse / ainsi que les limites d'impédance de l'équipement d'enregistrement (recommandé: 500 Hz, 0,5 Hz filtre passe-haut, impédances <20 kQ).
3. Assurez-vous que le dispositif de stimulation et le dispositif d'EEG ne sont pas couplés électriquement en exécutant le système EEG sur batterie.
4. Assurez-vous que tout lien entre le système EEG et l'ordinateur commandant le dispositif de stimulation électrique est libre de potentiel.

3. Stimulation électrique Setup

1. Pour mieux faire usage de la résolution temporelle de l'enregistrement EEG, maintenir la stimulation électrique aussi courte que possible. Réglez le stimulateur à une seule impulsion, de stimulation monophasique avec 1 ms durée et 400 V tension maximale. Si un niveau de douleur plus intense est nécessaire, ou le moment exact de l'enregistrement EEG post-stimulus ne not l'emporter, d'autres protocoles de stimulation peuvent être utilisés.
2. Assurez-vous que le stimulateur électrique est mis en marche, mais la sortie de l'électrode est arrêtée. Pour le DS7A Stimulateur le commutateur étiqueté «SORTIE» à droite de l'appareil doit être en position basse.
3. Localisez le point de repère (s) qui identifient le site de stimulation choisi. Pour une stimulation à la main, utilisez le muscle entre le pouce et l'index (abducteurs / fléchisseur du pouce). Demandez au participant de mettre la main sur une surface plane avec tous les chiffres étirés et apposés. Identifier le site de stimulation par bissectrice de la distance entre les premières phalanges du pouce et de l'index.
4. Nettoyer la peau en appliquant un gel de préparation de l'électrode. Assurez-vous de ne pas utiliser d'alcool ou de désinfectant, ce qui pourrait laisser des résidus sur la peau qui peut conduire à une irritation ou une stimulation peu fiable.
5. Fixer l'électrode de stimulation et le fixer en place avec du ruban textile.
6. Demandez ee participant de trouver une position confortable pour la main et d'essayer de ne pas bouger la main lors de l'expérience, si possible. Pour la commodité des participants, placez un tissu mou sous la main pour absorber toute l'humidité, en fonction de la perméabilité de la surface.
7. Activer la sortie du stimulateur en basculant l'interrupteur «SORTIE» à la position vers le haut.

4. Déterminer Points de départ

1. Instruire le participant sur le fonctionnement de l'échelle de notation à l'écran en utilisant la souris. La moitié de gauche représente les sensations non douloureuses; la moitié droite correspond à une échelle VAS de douleur standard, fournissant un équivalent visuel pour une gamme d'intensités de sensations continues sous la forme d'une ligne horizontale. Soulignez aux participants que le point de centre absolu de l'échelle ne peut pas être sélectionné. Fournir au participant les instructions normalisées au sujet des points d'ancrage ¹⁵ (tableau 1).
2. Donnez au participant la possibilité de se familiariser avec le processus de notation en appliquant des stimuli d'intensité variable et d'enregistrer les réponses. Utilisez les informations recueillies au cours de cette phase pour obtenir une estimation pour deux intensités qui évoquent toujours des sensations fortes, mais non douloureux (point bas) et des sensations douloureuses modérément (haut point), respectivement. Continuer la stimulation pendant environ 25 - 30 essais ou jusqu'à ce que satisfait d'avoir atteint de bonnes estimations. Pendant ce temps, il peut être bénéfique pour interroger le participant à rétroaction verbale sur l'intensité et la similarité subjective d'intensités de stimulus présenté de manière répétée.
3. Essayez de choisir les intensités au hasard pour évoquer des réponses autour du centre de l'échelle. Pour de meilleurs résultats, ne pas simplement augmenter ou diminuer les intensités linéairement, et explorer les extrémités les plus extrêmes du côté douloureux. Cette phase devrait également donner au participant la possibilité de se habituer au stimulat potentiellement familierion et établir une référence pour une gamme de notation cohérente. À cause de cela, il est conseillé d'appliquer des intensités de toute la gamme des intensités de stimulation possibles, tout en répétant certaines intensités.
4. Une fois satisfait d'avoir des estimations obtenues à la fois un haut point et point bas intensité de départ, informe le participant que la première partie de l'expérience est sur le point de commencer et (s), il devrait continuer à note telle qu'elle est pratiquée alors que les intensités de stimulus aléatoires sont présentées .

5. Déterminer Seuil

NOTE: L'algorithme de QUEST nécessite certains paramètres à préciser avant de commencer l'estimation. Ces paramètres comprennent la pente de la fonction psychophysique (beta, typiquement 3,5), la fraction des essais où l'on prévoit une réponse aléatoire (delta, généralement 0,01), et la fraction des essais où une réponse positive est attendue, même si aucune stimulation est donnée (gamma, aucune recommandation). Pour estimat bayésienneion, la gamme (SD) des notes attendues et l'espacement des réponses possibles (grain) doivent être spécifiées. Pour un SAV, le grain doit être réglé sur la résolution de l'échelle (typiquement 1), et le SD devrait être suffisamment grande pour inclure à la fois le point zéro de la balance et l'intensité maximale possible, plus une certaine marge de sécurité. Les recommandations et les valeurs "typiques" indiquées ici sont expliqués en détail dans le code source QuestCreate inclus avec PsychToolbox ^{6, 16.} Pour la douleur au niveau du seuil, une valeur gamma d'au plus 0,01 doit être plausible. La méthode d'estimation est relativement robuste en termes de mauvaise spécification des paramètres, mais pour les paramètres avec seulement quelques essais, le défaut de spécifier des paramètres sensibles pourrait augmenter l'incertitude de l'estimation finale. Si l'écart-type est trop faible, la procédure aura des problèmes de convergence sur des estimations qui se situent en dehors de la zone couverte par l'écart-type autour de the estimation antérieure pour le paramètre. Ainsi, il est important de se tromper plutôt sur le côté d'un trop grand écart-type.

1. Créer deux sessions QUEST avec les paramètres indiqués ci-dessus. Lancer un de l'intensité point haut et un du point bas. Informations sur la logique du processus d'estimation de la mise en œuvre peut être trouvée dans le matériel supplémentaire (S1).
2. Choisissez au hasard une intensité de la sonde de l'un des deux points donnés par la fonction QuestMean respective.
3. Fixer le stimulateur électrique à l'intensité de la sonde. Si une intensité différente de celle proposée par l'algorithme doit être appliqué ou l'intensité suggérée est hors de portée, nourrir l'intensité présentée de nouveau dans la fonction QuestUpdate à l'étape 5.5.
4. Déclencher le stimulus.
5. Après que le participant a évalué le stimulus, exécutez QuestUpdate pour la session d'estimation respective et lui fournit l'intensité du stimulus réel présenté ainsi que la notation du participant.
6. Continuer l'exécution notation des essais jusqu'à ce que les estimations sont stables ou un critère d'arrêt prédéfini (> 40 essais) a été atteint.
7. Notez l'estimation de seuil moyenne entre deux estimation exécute, à partir du point de départ haute et basse donnée par QuestMean.
8. Permettre aux participants de prendre une pause à ce stade, si on le souhaite.

6. Stimuler au niveau seuil

Note: Il est possible de régler la note et le nombre de blocs à vos besoins aussi longtemps qu'il est tolérable au participant.

1. Informer le participant que pour la partie restante de l'expérience, plusieurs blocs avec une stimulation aléatoire suivront et ils devraient garder note comme ils le faisaient auparavant. Si nécessaire, rafraîchir l'instruction sur les points d'ancrage à l'échelle.
2. Lancer l'enregistrement EEG.
3. Réglez le stimulateur électrique à l'estimation de seuil moyenne obtenue à l'étape 5.7 et de garder la constante de réglage dans le reste de thexpérience e.
4. Lancer un bloc de notation (30 essais) et observer la qualité des données de l'enregistrement EEG. En fonction de la qualité des données EEG, exécutez 4 - 5 blocs de notation et permettre au participant de prendre de courtes pauses entre les blocs.
   REMARQUE: Essayez de garder l'interaction sociale avec le participant au minimum au cours de ces pauses ou de normaliser l'interaction autant que possible.
5. Lorsque vous avez terminé, arrêtez l'enregistrement EEG, commuter la sortie du stimulateur off, et retirer l'électrode. Débriefing le participant après avoir enlevé le bouchon EEG.

Résultats

En utilisant une note partagée à l'échelle dans une moitié pour non douloureux et demi pour des sensations douloureuses (Figure 1a), une stimulation constante peut être appliqué sur de nombreux essais tandis que d' évaluations rendement à travers le milieu de l' échelle (figure 1b). De cette façon, les changements dans l'entrée sensorielle peut être évitée, et l'estimation des résultats peut être directement liée aux processus de classification perceptiv...

Discussion

Ici, nous avons utilisé la méthode QUEST bien théoriquement fondée pour estimer efficacement un seuil psychophysique robuste entre non-douleur et la perception de la douleur. En utilisant une stimulation constante à ce seuil permet une analyse des décisions perceptuelles indépendantes des variations de stimulus grandeur. Alors que nous avons examiné l' intensité de seuil au niveau du point de transition entre les domaines de sensations inoffensives et nocives, d' autres points le long de l'échelle de la doul...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Capuchon d’électrode EasyCap	EasyCap, Woerthsee-Etterschlag, Allemagne	CUCHW-58
actiCap active Ag/Cl Jeu d’électrodes EEG	BrainProducts GmbH, Gliching,	Allemagne-SuperVisc
EEG eletrode gel	EasyCap, Woerthsee-Etterschlag, Allemagne	V16
Amplificateur EEG BrainAmp	BrainProducts GmbH, Gliching, Allemagne	BrainAmp Standard
PsychToolbox-3	Mario Kleiner / Open	Source-Disponible	chez http://psychtoolbox.org/
Matlab	MathWorks, Natick, MA	Matlab R2015b
DigiTimer DS7A stimulateur électrique à courant constant	DigiTimer Ltd., Hertfordshire, Royaume-Uni	DS7A