Summary
Este protocolo describe un eyeblink acondicionado paradigma apropiado para experimentos con bebés de un año de edad. Equipo comercial o por encargo se puede utilizar para entregar los estímulos, y análisis y recolección de datos se deben realizar en las grabaciones de videos.
Abstract
Clásico eyeblink acondicionado (EBC) se refiere a la asociación aprendida entre un estímulo condicionado (un tono auditivo) y un estímulo incondicionado (un soplo de aire a la córnea). Eyeblink acondicionado es utilizado experimentalmente para detectar anormalidades en cerebelosa dependiente del aprendizaje y la memoria que subyace en este tipo de aprendizaje asociativo. Mientras que los experimentos en adultos y niños mayores son relativamente fáciles de administrar mediante equipos comerciales, eyeblink acondicionado en niños es más difícil debido a su pobre cumplimiento, que hace la colocación correcta de los equipos de difícil. Para lograr el acondicionamiento en los bebés de un año de edad, puede utilizarse una medida o un sistema comercial adaptado para entregar el aire soplo a la córnea del niño. El principal desafío radica en detectar y clasificar las respuestas conductuales con éxito. Divulgamos que métodos de detección automatizada de blink son poco fiables en esta población, y que experimentos de acondicionamiento debe ser analizada mediante el análisis de cuadro por cuadro de grabaciones de cámara de video adicional. Este método puede ser aplicado para el estudio de cambios de desarrollo en eyeblink acondicionado y examinar si este paradigma puede detectar niños con trastornos neurológicos.
Introduction
EBC es una forma de condicionamiento clásico que se utiliza habitualmente para evaluar el aprendizaje y la memoria en los seres humanos y otros animales. El paradigma convencional de la EBC se refiere a una asociación aprendida entre un estímulo inocuo 'acondicionado' (un tono auditivo) con el estímulo 'incondicionado' (un soplo de aire corneal que induce una eyeblink reflexiva, la respuesta de unconditioned). Aprendizaje es evaluado por presentar el estímulo condicionado y clasificar eyeblinks condicionada y respuesta de unconditioned-un aumento en el número de respuestas condicionado con el tiempo, o durante más de una sesión, puede indicar asociativa aprendizaje está ocurriendo.
El eyeblink acondicionado paradigma puede utilizarse para identificar a individuos con debilitaciones de aprendizaje asociativo. Retraso acondicionado donde el estímulo condicionado (CS) comienza antes, pero se superpone el estímulo de unconditioned (los E.E.U.U.)-es controlado por el circuito cerebeloso1,2y se interrumpe en adultos y niños con trastornos neurológicos, incluidos esquizofrenia3, autismo4,5, fetal alcohol spectrum trastorno6,7. Desde una perspectiva clínica, examinar eyeblink acondicionado en recién nacidos puede apoyar anterior detección y el tratamiento de estos desórdenes neurológicos. Sin embargo, mientras que los niños mayores pueden tolerar un soplo de aire córnea6,7,8 y pueden mantener una posición estable de la cabeza, ojo para la duración del experimento, los bebés son menos cumplidores y convencional software y equipo de detección de eyeblink no es suficiente.
Aquí describimos un protocolo simple para examinar corto retardo eyeblink acondicionado en niños de un año de edad, que ha sido adaptado de protocolos previamente descritos en otra parte9,10,11. Este protocolo puede ser administrada usando cualquier sistema a medida o comercial capaz de entregar un soplo controlado de aire a la córnea. Sin embargo, en lugar de software de detección de eyeblink comercial (p. ej., sistema de detección de EyeBlink del instrumento San Diego, que procesa las señales de una cámara de infrarrojos), nosotros y otros9,10,11, recomienda el uso de análisis de cuadro por cuadro de grabaciones de cámara de video para detectar y clasificar las respuestas eyeblink en niños de un año de edad.
Protocol
Todos los métodos aquí descritos han sido aprobados por el norte B Comité de salud y discapacidad ética, número de referencia: 13/BTN/181.
1. requerimientos
- Utilizar una unidad de soplo de aire capaz de administrar un soplo de aire directamente a la córnea. Esto puede lograrse mediante un flexible tubo conectado a un tanque de aire a través de un compresor de aire. Para garantizar la seguridad del bebé, esto encaja con un regulador de presión ajustable que limita la presión de aire y límites de duración del soplo de aire.
Nota: Sistemas comercialmente disponibles incorporan el compresor dentro del sistema y no requieren de un tanque de aire. - Usar una diadema ajustable o un sombrero que puede ser usado por el niño y permite un adecuado posicionamiento de la bocanada de aire de la tubería al lado del ojo.
- Configurar dos altavoces portátiles con ajustes de volumen ajustable.
- Diseñar y establecer control computacional de los equipos para que la bocanada de aire y tono se puede administrar automáticamente con tiempos precisos y a intervalos variables.
- Configurar una cámara de vídeo portátil con al menos una velocidad de fotogramas de 60 Hz para registrar manualmente eyeblink respuestas. Para medir tiempos de respuesta, utilice una cámara de video que puede capturar el inicio de la prueba, la señal acústica de la grabación o filmación un indicador de inicio juicio programado en el paquete de software.
- Instalar y ejecutar cualquier software de edición de vídeo que permite el paso a paso cuadro por cuadro de componentes audio y video (por ejemplo, Adobe Premiere Pro) para permitir que el investigador medir el intervalo de tiempo entre el estímulo y la respuesta de parpadeo.
2. experimental paradigma
- Administrar los ensayos en bloques de 10. Cada bloque debe contener los siguientes tipos de prueba.
- Incluyen ocho ensayos pares, donde cada ensayo de aprendizaje consiste en un tono ms 750 (80 dB, 1 kHz) que se superpone y termina con un 100-ms aire Soplo (~1/20 psi)9,10,11.
- Incluyen un ensayo no apareado, que consiste en un tono ms de 750 solo presentada solo en la ausencia de la bocanada de aire para probar una respuesta condicionada eyeblink indicando aprendizaje asociativo.
- Incluyen un ensayo somatosensorial que consiste en un ensayo de soplo de aire solo 100-ms presentado solo en la ausencia del tono para probar la sensibilidad corneal a la bocanada de aire y la correcta posición de la diadema.
- Aleatorizar el intervalo entre ensayos consecutivos (p. ej., s de 8-16, con un intervalo de tiempo de ensayo medio de aproximadamente 12 s)9,10,11.
- Medir cinco bloques consecutivos (es decir, un total de 50 pruebas) en una sola sesión, por un tiempo de sesión total de aproximadamente 12 minutos.
- Para probar si acondicionado persiste, administrar dos sesiones EBC de 50 ensayos al menos 1 h aparte.
3. procedimiento de prueba
- Realizar EBC en una habitación moderadamente iluminada (~ 300 lux) con niveles de iluminación consistentes entre experimentos.
- Coloque los altavoces portátiles dos a cada lado del bebé, aproximadamente 40 cm a cada lado de la cabeza.
- Coloque la cinta a la medida en la cabeza del bebé y ajustar el tamaño de la cabeza.
- Coloque el tubo flexible manteniendo la boquilla de soplo de aire y sensor de infrarrojos adyacente para que sean aproximadamente de 1-3 cm del ojo derecho del niño a un ángulo de ~ 45° del plano axial de la cabeza (figura 1).
- Antes de comenzar el experimento, comprobar que el montaje experimental está optimizado para ofrecer el aire córneo puff. Ofrecer una sola prueba aire soplo al ojo del bebé y observar si un eyeblink ocurre y es visible en la cámara de video. Si no se observa eyeblink, ajuste la colocación de la venda para que el aire del soplo está más cerca de los ojos.
- Registrar las respuestas de eyeblink del bebé durante toda la duración del experimento. Posición de la cámara de vídeo para que el campo de visión se dirige hacia los ojos del bebé. La cámara debe ser lo suficientemente cerca para discernir los movimientos de ojo pequeño, pero no tan cerca que el bebé puede moverse fuera del marco si él o ella se convierte en molesto.
- Asegúrese de que los experimentadores son enmascarados a la sincronización del estímulo. Si la interfaz de usuario EBC indica cuándo ocurrirá el próximo ensayo, preguntar el investigador que se orientan a la interfaz de la computadora para que ellos no son conscientes cuando se entregará el siguiente estímulo. Esto evitará que el investigador responde a los estímulos propios y potencialmente contribuir a las respuestas aprendidas de niño.
4. optimizar el montaje Experimental para niños de un año de edad
- Asegúrese de que los dos investigadores están disponibles para llevar a cabo el experimento.
- Al colocar la venda sobre el bebé, pregunte al cuidador para colocar al niño en su regazo mirando hacia los lados. Esto permite que el investigador al enfoque desde el lado y detrás de la cabeza del bebé, mientras que un segundo investigador participa al niño.
- Colocar la diadema y el posicionamiento de la boquilla deben realizarse lo más rápido y con calma como sea posible para asegurar el cumplimiento del bebé. Colocando una mano sobre la punta de la boquilla evita que al bebé girar su cabeza en la boquilla durante el posicionamiento.
- Mantener al niño en el regazo del cuidador durante todo el experimento.
Nota: Mientras una trona puede proveer un ambiente más consistente entre experimentos, esto puede aumentar la ansiedad y reducir el cumplimiento en muchos bebés. - Para los niños propensos a interferir con la venda durante el experimento, utilizar distracción suave.
- La diadema comúnmente se mueve durante el experimento. Si el bebé ya no está respondiendo al aire puff o la diadema se ha alejado mucho del ojo, detener el experimento y ajuste la posición de la cabeza antes de continuar.
- Estimular al niño a ver durante el experimento con el fin de aumentar la magnitud de los movimientos del eyeblink; esta manera, se puede mejorar detección eyeblink.
Nota: Esto puede lograrse colocando el bebé delante de un monitor jugando un amistoso infantil video (por ejemplo, una caricatura de edad apropiada con el audio apagado) ligeramente por encima de su línea de visión.
5. Eyeblink detección usando grabaciones de Video cámara
- Permiten dos investigadores definir independientemente del eyeblink las respuestas para cada experimento.
- Utilizar software de edición de vídeo para analizar cada ensayo para una latencia de 2.000 ms tras inicio de juicio.
- Utilice la forma de onda de audio para detectar el primer fotograma del inicio juicio.
- Para los pares (CS + U.S.) y ensayos (sólo CS) definen Inicio prueba desde el comienzo de la señal acústica.
- Para las pruebas somatosensoriales donde se presentan sólo los Estados Unidos (soplo de aire), realizar pretesting para asegurarse de que el micrófono de la cámara puede detectar el ruido sutil de ms de 100 por el soplo de aire. De lo contrario, video grabación del indicador Inicio juicio programado en el software paquete ayudará a detectar la aparición de soplo de aire.
- Utilizar la pista de vídeo para detectar la respuesta de parpadeo. Registro de latencia de blink como los siguientes: abrir y cerrar inicio el primer fotograma donde los párpados comienzan a cerrarse; Abrir y cerrar el pico primer fotograma donde máximo se cierran los párpados.
- Es necesario, desarrollar estrategias para manejar las respuestas ambiguas. Vea los ejemplos siguientes.
- Razonable excluir parcial parpadea, que puede ocurrir cuando los párpados no pueden cerrar completamente por más de 50%.
- Excluye ensayos donde se oculta la aparición de soplo de aire tono por ruidos extraños, o donde la respuesta de parpadeo es obscurecida de la visión, de mayores análisis.
- En los ensayos donde se observan múltiples parpadeos, analizar la primera respuesta de parpadeo tras inicio de juicio.
- Anotar el número de fotogramas de vídeo entre el inicio del estímulo y el pico de blink. Convertir la latencia en tiempo real basado en la frecuencia de muestreo de la cámara.
6. clasificación de respuesta EBC
- Después de detectar las pruebas en que se produjo una respuesta de eyeblink, definir el tipo de parpadeo, basado en su latencia en relación con la aparición del estímulo (figura 2).
- Definir un abrir y cerrar como una respuesta del susto si se produce dentro del primer intervalo de 200 ms después del tono; Estos representan una respuesta refleja al tono auditivo o parpadeos que son tiempo coincidentemente con el inicio el tono que habría ocurrido independientemente de la bocanada de aire.
Nota: Las respuestas pueden observarse para los pares (CS + U.S.) del susto o desapareados ensayos (sólo CS), donde se entrega el tono auditivo. - Definir un parpadeo como respuesta somatosensorial si se produce en respuesta a la bocanada de aire; indica si la córnea es sensible a la bocanada de aire con la configuración actual del casco. Este es un tipo de respuesta de unconditioned (véase abajo).
- Definir respuestas incondicionado como respuestas somatosensoriales a los ensayos de soplo durante emparejados (CS + U.S.) de aire que se producen más de 650 ms después del inicio del tono.
- Definir respuestas condicionada como parpadeos que son óptimamente programados para coincidir con el soplo de aire. Se inician entre 350 a 650 ms después del inicio de tono para los ensayos de pares o impares e indican que puede haber ocurrido aprendizaje asociativo entre la CS y Estados Unidos.
- Definir un juicio como error las respuestas si no blink fue detectado en respuesta a la bocanada de aire; Estos se observan para los pares (CS + U.S.) ensayos ni el somatosensorial. Estas respuestas indican que la bocanada de aire no alcanza el ojo.
- Definir un abrir y cerrar como una respuesta del susto si se produce dentro del primer intervalo de 200 ms después del tono; Estos representan una respuesta refleja al tono auditivo o parpadeos que son tiempo coincidentemente con el inicio el tono que habría ocurrido independientemente de la bocanada de aire.
7. Análisis de aprendizaje asociativo
Nota: Un número de métodos se ha descrito previamente para evaluar aprendizaje asociativo9,10,11 (descrito aquí brevemente). Los investigadores deben modificar estos métodos o desarrollar sus propio para definir si se ha producido aprendizaje asociativo, dependiendo de su diseño experimental.
- En primer lugar, excluir ensayos en que no fue recogidos datos utilizables, tales como aquellos con errores técnicos.
- Calcular el porcentaje de eyeblink respuestas de todos los posibles ensayos somatosensoriales para calcular la sensibilidad a la bocanada de aire.
- Evaluar si el aprendizaje ha ocurrido durante el experimento comparando el porcentaje de la respuesta condicionada en bloques secuenciales de 10 ensayos. Puede indicar un aumento en el porcentaje de respuesta condicionada en el transcurso del experimento acondicionado ha ocurrido.
Nota: Como alternativa, modelando el cambio en eyeblink latencias con el tiempo podría utilizarse para determinar si el niño ha adaptado sus tiempos de respuesta durante el curso del experimento. - Evaluar si el aprendizaje se produce a través de sesiones experimentales o entre dos grupos experimentales. Utilizar un criterio arbitrario para definir si ha producido acondicionado (p. ej., > 40% condicionado respuestas dentro de una sesión experimental)6,9.
Representative Results
Capacidad de prueba de condicionamiento del Eyeblink en niños de un año de edad:
La instalación experimental necesaria para examinar eyeblink acondicionado es un reto para los bebés de un año de edad. En los experimentos que realizamos, 35% (11 niños) no pudo participar en el experimento porque no tolerarían llevar una diadema o recibir el soplo de aire a la córnea (n = 31 niños tratados de). Aproximadamente la mitad (52%, n = 16 niños) completa o parcialmente completado la primera serie de 50 ensayos (mediana [IQR] = 22.5 [0 - 50] terminados los ensayos). El resto participó en dos sesiones experimentales.
Logro de resultados experimentales confiables requiere colocación correcta de la unidad de soplo en la cabeza y aire durante todo el experimento. Para esos niños que participan en el experimento, entrega de soplo de aire a la córnea puede alcanzar para la mayoría de los ensayos (77 ± 6% de los soplos de aire indujo una respuesta de parpadeo; n = 13 niños/557 aire soplo ensayos tratados). Los ensayos restantes representan 'fallido ensayos' en el que el niño no fue sensible a la bocanada de aire.
La figura 3 ilustra el aire soplo entrega éxito durante dos experimentos de acondicionado de 50 ensayos. El número de eyeblinks observado se describe como un porcentaje de los ensayos de soplo de aire (es decir, ensayos o somatosensoriales o apareados). Parpadear las respuestas de la primera disminución infantil en cada bloque sucesiva de 10 ensayos, indicando que la diadema puede se han sub-óptimamente colocada hacia el final del experimento. En cambio, el segundo bebé muestra relativamente buena sensibilidad a la bocanada de aire, con al menos el 90% de los ensayos de soplo de aire con éxito, provocando una respuesta de parpadeo en cada bloque posterior de 10 ensayos.
Tasas de éxito eyeblink detección mediante análisis de Video cámara:
Una cámara de vídeo portátil proporciona un método confiable de capturar respuestas eyeblink permitiendo al investigador rastrear manualmente los ojos del bebé. Manual análisis de cuadro por cuadro se utilizaron para identificar las respuestas de 90 ± 3% de los ensayos (n = 13 ensayos de bebés/608 intentados). Los ensayos restantes representan aquellos en que los ojos del bebé se oscurece durante el rodaje.
Aunque análisis de vídeo requiere de interpretaciones subjetivas, este método puede utilizarse para medir fiablemente eyeblink latencia desde el inicio del estímulo. Nuestro análisis de abrir y cerrar los tiempos de respuesta medidos por dos observadores independientes ilustra buena confiabilidad inter-calificador por el que la diferencia media entre las mediciones fue ms 28,4 y 95% límites de acuerdo de ± 263,9 ms (figura 4: n = 4 experimentos analizados por dos observadores/94 parpadean las respuestas). Teniendo en cuenta que eyeblinks acondicionados son definidos como aquellos que caen dentro de una ventana de 300 ms, esto permite que suficiente precisión distinguir condicionada de respuesta incondicionado. Tenga en cuenta que los ensayos con desacuerdo significativo puede fácilmente verificarse tras consultas entre los observadores.
Condicionamiento del eyeblink en niños de un año de edad:
El acondicionamiento de dos experimentos se muestra en la figura 5A y 5B muestran las latencias de respuesta eyeblink a lo largo del experimento para los ensayos apareados y no apareados. Las respuestas del eyeblink del primer niño durante el primer pico EBC sesión después del inicio de la bocanada de aire y fuera de la ventana de latencia que define una respuesta condicionada. Además, este niño no responde a ninguno de los no apareados ensayos (sólo tono). Juntos, esto indica que este niño no ha aprendido a asociar el tono y el aire soplo durante su exposición inicial el paradigma de la EBC. En comparación, el segundo bebé, quien participa en su segunda sesión de la EBC, rutinariamente parpadea antes de la aparición de soplo de aire y responde a todos los ensayos sin par, indicando que el niño ha logrado eyeblink acondicionado después de la sesión inicial de 50 ensayos. Figura 5 ilustra un típico método de evaluación de aprendizaje asociativo en múltiples ensayos de sesiones6,9,10,11. El número de respuestas condicionada de ambos niños se describe en los sucesivos bloques de 10 ensayos y un porcentaje de todos los ensayos apareados y no apareados en cada bloque. En este caso, ambos niños muestran cambios mínimos en el aprendizaje asociativo durante el experimento, que ilustra la falta de acondicionamiento (infantil 1, sesión 1) o que acondicionado ya se ha producido (niño 2, sesión 2).
Figura 1 : Eyeblink acondicionado instalación con un participante para bebé de un año de edad. Se muestra la cinta a medida apoyar la unidad de soplo de aire. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Estímulos y respuesta las definiciones para un eyeblink acondicionado paradigma apropiado para experimentos con niños menores de un año. (A) durante los juicios de pares, un tono audible de 750-ms (estímulo condicionado [CS]) se superpone y termina con un soplo de aire de 100 ms (estímulo incondicionado [US]). Abrir y cerrar las respuestas varían según su distribución en relación con la aparición del estímulo (respuesta del susto: 0 - 200 ms; respuesta condicionada [CR]: 350-650 ms; unconditioned respuesta [UR]: 650-2.000 ms). Definiciones de respuesta son idénticas para ensayos (sólo CS) impares. Pruebas somatosensoriales (B) entregan un aire de ms de 100 solo puff (nosotros) solamente, y parpadeos que se producen dentro de una ventana de ms de 300 son clasificadas como respuestas somatosensoriales (SSR). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 : Ejemplo de eyeblink acondicionado experimentos en niños de un año de edad que ilustran la variación en la sensibilidad del soplo de aire. La sensibilidad a la bocanada de aire se describe como el número de respuestas observadas a la bocanada de aire (entregada un ensayo somatosensorial o como un juicio de pares) como porcentaje de todos los ensayos aire soplo, en cada bloque posterior de 10 ensayos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : Parcela de Bland-Altman que ilustran el acuerdo en tiempos de respuesta de parpadeo medido de grabaciones de cámara de vídeo por dos observadores independientes. Las líneas grises indican el sesgo entre las mediciones (definidas como la diferencia media entre las mediciones) y los límites superiores e inferiores de acuerdo (LOA, definido como las diferencia promedio ± 1.96 desviaciones). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5 : Ejemplo de eyeblink acondicionado experimentos en niños one-year-old que ilustran la variación en las respuestas condicionada. Tiempos de respuesta de abrir y cerrar se muestran para los pares (CS + U.S.) ensayos (círculos negros) y (sólo CS) (cuadrados grises). La barra gris indica el momento de la bocanada de aire y las líneas negras indican la latencia entre 350-650 ms utilizado para definir una respuesta condicionada. Ensayos que ha podido provocar una respuesta aparecen en x-eje. (A) abrir y cerrar las respuestas generalmente caen fuera de la ventana acondicionado y ensayos se ha podido provocar una respuesta del eyeblink. ()B) las respuestas son adecuadamente programadas para coincidir con la ocurrencia de la bocanada de aire, y las respuestas impares y pares ensayos inician una respuesta condicionada. Acondicionado (C) en el transcurso del experimento se ilustra como el número de respuestas condicionada (descrito como un porcentaje de todos los ensayos apareados y no apareados), en cada bloque sucesiva de 10 ensayos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Discussion
Modificaciones y resolución de problemas:
Eyeblink comercial o a medida, sistemas de acondicionamiento debe presentar los estímulos para el tema de una manera experimental controlada y ser capaces de detectar las respuestas conductuales. Aunque este es un procedimiento no invasivo, los requisitos técnicos para la realización de estos experimentos en poblaciones menos obedientes (p. ej., niños) es un reto. Fijar físicamente el soporte de cabeza al ojo es posible que experimentos con animales, como el condicionamiento experimentos en ovejas12,13. Los niños mayores pueden tolerar usar una diadema con un soplo de aire adjunta entrega unidad6,7,8 y pueden ser animados a mantener una posición constante ojo utilizando la televisión como distracción. Aunque el cumplimiento en los bebés muy pequeños puede lograrse acondicionado durante sueño14, los bebés mayores a un año de edad suelen ser fácilmente distraído, lo que los hace una población excepcionalmente difícil. A pesar de los desafíos, eyeblink acondicionado experimentos están posibles para algunos bebés despiertos, one-year-old. Nuestras tasas de éxito son similares a los reportados previamente en la literatura (~ 40% - 50% de cumplimiento)9, con la probabilidad de éxito probablemente reflejada por el temperamento del bebé en el día del experimento.
Pasos críticos dentro del Protocolo:
Se recomienda adaptar un montaje EBC comercialmente disponibles, o utilizando un generador de presión de aire a la medida según se describió anteriormente, para jóvenes niños9,10,11. El reto inicial es mantener la unidad en la posición correcta durante todo el experimento, que requiere un más pequeño, soplo de aire modificado casco. Ojo de seguridad es una preocupación particular para bebés no conformes que trate de sacar el casco sí. Por lo tanto, los bebés deben ser vigilados estrechamente en todo momento. Una proporción de niños no va a tolerar lleva la diadema o recibir el soplo de aire a la vista (aquí, ~ 35%), aunque esto puede ser mejorado suavemente distrayendo al bebé si lo permite el protocolo experimental y si esto no interfiere abiertamente con bebé comportamiento. Para los niños que completen el experimento, sólo soplo de aire ensayos son esenciales para confirmar que el casco fue colocado correctamente, como falta o inversión de condicionamiento de las respuestas puede ser causado por mal desempeño de la bocanada de aire durante todo el experimento.
Mientras que análisis de vídeo manual es desperdiciador de tiempo, medidas automatizadas de eyeblink infantil respuestas son actualmente difíciles de alcanzar. Sensores infrarrojos suministrados con configuraciones EBC comerciales (colocados en la banda adyacente a la unidad de soplo de aire) grabación la reflectancia de momento a momento de la córnea en una frecuencia de muestreo de 1 kHz, y parpadea puede detectarse midiendo el cambio en la reflexión después de la aparición del estímulo. Cambios significativos de reflectancia de la línea de base indican que se ha producido una eyeblink, análisis automatizado se puede utilizar para detectar y clasificar las respuestas de parpadeo. Sin embargo, nosotros y otros9,10,11 sugieren que los investigadores no deben confiar en las mediciones de reflectancia en el infrarrojo córnea provistas de montajes comerciales de EBC para detectar parpadea en niños menores de un año. Aunque este método puede ser adecuado para los participantes adultos o niños mayores6,7, hemos podido detectar de manera fiable parpadea en niños de un año usando este método. Aquí, un cambio insignificante en la reflectividad de la línea de base se observa a lo largo de la época de prueba, indicando que el eyeblink no es detectado por el sensor de infrarrojos. Además, falsos picos positivos se observan comúnmente, que son causadas por movimientos de la cabeza del bebé que cambian la posición del sensor. Piloto de pruebas en adultos sugiere que el participante debe centrarse en o ligeramente por encima de su línea de visión horizontal, con la unidad de soplo de aire en 1-2 cm de la córnea, para detectar con éxito las condiciones de eyeblinks que no se puede mantener constantemente con un niño. Además, el tamaño de la pequeña fisura congestivo en niños puede reducir la reflexión corneal, haciendo blink detección más difíciles que en adultos o más viejos niños.
Importancia con respecto a los métodos existentes:
A pesar de la necesidad de análisis manual cámara de vídeo y la resolución temporal inferior de un video de 60 Hz en comparación con las mediciones de reflectancia de 1 kHz, las tasas de mayor éxito de grabaciones de vídeo hacen de este un método superior para el sensor de infrarrojos. Aunque el soplo de aire corneal también es entregado por el mismo accesorio casco como un sensor de infrarrojos comercial, entrega de estímulo aparece ser más resistente al posicionamiento que el sensor de infrarrojos, como la fuerza del soplo de aire puede ser ajustada como necesaria. Esto evita el excesivo ajuste de la venda, que tiende a reducir el cumplimiento infantil. Los investigadores que pueden lograr mayores tasas de éxito usando el sensor de infrarrojos pueden requerir todavía apoyar análisis de la cámara de vídeo. Para los ensayos donde no hay ninguna respuesta detectable eyeblink registrada por el sensor de infrarrojos, grabaciones de vídeo pueden distinguir entre las respuestas verdadero o ensayos no válidos (es decir, si el niño llevaba la unidad de soplo de aire en la posición correcta, Si ellos no parpadeó, o si el sensor no pudo detectar un abrir y cerrar). Igualmente, grabaciones de vídeo son necesarias para confirmar los resultados positivos falsos, como los movimientos durante el juicio también pueden producir artefactos que se disfraza como parpadea. Eye-tracking apparatus15,16 y electromiografía9,10,14 del músculo orbicularis oculi son otros automatizados métodos de detección de parpadeo que están más allá del alcance de este documento, aunque sin confirmación visual de la unidad de soplo de aire para cada ensayo, estos métodos son propensos a sufrir los mismos inconvenientes como el software de detección de infrarrojos eyeblink descrito aquí.
Previamente trabajo publicado en acondicionamiento de parpadeo se ha centrado en los niños más jóvenes, típicamente 4-5 meses de edad; Este trabajo agrega a este cuerpo de literatura que describen técnicas para el uso con niños mayores (12 ± 1 mes de edad) y los desafíos que presenta este grupo de edad. Otros autores también han utilizado análisis de vídeo (solos o en combinación con electromiografía) con niños9,10,11,14. Los resultados aquí presentados son coherentes con estos resultados previos que sugieren análisis de vídeo fotograma por fotograma es el mejor método de detectar eyeblinks en neonatos, como electromiografía y monitoreo infrarrojo pueden ser problemáticas debido a facial y cabeza movimientos en los niños muy pequeños. Este trabajo también apoya la conclusión que los niños pueden desarrollar condicionado respuestas incluso a edades muy jóvenes, por lo menos para 650 ms retraso intervalo9.
Futuras aplicaciones:
Como un número limitado de estudios ha intentado eyeblink acondicionado experimentos en los infantes, los parámetros de estímulo deberán considerarse detenidamente en el futuro los experimentos. Acondicionado ha observado tan pronto como 10 días de edad17 y por lo menos dentro del primer mes de vida14, aunque un intervalo de tiempo entre estímulo (e.g., ms de 1.500) parece tener más éxito en estas primeras etapas de la infancia18 . En comparación, los niños acercándose a seis meses de edad pueden ser más confiablemente acondicionados con un intervalo más corto10, aunque menos con éxito en adultos19. El intervalo de 650 ms entre el tono y el soplo de aire sugerido para niños de un año de edad en este protocolo pueden inducir con éxito acondicionado en 4 o 5 meses los bebés9,10,11, así como en mayores niños6,7. Esto sugiere que eyeblink acondicionado desarrollo se regula, con el retardo óptimo entre el tono y el soplo de aire disminuye con edad infantil10, aunque experimentos adicionales de adaptación de este protocolo están obligados a investigar estos parámetros más.
Limitaciones de esta técnica:
EBC puede ser difícil establecer y requerir la solución de problemas en cada situación individual. Determinar cuándo ha ocurrido acondicionado es difícil de definir y se observa mejor en múltiples ensayos o sesiones. Por ejemplo, otros estudios han utilizado una tasa arbitraria acondicionado del 40% dentro de cada bloque de 10 ensayos para definir acondicionado y compara los cambios entre sucesivas sesiones experimentales6,9,10, 11. Completar el número requerido de ensayos para observar acondicionado, por lo tanto, puede difícil de lograr en los niños pequeños.
En cuanto al análisis de datos, uno de los desafíos particulares que es separa evocado por el estímulo parpadea parpadea (endógeno) espontánea9. La tasa de eyeblinks espontánea es diferente entre los individuos pero puede ser influenciada por factores ambientales como la humedad del ambiente, así como Estados de comportamiento. Parpadeos dobles se producen cuando hay dos cierres de párpado completo en un espacio muy corto de tiempo (p. ej., 400 ms)20, y es posible que estos reflejan parpadeos espontáneos que ocurren al mismo tiempo como un reflexivo (condicionado o incondicionado) eyeblink. Observamos de vez en cuando parpadea doble en nuestro conjunto de datos y, mediante este protocolo, se registró la latencia al primer parpadeo solamente. Sin embargo, descartar estos ensayos puede aumentar certeza de que el análisis está capturando evocado por el estímulo parpadea solamente.
Los investigadores también tendrá que tomar decisiones en la ventana de latencia en que definir un condicionado o incondicionado respuesta, así como si definir latencia a la aparición de blink o el pico de blink (cierre de párpados). Aquí hemos definido conservadoramente una respuesta condicionada como un parpadeo que picos antes 650 ms en los ensayos ya sea pares o impares, para proporcionar la certeza de que el parpadeo se inicia antes de la aparición de soplo de aire en lugar de en respuesta a la bocanada de aire. Sin embargo, esta ventana de latencia podría extenderse para ensayos donde no se presenta ningún soplo de aire, especialmente si usa blink pico para definir la latencia de la respuesta. El principio importante aquí es que todos los casos se tratan de la misma manera, por todos los examinadores, y que este criterio se determina antes de cualquier inicio de análisis de datos.
En Resumen, análisis de vídeo fotograma por fotograma pueden proporcionar un método confiable y reproducible para evaluar respuestas clásicas de EBC en niños jovenes. Estas medidas proporcionan una medida de comportamiento, de aprendizaje, aunque una evaluación del desarrollo integral es necesaria para caracterizar completamente neurodesarrollo en la infancia.
Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Este estudio fue apoyado por la Nueva Zelandia optométrica visión Research Foundation, la Agencia de promoción de la salud, Fondo de desarrollo de investigación de Facultad de la Universidad de Auckland, y la Universidad de Auckland Facultad de medicina PBRF de fondo.
Estamos agradecidos a los dos estudiantes de Optometría de la Universidad de Auckland (muchacho de Shannon y Harpreet Singh) que completó el análisis de vídeo manual para examinar acuerdo en medidas de respuesta de parpadeo.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Eyeblink conditioning system | San Diego Instruments | Model #2325-0145-W | includes portable airpuff unit and infrared emitter/receiver mounted to adjustable headband; eyeblink stimulus and response detection software; PC interface |
| 4K Ultra HD action camera | RV77 | Model SJ9000 | micro SD/TF card recording 90fps at 720p |
References
- Freeman, J. H., Steinmetz, A. B. Neural circuitry and plasticity mechanisms underlying delay eyeblink conditioning. Learning & Memory. 18 (10), 666-677 (2011).
- Mccormick, D. A., et al. The engram found? Role of the cerebellum in classical conditioning of nictitating membrane and eyelid responses. Bulletin of the Psychonomic Society. 18 (3), 103-105 (1981).
- Bolbecker, A. R., et al. Eye-blink conditioning deficits indicate temporal processing abnormalities in schizophrenia. Schizophrenia Research. 111 (1-3), 182-191 (2009).
- Sears, L. L., Finn, P. R., Steinmetz, J. E. Abnormal classical eye-blink conditioning in autism. Journal of Autism and Development Disorders. 24 (6), 737-751 (1994).
- Oristaglio, J., et al. Children with autism spectrum disorders show abnormal conditioned response timing on delay, but not trace, eyeblink conditioning. Neuroscience. 248, 708-718 (2013).
- Jacobson, S. W., et al. Impaired eyeblink conditioning in children with fetal alcohol syndrome. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 32 (2), 365-372 (2008).
- Jacobson, S. W., et al. Impaired delay and trace eyeblink conditioning in school-age children with fetal alcohol syndrome. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 35 (2), 250-264 (2011).
- Ohlrich, E. S., Ross, L. E. Acquisition and differential conditioning of the eyelid response in normal and retarded children. Journal of Experimental Child Psychology. 6 (2), 181-193 (1968).
- Ivkovich, D., Eckermann, C. O., Krasnegor, N. A., Stanton, M. E. Using eyeblink conditioning to assess neurocognitive development. Eyeblink Classical Conditioning: Volume I. Woodruff-Pak, D., Steinmetz, J. E. , Springer. Boston, MA. 119-142 (2002).
- Klaflin, D. I., Stanton, M. E., Herbert, J., Greer, J., Eckerman, C. O. Effect of delay interval on classical eyeblink conditioning in 5 month old human infants. Developmental Psychobiology. 41 (4), 329-340 (2002).
- Ivkovich, D., Collins, K. L., Eckerman, C. O., Krasnegor, N. A., Stanton, M. E. Classical Delay Eyeblink Conditioning in 4- and 5-Month-Old Human Infants. Psychological Science. 10 (1), 4-8 (1999).
- Nation, K., et al. Video-based data acquisition system for use in eye blink classical conditioning procedures in sheep. Behavior Research Methods. , 1-14 (2016).
- Johnson, T. B., Stanton, M. E., Goodlett, C. R., Cudd, T. A. Eyeblink classical conditioning in the preweanling lamb. Behavioral Neuroscience. 122 (3), 722-729 (2008).
- Reeb-Sutherland, B. C., et al. One-month-old Human Infants Learn About the Social World While They Sleep. Developmental Science. 14 (5), 1134-1141 (2011).
- Kulke, L., Atkinson, J., Braddick, O. Automatic Detection of Attention Shifts in Infancy: Eye Tracking in the Fixation Shift Paradigm. PLoS One. 10 (12), e0142505 (2015).
- Meng, X., Uto, Y., Hashiya, K. Observing Third-Party Attentional Relationships Affects Infants' Gaze Following: An Eye-Tracking Study. Frontiers in Psychology. 7, 2065 (2016).
- Naito, T., Lipsitt, L. P. Two attempts to condition eyelid responses in human infants. Journal of Experimental Child Psychology. 8 (2), 263-270 (1969).
- Little, A. H., Lipsitt, L. P., Rovee-Collier, C. Classical conditioning and retention of the infant's eyelid response: effects of age and interstimulus interval. Journal of Experimental Child Psychology. 37 (3), 512-524 (1984).
- Hoffman, H. S., Cohen, M. E., Devido, C. J. A comparison of classical eyelid conditioning in adults and infants. Infant Behavior and Development. 8 (3), 247-254 (1985).
- Nakanishi, M., Mitsukura, Y., Wang, Y., Wang, Y. T., Jung, T. P. Online Voluntary Eye Blink Detection using Electrooculogram. IEICE Proceeding Series. , (2012).
