Summary
Hier presenteren we protocollen om trillingen detectie drempels en tactiele scherpte te bepalen met behulp van psychofysische methoden in de mens.
Protocol
Het testen protocol werd goedgekeurd door de Charité-Universitätsmedizin ethische commissie.
1. Vibration Detection Threshold (VDT)
- Device en testen Protocol Assembly - pretest
- Monteren van de onderdelen van de inrichting volgens figuur 1A. Plaats een glad oppervlak board (40 cm x 80 cm) op een tafel. Plaats de koperen staaf op het bord.
- Sluit de piëzo-elektrische actuator (trillingen stimulator) naar de besturingseenheid.
- Sluit de reactie doos en de monitor apparaat om de data-acquisitie-systeem (zie aanvullende code-bestand).
- Sluit de data-acquisitie systeem om een computer (of laptop), en actuator controller unit piëzo.
- Schroef de op maat gemaakte stimulatiesonde het bewegende deel van de piëzo-elektrische actuator (voor bijzonderheden van de sonde zie materialen).
- Monteer de piëzo-elektrische aandrijving met de sonde op de evenwichtige koperen bar.
- testen Protocol
- Script een testprotocol dat de twee-interval gedwongen keuze en getransformeerd-regel op en neer methode implementeert. Zie aanvullende code-bestand voor een overzicht van het script.
- De bouw van de golfvorm van de trilling stimulus als een sinusvormige golf en geef de duur stimulus, stijgen en dalen kenmerken.
- Open software (bijv LabChart). Selecteer Setup> Stimulator.
- Kies een aangepaste golfvorm en configureer de stimulator opties. Maak 2 stimulans golfvormen met betrekking tot elk interval (stim1 en stim2).
OPMERKING: De golfvorm stim1 bestaat uit 3 delen: een vertraging van 4 seconden, gevolgd door een sinusvormige golf van 1,8 sec en een vertraging van 1,8 sec (geen stimulus). De golfvorm stim 2 bestaat uit 3 delen: een vertraging van 4 seconden, waarna een vertraging van 1,8 sec (geen stimulus), en door een sinusvormige golf van 1,8 sec. - Voor de sinusvormige golfvorm, nieuwe variabele parameters frequentie en amplitude. modify de sinusvormige golffunctie door het invoeren van de volgende functies om de opkomst en ondergang.
Rise golfvorm: (1-e -bt) ∙ Amplitude ∙ sine (frequentie), b = 9,1
Fall golfvorm: (e -bt) ∙ Amplitude ∙ sine (frequentie), b = 9,1 - In het data-scherm van het lab grafiek, maakt de set van 35 spanningsuitgangen met betrekking tot de 35 amplitude intensiteiten (of niveaus) van de vibratie stimulus. Zie tabel 1.
- Zet de start / default amplitude van de trilling stimulans voor de geteste trillingsfrequentie in de macro script voor de testprocedure (zie aanvullende code file sectie).
- Voorbereiding en opleiding van onderwerpen - testsessie
- Informeren proefpersonen over de testprocedure en hebben ze ondertekenen een schriftelijke toestemming vorm. Om de anonimiteit te waarborgen en voldoen aan de voorschriften inzake gegevensbescherming, wijst iedere deelnemer een nummer.
- Seat de onderwerpen comfortabelin een rustige kamer bij een temperatuur tussen 20-30 ° C. Instrueer hen over de test op een eenvoudige en duidelijke manier zodat het onderwerp weet wat je kunt verwachten tijdens het testen.
- Plaats de arm van het onderwerp op het bord. Pad de pink met medische deeg om beweging te minimaliseren. Plaats de koperen staaf op het bord om de sonde positioneren op de pink van de geteste kant net onder het nagelbed. Adequate contact tussen de sonde en de huid en de positie van de probe passen om horizontaal met de waterstand. Vermijd huidcontact met de randen van de platte ronde probe.
Opmerking: Dit zorgt ervoor dat het vlakke oppervlak van de probe zijn ongeveer 30 g (0,3 N) op het huidoppervlak. Scherpe randen kunnen leiden tot een verminderde detectie drempels. De zware massa van de koperen bar voorkomt de overdracht van storende trillingen uit de omgeving naar het apparaat en minimaliseert dissipatie van de toegepaste sinus. - Voorafgaand aan het testen, krijgt de deelnemers vertrouwd gemaakt met de setup. Afhankelijk van de testfrequentie, aanwezig in een soepele (niveau 23) en een harde (niveau 7) aan trillingen stimulus waar te nemen door het variëren van de amplitude totdat het voorwerp waarneemt een trilling zodat de experimentele procedure wordt begrepen.
- Indien nodig, stelt u de start (standaard) amplitude op de geselecteerde frequentie, zodat het onderwerp makkelijk de stimulus kan detecteren wanneer het testen protocol gestart (zie 1.2.3).
- Minimaliseren interacties tussen subject en onderzoeker tijdens de test.
- Start de test door het uitvoeren van het script dat de twee alternatieve geforceerde keuze procedure maakt gebruik van de up-down adaptieve methode 22.
LET OP: De activiteiten op 1.3.7-1.3.12 worden geautomatiseerd door het programma script. - In beide onderzoeken willekeurig toedienen een trilling stimulus gedurende een van de twee intervallen die visueel de proefpersoon als "1" en "2" op het scherm van de monitor (figuur 1B) zijn aangegeven.Hebben het onderwerp geven of de eerste of tweede opeenvolgende intervallen die de vibratie stimulus door op één van twee knoppen "1" of "2" van de respons vak. Laat het onderwerp te maken een gok als hij of zij is niet zeker wanneer de stimulus wordt gepresenteerd.
NB: De geforceerde keuze techniek vereist dat het onderwerp reageert, zelfs wanneer de trillingen niet wordt waargenomen. - In een reeks proeven die bestaat uit 6 tot maximaal 9 enkele proeven, herhaal dezelfde vibratie stimulus een amplitude die ten minste zes keer achter elkaar. Als de antwoorden zijn allemaal correct, het verminderen van de stimulus intensiteit (omlaag regel) voor de volgende proef serie.
- Op basis van de beslisregel van de adaptieve methode (logische operatoren in script), meer proeven verlenen het onderworpen aan dezelfde stimulus intensiteit als het onderwerp maakt van fouten in een proces-serie. Verminder de stimulus intensiteit als de stimulus correct is geïdentificeerd in ten minste 5 proeven en verkeerd in minder dan 2proeven.
- Verhoog de stimulus niveau als het onderwerp maakt de 2 onjuiste antwoorden in een proef reeks; of meer dan één verkeerde reactie en minder dan 5 juiste antwoorden.
- Noteer de verandering in de richting van stimulusintensiteit als omkeerpunt. Verander de stimulus intensiteit volgens keerpunt nummer: voorafgaand aan de derde keerpunt met 4 intensiteit niveaus; op de 3 e keerpunt met 2 intensiteit niveaus; anders op 1 niveau (voor meer informatie zie aanvullende code-bestand en figuur 4B).
- Daartoe moet het testen bij de persoon in totaal 8 omkeringen voltooid.
- Bereken het VDT door het nemen van de mediaan van de stimulus amplitude waarde van de laatste 6 omkeringen.
2. Tactile Ruimtelijke Acuity Test
- Bepaal tactiele scherpte met een twee-alternatief gedwongen keuze raspen oriëntatie test met de Tactile Acuity Cube (TAC). De TAC bestaat uit 6 zijden elkeen rooster (bar en groef) waarvan de breedte is 0,75 mm, 1,25 mm, 1,75 mm, 3,0 mm, 4,5 mm en 6,0 mm.
- Seat onderwerpen in een rustige kamer bij een temperatuur tussen 20-30 ° C en instrueren over de taak.
- Tijdens het experiment, blinddoeken de proefpersonen met behulp van afgeschermde bril. Plaats de dominante hand op een tafel met de handpalm naar boven.
- Op beide onderzoeken toepassen TAC de vingertop op een van twee oriëntaties raster: verticaal (parallelle richting) als horizontaal (dwarsrichting) uitgelijnd op de lengteas van de vinger. Willekeurig kiezen voor de volgorde van het rooster oriëntatie voor elk onderzoek.
- Breng de roosters van de TAC voor 2 seconden op de vingertop van de wijsvinger, zodat de kubus oefent zijn hele gewicht op de vinger (233 g). Vermijd het indrukken van de TAC op de vinger pad.
- Ja onderwerpen om de oriëntatie van de uitlijning bepalen voordat de kubus van de vinger wordt verwijderd.
- Vermijd beweging van fi van de deelnemernger omdat het misschien een cue om de oriëntatie te bieden. Gooi de proef als de experimentator merkt dat de vinger is verhuisd.
LET OP: Pas op dat kleine bewegingen van uw vinger niet kan worden gedetecteerd door de experimentator in de procedure. - Maken gebruik van een twee-down en één-up adaptieve methode in het trappenhuis algoritme.
- Begin met de grootste raspen, 6,0 mm.
- Verlaag het rooster breedte na twee correcte identificatie van de oriëntatie (juiste antwoord).
- Test de volgende, kleinere breedte en ga verder met de intensivering regel totdat het onderwerp maakt een verkeerde reactie en documenteren van het rooster breedte als een keerpunt.
- Verhoog het rooster breedte stapsgewijs totdat de twee oriëntaties met een breedte correct opnieuw worden bepaald.
- Het einde van de test na afloop van dertien omkeringen.
- Bereken de tactiele rooster oriëntatie drempel door het nemen van de mediaan van het rooster breedte van de laatste 10 omkeringen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De piëzo-elektrische aandrijving biedt de trilling stimulans voor het onderwerp. De vibratie stimulus heeft een totale duur van 1,8 seconden en wordt slechts eenmaal gepresenteerd tijdens een proef in de eerste of tweede interval (Figuur 2A). De opkomst en ondergang tijd bij het begin en het compenseren van de stimulus wordt respectievelijk, waarbij wordt bepaald door de functies (1-e -bt) ∙ Amplitude ∙ sine (frequentie), en (e -bt) ∙ Amplitude ∙ sine (frequentie), b is vastgesteld op 9,1. De stijg- en daaltijd bij aanvang en offset zijn 500 en 600 msec respectievelijk en onafhankelijk van de testfrequentie en amplitude. De duur van de stimulus tussen de onset en offset fasen 700 msec. De geleidelijke opkomst en ondergang zorgt voor een soepele stimulus levering.
Vibratiedetecterende drempels afhankelijk stimulatiefrequentie omdat ze worden gemedieerd door verschillende sensory receptoren. Volgens de menselijke psychofysische stemmingscurve, drempels liggen tussen ~ 20 nm tot ~ 45 urn 5. Daarom wordt een set van 35 niveaus van stimulatie (bereik van 18 nm tot 45 urn) van de vibratiegolfvorm geconstrueerd (Figuur 2B) waarvan de amplitude waarden logaritmisch aangebracht (base 10; stimulus n + 1 = 10 0,1 ∙ stimulus n). Dit amplitudebereik is ontworpen om te testen op frequenties variërend 1-250 Hz. Het uitgangsmateriaal stimulusamplitude wordt doorgaans ingesteld boven de gemiddelde vibratiedetecterende drempel voor een bepaalde trillingsfrequentie testen. Vorige waarnemingen van de frequentie tuning curves verkregen van zowel psychofysische studies gemeten gemiddelde detectiegrens ongeveer 300 nm voor hoge frequentie (> 100 Hz) stimuli, en ~ 3 urn voor de lagere frequenties (<40 Hz) 5,23,24.
De verhouding van de drijvende ingangsspanning aan The uitgangsverplaatsing van de piëzo-elektrische actuator gemeten door het rekstrookje sensor (SGS) bij 10 en 125 Hz worden in figuren 3A en 3B. De relatie is lineair (correlatiecoëfficiënt, r 2 = 0,9992) voor de set van trillingen intensiteit gebruikt (figuur 3C). Er werd een bijna identiek tussen ingangsspanning en outputverplaatsing bij sinusvormige golfvormen van 20 nm amplitude (figuur 3D).
In figuur 4, een typische testsessie waar de vibraties detectiedrempel rechts pink wordt bepaald bij 125 Hz. De drempel zoektocht begint met een stimulus die is boven de drempel van amplitude level 23 (676 nm verplaatsing). De experimentele sessie bestaat uit meerdere reeksen van enkele proeven. Een reeks bestaat uit maximaal 9 enkele proeven toegepast op één vibratie stimulus niveau. Een afname stimulus-intensiteit (niveau) in het algemeen vereist minstens 6 opeenvolgende juiste antwoorden (Figuur 4A). Een verandering in de richting van stimulusintensiteit markeert een keerpunt in reeks proeven spoor en zijn minstens twee onjuiste antwoorden. De grootte van deze verandering in stimulusintensiteit afhankelijk van het aantal omkering. Snel zoeken naar de drempel, wordt de stimulus intensiteit veranderd in stappen van 4 niveaus wanneer het aantal omkeringen minder dan 3, gevolgd door 2 niveaus 3e omkering (opwaartse richting). Anders, de stimulus intensiteit verandert in 1-niveau stappen om de drempel (Figuur 4B) nauwkeurig te bepalen. drempel van het onderwerp wordt berekend door de gemiddelde intensiteit van de stimulus laatste 6 omkeerpunten; in dit geval 401 nm. De getransformeerde regels en neer procedure convergeert naar de drempelwaarde waarbij 75% van de respons correct zijn. Deze berekening is gebaseerd op de reactie sequenties leidt tot een downregel met de volgende formule: p 6 + 6p 6 (1-p) + 6p 6 (1-p) 2, waarbij p de waarschijnlijkheid van een correcte reactie...
In hetzelfde onderwerp, werd de tactiele kubus experiment gedaan (Figuur 5). Elke proef bestaat uit 2 stimuleringen. Een twee-down en één-up regel wordt toegepast en het experiment eindigt na 13 omkering punten. De tactiele scherpte drempel is 1,6 mm is de mediaan van het rooster breedte van de laatste 10 omkering punten. De 2-down en 1-up trap regel convergeert naar een 71% correct drempel van 25.
Figuur 1: Schematische voorstelling van de opstelling componenten voor de meting van vibrotactiele drempels (A) en een looptest proces (B).e.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Fysische eigenschappen van de trillingen stimulus (A) schematische voorstelling van de stimulusgolfvorm.. (B) amplituden van trillingen stimuli (de x-as een logaritmische schaal). De zwarte cirkel wijst de start amplitude kracht voor trillingen testen bij 125 Hz. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Verbindingen van de aandrijvende ingangsspanning uitgangsverplaatsing van de piëzo-elektrische actuator 10 Hz en 125Hz sinusoïdale ingang golfvorm (A en B), gemeten door de SGS ingebouwde sensor. (C) de verhouding tussen de 125 Hz drijvende ingangsspanning en gemeten uitgang verplaatsingen voor de set van vibratie intensiteitsniveaus gebruiken testmethoden. (D) Bijna identiek ingangsspanning output verplaatsing op het laagste intensiteit, 20 nm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4:. Een kenmerkende werking van een is afgebeeld op de twee-interval gedwongen keuze trillingen testprocedure (A) de respons van het subject (correct, open cirkels en onjuiste, zwarte cirkels) worden uitgezet tegen het proces serienummer. (B) een diagram depicTing de adaptieve methode die zoekt naar de drempel door het veranderen van zowel de stap grootte en richting (dat wil zeggen, stijgende en dalende niveau) over een reeks proeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
. Figuur 5: Typische prestaties van een onderwerp op de twee alternatieve geforceerde keuze algoritme voor de rooster oriëntatie taak met behulp van de tactiele scherpte kubus De reacties van het onderwerp (correct, open cirkels, onjuist, zwarte cirkels) worden uitgezet tegen de proef nummer . klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Stimulons niveaus en de overeenkomstige uitgangsspanningen (V) voor stimulus amplitudes | |||||
| (1 V = 10 um verplaatsingsamplitude) | |||||
| 1 | 0,00179 | 13 | 0,02839 | 25 | 0.45 |
| 2 | 0,00226 | 14 | 0,03574 | 26 | 0,56652 |
| 3 | 0,00284 | 15 | 0,045 | 27 | 0,7132 |
| 4 | 0,00357 | 16 | 0,05665 | 28 | 0,89787 |
| 5 | 0,0045 | 17 | 0,07132 | 29 | 1,13035 |
| 6 | 0,00567 | 18 | 0,08979 | 30 | 1,42302 |
| 7 | 0,00713 | 19 | 0,11303 | 31 | |
| 8 | 0,00898 | 20 | 0,1423 | 32 | 2,25534 |
| 9 | 0,0113 | 21 | 0,17915 | 33 | 2,83931 |
| 10 | 0,01423 | 22 | 0,22553 | 34 | 3,57448 |
| 11 | 0,01791 | 23 | 0,28393 | 35 | 4.5 |
| 12 | 0,02255 | 24 | 0,35745 | ||
Tabel 1: Stimulus niveaus en de bijbehorende uitgang spanningen (V) voor stimulus amplitudes.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De technieken die gebruikt worden om VDT evalueren variëren naar specificaties van het apparaat, hardware, en het testen van protocollen. De International Organization for Standardization specificeert de methoden en procedures om te analyseren en te interpreteren vibrotactiele drempels inclusief aanbevelingen voor de verschillende onderdelen van een vibrometer (ISO 13091-1 en 2 26,27) Het beschreven testsysteem houdt zich aan de relevante ISO-aanbevelingen voor het testen frequentiebereik (4-125 Hz), methode (variant van up-down trap en gedwongen keuze), size probe (gladde randen vlak en cirkelvormig), en testen bij kamertemperatuur. De installatie kan worden uitgerust met een sensor de positiebepaling en verplaatsing van de sonde en eventueel kan zijn voorzien van een stevige rand isoleren van de trillingen stimulus.
De voordelen van de beschreven inrichting liggen in de volgende kenmerken: beschikbaarheid en snelle montage van de componenten; instelbare frequentiebereik 1-500 Hz; brede amplituderange (5 nm-90 micrometer verplaatsing); Meerdere probe maten; programmeerbaarheid van de vibratie stimulus omvang en duur; en veelzijdigheid aan psychofysische testprotocol met diverse adaptieve methode. Hoewel draagbare systemen zijn beschikbaar op 28, de setup is vervoerbaar en is gebruikt in diverse instellingen zoals scholen, onderzoeksinstellingen en ziekenhuizen. Onderzoekscentra, moet echter een goed geoutilleerde werkplaats om aanvullende instrumenten en apparatuur die nodig zijn voor de experimentele opstelling te fabriceren zijn. Er zijn commercieel gemonteerd en klaar voor gebruik systemen bijvoorbeeld case IV of Medoc, maar deze systemen zijn geconfigureerd om slechts een beperkt aantal stimuli te leveren. Daarentegen kan ons systeem worden gebruikt om een breed scala van stimuleringsprotocollen die alleen beperkt door de specificaties van het piëzo-element gebruikte voeren. Door de koperen staafafmeting, is het niet haalbaar om andere gebieden dan de vingers en tenen testen. Onze apparaat geen surround gebruiken om de stimulatie te beperken totde geteste huid en het is waarschijnlijk dat een groter gebied groter dan de werkelijke huid contact sonde gestimuleerd. Tenslotte de procedure vereist aandacht van het onderwerp voor een langere tijd, 15 min gemiddeld. Meestal zijn de eerste 3 omkeringen hebben een grotere verandering in intensiteit (4 niveaus) en eenmaal voltooid de drempel hoogstwaarschijnlijk ligt binnen het bereik van 4 intensiteitsniveaus. Met verloop van de proef wordt fijn bepalen van de drempel gesteld. Er zijn andere stopcriterium kunnen worden opgenomen en geïntegreerd in de adaptieve procedure elders 29 beschreven.
Verschillende apparaat parameters die vibratie detectie drempel kunnen beïnvloeden in het setup-17 instelbaar. Deze omvatten parameters apparaat zoals het contactoppervlak van de sonde op de huid, het gebruik van surround rondom de sonde naar het gebied van stimulatie, de geselecteerde trillingsfrequentie, polshouding en psychofysische testalgoritme beperken. psychofysische tsanter algoritmen waarin de wijze van beperkingen en de trap wijze zijn gebruikt om de VDT bepalen en er is geen consensus een op een specifieke werkwijze. Vibrotactiele drempels variëren afhankelijk van de psychofysische testmethode gebruikt 20. Schattingen van VDT van 125 Hz op betrouwbare verkregen in het bereik van 50 tot 600 nm, waarbij de beschreven adaptieve methode in de psychofysische protocol en in overeenstemming met VDT uit andere studies 5,23. Bovendien; scripts voor verschillende adaptieve methoden kunnen gemakkelijk worden ontwikkeld en geïntegreerd om de psychofysische test voor trillingen detectiegrens 25 uit te voeren. De adaptieve procedure we beschreven voor de bepaling van de trilling drempel verzekert dat elke stimulus krachtniveau juiste antwoorden van de patiënt meer dan 76% correct teneinde de prikkelsterkte trap 22 naar beneden te bewegen. Aangezien er slechts 2 mogelijke antwoorden, kan een reeks van gelukkige gissingen onrechte veranderen threshold metingen, met name bij lage stimulus niveaus. Daarom hebben we een modificatie die een reeks proeven bij elk trillingsniveau om dergelijke fouten te minimaliseren. Proefpersonen die geen samenhang laten zien tijdens het proces series - afwijkingen van meer dan 4 niveaus tussen omkering punten - zijn meestal uitgesloten van de studie. De huid om sonde contact en hoe de sonde zich gedraagt, terwijl het stimuleren van de huid zijn zeer belangrijk voor elke psychofysische experiment op touch sensatie 30,31. De piëzo actuator is voorzien van een compacte rekstrooksensor (SGS) een relatief hoge bandbreedte (maximaal 3 KHz) en een zeer goede resolutie met goede herhaalbaarheid (0,1% van de nominale verplaatsing). Daarom is het piëzo-elektrische apparaat heeft een hoge betrouwbaarheid kenmerken vooral als het gaat om fijne inspringen zelfs bij hoge statische belastingen. De beweging is recht, omdat de piëzo (Picma stapel piëzo lineaire actuator) die we gebruiken is ingebed in een gids en dit zorgt ervoor dat geen zijdelingse Motiop. Daarnaast kunnen de servo-controller automatisch compenseren voor wisselende belastingen of krachten.
De beoordeling van tactiele scherpte we hier beschreven is gebaseerd op handmatige levering van tactiele stimuli. De test vereist een zorgvuldige toepassing van de stimulus loodrecht vervorming van de huid en geen afschuiving vervormingen die signalen aan de patiënt kan leveren produceren. We kiezen voor een iets andere procedure voor de bepaling van tactiele ruimtelijke scherpte en vibrotactiele drempel. We hebben niet kiezen voor een grotere stapgrootte verandering aanvankelijk gebruik met de TAC omdat het is uitgerust met weinig niveaus raster breedte (6 niveaus) en deze zijn niet constant of vaste grootte maar variëren van grotere naar kleinere stapgrootte veranderen. De verandering in grootte van het rooster breedte tussen de eerste 3 levels is 1,5 mm, tussen de 3 en 4 de hoogte 1,25 mm, en 4e tot 6e 0,5 mm. de prestaties van het onderwerp in het rooster oriëntatie taak is affected door de diepte van de indrukking veroorzaakt door de tactiele stimulus, de uitgeoefende kracht en de vinger van de grootte van de vinger 32,33. Er zijn nog andere alternatieven voor de tactiele scherpte cube: JVP koepels, en de twee-punts discriminatie taak. De JVP koepels zijn andere alternatieven voor de tactiele kubus. De voordelen zijn dat de JVP koepels hebben 8 rooster breedtes variërend van 0,35 mm tot 3,0 mm. JVP domes kunnen worden gebruikt om tactiele ruimtelijke scherpte van de tong en lippen 8 te beoordelen, terwijl 2-punts discriminatie taak is niet afhankelijk van het identificeren van raspen oriëntatie en is geen geldige maat voor tactiele ruimtelijke scherpte 34. Onlangs hebben moeilijkheden bij handmatig testen verbeterd door de introductie van een geautomatiseerd tactiele scherpte systeem dat een geforceerde keuze paradigma geldt voor tactiele drempelwaarde bepalen raspen oriëntatie 35.
De werkwijzen voor het verkrijgen van de vibrotactiele en tactiele drempels scherpte we beschrevenzijn gebruikt om personen te keer gerelateerde kenmerken 3,7,9 screenen. In een studie uitgevoerd door de groep, hebben we aangetoond dat contact eigenschappen zijn erfelijk, en dat bepaalde genetische afwijkingen veroorzaken slechthorendheid ook beïnvloed drukgevoeligheid 7. Bovendien kan aanslaggevoeligheid onder verschillende experimentele conditie worden beoordeeld zoals in water geïnduceerde vingertop kreuken 9. Het zal belangrijk zijn om kwantitatieve metingen van VDT en tactiele scherpte te maken bij patiënten met een mogelijke functie veranderen van mutaties in genen die betrokken zijn bij het reguleren van mechanoreceptor gevoeligheid 3,7. Inderdaad is er een recente stijging van de identificatie van genen die rechtstreeks betrokken zijn bij dit proces, zoals Piezo2 en STOML3 1,13,14,36,37, en de snelle vooruitgang op dit gebied is zeker om nieuwe genen die aanraking reguleren identificeren. De invloed van genetische variaties in een dergelijke "touch" genen zal ideaal zijn getest bij patiënten gegenotypeerd met kwantitatieve methoden psychofysische like de hier beschreven.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Piezo actuator | Physik Instrument, Germany | P-602.1L | The linear piezoelectric actuator, with integrated position sensor and motion amplifier, contains a piezoceramic material that elongates and contracts when voltage is applied. The piezoelectric actuator travels up to100 µm. The actuator is equipped with a flexure guide that ensures straight motion without tilting or lateral offset. The displacement is linear and calibration is done and checked by the manufacturer. It is recommended that on-axis movement of the probe be checked under the microscope. According to the manufacturer, the stimulus amplitude dampens by less than 20% at oscillating frequencies of 1000 Hz. This can be checked by using a force or displacement measuring device (e.g. force transducer from Kleindiek). |
| Piezo Amplifier/Servo Controller | Physik Instrument, Germany | E-665 | E-665 amplifier/controller drives and controls the displacement of a low-voltage piezoelectric actuator in a system with sensor position feedback (SGS sensors). The servo-controller provides the option for closed loop operation. When applying sinusoidal and oscillating stimuli the amplitude signal deviates from the set amplitude starting from 500 Hz and reaches a maximum decrease of 20% at 1000Hz. |
| LabChart Software | ADInstruments, USA | LabChart 7, MLU60/8 | Can create, store and run macro of the psychophysical testing algorithm. |
| PowerLab | ADInstruments, USA | PowerLab 4/35 PL3504 | Data Acquisition Hardware. Used with LabChart software. |
| Brass bar | Custom-made | Bar made of pure brass, weighs 15.5 kg. When the peizoelectric actuator is mounted on the brass bar it should exert a force of 30 g weight on skin surface. | |
| Monitor | Custom-made | To mark the 1st and the 2nd interval. The monitor indicates to the subject the time intervals during which the stimulus may be presented. | |
| Response box | Custom-made | The subject indicates the interval at which stimulus occurred. | |
| Board | Custom-made | Upper surface should be smooth (Plastic), lower surface made of foam to prevent stray vibration ot be transmitted to the stimulating pobe. | |
| Probe | Custom-made | A flat circular probe with smoothed edges (thermoplastic material) attached to a screw head. The screw should be of appropriate size to be tightened directly to the moving part of piezoelectric actuator. Size of the probe can be according to preference; in our case, diameter 8.21 mm and surface area 52.9 mm2. | |
| Labchart Script | Can be sent on request. See supplementary code file. | ||
| Tactile Acuity Cube | MedCore | The cube is comprised of 6 sides each containing a grating (bar and groove) whose widths are 0.75, 1.25, 1.75, 3.0, 4.5, and 6.0 mm. |
References
- Poole, K., Herget, R., Lapatsina, L., Ngo, H. D., Lewin, G. R. Tuning Piezo ion channels to detect molecular-scale movements relevant for fine touch. Nat Commun. 5, 3520 (2014).
- Lechner, S. G., Lewin, G. R.
- Heidenreich, M., et al. KCNQ4 K(+) channels tune mechanoreceptors for normal touch sensation in mouse and man. Nat Neurosci. 15 (1), 138-145 (2012).
- Mountcastle, V. B., Talbot, W. H., Darian-Smith, I., Kornhuber, H. H.
- Bolanowski, S. J. Jr, Gescheider, G. A., Verrillo, R. T., Checkosky, C. M. Four channels mediate the mechanical aspects of touch. J. Acoust. Soc. Am. 84 (5), 1680-1694 (1988).
- Johansson, R. S., Vallbo, A. A. B. Detection of tactile stimuli. Thresholds of afferent units related to psychophysical thresholds in the human hand. J Physiol. 297 (1), 405-422 (1979).
- Frenzel, H., et al. A Genetic Basis for Mechanosensory Traits in Humans. PLoS Biol. 10 (5), (2012).
- Van Boven, R. W., Johnson, K. O. The limit of tactile spatial resolution in humans: grating orientation discrimination at the lip, tongue, and finger. Neurology. 44 (12), 2361-2366 (1994).
- Haseleu, J., Omerbašić, D., Frenzel, H., Gross, M., Lewin, G. R. Water-induced finger wrinkles do not affect touch acuity or dexterity in handling wet objects. PLoS ONE. 9 (1), e84949 (2014).
- Bensmaia, S. J., Hsiao, S. S., Denchev, P. V., Killebrew, J. H., Craig, J. C. The tactile perception of stimulus orientation. Somatosens Mot Res. 25 (1), 49-59 (2008).
- Poole, K., Moroni, M., Lewin, G. R. Sensory mechanotransduction at membrane-matrix interfaces. Pflugers Arch. , (2014).
- Schrenk-Siemens, K., et al. PIEZO2 is required for mechanotransduction in human stem cell-derived touch receptors. Nat. Neurosci. , (2014).
- Woo, S. H., et al. Piezo2 is required for Merkel-cell mechanotransduction. Nature. 509 (7502), 622-626 (2014).
- Ranade, S. S., et al. Piezo2 is the major transducer of mechanical forces for touch sensation in mice. Nature. 516 (7529), 121-125 (2014).
- Wetzel, C., et al. A stomatin-domain protein essential for touch sensation in the mouse. Nature. 445 (7124), 206-209 (2007).
- McMillin, M. J., et al. Mutations in PIEZO2 cause Gordon syndrome, Marden-Walker syndrome, and distal arthrogryposis type 5. Am. J. Hum. Genet. 94 (5), 734-744 (2014).
- Gandhi, M. S., Sesek, R., Tuckett, R., Bamberg, S. J. M. Progress in vibrotactile threshold evaluation techniques: a review. J Hand Ther. 24 (3), 240-255 (2011).
- Güçlü, B., Bolanowski, S. J. Vibrotactile thresholds of the Non-Pacinian I channel: I. Methodological issues. Somatosens Mot Res. 22 (1-2), 49-56 (2005).
- Lindsell, C. J., Griffin, M. J. Normative vibrotactile thresholds measured at five European test centres. Int Arch Occup Environ Health. 76 (7), 517-528 (2003).
- Morioka, M., Griffin, M. J. Dependence of vibrotactile thresholds on the psychophysical measurement method. Int Arch Occup Environ Health. 75 (1-2), 78-84 (2002).
- Tannan, V., Dennis, R., Tommerdahl, M. A novel device for delivering two-site vibrotactile stimuli to the skin. J. Neurosci. Methods. 147 (2), 75-81 (2005).
- Zwislocki, J. J., Relkin, E. M. On a psychophysical transformed-rule up and down method converging on a 75% level of correct responses. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (8), 4811-4814 (2001).
- Gescheider, G. A., Bolanowski, S. J., Pope, J. V., Verrillo, R. T. A four-channel analysis of the tactile sensitivity of the fingertip: frequency selectivity, spatial summation, and temporal summation. Somatosens Mot Res. 19 (2), 114-124 (2002).
- Kuroki, S., Watanabe, J., Nishida, S. Contribution of within- and cross-channel information to vibrotactile frequency discrimination. Brain Res. 1529, 46-55 (2013).
- Levitt, H.
- International Organization for Standardization. Mechanical vibration-Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve dysfunction-Part 1: Methods of measurement at the fingertips. ISO 13091-1. , Geneva, Swizerland. (2001).
- International Organization for Standardization. Mechanical vibration-Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve dysfunction-Part 2: Analysis and interpretation of measurements at the fingertips. ISO 13091-2. , Geneva, Switzerland. (2003).
- Holden, J. K., Nguyen, R. H., Francisco, E. M., Zhang, Z., Dennis, R. G., Tommerdahl, M. A novel device for the study of somatosensory information processing. J Neurosci Methods. 204 (2), 215-220 (2012).
- Güçlü, B., Oztek, C. Tactile sensitivity of children: effects of frequency, masking, and the non-Pacinian I psychophysical channel. J Exp Child Psychol. 98 (2), 113-130 (2007).
- Cohen, J. C., Makous, J. C., Bolanowski, S. J. Under which conditions do the skin and probe decouple during sinusoidal vibrations? Exp Brain Res. 129 (2), 211-217 (1999).
- Makous, J. C., Gescheider, G. A., Bolanowski, S. J. The effects of static indentation on vibrotactile threshold. J. Acoust. Soc. Am. 99 (5), 3149-3153 (1996).
- Goldreich, D., Kanics, I. M. Tactile Acuity is Enhanced in Blindness. J. Neurosci. 23 (8), 3439-3445 (2003).
- Peters, R. M., Goldreich, D. Tactile Spatial Acuity in Childhood: Effects of Age and Fingertip Size. PLoS One. 8 (12), (2013).
- Tong, J., Mao, O., Goldreich, D. Two-point orientation discrimination versus the traditional two-point test for tactile spatial acuity assessment. Front Hum Neurosci. 7, 579 (2013).
- Goldreich, D., Wong, M., Peters, R. M., Kanics, I. M. A Tactile Automated Passive-Finger Stimulator (TAPS). J Vis Exp. (28), (2009).
- Coste, B., et al. Piezo proteins are pore-forming subunits of mechanically activated channels. Nature. 483 (7388), 176-181 (2012).
- Martinez-Salgado, C., et al.
