Hier presenteren we protocollen om trillingen detectie drempels en tactiele scherpte te bepalen met behulp van psychofysische methoden in de mens.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Hier presenteren we protocollen om trillingen detectie drempels en tactiele scherpte te bepalen met behulp van psychofysische methoden in de mens.
Tests die de nauwkeurige bepaling van psychofysische drempels voor vibratie en rasteroriëntatie mogelijk maken, leveren waardevolle informatie over mechanosensorische functies die relevant zijn voor klinische diagnose, evenals voor fundamenteel onderzoek. Hier beschrijven we twee psychofysische tests die zijn ontworpen om de detectiedrempel voor vibratie (geautomatiseerd systeem) en tactiele ruimtelijke scherpte (handapparaat) te bepalen. Beide procedures implementeren een twee-interval forced-choice en een getransformeerde regel up en down experimenteel paradigma. Deze tests zijn gebruikt om mechanosensorische profielen te verkrijgen voor individuen uit verschillende menselijke cohorten, zoals tweelingen of mensen met sensorineuraal gehoorverlies.
Gespecialiseerde mechanosensorische receptoren in de huid bemiddelen de waarneming van vibratie en richting van rasters. Elke soort mechanosensorische receptor is afgestemd op het detecteren van specifieke kenmerken van tactiele stimuli1,2. Deze eigenschap vormt de psychofysische basis voor een gedifferentieerde beoordeling van mechanosensorische functie door het gebruik van tests die eenvoudige sinusoïdale oscillaties (vibratie) of fijne rasters leveren. Het is bekend dat psychofysische drempels voor vibratieperceptie lager zijn voor hoge dan voor lage frequentie vibratie3,4. Twee soorten snel aanpassende mechanoreceptoren geassocieerd met de Meissner en Pacini-lichampjes detecteren voornamelijk lage (10-40 Hz) en hoge (100-200 Hz) frequentie vibratiestimuli, respectievelijk5. Er wordt gedacht dat de psychofysische drempels voor vibratieperceptie in belangrijke mate afhankelijk zijn van de activering van deze twee sets mechanoreceptoren op hun beste frequenties6,7. Tactiele ruimtelijke scherpte wordt getest door de rasteroriëntatietaak om de fijnste raster te bepalen waarvan de oriëntatie door een proefpersoon kan worden onderscheiden7-9. Merkel-cel-neuriet complexe afferenten zijn essentieel voor het detecteren van rasteroriëntatie8,10. Interessant is dat er recentelijk aanzienlijke vooruitgang is geboekt in ons begrip van de moleculaire basis van hoe mechanoreceptoren extreem kleine tactiele stimuli detecteren11. Mechanogevoelige ionenkanalen zoals Piezo2 en modulatoren zoals STOML3 zijn direct betrokken gebleken bij de detectie van fijne tactiele stimuli in aanraakreceptoren12-15. Er zijn al menselijke patiënten geïdentificeerd met functie-veranderende mutaties in het Piezo2-gen en het zal belangrijk zijn om te testen of dergelijke patiënten aanraakdeficiënten hebben16.
De bepaling van de vibrotactiele drempel berust op het leveren van een vibrerende stimulus op de huid. Vibratiedetectiedrempels variëren met de vibratiefrequentie. Vibratiefrequentie naar detectiedrempelcurven werden beschreven door von Bekesey, Verillo en Bolanowski, onder anderen, vanaf de jaren 1930 tot de jaren 19905,17. De apparaten in de vroege dagen waren gebaseerd op schudden en vermogensversterkers en verschillende apparaten zijn gecommercialiseerd en er zijn veel variaties in de keuze van stimulator (testfrequentie), de diameter van de sonde in contact met de huid, het gebruik van een omhulsel om de stimulatie tot een gebied van de huid te beperken, en het testprotocol dat de drempel bepaalt (zie de volgende referenties voor meer gedetailleerde inzichten in het apparaat en testfuncties)18-20. De meeste apparaten testen meestal één site; er zijn echter nieuwe apparaten die verticale verplaatsingsstimulatoren gebruiken die zijn uitgerust met 2 sondes om vibrerende stimuli te leveren met scheidingsbereiken die kunnen worden gevarieerd21. Ook worden detectiedrempels gemeten op basis van vibratiefrequentie of intensiteitsdiscriminatie met continue stimulatie; of met intermitterende vibratiestimuli met of zonder een maskerend stimulus. Daarom raden we de lezer aan zich bewust te zijn van de veelvuldige ontwikkelingen op dit gebied.
Hier beschrijven we de componenten van het apparaat en een stapsgewijze handleiding over hoe psychofysische tests uit te voeren om de vibratiedetectiedrempel in menselijke proefpersonen te schatten. We tonen vervolgens hoe tactiele scherpte handmatig kan worden beoordeeld door de tactiele scherptekubus te gebruiken. We gebruiken een twee-interval, forced-choice paradigma: de stimulus wordt altijd gepresenteerd tijdens een van de twee intervallen en de proefpersoon moet aangeven welk interval de vibratiestimuls heeft. We gebruiken een getransformeerde regel omhoog en omlaag als de adaptieve methode die een drempelzoekt uitvoert door de stimulusintensiteit te wijzigen op basis van de prestaties tijdens de test. Beide psychofysische protocollen kunnen door onderzoekers worden gebruikt als een screeningstool voor de evaluatie van veranderingen in aanraakgevoeligheid.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het testen protocol werd goedgekeurd door de Charité-Universitätsmedizin ethische commissie.
1. Vibration Detection Threshold (VDT)
2. Tactile Ruimtelijke Acuity Test
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
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 ∙ ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
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 ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Het onderzoek en de ontwikkeling die tot de hierboven beschreven vibratietest hebben geleid, werd gefinancierd door de European Research Council (ERC, ADG 294678) en de German Research Council (subsidie, SFB665). Dank aan het Max-Delbrück-Center technisch en ondersteunend personeel, de heer R. Fischer, B. Neumann en de heer M. Pflaume, die onschatbare hulp bij het project hebben geboden.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Piezo actuator | Physik Instrument, Germany | P-602.1L | De lineaire piëzo-actuator, met geïntegreerde positiesensor en bewegingsversterker, bevat een piëzokeramisch materiaal dat zich verlengt en samentrekt wanneer er spanning wordt toegepast. De piëzo-actuator beweegt tot 100 µm. De actuator is voorzien van een flexure-geleider die rechte beweging zonder kantelen of zijdelingse verplaatsing garandeert. De verplaatsing is lineair en kalibratie wordt door de fabrikant uitgevoerd en gecontroleerd. Het wordt aanbevolen om de as-beweging van de sonde onder de microscoop te controleren. Volgens de fabrikant dempt de stimulusamplitude met minder dan 20% bij oscillerende frequenties van 1000 Hz. Dit kan worden gecontroleerd met behulp van een kracht- of verplaatsingsmeetapparaat (bijv. krachttransducer van Kleindiek). |
| Piezo Versterker/Servo Controller | Physik Instrument, Germany | E-665 | De E-665 versterker/controller bestuurt en regelt de verplaatsing van een laagspannings piëzo-actuator in een systeem met sensor positie feedback (SGS sensoren). De servo-controller biedt de optie voor gesloten lus bediening. Bij het toepassen van sinusoïdale en oscillerende stimuli wijkt het amplitude signaal af van de ingestelde amplitude vanaf 500 Hz en bereikt een maximum van 20% afname bij 1000Hz. |
| LabChart Software | ADInstruments, USA | LabChart 7, MLU60/8 | Kan macro's maken, opslaan en uitvoeren van het psychofysische testalgoritme. |
| PowerLab | ADInstruments, USA | PowerLab 4/35 PL3504 | Data-acquisitie hardware. Gebruikt met LabChart software. |
| Messingstaaf | Op maat gemaakt | Staaf gemaakt van puur messing, weegt 15,5 kg. Wanneer de piëzo-actuator op de messingstaaf wordt gemonteerd, moet deze een kracht van 30 g gewicht op het huidoppervlak uitoefenen. | |
| Monitor | Op maat gemaakt | Om het 1e en 2e interval te markeren. De monitor geeft aan de proefpersoon de tijdsintervallen aan waarin de stimulus kan worden gepresenteerd. | |
| Responsbox | Op maat gemaakt | De proefpersoon geeft het interval aan waarop de stimulus plaatsvond. | |
| Bord | Op maat gemaakt | De bovenste oppervlakte moet glad zijn (Plastic), de onderkant gemaakt van schuim om te voorkomen dat dwalende trillingen worden overgebracht naar de stimulerende sonde. | |
| Sonde | Op maat gemaakt | Een platte cirkelvormige sonde met afgeronde randen (thermoplastisch materiaal) bevestigd aan een schroefkop. De schroef moet van een geschikte grootte zijn om direct op het bewegende deel van de piëzo-actuator te worden vastgedraaid. De grootte van de sonde kan naar voorkeur zijn; in ons geval, diameter 8,21 mm en oppervlakte 52,9 mm2. | |
| Labchart Script | Kan op verzoek worden verzonden. Zie aanvullend codebestand. | ||
| Tactile Acuity Cube | MedCore | De kubus bestaat uit 6 zijden, elk met een raster (balk en groef) waarvan de breedtes 0,75, 1,25, 1,75, 3,0, 4,5 en 6,0 mm zijn. |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.