Tutaj prezentujemy protokoły do określania progów wykrywania drgań i ostrości dotyku za pomocą metod psychofizycznych u człowieka.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokoły do określania progów wykrywania drgań i ostrości dotyku za pomocą metod psychofizycznych u człowieka.
Testy, które pozwalają na precyzyjne określenie progów psychofizycznych dla orientacji wibracji i siatki, dostarczają cennych informacji o funkcjach mechanosensorycznych, które są istotne dla diagnozy klinicznej, jak również dla badań podstawowych. W tym miejscu opisujemy dwa testy psychofizyczne, których celem jest określenie progu detekcji drgań (system automatyczny) oraz ostrości dotykowej w przestrzeni (urządzenie przenośne). Obie procedury implementują dwuinterwałowy paradygmat wymuszonego wyboru i eksperymentalnego paradygmatu transformowanej reguły w górę i w dół. Testy te wykorzystano do uzyskania profili mechanosensorycznych dla osób z różnych kohort ludzkich, takich jak bliźnięta lub osoby z głuchotą czuciowo-nerwową.
Wyspecjalizowane receptory mechanosensoryczne w skórze pośredniczą w percepcji wibracji i orientacji siatki. Każdy typ receptora mechanosensorycznego jest dostrojony do wykrywania odrębnych cech bodźców dotykowych1,2. Właściwość ta stanowi psychofizyczną podstawę do zróżnicowanej oceny funkcji mechanosensorycznych za pomocą testów, które dostarczają prostych oscylacji sinusoidalnych (wibracji) lub drobnych siatek. Wiadomo, że psychofizyczne progi percepcji drgań są niższe dla drgań o wysokiej niż niskiej częstotliwości3,4. Dwa typy szybko adaptujących się mechanoreceptorów związanych z ciałkami Meissnera i Paciniana wykrywają przede wszystkim bodźce wibracyjne o niskiej (10-40 Hz) i wysokiej (100-200 Hz) częstotliwości, odpowiednio5. Uważa się, że psychofizyczne progi percepcji wibracji opierają się w znacznym stopniu na aktywacji tych dwóch zestawów mechanoreceptorów przy ich najlepszych częstotliwościach6,7. Ostrość przestrzenna dotyku jest testowana za pomocą zadania orientacji siatki w celu określenia najdrobniejszej siatki, której orientacja może być rozróżniona przez osobębadaną 7-9. Aferenty kompleksu komórkowo-neurytowego Merkla są niezbędne do wykrywania orientacji siatki8,10. Co ciekawe, w ostatnim czasie nastąpił znaczny postęp w naszym zrozumieniu molekularnych podstaw tego, w jaki sposób mechanoreceptory wykrywają bardzo małe bodźce dotykowe11. Mechanowrażliwe kanały jonowe, takie jak Piezo2 i modulatory, takie jak STOML3, są bezpośrednio zaangażowane w wykrywanie delikatnych bodźców dotykowych w receptorach dotykowych12-15. U pacjentów zidentyfikowano już mutacje zmieniające funkcję genu Piezo2 i ważne będzie sprawdzenie, czy tacy pacjenci mają deficyty dotyku16.
Określenie progu wibrodotykowego polega na dostarczeniu bodźca wibracyjnego do skóry. Progi wykrywania drgań różnią się w zależności od częstotliwości drgań. Częstotliwość drgań do krzywych progu detekcji zostały opisane między innymi przez von Bekeseya, Verillo i Bolanowskiego od lat 30. do lat 90. XXwieku5,17. Urządzenia na początku były oparte na shakerach i wzmacniaczach mocy, a kilka urządzeń zostało skomercjalizowanych i istnieje wiele różnic co do wyboru stymulatora (częstotliwość testowania), średnicy sondy w kontakcie ze skórą, zastosowania obudowy w celu ograniczenia stymulacji do jednego obszaru skóry, oraz protokół testowania, który określa próg (zobacz poniższe odniesienia, aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat urządzenia i funkcji testowania)18-20. Większość urządzeń zwykle testuje jedną witrynę; Istnieją jednak nowe urządzenia, które wykorzystują stymulatory przemieszczenia pionowego wyposażone w 2 sondy do dostarczania bodźców wibracyjnych o zakresach separacji, które można zmieniać21. Również progi detekcji są mierzone na podstawie częstotliwości drgań lub dyskryminacji intensywności przy ciągłej stymulacji; lub z przerywanymi bodźcami wibracyjnymi z bodźcem maskującym lub bez niego. Dlatego zalecamy, aby czytelnik był świadomy mnogości osiągnięć w tej dziedzinie.
Tutaj opisujemy elementy urządzenia i krok po kroku instrukcję, jak przeprowadzać testy psychofizyczne, aby oszacować próg wykrywania drgań u ludzi. Następnie pokazujemy, jak ręcznie ocenić ostrość dotyku za pomocą kostki ostrości dotykowej. Używamy paradygmatu dwuinterwałowego wymuszonego wyboru: bodziec jest zawsze prezentowany w jednym z dwóch interwałów, a badany musi wskazać, w którym przedziale występuje bodziec wibracyjny. Stosujemy regułę transformowaną w górę i w dół jako metodę adaptacyjną, która wykonuje wyszukiwanie progowe poprzez zmianę intensywności bodźca w oparciu o wydajność podczas testu. Oba protokoły psychofizyczne mogą być wykorzystywane przez badaczy jako narzędzie przesiewowe do oceny zmian we wrażliwości na dotyk.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół badania został zatwierdzony przez Komisję Bioetyczną Charité-Universitätsmedizin.
1. Próg wykrywania drgań (VDT)
2. Test ostrości dotykowej i przestrzennej
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aktuator piezoelektryczny dostarcza bodziec wibracyjny badanemu. Bodziec wibracyjny trwa łącznie 1,8 sec i jest prezentowany tylko raz podczas próby, w pierwszym lub drugim interwale (Rysunek 2A). Czas narastania i opadania na początku i na końcu bodźca jest określany odpowiednio przez funkcje (1-e-bt)∙Amplitude∙sine(frequency) oraz (e-bt)∙Amplitude∙sine(frequency), gdzie b wynosi 9,1. Czas narastania i opadania na początku i na końcu wynoszą odpowie...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Techniki stosowane do oceny VDT różnią się pod względem specyfikacji urządzenia, sprzętu i protokołów testowych. Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna określa metody i procedury analizy i interpretacji progów wibrodotykowych, w tym zalecenia dotyczące różnych elementów wibrometru (ISO 13091-1 i 226,27) Opisany system testowy jest zgodny z odpowiednimi zaleceniami ISO dotyczącymi zakresu częstotliwości badania (4-125 Hz), metody (wariant schodów góra-dół i wybór wymuszony), rozmiaru sondy (gładka krawędź, p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Badania i rozwój prowadzący do wyżej opisanego testu wibracji były finansowane przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERC, ADG 294678) oraz Niemiecką Radę ds. Badań Naukowych (grant, SFB665). Podziękowania należą się personelowi technicznemu i pomocniczemu Centrum Max-Delbrück, panu R. Fischerowi, panu B. Neumannowi i panu M. Pflaume, którzy udzielili nieocenionej pomocy przy projekcie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Siłownik piezoelektryczny | Physik Instrument, Niemcy | P-602.1L | Liniowy siłownik piezoelektryczny, ze zintegrowanym czujnikiem położenia i wzmacniaczem ruchu, zawiera materiał piezoceramiczny, który wydłuża się i kurczy po przyłożeniu napięcia. Siłownik piezoelektryczny porusza się z prędkością do 100 &mikro;m. Siłownik jest wyposażony w prowadnicę zginającą, która zapewnia prosty ruch bez przechylania lub przesunięcia bocznego. Przemieszczenie jest liniowe, a kalibracja jest wykonywana i sprawdzana przez producenta. Zaleca się sprawdzenie ruchu sondy w osi pod mikroskopem. Jak podaje producent, amplituda bodźca tłumi o mniej niż 20% przy częstotliwościach oscylacyjnych 1000 Hz. Można to sprawdzić za pomocą urządzenia do pomiaru siły lub przemieszczenia (np. przetwornika siły firmy Kleindiek). |
| Wzmacniacz piezoelektryczny/kontroler serwo | Physik Instrument, Niemcy | E-665 E-665 | napędza i steruje przemieszczeniem niskonapięciowego siłownika piezoelektrycznego w układzie ze sprzężeniem zwrotnym położenia czujnika (czujniki SGS). Serwosterownik zapewnia możliwość pracy w pętli zamkniętej. Przy zastosowaniu bodźców sinusoidalnych i oscylacyjnych sygnał amplitudy odchyla się od ustawionej amplitudy począwszy od 500 Hz i osiąga maksymalny spadek o 20% przy 1000 Hz. |
| LabChart Software | ADInstruments, USA | LabChart 7, MLU60/8 | Może tworzyć, przechowywać i uruchamiać makro algorytmu testowania psychofizycznego. |
| Sprzęt do akwizycji | PowerLab | 4/35 PL3504 | . Używany z oprogramowaniem LabChart. |
| Pręt mosiężny | Wykonany | pręt wykonany z czystego mosiądzu, waży 15,5 kg. Gdy siłownik peizoelektryczny jest zamontowany na mosiężnym pręcie, powinien wywierać siłę o masie 30 g na powierzchnię skóry. | |
| Monitor | wykonany na | Aby oznaczyć 1. i 2. interwał. Monitor wskazuje badanemu przedziały czasowe, w których bodziec może być prezentowany. | |
| Pole odpowiedzi | Wykonane | Temat wskazuje interwał, w którym wystąpił bodziec. | |
| Wyżywienie | Wykonana | górna powierzchnia powinna być gładka (tworzywo sztuczne), dolna powierzchnia wykonana z pianki, aby zapobiec przenoszeniu rozproszonych wibracji na stymulującą powierzchnię. | |
| Sonda | wykonana na | Płaska sonda okrągła z wygładzonymi krawędziami (materiał termoplastyczny) przymocowana do łba. Śruba powinna mieć odpowiednią wielkość, aby można ją było dokręcić bezpośrednio do ruchomej części siłownika piezoelektrycznego. Rozmiar sondy może być zgodny z preferencjami; w naszym przypadku średnica 8,21 mm i powierzchnia 52,9 mm2. | |
| Labchart Script | Można wysłać na życzenie. Zobacz plik z kodem uzupełniającym. | ||
| Kostka ostrości dotyku | MedCore | Kostka składa się z 6 boków, z których każdy zawiera kratę (pręt i rowek) o szerokościach 0,75, 1,25, 1,75, 3,0, 4,5 i 6,0 mm. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.