Method Article

Testowanie maskowania dotykowego między przedramionami

DOI:

10.3791/53733

⸱

February 10th, 2016

 , 
1Department of Psychology, York University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tutaj badamy kontralateralne maskowanie dotykowe między przedramionami, w którym progi wykrywania dotykowego są modulowane przez wibracje stosowane do odległego miejsca. Szczegółowe informacje o tym, które odległe miejsca mają wpływ, mogą nam powiedzieć o tym, jak ciało jest reprezentowane w mózgu.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Maskowanie, w którym jeden bodziec wpływa na wykrycie drugiego, jest klasyczną techniką, która była używana w badaniach wizualnych, słuchowych i dotykowych, zwykle używając bodźców, które są blisko siebie, aby ujawnić lokalne interakcje. Wykazano również efekty maskowania, w których bodziec dotykowy zmienia percepcję dotyku w odległym miejscu. Takie efekty mogą dostarczyć informacji na temat tego, w jaki sposób składniki reprezentacji ciała w mózgu mogą być ze sobą połączone. Sporadyczne doniesienia wskazują, że dotyk jednej ręki lub przedramienia może wpływać na wrażliwość dotykową w odpowiednich miejscach po drugiej stronie. Aby zbadać dopasowanie odpowiednich punktów w całym ciele, możemy zmierzyć dostrojenie przestrzenne i wpływ postawy na maskowanie kontralateralne. Wymagane są staranne kontrole, aby wykluczyć bezpośrednie skutki bodźca odległego, na przykład przez transmisję mechaniczną, a także efekty uwagi, w których progi mogą zostać zmienione przez odwrócenie uwagi uczestnika od bodźca zainteresowania. Zastosowanie tej techniki jest korzystne jako miara behawioralna do badania, które części ciała są funkcjonalnie połączone i czy obie strony ciała oddziałują na siebie w reprezentacji somatotopowej. Niniejszy manuskrypt opisuje protokół behawioralny, który może być wykorzystany do badania kontralateralnego maskowania dotykowego.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Maskowanie dotykowe polega na tym, że bodziec dotykowy w jednym miejscu na ciele zmienia percepcję dotyku w innym miejscu. Jest to technika zapoczątkowana przez vonBekesy'ego 1w celu ujawnienia interakcji lokalizacyjnych, zwłaszcza hamowania bocznego, między obszarami skóry, które przylegają do powierzchni ciała. Podczas gdy maskowanie dotykowe było szeroko badane przez lata, badania koncentrowały się głównie na ipsilateralnym maskowaniu dotykowym za pomocą stymulacji elektrycznej 2,3, nacisku4 i stymulacji wibrodotykowej 5,6. W przeciwieństwie do tego, niewiele badań dotyczyło kontralateralnego maskowania dotykowego, w którym miejsca maskowania i sondy mogą być daleko od siebie. Dalekosiężne efekty maskowania dotykowego wykazano między lustrzano-symetrycznymi punktami na dłoni i ramieniu 5,7-9, ale badania te były w dużej mierze ograniczone do patrzenia na dłonie i palce 7,10, przy czym bardziej rozległe części całego ciała zostały w dużej mierze zignorowane. Celem takich długosiężnych eksperymentów maskujących jest wskazanie, w jaki sposób składniki reprezentacji ciała w mózgu mogą być funkcjonalnie połączone. W tym przypadku zjawisko maskowania dotykowego dalekiego zasięgu jest badane poprzez badanie, w jaki sposób wibracje przyłożone do jednego przedramienia mogą wpływać na progi wrażliwości dotykowej na przeciwległym przedramieniu. Próg odnosi się do minimalnego bodźca, który jest potrzebny do wykrycia bodźca. Definiujemy to jako intensywność, z jaką bodziec jest wykrywany w 75% przypadków. Zastosowaliśmy technikę maskowania dotykowego, w której wrażliwość dotykowa (odwrotność progu) na jednym przedramieniu jest mierzona w obecności bodźca wibracyjnego (maski) na innej części ciała. Skuteczne maskowanie objawia się zwiększeniem progu wykrywalności, czyli zmniejszeniem czułości. Technika ta może być stosowana w połączeniu z innymi manipulacjami, takimi jak zmiana pozycji kończyn lub ruchu, w celu zbadania ich wpływu na skuteczność maskowania.

Tutaj użyliśmy bodźców wibrodotykowych jako bodźca maskującego. Zaletą tego rozwiązania jest to, że częstotliwość, a co za tym idzie typ receptora, który stymuluje, może być kontrolowana. Technikę tę można rozszerzyć, aby przyjrzeć się bólowi za pomocą bodźców elektrycznych jako sondy lub maski, lub obu. Ponadto każde miejsce może być używane jako miejsce maskujące, co pozwala na przykład na badanie miejsc akupunktury.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszystkie eksperymenty zostały zatwierdzone przez komisję etyki w Yorku, a wszyscy uczestnicy podpisali formularze świadomej zgody. Eksperymenty przeprowadzono zgodnie z Traktatem Helsińskim.

1. Bodźce

  1. Bodziec wykrywania dotykowego
    1. Użyj aktora (o średnicy 1,17 cala i grubości 0,30 cala), aby dostarczyć bodźce dotykowe o wibracjach 250 Hz przez 100 ms. Użycie specjalnie zaprojektowanego tora zapewnia liniową zależność między wielkością ruchu a przyłożonym napięciem.
    2. Kontroluj dostarczanie bodźców dotykowych za pomocą 64-bitowej karty dźwiękowej.
      1. Aby napędzać aktora, traktuj go jak głośnik. Podłącz stereofoniczny wzmacniacz audio do 64-bitowej karty dźwiękowej stereo komputera. Podłącz aktor do jednego z wyjść amplifier (np. "wyjście lewego głośnika"). Podłącz drugi kanał (np. "prawe wyjście głośnikowe") amplifier do zwykłego głośnika, aby dostarczyć sygnały dźwiękowe do uczestnika.
      2. W kodzie komputerowym, który steruje eksperymentem, wygeneruj przebieg, który zostanie użyty do wibracji aktora (np. sinusoida 250 Hz o czasie trwania 100 ms), a inny przebieg dla sygnału słuchowego (np. fala sinusoidalna 3000 Hz o czasie trwania 100 ms). Zobacz przykładowy kod 1 w pliku kodu uzupełniającego.
      3. Umieść każdy z tych dwóch przebiegów w dwuwymiarowej tablicy. Dla tablicy tomu umieść sygnał w pierwszym wymiarze i ustaw drugi wymiar na same zera. Dla tablicy dźwiękowej umieść sygnał w drugim wymiarze i ustaw pierwszy na wszystkie zera. Odtwórz odpowiednią tablicę na karcie dźwiękowej w odpowiednim punkcie programu. Zobacz Przykładowy kod 1 w pliku kodu uzupełniającego, aby pokazać, jak to się robi.
    3. Przymocuj tor do paska z mechanicznym elementem mocującym.
  2. Bodziec maskujący
    1. Zapewnij bodziec maskujący za pomocą elektrycznego, ręcznego wibratora (średnica 4 cm; 83 Hz przy ustawieniu na "niski").
    2. Na podstawie obszarów, w których ma być testowane maskowanie, wybierz miejsca, w których ma zostać zastosowany bodziec maskujący.

2. Eksperymentalna konfiguracja i projekt

  1. Ułóż komputer i sprzęt na biurku, z krzesłem przed nim, dla eksperymentatora.
  2. Ustaw stół, na którym uczestnicy opierają lewą (testową) rękę. Ustaw krzesło po prawej stronie stołu. Przy krześle postaw podłokietnik, na którym uczestnicy opierają prawy (maskujący ramię) łokieć. Dodaj amortyzację do stołu i podłokietnika, aby zapewnić wygodę.
  3. Ustaw głośnik na mechanicznie izolowanej powierzchni. Pedały nożne (połączone z lewym i prawym przyciskiem myszy komputerowej) należy rozmieścić tak, aby stopy uczestnika wygodnie na nich spoczywały (Rysunek 1).
  4. Należy wybrać parametry badania, w tym odpowiednią liczbę prób wymaganych do uzyskania wiarygodnego oszacowania progu (zazwyczaj między 40-50 próbami) oraz liczbę bloków, na które ma być podzielony eksperyment (np. dwa bloki po 20-25 prób na warunek).
  5. Sporządź listę kolejności, w jakiej warunki będą uruchamiane. Użyj tej listy, aby określić, gdzie należy trzymać bodziec maskujący dla każdego bloku.
  6. Wprowadź liczbę prób bezpośrednio do kodu programu komputerowego (np. ntrials = 25; Patrz Plik z kodem uzupełniającym). Upewnij się, że każdy blok nie jest dłuższy niż 10 minut, aby utrzymać uwagę.
  7. Zaprogramuj zadanie detekcji dotykowej11z dwoma alternatywnymi wyborami wymuszonymi, w którym intensywność bodźca jest kontrolowana za pomocą bayesowskiej adaptacyjnej procedury psychofizycznej schodów12.
    1. Dla każdej próby należy przedstawić dwa 1-sekundowe interwały, oznaczone trzema sygnałami dźwiękowymi (5 kHz, 3 kHz i 5 kHz, czas trwania 100 ms), z bodźcem dotykowym prezentowanym w środku jednego z interwałów. Poproś uczestnika, aby wskazał, w którym przedziale czasu bodziec został zaprezentowany za pomocą pedałów nożnych (po lewej stronie dla pierwszego, po prawej dla drugiego). Zobacz przykładowy kod 2, który pokazuje, jak interwały są uruchamiane i oceniane.
      Uwaga: Komputer ocenia odpowiedź jako "poprawną" lub "błędną", a adaptacyjne schody wybierają następną wartość, która ma być odpowiednio prezentowana.
      Uwaga: Ta metoda określa wartość progową wykrywania wibracji w miejscu testowym.

figure-protocol-1
Rysunek 1. Projekt eksperymentalny. Rysunek ten przedstawia konfigurację eksperymentu i użyte materiały. Szczegółowe informacje można znaleźć w tekście.

3. Procedura eksperymentalna

  1. Uzyskaj pisemną świadomą zgodę. Posadź uczestnika na krześle ze stopami opartymi wygodnie na pedałach nożnych reakcji i wyjaśnij procedurę eksperymentalną.
  2. Zmierz i zapisz długość grzbietowej powierzchni lewego przedramienia. Załóż pasek tak, aby aktor znajdował się na środku ramienia, w połowie odległości między wewnętrznym kątem łokcia a zgięciem nadgarstka.
  3. Owiń luźno bandaż napinacza wokół ramienia kilka razy, aby utrzymać totroja na miejscu.
  4. Poinstruuj uczestników, aby położyli lewą rękę na stole i oprzeli prawy łokieć na podłokietniku. Zawiąż uczestnikowi oczy, aby uniemożliwić mu patrzenie na bodziec lub miejsce maskowania i poinstruuj go, aby patrzył prosto przed siebie przez cały eksperyment.
  5. Zacznij od bloku 20 prób praktycznych (bez bodźca maskującego), aby zapoznać uczestników z zadaniem wykrywania dotykowego i umożliwić im zapoznanie się z bodźcami dotykowymi.
  6. Po próbach praktycznych rozpocznij eksperyment, uruchamiając bloki warunków w losowej, zrównoważonej kolejności. Przed rozpoczęciem każdego bloku upewnij się, że ramiona i bodziec maskujący znajdują się we właściwych pozycjach.
    1. Dla każdego warunku przytrzymaj bodziec maskujący w wybranym miejscu, odwołując się do listy warunków wykonanych wcześniej. Skreśl każdy warunek podczas jego uruchamiania. Utrzymuj bodziec maskujący przez cały blok prób zbierania danych, utrzymując w przybliżeniu stały nacisk. Bodziec maskujący może być stosowany przez cienką odzież.
    2. Uruchom program eksperymentalny, który przejdzie przez określoną liczbę prób, zgodnie z wcześniejszym wyborem. Wprowadź 2-minutowy okres odpoczynku po każdym krótkim bloku prób. Po zakończeniu danego bloku prób należy wybrać następną lokację dla bodźca maskującego i ponownie uruchomić program. Powtarzaj tę czynność, aż wszystkie próby zostaną zakończone.

4. Analiza danych

  1. Aby zwizualizować i potwierdzić oszacowanie wartości progowej zwróconej przez program adaptacyjnych schodów12, dopasuj dane uczestników do skumulowanego Gaussa Wzór na skumulowany Gaussian (sigmoid), który przechodzi od 50% (poziom szansy - równa liczba 0 s - błędny i 1 - poprawny) do 100% (wszystkie 1, wszystkie poprawne) to:
    Prawdopodobieństwo poprawnej odpowiedzi = 0,5 + 0,5/(1+exp(-(x-x0)/std))
    gdzie x jest badaną wartością intensywności, x0 jest wartością progową 75%, a std jest odchyleniem standardowym oszacowania. Wzór ten można dopasować do danych za pomocą dowolnego oprogramowania do dopasowywania krzywych, a wynikowa wartość x0 jest porównywana z wartością adaptacyjnych schodów.
    1. Upewnij się, że krzywa mieści się w przedziale od 50% (wydajność szansy) do 100%. Przeprowadzić analizy statystyczne (np. testy t lub ANOVA) na 75% wartościach progowych uzyskanych w każdych warunkach eksperymentu (np. między różnymi miejscami maskowania) w celu ustalenia, czy istnieją jakiekolwiek różnice między badanymi warunkami.
  2. Aby zidentyfikować wartości odstające, należy obliczyć średnią i odchylenie standardowe dla danego warunku. Porównaj wynik każdego uczestnika ze średnią i jeśli indywidualny wynik jest większy niż 2 odchylenia standardowe od tej średniej, potraktuj ten wynik jako wartość odstającą i usuń go z analizy. W razie potrzeby można zastosować alternatywne kryteria.
  3. Aby ujednolicić wartości intensywności taktorów (które są w dowolnych jednostkach), przelicz je na decybele w stosunku do progów kontrolnych (mierzonych, gdy bodziec maskujący jest stosowany do miejsca kontrolnego, np. ramienia). Użyj tej formuły:
    dB = 10 x log10 (wartość progowa/kontrolna wartość progowa).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Analizy danych zostały zgłoszone w13. Wrażliwość dotykowa (wyrażona w stosunku do progów mierzonych w warunkach kontrolnych) na przedramieniu była znacznie zmniejszona (progi były znacznie zwiększone), gdy stymulacja maskowania wibrodotykowego została zastosowana na przeciwległym ramieniu (ryc. 2A), wykazując kontralateralny efekt maskowania między przedramionami. Efekt zależał od położenia bodźca maskującego na ramieniu maskującym, przy czym największy efekt w...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W tym miejscu opisano szczegółowy protokół kontralateralnego maskowania dotykowego oraz przedstawiono wcześniej opublikowane wyniki z wykorzystaniem techniki testowania progów detekcji dotykowej. Zaletą tej metody jest to, że progi są mierzone za pomocą psychofizycznie rygorystycznej techniki. Procedura wymuszonego wyboru dwóch alternatyw (2AFC) jest stosunkowo niewrażliwa na błąd systematyczny odpowiedzi, a tym samym na efekty uwagi. Procedura adaptacyjnych schodów w celu doprowadzenia do rzeczywistej wartości progowej ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

LRH było wspierane przez Radę Badań Przyrodniczych i Inżynieryjnych (NSERC) Kanady. SD było częściowo wspierane przez program NSERC CREATE.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
C-2 AktorATAC Technologia; Inżynieria akustyki, Inc.http://www.atactech.com/PR_tactors.html
Magiczna różdżkaHitachihttp://magicwandoriginal.com/magic-wand-original/
FC5 Pedały nożneYamaha Corporationhttp://ca.yamaha.com/en/products/music-production/accessories/footpedals/fc5/?mode=model
MATLABThe Mathworks, Inc.http://www.mathworks.com/products/matlab/
Velcro Velcro Industries B.V.http://www.velcro.com/

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. von Békésy, G. Sensory Inhibition. , Princeton University Press. Princeton, NJ. (1967).
  2. Uttal, W. R. Inhibitory interaction of responses to electrical stimuli in the fingers. J. Comp. Physiol. Psych. 53 (1), 47-51 (1960).
  3. Schmid, E. Temporal aspects of cutaneous interaction with two-point electrical stimulation. J. Exp. Psychol. Gen. 61, 400-409 (1961).
  4. Abramsky, O., Carmon, A., Bentontt, A. L. Masking of and by tactile pressure stimuli. Percept. Psychophys. 10 (5), 353-355 (1971).
  5. Sherrick, C. E. Effects of double simultaneous stimulation of the skin. Am. J. Psychol. 77, 42-53 (1964).
  6. Gilson, R. D. Vibrotactile masking: effects of multiple maskers. Percept. Psychophys. 95 (4), 2213-2220 (1969).
  7. Braun, C., Hess, H., Burkhardt, M., Wühle, A., Preissl, H. The right hand knows what the left hand is feeling. Exp. Brain. Res. 162 (3), 366-373 (2005).
  8. Tamè, L., Farnè, A., Pavani, F. Spatial coding of touch at the fingers: Insights from double simultaneous stimulation within and between. Neurosci. Lett. 487 (1), 78-82 (2011).
  9. Tamè, L., Moles, A., Holmes, N. P. Within but not between hands interactions in vibrotactile detection thresholds reflect somatosensory receptive field organization. Front. Psychol. 5, 1-9 (2014).
  10. Harris, J. A., Diamond, M. E. Ipsilateral and contralateral transfer of tactile learning. Neuroreport. 11 (2), 263-266 (2000).
  11. Fechner, G. T. Elemente der Psychophysik . , Breitkopf & Härtel. Leipzig. (1860).
  12. Watson, A., Pelli, D. QUEST-A Bayesian adaptive psychophysical method. Percept. Psychophys. 33, 113-120 (1983).
  13. D'Amour, S., Harris, L. R. Contralateral tactile masking between forearms. Exp. Brain. Res. 232 (3), 821-826 (2014).
  14. D'Amour, S., Harris, L. R. Vibrotactile masking through the body. Exp. Brain. Res. 232 (9), 2859-2863 (2014).
  15. Gescheider, G. A., Herman, D. D., Phillips, J. N. Criterion shifts in the measurement of tactile masking. Percept. Psychophys. 8, 433-436 (1970).
  16. Iwamura, Y., Tanaka, M., Iriki, A., Taoka, M., Toda, T. Processing of tactile and kinesthetic signals from bilateral sides of the body in the postcentral gyrus of awake monkeys. Behav. Brain. Res. 135 (1-2), 185-190 (2002).
  17. Killackey, H. P., Gould, H. J., Cusick, C. G., Pons, T. P., Kaas, J. H. The relation of corpus callosum connections to architectonic fields and body surface maps in sensorimotor cortex of new and old world monkeys. J. Comp. Neurol. 219 (4), 384-419 (1983).
  18. Reed, J. L., Qi, H. X., Kaas, J. H. Spatiotemporal properties of neuron response suppression in owl monkey primary somatosensory cortex when stimuli are presented to both hands. J. Neurosci. 31 (10), 3589-3601 (2011).
  19. Hlushchuk, Y., Hari, R. Transient suppression of ipsilateral primary somatosensory cortex during tactile finger stimulation. J. Neurosci. 26 (21), 5819-5824 (2006).
  20. Nihashi, T., et al. Contralateral and ipsilateral responses in primary somatosensory cortex following electrical median nerve stimulation--an fMRI study. Clin. Neurophysiol. 116 (4), 842-848 (2005).
  21. Tamè, L., et al. The contribution of primary and secondary somatosensory cortices to the representation of body parts and body sides: an fMRI adaptation study. J. Cognitive. Neurosci. 24 (12), 2306-2320 (2012).
  22. Tamè, L., Farnè, A., Pavani, F. Vision of the body and the differentiation of perceived body side in touch. Cortex. 49 (5), 1340-1351 (2013).
  23. Tamè, L., Pavani, F., Papadelis, C., Farnè, A., Braun, C. Early integration of bilateral touch in the primary somatosensory cortex. Hum. Brain. Mapp. 36 (4), 1506-1523 (2015).
  24. Gilson, R. D. Vibrotactile masking: Some spatial and temporal aspects. Percept. Psychophys. 5 (3), 176-180 (1969).
  25. Alliusi, E., Morgan, B., Hawkes, G. R. Masking of cutaneous sensations in multiple stimulus presentations. Percept. Motor. Skill. 20, 39-45 (1965).
  26. Geldard, F. A., Sherrick, C. E. Multiple cutaneous stimulation: The discrimination of vibratory patterns. J. Acoust. Soc. Am. 37, 797-801 (1965).
  27. Craig, J. C. Vibrotactile loudness addition. Percept. Psychophys. 1, 185-190 (1966).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Tactile MaskingContralateral MaskingForearm Tactile StimulationVibro tactile MaskingTactor StimulationPsycho physical StaircaseFoot Pedal ResponseArm Position EffectPosture DependenceSomatotopic Representation

Related Articles