Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Testowanie maskowania dotykowego między przedramionami

6.3K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/53733

⸱

10 lutego 2016

 , 
1Department of Psychology, York University

W tym artykule

Podsumowanie

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.

Streszczenie

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.

Wprowadzenie

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.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Wszystkie eksperymenty zostały zatwierdzone przez komisję etyczną Uniwersytetu w Yorku, a wszyscy uczestnicy podpisali formularze świadomej zgody. Eksperymenty przeprowadzono zgodnie z Deklaracją Helsińską.

1. Bodźce

  1. Bodziec detekcji dotykowej
    1. Użyj taktora (średnica 1,17 cala i grubość 0,30 cala), aby dostarczyć bodźce dotykowe w postaci wibracji o częstotliwości 250 Hz przez 10 ms. Zastosowanie specjalnie zaprojektowanego taktora zapewnia liniową zależność między zakresem ruchu a przyłożonym napięciem.
    2. Kontroluj podawanie bodźca dotykowego za pomocą 64-bitowej karty dźwiękowej.
      1. Aby uruchomić tactor, należy traktować go jak głośnik. Podłącz wzmacniacz audio stereo do 64-bitowej karty dźwiękowej komputera. Podłącz tactor do jednego z wyjść wzmacniacza (np., „lewy głośnik odłączony”). Podłącz drugi kanał (np.(wyjście „right speaker out”) wzmacniacza do zwykłego głośnika, aby dostarczać sygnały słuchowe uczestnikowi.
      2. W kodzie komputerowym sterującym eksperymentem wygeneruj przebieg fali, który zostanie wykorzystany do wywołania wibracji taktora (np., sinusoida o częstotliwości 250 Hz i czasie trwania 10 ms), oraz kolejny przebieg dla sygnału słuchowego (np., fala sinusoidalna o częstotliwości 3 00 Hz i czasie trwania 10 ms). Patrz: Przykładowy kod 1 w pliku z kodem uzupełniającym.
      3. Wprowadź oba te przebiegi falowe do dwuwymiarowej tablicy. W przypadku tablicy tactorów umieść sygnał w pierwszym wymiarze, a drugi wymiar ustaw na zero. W przypadku tablicy dźwięku umieść sygnał w drugim wymiarze, a pierwszy ustaw na zero. Odtwórz odpowiednią tablicę na karcie dźwiękowej w odpowiednim momencie programu. Sposób realizacji tego zadania przedstawiono w Przykładzie Kodu 1 w Pliku z Kodem Uzupełniającym.
    3. Przymocuj taktor do paska za pomocą mechanicznego elementu mocującego.
  2. Bodziec maskujący
    1. Zastosuj bodziec maskujący za pomocą elektrycznego wibratora ręcznego (średnica 4 cm; 83 Hz przy ustawieniu „low”).
    2. Na podstawie obszarów, w których ma zostać przetestowane maskowanie, należy wybrać miejsca aplikacji bodźca maskującego.

2. Ustawienie i projekt eksperymentalny

  1. Ustaw komputer i sprzęt na biurku wraz z krzesłem przed nimi dla eksperymentatora.
  2. Przygotuj stół, na którym uczestnicy oprą lewe (badane) ramię. Umieść krzesło po prawej stronie stołu. Obok krzesła ustaw podstawkę pod przedramię, na której uczestnicy oprą prawy łokieć (ramię maskujące). Dla zwiększenia komfortu wyłóż stół i podstawkę pod przedramię miękkim materiałem.
  3. Umieść głośnik na powierzchni odizolowanej mechanicznie. Rozmieść pedały nożne (podłączone do lewego i prawego przycisku myszy komputerowej) w taki sposób, aby stopy uczestnika spoczywały na nich wygodnie (Rysunek 1).
  4. Wybierz parametry badania, w tym odpowiednią liczbę prób niezbędnych do uzyskania wiarygodnej oceny progu (zazwyczaj od 40 do 50 prób) oraz liczbę bloków, na które ma zostać podzielony eksperyment (np. dwa bloki po 20-25 prób na warunek).
  5. Sporządź listę kolejności przeprowadzania warunków. Użyj tej listy, aby określić, gdzie zastosować bodziec maskujący w każdym bloku.
  6. Wprowadź liczbę prób bezpośrednio do kodu programu komputerowego (np. ntrials = 25; Patrz: Supplemental Code File). Upewnij się, że każdy blok nie trwa dłużej niż 10 min, aby utrzymać koncentrację.
  7. Zaprojektuj zadanie detekcji dotykowej z wymuszonym wyborem między dwiema alternatywami11, w którym intensywność bodźca jest kontrolowana za pomocą bayesowskiej adaptacyjnej psychofizycznej procedury schodkowej12.
    1. W każdej próbie przedstaw dwa 1 s interwały, oznaczone trzema sygnałami dźwiękowymi (5 kHz, 3 kHz i 5 kHz, czas trwania 10 msec), z bodźcem dotykowym prezentowanym w środku jednego z interwałów. Uczestnik powinien wskazać za pomocą pedałów nożnych, w którym interwale pojawił się bodziec (lewy dla pierwszego, prawy dla drugiego). Patrz: Example Code 2, który pokazuje sposób przeprowadzania i punktowania interwałów.
      Uwaga: Komputer ocenia odpowiedź jako „poprawną” lub „błędną”, a adaptacyjna procedura schodkowa dobiera w zależności od tego kolejną wartość do prezentacji.
      Uwaga: Metoda ta służy do wyznaczenia wartości progu detekcji wibracji w miejscu badania.

Schemat ustawienia do badania równowagi statycznej z zasłoniętymi oczami, obejmujący podparcie ramienia, tactor, głośnik i pedały nożne.
Rycina 1. Projekt eksperymentuRysunek ten przedstawia schemat doświadczenia oraz wykorzystane materiały. Szczegóły znajdują się w tekście.

3. Procedura eksperymentalna

  1. Uzyskaj pisemną zgodę na udział w badaniu. Posadź uczestnika na krześle tak, aby stopy spoczywały wygodnie na pedałach odpowiedzi, i wyjaśnij procedurę eksperymentalną.
  2. Zmierz i zapisz długość grzbietowej powierzchni lewego przedramienia. Załóż pasem tactor w taki sposób, aby znajdował się on na środku ramienia, w połowie odległości między kątem wewnętrznym łokcia a zgięciem nadgarstka.
  3. Owiń ramie kilka razy luźno bandażem elastycznym, aby utrzymać tactor na miejscu.
  4. Poleć uczestnikom położenie lewego ramienia na stole i oparcie prawego łokcia na podłokietniku. Załóż uczestnikowi opaskę na oczy, aby zapobiec patrzeniu na bodziec lub miejsce maskowania, i poleć patrzenie prosto przed siebie przez cały czas trwania eksperymentu.
  5. Zacznij od bloku 20 próbnych (bez bodźca maskującego), aby zapoznać uczestników z zadaniem detekcji dotykowej i pozwolić im oswoić się z bodźcami dotykowymi.
  6. Po próbach próbnych rozpocznij eksperyment, przeprowadzając bloki warunków w losowej, zrównoważonej kolejności. Przed rozpoczęciem każdego bloku upewnij się, że ramiona i bodziec maskujący znajdują się w prawidłowych pozycjach.
    1. Dla każdego warunku przyłóż bodziec maskujący do wybranego miejsca, korzystając z wcześniej przygotowanej listy warunków. Wykreślaj każdy warunek po jego wykonaniu. Utrzymuj bodziec maskujący przez cały blok prób zbierania danych, zachowując w przybliżeniu stały nacisk. Bodziec maskujący można aplikować przez cienką odzież.
    2. Uruchom program eksperymentalny, który przeprowadzi określoną liczbę wcześniej wybranych prób. Wprowadź 2 min przerwy po każdym krótkim bloku prób. Po zakończeniu danego bloku prób wybierz kolejne miejsce dla bodźca maskującego i ponownie uruchom program. Powtarzaj do momentu ukończenia wszystkich prób.

4. Analiza danych

  1. Aby zwizualizować i potwierdzić szacunkową wartość progu zwróconą przez program adaptacyjnych schodów (adaptive staircase)12, dopasuj dane uczestników do skumulowanego rozkładu Gaussa. Wzór na skumulowany rozkład Gaussa (sigmoidę), która zmienia się od 50% (poziom przypadkowy – równa liczba zer – błędnych i jedynek – poprawnych) do 10% (same jedynki, wszystkie poprawne), to:
    prawdopodobieństwo poprawnej odpowiedzi = 0,5 + 0,5/(1+exp(-(x-x0)/std))
    gdzie x jest testowaną wartością intensywności, x0 jest wartością progu 75%, a std to odchylenie standardowe szacunku. Wzór ten można dopasować do danych przy użyciu dowolnego oprogramowania do dopasowywania krzywych, a otrzymaną wartość x0 porównać z wartością uzyskaną z adaptacyjnych schodów.
    1. Upewnij się, że krzywa przebiega pomiędzy 50% (wynik przypadkowy) a 10%. Przeprowadź analizy statystyczne (np. testy t lub analizy ANOVA) dla wartości progu 75% uzyskanych w każdym warunku eksperymentalnym (np. pomiędzy różnymi miejscami maskowania), aby ustalić, czy istnieją różnice między badanymi warunkami.
  2. W celu zidentyfikowania wartości odstających oblicz średnią oraz odchylenie standardowe dla danego warunku. Porównaj wynik każdego uczestnika ze średnią; jeśli indywidualny wynik odbiega o więcej niż 2 odchylenia standardowe od tej średniej, uznaj go za wartość odstającą i usuń z analizy. W razie potrzeby można zastosować alternatywne kryteria.
  3. Aby zestandaryzować wartości intensywności taktorów (podawane w jednostkach arbitralnych), przelicz je na decybele względem progów kontrolnych (mierzonych podczas stosowania bodźca maskującego w miejscu kontrolnym, np. na ramieniu). Użyj następującego wzoru:
    dB = 10 x log10 (wartość progu/wartość progu kontrolnego).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Analizy danych przedstawiono w 13. Czułość dotykowa (wyrażona względem progów zmierzonych w warunkach kontrolnych) w przedramieniu była znacząco obniżona (progi były znacząco podwyższone), gdy stymulacja maskująca wibrotaktylna była stosowana w przeciwległym ramieniu (Rycina 2A), co wykazało efekt maskowania kontralateralnego między przedramionami. Efekt ten zależał od położenia bodźca maskującego na ramieniu maskującym, przy czym największy efekt występował, g...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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 ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Podziękowania

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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
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/

Bibliografia

  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

maskowanie przeciwstronnestymulacja dotykowa przedramieniamaskowanie wibrotaktylnestymulacja tactoramipsychofizyczna metoda schodkowaodpowiedź za pomocą pedału nożnegoefekt ułożenia ramieniazależność od postawyreprezentacja somatotopowa
Testowanie maskowania dotykowego między przedramionami
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.