Testowanie maskowania dotykowego między przedramionami
February 10th, 2016
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.
Ogólnym celem tego eksperymentu psychofizycznego jest pokazanie, w jaki sposób dotknięcie jednego miejsca może wpłynąć na percepcję dotyku w innym miejscu. Ta technika maskowania dotykowego dalekiego zasięgu może wnieść istotny wkład w pole percepcji. Na przykład może nam powiedzieć, w jaki sposób mózg reprezentuje powierzchnię ciała.
Zaletą tej techniki jest to, że jest nieinwazyjna, a jednak, mimo że jest to miara percepcyjna, może nam dostarczyć informacji o tym, jak mózg jest podłączony. Tę technikę zademonstruje Sara. Jest doktorantką w moim laboratorium i opracowała techniki, które dzisiaj demonstrujemy w ramach jej pracy magisterskiej.
Zacznij od przygotowania systemu stymulacji dotykowej, który zostanie wykorzystany podczas tego eksperymentu. Użyj tora o średnicy 1.7 cala i grubości 0.30 cala, aby dostarczać bodźce dotykowe z wibracjami 250 Hz przez 100 milisekund. Użyj również 64-bitowej stereofonicznej karty dźwiękowej do sterowania dostarczaniem bodźców dotykowych.
Aby to zrobić, najpierw podłącz stereo wzmacniacz audio do karty dźwiękowej, która będzie napędzać aktora jako głośnik. Następnie podłącz aktor do jednego z wyjść wzmacniacza, takiego jak wyjście lewego głośnika. Następnie podłącz drugi kanał do głośnika, aby dostarczyć sygnały dźwiękowe.
W kodzie komputerowym, który steruje eksperymentem, wygeneruj przebieg, który zostanie użyty do wibracji aktora, oraz inny przebieg dla sygnału słuchowego. Umieść każdy z tych dwóch przebiegów w dwuwymiarowej tablicy. Przymocuj tora do paska z mechanicznym zapięciem podstawy, tak aby można go było umieścić na uczestniku.
Jako bodziec maskujący użyj elektrycznego wibratora ręcznego o średnicy czterech centymetrów, z wibracjami 83 Hz, gdy jest ustawiony na niskim poziomie. Wybierz miejsca, w których bodziec ma zostać zastosowany, w oparciu o obszary, w których ma być testowane maskowanie. Po przygotowaniu systemu stymulacji wykrywania dotyku ustaw komputer i inny sprzęt do eksperymentu na biurku z krzesłem przed nim dla eksperymentatora.
Następnie ustaw stół, na którym uczestnicy oprzeją lewą rękę, na którym zostaną zastosowane bodźce dotykowe, a po prawej stronie stołu ustaw krzesło. Obok krzesła należy również postawić podłokietnik, na którym uczestnicy opierają prawy łokieć. Dodaj amortyzację do stołu i podłokietnik dla wygody.
Następnie umieść głośnik na mechanicznie odizolowanej powierzchni. Ułóż pedały nożne, które są połączone z lewym i prawym przyciskiem myszy komputerowej tak, aby stopy uczestnika mogły wygodnie na nich spoczywać. Upewnij się, że sporządziłeś listę kolejności, w jakiej warunki będą uruchamiane, i użyj tej listy podczas eksperymentu, aby określić, gdzie trzymać bodziec maskujący dla każdego bloku.
Wprowadź liczbę prób do kodu programu komputerowego i upewnij się, że każdy blok nie jest dłuższy niż 10 minut, aby utrzymać uwagę uczestnika. Zaprogramuj dwa alternatywne zadania wykrywania dotykowego wymuszonego wyboru, w których intensywność bodźca jest kontrolowana za pomocą bayesowskiej adaptacyjnej psychofizycznej procedury psychometrycznej schodów. Dla każdej próby należy wprowadzić dwa jednosekundowe interwały, oznaczone trzema sygnałami dźwiękowymi, z bodźcem dotykowym prezentowanym w środku jednego z interwałów.
Poproś uczestnika, aby wskazał, w jakim przedziale czasowym bodziec został zaprezentowany za pomocą pedałów nożnych. Komputer ocenia odpowiedź jako poprawną lub błędną, a adaptacyjne schody wybierają następną wartość, która ma być odpowiednio prezentowana. W ten sposób określa się wartość progową wykrywania drgań w miejscu testowym.
Przed eksperymentem należy uzyskać pisemną świadomą zgodę uczestnika. Następnie posadź ich na krześle ze stopami wygodnie opartymi na pedałach nożnych reakcji i wyjaśnij procedurę eksperymentalną. Zmierz i zapisz długość grzbietowej powierzchni cząstkowca lewego przedramienia.
Następnie przyłóż pasek tak, aby aktor znajdował się na środku ramienia, w połowie odległości między wewnętrznym kątem łokcia a zgięciem nadgarstka. Owiń luźno bandaż napinacza wokół ramienia kilka razy, aby utrzymać totroja na miejscu. Teraz poinstruuj uczestnika, aby położył prawy łokieć na podłokietniku, a lewą rękę oparł na stole.
Następnie zawiąż uczestnikowi oczy, aby uniemożliwić mu patrzenie na bodziec lub miejsce maskowania i poinstruuj go, aby patrzył prosto przed siebie przez cały eksperyment. Zacznij od bloku 20 prób praktycznych bez bodźca maskującego, aby zapoznać uczestnika z zadaniem wykrywania dotykowego i umożliwić mu zapoznanie się z bodźcami. Po przebiegu ćwiczeń najpierw upewnij się, że ramiona i bodziec maskujący są we właściwych pozycjach przed każdym blokiem eksperymentalnym.
Uruchamiaj bloki warunków w losowej, przeciwstawnej kolejności. Dla każdego warunku zapoznaj się z listą warunków utworzonych wcześniej i skreśl każdy warunek podczas jego uruchamiania. Upewnij się, że bodziec maskujący jest utrzymywany przez cały blok prób zbierania danych, utrzymując w przybliżeniu stały nacisk.
Uruchom program eksperymentalny z ustaloną wcześniej liczbą prób i wprowadź dwuminutowy okres odpoczynku po każdym krótkim bloku próbnym. Po zakończeniu danego bloku próbnego wybierz następne miejsce dla bodźca maskującego i ponownie uruchom program, a następnie powtarzaj tę czynność, aż wszystkie próby zostaną zakończone. Na tym rysunku rzędna i próg są wykreślane jako funkcja położenia maski.
Wrażliwość dotykowa na przedramieniu była znacznie zmniejszona, gdy stymulacja maskowania wibrodotykowego została zastosowana na przeciwległym ramieniu, wykazując kontralateralny efekt maskowania między przedramionami. W tym przypadku dane te pokazują, że postawa również odgrywa rolę w skuteczności maskowania. Efekt maskowania był znacznie silniejszy, gdy ramiona się stykały, w porównaniu z sytuacją, gdy były równoległe.
Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w około pół godziny, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Chociaż konieczne jest powtórzenie eksperymentu na co najmniej dziesięciu uczestnikach, aby uzyskać trafność statystyczną. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o utrzymaniu ciśnienia w miejscu maskowania i skupieniu uwagi uczestnika w miejscu, które się nie zmienia, zwykle na wprost.
Po zabiegu można przeprowadzić wariacje w celu udzielenia odpowiedzi na dodatkowe pytania, takie jak zależność tych efektów od charakterystyki bodźca maskującego. Po jej opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się badaniami dotykowymi, aby zbadać, czy zjawisko to można uogólnić nie tylko na odczucia dotykowe, ale także na ból. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przetestować wpływ zdalnego bodźca dotykowego na percepcję dotyku w określonym miejscu.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
To badanie bada przeciwstronne maskowanie dotykowe, gdzie progi wykrywania dotyku są wpływane przez wibracje zadane na oddalonym obszarze. Zrozumienie, które oddalone miejsca wpływają na percepcję dotykową, może dostarczyć informacji o reprezentacji ciała w mózgu.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Percepcja
- Psychofizyka
Tło
- Dotknięcie jednego obszaru może wpływać na percepcję dotyku w innym obszarze.
- To zjawisko jest znane jako maskowanie dotykowe dalekiego zasięgu.
- Oferuje wgląd w sposób, w jaki mózg organizuje informacje zmysłowe.
- Technika jest nieinwazyjna i zapewnia miary percepcyjne.
Cel badania
- Aby pokazać, jak percepcja dotykowa może być modulowana przez bodźce zadane w różnych miejscach ciała.
- Aby zbadać konsekwencje maskowania dotykowego dla zrozumienia organizacji mózgu.
- Aby zaprezentować techniki opracowane przez studentkę w ramach jej badań.
Zastosowanie metod
- Eksperymenty psychofizyczne w celu oceny percepcji dotyku.
- Zastosowanie wibracji na oddalonych miejscach ciała.
- Pomiar progów wykrywania dotyku.
- Nieinwazyjne techniki do zbierania danych percepcyjnych.
Główne wyniki
- Dowody efektów przeciwstronnego maskowania dotykowego.
- Identyfikacja konkretnych oddalonych miejsc, które wpływają na percepcję dotykową.
- Wgląd w nerwową reprezentację powierzchni ciała.
- Demonstracja opracowanych technik przez studentkę.
Wnioski
- Maskowanie dotykowe dalekiego zasięgu dostarcza cennych informacji o przetwarzaniu zmysłowym w mózgu.
- Wyniki przyczyniają się do zrozumienia, w jaki sposób mózg reprezentuje informacje dotykowe.
- Badania mają znaczenie dla przyszłych badań w dziedzinie percepcji i neuronauki.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Understanding long-range neural interactions through contralateral tactile masking provides a behavioral assay for probing somatotopic organization and interhemispheric communication. This non-invasive psychophysical method enables target validation of neural circuit models by quantifying perceptual modulation across body regions. It supports mechanistic de-risking in neuroscience target engagement by offering a reproducible readout of functional connectivity between contralateral sensory representations.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses about interhemispheric sensorimotor integration and body schema representation.
- Operational Value: Enables biological de-risking of targets involved in callosal or subcortical pathways mediating contralateral sensory effects.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by assessing whether candidate compounds alter long-range tactile masking, indicating central nervous system penetration and network engagement.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated behavioral paradigms for downstream pharmacological screening of neuromodulators affecting interhemispheric transfer.
- Quantitative Output: Generates threshold shifts as dependent variables enabling dose-response analysis and effect size quantification.
- Reproducibility: Standardized stimulus parameters (250 Hz, 100 ms vibration) and counterbalanced design ensure reliable detection of masking effects across laboratories.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Aligns with preclinical models of interhemispheric transfer via corpus callosum or anterior commissure pathways.
- Biomarker Alignment: Tactile detection threshold shifts serve as pharmacodynamic biomarkers for compounds targeting sensory integration networks.
- Risk-Adjusted Advancement: Enables go/no-go decisions based on whether a compound normalizes or exacerbates contralateral masking in disease models of sensory dysregulation.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target hypothesis testing to lead optimization, where behavioral assays inform target engagement and mechanism of action.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of neural pathways linking contralateral somatosensory cortices via callosal projections.
- Screening: Describes assay readiness through controlled stimulus delivery and adaptive staircase psychometrics for precise threshold measurement.
- Analytics: Highlights Bayesian adaptive psycho-physical staircase as a statistical output enabling precise quantification of detection thresholds and masking magnitude.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by modeling how interhemispheric transfer deficits manifest in tactile perception tasks.
- Enterprise Reuse: Frames the protocol as a reusable platform for assessing CNS-active compounds across therapeutic areas including neuropathic pain and sensory processing disorders.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through quantification of perceptual modulation reflecting neural connectivity strength.
- Operational Value: Standardization via fixed stimulus parameters, blindfolding, and foot-pedal response ensures reproducibility across sites.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions by identifying compounds that modulate interhemispheric transfer, reducing late-stage failure due to inadequate central target engagement.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of compounds demonstrating dose-dependent normalization of contralateral masking in disease-relevant systems.
Implementation Considerations
- Required expertise in psychophysical methods, tactile stimulus delivery, and Bayesian adaptive staircase analysis.
- Instrumentation needs include stereo sound card, tactor, amplifier, foot pedals, and mechanical isolation for auditory components.
- Cross-team standardization requires fixed inter-stimulus intervals, counterbalanced condition order, and consistent participant posture.
- Adaptation considerations include adjusting stimulation sites based on somatotopic mapping while maintaining contralateral alignment.
- Practical limitations include attentional drift and mechanical transmission artifacts, mitigated by blindfolding and isolated speaker placement.
