Psicofisicamente-ancorado, Limiarização robusta no estudo da dor relacionada com a lateralização do oscilatório Prestimulus Atividade

Resumo

métodos psicofísicos, como o procedimento de estimação QUEST pode eficientemente produzir estimativas robustas da intensidade de estimulação em que as sensações não dolorosas transição para as sensações dolorosas. Ao estimular repetidamente na intensidade do limiar, a variabilidade nas respostas de rating pode ser directamente atribuída às classificações de percepção em análises subsequentes.

Resumo

Em estudos de percepção, muitas vezes é importante para avaliar objetivamente a igualdade de estimulação entregues através participantes ou para quantificar a magnitude sensação intra-individual que é evocado por estimulação através de vários ensaios. Isto requer um mapeamento robusta da magnitude do estímulo a intensidade percebida e é geralmente conseguida por métodos de estimação psico tais como o procedimento de escada. processos mais recentes e mais eficientes, como o algoritmo QUEST caber uma função psico aos dados em tempo real e, ao mesmo tempo maximizar a eficiência da recolha de dados. Uma estimativa robusta da intensidade de limiar entre as percepções dolorosas e não dolorosas, em seguida, pode ser usado para reduzir a influência de variações na entrada sensorial em análises subsequentes da actividade cerebral oscilatório. Ao estimular a uma intensidade de limiar constante determinada por um procedimento de estimação adaptativa, a variância nas classificações podem ser diretamente atribuídos a processos perceptivos.atividade oscilatório pode, então, ser contrastado entre "dor" e ensaios "sem dor" diretamente, atividade que de perto se refere a processos de classificação de percepção em nocicepção rendendo.

Introdução

Quando a realização de experiências comportamentais envolvendo seres humanos, é importante ser capaz de controlar de perto as intensidades de estímulos apresentados. Usando estímulos de igual intensidade para todos os participantes, no entanto, em algumas situações introduzir o viés da percepção subjetiva. Para algumas qualidades perceptivas, tais como dor, há grandes variações inter e intra-individuais na intensidade percebida em um nível constante estímulo ^{1, 2.} Para experiências que assumem a igualdade de percepções subjetivas, é, portanto, uma necessidade para igualar a intensidade subjetivamente percebida através dos participantes. Isso também é importante quando se examina a percepção ao nível do limiar, por exemplo, entre a estimulação dolorosa e indolor. Psicofísica pesquisa abordou este tipo de problemas ao longo de décadas, e hoje existem sofisticados mas fáceis de usar métodos disponíveis para atingir ancoragem psicofísica robusto.

ntent "> Um método simples, clássica de mapear a intensidade de um estímulo para uma magnitude sensação indivíduo é o método de escada ^3. Deste modo, a intensidade do estímulo sucessivo é aumentado ou diminuído, até que haja uma alteração na resposta do participante relativa à limite desejado ou posição na escala sensação subjetiva. Repetindo este processo número de vezes, produz uma estimativa plausível do ponto de reversão. os métodos clássicos, no entanto, deixar de fazer uso de toda a informação contida em cada tentativa de classificação. Isto leva a um desnecessariamente elevado número de ensaios necessários para alcançar a convergência. Métodos como a regressão (linear) ou função montagem pode falhar, se as premissas para a relação entre a intensidade do estímulo e sensação de magnitude está errado ou não segurar para a faixa de estímulo testado. os procedimentos adaptativos não só o rendimento uma estimativa pontual robusta para uma determinada intensidade subjetiva, mas fazê-lo de forma mais eficiente. EspecialLY para experiências mais longos, que dependem fortemente de estimativa exacta de um limiar ou sensação de magnitude, é necessário que o método psicofísico de ser robustas e, ao mesmo tempo eficiente no que diz respeito ao número de ensaios necessários. Isto é especialmente importante em áreas como a pesquisa da dor, onde a exposição total ao estímulo doloroso deve ser mantido o mais baixo possível para o benefício dos participantes.

Embora os métodos escadaria clássica ainda são amplamente utilizados, por exemplo, em testes sensoriais quantitativos, o uso de métodos de estimativa mais avançados que fazer melhor uso das informações adquiridas através de ensaios é cada vez maior. No caso do método de máxima verossimilhança QUEST ^{4, 5} usados aqui, esta é provavelmente devido à implementação prontamente disponível na popular Matlab Psychtoolbox ⁶ suite. A versão moderna, revista deste procedure é superior aos métodos de estimação clássicos, tanto na robustez e baixo número de ensaios necessários para chegar a uma estimativa suficiente, se usado com as configurações corretas ^7.

A lógica por trás do procedimento QUEST é encaixar uma função Weibull para os dados de entrada para modelar a transformação psicofísica entre intensidade do estímulo e sensação de magnitude. Os parâmetros para a função Weibull psicofísica são, em parte, determinado pelo experimentador, por exemplo, a inclinação da função ou o deslocamento devido à taxa e responder inconsistência falso positivo. O posicionamento do parâmetro de interesse ao longo da dimensão intensidade é aproximadamente o mesmo procedimento utilizando estimativa da verosimilhança máxima Bayesiano. Por este meio, uma distribuição de probabilidade é assumido através da localização do alvo parâmetro, ou seja, a intensidade limiar. Dado um pressuposto razoável antes para tal distribuição, o algoritmo irá determinar tele mais informativo intensidade que o participante deve responder. Para a implementação actual do processo, isto é a média da distribuição de probabilidade anterior ^8. Para cada teste sucessivo, a distribuição de probabilidade anterior é, em essência, multiplicado com a probabilidade de uma dada resposta do participante no nível de estimulação testado, tal como caracterizada pela função de Weibull. Cada resposta será utilizado para actualizar continuamente a estimativa da distribuição de probabilidade para o parâmetro de limite. Este procedimento é repetido até que uma estimativa satisfatória é produzido. O processo é mais eficiente do que uma regressão simples porque não faz uso imediato das respostas recolhidas para determinar qual a intensidade de estimulação para testar seguinte. Além disso, o procedimento será especificamente sondar em torno do ponto de interesse, por exemplo, um limite ou uma determinada intensidade da sensação. Usando dados apenas testando a partir de uma gama tão limitado na regressão levaria a uma instabilidadeestimar, tornando os procedimentos adaptativos mais robusto em ambientes onde apenas um número relativamente baixo de ensaios são viáveis.

O ancorar psicofísica robusto pode ser usado para medir as mudanças na sensibilidade à dor ao longo do tempo, efeitos moduladores na hiperalgesia pesquisa / alodinia ou efeitos analgésicos em intervenções farmacológicas, entre outras definições. Outra perspectiva interessante de ser capaz de ancorar estímulos para a intensidade apenas no limiar entre dois continua sensorial é examinar a percepção subjetiva do outro lado da passagem do não-doloroso sensação dolorosa ^{9, 10, 11.} Este cenário é muito interessante porque, se o limiar da dor foi calculado de forma robusta, condições de dor e sem dor pode ser contrastada em actividade electroencefalográfica (EEG), por exemplo, sem alterar a intensidade do estímulo físico ^12. Isto permite os obspreser- dos processos perceptivos específicos de dor sob condições estímulo constante, examinando a diferença na atividade cerebral entre os ensaios classificados como dolorosa e indolor.

Iremos demonstrar como utilizar a aplicação prontamente disponível de estimativa adaptativa em Psychtoolbox robusta para determinar o limiar de dor individual em uma experiência de EEG, onde o contraste entre a actividade e a dor sem dor é examinado para efeitos de lateralização, dependendo do local de estimulação. Uma vez que a intensidade de estimulação pode ser mantida constante após o procedimento de limiar, não é necessária para explicar a actividade de EEG co-variando com a intensidade do estímulo na análise subsequente.

Protocolo

O experimento foi aprovado pela comissão de ética da Associação Médica de Hamburgo (PV4509).

Selecção 1. Participante

1. Além critérios de seleção padrão, tais como aptidão para a estimulação da dor, os implantes de cabeça ou condições neurológicas pré-existentes, certifique-se que os participantes não estão sofrendo de dor aguda ou crónica, não tomar qualquer medicação para a dor, e não tenho nenhuma história conhecida de abuso de substâncias. Os participantes devem também não participaram em quaisquer estudos farmacológicos durante as 4 semanas anteriores ao experimento.
2. Incluir participantes de qualquer sexo, mas ter o cuidado de incluir apenas os participantes do sexo feminino que estão usando contraceptivos hormonais ^{13, 14} para minimizar o efeito das variações cíclicas na percepção da dor.
3. Antes de administrar qualquer tipo de estimulação, certifique-se os participantes deram consentimento informado por escrito.

_title "> 2. Setup EEG

1. Escolha um tamanho de tampa adequada e preparar a configuração do eléctrodo EEG conforme manual de instruções do sistema.
2. Definir a taxa de amostragem e de alta / baixa de corte, bem como os limites de impedância do equipamento de gravação (recomendado: 500 Hz, 0,5 Hz filtro passa-alta, impedâncias <20 kW).
3. Verifique se o dispositivo de estimulação e o dispositivo de EEG não são eletricamente acoplados executando o sistema de EEG na bateria.
4. Assegurar que qualquer ligação entre o sistema de EEG e do computador que controla o dispositivo de estimulação elétrica é livre de potencial.

Setup 3. Estimulação Elétrica

1. Para melhor fazer uso da resolução de tempo do registo de EEG, manter a estimulação eléctrica tão curto quanto possível. Defina o estimulador a um único, pulso de estimulação monofásico com 1 ms de duração e 400 tensão V máximo. Se um nível de dor mais intensa é necessária, ou o momento exato da gravação EEG pós-estímulo faz not ter precedência, outros protocolos de estimulação pode ser usado.
2. Certifique-se o estimulador eléctrico é posto em acção, a saída para o eléctrodo é desligado. Para o DS7A estimulador o interruptor marcado 'OUTPUT' à direita do dispositivo deve estar na posição para baixo.
3. Localize o marco (s) que identificam o local de estimulação escolhido. Para uma estimulação na mão, use o músculo entre o polegar eo dedo indicador (abdutor / flexor pollicis brevis). Peça ao participante para colocar a mão sobre uma superfície plana com todos os dígitos esticada e aposto. Identificar o local de estimulação pela bissetriz a distância entre os primeiros dedos do polegar eo dedo indicador.
4. Limpe a pele através da aplicação de gel preparação do eletrodo. Certifique-se de não usar álcool ou desinfetante, que pode deixar resíduos na pele que pode levar à irritação ou estimulação confiável.
5. Fixe o eletrodo de estimulação e fixá-la no lugar com fita têxtil.
6. Peça the participante para encontrar uma posição confortável para a mão e tentar não mover a mão durante o experimento, se possível. Para a conveniência do participante, colocar um tecido mole sob a mão para absorver qualquer humidade, dependendo da permeabilidade da superfície.
7. Permitir a saída do estimulador colocando o interruptor 'OUTPUT' para a posição para cima.

4. Determinar Pontos de partida

1. Instruir o participante sobre como operar a escala de classificação na tela usando o mouse. A metade esquerda representa sensações não-dolorosas; a metade direita corresponde a uma escala de dor EAV padrão, proporcionando um equivalente visual para uma gama de intensidades de sensação contínua sob a forma de uma linha horizontal. Apontam para o participante que o ponto de centro absoluto da escala não pode ser selecionado. Fornecer o participante com as instruções padronizadas sobre os pontos de ancoragem ¹⁵ (Tabela 1).
2. Dar ao participante a oportunidade de se sentir confortável com o processo de classificação através da aplicação de estímulos de intensidade variável e gravar as respostas. Use as informações reunidas durante esta fase para obter uma estimativa para duas intensidades que sempre evocam sensações fortes, mas não dolorosas (low-ponto) e sensações moderadamente dolorosos (de alto ponto), respectivamente. Continue a estimulação por cerca de 25 - 30 ensaios ou até satisfeito com tendo alcançado boas estimativas. Durante este tempo, ela pode ser benéfica para consultar o participante para o feedback verbal sobre as intensidades e à semelhança subjetiva de intensidades de estímulos repetidamente apresentados.
3. Tente escolher as intensidades aleatoriamente para evocar respostas em torno do centro da escala. Para melhores resultados, não simplesmente aumentar ou diminuir a intensidade de forma linear, e também explorar as extremidades mais extremas do lado doloroso. Esta fase também deve dar ao participante a oportunidade de se acostumar com o stimulat potencialmente desconhecidaiônica e estabelecer alguma referência para um intervalo de classificação consistente. Devido a isso, é aconselhável aplicar intensidades de toda a gama de possíveis intensidades de estímulo, ao mesmo tempo, repetindo algumas intensidades.
4. Uma vez satisfeito com ter estimativas obtidas tanto para um ponto alto e intensidade de partida de baixo ponto, informará o participante que a primeira parte do experimento está prestes a começar e ele (a) deve manter a classificação como praticado enquanto intensidades de estímulos aleatórios são apresentados .

5. Determine Limiar

NOTA: O algoritmo QUEST requer alguns parâmetros a serem especificados antes de iniciar estimativa. Esses parâmetros incluem a inclinação da função psico (beta, tipicamente 3,5), a fracção de ensaios em que se espera uma resposta aleatório (delta, tipicamente 0,01), e a fracção de ensaios em que uma resposta positiva é esperado, embora sem estimulação é dada (gamma, sem recomendação). Para Estimat Bayesianião, deve ser especificado o intervalo (SD) das notas esperadas e o espaçamento de respostas possíveis (grãos). Para uma VAS, de grãos deve ser definida para a resolução da escala (normalmente 1), e do SD deve ser definido grande o suficiente para incluir tanto o ponto de escala de zero e a intensidade máxima possível mais alguma margem de segurança. As recomendações e os valores "típicos" dadas aqui são explicados em detalhe no código-fonte QuestCreate incluído com Psychtoolbox ^{6, 16.} Para a dor no limiar, um valor de gama de, no máximo, 0,01 deve ser plausível. O método de estimação é relativamente robusta em termos de má dos parâmetros, no entanto, para as configurações com apenas poucos ensaios, a não especificar parâmetros sensíveis pode aumentar a incerteza da estimativa final. Se o desvio padrão for definido muito baixo, o procedimento terá problemas convergentes em estimativas que se situam fora da área gerado pelo desvio padrão em torno the suposição prévia para o parâmetro. Assim, é importante, em vez err no lado de uma muito grande desvio padrão.

1. Criar duas sessões QUEST com os parâmetros acima indicados. Iniciar uma a partir da intensidade de alto ponto e um a partir do ponto mais baixo. Informações sobre a lógica de implementação do processo de estimativa pode ser encontrado no material suplementar (S1).
2. Aleatoriamente seleccionar uma intensidade da sonda de uma das duas pistas de dados pela respectiva função QuestMean.
3. Defina o estimulador elétrico com a intensidade da sonda. Se uma intensidade diferente do que o sugerido pelo algoritmo precisa ser aplicado ou a intensidade sugerida é fora do intervalo, alimentar a intensidade apresentada volta para a função QuestUpdate no passo 5.5.
4. Desencadear o estímulo.
5. Após o participante tenha avaliado o estímulo, executar QuestUpdate para a respectiva sessão de estimação e fornecê-lo com a intensidade do estímulo real apresentados, bem como a classificação do participante.
6. Continue a execução de ensaios de avaliação até que as estimativas são estáveis ​​ou um critério de paragem pré-definido (> 40 ensaios) foi atingido.
7. Grave a estimativa média limiar entre ambos estimativa é executado, a partir do ponto de partida alta e baixa como dado por QuestMean.
8. Permitir que o participante para fazer uma pausa nesta fase, se desejado.

6. Estimular a Nível de limite

Nota: É possível ajustar a classificação e contagem de bloco para as suas necessidades, desde que ele é tolerável para o participante.

1. Informará o participante que, para a parte restante do experimento, mais blocos com estimulação aleatória será seguinte e eles devem manter classificação como faziam antes. Se necessário, atualizar a instrução sobre os pontos de ancoragem escala.
2. Iniciar a gravação de EEG.
3. Defina o estimulador elétrico com a estimativa limiar médio obtido no passo 5.7 e manter constante a definição de todo o resto da the experiência.
4. Iniciar um bloco de classificação (30 ensaios) e observar a qualidade dos dados da gravação EEG. Dependendo da qualidade dos dados EEG, execute 4 - 5 blocos de classificação e permitir que o participante para fazer pausas curtas entre os blocos.
   NOTA: Tente manter a interação social com o participante a um mínimo durante estas pausas ou padronizar a interação, tanto quanto possível.
5. Quando terminar, parar a gravação EEG, mudar a saída do estimulador para fora e remova o eletrodo. Conclua o participante após remover a tampa EEG.

Resultados

Usando uma divisão em escala de classificação de uma meia para não doloroso e uma metade de sensações dolorosas (Figura 1A), a estimulação constante pode ser aplicada ao longo de muitos ensaios, enquanto ainda classificações de rendimento em todo o ponto médio escala (Figura 1B). Desta forma, as mudanças na entrada sensorial pode ser evitado, e o resultado classificação pode ser diretamente relacionado com processos de classificação de percepção intrínse...

Discussão

Aqui usamos o método QUEST bem fundamentada teoricamente para estimar de forma eficiente um limiar psicofísica robusta entre não-dor e percepção da dor. Usando a estimulação constante a este limiar permite uma análise das decisões perceptuais independentes das mudanças na magnitude do estímulo. Enquanto nós examinamos intensidade de limiar no ponto de transição entre os domínios sensação inócuos e nocivas, outros pontos ao longo da escala de dor (por exemplo, 50 numa escala de 100 pontos) pode também ser ancora...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Tampa de eletrodo EasyCap	EasyCap, Woerthsee-Etterschlag, Alemanha	CUCHW-58
conjunto de eletrodos de EEG Ag/Cl ativo actiCap	BrainProducts GmbH, Gliching,	Alemanha-SuperVisc
EEG eletrodo gel	EasyCap, Woerthsee-Etterschlag, Alemanha	V16
BrainAmp EEG amplificador	BrainProducts GmbH, Gliching, Alemanha	BrainAmp Standard
PsychToolbox-3	Mario Kleiner / Código aberto	disponível	em http://psychtoolbox.org/
Matlab	MathWorks, Natick, MA	Matlab R2015b
DigiTimer DS7A estimulador elétrico de corrente constante	DigiTimer Ltd., Hertfordshire, Reino Unido	DS7A