Измерение детектирования вибрации Порог и тактильные Spatial Acuity у человека

Published: September 1, 2016 doi: 10.3791/52966

Rabih Moshourab^1,2, Henning Frenzel², Stefan Lechner³, Julia Haseleu², Valérie Bégay², Damir Omerbašić², Gary R. Lewin²

¹Department of Anesthesiology and Intensive Care Medicine, Charite Universitätsmedzin, Campus Virchow Klinikum und Campus Charite Mitte, ²Department of Neuroscience, Molecular Physiology of Somatic Sensation, Max Delbrück Center for Molecular Medicine, ³Institute of Pharmacology, University of Heidelberg

Summary

Здесь мы представляем протоколы для определения порогов обнаружения вибрации и тактильной остроты зрения с использованием психофизических методов в человеке.

Protocol

Протокол испытаний был одобрен Комитетом по этике Шарите-Universitätsmedizin путем.

1. Обнаружение вибрации Порог (ВДТ)

Устройство и Протокол Ассамблеи Тестирование - Предварительное тестирование
1. Собирают компоненты устройства в соответствии с фиг.1А. Поместите гладкую поверхность доски (40 см х 80 см) на столе. Поместите латунного прутка на доске.
2. Подключите пьезоэлектрический привод (вибрация) стимулятора к контрольному блоку.
3. Подключите окно ответа и монитор устройства к системе сбора данных (см дополнительный файл кода).
4. Подключите систему сбора данных на компьютер (или ноутбук) и пьезо привода блока контроллера.
5. Винт заказное стимулирующий зонд к движущейся части пьезоэлектрического привода (для особенности зонда см Материалы).
6. Установить пьезоэлектрический привод с зондом на сбалансированной латунной панели.
Протокол тестирования
1. Сценарий тестовый протокол, который реализует два интервала принудительного выбора и трансформированный-правило вверх и вниз методом. См дополнительный файл кода для набросков сценария.
2. Построить форму волны вибрации стимула как синусоидальной волны и указать длительность стимула, нарастания и спада характеристики.
  1. Открытое программное обеспечение (например, LabChart). Выберите Настройка> Стимулятор.
  2. Выберите пользовательскую форму сигнала и настройки параметров стимулятора. Создание 2 стимула формы сигналов, относящихся к каждому интервалу (stim1 и stim2).
    Примечание: Форма сигнала stim1 состоит из 3-х частей: задержка 4 сек, с последующим синусоидальной волны 1,8 сек, а с задержкой 1,8 сек (не раздражитель). Форма сигнала стим 2 состоит из 3-х частей: задержка 4 сек, после задержки 1,8 сек (нет стимула), а также с помощью синусоидальной волны 1,8 сек.
  3. Для синусоидальной формы, создавать новые переменные параметры частоты и амплитуды. Modifу синусоидальная волновая функция, введя следующие функции для подъема и падения.
    Повышение сигнала: (1-е ^-bt) ∙ Amplitude ∙ синус (частота), Ь = 9,1
    Падение волны (е ^-bt) ∙ Amplitude ∙ синус (частоты), B = 9.1
  4. На панели данных лаборатории диаграммы, создать набор из 35 выходов напряжения, относящихся к 35 амплитуд интенсивностей (или уровней) вибрации стимула. Приведены в таблице 1.
3. Установите амплитуду старт / по умолчанию вибрации стимула для тестируемой частоты колебаний в макро-сценария для процедуры тестирования (см дополнительный файл раздел кода).
Подготовка и обучение субъектов - Тестирование Сессия
1. Информ испытуемых о процедуре тестирования и их подписать письменное информированное согласие. Для обеспечения анонимности и выполнения требований по защите данных, присвоить каждому участнику номер.
2. Автокресло предметы с комфортомв тихой комнате при температуре от 20-30 ° С. Попросите их о тесте в простой и ясной форме, так что субъект знает, что ожидать во время тестирования.
3. Поместите руку предмета на доске. Pad мизинец с медицинским тестом, чтобы свести к минимуму движение. Поместите латунного прутка на доске, чтобы поместить зонд на мизинце испытанного руки чуть ниже ногтевого ложа. Обеспечить надлежащий контакт между зондом и кожей и отрегулировать положение зонда в горизонтальное положение с помощью уровня воды. Избегать контакта кожи с краями круглого плоского зонда.
  Примечание: Это гарантирует, что плоская поверхность зонда применяется около 30 г (0,3 N) к поверхности кожи. Острые края могут привести к снижению порога обнаружения. Тяжелая масса латунной бар предотвращает передачу колебаний от отвлекающих окружения к устройству и минимизирует рассеивание приложенного синусоиды.
4. Перед тестированием получить участникы ознакомились с установкой. В зависимости от частоты тестирования, присутствует как легкий (уровень 23) и жесткий (уровень 7), чтобы воспринимать вибрации стимула с помощью изменения амплитуды, пока объект не воспринимает вибрации, чтобы гарантировать, что экспериментальная процедура понимается.
5. При необходимости сбросить начальную амплитуду (по умолчанию) на выбранной частоте, так что субъект может легко обнаружить стимул при запуске протокола испытаний (см 1.2.3).
6. Сведение к минимуму взаимодействие между субъектом и экзаменатора во время испытания.
7. Запустите тест, запустив сценарий , который использует два альтернативных принудительного выбора процедуры с вверх-вниз адаптивного метода ^22.
  Примечание: Действия в 1.3.7-1.3.12 автоматизированы с помощью сценария программы.
8. В каждом испытании, случайным образом управлять вибровоздействие во время одного из двух интервалов, которые визуально указанным испытуемым как "1" и "2" на экране монитора (Рисунок 1В).Есть предмет указать, если первый или второй последовательные интервалы содержали вибровоздействие, нажав одну из двух кнопок "1" или "2" на поле ответа. Пусть предмет сделать предположение, если он или она не уверена, когда представлен стимул.
  ПРИМЕЧАНИЕ: принудительного выбора метод требует, чтобы субъект реагирует даже тогда, когда вибрация не воспринимается.
9. В серии судебного процесса, который состоит из 6 до максимум 9 одиночных испытаний, повторить тот же вибровоздействие на одном уровне амплитуды по крайней мере, шесть раз подряд. Если ответы все правильно, снизить уровень интенсивности стимула (вниз правило) для последующей пробной серии.
10. На основании правила принятия решений адаптивного метода (логических операторов в сценарии), предоставить субъекту больше испытаний к той же интенсивности стимула, если субъект делает ошибки в серии испытаний. Уменьшите интенсивность стимула, если стимул правильно идентифицированы по крайней мере 5 испытаний, и неправильно менее чем за 2испытания.
11. Повышение уровня стимула, если субъект делает 2 неправильные ответы в серии процесс; или, что более чем один неправильный ответ и менее 5 правильных ответов.
12. Документ изменение направления интенсивности стимула, как точки разворота. Изменение интенсивности стимула в соответствии с номером точки разворота: до третьей точки разворота на 4 уровнями интенсивности; на 3 - ^й точки разворота на 2 уровнях интенсивности; еще на 1 уровень (подробнее см дополнительный файл кода и рисунке 4б).
13. Завершить тестирование, когда субъект завершает в общей сложности 8 разворотов.
14. Вычислить ВДТ, принимая медиану значения амплитуды стимула последних 6 разворотов.

2. Тактильная Пространственное Острота Test

Определение тактильной остроты зрения с тестом двух альтернативы вынужденный выбор решетки ориентации с использованием тактильного Acuity куба (TAC). ТКК состоит из 6 сторон каждая из которых содержитрешетка (бар и паз), ширины которых 0,75 мм, 1,25 мм, 1,75 мм, 3,0 мм, 4,5 мм и 6,0 мм.
предметы сиденья в тихой комнате при температуре от 20-30 ° С и проинструктировать на задаче.
В ходе эксперимента с завязанными глазами испытуемых с использованием экранированных очков. Поместите доминирующую руку на стол с ладонной поверхности лицевой стороной вверх.
На каждом испытании применить ТБК к подушечки пальца на одной из двух решетчатых ориентаций: вертикально (параллельно направлению) или по горизонтали (поперечное направление) с выравниванием по длинной оси пальца. Случайным образом выбрать порядок решетки ориентации для каждого испытания.
Применение решеток ОДУ на 2 секунды на подушечки пальца указательного пальца так, что куб оказывает весь свой вес на пальце (233 г). Избегайте нажатия TAC на подушечки пальца.
Попросите испытуемых определить ориентацию выравнивания до того, как куб удаляется из их пальца.
Избегайте движения ФИ участникаnger, потому что это может дать сигнал к ориентации. Откажитесь испытание, если экспериментатор чувствует, что палец переместился.
Примечание: Помните, что маленькие движения пальцев не могут быть обнаружены экспериментатором в порядке.
Наймите две вниз и одна вверх адаптивный метод в алгоритме лестничной.
Начнем с самой большой решеткой, 6,0 мм.
Уменьшение ширины решетки после двух правильной идентификации ориентации (правильный ответ).
Проверьте следующее, меньшую ширину и продолжить с правилом степпинге, пока объект не делает неправильный ответ и документировать решетки ширину в качестве точки разворота.
Увеличение ширины решетки ступенчато снова до тех пор пока две ориентации шириной не определяются правильно снова.
Завершение теста после завершения тринадцати разворотов.
Вычислить тактильной порог решетки ориентации, принимая медиану решетки шириной последних 10 разворотов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Пьезоэлектрический исполнительный элемент обеспечивает вибровоздействие к предмету. Стимул вибрации имеет общую длительность 1,8 сек и представлен только один раз во время суда в течение первого или второго интервала (фиг.2А). Подъем и время падения в начале и смещение стимула определяется функциями (1-е ^-bt) ∙ Amplitude ∙ синус (частоты), и (е ^-bt) ∙ Amplitude ∙ синус (частоты), соответственно, где б устанавливается в размере 9,1. Подъем и время падения в начале заболевания и смещение 500 и 600 мс, соответственно, и не зависят от частоты и амплитуды тестирования. Длительность стимула между началом и смещение фазы составляет 700 мс. Постепенный подъем и падение обеспечивает бесперебойное предоставление стимулов.

Порог детектирования вибрации зависят от частоты стимуляции, так как они опосредуются разными SensoRy рецепторов. Согласно психофизического перестроечной кривой человеческого, пороги лежат между ~ 20 нм до ~ 45 мкм ^5. Таким образом, набор из 35 уровней стимуляции ( в диапазоне от 18 нм до 45 мкм) вибрационного сигнала построена (рис 2В), значения которого амплитуда расположены логарифмически ( по основанию 10; раздражитель _{п + 1} = 10 ^0,1 ∙ стимул _п). Этот диапазон амплитуд предназначен, чтобы позволить тестировать на частотах в диапазоне от 1-250 Гц. Амплитуда исходного стимула обычно устанавливается выше среднего порога обнаружения вибрации для конкретного теста частоты вибрации. Предыдущие наблюдения на кривых перестройки частоты , полученные из обоих психофизических исследований , измерений среднего порога обнаружения около 300 нм для высоких частот (> 100 Гц) раздражители, и ~ 3 мкм для более низких частот (<40 Гц) ^5,23,24.

Отношение ведущего входного напряжения к йе выход смещение пьезоэлектрического привода , измеренного с помощью датчика тензометрического (SGS) при 10 и 125 Гц показаны на фигурах 3А и 3В. Зависимость является линейной (коэффициент корреляции R ² = 0,9992) для множества интенсивностей колебаний , используемых (рис 3C). Был почти идентичные отношения между входным и выходным напряжением смещения при синусоидальных сигналов 20 нм амплитуды (рис 3D).

На рисунке 4, типичного сеанса тестирования , когда порог обнаружения вибрации в правом мизинец определяется при 125 Гц. Пороговое поиск начинается с раздражителем, который выше порогового уровня амплитуды 23 (676 нм) смещения. Экспериментальная сессия состоит из нескольких серий одиночных испытаний. Серия состоит из до 9 одиночных испытаний, применяемых на уровне стимула одной вибрации. Снижение stimulus интенсивность (уровень) в целом требует , по меньшей мере , 6 последовательных правильных ответов (рис 4а). Изменение в направлении интенсивности стимула знаменует собой точку разворота в серии опытов дорожки и требует, по меньшей мере, два неверных ответов. Величина изменения интенсивности стимула зависит от числа разворота. Чтобы быстро найти порога, интенсивность стимула изменяется с шагом 4 уровней, когда количество разворотов меньше 3, а затем 2 уровня на 3-м повороте (вверх). В противном случае, интенсивность стимула изменяется с шагом 1 уровня , чтобы точно определить порог (рис 4б). Порог субъекта рассчитывается путем преобразования медианы интенсивности стимула последних 6 разворотных точек; в данном случае 401 нм. Преобразованный-правило вверх и вниз процедура сходится к пороговому значению, при котором 75% ответов являются правильными. Это было рассчитано на основе последовательностей ответа, приводящих к вниз правило, используя следующие формула: р ⁶ + 6p ⁶ (1-р) + 6p ⁶ (1-р) ^2, где р есть вероятность правильного ответа...

В том же предмете, тактильный куб эксперимент был проведен (рисунок 5). Каждое испытание состоит из 2-х раздражений. Правило два вниз и один план используется и эксперимент заканчивается после того, как 13 разворотных точек. Порог тактильных острота зрения составляет 1,6 мм медианное значение решетки шириной 10 последних разворотных точек. Правило лестница 2-вниз и 1 вверх сходится к 71% правильного порогового значения ^25.

Рисунок 1: Принципиальная схема , иллюстрирующая компоненты установки для измерения vibrotactile порогов (А) и типичного тест - проб (B).e.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

фигура 2
Рисунок 2: Физические характеристики вибровоздействие (а) Схематическое представление стимула сигнала.. (B) амплитуды колебаний раздражители (ось х имеет логарифмическую шкалу). Черный круг обозначает начальную амплитуду силы для вибрационных испытаний при 125 Гц. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3: Зависимость ведущего входного напряжения к выходному смещения пьезоэлектрического привода с частотой 10 Гц и 125HZ синусоидального входного сигнала, (А и В), измеренная с помощью встроенного датчика SGS. (C) отношения между 125 Гц вождения входного напряжения и измеренных выходных перемещений для множества уровней интенсивности вибрации , используемых при тестировании. (D) почти идентичны входное напряжение смещения выходного на самом низком уровне интенсивности, 20 нм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рис . 4: Типичная производительность субъекта показана на принудительного выбора теста обнаружения вибрации двух-интервала (А) ответы субъекта (правильные, открытые кружки; неправильные, черные кружки) в виде зависимости от количества проб серии. (В) показана схема depicтин адаптивный метод , который выполняет поиск порога путем изменения обоих размеров и направления шага (то есть, увеличение и уменьшение уровня) в рамках набора испытаний. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

. Рисунок 5: Типичная производительность предмета на две альтернативы принудительного выбора алгоритма решетки задачи ориентации с использованием тактильной остроты зрения куба ответы субъекта (правильные, открытые кружки; неправильные, черные кружки) в виде зависимости от количества пробного . Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Стимулнас уровни и соответствующие выходные напряжения (V) для стимулирования амплитуд
(Амплитуда смещения 1 V = 10 мкм)
1	0,00179	13	0,02839	25	0,45
2	0,00226	14	0,03574	26	0,56652
3	0,00284	15	0,045	27	0,7132
4	0,00357	16	0,05665	28	0,89787
5	0,0045	17	0,07132	29	1,13035
6	0,00567	18	0,08979	30	1,42302
7	0,00713	19	0,11303	31
8	0,00898	20	0,1423	32	2,25534
9	0,0113	21	0,17915	33	2,83931
10	0,01423	22	0,22553	34	3,57448
11	0,01791	23	0,28393	35	4.5
12	0,02255	24	0,35745

Таблица 1: Уровни Стимул и соответствующие выходные напряжения (V) для стимулирования амплитуд.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Методы, используемые для оценки ВДТ изменяются относительно спецификаций устройств, оборудования и протоколов испытаний. Международная организация по стандартизации определяет методы и процедуры для анализа и интерпретации vibrotactile пороговых значений , включая рекомендации по различным компонентам виброметра (ISO 13091-1 и 2 ^26,27) Описанная система тестирования пребывающий к соответствующим рекомендациям ISO для частотного диапазона тестирования (4-125 Гц), метод (вариант вверх-вниз лестницы и вынужденный выбор), размер зонда (гладкая краями плоской и круговой), а также тестирование при комнатной температуре. Установка может быть снабжена датчиком определения положения зонда и перемещения и по желанию могут быть оснащены твердым объемного звучания изолируя вибрации стимула.

Преимущества описанного устройства лежат в следующих характеристиках: доступность и простота сборки компонентов; Диапазон регулировки частоты 1-500 Гц; широкая амплитудаДиапазон (5 мкм объем нм-90); несколько размеров зонда; программируемость размера вибрации стимула и продолжительности; и универсальность психофизического протокола испытаний с различными адаптивного метода. Хотя портативные системы доступны ^28, установка транспортабельны и используется в различных учреждениях , таких как школы, научно - исследовательские институты и больницы. Научно-исследовательские центры, однако, должны иметь хорошо оборудованный семинар изготовить дополнительные инструменты и приспособления, необходимые для экспериментальной установки. Там коммерчески собраны и готовы к использованию систем , например , случай IV или Медок, но эти системы настроены , чтобы доставить лишь ограниченный набор стимулов. В отличие от этого, система может быть использована для реализации очень широкого спектра протоколов стимуляции, которые только ограничены техническими характеристиками элемента, используемого пьезо. Из-за размера латунь бар, это не представляется возможным проверить другие области, чем пальцев рук и ног. Наше устройство не использует объемного звучания, чтобы ограничить стимуляциютестируемый участок кожи, и вполне вероятно, что более широкая зона больше, чем фактический кожи, чтобы исследовать контакт стимулируется. И, наконец, процедура требует внимания от предмета в течение более длительного периода времени, 15 мин в среднем. Обычно первые 3 развороты имеют большее изменение уровней интенсивности (4 уровня), и после его завершения порог, скорее всего, находится в этом диапазоне от 4 уровней интенсивности. С ходом испытания, штраф определение порога производится. Есть другой критерий останова , который может быть реализован и интегрирован в адаптивном процедуре , описанной в другом месте ^29.

Несколько параметров устройств , которые могут повлиять на порог обнаружения вибрации регулируются в установке ^17. К ним относятся параметры устройства, такие как площадь контакта зонда с кожи, использование объемного опоясывающей зонда, чтобы ограничить область стимуляции, выбранной частоты вибрации, запястья осанки, и алгоритм психофизического тестирования. Психофизическая тКЕЛДЫШ алгоритмы, включающие метод ограничений и метод лестницы использовались для определения ВДТ и не существует консенсуса в пользу того или иного метода. Vibrotactile пороги действительно изменяются в зависимости от психофизического метода тестирования использовали ^20. Оценки ВДТ на 125 Гц надежно получены в диапазоне от 50 до 600 нм с использованием описанной адаптивный метод в психофизическом протокола и находятся в согласии с ВДТ от других исследований ^5,23. Более того; скрипты для различных адаптивных методов могут быть легко разработаны и внедрены для выполнения психофизическое тест на порог обнаружения вибрации ^25. Адаптивная процедура мы описали для определения порога вибрации гарантирует , что для каждого уровня силы стимула правильные ответы объекта съемки являются более 76% правильно, чтобы двигаться вниз по лестнице силы ²² стимула. Поскольку существует только 2 возможные ответы, ряд удачных догадок может ошибочно изменить тысreshold измерения, особенно на низких уровнях стимулов. По этой причине мы добавили модификацию, которая представляет собой серию испытаний на каждом уровне вибрации, с тем чтобы свести к минимуму такие ошибки. Субъекты, которые не показывают последовательность в ходе пробной серии - отклонения более чем на 4-х уровней между точками разворота - как правило, исключены из исследования. Кожа для контакта зонда и , как зонд ведет себя, стимулируя кожу очень важны для любого психофизического эксперимента на ощущение прикосновения ^30,31. Привод пьезоэлектрический оснащен датчиком компактным тензодатчика (SGS) имеет относительно высокую пропускную способность (до 3 кГц) и очень хорошим разрешением с хорошей повторяемостью (0,1% от номинального смещения). Таким образом, пьезоэлектрический устройство имеет характеристики высокой надежности, особенно когда речь идет о тонкой отступа даже при высоких статических нагрузках. Движение прямой, так как пьезо (Picma стек пьезоэлектрический линейный привод) мы используем встроенный в руководстве, и это не гарантирует отсутствие бокового Мотина. Кроме того, серво-контроллер может автоматически компенсировать различные нагрузки или силы.

Оценка тактильной остроты зрения мы описали здесь полагается на ручной доставки тактильных стимулов. Испытание требует осторожного применения стимула производить перпендикулярное деформацию кожи и без каких-либо искажений касательных, которые могли бы обеспечить стимулы к этому вопросу. Мы выбираем несколько иной порядок определения тактильной пространственного зрения и порога vibrotactile. Мы не решили использовать большее изменение размера шага первоначально используя ОДУ, поскольку он оснащен несколькими уровнями для решетки шириной (6 уровней), и они не имеют постоянного или фиксированного размера, но изменяются от большего к меньшему изменению размера шага. Изменение размера решетки шириной от первых 3 -х уровней составляет 1,5 мм, между 3 - ^м и 4 - ^го уровня 1,25 мм, и 4 - ^го по 6 - ^й 0,5 мм. Производительность объекта в дифракционной решетки задачи ориентации является затрагиваемTed глубиной вдавливания , вызванной тактильным раздражителем, сила , приложенная, и палец размер пальца ^32,33. Есть и другие альтернативы тактильной остроты зрения куба: JVP куполов, и задача дискриминации по двум точкам. Купола JVP другие альтернативы тактильной куб. Преимущества, что куполов JVP имеют 8 дифракционной решетки шириной от 0,35 мм до 3,0 мм. JVP куполов могут быть использованы для оценки тактильные пространственного зрения языка и губ ^8, в то время как 2 точки дискриминации задача не опирается на определение решетки ориентации и не является допустимым показателем для тактильного пространственной остроты зрения ^34. В последнее время , трудности , связанные с ручным тестированием, были улучшены за счет внедрения автоматизированной системы тактильной остроты зрения , которая применяет принудительного выбора парадигмы для определения тактильной порог для решетки ориентации ^35.

Способы получения vibrotactile и тактильной остроты зрения пороговых значений, которые мы описалибыли использованы для скрининга индивидуумов для сенсорных связанных черты ^3,7,9. В исследовании , проведенном нашей группой, мы показали , что сенсорные черты являются наследственными, и что некоторые генетические повреждения , вызывающие нарушение слуха влияет также чувствительности к силе нажатия ^7. Кроме того, чувствительность касания может быть оценена при различных экспериментальных услови х, таких как вода , вызванной пальцевым сморщивание ^9. Это будет иметь большое значение , чтобы сделать количественные измерения ВДТ и тактильной остроты зрения у пациентов с возможной функцией изменения мутации в генах , участвующих в регуляции чувствительности механорецепторов ^3,7. На самом деле там в последнее время наблюдается всплеск в идентификации генов , непосредственно участвующих в этом процессе , как Piezo2 и STOML3 ^{1,13,14,36,37,} и быстрый прогресс в этой области, несомненно , чтобы идентифицировать новые гены , которые регулируют прикосновение. Влияние генетических вариантов в таких "потрогать" гены будут идеально протестированы в генотипирование пациентов с количественным психофизические методы лIKE те, которые описаны здесь.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Piezo actuator	Physik Instrument, Germany	P-602.1L	The linear piezoelectric actuator, with integrated position sensor and motion amplifier, contains a piezoceramic material that elongates and contracts when voltage is applied. The piezoelectric actuator travels up to100 µm. The actuator is equipped with a flexure guide that ensures straight motion without tilting or lateral offset. The displacement is linear and calibration is done and checked by the manufacturer. It is recommended that on-axis movement of the probe be checked under the microscope. According to the manufacturer, the stimulus amplitude dampens by less than 20% at oscillating frequencies of 1000 Hz. This can be checked by using a force or displacement measuring device (e.g. force transducer from Kleindiek).
Piezo Amplifier/Servo Controller	Physik Instrument, Germany	E-665	E-665 amplifier/controller drives and controls the displacement of a low-voltage piezoelectric actuator in a system with sensor position feedback (SGS sensors). The servo-controller provides the option for closed loop operation. When applying sinusoidal and oscillating stimuli the amplitude signal deviates from the set amplitude starting from 500 Hz and reaches a maximum decrease of 20% at 1000Hz.
LabChart Software	ADInstruments, USA	LabChart 7, MLU60/8	Can create, store and run macro of the psychophysical testing algorithm.
PowerLab	ADInstruments, USA	PowerLab 4/35 PL3504	Data Acquisition Hardware. Used with LabChart software.
Brass bar	Custom-made		Bar made of pure brass, weighs 15.5 kg. When the peizoelectric actuator is mounted on the brass bar it should exert a force of 30 g weight on skin surface.
Monitor	Custom-made		To mark the 1st and the 2nd interval. The monitor indicates to the subject the time intervals during which the stimulus may be presented.
Response box	Custom-made		The subject indicates the interval at which stimulus occurred.
Board	Custom-made		Upper surface should be smooth (Plastic), lower surface made of foam to prevent stray vibration ot be transmitted to the stimulating pobe.
Probe	Custom-made		A flat circular probe with smoothed edges (thermoplastic material) attached to a screw head. The screw should be of appropriate size to be tightened directly to the moving part of piezoelectric actuator. Size of the probe can be according to preference; in our case, diameter 8.21 mm and surface area 52.9 mm^2.
Labchart Script			Can be sent on request. See supplementary code file.
Tactile Acuity Cube	MedCore		The cube is comprised of 6 sides each containing a grating (bar and groove) whose widths are 0.75, 1.25, 1.75, 3.0, 4.5, and 6.0 mm.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

Poole, K., Herget, R., Lapatsina, L., Ngo, H. D., Lewin, G. R. Tuning Piezo ion channels to detect molecular-scale movements relevant for fine touch. Nat Commun. 5, 3520 (2014).
Lechner, S. G., Lewin, G. R. Hairy sensation. Physiology (Bethesda). 28 (3), 142-150 (2013).
Heidenreich, M., et al. KCNQ4 K(+) channels tune mechanoreceptors for normal touch sensation in mouse and man. Nat Neurosci. 15 (1), 138-145 (2012).
Mountcastle, V. B., Talbot, W. H., Darian-Smith, I., Kornhuber, H. H. Neural basis of the sense of flutter-vibration. Science. 155 (3762), 597-600 (1967).
Bolanowski, S. J. Jr, Gescheider, G. A., Verrillo, R. T., Checkosky, C. M. Four channels mediate the mechanical aspects of touch. J. Acoust. Soc. Am. 84 (5), 1680-1694 (1988).
Johansson, R. S., Vallbo, A. A. B. Detection of tactile stimuli. Thresholds of afferent units related to psychophysical thresholds in the human hand. J Physiol. 297 (1), 405-422 (1979).
Frenzel, H., et al. A Genetic Basis for Mechanosensory Traits in Humans. PLoS Biol. 10 (5), (2012).
Van Boven, R. W., Johnson, K. O. The limit of tactile spatial resolution in humans: grating orientation discrimination at the lip, tongue, and finger. Neurology. 44 (12), 2361-2366 (1994).
Haseleu, J., Omerbašić, D., Frenzel, H., Gross, M., Lewin, G. R. Water-induced finger wrinkles do not affect touch acuity or dexterity in handling wet objects. PLoS ONE. 9 (1), e84949 (2014).
Bensmaia, S. J., Hsiao, S. S., Denchev, P. V., Killebrew, J. H., Craig, J. C. The tactile perception of stimulus orientation. Somatosens Mot Res. 25 (1), 49-59 (2008).
Poole, K., Moroni, M., Lewin, G. R. Sensory mechanotransduction at membrane-matrix interfaces. Pflugers Arch. , (2014).
Schrenk-Siemens, K., et al. PIEZO2 is required for mechanotransduction in human stem cell-derived touch receptors. Nat. Neurosci. , (2014).
Woo, S. H., et al. Piezo2 is required for Merkel-cell mechanotransduction. Nature. 509 (7502), 622-626 (2014).
Ranade, S. S., et al. Piezo2 is the major transducer of mechanical forces for touch sensation in mice. Nature. 516 (7529), 121-125 (2014).
Wetzel, C., et al. A stomatin-domain protein essential for touch sensation in the mouse. Nature. 445 (7124), 206-209 (2007).
McMillin, M. J., et al. Mutations in PIEZO2 cause Gordon syndrome, Marden-Walker syndrome, and distal arthrogryposis type 5. Am. J. Hum. Genet. 94 (5), 734-744 (2014).
Gandhi, M. S., Sesek, R., Tuckett, R., Bamberg, S. J. M. Progress in vibrotactile threshold evaluation techniques: a review. J Hand Ther. 24 (3), 240-255 (2011).
Güçlü, B., Bolanowski, S. J. Vibrotactile thresholds of the Non-Pacinian I channel: I. Methodological issues. Somatosens Mot Res. 22 (1-2), 49-56 (2005).
Lindsell, C. J., Griffin, M. J. Normative vibrotactile thresholds measured at five European test centres. Int Arch Occup Environ Health. 76 (7), 517-528 (2003).
Morioka, M., Griffin, M. J. Dependence of vibrotactile thresholds on the psychophysical measurement method. Int Arch Occup Environ Health. 75 (1-2), 78-84 (2002).
Tannan, V., Dennis, R., Tommerdahl, M. A novel device for delivering two-site vibrotactile stimuli to the skin. J. Neurosci. Methods. 147 (2), 75-81 (2005).
Zwislocki, J. J., Relkin, E. M. On a psychophysical transformed-rule up and down method converging on a 75% level of correct responses. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (8), 4811-4814 (2001).
Gescheider, G. A., Bolanowski, S. J., Pope, J. V., Verrillo, R. T. A four-channel analysis of the tactile sensitivity of the fingertip: frequency selectivity, spatial summation, and temporal summation. Somatosens Mot Res. 19 (2), 114-124 (2002).
Kuroki, S., Watanabe, J., Nishida, S. Contribution of within- and cross-channel information to vibrotactile frequency discrimination. Brain Res. 1529, 46-55 (2013).
Levitt, H. Transformed up-down methods in psychoacoustics. J. Acoust. Soc. Am. 49 (2), (1971).
International Organization for Standardization. Mechanical vibration-Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve dysfunction-Part 1: Methods of measurement at the fingertips. ISO 13091-1. , Geneva, Swizerland. (2001).
International Organization for Standardization. Mechanical vibration-Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve dysfunction-Part 2: Analysis and interpretation of measurements at the fingertips. ISO 13091-2. , Geneva, Switzerland. (2003).
Holden, J. K., Nguyen, R. H., Francisco, E. M., Zhang, Z., Dennis, R. G., Tommerdahl, M. A novel device for the study of somatosensory information processing. J Neurosci Methods. 204 (2), 215-220 (2012).
Güçlü, B., Oztek, C. Tactile sensitivity of children: effects of frequency, masking, and the non-Pacinian I psychophysical channel. J Exp Child Psychol. 98 (2), 113-130 (2007).
Cohen, J. C., Makous, J. C., Bolanowski, S. J. Under which conditions do the skin and probe decouple during sinusoidal vibrations? Exp Brain Res. 129 (2), 211-217 (1999).
Makous, J. C., Gescheider, G. A., Bolanowski, S. J. The effects of static indentation on vibrotactile threshold. J. Acoust. Soc. Am. 99 (5), 3149-3153 (1996).
Goldreich, D., Kanics, I. M. Tactile Acuity is Enhanced in Blindness. J. Neurosci. 23 (8), 3439-3445 (2003).
Peters, R. M., Goldreich, D. Tactile Spatial Acuity in Childhood: Effects of Age and Fingertip Size. PLoS One. 8 (12), (2013).
Tong, J., Mao, O., Goldreich, D. Two-point orientation discrimination versus the traditional two-point test for tactile spatial acuity assessment. Front Hum Neurosci. 7, 579 (2013).
Goldreich, D., Wong, M., Peters, R. M., Kanics, I. M. A Tactile Automated Passive-Finger Stimulator (TAPS). J Vis Exp. (28), (2009).
Coste, B., et al. Piezo proteins are pore-forming subunits of mechanically activated channels. Nature. 483 (7388), 176-181 (2012).
Martinez-Salgado, C., et al. Stomatin and Sensory Neuron Mechanotransduction. J Neurophysiol. 98 (6), 3802-3808 (2007).

Измерение детектирования вибрации Порог и тактильные Spatial Acuity у человека

Play Video

PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Moshourab, R., Frenzel, H., Lechner, … More

Moshourab, R., Frenzel, H., Lechner, S., Haseleu, J., Bégay, V., Omerbašić, D., Lewin, G. R. Measurement of Vibration Detection Threshold and Tactile Spatial Acuity in Human Subjects. J. Vis. Exp. (115), e52966, doi:10.3791/52966 (2016).

Less

Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions