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Behavior

Medição do limiar de detecção de vibração e tátil Spatial Acuity em Seres Humanos

Published: September 1, 2016 doi: 10.3791/52966

Summary

Aqui, apresentamos os protocolos para determinar os limiares de detecção de vibração e acuidade tátil usando métodos psicofísicos no homem.

Protocol

O protocolo de teste foi aprovado pelo Comitê de Ética em Charité-Universitätsmedizin.

1. limiar de detecção de vibração (VDT)

  1. Dispositivo e Assembleia Protocolo de Teste - O pré-teste
    1. Montar os componentes do dispositivo de acordo com a Figura 1A. Coloque uma placa de superfície lisa (40 cm x 80 cm) sobre uma mesa. Coloque a barra de latão na placa.
    2. Ligar o actuador piezoeléctrico (vibração estimulador) para a unidade controladora.
    3. Conectar-se a caixa de resposta e o dispositivo de monitor para o sistema de aquisição de dados (ver arquivo de código complementar).
    4. Ligue o sistema de aquisição de dados para um computador (ou laptop), e piezo unidade controladora atuador.
    5. Dane-se o feito por encomenda estimular sonda para a parte móvel do atuador piezoelétrico (para fins específicos da sonda veja Materiais).
    6. Monte o atuador piezoelétrico com a sonda na barra de latão equilibrada.
  2. Protocolo de teste
    1. Script um protocolo de teste que implementa a escolha forçada de dois intervalo e transformou-regra para cima e para baixo método. Veja arquivo de código suplementar para um esboço do script.
    2. Construir a forma de onda do estímulo de vibração como uma onda sinusoidal e especificar a duração do estímulo, subir e descer características.
      1. Software aberto (por exemplo, LabChart). Seleccione Configuração> Estimulador.
      2. Escolha uma forma de onda personalizado e configurar as opções do estimulador. Criar 2 formas de onda de estímulo pertencentes a cada intervalo (STIM1 e stim2).
        NOTA: O STIM1 forma de onda é composto por 3 partes: um atraso de 4 seg, seguido por uma onda sinusoidal de 1,8 seg, e um atraso de 1,8 segundos (sem estímulo). A forma de onda STIM 2 é composto por 3 partes: um atraso de 4 seg, seguido de um atraso de 1,8 segundos (estímulo não), e por uma onda sinusoidal de 1,8 seg.
      3. Para a forma de onda sinusoidal, criar novos parâmetros variáveis ​​para frequência e amplitude. Modify a função de onda sinusoidal, introduzindo as seguintes funções para a ascensão e queda.
        Subir de forma de onda: (1-e BT) ∙ Amplitude ∙ sine (frequência), b = 9,1
        Queda de forma de onda: (e BT) ∙ Amplitude ∙ sine (frequência), b = 9,1
      4. No painel de dados do gráfico de laboratório, criar o conjunto de 35 saídas de tensão que pertencem aos 35 intensidades de amplitude (ou níveis) do estímulo vibração. Ver Tabela 1.
    3. Definir a amplitude de partida / default do estímulo para a frequência de vibração testado no script de macro para o procedimento de teste de vibração (ver secção arquivo de código complementar).
  3. Preparação e Formação de Sujeitos - sessão de testes
    1. Informar os participantes nos ensaios sobre o procedimento de teste e tê-los assinar um formulário de consentimento por escrito. Para garantir o anonimato e cumprir os requisitos de protecção de dados, atribuir a cada participante um número.
    2. Acomodar os sujeitos confortavelmenteem uma sala silenciosa, a temperaturas entre 20-30 ° C. Instruí-los sobre o teste de uma forma simples e clara para que o sujeito sabe o que esperar durante o teste.
    3. Coloque o braço do sujeito no quadro. Pad o dedo mindinho com massa de pão médica para minimizar o movimento. Coloque a barra de latão na placa para posicionar a sonda no dedo mínimo da mão testado logo abaixo do leito ungueal. Assegurar um contacto adequado entre a sonda e a pele e ajustar a posição da sonda para a posição horizontal através do nível da água. Evitar o contacto da pele com as bordas da sonda circular plana.
      Nota: Isto assegura que a superfície plana da sonda aplica-se cerca de 30 g (0,3 N) para a superfície da pele. bordas afiadas pode levar a limiares de detecção de diminuição. A massa pesada da barra de latão impede a transmissão de oscilações distrair o ambiente para o dispositivo e minimiza a dissipação da onda senoidal aplicada.
    4. Antes do teste, obter o participantes familiarizado com a configuração. Dependendo da frequência de teste, presente tanto um fácil (nível 23) e um disco (nível 7) ter uma percepção do estímulo vibração através da variação da amplitude até que o sujeito percebe uma vibração para assegurar que o procedimento experimental é compreendido.
    5. Se necessário, repor a amplitude de início (padrão) na frequência selecionada para que o assunto pode facilmente detectar o estímulo quando o protocolo de teste começa (ver 1.2.3).
    6. Minimizar as interações entre sujeito e examinador durante o teste.
    7. Iniciar o teste, executando o script que usa a dois alternativa procedimento de escolha forçada com o método adaptativo de cima para baixo 22.
      NOTA: As ações em 1.3.7-1.3.12 são automatizados pelo script programa.
    8. Em cada ensaio, administrar aleatoriamente um estímulo vibração durante um dos dois intervalos que são indicados visualmente ao sujeito de teste como "1" e "2" no ecrã do monitor (Figura 1B).Tenha o assunto indicar se o primeiro ou segundo intervalos sequenciais continha o estímulo de vibração pressionando um dos dois botões "1" ou "2" na caixa de resposta. Deixe o sujeito fazer uma suposição se ele ou ela não é certo quando o estímulo é apresentado.
      NOTA: A técnica da escolha forçada exige que o sujeito responde mesmo quando a vibração não é percebida.
    9. Em uma série de teste, que consiste em seis para um máximo de 9 ensaios individuais, repetir o mesmo estímulo vibração em um nível de amplitude, pelo menos, seis vezes consecutivamente. Se as respostas estão todos corretos, reduzir o nível de estímulo intensidade (baixo regra) para a série posterior julgamento.
    10. Com base na regra de decisão do método adaptativo (operadores lógicos no script), à pessoa mais ensaios para a mesma intensidade de estímulo se o sujeito comete erros em uma série julgamento. Reduzir a intensidade do estímulo se o estímulo é correctamente identificado em pelo menos 5 ensaios, e incorretamente em menos de 2ensaios.
    11. Aumentar o nível de estímulo se o assunto faz com que os 2 respostas incorretas em uma série julgamento; ou, mais do que uma resposta incorreta e menos de 5 acertos.
    12. Documentar a mudança da direcção da intensidade de estímulo, como ponto de inversão. Alterar a intensidade do estímulo de acordo com número do ponto de reversão: antes do terceiro ponto de reversão por 4 níveis de intensidade; no ponto de reversão 3 rd por 2 níveis de intensidade; outra em 1 nível (para mais detalhes veja arquivo de código suplementar e Figura 4B).
    13. Termine o teste quando o assunto conclui um total de 8 reversões.
    14. Calcular o VDT tomando a média do valor de estimulo amplitude dos últimos 6 inversões.

2. Tactile Spatial teste de acuidade

  1. Determinar a acuidade tátil com um teste de orientação de duas alternativas de escolha forçada grade usando o Tactile Acuity Cube (TAC). A TAC é composto de 6 lados, cada um contendouma grade (bar e groove), cuja largura é 0,75 mm, 1,25 mm, 1,75 mm, 3,0 mm, 4,5 mm e 6,0 mm.
  2. assuntos de assento em uma sala silenciosa, a temperaturas entre 20-30 ° C e instruir a tarefa.
  3. Durante o experimento, vendar os assuntos de teste usando óculos blindados. Coloque a mão dominante em uma tabela com a superfície palmar voltada para cima.
  4. Em cada ensaio, aplicar o TAC para a plataforma de dedo em uma das duas orientações ralar: vertical (direcção paralela) ou horizontalmente (sentido transversal) alinhados ao longo do eixo do dedo. Aleatoriamente escolher a ordem da orientação de grade para cada ensaio.
  5. Aplicar os gradeamentos de TAC para o 2 seg para a almofada de dedo do dedo indicador de modo a que o cubo exerce todo o seu peso no dedo (233 g). Evite pressionar o CTA sobre a almofada de dedo.
  6. Peça os indivíduos para determinar a orientação do alinhamento do cubo antes é removido do seu dedo.
  7. Evitar o movimento do fi do participantededo porque poderia fornecer uma sugestão para a orientação. Descartar o julgamento, se o experimentador detecta que o dedo se moveu.
    NOTA: Tenha em atenção que os movimentos dos dedos pequenos pode não ser detectado pelo experimentador no procedimento.
  8. Empregar um dois-para baixo e one-up método adaptativo no algoritmo de escada.
  9. Comece com o maior ralar, 6,0 mm.
  10. Diminuir a largura ralar depois de dois correta identificação da orientação (resposta correta).
  11. Testar a próxima largura, menor e continuar com a regra do piso até que o sujeito faz uma resposta incorrecta e documentar a largura ralar como um ponto de reversão.
  12. Aumentar a largura gradual grade novamente até que as duas orientações de largura são determinados correctamente novamente.
  13. Terminar o teste após a conclusão de treze reversões.
  14. Calcular o limiar táctil orientação grade tomando a média das larguras de grelha dos últimos 10 inversões.

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Representative Results

O atuador piezoelétrico fornece o estímulo de vibração para o assunto. O estímulo de vibração tem uma duração total de 1,8 segundos e é apresentada apenas uma vez durante um ensaio durante o primeiro ou o segundo intervalo (Figura 2A). A ascensão e queda tempo no início e término do estímulo é determinado pelas funções (1-e BT) ∙ Amplitude ∙ sine (frequência), e (e BT) ∙ Amplitude ∙ sine (frequência), respectivamente, onde b é fixado em 9,1. A ascensão e queda do tempo de início e offset são 500 e 600 ms, respectivamente, e são independentes da frequência de testes e amplitude. A duração do estímulo entre o início e offset fases é de 700 ms. O aumento gradual e queda garante uma entrega de estímulo suave.

limiares de detecção de vibração é dependente da frequência de estimulação, porque eles são mediadas por diferentes Sensoreceptores ry. De acordo com a curva de ajuste psico humano, situam-se entre os limites de 20 nm ~ a ~ 45? ​​M 5. Portanto, um conjunto de 35 níveis de estimulação (intervalo de 18 nm a 45 | iM) da forma de onda da vibração é construído (Figura 2B), cujos valores de amplitude estão dispostos de forma logarítmica (base 10; estímulo n + 1 = 10, 0,1 ∙ estímulo N). Esta gama de amplitudes é projetado para permitir testar a frequências que variam de 1-250 Hz. A amplitude de estímulo de partida é normalmente fixado acima do limiar médio de detecção de vibração para um teste de frequência de vibração particular. Observações anteriores sobre as curvas de ajuste de frequência obtidos a partir de ambos os estudos psicofísicos medidos limiar de detecção média em torno de 300 nm em alta frequência (> 100 Hz) estímulos, e ~ 3 mm para frequências mais baixas (<40 Hz) 5,23,24.

A relação da tensão de entrada dirigir ao the o deslocamento do actuador piezoeléctrico, medida pelo sensor de força (SGS) a 10 e 125 Hz saída são ilustrados nas Figuras 3A e 3B. A relação é linear (coeficiente de correlação, R2 = 0,9992) para o conjunto de intensidades de vibração utilizada (Figura 3C). Houve uma relação quase idêntico entre a tensão de entrada e deslocamento de saída em forma de onda senoidal de 20 amplitude nm (Figura 3D).

Na Figura 4, uma sessão de teste típica em que o limiar de detecção de vibração para o dedo direito pouco é determinada a 125 Hz. A pesquisa limite começa com um estímulo que é acima do limiar de nível de amplitude 23 (676 nm deslocamento). A sessão experimental consiste de várias séries de ensaios individuais. A série é composta por até 9 ensaios individuais aplicadas a nível de estímulo uma vibração. Uma diminuição na stimulus intensidade (nível), em geral, exige pelo menos 6 respostas corretas sequenciais (Figura 4A). Uma mudança na direcção da intensidade de estímulo marca um ponto de inversão na pista série experimental e requer pelo menos duas respostas incorrectas. A magnitude da mudança na intensidade do estímulo depende do número de inversão. Para procurar rapidamente para o limiar, a intensidade do estímulo é mudado em passos de 4 níveis quando o número de inversões é inferior a 3, seguido por 2 a 3 níveis na reversão (sentido ascendente). Caso contrário, a intensidade do estímulo muda em passos de 1 a nível finamente determinar o limiar (Figura 4B). limiar do sujeito é calculada através da conversão da intensidade do estímulo média dos últimos 6 pontos de reversão; Neste caso 401 nm. A regra transformado para cima e para baixo procedimento converge para o valor limite no qual 75% das respostas estão corretas. Esta foi calculada com base nas sequências de resposta que conduzem a uma regra para baixo utilizando os seguintes fórmula: P 6 + 6P 6 (1-P) + 6p 6 (1-p) 2, em que P é a probabilidade de uma resposta correcta...

No mesmo assunto, o experimento cubo tátil foi feito (Figura 5). Cada ensaio é composto por 2 estímulos. Uma regra de dois para baixo e one-up é empregado e o experimento termina após 13 pontos de reversão. O limiar de acuidade táctil é de 1,6 mm é o valor médio das larguras de grelha dos últimos 10 pontos de inversão. A regra escadaria 2-down e 1-up converge para um limite de 71% correta 25.

figura 1
Figura 1: Diagrama esquemático ilustrando os componentes adicionais para a medição de limiares por vibração (A) e um ensaio de teste típico (B).E.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2: As características físicas do estímulo da vibração (A) representação esquemática da forma de onda. Estímulo. (B) para estímulos amplitudes de vibração (o eixo-x tem uma escala logarítmica). O círculo preto designa a resistência à amplitude de partida para testes de vibração em 125 Hz. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3: Relação entre a tensão de entrada para dirigir o deslocamento do actuador piezoeléctrico de saída a 10 Hz e 125.ºHZ de forma de onda de entrada senoidal, (A e B), medida pelo sensor integrado SGS. (C) a relação entre a tensão de entrada de condução 125 Hz e deslocamentos de saída medidos para o conjunto de níveis de intensidade de vibração usados ​​no teste. (D) a tensão de entrada quase idêntico ao deslocamento de saída no menor nível de intensidade, 20 nm. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4
Figura 4:. Uma performance típica de um sujeito é mostrado no forçados escolha-teste de detecção de vibração de dois intervalo (A) as respostas do sujeito (, círculos abertos correta; incorretos, círculos pretos) são plotados contra o número de série do julgamento. (B) um depic diagramating o método adaptativo que procura o limite, alterando ambos os tamanhos e direções passo (ou seja, aumentar e diminuir nível) em um conjunto de ensaios. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5
. Figura 5: desempenho típico de um assunto sobre o algoritmo de duas alternativas de escolha forçada para a tarefa de orientação grade usando o cubo acuidade tátil As respostas do sujeito (, círculos abertos correta; incorretas, círculos pretos) são plotados contra o número julgamento . por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Stimulnos níveis e as tensões de saída correspondentes (V) para amplitudes de estímulo
(Amplitude de deslocamento V 1 = 10 mm)
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

Tabela 1: Níveis de estímulo e as tensões de saída correspondentes (V) para amplitudes de estímulo.

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Discussion

As técnicas utilizadas para avaliar VDT variar conforme com as especificações do dispositivo, hardware e protocolos de ensaio. A Organização Internacional de Normalização especifica os métodos e procedimentos para analisar e interpretar os limiares por vibração, incluindo recomendações para os vários componentes de uma vibrômetro (ISO 13091-1 e 2 26,27) O sistema de teste descrito obedece às recomendações ISO relevantes para faixa de frequência de teste (4-125 Hz), método (variante do up-down escadaria e escolha forçada), o tamanho da sonda (lisa gumes plana e circular), e os testes à temperatura ambiente. A configuração pode ser equipado com um sensor de determinação da posição e deslocamento da sonda e, opcionalmente, pode ser equipado com uma bordadura firme isolar o estímulo vibração.

Os benefícios do dispositivo mentira descrito nas seguintes características: disponibilidade e facilidade de montagem dos componentes; faixa de freqüência ajustável 1-500 Hz; grande amplituderange (5 nm-90 deslocamento mm); vários tamanhos de sonda; programação do tamanho de vibração estímulo e duração; e versatilidade para protocolo de teste psicofísico com vário método adaptativo. Embora os sistemas portáteis estão disponíveis 28, a configuração é transportável e tem sido utilizado em várias configurações, tais como escolas, institutos de pesquisa e hospitais. centros de pesquisa, no entanto, deve ter uma oficina bem equipada para fabricar ferramentas e dispositivos necessários para a configuração experimental adicionais. Não são comercialmente montados e prontos para sistemas de uso por exemplo, caso IV ou Medoc, mas esses sistemas são configurados para entregar apenas um conjunto limitado de estímulos. Em contraste, o nosso sistema pode ser utilizado para implementar uma vasta gama de protocolos de estimulação que apenas são limitados pelas especificações do elemento piezo utilizado. Devido ao tamanho da barra de latão, que não é possível testar outras áreas do que os dedos das mãos e pés. Nosso dispositivo não utiliza uma bordadura de limitar o estímulo paraa área da pele testado e é provável que uma área mais alargada maior do que a pele real a sonda é estimulada. Finalmente, o procedimento requer a atenção do objeto por um longo período de tempo, 15 min, em média. Geralmente os primeiros 3 reversões tem uma alteração maior em níveis de intensidade (4 níveis) e uma vez concluído o limiar mais provável situa-se dentro desta gama de 4 níveis de intensidade. Com o progresso do teste, fino determinação do limiar é feita. Há outro critério de paragem que pode ser implementada e integrada no procedimento adaptável 29 descrito noutro local.

Vários parâmetros do dispositivo que podem afetar limiar de detecção de vibração é ajustável na configuração 17. Estes incluem parâmetros do aparelho, tais como a área de contacto da sonda para a pele, a utilização de envolvente que rodeia a sonda para limitar a área de estimulação, a frequência de vibração seleccionada, a postura do punho, e um algoritmo de teste psicofísico. psicofísica testing algoritmos que incorporam o método de limites e o método de escada têm sido utilizados para determinar o VDT e não há um consenso favorecendo um método particular. Limiares vibrotátil variam dependendo do método de ensaio utilizado psicofísico 20. As estimativas do VDT de 125 Hz, a fiabilidade da obtida na gama de 50 a 600 nm, utilizando o método de adaptação descrito no protocolo psico e estão de acordo com VDT de outros estudos 5,23. Além disso; scripts para diferentes métodos adaptativos podem ser facilmente desenvolvidos e integrados para executar o teste psicofísico para limiar de detecção de vibração 25. O procedimento de adaptação que descrito para a determinação do limiar de vibração assegura que para cada nível de força de estímulo respostas corretas do sujeito são mais de 76% correto, a fim de descer a escada força estímulo 22. Desde há apenas 2 respostas possíveis, uma série de suposições de sorte poderia erroneamente alterar thmedições reshold, especialmente em níveis baixos de estímulo. Por esta razão, adicionou-se uma modificação que é uma série de ensaios em cada nível de vibração, a fim de minimizar tais erros. Indivíduos que não mostram a consistência durante a série julgamento - desvios de mais de 4 níveis entre pontos de reversão - são normalmente excluídos do estudo. O contato pele a sonda e como a sonda se comporta ao mesmo tempo estimular a pele são muito importantes para qualquer experimento psicofísico na sensação de toque 30,31. O actuador piezoeléctrico está equipado com um sensor de tensão compacta calibre (SGS) tem uma largura de banda relativamente elevada (até 3 KHz) e uma resolução muito boa com uma boa repetibilidade (0,1% de deslocamento nominal). Portanto, o dispositivo piezoelétrico tem características de alta confiabilidade, especialmente quando se trata de recuo muito bem mesmo em elevadas cargas estáticas. O movimento é linear porque o piezo (Picma atuador pilha de piezo linear) que usamos é incorporado em um guia e isso garante não moti lateraisem. Além disso, o servo-controlador pode compensar automaticamente para variar as cargas ou forças.

A avaliação da acuidade tátil descrevemos aqui depende de entrega manual dos estímulos táteis. O teste requer cuidadosa aplicação do estímulo para produzir deformação perpendicular da pele e sem distorções de corte que podem fornecer pistas para o assunto. Nós escolhemos um procedimento ligeiramente diferente para a determinação da acuidade espacial tátil e limite vibrotátil. Nós não optar pelo uso de uma mudança maior tamanho do passo inicialmente usando o TAC, pois é equipado com poucos níveis de largura grade (6 níveis) e estes não são de tamanho constante ou fixo, mas pode variar de maior para menor mudança de tamanho do passo. A mudança no tamanho das larguras de grelha entre os 3 primeiros níveis é de 1,5 mm, entre os dias 3 e 4 de nível de 1,25 milímetros, e 4 a 6 de 0,5 milímetros. O desempenho do sujeito na tarefa de orientação grade é affecTed pela profundidade da reentrância causada pelo estímulo táctil, a força aplicada, e o dedo do tamanho do dedo 32,33. Existem outras alternativas para o cubo acuidade tátil: cúpulas JVP, ea tarefa de discriminação de dois pontos. As cúpulas JVP outras alternativas para o cubo tátil. As vantagens são que as cúpulas têm JVP 8 larguras ralar que variam de 0,35 mm a 3,0 mm. Cúpulas JVP pode ser utilizado para avaliar a acuidade espacial tátil da língua e os lábios 8, enquanto tarefa de discriminação de 2 pontos não depende de identificação de orientação ralar e não é uma medida válida para a acuidade espacial tátil 34. Recentemente, dificuldades associadas com testes manuais foram melhorados através da introdução de um sistema de acuidade tátil automatizado que aplica uma escolha forçada paradigma para determinar o limiar táctil para ralar orientação 35.

Os métodos para obtenção dos limiares por vibração e acuidade tátil que descrevemostêm sido empregados para rastrear indivíduos para relacionadas com o toque traços 3,7,9. Em um estudo realizado pelo nosso grupo, nós mostramos que as características de toque são hereditárias, e que certas lesões genéticas que causam deficiência auditiva também influenciou a sensibilidade táctil de 7. Além disso, a sensibilidade ao toque pode ser avaliada sob condição experimental diferente, tal como induzida por água rugas dedo 9. Será importante para fazer medições quantitativas de VDT e acuidade tátil em pacientes com possível função alterando mutações em genes envolvidos na regulação da sensibilidade mecanorreceptor 3,7. De fato, tem havido um aumento recente na identificação de genes diretamente envolvidos neste processo como Piezo2 e STOML3 1,13,14,36,37 e rápido progresso nesta área é a certeza de identificar novos genes que regulam o toque. A influência de variantes genéticas em tais genes "tocar" será idealmente testado em pacientes genotipados com métodos psicofísicos quantitativos like os descritos aqui.

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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 mm2.
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

  1. 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).
  2. Lechner, S. G., Lewin, G. R. Hairy sensation. Physiology (Bethesda). 28 (3), 142-150 (2013).
  3. Heidenreich, M., et al. KCNQ4 K(+) channels tune mechanoreceptors for normal touch sensation in mouse and man. Nat Neurosci. 15 (1), 138-145 (2012).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Frenzel, H., et al. A Genetic Basis for Mechanosensory Traits in Humans. PLoS Biol. 10 (5), (2012).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Poole, K., Moroni, M., Lewin, G. R. Sensory mechanotransduction at membrane-matrix interfaces. Pflugers Arch. , (2014).
  12. Schrenk-Siemens, K., et al. PIEZO2 is required for mechanotransduction in human stem cell-derived touch receptors. Nat. Neurosci. , (2014).
  13. Woo, S. H., et al. Piezo2 is required for Merkel-cell mechanotransduction. Nature. 509 (7502), 622-626 (2014).
  14. Ranade, S. S., et al. Piezo2 is the major transducer of mechanical forces for touch sensation in mice. Nature. 516 (7529), 121-125 (2014).
  15. Wetzel, C., et al. A stomatin-domain protein essential for touch sensation in the mouse. Nature. 445 (7124), 206-209 (2007).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Kuroki, S., Watanabe, J., Nishida, S. Contribution of within- and cross-channel information to vibrotactile frequency discrimination. Brain Res. 1529, 46-55 (2013).
  25. Levitt, H. Transformed up-down methods in psychoacoustics. J. Acoust. Soc. Am. 49 (2), (1971).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. Goldreich, D., Kanics, I. M. Tactile Acuity is Enhanced in Blindness. J. Neurosci. 23 (8), 3439-3445 (2003).
  33. Peters, R. M., Goldreich, D. Tactile Spatial Acuity in Childhood: Effects of Age and Fingertip Size. PLoS One. 8 (12), (2013).
  34. 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).
  35. Goldreich, D., Wong, M., Peters, R. M., Kanics, I. M. A Tactile Automated Passive-Finger Stimulator (TAPS). J Vis Exp. (28), (2009).
  36. Coste, B., et al. Piezo proteins are pore-forming subunits of mechanically activated channels. Nature. 483 (7388), 176-181 (2012).
  37. Martinez-Salgado, C., et al. Stomatin and Sensory Neuron Mechanotransduction. J Neurophysiol. 98 (6), 3802-3808 (2007).

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Comportamento Edição 115 limiar de detecção de vibração da escolha forçada psicofísica a acuidade tátil orientação ralar sensorial
Medição do limiar de detecção de vibração e tátil Spatial Acuity em Seres Humanos
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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).

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