Summary
Her præsenterer vi protokoller til at bestemme vibrationer afsløring tærskler og taktile skarphed ved hjælp psykofysiske metoder i mennesket.
Protocol
Protokollen test blev godkendt af Charité-Universitätsmedizin etiske komité.
1. Vibration Detection Threshold (VDT)
- Enhed og Test Protocol Assembly - at foretage forudgående prøvning
- Saml komponenterne i indretningen ifølge figur 1A. Placer en glat overflade bord (40 cm x 80 cm) på et bord. Placer messing bar på brættet.
- Tilslut den piezoelektriske aktuator (vibration stimulator) til styreenheden.
- Slut svar boksen og monitoren enheden til dataopsamlingssystem (se supplerende kode fil).
- Tilslut datafangstsystem til en computer (eller laptop), og at piezoaktuatoren controller enhed.
- Skru skræddersyet stimulerende sonde til den bevægelige del af den piezoelektriske aktuator (for detaljerne i sonden se Materials).
- Monter piezoelektriske aktuator med sonden om ligelig messing bar.
- Test Protocol
- Script en testprotokol, der implementerer de to interval tvungen valg og transformeret-reglen op og ned metoden. Se supplerende kode fil til en skitse af scriptet.
- Konstruer bølgeform af vibrationer stimulus som en sinusformet bølge og angiv stimulus varighed, stiger og falder egenskaber.
- Åbent software (f.eks LabChart). Vælg Opsætning> Stimulator.
- Vælg en brugerdefineret bølgeform og konfigurere stimulator indstillinger. Opret 2 stimulus bølgeformer vedrørende hvert interval (STIM1 og stim2).
BEMÆRK: bølgeform STIM1 består af 3 dele: en forsinkelse på 4 sek, efterfulgt af en sinusformet bølge på 1,8 sek, og en forsinkelse på 1,8 sekunder (ingen stimulus). Bølgeformen STIM 2 er inddelt i 3 dele: en forsinkelse på 4 sek, fulgt en forsinkelse på 1,8 sekunder (ingen stimulus), og ved en sinusformet bølge på 1,8 sek. - For sinusformet bølgeform, skabe nye variable parametre for frekvens og amplitude. modify den sinusformet bølgefunktion ved at indtaste følgende funktioner til storhed og fald.
Rise bølgeform: (1-e -BT) ∙ Amplitude ∙ sinus (frekvens), b = 9,1
Fall bølgeform: (e -BT) ∙ Amplitude ∙ sinus (frekvens), b = 9,1 - I data panel af laboratoriet diagrammet, oprette sæt af 35 spændingsudgange vedrørende de 35 amplitude intensiteter (eller niveauer) af vibrationer stimulus. Se tabel 1.
- Indstil start- / default amplitude af vibrationer stimulus for den testede vibrationsfrekvens i makroen script til testproceduren (se supplerende kode fil afsnit).
- Forberedelse og Uddannelse af Emner - Test Session
- Informer testpersoner om testproceduren og få dem underskrive en skriftlig samtykkeerklæring. For at sikre anonymitet og opfylde kravene til databeskyttelse, tildele hver deltager et nummer.
- Seat emnerne komfortabelti et stille rum ved temperaturer mellem 20-30 ° C. Instruere dem om testen på en enkel og overskuelig måde, så motivet ved, hvad de kan forvente under testen.
- Placer armen af emnet på tavlen. Pad den lille finger med medicinsk dej for at minimere bevægelse. Placer messing bar på brættet for at placere sonden på den lille finger af den testede hånd lige under negleroden. Sikre korrekt kontakt mellem proben og huden og justere placeringen af sonden til en vandret position ved hjælp af vand-niveau. Undgå hudkontakt med kanterne af den cirkulære flade sonde.
BEMÆRK: Dette sikrer, at den flade overflade af sonden gælder omkring 30 g (0,3 N) til hudoverfladen. Skarpe kanter kan føre til tærskelværdier faldt afsløring. Den tunge masse af messing bar forhindrer transmissionen af distraherende svingninger fra omgivelserne til anordningen og minimerer spredning af den påførte sinusbølge. - Inden undersøgelsen udføres, få deltagerens fortrolig med opsætningen. Afhængigt af frekvensen testning, til stede både en let (niveau 23) og en hård (niveau 7) opfatte vibrationer stimulus ved at variere amplituden, indtil individet opfatter en vibration for at sikre, at den eksperimentelle fremgangsmåde er forstået.
- Hvis det er nødvendigt, nulstille start (standard) amplitude på den valgte frekvens, så motivet nemt kan registrere stimulus når test protokol starter (se 1.2.3).
- Minimer interaktioner mellem emne og eksaminator under testen.
- Start testen ved at køre scriptet, der bruger to-alternativ tvungen valg procedure med op-ned-adaptiv metode 22.
BEMÆRK: Handlinger i 1.3.7-1.3.12 er automatiseret af programmet script. - I hvert forsøg, administrere tilfældigt en vibration stimulus under en af de to intervaller, der er visuelt angivet på prøve emnet som "1" og "2" på skærmen på skærmen (figur 1B).Har emnet angive, om den første eller anden sekventielle intervaller indeholdt vibrationer stimulus ved at trykke på en af to knapper "1" eller "2" på svaret kassen. Lad emnet gætte, hvis han eller hun ikke er sikker på, når stimulus præsenteres.
BEMÆRK: Den tvungne-choice teknik kræver, at emnet reagerer, selv når vibrationen ikke opfattes. - I et forsøg serie, som består af 6 til maksimalt 9 enkelt forsøg, gentage den samme vibrationer stimulus på en amplitude niveau mindst seks gange i træk. Hvis svarene er alle korrekte, reducere stimulus intensitet niveau (ned regel) for den efterfølgende retssag serien.
- På baggrund af beslutningen reglen om den adaptive metode (logiske operatorer i script), give emnet flere forsøg til den samme stimulus intensitet, hvis motivet gør fejl i en retssag serie. Reducer stimulus intensitet, hvis stimulus er korrekt identificeret i mindst 5 forsøg, og forkert i mindre end 2forsøg.
- Øg stimulus niveau, hvis motivet gør de 2 forkerte svar i en retssag serien; eller mere end ét forkert svar og færre end 5 korrekte svar.
- Vise udviklingen i retning af stimulus intensitet, som vendepunkt. Skift stimulus intensitet ifølge vendepunkt nummer: forud for den tredje vendepunkt med 4 intensitet niveauer; ved 3. vendepunkt med 2 intensitetsniveauer; andet med 1 niveau (for flere detaljer se supplerende kode fil og figur 4B).
- Afslut forsøg, når emnet fuldfører i alt 8 tilbageførsler.
- Beregn VDT ved at tage medianen af stimulus amplitude værdi af de sidste 6 tilbageførsel.
2. Tactile Rumlig Acuity Test
- Bestem taktil skarphed med en to-alternativ tvunget valg rivning orientering test ved Tactile Acuity Cube (TAC). TAC består af 6 sider hver indeholderen rist (bar og groove), hvis bredder er 0,75 mm, 1,25 mm, 1,75 mm, 3,0 mm, 4,5 mm, og 6,0 mm.
- Seat fag i et stille rum ved temperaturer mellem 20-30 ° C og instruere på opgaven.
- Under eksperimentet, blindfold forsøgspersonerne bruger skærmede briller. Placer dominerende hånd på et bord med palmar opad.
- På hvert forsøg, anvende TAC på finger pad på en af to rist orienteringer: lodret (parallel retning) eller vandret (tværgående retning) på linie med den lange akse af fingeren. Tilfældigt vælge rækkefølgen af gitteret orientering for hvert forsøg.
- Påfør ristene af TAC i 2 sek til finger pad af pegefingeren, så terningen udøver hele sin vægt på fingeren (233 g). Undgå at trykke TAC på fingeren pad.
- Spørg de emner til at bestemme retningen af tilpasningen før terningen er fjernet fra deres finger.
- Undgå bevægelse af deltagerens finger fordi det kan give en cue til orientering. Kassér forsøget, hvis forsøgslederen registrerer, at fingeren har bevæget.
BEMÆRK: Pas på, at små fingerbevægelser måske ikke påvises ved forsøgslederen i proceduren. - Ansæt en to-down og en op-adaptiv metode i trappe algoritme.
- Start med den største rist, 6,0 mm.
- Reducer risten bredde efter to korrekt identifikation af orienteringen (korrekt svar).
- Test næste, mindre bredde og fortsætte med den foreløbige reglen indtil motivet gør ukorrekt svar og dokumentere risten bredde som et vendepunkt.
- Forøg risten bredde trinvis igen, indtil de to orienteringer af bredde bestemmes korrekt igen.
- Afslut testen efter afslutningen af tretten tilbageførsler.
- Beregn den taktile rist orientering tærskel ved at tage medianen af gitteret bredder af de sidste 10 tilbageførsler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Den piezoelektriske aktuator giver vibrationer stimulus til emnet. Vibrationen stimulus har en samlet varighed på 1,8 sek og præsenteres kun én gang i en forsøgsperiode under den første eller anden interval (figur 2A). Den stiger og falder tid ved starten og offset af stimulus er bestemt af funktionerne (1-e -BT) ∙ Amplitude ∙ sinus (frekvens), og (e -BT) ∙ Amplitude ∙ sinus (frekvens), henholdsvis hvor b er angivet på 9,1. Den stiger og falder tid ved debut og offset er 500 og 600 msek, og er uafhængig af frekvens og amplitude test. Varigheden af stimulus mellem indtræden og offset faser er 700 msek. Den gradvise stigning og fald sikrer en jævn stimulus levering.
tærskler vibration detection er afhængige af stimulation frekvens, fordi de medieres af forskellige sensory receptorer. Ifølge den humane psykofysiske tuning kurve, tærskler ligge mellem ~ 20 nm til ~ 45 um 5. Derfor er et sæt af 35 niveauer af stimulation (interval fra 18 nm til 45 um) i vibrationer bølgeform konstrueret (figur 2B), hvis amplitude værdier er arrangeret logaritmisk (base 10; stimulus n + 1 = 10 0,1 ∙ stimulus n). Denne serie af amplituder er designet til at gøre det muligt at teste ved frekvenser der spænder fra 1 til 250 Hz. Den starter stimulus amplitude er normalt indstillet over gennemsnittet tærsklen vibration detektion til en bestemt vibration frekvens test. Tidligere bemærkninger om frekvens tuning kurver opnået fra både psykofysiske studier målte tærskel gennemsnitlige påvisning omkring 300 nm for høj frekvens (> 100 Hz) stimuli, og ~ 3 um for lavere frekvenser (<40 Hz) 5,23,24.
Forholdet mellem den drivende indgangsspænding til the output forskydning af den piezoelektriske aktuator måles af strain gauge sensor (SGS) ved 10 og 125 Hz er illustreret i figur 3A og 3B. Forholdet er lineær (Korrelationskoefficienten, r 2 = 0,9992) for sættet af vibrationer intensiteter brugt (figur 3C). Der var en næsten identisk forhold mellem indgangsspændingen og output forskydning ved sinusformede bølgeformer af 20 nm amplitude (figur 3D).
I figur 4 en typisk test session, hvor tærsklen for vibrationer detektion ved den højre lillefinger bestemmes ved 125 Hz. Tærsklen søgning starter med en stimulus, der ligger over tærsklen for amplitude niveau 23 (676 nm forskydning). Den eksperimentelle session består af flere serier af enkelte forsøg. En serie består af op til 9 enkelt forsøg anvendes på én vibration stimulus niveau. Et fald i stimulus intensitet (niveau) generelt kræver mindst 6 sekventielle korrekte svar (figur 4A). En ændring i retning af stimulus intensitet markerer et vendepunkt i forsøget serie spor og kræver mindst to forkerte svar. Omfanget af ændring i stimulus intensitet afhænger af tilbageførsel nummer. Hurtigt søge efter tærsklen, er stimulus intensitet ændres i trin på 4 niveauer, når antallet af tilbageførte er mindre end 3, efterfulgt af 2 niveauer på 3rd vending (opadgående retning). Ellers ændrer stimulus intensitet i 1-niveau skridt til fint bestemme tærskelværdien (figur 4B). Emnet tærskel beregnes ved at omregne den mediane stimulus intensiteten af de sidste 6 vending punkter; i dette tilfælde 401 nm. Den transformerede-reglen op og ned procedure konvergerer mod tærskelværdien, ved hvilken 75% af svarene er korrekte. Dette blev beregnet på grundlag af de svar sekvenser, der fører til en ned regel ved hjælp af følgende formel: p 6 + 6p 6 (1-p) + 6p 6 (1-p) 2, hvor p er sandsynligheden for et korrekt svar...
I samme emne, blev den taktile terning eksperiment udført (figur 5). Hvert forsøg består af 2 stimulationer. En to-down og en op-reglen er ansat og forsøget slutter efter 13 vending point. Den taktile skarphed tærskel er 1,6 mm er medianværdien af gitteret bredder af de sidste 10 vending point. 2-ned og 1-op trappe regel konvergerer mod en 71% korrekt tærskel 25.
Figur 1: Skematisk diagram, der illustrerer setup komponenter til måling af vibrotactile tærskler (A) og en typisk test forsøg (B).e.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Fysiske karakteristika af vibrationen stimulus (A) skematisk præsentation af stimulus bølgeform.. (B) amplituder for vibrationer stimuli (x-aksen har en logaritmisk skala). Den sorte cirkel betegner den start amplitude styrke for vibration test ved 125 Hz. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Forhold af den drivende indgangsspændingen til output forskydning af den piezoelektriske aktuator ved 10 Hz og 125hz sinusformet input bølgeform, (A og B), målt ved SGS integreret sensor. (C) forholdet mellem 125 Hz kørsel indgangsspænding og målte output forskydninger for det sæt af vibrationer intensitet niveauer, der anvendes i test. (D) Næsten identisk indgangsspænding til output forskydning på det laveste intensitetsniveau, 20 nm. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4:. En typisk udførelse af et emne vises på to-interval tvungen valg vibrationer afsløring test (A) svarene fra emnet (korrekte, åbne cirkler, forkerte, sorte cirkler) er plottet mod forsøget serienummer. (B) et diagram depicTing den adaptive metode, der søger efter den tærskel ved at ændre både trin størrelser og retning (dvs. stigende og faldende niveau) på tværs af en række forsøg. Klik her for at se en større version af dette tal.
. Figur 5: Typisk ydelse af et emne på to-alternativ tvungen valg algoritme til risten orientering opgave ved hjælp af den taktile skarphed terning Svarene fra emnet (korrekte, åbne cirkler, forkerte, sorte cirkler) er plottet mod forsøget nummer . klik her for at se en større version af dette tal.
| Stimulos niveauer og de tilsvarende udgangsspændinger (V) til stimulus amplituder | |||||
| (1 V = 10 um forskydning amplitude) | |||||
| 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 | ||
Tabel 1: Stimulus niveauer, og de tilsvarende udgangsspændinger (V) for stimulus amplituder.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De teknikker, der anvendes til at evaluere VDT varierer med hensyn til enhedens specifikationer, hardware og testprotokoller. Den Internationale Standardiseringsorganisation specificerer hvilke metoder og procedurer til at analysere og fortolke vibrotactile tærskelværdier, herunder anbefalinger til de forskellige komponenter i en vibrometer (ISO 13.091-1 og 2 26,27) Det beskrevne testsystem overholder de relevante ISO-anbefalinger til test frekvensområde (4-125 Hz), fremgangsmåde (variant af op-ned trappe og tvunget valg), probestørrelse (glat kantet flad og cirkulær), og test ved stuetemperatur. Opsætningen kan udstyres med en sensor bestemme sondens position og forskydning og eventuelt kan udstyres med en fast surround isolere vibrationer stimulus.
Fordelene ved det beskrevne apparat ligger i følgende karakteristika: tilgængelighed og nem montering af komponenterne; justerbar frekvensområde 1-500 Hz; bred amplitudeinterval (5 nm-90 um forskydning); flere probe størrelser; programmerbarhed af vibrationer stimulus størrelse og varighed; og alsidighed til psykofysisk prøvningsprotokol med forskellige adaptiv metode. Selvom bærbare systemer er tilgængelige 28, opsætningen er transportable og har været anvendt i forskellige miljøer såsom skoler, forskningsinstitutioner og hospitaler. Forskningscentre, bør dog have et veludstyret værksted til at fremstille yderligere værktøjer og anordninger, der er nødvendige for forsøgsopstillingen. Der er kommercielt samlet og klar til brug systemer fx tilfældet IV eller Medoc, men disse systemer er konfigureret til at levere kun et begrænset sæt af stimuli. I modsætning hertil kan vores system anvendes til at implementere en meget bred vifte af stimuleringsprotokoller der er kun begrænset af specifikationerne for piezoelementet anvendes. På grund af den messing bar størrelse, er det ikke muligt at teste andre områder end fingre og tæer. Vores enhed bruger ikke en surround til at begrænse stimulation tildet testede hudområde, og det er sandsynligt, at et større område større end selve huden til at probe kontakt stimuleres. Endelig proceduren kræver opmærksomhed fra individet i en længere periode, 15 min i gennemsnit. Normalt de første 3 tilbageførsler har en større ændring i intensitet niveauer (4 niveauer) og når den er færdig tærsklen sandsynligvis ligger inden for dette interval af 4 intensitetsniveauer. Med fremskridt af testen, er fint bestemmelse af tærskelværdien foretaget. Der er andre stoppe kriterium, som kan gennemføres og integreres i den adaptive procedure beskrevet andetsteds 29.
Adskillige enhedens parametre, som kan påvirke tærskel afsløring vibration kan justeres i setup 17. Disse omfatter enhedens parametre såsom kontaktområdet af proben til huden, brug af surround omkredsende proben til at begrænse området for stimulation, den valgte vibrationsfrekvens, håndledsstilling, og psykofysiske test algoritme. psykofysiske tESTNING algoritmer inkorporerer fremgangsmåden til grænser og trappe metode er blevet anvendt til bestemmelse af VDT og der er ingen konsensus begunstige en bestemt metode. Vibrotactile tærskler kan variere afhængigt af den psykofysiske test anvendte metode 20. Estimater af VDT for 125 Hz er pålideligt opnås i området fra 50 til 600 nm ved anvendelse af det skitserede adaptiv metode i psykofysiske protokol og er i overensstemmelse med VDT fra andre studier 5,23. Desuden; scripts til forskellige adaptive metoder kan nemt udvikles og integreres for at udføre psykofysiske test for vibration detektion tærskel 25. Den adaptive procedure, vi beskrevet for bestemmelse af vibrationer tærsklen sikrer, at der for hver stimulus styrke niveau motivets korrekte svar er over 76% korrekt for at komme ned stimulus styrke trappe 22. Da der kun er 2 mulige svar, kunne en række heldige gæt fejlagtigt ændre threshold målinger, især ved lave niveauer af stimulus. Af denne grund har vi tilføjet en modifikation, som er en række forsøg på hvert vibrationsniveau for at minimere sådanne fejl. Emner, der ikke viser konsistens under retssagen serien - afvigelser på mere end 4 niveauer mellem vending punkter - typisk udelukket fra undersøgelsen. Huden til probe kontakt og hvordan sonden opfører samtidig stimulere huden er meget vigtige for enhver psykofysisk eksperiment på touch sensation 30,31. Piezoaktuatoren er udstyret med en kompakt strain gauge sensor (SGS) har en relativ høj båndbredde (op til 3 kHz) og en meget god opløsning med god repeterbarhed (0,1% af den nominelle slagvolumen). Derfor er den piezoelektriske indretning har høj pålidelighed egenskaber især når det kommer til fine indrykning selv ved høje statiske belastninger. Bevægelsen er lige, fordi piezo (PICMA stack piezo lineær aktuator) vi bruger er indlejret i en guide og dette sikrer ingen lateral motipå. Desuden kan servo-controller automatisk kompensere for forskellige belastninger eller kræfter.
Vurderingen af taktile skarphed vi beskrev her afhængig af manuel levering af taktile stimuli. Testen kræver omhyggelig anvendelse af stimulus til at producere vinkelret deformation af huden og ingen klipning forvridninger, der kan give stikord til emnet. Vi vælger en lidt anden metode til bestemmelse af taktile rumlig skarphed og vibrotactile tærskel. Vi havde ikke vælger at bruge en større skridt størrelse ændring oprindeligt bruge TAC, fordi den er udstyret med nogle niveauer for rist bredde (6 niveauer), og disse er ikke af konstant eller fast størrelse, men varierer fra større til mindre trin størrelse forandring. Ændringen i størrelse af gitteret bredder mellem de første 3 niveauer er 1,5 mm, mellem den 3. og 4. niveau 1,25 mm, og 4. til 6. 0,5 mm. Emnet præstation i risten orientering opgave er affected af dybden af fordybningen forårsaget af den taktile stimuli, anvendt kraft, og finger størrelsen af fingeren 32,33. Der er andre alternativer til den taktile skarphed terning: JVP kupler, og opgaven diskrimination to-point. JVP kupler er andre alternativer til den taktile terning. Fordelene er, at JVP kupler har 8 rivning bredder fra 0,35 mm til 3,0 mm. JVP kupler kan udnyttes til at vurdere taktile rumlig skarphed af tungen og læberne 8, mens to point opgave diskrimination ikke er afhængig af at identificere rivning orientering og er ikke en gyldig foranstaltning for taktil rumlig skarphed 34. For nylig har vanskeligheder forbundet med manuel test blevet forbedret med indførelsen af et automatiseret taktil skarphed system, der anvender en tvungen valg paradigme at bestemme taktile tærskel for rivning orientering 35.
Metoderne til at opnå de vibrotactile og taktile skarphed tærskler vi beskrevethar været ansat til at screene individer for berøring-relaterede træk 3,7,9. I en undersøgelse foretaget af vores gruppe, viste vi, at touch-træk er arvelige, og at visse genetiske læsioner forårsager hørenedsættelse også påvirket anslagsfølsomhed 7. Desuden kan anslagsfølsomhed vurderes under forskellige eksperimentelle betingelse som vand-induceret fingerspids Rynker 9. Det vil være vigtigt at gøre de kvantitative målinger af VDT og taktil synsstyrke på patienter med mulig funktion ændring mutationer i gener involveret i regulering mekanoreceptor følsomhed 3,7. Faktisk har der været en nylig stigning i identifikation af gener er direkte involveret i denne proces som Piezo2 og STOML3 1,13,14,36,37, og hurtige fremskridt på dette område er sikker på at identificere nye gener, der regulerer touch. Indflydelsen af genetiske varianter i sådanne "trykke" gener vil være ideelt afprøvet i genotypede patienter med kvantitative psykofysiske metoder like dem beskrevet her.
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 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. |
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).
