Summary
Questo protocollo descrive un eyeblink condizionata paradigma appropriato per gli esperimenti con gli infanti one-year-old. Attrezzature commerciali o su misura possono essere utilizzata per fornire gli stimoli, e raccolta di dati e l'analisi deve essere eseguite sulle registrazioni video.
Abstract
Classica eyeblink condizionata (EBC) si riferisce all'associazione imparato tra un stimolo condizionato (un tono uditivo) e uno stimolo incondizionato (un soffio d'aria alla cornea). Eyeblink condizionata spesso è utilizzato sperimentalmente per rilevare anomalie nella cerebellare-dipendente apprendimento e memoria che è alla base di questo tipo di apprendimento associativo. Mentre gli esperimenti negli adulti e nei bambini di età superiore sono relativamente semplici da amministrare utilizzando attrezzature commerciali, eyeblink condizionata nei neonati è più impegnativo a causa della loro scarsa compliance, che rende il posizionamento corretto dell'attrezzatura difficile. Per raggiungere condizionata in infanti one-year-old, un su misura o un sistema commerciale adattato può essere utilizzato per fornire l'aria soffio alla cornea del neonato. La sfida principale consiste nel rilevare e classificare le risposte comportamentali con successo. Segnaliamo che i metodi di rilevamento automatizzato blink sono inaffidabili in questa popolazione, e che condizionata esperimenti dovrebbe essere analizzato utilizzando frame-by-frame analisi delle registrazioni supplementari videocamera. Questo metodo può essere applicato per studiare i cambiamenti inerenti allo sviluppo in eyeblink condizionata ed esaminare se questo paradigma in grado di rilevare i bambini con disturbi neurologici.
Introduction
EBC è una forma di condizionamento classico che viene comunemente utilizzato per valutare l'apprendimento e la memoria in esseri umani ed altri animali. Il paradigma EBC convenzionale si riferisce a una dotta associazione tra uno stimolo 'condizionata' innocuo (un tono uditivo) con lo stimolo 'incondizionato' (un soffio di aria corneale che induce un eyeblink riflessiva, la risposta di unconditioned). Apprendimento associativo è valutato presentando la stimolo condizionato e classificare ammiccamento dell'occhio condizionate e per le risposte unconditioned-un aumento del numero delle risposte condizionate nel corso del tempo, o su più di una sessione, può indicare associativo apprendimento è in corso.
L'eyeblink condizionata paradigma può essere utilizzato per identificare gli individui con disabilità di apprendimento associativo. Ritardo condizionata-dove lo stimolo condizionato (CS) inizia prima ma si sovrappone lo stimolo incondizionato (US)-è controllata da circuiti cerebellare1,2e viene interrotta in adulti e bambini con i disordini neurologici, tra cui3di schizofrenia, autismo4,5e alcool fetale spettro disordine6,7. Da una prospettiva clinica, esame eyeblink condizionata in infanti potrebbero supportare rilevamento precoce ed il trattamento di questi disturbi neurologici. Tuttavia, mentre i bambini più grandi possono tollerare un soffio di aria corneale6,7,8 e possono mantenere una posizione stabile testa/occhio per tutta la durata dell'esperimento, i neonati sono meno compiacente e convenzionale software e apparecchiature di rilevamento eyeblink non è sufficiente.
Qui descriviamo un semplice protocollo per esaminare ritardo eyeblink condizionata in bambini one-year-old, che è stato adattato da protocolli precedentemente descritto altrove9,10,11. Questo protocollo può essere somministrato utilizzando qualsiasi sistema commerciale o su misura in grado di erogare un controllata soffio d'aria alla cornea. Tuttavia, al posto di eyeblink commerciale software di rilevazione (ad es., EyeBlink Detection System di San Diego strumento, che elabora i segnali provenienti da una telecamera a infrarossi), noi e gli altri9,10,11, consiglia di utilizzare frame-by-frame analisi delle registrazioni della videocamera per rilevare e classificare eyeblink risposte in infanti one-year-old.
Protocol
Tutti i metodi descritti qui sono stati approvati da The Northern B salute e disabilità comitato etico, numero di riferimento: 13/NTB/181.
1. requisiti tecnici
- Utilizzare un'unità di soffio di aria capace di gestire un soffio d'aria direttamente alla cornea. Ciò può essere ottenuto utilizzando un flessibile tubo collegato ad un serbatoio aria tramite un compressore d'aria. Per garantire la sicurezza del bambino, questa misura con un regolatore di pressione regolabile che limita la pressione dell'aria e limiti di durata del soffio di aria.
Nota: Disponibili in commercio sistemi incorporano il compressore all'interno del sistema e non necessitano di un serbatoio di aria. - Utilizzare un archetto regolabile o cappello che può essere indossato da neonato e consente il posizionamento adeguato del soffio di aria tubi al lato dell'occhio.
- Impostare due altoparlanti portatili audio con impostazioni di volume regolabile.
- Progettare e impostare controllo computazionale delle attrezzature in modo che il tono e aria soffio può essere somministrato automaticamente con una tempistica precisa e a intervalli variabili.
- Impostare una videocamera portatile con almeno una frequenza di 60 Hz per registrare manualmente le risposte eyeblink. Per misurare i tempi di risposta, utilizzare una videocamera che può catturare l'inizio prova, registrando il segnale acustico o da filmare un indicatore di inizio prova programmato nel pacchetto software.
- Installare ed eseguire qualsiasi software di editing video che permette di fare un passo frame-by-frame di componenti audio e video (ad es., Adobe Premiere Pro) per consentire al ricercatore di misurare l'intervallo di tempo tra lo stimolo e la risposta di batter.
2. sperimentale paradigma
- Somministrare prove in blocchi di 10. Ogni blocco deve contenere i seguenti tipi di prova.
- Sono otto prove accoppiate, dove ogni processo di apprendimento è costituito da un tono di 750-ms (80 dB, 1kHz) che si sovrappone e termina con un 100 ms aria soffio (~1/20 psi)9,10,11.
- Includere una prova spaiata, che consiste di un tono singolo 750-ms presentato da soli in assenza del soffio di aria per testare una risposta condizionata eyeblink che indica di apprendimento associativo.
- Includere una prova somatosensory che consiste di una prova di soffio di aria singola 100 ms presentata da soli in assenza del tono per verificare la sensibilità corneale per il soffio di aria e il corretto posizionamento del caschetto.
- Randomizzare l'intervallo tra le prove consecutive (ad es., s 8-16, con un intervallo di tempo di prova media di circa 12 s)9,10,11.
- Misurare cinque blocchi consecutivi (cioè, per un totale di 50 prove) in una singola sessione, per un tempo totale della sessione di circa 12 min.
- Per verificare se persiste condizionata, amministrare due sessioni di EBC di 50 prove almeno 1 h a pezzi.
3. procedura di prova
- Eseguire EBC in una stanza moderatamente illuminata (~ 300 lux) con livelli di illuminazione coerente tra esperimenti.
- Posizionare i due altoparlanti portatili su entrambi i lati dell'infante, circa 40 cm da entrambi i lati della testa.
- Posizionare l'archetto su misura sulla testa del neonato e regolare per dimensioni della testa.
- Posizionare il tubo flessibile tenendo l'aria soffio ugello e sensore a infrarossi adiacenti in modo che si tratta di circa 1-3 cm dall'occhio di destra del bambino ad angolo ~ 45° dal piano assiale della testa (Figura 1).
- Prima di iniziare l'esperimento, verificare che il set-up sperimentale è ottimizzato per offrire l'aria cornea puff. Fornire un singolo test aria soffio all'occhio del neonato e osservare se un eyeblink si verifica ed è visibile sulla videocamera. Se nessun eyeblink è osservato, regolare la posizione di archetto in modo che l'unità di soffio di aria è più vicino all'occhio.
- Registra le risposte di eyeblink del bambino per tutta la durata dell'esperimento. Posizionare la videocamera in modo che il campo visivo è diretto verso gli occhi del neonato. La fotocamera dovrebbe essere abbastanza vicina a discernere i movimenti di occhio piccolo, ma non così vicino che il bambino può muoversi all'esterno della cornice, se lui/lei diventa esigente.
- Garantire che gli sperimentatori sono mascherati per la tempistica di stimolo. Se l'interfaccia utente EBC indica quando avverrà la prossima prova, chiedere al ricercatore di orientarsi lontano l'interfaccia del computer affinché non sono consapevoli quando lo stimolo successivo verrà consegnato. Ciò impedirà il ricercatore risponde allo stimolo se stessi e potenzialmente contribuire alle risposte apprese del neonato sono a vostra disposizione.
4. ottimizzare il set-up sperimentale per gli infanti One-year-old
- Assicurarsi che i due ricercatori sono disponibili per condurre l'esperimento.
- Quando si posiziona l'archetto sull'infante, chiedere il caregiver per posizionare il neonato in grembo rivolte lateralmente. Questo consente al ricercatore di approccio dal lato e dietro la testa del neonato, mentre un secondo ricercatore impegna l'infante.
- Posizionando l'archetto e regolazione dell'ugello deve essere eseguite più rapidamente e tranquillamente come possibile per garantire il rispetto del neonato. Mettendo una mano sopra la punta dell'ugello impedisce che l'infante girando loro testa nell'ugello durante il posizionamento.
- Tenere il bambino sulle ginocchia del genitore in tutto l'esperimento.
Nota: Mentre un seggiolone può fornire un ambiente più coerente tra esperimenti, questo può aumentare l'ansia e ridurre la conformità in molti neonati. - Per i neonati inclinati a interferire con la fascia elastica durante l'esperimento, utilizzare dolce distrazione.
- L'archetto, comunemente, si muove durante l'esperimento. Se il bambino non è più rispondere all'aria soffio o l'archetto sia allontanata significativamente l'occhio, sospendere l'esperimento e regolare la posizione di archetto prima di continuare.
- Incoraggiare il bambino a cercare durante l'esperimento al fine di aumentare l'ampiezza dei movimenti eyeblink; in questo modo, eyeblink individuazione può essere migliorata.
Nota: Questo può essere raggiunto inserendo l'infante davanti a un monitor giocando un neonato amichevole video (ad es., un fumetto appropriati all'età con l'audio spento) leggermente sopra la loro linea di vista.
5. Eyeblink rilevamento utilizzando fotocamera Video registrazioni
- Lasciate due ricercatori definiscono in modo indipendente le risposte eyeblink per ogni esperimento.
- Utilizzare software di editing video per analizzare ogni prova per un 2.000-ms di latenza seguono inizio prova.
- Utilizzare la forma d'onda audio per rilevare il primo fotogramma dell'inizio prova.
- Per la coppia (CS + US) e prove (CS solo) spaiate, definire inizio prova dall'inizio del segnale acustico.
- Per le prove somatosensoriali dove sono presentato solo negli Stati Uniti (soffio di aria), eseguire precollaudo per assicurarsi che il microfono della telecamera in grado di rilevare il rumore sottile 100 ms creato dal soffio di aria. In caso contrario, registrazione video dell'indicatore di inizio prova programmata nel software pacchetto sarà di aiuto nel rilevare l'insorgenza di soffio di aria.
- Utilizzare la traccia video per rilevare la risposta di blink. Registrare la latenza di blink come entrambe le seguenti operazioni: Blink inizio-il primo fotogramma dove le palpebre cominciano a chiudersi; Batter picco-il primo fotogramma dove le palpebre al massimo sono chiuse.
- Se necessario, sviluppare strategie per gestire le risposte ambigue. Vedere gli esempi seguenti.
- Ragionevolmente escludere parziale lampeggia, significa che può verificarsi quando le palpebre non riescono a chiudere completamente più di ~ 50%.
- Escludere le prove dove l'inizio del soffio di aria/tono è celato da rumori estranei, o dove la risposta di lampeggio è oscurata da vista, da ulteriori analisi.
- Negli studi dove si osservano più lampeggia, analizzare la prima risposta di batter seguono inizio prova.
- Registrare il numero di fotogrammi video fra l'inizio di stimolo e il picco di blink. Convertire la latenza in tempo reale sulla base del tasso di campionamento della videocamera.
6. EBC risposta classificazione
- Dopo il rilevamento di quelle prove in cui si è verificata una risposta di eyeblink, definire il tipo di lampeggio, basato sulla sua latenza rispetto l'inizio di stimolo (Figura 2).
- Definire un batter d'occhio come una risposta dello startle , se si verifica all'interno il primo intervallo di-200 ms dopo il segnale acustico; Questi rappresentano una risposta riflessa al tono uditivo o lampeggia che è cronometrati per coincidenza con l'inizio di tono che si sarebbe verificata indipendentemente il soffio di aria.
Nota: Fanno sussultare le risposte possono essere osservate per la coppia (CS + US) o prove (CS solo) spaiate, dove viene consegnato il tono uditivo. - Definire un batter d'occhio come risposta somatosensoriale , se si verifica in risposta al soffio di aria; indica se la cornea è sensibile per il soffio di aria con la configurazione corrente del copricapo. Si tratta di un tipo di risposta di unconditioned (Vedi sotto).
- Definire le risposte unconditioned come somatosensoriali risposte per le prove di soffio durante accoppiati (CS + US) di aria che si verificano più di 650 ms dopo l'inizio di tono.
- Definire le risposte condizionate come lampeggia in modo ottimale è cronometrato per coincidere con il soffio di aria. Essi vengono avviati tra 350 a 650 ms dopo l'inizio di tono per le prove di accoppiati o spaiate e indicare che potrebbe essersi verificato l'apprendimento associativo tra il CS e Stati Uniti.
- Definire una prova come fallito risposte se no blink è stata rilevata in risposta al soffio di aria; Questi possono essere osservati per la coppia (CS + US) prove o le prove somatosensoriale. Queste risposte indicano che il soffio di aria non raggiunge l'occhio.
- Definire un batter d'occhio come una risposta dello startle , se si verifica all'interno il primo intervallo di-200 ms dopo il segnale acustico; Questi rappresentano una risposta riflessa al tono uditivo o lampeggia che è cronometrati per coincidenza con l'inizio di tono che si sarebbe verificata indipendentemente il soffio di aria.
7. analisi di apprendimento associativo
Nota: Un numero di metodi precedentemente è stati descritti per valutare l'apprendimento associativo9,10,11 (brevemente descritto qui). I ricercatori dovrebbero modificare questi metodi o sviluppare un proprio per definire se apprendimento associativo si è verificato, a seconda del loro disegno sperimentale.
- In primo luogo, escludere prove in cui non era raccolto nessun dati utilizzabili, come quelli con errori tecnici.
- Calcolare la sensibilità per il soffio di aria calcolando la percentuale di risposte eyeblink da tutte le prove possibili somatosensoriale.
- Valutare se apprendimento associativo si è verificato durante l'esperimento confrontando la percentuale delle risposte condizionate nei blocchi sequenziali di 10 prove. Un aumento della percentuale delle risposte condizionate nel corso dell'esperimento può significare condizionata si è verificato.
Nota: In alternativa, il cambiamento delle latenze eyeblink nel tempo di modellazione possono essere utilizzati per valutare se l'infante ha adattato i loro tempi di risposta durante il corso dell'esperimento. - Valutare se apprendimento associativo è in corso attraverso sessioni sperimentali o tra due gruppi sperimentali. Utilizzare un criterio arbitrario per definire se condizionata si è verificato (ad es., > 40% le risposte condizionate all'interno di una sessione sperimentale)6,9.
Representative Results
Testabilità del Eyeblink condizionata in infanti One-year-old:
Il set-up sperimentale per esaminare eyeblink condizionata necessaria è impegnativo per gli infanti one-year-old. Gli esperimenti che abbiamo condotto, 35% (11 infante) non è riuscito a partecipare all'esperimento perché non sopporterebbero indossando una fascia o ricevendo il soffio di aria alla cornea (n = 31 infanti tentati). Circa la metà (52%, n = 16 infanti) o parzialmente completato la prima serie di 50 prove (mediana [IQR] = 22.5 [0 - 50] prove completate). Il resto ha partecipato a due sessioni sperimentali.
Raggiungimento di risultati sperimentali affidabili richiede il corretto posizionamento dell'unità soffio archetto e aria in tutto l'esperimento. Per quei bambini che partecipano all'esperimento, consegna di soffio di aria alla cornea può essere realizzato per la maggior parte delle prove (77 ± 6% di sbuffi d'aria ha indotto una risposta di lampeggio; n = 13 prove di soffio aria neonati/557 tentate). Le prove rimanenti rappresentano 'fallito prove' in cui il bambino non era sensibile per il soffio di aria.
Figura 3 illustra aria soffio consegna successo durante due condizionata esperimenti di 50 prove. Il numero di ammiccamento dell'occhio osservato è descritta come una percentuale delle prove di soffio di aria (cioè, prove somatosensoriali o in coppie). Lampeggiare le risposte dalla prima diminuzione infantile in ogni blocco successivo di 10 prove, che indica che l'archetto può sono stato posizionato in modo sub-ottimale verso la fine dell'esperimento. Al contrario, secondo infante illustra relativamente buona sensibilità per il soffio di aria, con almeno il 90% delle prove di soffio aria con successo suscitando una risposta batter in ogni successivo blocco di 10 prove.
Tassi di successo di rilevamento eyeblink usando l'analisi di videocamera:
Una videocamera portatile fornisce un metodo affidabile di catturare le risposte eyeblink consentendo al ricercatore di registrare manualmente gli occhi del neonato. Manuale frame-by-frame analisi è stata usata per identificare le risposte da 90 ± 3% delle prove (n = 13 prove di infanti/608 tentate). Le prove rimanenti rappresentano quelli in cui gli occhi del bambino sono stati oscurati durante le riprese.
Anche se analisi video richiedono interpretazioni soggettive, questo metodo può essere utilizzato per misurare in modo affidabile eyeblink latenza dall'inizio dello stimolo. La nostra analisi dei tempi di risposta di batter misurato da due osservatori indipendenti illustra buona affidabilità inter-rater per cui la differenza media fra le misure era ms 28,4 e 95% limiti dell'accordo del ± 263,9 ms (Figura 4: n = 4 esperimenti analizzati da due osservatori/94 lampeggiano le risposte). Considerando che condizionata ammiccamento dell'occhio è definiti come coloro che cadono all'interno di una finestra di 300 ms, questo consente una precisione sufficiente per distinguere condizionato dalle risposte unconditioned. Si noti che tali sperimentazioni con disaccordo significativo possono essere facilmente riconsiderata previa consultazione tra gli osservatori.
Eyeblink condizionata in infanti One-year-old:
Il condizionamento di due esperimenti mostrati in Figura 5A e 5B illustrano la latenza di risposta eyeblink nel corso dell'esperimento per entrambe le prove accoppiati e non accoppiati. Le risposte di eyeblink dal primo infante durante il primo picco EBC sessione dopo l'inizio del soffio aria e fuori dalla finestra di latenza che definisce una risposta condizionata. Inoltre, questo infante non riesce a rispondere a qualsiasi lo spaiato prove (tono solo). Insieme, questo indica che questo bambino non ha imparato ad associare il tono e l'aria soffio durante la loro esposizione iniziale al paradigma EBC. In confronto, il secondo infante, che partecipa nella loro seconda sessione EBC, ordinariamente lampeggia prima dell'inizio del soffio di aria e risponde a tutte le prove spaiate, che indica che l'infante ha raggiunto eyeblink condizionata dopo la sessione iniziale di 50 prove. Figura 5 viene illustrato un tipico metodo di valutazione di apprendimento associativo nel corso di prove multiple di sessioni6,9,10,11. Il numero delle risposte condizionate da entrambi gli infanti è descritto in blocchi successivi di 10 prove e come percentuale di tutte le prove accoppiate e non accoppiate in ogni blocco. In questo caso, entrambi gli infanti mostrano cambiamenti minimi nell'apprendimento associativo durante l'esperimento, che illustrano una mancanza di condizionamento (infante 1, sessione 1) o che condizionata è già verificato (infante 2, sessione 2).
Figura 1 : Eyeblink condizionata set-up con un partecipante infantile one-year-old. Viene mostrato l'archetto su ordine di sostegno dell'unità di soffio di aria. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2 : Stimoli e risposta definizioni per un paradigma di condizionamento del eyeblink adatto per esperimenti con uno-anno-vecchi bambini. (A) durante gli studi associati, un segnale acustico di 750-ms (stimolo condizionato [CS]) si sovrappone e termina con un soffio di aria di 100 ms (unconditioned stimolo [US]). Batter le risposte variano secondo loro tempistica rispetto l'inizio di stimolo (risposta dello startle: 0 - 200 ms; risposta condizionata [CR]: 350-650 ms; unconditioned risposta [UR]: 650-2.000 ms). Definizioni di risposta sono identiche per le prove (CS solo) spaiate. Prove Somatosensory (B) forniscono un aria singola 100 ms puff (noi) solo, e lampeggia che si verifica all'interno di una finestra di 300-ms è classificati come risposte somatosensoriali (SSR). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3 : Esempio di eyeblink condizionata esperimenti in infanti one-year-old, che illustra la variazione nella sensibilità di soffio aria. La sensibilità per il soffio di aria è descritto come il numero di risposte osservate per il soffio di aria (consegnato una prova somatosensoriale o come una prova accoppiata) come percentuale di tutte le prove di soffio di aria, in ogni successivo blocco di 10 prove. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4 : Trama di Bland-Altman che illustrano l'accordo nei tempi di risposta di batter misurato dalle registrazioni della videocamera da due osservatori indipendenti. Linee grigie indicano il bias tra misurazioni (definiti come la differenza media fra le misure) e i limiti superiori e inferiori di accordo (LOA, definito come le deviazioni standard di differenza media ± 1,96). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5 : Esempio di eyeblink condizionata esperimenti in infanti one-year-old, che illustra la variazione nelle risposte condizionate. Batter i tempi di risposta sono indicati per la coppia (CS + US) prove (cerchi neri) e le prove (CS solo) spaiate (quadrati grigi). La barra grigia indica i tempi del soffio di aria e le linee nere indicano la latenza tra 350-650 ms utilizzato per definire una risposta condizionata. Prove che non è riuscito a suscitare una risposta sono indicati sulla x-asse. (A) Blink risposte rientrano generalmente fuori dalla finestra condizionata e spaiate prove non è riuscito a suscitare una risposta eyeblink. (B) risposte sono adeguatamente cronometrate per coincidere con l'avvenimento del soffio di aria, e risposte spaiate e prove accoppiate avviano una risposta condizionata. (C) condizionata nel corso dell'esperimento è illustrato come il numero delle risposte condizionate (descritta come un percentuale di tutte le prove accoppiati e non accoppiati), in ogni blocco successivo di 10 prove. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Discussion
Le modifiche e la risoluzione dei problemi:
Eyeblink commerciali o su misura, sistemi di condizionamento deve presentare gli stimoli al soggetto in un modo controllato sperimentalmente ed essere in grado di rilevare le risposte comportamentali. Anche se si tratta di una procedura non invasiva, i requisiti tecnici per lo svolgimento di questi esperimenti in popolazioni meno compatibile (ad esempio, infanti) è una sfida. Collegare fisicamente il testa-supporto per l'occhio è possibile per gli esperimenti sugli animali, quali condizionata esperimenti in pecore12,13. Bambini di età superiore possono tollerare indossando una fascia con un annesso aria-puff consegna unità6,7,8 e possono essere incoraggiati a mantenere una posizione costante occhio utilizzando la televisione come una distrazione. Anche se rispetto a bambini molto piccoli può essere realizzato tramite condizionata durante sonno14, gli infanti più anziani si avvicina un anno di età sono in genere facilmente distratto, che li rende una popolazione in modo univoco impegnativa. Nonostante le sfide, eyeblink condizionata esperimenti sono possibili per alcuni infanti svegli, one-year-old. I nostri tassi di successo sono simili a quelli precedentemente segnalati nella letteratura (~ 40% - 50% conformità)9, con la probabilità di successo probabilmente riflettuto dal temperamento del bambino il giorno dell'esperimento.
Fasi critiche all'interno del protocollo:
Si consiglia di adattare un set-up EBC disponibili in commercio, o utilizzando un generatore di pressione aria su misura come descritto in precedenza, per giovani infanti9,10,11. La sfida iniziale è mantenere l'unità di consegna di aria-soffio nella posizione corretta in tutto l'esperimento, che richiede una più piccola, per volta copricapo. Occhio alla sicurezza è una preoccupazione particolare per neonati non conformi che tenta di rimuovere il casco se stessi. Pertanto, i neonati devono essere attentamente monitorati in ogni momento. Una percentuale di bambini non tollererà indossando l'archetto o ricevere il soffio di aria all'occhio (qui, ~ 35%), anche se questo può essere migliorato da distrarre delicatamente il bambino se il protocollo sperimentale permette questo e se questo non apertamente interferisce con neonato comportamento. Per i bambini che portano a termine l'esperimento, aria-soffio-solo prove sono essenziali per confermare che il copricapo è stato posizionato correttamente, come mancanza o inversione di condizionare le risposte potrebbe essere causato da scarsa fornitura del soffio di aria in tutto l'esperimento.
Mentre l'analisi dei video manuale che richiede tempo, misure automatizzate delle risposte eyeblink infantile sono attualmente difficili da raggiungere. Sensori a infrarossi forniti con commerciali messe a punto EBC (posizionati sulla fascia adiacente all'unità di soffio di aria) registrano la riflettanza ad ogni istante dalla cornea ad una frequenza di campionamento di 1 kHz, e lampeggia può essere rilevato misurando la variazione in riflettanza segue l'inizio di stimolo. Cambiamenti significativi da riflettanza della linea di base indicano che si è verificato un eyeblink e analisi automatizzata può essere utilizzato per rilevare e classificare le risposte batter. Tuttavia, noi ed altri9,10,11 suggeriscono che i ricercatori non devono basarsi su misure di riflettanza corneale a infrarossi fornite con set-up commerciale di EBC per rilevare lampeggia in one-year-old bambini. Mentre questo metodo può essere adatto a partecipanti adulti o anziani bambini6,7, siamo stati in grado di rilevare in modo affidabile lampeggia a one-year-olds utilizzando questo metodo. Qui, cambiamento trascurabile nella riflettanza della linea di base è osservato sopra la lunghezza dell'epoca trial, che indica che il eyeblink non viene rilevato dal sensore a infrarossi. Inoltre, falsi picchi positivi sono osservati comunemente, che sono causati da movimenti della testa del neonato che modificare il posizionamento del sensore. Test in adulti pilota suggerisce che il partecipante deve concentrarsi su o leggermente di sopra di loro linea di vista orizzontale, con l'unità di soffio aria posizionata all'interno di 1-2 cm della cornea, per rilevare correttamente le condizioni di ammiccamento dell'occhio che non possono essere mantenute coerentemente con un neonato. Inoltre, la dimensione piccola fenditura interpalpebral nei neonati può ridurre la riflettanza cornea, rendendo più difficili che negli adulti o anziani bambini l'individuazione di batter.
Significato per quanto riguarda i metodi esistenti:
Nonostante la necessità di analisi manuale dei video macchina fotografica e la bassa risoluzione temporale di un video di 60 Hz rispetto alle misure in riflettanza di 1 kHz, i tassi di successo migliorato di registrazioni video rendono questo un metodo superiore per il sensore a infrarossi. Anche se il soffio di aria corneale viene anche consegnato dall'allegato stesso copricapo come un sensore a infrarossi commerciale, consegna di stimolo appare essere più resistenti al posizionamento rispetto al sensore a infrarossi, come la forza del soffio di aria può essere registrata come richiesto. Questo evita l'eccessiva regolazione del girotesta, che tende a ridurre la conformità infantile. I ricercatori che possono raggiungere i più alti tassi di successo utilizzando il sensore a infrarossi potrebbero richiedere supporto videocamera analisi. Per le prove dove non c'è nessuna risposta rilevabile eyeblink registrata dal sensore a raggi infrarossi, registrazioni video possono distinguere tra risposte vere o prove non valide (cioè, se il bambino indossava l'unità del soffio dell'aria nella posizione corretta, Se non hanno lampeggiare, o se il sensore a infrarossi non è riuscito a rilevare il battito). Ugualmente, le registrazioni video sono necessari per confermare risultati falsi positivi, come i movimenti durante il periodo di prova è in grado di produrre manufatti che masquerading come lampeggia. Eye tracking apparato15,16 e l'elettromiografia9,10,14 del muscolo orbicularis oculi sono altri metodi di rilevazione di lampeggio che esulano dall'ambito di questa carta, automatizzati anche se senza conferma visiva dell'unità soffio aria posizionamento per ogni prova, questi metodi sono probabili soffrire le stesse controindicazioni come il software di rilevamento a raggi infrarossi eyeblink descritto qui.
Lavoro pubblicato su occhiolino condizionata ha precedentemente messo a fuoco sugli infanti più giovani, in genere 4-5 mesi di età; Questo lavoro aggiunge a questo corpo di letteratura che descrivono le tecniche per l'uso con gli infanti più anziani (12 ± 1 mese di età) e le sfide uniche che presenta questo gruppo di età. Altri autori hanno utilizzato anche analisi video (da solo o in combinazione con l'elettromiografia) con neonati9,10,11,14. I risultati qui presentati sono coerenti con questi risultati precedenti che suggeriscono di analisi video frame-by-frame sono il miglior metodo di rilevazione ammiccamento dell'occhio nei neonati, come sia l'elettromiografia e monitoraggio a infrarossi può essere problematici dovuto viso e testa movimenti nei bambini molto piccoli. Questo lavoro supporta inoltre l'individuazione che i neonati possono sviluppare le risposte condizionate anche alle età molto giovane, almeno per un intervallo di ritardo 650-ms9.
Future applicazioni:
Come un numero limitato di studi hanno tentato eyeblink condizionata esperimenti nei neonati umani, i parametri di stimolo dovrebbero essere attentamente considerati in futuro esperimenti. Condizionata è stato osservato già da 10 giorni di età17 e almeno entro il primo mese di vita14, anche se un intervallo di tempo Inter-stimolo (per esempio, 1.500 ms) sembra essere più di successo in queste fasi molto iniziali di infanzia18 . In confronto, i bambini si avvicina sei mesi di età possono essere in modo più affidabile condizionati con un più breve intervallo10, anche se meno con successo di adulti19. L'intervallo di 650-ms tra il tono e il soffio di aria consigliato per bambini di one-year-old in questo protocollo possono indurre correttamente condizionata in 4 o 5-mese-vecchi infanti9,10,11, nonché come in età superiore bambini6,7. Questo suggerisce che l'eyeblink condizionata inerente allo sviluppo è regolata, con l'intervallo ottima tra il tono e il soffio di aria diminuisce con l'età infantile10, anche se ulteriori esperimenti adattando questo protocollo sono richiesti di indagare su questi ulteriori parametri.
Limitazioni di questa tecnica:
EBC può essere difficile da configurare e può richiedere la risoluzione dei problemi in ogni singola situazione. Determinare quando si è verificato condizionata è difficile da definire e meglio osservati su più prove o sessioni. Ad esempio, altri studi hanno utilizzato un tasso di condizionata arbitrario del 40% all'interno di ogni blocco di 10 prove per definire condizionata e rispetto tutte le modifiche tra sessioni sperimentali successivi6,9,10, 11. Completato con successo il numero di prove per osservare condizionata possa, dunque, essere difficile da realizzare in bambini in giovane età.
Per quanto riguarda l'analisi dei dati, una delle sfide particolari separa lampeggia stimolo-evocato da spontanea lampeggia (endogeno)9. Il tasso di spontanea ammiccamento dell'occhio è diverso tra individui, ma può essere influenzato da fattori ambientali quali umidità della stanza, come pure gli stati comportamentali. Doppia lampeggia si verifica quando ci sono due chiusure palpebra completa in un brevissimo lasso di tempo (ad es., 400 ms)20, ed è possibile che questi riflettano lampeggia spontanea che si verificano allo stesso tempo come un riflessivo (condizionato o incondizionato) eyeblink. Abbiamo osservato occasionalmente doppia lampeggia nel nostro insieme di dati e, utilizzando questo protocollo, abbiamo registrato la latenza al primo lampeggio solo. Tuttavia, scartando queste prove può aumentare la certezza che l'analisi è l'acquisizione di stimolo-evocato lampeggia solo.
I ricercatori saranno inoltre necessario prendere decisioni sulla finestra di latenza in cui definire un condizionato o unconditioned risposta, come pure se definire latenza all'insorgenza di lampeggio o il picco di lampeggio (chiusura della palpebra). Qui abbiamo definito una risposta condizionata conservativamente come un battito di ciglia che i picchi prima 650 ms nelle prove o accoppiate o spaiate, per garantire la certezza che il lampeggio è iniziata prima della comparsa di soffio di aria piuttosto che in risposta al soffio di aria. Tuttavia, questa finestra di latenza potrebbe essere esteso per spaiato prove dove non è presentato nessun soffio di aria, specialmente se utilizzando blink picco per definire la latenza della risposta. Il principio importante qui è che tutte le istanze sono trattate allo stesso modo, di tutti gli esaminatori, e che questo criterio è determinato prima di qualsiasi analisi di dati che inizia.
Analisi video fotogramma per fotogramma, in sintesi, è in grado di fornire un metodo affidabile e riproducibile di valutazione classiche risposte EBC in giovani infanti. Queste misure forniscono una misura del comportamento, di apprendimento anche per caratterizzare completamente neurosviluppo nell'infanzia è necessaria una valutazione inerente allo sviluppo globale.
Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Questo studio è stato sostenuto dalla Nuova Zelanda Optometric Vision Research Foundation, l'agenzia di promozione di salute, The University of Auckland facoltà Research Development Fund, e The University of Auckland Scuola di medicina PBRF fondo.
Siamo grati a due studenti di Optometria da The University of Auckland (ragazzo di Shannon e Harpreet Singh) che hanno completato l'analisi video manuale per esaminare l'accordo nella misura della risposta di blink.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Eyeblink conditioning system | San Diego Instruments | Model #2325-0145-W | includes portable airpuff unit and infrared emitter/receiver mounted to adjustable headband; eyeblink stimulus and response detection software; PC interface |
| 4K Ultra HD action camera | RV77 | Model SJ9000 | micro SD/TF card recording 90fps at 720p |
References
- Freeman, J. H., Steinmetz, A. B. Neural circuitry and plasticity mechanisms underlying delay eyeblink conditioning. Learning & Memory. 18 (10), 666-677 (2011).
- Mccormick, D. A., et al. The engram found? Role of the cerebellum in classical conditioning of nictitating membrane and eyelid responses. Bulletin of the Psychonomic Society. 18 (3), 103-105 (1981).
- Bolbecker, A. R., et al. Eye-blink conditioning deficits indicate temporal processing abnormalities in schizophrenia. Schizophrenia Research. 111 (1-3), 182-191 (2009).
- Sears, L. L., Finn, P. R., Steinmetz, J. E. Abnormal classical eye-blink conditioning in autism. Journal of Autism and Development Disorders. 24 (6), 737-751 (1994).
- Oristaglio, J., et al. Children with autism spectrum disorders show abnormal conditioned response timing on delay, but not trace, eyeblink conditioning. Neuroscience. 248, 708-718 (2013).
- Jacobson, S. W., et al. Impaired eyeblink conditioning in children with fetal alcohol syndrome. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 32 (2), 365-372 (2008).
- Jacobson, S. W., et al. Impaired delay and trace eyeblink conditioning in school-age children with fetal alcohol syndrome. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 35 (2), 250-264 (2011).
- Ohlrich, E. S., Ross, L. E. Acquisition and differential conditioning of the eyelid response in normal and retarded children. Journal of Experimental Child Psychology. 6 (2), 181-193 (1968).
- Ivkovich, D., Eckermann, C. O., Krasnegor, N. A., Stanton, M. E. Using eyeblink conditioning to assess neurocognitive development. Eyeblink Classical Conditioning: Volume I. Woodruff-Pak, D., Steinmetz, J. E. , Springer. Boston, MA. 119-142 (2002).
- Klaflin, D. I., Stanton, M. E., Herbert, J., Greer, J., Eckerman, C. O. Effect of delay interval on classical eyeblink conditioning in 5 month old human infants. Developmental Psychobiology. 41 (4), 329-340 (2002).
- Ivkovich, D., Collins, K. L., Eckerman, C. O., Krasnegor, N. A., Stanton, M. E. Classical Delay Eyeblink Conditioning in 4- and 5-Month-Old Human Infants. Psychological Science. 10 (1), 4-8 (1999).
- Nation, K., et al. Video-based data acquisition system for use in eye blink classical conditioning procedures in sheep. Behavior Research Methods. , 1-14 (2016).
- Johnson, T. B., Stanton, M. E., Goodlett, C. R., Cudd, T. A. Eyeblink classical conditioning in the preweanling lamb. Behavioral Neuroscience. 122 (3), 722-729 (2008).
- Reeb-Sutherland, B. C., et al. One-month-old Human Infants Learn About the Social World While They Sleep. Developmental Science. 14 (5), 1134-1141 (2011).
- Kulke, L., Atkinson, J., Braddick, O. Automatic Detection of Attention Shifts in Infancy: Eye Tracking in the Fixation Shift Paradigm. PLoS One. 10 (12), e0142505 (2015).
- Meng, X., Uto, Y., Hashiya, K. Observing Third-Party Attentional Relationships Affects Infants' Gaze Following: An Eye-Tracking Study. Frontiers in Psychology. 7, 2065 (2016).
- Naito, T., Lipsitt, L. P. Two attempts to condition eyelid responses in human infants. Journal of Experimental Child Psychology. 8 (2), 263-270 (1969).
- Little, A. H., Lipsitt, L. P., Rovee-Collier, C. Classical conditioning and retention of the infant's eyelid response: effects of age and interstimulus interval. Journal of Experimental Child Psychology. 37 (3), 512-524 (1984).
- Hoffman, H. S., Cohen, M. E., Devido, C. J. A comparison of classical eyelid conditioning in adults and infants. Infant Behavior and Development. 8 (3), 247-254 (1985).
- Nakanishi, M., Mitsukura, Y., Wang, Y., Wang, Y. T., Jung, T. P. Online Voluntary Eye Blink Detection using Electrooculogram. IEICE Proceeding Series. , (2012).
