Summary
Denne protokollen beskriver en eyeblink condition paradigme passer for eksperimenter med ett år gamle spedbarn. Kommersielle eller skreddersydd utstyr kan brukes til å levere stimuli, og datainnsamling, analyse skal utføres på video-opptak.
Abstract
Klassisk eyeblink condition (EBC) refererer til lært tilknytningen mellom en betinget stimulans (en auditory tone) og en unconditioned stimulans (en blåse luft til hornhinnen). Eyeblink condition er ofte brukt eksperimentelt å oppdage avvik i lillehjernen-avhengige læring og hukommelse som ligger under denne typen associative læring. Mens eksperimenter i voksne og eldre barn er relativt enkle å administrere bruk kommersielle, er eyeblink condition hos spedbarn mer utfordrende på grunn av deres lav compliance, som gjør riktig posisjonering utstyret vanskelig. For å oppnå condition i ett år gamle barn, kan en skreddersydd eller en tilpasset kommersielle systemet brukes til å levere luften puff til spedbarnets hornhinnen. Den største utfordringen ligger i å kunne oppdage og klassifisere atferdsdata svar. Vi rapporterer at automatiserte blink gjenkjenningsmetoder er upålitelige i befolkningen, og at condition eksperimenter bør analyseres frame-by-frame analyse av supplerende videokamera opptak. Denne metoden kan brukes til å studere utviklingsmessige endringer i eyeblink condition og undersøke om dette paradigmet finner barn med nevrologiske lidelser.
Introduction
EBC er en form for klassisk betinging som vanligvis brukes til å vurdere læring og hukommelse hos mennesker og andre dyr. Konvensjonelle EBC paradigmet refererer til en lært tilknytning mellom en ufarlige "betinget" stimulans (en auditory tone) med 'unconditioned' stimulans (en hornhinnen luft puff som induserer en refleksiv eyeblink, unconditioned svaret). Associative læring vurderes ved å presentere den betinget stimulans og klassifisere eyeblinks som aircondition og unconditioned svar-en økning i antall betinget svar over tid, eller over mer enn én økt, kan tyde assosiativ læring skjer.
Eyeblink condition paradigme kan brukes til å identifisere personer med associative læring impairments. Forsinkelse condition-der betinget stimulans (CS) begynner før men overlapper unconditioned stimulans (USA)-styres av lillehjernen krets1,2, og avbrytes i voksne og barn med nevrologiske lidelser, inkludert schizofreni3, autisme4,5og fetal alkohol spektrum lidelse6,7. Fra en klinisk perspektiv, kan undersøker eyeblink condition hos spedbarn støtte tidligere oppdagelse og behandling av disse nevrologiske lidelser. Men mens ungdommer kan tolerere hornhinnen luft puff6,7,8 og kan opprettholde en stabil hodet/øye posisjon for varigheten av forsøket, er spedbarn mindre kompatibel og konvensjonelle eyeblink oppdagelsen utstyr og programvare er ikke tilstrekkelig.
Her beskriver vi en enkel protokoll for å undersøke kort forsinket eyeblink condition i ett år gamle barn, som er tilpasset fra protokoller tidligere beskrevet andre steder9,10,11. Denne protokollen kan administreres ved hjelp av noen kommersielle eller skreddersydde system som kan levere en kontrollert blåse luft til hornhinnen. Men i stedet for kommersiell eyeblink programvare (f.eksSan Diego instrumentets EyeBlink Detection System, som behandler signaler fra infrarødt kamera), vi, og andre9,10,11, anbefale å bruke frame-by-frame analyse av video kameraet opptakene å detektere og klassifisere eyeblink svar i ett år gamle spedbarn.
Protocol
Alle metodene som er beskrevet her er godkjent av den nordlige B helse og funksjonshemming komité, referansenummer: 13/NTB/181.
1. tekniske krav
- Bruk en air puff enhet i stand til å administrere en blåse luft direkte til hornhinnen. Dette kan oppnås ved hjelp av et fleksibelt rør festet til en luft tank via en luftkompressor. For å sikre at barnets sikkerhet, passer dette med en justerbar trykkregulator som begrenser lufttrykk og grenser air puff varighet.
Merk: Kommersielt tilgjengelige systemer innlemme kompressoren i systemet, og krever ikke en luft tank. - Bruke et justerbart hodebånd eller lue som kan bæres av spedbarn og riktig plassering av luft puff slangen ved siden av øyet.
- Definere to bærbare høyttalere med justerbar voluminnstillinger.
- Utforme og definere beregningsorientert kontroll av utstyr slik at tone og luft puff kan administreres automatisk med presis timing og ulike intervaller.
- Definere en bærbar video kamera med minst 60-Hz rammen rate å manuelt registrere eyeblink svar. For å måle responstid, bruk videokameraet som kan ta prøve utbruddet, ved innspilling hørbar tonen eller filming en prøve utbruddet indikator programmert inn programvarepakken.
- Installer og Kjør video redigering programvare som lar frame-by-frame stepping både lyd og video komponenter (f.eksAdobe Premiere Pro) å tillate forskeren måle tidsintervallet mellom stimulans og blink svaret.
2. eksperimentelle paradigme
- Administrere studier i blokker med 10. Hver blokk bør inneholde prøve følgende.
- Inkluder åtte sammenkoblede studier, der hver læring prøve består av en 750-ms tone (80 dB, 1 kHz) som overlapper og avsluttes med en 100-ms luft puff (~1/20 psi)9,10,11.
- Inkluder en kort rettssaken, som består av en enkelt 750-ms tone presentert alene i fravær av luft puff å teste for betinget eyeblink svar som indikerer associative læring.
- Inkluder en somatosensory rettssaken som består av en enkelt 100-ms luft puff rettssak presentert alene i fravær av tonen å teste for hornhinnen følsomhet for luft puff og riktig posisjonering pannebåndet.
- Tilfeldig intervallet mellom påfølgende forsøk (f.eks, 8-16 s, med en gjennomsnittlig prøve tidsintervallet ca 12 s)9,10,11.
- Måler fem sammenhengende blokker (dvs., totalt 50 forsøk) i en enkelt økt, for en total økttid på ca 12 min.
- For å teste om condition vedvarer, administrere to EBC økter på 50 forsøk minst 1 t fra hverandre.
3. testprosedyre
- Utføre EBC i en moderat opplyst rom (~ 300 lux) med konsistent belysning nivåer mellom eksperimenter.
- Plasser de to bærbare høyttalerne på hver side av barnet, ca 40 cm fra hver side av hodet.
- Plasser skreddersydd pannebåndet spedbarnets hodet og justere for hodet størrelse.
- Plasser den fleksible rør holde luften puff munnstykke og tilstøtende infrarøde sensoren slik at dette er ca 1-3 cm fra barnets høyre øye på en ~ 45° vinkel fra aksial flyet av hodet (figur 1).
- Før du starter eksperimentet, sjekk at den eksperimentelle set-up er optimalisert for å levere hornhinnen luften puff. Levere en enkelt test luft puff spedbarnets øyet og observere om en eyeblink oppstår og er synlig på videokameraet. Hvis ingen eyeblink er observert, justere hodebånd plasseringen slik at luften puff enheten er nærmere øyet.
- Registrere spedbarnets eyeblink svar gjennom hele eksperimentet. Plasser videokameraet slik at synsfelt er rettet mot spedbarnets øyne. Kameraet bør være nær nok til å skjelne liten øyebevegelser, men ikke så nær slik at barnet kan flytte utenfor rammen hvis han blir grinete.
- Kontroller at forskere er maskert til stimulans tidspunkt. Hvis brukergrensesnittet EBC angir når neste rettssaken skal skje, kan du be forskeren til å orientere seg fra datamaskin-grensesnitt, slik at de ikke er klar når neste stimulans leveres. Dette vil hindre at forskeren svarer til stimulans seg og potensielt bidra til spedbarnets lærde svar.
4. optimalisere den eksperimentelle Set-up for ett år gamle spedbarn
- Kontroller at det finnes to forskere å gjennomføre eksperimentet.
- Når å plassere pannebåndet på barnet, kan du spørre i medhjelper å plassere barnet på sin runde mot sidelengs. Dette gjør forskeren til tilnærming fra siden og bak spedbarnets hodet, mens andre forsker engasjerer spedbarn.
- Plassere pannebåndet og posisjonering munnstykket skal utføres så raskt og rolig som mulig for å sikre spedbarnets samsvar. Plassere en hånd over tuppen av munnstykket hindrer barnet å snu hodet til munnstykket under plassering.
- Hold barnet på i medhjelper fanget hele eksperimentet.
Merk: Mens en barnestol kan gi en mer konsekvent miljø mellom eksperimenter, kan dette øke angsten og redusere etterlevelse i mange spedbarn. - For spedbarn tilbøyelig til å forstyrre pannebåndet under eksperimentet, kan du bruke milde distraksjon.
- Pannebåndet flytter vanligvis under eksperimentet. Hvis barnet ikke lenger svarer til luft puff eller pannebåndet gått betydelig unna øyet, stoppe eksperimentet og Juster hodebånd posisjon før du fortsetter.
- Oppmuntre barnet til å slå opp under eksperimentet for å øke omfanget av eyeblink bevegelser; på denne måten kan eyeblink gjenkjenning forbedres.
Merk: Dette kan oppnås ved å plassere barnet foran en skjerm spille en spedbarn vennlig video (f.eks, en alder-passende tegneserie med lyden slått av) litt over deres linje av syne.
5. Eyeblink Detection bruke videokamera opptak
- La to forskere uavhengig definere eyeblink svar for hvert eksperiment.
- Bruk programvare for videoredigering til å analysere hver prøveversjon for en 2000-ms ventetid etter rettssaken utbruddet.
- Bruk audio bølgeform for å oppdage det første bildet i rettssaken utbruddet.
- For tilkoblet (CS + U.S.) og kortet (bare CS) forsøk, definere prøve utbruddet fra begynnelsen av hørbar tonen.
- Utfør pretesting for å sikre at kameraets mikrofon kan oppdage subtile 100-ms støy laget av luft puff for somatosensory prøvelser hvor bare USA (luft puff) er presentert. Ellers videoinnspillingen prøve utbruddet indikatorens programmert i programvare pakken vil hjelpe oppdage luft puff utbruddet.
- Bruk videosporet for å oppdage blink svaret. Registrere blink ventetid som begge følgende: Blink utbruddet-den første rammen der øyelokkene begynner å lukke; Blink topp-den første rammen der øyelokkene maksimalt er stengt.
- Nødvendig utvikle strategier for å håndtere tvetydige svar. Se eksemplene nedenfor.
- Rimelig utelukke delvis blinker, som kan oppstå når øyelokkene ikke helt tett med mer enn ~ 50%.
- Utelukke forsøk hvor tone/luft puff utbruddet er skjult av ytre støy, eller hvor glimtet svaret er skjult fra visningen fra videre analyser.
- Forsøk der flere blinker er observert, kan du analysere den første glimtet reaksjon etter rettssaken utbruddet.
- Registrere antall videobilder mellom stimulans utbruddet og blink toppen. Konvertere ventetid i sanntid basert på samplingsfrekvensen på videokameraet.
6. EBC svar klassifisering
- Etter oppdager definerer disse prøvelser der en eyeblink reaksjon oppstod, glimtet, basert på dens ventetid i forhold til stimulans utbruddet (figur 2).
- Definere et øyeblikk som en skremme svar hvis det oppstår i det første 200-ms intervallet etter tonen; Disse representerer refleks svar til auditiv tone eller blinker som tidsavbrytes tilfeldigvis med tone utbruddet som ville ha skjedd uavhengig av luft puff.
Merk: Skremmeeffekt svar kan være observert for den sammenkoblede (CS + U.S.) eller kortet (bare CS) forsøk, der auditiv tonen leveres. - Definere et øyeblikk som somatosensory svar hvis det oppstår som svar på luften puff; Angir om hornhinnen er følsomme for luft puff med gjeldende headpiece konfigurasjon. Dette er en slags unconditioned respons (se nedenfor).
- Definere unconditioned svar som somatosensory Svar å air puff under sammenkoblede (CS + U.S.) prøvelser som skjer mer enn 650 ms etter tone utbruddet.
- Definer betinget respons som blinker som er optimalt tidsbestemt til å sammenfalle med luft puff. De er igangsatt mellom 350 til 650 ms etter tone starten sammenkoblet eller kortet uttakningen og angi at assosiativ læring mellom CS og USA kan ha oppstått.
- Definere en prøveversjon som mislyktes svar hvis ingen blink fant svar på luften puff; Dette kan observeres for tilkoblet (CS + U.S.) forsøk eller somatosensory prøvelser. Disse svarene indikerer at luften puff ikke er nå øyet.
- Definere et øyeblikk som en skremme svar hvis det oppstår i det første 200-ms intervallet etter tonen; Disse representerer refleks svar til auditiv tone eller blinker som tidsavbrytes tilfeldigvis med tone utbruddet som ville ha skjedd uavhengig av luft puff.
7. analyse av Associative læring
Merk: En rekke metoder har blitt tidligere beskrevet for å vurdere associative læring9,10,11 (beskrevet kort her). Forskerne skal endre disse metodene eller utvikle sine egne til å definere om associative læring har oppstått, avhengig av deres eksperimentell design.
- Først utelukke forsøk der ingen brukbare data ble samlet inn, som dem med tekniske feil.
- Beregne sensitivitet til luft puff ved å beregne prosenten av eyeblink svar fra alle mulige somatosensory forsøk.
- Vurdere om associative læring oppstod under eksperimentet ved å sammenligne prosenten betinget respons i sammenhengende blokker av 10 forsøk. En økning i andelen betinget respons i løpet av eksperimentet kan indikere condition oppstod.
Merk: Alternativt modellering endringen i eyeblink latencies over tid kan brukes til å vurdere om barnet har tilpasset sine responstid i løpet av eksperimentet. - Vurdere om associative læring skjer eksperimentelle økter eller mellom to eksperimentell grupper. Bruk et vilkårlig kriterium til å definere om condition oppstod (f.eks> 40% betinget respons en eksperimentell økt)6,9.
Representative Results
Testability Eyeblink condition i ett år gamle barn:
Den eksperimentelle set-up må undersøke eyeblink condition er utfordrende for ett år gamle spedbarn. I eksperimentene vi gjennomførte, 35% (11 spedbarn) kunne delta i eksperimentet fordi de ikke ville tolerere iført et hodebånd eller mottar luft puff til hornhinnen (n = 31 spedbarn forsøkte). Omtrent halvparten (52%, n = 16 spedbarn) ferdig eller delvis ferdig det første settet med 50 forsøk (median [IQR] = 22,5 [0 - 50] forsøk fullført). Resten deltok i to eksperimentelle økter.
Oppnå pålitelig eksperimentelle resultater krever riktig posisjonering hodebånd og luft puff enheten gjennom hele eksperimentet. For disse spedbarna som deltar i eksperimentet, kan air puff levering til hornhinnen oppnås for fleste av (77 ± 6% av luften puffs indusert blink svar; n = 13 spedbarn/557 luft puff prøvelser forsøk). Gjenstående forsøk representerer 'feilet forsøk' der barnet ikke var sensitive til luft puff.
Figur 3 viser luft puff levering suksess under to condition eksperimenter 50 forsøk. Antall observert eyeblinks er beskrevet som en prosentandel av luft puff forsøk (dvs., enten somatosensory eller sammenkoblede forsøk). Blink svar fra første spedbarn nedgangen i hver påfølgende blokk 10 forsøk, som indikerer at pannebåndet kan har vært dårlig plassert mot slutten av eksperimentet. Andre barnet illustrerer derimot relativt god følsomhet for luft puff, med minst 90% av luften puff studier er fremlokkende en blink respons i hver påfølgende blokk 10 forsøk.
Eyeblink Detection suksessrate videokamera analyse:
En håndholdt videokamera gir en pålitelig metode for å registrere eyeblink svar ved at forskeren manuelt spore spedbarnets øyne. Manuell frame-by-frame analyse ble brukt til å identifisere svar fra 90 ± 3% av studier (n = 13 spedbarn/608 prøvelser forsøk). Gjenstående forsøk representerer dem som spedbarnets øyne var skjult under filmingen.
Selv om videoanalyse krever subjektive fortolkninger, kan denne metoden brukes til å måle pålitelig eyeblink ventetid fra stimulans starten. Vår analyse av glimtet svartider måles av to uavhengige observatører illustrerer godt Inter rater pålitelighet der bety forskjellen mellom mål var 28,4 ms og 95% grenser for ± 263.9 ms (Figur 4: n = 4 eksperimenter analysert av to observatører/94 blinker svar). Vurderer at betinget eyeblinks er definert som de som faller innenfor et 300-ms vindu, gir dette tilstrekkelig presisjon å skille betinget fra unconditioned svar. Merk at disse forsøk med betydelig uenighet kan være lett revurdert følgende konsultasjoner mellom observatører.
Eyeblink condition i ett år gamle barn:
To condition eksperimenter som vist i figur 5A og 5B illustrere eyeblink svar ventetid i løpet av eksperimentet for både tilkoblet og hender forsøkene. Eyeblink svar fra første barnet under første EBC økt toppen etter utbruddet luft puff og utenfor vinduet ventetid som definerer en betinget respons. Videre, dette barnet ikke svarer til noen av de kortet (bare tone) forsøk. Sammen betyr at dette barnet ikke har lært å knytte tonen og luften puff under deres første eksponering for EBC paradigmet. Sammenligning andre spedbarn, som deltar i sin andre EBC økt, rutinemessig blinker før air puff utbruddet, og reagerer på alle hender prøvelser som angir barnet har oppnådd eyeblink condition etter den første økten på 50 forsøk. Figur 5C illustrerer en typisk metoden vurdere associative læring over flere studier økter6,9,10,11. Antall betinget svar fra både spedbarn er beskrevet i påfølgende kvartaler 10 prøvelser og som en prosent av alle sammen og hender forsøk i hver blokk. I dette tilfellet, både spedbarn viser minimale endringer i associative læring under eksperimentet illustrerer mangel på condition (spedbarn 1, økt 1) eller at condition har allerede skjedd (spedbarn 2, økt 2).
Figur 1 : Eyeblink condition oppsettet med ett år gamle spedbarn deltaker. Skreddersydd pannebåndet støtte luft puff enheten vises. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2 : Stimuli og respons definisjoner for en eyeblink condition paradigme passer for eksperimenter med ett år gamle barn. (A) under sammenkoblede forsøk, en 750-ms (betinget stimulans [CS]) overlapper og avslutter med en 100-ms luft puff (unconditioned stimulans [US]). Blink svar varierer timing i forhold til stimulans utbruddet (skremme svar: 0 - 200 ms; betinget respons [CR]: 350-650 ms; unconditioned svar [UR]: 650-2000 ms). Svar definisjoner er identiske for kortet (bare CS) forsøk. (B) Somatosensory forsøk gir en enkelt 100-ms luft puff (US) bare, og blinker som forekommer i en 300-ms-vinduet er klassifisert som somatosensory svar (SSR). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3 : Eksempel på eyeblink condition eksperimenter i ett år gamle spedbarn illustrerer variasjon i luften puff sensitivitet. Følsomheten til luft puff er beskrevet som antall observert Svar å air puff (levert som en somatosensory rettssak eller som en sammenkoblet prøveversjon) som en prosentandel av alle luft puff prøvelser i hver påfølgende blokk 10 forsøk. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4 : Bland-Altman tomten illustrerer avtalen i blink svartider måles videokamera opptak av to uavhengige observatører. Grå linjene indikerer partiskhet mellom målinger (definert som den gjennomsnittlige forskjellen mellom målinger) og øvre og nedre grensene for avtalen (LOA, definert som standardavvik for bety forskjellen ± 1.96). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5 : Eksempel på eyeblink condition eksperimenter i ett år gamle spedbarn illustrerer variasjon i betinget respons. Blink responstid vises tilkoblet (CS + U.S.) forsøk (svart sirkler) og kortet (bare CS) forsøk (grå firkanter). Den grå linjen indikerer tidsberegningen for luft puff og den svarte linjen viser ventetiden mellom 350-650 ms brukes til å definere et betinget respons. Forsøk som kunne elicit svar vises på x-aksen. (A) Blink svar generelt faller utenfor vinduet condition, og kortet forsøk klarte å lokke fram en eyeblink svar. (B) svar er tilstrekkelig tidsbestemt til å sammenfalle med forekomst av luft puff og kort svar og sammenkoblede prøvelser iverksette en betinget respons. (C) condition i løpet av eksperimentet illustreres som antall betinget respons (beskrevet som en prosent av alle sammen og hender forsøk), i hver påfølgende blokk 10 forsøk. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Discussion
Endringer og feilsøking:
Kommersielle eller skreddersydde eyeblink condition systemer skal presentere stimuli til emnet i et eksperimentelt kontrollert måte og oppdage de atferdsdata svarene. Selv om dette er en ikke-invasiv prosedyre, de tekniske kravene for å gjennomføre disse eksperimentene mindre kompatibel bestander (f.eks, spedbarn) er utfordrende. Fysisk feste hode-montere til øyet er mulig for dyreforsøk, som condition eksperimenter i sau12,13. Ungdommer kan tolerere iført et hodebånd med en vedlagt luft blåse levering enhet6,7,8 , og kan bli oppmuntret til å opprettholde en kontinuerlig posisjon med TV som en distraksjon. Selv om samsvar i svært små spedbarn kan oppnås ved condition under søvn14, eldre spedbarn nærmer ett års alder er lett distrahert, noe som gjør dem en unik utfordrende befolkning. Til tross for utfordringer er eyeblink condition eksperimenter mulig for noen våken, ett år gamle spedbarn. Vår suksessrate er lik de rapporterte tidligere i den litteratur (~ 40% - 50% samsvar)9sannsynligheten for suksess sannsynligvis reflektert av spedbarnets temperament på dagen for eksperimentet.
Avgjørende skritt i protokollen:
Vi anbefaler tilpasse et kommersielt tilgjengelig EBC oppsett eller bruke en spesialbygd luften trykk generator som beskrevet tidligere, for yngre spedbarn9,10,11. Den første utfordringen er å opprettholde luft blåse levering enheten i riktig posisjon gjennom hele eksperimentet, som krever en mindre, endret headpiece. Øye sikkerhet er en spesiell bekymring for ikke-kompatible spedbarn som forsøker å fjerne headpiece seg. Derfor må spedbarn nøye overvåket hele tiden. En andel av barn vil ikke tolerere iført pannebåndet eller mottar luft puff for øyet (her, ~ 35%), selv om dette kan forbedres ved forsiktig distraherende barnet hvis eksperimentelle protokollen tillater dette, og hvis dette åpenlyst ikke forstyrrer spedbarn oppførsel. For barn som fullfører eksperimentet, er air-puff-bare prøveversjoner avgjørende for å bekrefte at headpiece var plassert riktig, som mangel eller reversering av condition svar kan være forårsaket av dårlig levering av luft puff gjennom hele eksperimentet.
Manuell videoanalyse er tidkrevende, er automatisert infant eyeblink svar foreløpig vanskelig å oppnå. Infrarøde sensorer med kommersielle EBC set-ups (plassert på pannebåndet tilstøtende til luft puff enhet) registrerer øyeblikk til øyeblikk refleksjon fra hornhinnen på en 1 kHz samplingsfrekvens, og blinker kan oppdages av måler endringen i refleksjon følgende stimulus utbruddet. Betydelige endringer fra planlagte refleksjon viser at en eyeblink har oppstått, og automatisk analyse kan brukes til å oppdage og klassifisere blink svar. Men vi og andre9,10,11 foreslår at forskere ikke bør stole på infrarød hornhinnen refleksjon målinger med kommersielle EBC set-ups å oppdage blinker i ett år gamle barn. Mens denne metoden kan være egnet for voksne deltakere eller eldre barn6,7, kunne vi ikke oppdage blinker i ett-åringer med denne metoden. Her er ubetydelig endringer i den opprinnelige refleksjon observert over lengden på prøveperioden epoke, som angir at eyeblink ikke oppdages av sensoren. I tillegg er falske positive topper vanligvis observert, som skyldes spedbarnets hodet bevegelser som endrer plasseringen av sensoren. Pilottest i voksne tyder på at deltakeren må fokusere på eller over deres vannrett linje av syne, med luft puff enheten plassert innenfor 1-2 cm hornhinnen, å oppdage eyeblinks-betingelsene ikke kan brukes konsekvent med spedbarn. I tillegg kan liten interpalpebral sprekk størrelse hos spedbarn redusere hornhinnen refleksjon, gjør glimtet oppdagelsen mer vanskelig enn hos voksne eller eldre barn.
Betydning når det gjelder eksisterende metoder:
Til tross for behovet for manuell videokamera analyse og lavere timelige oppløsningen av en 60 Hz video i forhold 1 kHz refleksjon målinger gjør de bedre suksessrate på videoopptak dette til en overordnet metode til sensoren. Selv om hornhinnen luft puff er også levert av samme headpiece vedlegget som en kommersiell infrarød sensor, vises stimulans levering å være mer motstandsdyktige mot plassering enn sensoren, som luft puff styrken kan justeres som kreves. Dette unngår overdreven justering av pannebåndet, som pleier å redusere spedbarn samsvar. Forskere som kan oppnå høyere suksessrate med sensoren krever fortsatt støtte videokamera analyse. For forsøkene der det er ingen synlig eyeblink respons av sensoren, videoopptak kan skille mellom sant svar eller ugyldig forsøk (dvs.om barnet hadde luft puff enheten i riktig posisjon, om de gjorde ikke blinke eller om sensoren kunne oppdage blink). Like, videoopptak er nødvendig for å bekrefte falske positive resultater, som bevegelser under rettssaken kan også produsere gjenstander masquerading som blinker. Øye-sporing apparater15,16 og Elektromyografi9,10,14 temporaria oculi muskelen er andre automatiserte metoder av glimtet oppdagelsen som er utenfor omfanget av dette papiret, men uten visuell bekreftelse av luft puff posisjonering for hvert forsøk, er disse metodene sannsynligvis vil lide samme ulempene som infrarød eyeblink gjenkjenning programvare beskrevet her.
Tidligere er publiserte arbeid på øye-blink condition fokusert på yngre spedbarn, vanligvis 4-5 måneder av alderen; Dette arbeidet legges til denne mengde litteratur ved å beskrive teknikker for bruk med eldre barn (12 ± 1 måned gammel) og de unike utfordringene denne aldersgruppen presenterer. Andre forfattere har også brukt videoanalyse (alene eller i kombinasjon med Elektromyografi) med spedbarn9,10,11,14. Resultatene presenteres her er i samsvar med disse tidligere funn som tyder frame-by-frame videoanalyse er den beste metoden for å oppdage eyeblinks hos spedbarn, som både Elektromyografi og Infrarød overvåking kan være problematisk ansikts og hodet bevegelser i svært små barn. Dette arbeidet støtter også funnet at spedbarn kan utvikle betinget respons selv i svært ung alder, minst for en 650-ms forsinkelse intervall9.
Fremtidige programmer:
Som et begrenset antall studier har forsøkt eyeblink condition eksperimenter i menneskelige spedbarn, bør parameterne stimulans nøye vurderes i fremtiden eksperimenter. Condition er observert så tidlig som 10 dager etter alder17 og minst innen den første måneden av livet14, selv om en lenge mellom stimulans intervall (f.eks1500 ms) synes å være mer vellykket i disse tidlige stadier av barndom18 . Sammenligning barn nærmer seks måneders alder kan mer pålitelig betinget med et kortere intervall10, men mindre vellykket enn i voksne19. 650-ms intervallet mellom tonen og luft puff antydet for ett år gamle barn i denne protokollen kan med hell indusere condition i 4 eller 5-måneder gamle spedbarn9,10,11, så vel som i eldre barn6,7. Dette tyder på at eyeblink condition er developmentally regulert, med optimale forsinkelse mellom tonen og luft puff redusere med spedbarn alder10, selv om flere eksperimenter tilpasse denne protokollen er nødvendig for å undersøke dette parametere videre.
Begrensninger av denne teknikken:
EBC kan være utfordrende for å sette opp og kan kreve feilsøking i hver enkelt situasjon. Bestemme når det oppstod condition er vanskelig å definere og er best observert over flere forsøk eller økter. For eksempel har andre studier brukt en vilkårlig condition rate på 40% i hver blokk 10 forsøk for å definere condition og sammenlignet endringer mellom etterfølgende eksperimentelle økter6,9,10, 11. Å fullføre det nødvendige antallet forsøk å observere condition kan derfor være vanskelig å oppnå i små barn.
I forhold til dataanalyse, er en av de spesielle utfordringene skille stimulans-utløste blinker spontan (endogene) blinker9. Frekvensen av spontan eyeblinks er forskjellige mellom individer, men kan påvirkes av miljømessige faktorer som rommet luftfuktighet, samt atferdsmessige stater. Dobbel blinker oppstå når det finnes to komplette øyelokket nedleggelser på en svært kort tid (f.eks, 400 ms)20, og det er mulig at dette gjenspeiler spontan blinker på samme tid som en refleksiv (betinget eller unconditioned) eyeblink. Vi noen ganger observert dobbel blinker i våre datasett, og bruker denne protokollen, vi registrerte ventetiden til første blink bare. Men øker forkaster disse vissheten om at analysen er å fange stimulans-utløste blinker bare.
Forskere må også ta avgjørelser i vinduet ventetid i å definere et betinget eller unconditioned respons, samt om å definere ventetid blink utbruddet eller glimtet toppen (øyelokket nedleggelse). Her har vi konservativt definert en betinget respons som et øyeblikk som topper før 650 ms i sammenkoblede eller kortet forsøk, å gi sikkerhet at blink startes før air puff utbruddet ikke svar på luften puff. Imidlertid kan ventetid vinduet utvides for kortet studier der ingen air puff presenteres, spesielt hvis bruker blinke peak som definerer ventetiden på svaret. Viktig prinsippet her er at alle forekomster behandles på samme måte, av alle sensorer, og at dette vilkåret bestemmes før noen data analyse begynner.
I sammendraget, kan frame-by-frame videoanalyse gi en pålitelig og reproduserbar metode for å vurdere klassisk EBC svar inne ung barn. Disse tiltakene gir et mål på læring atferd, selv om en omfattende utviklingen vurdering er nødvendig for fullt karakterisere neurodevelopment i barndom.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Denne studien ble støttet av New Zealand Optometric visjon Research Foundation, Health Promotion byrået, The University of Auckland fakultet forskning Development Fund, og The University of Auckland School of Medicine PBRF penger.
Vi er takknemlige til to Optometry studenter fra The University of Auckland (Shannon Boy og Harpreet Singh) som fullført den manuelle video analysen for å undersøke avtalen i blink svar målinger.
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).
