Summary
Gepresenteerd is de tactiele semi-automatische passieve-vinger hoekstimulator TSPAS, een nieuwe manier om tactiele ruimtelijke scherpte en tactiele hoekdiscriminatie te beoordelen met behulp van een computergestuurd tactiel stimulussysteem dat verhoogde hoekprikkels toepast op het passieve vingerpad van een onderwerp, terwijl het wordt gecontroleerd op bewegingssnelheid, afstand en contactduur.
Abstract
Passieve tactiele waarneming is het vermogen om passief en statisch stimulusinformatie uit de huid waar te nemen; het vermogen om ruimtelijke informatie te voelen is bijvoorbeeld het sterkst in de huid op de handen. Dit vermogen wordt tactiele ruimtelijke scherptegenaamd en wordt gemeten aan de hand van de tactiele drempel of discriminatiedrempel. Op dit moment wordt de tweepuntsdrempel op grote schaal gebruikt als maatstaf voor tactiele ruimtelijke scherpte, hoewel veel studies hebben aangetoond dat er kritieke tekorten bestaan in tweepuntsdiscriminatie. Daarom werd een computergestuurd tactiel stimulussysteem ontwikkeld, de tactiele semiautomatiseerde passieve vingerhoekstimulator (TSPAS), met behulp van de tactiele hoekdiscriminatiedrempel als nieuwe maatregel voor tactiele ruimtelijke scherpte. De TSPAS is een eenvoudig, eenvoudig te bedienen systeem dat verhoogde hoekprikkels toepast op het passieve vingerpad van een proefpersoon, terwijl de bewegingssnelheid, afstand en contactduur worden gecontroleerd. De componenten van het TSPAS worden in detail beschreven, evenals de procedure voor de berekening van de drempel voor tactiele hoekdiscriminatie.
Introduction
Aanrakingsperceptie is een fundamentele vorm van de sensaties die door het somatosensorische systeem worden verwerkt, inclusief haptische waarneming en tactiele waarneming. Passieve tactiele waarneming, in tegenstelling tot actieve exploratie, betekent dat het object wordt bewogen om contact te maken met statische huid1,2. Net als in andere betekenissen wordt ruimtelijke resolutie in tactiele waarneming, ook wel tactiele ruimtelijke scherpte, meestal weergegeven door de tactiele drempel, detectiedrempel of discriminatiedrempel2,3. In de afgelopen 100 jaar is de tweepuntsdrempel vaak gebruikt als maat voor tactiele ruimtelijke scherpte4. Veel studies hebben echter aangetoond dat de tweepuntsdrempel een ongeldige index van tactiele ruimtelijke capaciteit is, omdat tweepuntsdiscriminatie (TPD) niet kan uitsluiten dat niet-specifieke signalen (bijvoorbeeld, als twee punten te dichtbij zijn, kunnen ze een enkel afferent ontvankelijk veld lokaliseren, dat gemakkelijk verhoogde neurale activiteit oproept) en een stabiel criterium handhaven voor antwoorden3,4,5. Vanwege het aantal nadelen van TPD zijn verschillende nieuwe en veelbelovende methoden ontwikkeld als vervanging, zoals tactiele rasporiëntatie (GO)3,6, tweepuntsoriëntatiediscriminatie5, verhoogde letterherkenning, gap detection7, dot patterns, Landolt C rings8en angle discrimination (AD)9,10. Op dit moment wordt GO, vanwege de voordelen bij het exploiteren van GO, evenals de ruimtelijke structuur en complexiteit van de gebruikte stimulus, steeds vaker gebruikt om tactiele ruimtelijke scherpte11 , 12,13te meten .
Hoewel tactiele GO wordt verondersteld te vertrouwen op onderliggende ruimtelijke mechanismen, waardoor een betrouwbare maatstaf voor tactiele ruimtelijke scherpte wordt opgeleverd, wordt nog steeds gediscussieerd over de vraag of go-prestaties gedeeltelijk worden beïnvloed door niet-patiale signalen14 (bijv. intensieve tekenen die een aanwijzing kunnen geven om het verschil tussen oriëntatieprikkels te identificeren). Bovendien bestaat GO alleen uit eenvoudige ruimtelijke oriëntatietaken (d.w.z. horizontaal en verticaal) en omvat het voornamelijk sensorische verwerking, die het gebruik ervan beperkt bij het verkennen van het hiërarchische samenspel tussen tactiele primaire verwerking in de primaire somatosensorische cortex en tactiele geavanceerde bezit waarbij de achterste pariëtale cortex (PPC) en supramarginale gyrus (SMG)15,16,17betrokken zijn. Om deze nadelen te compenseren , werd tactiel AD ontwikkeld om tactiele ruimtelijke scherpte9,10te meten . In AD schuift een paar hoeken passief over de vingertop. De hoeken variëren in grootte en het onderwerp moet bepalen welke van de hoeken groter is. Om deze taak consequent te volbrengen, moeten ruimtelijke kenmerken van tactiele hoeken worden weergegeven en opgeslagen in het werkgeheugen en vervolgens worden vergeleken en onderscheiden. Daarom omvat tactiele AD niet alleen primaire verwerking, maar ook geavanceerde cognitie van tactiele perceptie, zoals werkgeheugen en aandacht.
Net als bij verschillende lijnoriëntatieperceptietests wordt het onderwerp in tactiel AD achtereenvolgens gepresenteerd met één referentiehoek en één vergelijkingshoek en wordt gevraagd aan te geven welke de grotere hoek18,19,20,21is . De lijnen die de hoeken samenstellen zijn gelijk in lengte en symmetrisch verdeeld over een denkbeeldige bisector. Door de ruimtelijke dimensies van de lijnen symmetrisch te veranderen, kunnen alle soorten verhoogde vlakhoeken worden gemaakt. Daarom is een cruciaal voordeel van deze methode dat de gedifferentieerde hoeken vergelijkbare ruimtelijke structuren hebben. Bovendien is de ruimtelijke representatie in het AD sequentieeler dan die in GO. De AD-drempel levert echter bewijs dat tactiele ruimtelijke scherpte voldoende is om ruimtelijke discriminatie tussen objecten22mogelijk te maken . Bovendien kan de tactiele ruimtelijke waarneming van de hoek van punt tot lijn worden ervaren en ten slotte een tweedimensionale vlakhoek vormen waarin niet-patiale signalen slechts een kleine rol kunnen spelen.
De AD-drempelwaarde bleek te stijgen naarmate de leeftijd toenam, wat het gevolg kan zijn van de behoefte aan hoge cognitieve belasting in de tactiele AD-taak. Het kan dus een monitoringmechanisme bieden bij de diagnose cognitieve stoornissen9,10. Hoewel de prestaties van ad worden beïnvloed door leeftijdsgebonden achteruitgang, kan deze bij jongeren aanzienlijk worden verbeterd door permanente training of vergelijkbare tactiele taaktraining23. Bovendien toonden fMRI-studies aan dat een vertraagde match-to-sample tactiele hoektaak bepaalde corticale gebieden activeerde die verantwoordelijk zijn voor het werkgeheugen, zoals de achterste pariëtale cortex17,24. Deze bevindingen suggereren dat tactiele hoekdiscriminatie een veelbelovende maatregel is voor tactiele ruimtelijke scherpte met geavanceerde cognitie. Hier worden de tactiele AD-apparatuur en het gebruik ervan in detail beschreven. Andere tactiele onderzoekers kunnen de AD-apparatuur reproduceren en gebruiken in hun onderzoek.
De tactiele AD-apparatuur, of tactiele semiautomatische passieve vingerhoekstimulator (TSPAS), gebruikt een elektronische dia om een paar hoekprikkels over te brengen om passief over de huid te glijden (figuur 1). De armen van de proefpersonen liggen comfortabel, knielen op een tafelblad. De rechterhand zit op een handplaat in de tafel en een wijsvingerpad bevindt zich iets onder de opening van de plaat. Computersoftware kan de dia bedienen, met een vaste snelheid verplaatsen en naar voren en naar achteren verplaatsen. Naarmate de dia vooruit beweegt, glijden de hoekprikkels passief over de huid met een vaste snelheid vanaf de vingertop. Wanneer de dia achteruit beweegt naar de beginpositie en verandert in een ander paar hoekprikkels, moet het onderwerp de wijsvinger omhoog tillen en wachten tot een bestelling deze weer lichtjes bij de opening plaatst. Zo presenteert de apparatuur tactiele hoekprikkels met een gecontroleerde snelheid, stabiele contactduur en constant interstimulusinterval. Het onderwerp rapporteert mondeling een volgnummer en de experimenteerder registreert het als een reactie en gaat verder met het uitvoeren van de volgende proef.
Figuur 1: Overzicht van de TSPAS.
De apparatuur bestaat uit vier delen: 1) tactiele hoekprikkels (d.w.z. de referentiehoek en tien vergelijkingshoeken); 2) de handplaat die de hand van het onderwerp op zijn plaats bevestigt en alleen de wijsvinger in contact houdt met de stimuli; 3) de elektronische schuifregelaar die de tactiele stimuli draagt; en 4) het besturingssysteem van de personal computer (PC) dat de snelheid en de bewegingsafstand van de elektronische dia regelt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Schriftelijke geïnformeerde toestemming werd verkregen van de proefpersonen in overeenstemming met het beleid van de lokale medische ethische commissie van Okayama University. De testprocedures kregen beoordeling en toestemming van de lokale medische ethische commissie van de Okayama University.
1. Gedetailleerde samenstelling en functie van apparatuur
- Tactiele hoekprikkels
- De TSPAS gebruikt tweedimensionale (2D) verhoogde hoeken om passief over de huid te glijden en een tactiele ruimtelijke weergave van de hoeken te vormen (figuur 2). De tactiele hoeken bestaan uit kunststof lijnen en vierkante onderstellen, die beide zijn gemaakt van een transparante acrylplaat. Omdat de lijnen die de hoeken samenstellen gelijk en symmetrisch zijn, kunnen door de ruimtelijke dimensies van de lijnen symmetrisch te wijzigen, alle soorten verhoogde vlakhoeken worden gemaakt.
- Snijd met behulp van een freesmachine de acrylplaat in de polylijn met twee gelijke lijnen (8,0 mm lang, 1,5 mm breed en 1,0 mm hoog) symmetrisch verdeeld over een denkbeeldige bisector en de vierkante basis (40,0 mm lang en breed, 3,0 mm hoog).
- Lijm de polylijn in het midden van de vierkante basis om een 2D verhoogde tactiele hoek stimulus te creëren.
- Maak stukken met hoekgroottes variërend van 50° tot 70° in stappen van 2°. De eindpuntafstanden (d, zie figuur 2) van deze hoeken zijn 6,8 mm, 7,0 mm, 7,3 mm, 7,5 mm, 7,8 mm, 8,0 mm (60° hoek), 8,2 mm, 8,5 mm, 8,7 mm, 8,9 mm en 9,2 mm. Als u de impact van de eindpuntafstand op hoekdiscriminatie tot een minimum wilt beperken, gebruikt u een hoek van 60° als referentiehoek en andere hoeken als vergelijkingshoeken.
- Maak uit 20 paar gediscrimineerde hoeken, waaronder 20 identieke referentiehoeken en 10 paar identieke vergelijkingshoeken waarvan de gemeten nauwkeurigheid ± 0,2° is. Zorg ervoor dat de referentiehoek de eerste 50% van de tijd wordt weergegeven wanneer elk paar wordt getest. Het experiment kan eenvoudig en gemakkelijk worden bijgewerkt met tactiele hoekprikkels.
Figuur 2: Voorbeeld van tactiele hoekprikkels.
(A) Een voorbeeld van de referentiehoek (60°) en twee (50° en 70°) van de tien vergelijkingshoeken die in het experiment worden gebruikt. Er werden met name gedetailleerde parameters van de referentiehoek getrokken. d staat voor de eindpuntafstand, R voor de kromtestraal in de lokale top en r voor de kromtestraal in het eindpunt. (B) Voorbeeld van een verhoogde hoek gezien in 3D. De hoogte van de verhoogde lijn is 1,0 mm van het 3D-aanzicht. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- De plaat van de hand
- Om de hand van het onderwerp te stabiliseren, maakt u een handplaat loodrecht op de elektronische dia (figuur 3). Snijd eerst met behulp van een freesmachine een 5,0 mm dikke acrylplaat in een rechthoekplaat van 14,0 cm x 22,0 cm en bevestig vervolgens de rechthoekplaat met tape en lijm aan een basis (14,0 cm breed, 14,0 cm lang en 8,5 hoog). Snijd daarna met behulp van een freesmachine een rechthoekige opening (2,5 cm breed en 5,0 cm lang) in de linkerbovenhoek van de plaat. Hierdoor kan alleen de wijsvinger in contact komen met de hoekprikkel. Bevestig vóór het experiment de rechterpols van het onderwerp met nylon tape en instrueer de proefpersonen vervolgens om hun rechter wijsvingers lichtjes bij de opening van de plaat te plaatsen.
Figuur 3: Handpositie van het onderwerp en tactiele hoekprikkels bewegingsrichting.
De rechterhand van het onderwerp werd vastgezet met nylon tape en het onderwerp kreeg de opdracht om zijn of haar rechter wijsvinger in de opening in de plaat te plaatsen. De hoekprikkels werden op het apparaat geklemd en horizontaal bewogen door de elektronische dia om passief over het vingerpad te glijden. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Gemotoriseerde lineaire dia
- De elektronische dia met een maximale bewegingsafstand van 51,0 cm wordt in rechte richting bewogen met behulp van een eenvoudige lineaire bewegingsmotor van 5,0 cm hoog, 5,4 cm breed en 71,0 cm lang (zie Materialentabel),een lineair bewegingssysteem. Sluit de motor aan op een personal computer en stel en bewerk verschillende gegevens met behulp van speciale software voor het bewerken van gegevens (zie Tabel met materialen). Zorg ervoor dat deze instellingen ervoor kunnen zorgen dat de elektronische dia een opgegeven afstand kan verplaatsen met een bepaalde snelheid ten opzichte van het referentiepunt. Dit is nodig wanneer de hoekprikkels rechtstreeks van een willekeurige positie naar een bepaalde positie worden verplaatst.
- Computerbesturingssysteem
- De TSPAS is een semiautomatisch, computergestuurd systeem. De gegevensbewerkingssoftware die wordt gebruikt om de beweging van de dia te regelen, is pc-gebaseerde software voor het bewerken van de gegevens die nodig zijn voor de werking van gemotoriseerde actuatoren. Stel in het experiment de snelheid van de dia in op 20 mm/s en de bewegende afstand op 80 mm voor elke proef. Telkens wanneer op een knop wordt geklikt, beweegt de dia zoals eerder ingesteld.
2. Een experiment uitvoeren
- Stel vóór het experiment eerst het bewegingstype in als 'INC',bewegingsafstand als '80 mm', bewegingssnelheid als '20 mm/s', bewegingsfunctie als 'enkel', en as als 'ID = 0' in de gegevensbewerkingssoftware (zie de gebruiksaanwijzing in de Materiaaltabel voor instructies over het instellen van parameters) om ervoor te zorgen dat de elektronische dia zowel op een afstand van 80 mm als een snelheid van 20 mm/s vooruit en achteruit kan bewegen, en op andere afstanden en snelheden.
- Rekruteer proefpersonen waarvan de vingers vrij zijn van verwondingen en eelt. Probeer een gelijk aantal mannelijke en vrouwelijke proefpersonen binnen de leeftijdscategorie van 18-35 jaar te werven. Merk op dat er een verschil is in tactiele ruimtelijke scherpte tussen vrouwelijke en mannelijke proefpersonen, evenals oude en jonge proefpersonen25,26.
- Blinddoek het onderwerp en plaats hem of haar aan een tafel met het apparaat (figuur 1). Bevestig de rechterhand van het onderwerp met nylon tape en instrueer het onderwerp vervolgens om zijn of haar rechter wijsvinger lichtjes aan de opening van de handplaat te plaatsen (figuur 3).
- Klem een paar hoeken, inclusief de referentiehoek en de vergelijkingshoek, op de dia. Nadat u op de knop hebt geklikt, schuift het paar hoeken over een totale afstand van 80 mm. Ze gaan passief over het wijsvingerpad met een snelheid van 20 mm/s. Omdat er een afstand van 31,8 ± 0,8 mm is tussen de referentiehoek en de vergelijkingshoek, is hun interstimulustijdsinterval ongeveer 1,6 s.
- Nadat het onderwerp de grootte van de hoeken waarneemt, rapporteert hij of zij mondeling welke van de twee hoeken groter is. Als het onderwerp niet kan identificeren welke hoek groter is, kan hij of zij aangeven dat de hoeken hetzelfde zijn. Registreer het antwoord van het onderwerp als antwoordgegevens. Daarna wordt het volgende paar hoeken voortdurend vervangen, gepresenteerd en op dezelfde manier waargenomen.
- Er zijn in totaal 10 paar hoeken in het formele experiment. Presenteer elk paar 10x in een pseudorandomvolgorde waarin de referentiehoek 50% van de tijd als eerste passeert. Het experiment bevat dus 100 proeven. Om ongemakkelijke sensaties op de wijsvinger te voorkomen, moet het onderwerp na elke reeks van 20 proeven een pauze van 3 minuten nemen. Vóór het experiment oefent elk onderwerp 10 proeven uit met andere invalshoeken om bekend te zijn met de experimentele procedure. Het experiment duurt ~40 min.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
In deze studie werden de 3AFC (3-alternatieve gedwongen keuze) techniek en de logistieke curve gebruikt om de tactiele AD-drempel te schatten. Deelnemers kregen de opdracht om de grootste van de waargenomen twee hoeken mondeling te rapporteren, of als ze het verschil niet ontdekten, konden ze hetzelfde aangeven. De vergelijking van de logistieke curve, die gewoonlijk is toegepast op psychofysische experimenten om drempels27,28,29 te meten, is:
In deze vergelijking zijn er twee belangrijke parameters, α en β. β is representatief voor de groei van de logistieke curve en -α/β vertegenwoordigt de X-waarde van het middelpunt van de logistieke curve.
Om de logistieke curve toe te passen om de AD-drempel te beschrijven, moet het 3AFC-resultaat worden uitgedrukt als een frequentieverdeling, weergegeven als een zwart vierkant in figuur 4. Toen de referentiehoek kleiner was dan de vergelijkingshoek, werden dezelfde antwoorden in tweeën gedeeld: de ene helft werd toegevoegd aan het juiste oordeel en de andere in onjuist, en de herziene juiste antwoorden werden vervolgens naar het tarief overgebracht. Wanneer de referentiehoek groter was dan de vergelijkingshoek, werden dezelfde stappen genomen als eerder aangegeven en werd het herziene tarief met 1 verlaagd. Door deze stappen werd een coördinatensysteem ingesteld, waarbij de mate van de hoek de horizontale as vertegenwoordigde en de verticale as het aandeel van de reacties vertegenwoordigde waarin de vergelijkingshoek groter werd geacht dan de referentiehoek (figuur 4). In deze coördinaat kan een logistieke curve worden aangebracht met de minst vierkante methode. De AD-drempel werd gedefinieerd als de helft van het verschil tussen de hoek bij nauwkeurigheidspercentages van 25% en 75%.
Figuur 4: Logistieke curve fit.
De nauwkeurigheidsgegevens van één onderwerp in de AD-taak werden gebruikt om de logistieke curve aan te passen met behulp van de minst vierkante methode. De zwarte vierkanten vertegenwoordigen de herziene tarieven van één onderwerp dat de tactiele AD-taak heeft voltooid. De vaste lijn is representatief voor de logistieke curve die is verkregen via de minst vierkante methode toen het restant het kleinst was. Stippellijnen geven twee punten aan (A1, 0,25) en (A2, 0,75), en de AD-drempel is (A2-A1)/2. Na het aanbrengen van de logistieke curve werden de specifieke parameters verkregen (α = 21,40, β = -0,35) en werd de AD-drempel berekend (3,51°). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Om te testen of deze curve nauwkeurig was, werd de geschiktheid voor de logistieke curve geëvalueerd met behulp van een chi-kwadraattest, die werd gebruikt om te bepalen of er een significant verschil was tussen de waargenomen tarieven en de verwachte tarieven (d.w.z. de waarden in de gemonteerde logistieke curven). Hier stelt de nulhypothese dat er geen significant verschil is tussen de waargenomen en verwachte waarden. De waarde van de chi-kwadraattest werd bepaald met behulp van de volgende formule:
In deze vergelijking, O = waargenomen waarde, en E = verwachte waarde.
Om te testen of de nulhypothese kon worden afgewezen, werd een significantieniveau van 15% gekozen als afkapcriterium28 en werd de kritische waarde berekend (χ2(8)0,15 = 12,03). Omdat er 10 categorieën waren en de gemiddelde en standaarddeviatie werden gebruikt om de gegevens aan te passen aan een logistieke curve, waren er 8 vrijheidsgraden (10–2). Dus als de waarde van de chi-kwadraattest van de logistieke curve groter was dan deze kritische waarde, werd de nulhypothese afgewezen. De waarde (2.14) van de chi-kwadraattest was kleiner dan deze kritische waarde (12.03), wat aangeeft dat de logistieke curve fitting geschikt was.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Een nieuwe maatregel voor tactiele ruimtelijke scherpte, tactiel AD, wordt gepresenteerd. In dit systeem schuift een paar hoeken passief over het geïmmobiliseerde wijsvingerpad van een onderwerp. AD combineert de voordelen van GO en TPD, waardoor de impact van intensieve signalen en de neurale piekimpulssnelheid van één punt worden verminderd. Deze studie toont aan dat er een geleidelijke verandering is in perceptuele discriminatie naarmate het hoekverschil verandert tussen de referentiehoek en de vergelijkingshoek4. Naast het leeftijdseffect, het trainingseffect en de diagnosemonitoring van cognitieve stoornissen van AD9,10,23, is tactiele AD een waardevolle maatstaf voor tactiele ruimtelijke scherpte. De variabiliteit ervan moet echter in verdere studies worden geverifieerd. Tactiele AD moet bijvoorbeeld correleren met andere gevalideerde maatstaven van tactiele ruimtelijke scherpte, zoals patroon- of brailleletterdiscriminatie7,8.
Net als andere methoden die tactiele ruimtelijke waarneming meten, past AD de drempel toe om de discriminabiliteit van de hoek te meten. Onverwacht, hoe kleiner de drempel voor hoekdiscriminatie, hoe sterker de hoekdiscriminatie. In eerdere studies werd een interpolatiemethode gebruikt om de drempelwaarde9,10te bepalen . Hoewel de methode niet hoeft aan te nemen dat het gedrag van het onderwerp wordt vastgelegd met behulp van een psychometrische functie, past het alleen op gegevens van een halfgroot bereik van de vergelijkingshoeken. In het huidige experiment werd, om het gehele bereik van vergelijkingshoeken te bestrijken, de logistieke curve gebruikt om de drempel27,29te berekenen . Omdat de helft van de vergelijkingshoeken kleiner is dan de referentiehoek en de andere helft groter is dan de referentiehoek, kan de huidige methode eenmaal in alle gegevenspunten passen en de hoekdiscriminatiedrempel berekenen. De goedheid van de logistic curve werd geëvalueerd met behulp van een chi-kwadraat test en de logistieke curve fitting werd geschikt bevonden28.
Om de AD-experimenten uit te voeren met behulp van het TSPAS-systeem, moeten de volgende punten worden opgemerkt: Ten eerste, omdat TSPAS een semiautomatisch systeem is met behulp van pc-software, is het noodzakelijk om opnieuw te controleren of de dia kan bewegen met de snelheid en afstand die vóór het experiment zijn ingesteld. Ten tweede is het noodzakelijk om te bepalen of het onderwerp al dan niet wakker is tijdens het experiment. Doordat de proefpersoon tijdens het experiment een oogmasker draagt, kan hij of zij gemakkelijk slaperig worden. In dit geval kan het onderwerp bepaalde informatie missen en een onjuiste beslissing nemen. Ten derde zijn ook de gedwongen pauzes noodzakelijk. Als het vingerpad van het onderwerp nog lang wordt gestimuleerd, kan het vingerpad zich aanpassen aan de verhoogde hoekprikkel en kan het moeilijk zijn voor het onderwerp om het verschil tussen hoeken te onderscheiden. Of de lange periode van stimulatie kan ongemakkelijke sensaties in het vingerplatform veroorzaken. Daarom moet het aantal proeven en pauzes strikt worden gecontroleerd.
De huidige kenmerken van TSPAS en het bereik van tactiele hoeken kunnen het bereik van de geteste personen beperken. Daarom moet TSPAS verschillende reeksen tactiele hoeken gebruiken voor verschillende groepen mensen om hun tactiele ruimtelijke scherpte te meten. Omdat ouderen bijvoorbeeld een veel grotere AD-drempel hebben dan jongerenvan 9,10, kan het huidige bereik van tactiele hoeken dat in TSPAS wordt gebruikt, hun AD-drempel niet meten. Bovendien is TSPAS voor die personen wiens vingerpads de tactiele hoeken niet volledig kunnen voelen, helemaal niet geldig, omdat ze zich de tactiele hoek niet kunnen voorstellen door de passieve schuif over hun vingerpads. Het verschil in tactiele ruimtelijke scherpte tussen vrouwelijke en mannelijke proefpersonen25 moet ook in gedachten worden gehouden. Toekomstige projecten kunnen veel aanpassing nodig hebben om het bereik van tactiele hoeken te bepalen om te gebruiken voor verschillende groepen mensen in klinisch gebruik.
Hoewel TSPAS de bewegende snelheid en afstand van hoekprikkels goed kan regelen, is de handmatige levering van hoekprikkels tijdrovend en vereist het veel aandacht en concentratie van de kant van de experimenteerder6. Om deze tekortkomingen bij handmatige bewerkingen te verhelpen, is een volautomatisch tactiel AD-systeem ontworpen. Het doel van de ontwikkeling van automatische apparatuur is het opzetten van ongecompliceerde, efficiënte en betaalbare apparatuur voor gecontroleerde tactiele hoektoepassingen. Een resterende uitdaging is echter hoe de apparatuur in zeer korte tijd verschillende hoekmaten nauwkeurig en snel kan aanpassen. Hopelijk zal het beschreven AD-systeem door anderen worden gebruikt en geverifieerd en de beweging naar automatische tactiele tests bevorderen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende belangenconflicten hebben, financieel of anderszins.
Acknowledgments
Dit werk werd ondersteund door de Japan Society for the Promotion of Science KAKENHI Grants JP17J40084, JP18K15339, JP18H05009, JP18H01411, JP18K18835 en JP17K18855. We danken ook de technicus (Yoshihiko Tamura) in ons laboratorium voor het helpen maken van de verhoogde hoek.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acrylic sheet (3 mm) | MonotaRO Co.,Ltd. | 33159874 | Good Material |
| Acrylic sheet (1 mm) | MonotaRO Co.,Ltd. | 45547101 | Good Material |
| EZ limo (easy linear motion motor) | ORIENTAL MOTOR CO., LTD. Made in Japan | EZS3 | Good Motorized Linear Slides |
| Data Editing Software | ORIENTAL MOTOR CO., LTD. Made in Japan | EZED2 | easy to use |
| Operating Manual (Orientalmotor) | ORIENTAL MOTOR CO., LTD. Made in Japan | HL-17151-2 | Good Guidebook |
References
- Smith, A. M., Chapman, C. E., Donati, F., Fortier-Poisson, P., Hayward, V. Perception of simulated local shapes using active and passive touch. Journal of Neurophysiology. 102 (6), 3519-3529 (2009).
- Reuter, E. M., Voelcker-Rehage, C., Vieluf, S., Godde, B. Touch perception throughout working life: Effects of age and expertise. Experimental Brain Research. 216 (2), 287-297 (2012).
- Craig, J. C. Grating orientation as a measure of tactile spatial acuity. Somatosensory and Motor Research. 16 (3), 197-206 (1999).
- Craig, J. C., Johnson, K. O. The two-point threshold: Not a measure of tactile spatial resolution. Current Directions in Psychological Science. 9 (1), 29-32 (2000).
- Tong, J., Mao, O., Goldreich, D. Two-point orientation discrimination versus the traditional two-point test for tactile spatial acuity assessment. Frontiers in Human Neuroscience. 7, SEP 1-11 (2013).
- Goldreich, D., Wong, M., Peters, R. M., Kanics, I. M. A tactile automated passive-finger stimulator (TAPS). Journal of Visualized Experiments. (28), e1374 (2009).
- Johnson, K. O., Phillips, J. R. Tactile spatial resolution. I. Two-point discrimination, gap detection, grating resolution, and letter recognition. Journal of Neurophysiology. 46 (6), 1177-1191 (1981).
- Legge, G. E., Madison, C., Vaughn, B. N., Cheong, A. M. Y., Miller, J. C. Retention of high tactile acuity throughout the life span in blindness. Perception and Psychophysics. 70 (8), 1471-1488 (2008).
- Yang, J., Ogasa, T., Ohta, Y., Abe, K., Wu, J. Decline of human tactile angle discrimination in patients with mild cognitive impairment and Alzheimer's disease. Journal of Alzheimer's Disease. 22 (1), 225-234 (2010).
- Wu, J., Yang, J., Ogasa, T. Raised-angle discrimination under passive finger movement. Perception. 39 (7), 993-1006 (2010).
- Sathian, K., Zangaladze, A. Tactile learning is task specific but transfers between fingers. Perception and Psychophysics. 59 (1), 119-128 (1997).
- Wong, M., Peters, R. M., Goldreich, D. A physical constraint on perceptual learning: tactile spatial acuity improves with training to a limit set by finger size. Journal of Neuroscience. 33 (22), 9345-9352 (2013).
- Trzcinski, N. K., Gomez-Ramirez, M., Hsiao, S. S. Functional consequences of experience-dependent plasticity on tactile perception following perceptual learning. European Journal of Neuroscience. 44 (6), 2375-2386 (2016).
- Essock, E. A., Krebs, W. K., Prather, J. R. Superior Sensitivity for Tactile Stimuli Oriented Proximally-Distally on the Finger: Implications for Mixed Class 1 and Class 2 Anisotropies. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 23 (2), 515-527 (1997).
- Gurtubay-Antolin, A., Leon-Cabrera, P., Rodriguez-Fornells, A. Neural evidence of hierarchical cognitive control during Haptic processing: An fMRI study. eNeuro. 5 (6), (2018).
- Yang, J., et al. Tactile priming modulates the activation of the fronto-parietal circuit during tactile angle match and non-match processing: an fMRI study. Frontiers in Human Neuroscience. 8, 926 (2014).
- Yu, Y., Yang, J., Ejima, Y., Fukuyama, H., Wu, J. Asymmetric Functional Connectivity of the Contra- and Ipsilateral Secondary Somatosensory Cortex during Tactile Object Recognition. Frontiers in Human Neuroscience. 11, January (2018).
- Olczak, D., Sukumar, V., Pruszynski, J. A. Edge orientation perception during active touch. Journal of Neurophysiology. 120 (5), 2423-2429 (2018).
- Lederman, S. J., Taylor, M. M. Perception of interpolated position and orientation by vision and active touch. Perception and Psychophysics. 6 (3), 153-159 (1969).
- Peters, R. M., Staibano, P., Goldreich, D. Tactile orientation perception: An ideal observer analysis of human psychophysical performance in relation to macaque area 3b receptive fields. Journal of Neurophysiology. 114 (6), 3076-3096 (2015).
- Bensmaia, S. J., Hsiao, S. S., Denchev, P. V., Killebrew, J. H., Craig, J. C. The tactile perception of stimulus orientation. Somatosensory and Motor Research. 25 (1), 49-59 (2008).
- Morash, V., Pensky, A. E. C., Alfaro, A. U., McKerracher, A. A review of haptic spatial abilities in the blind. Spatial Cognition and Computation. 12 (2-3), 83-95 (2012).
- Wang, W., et al. Tactile angle discriminability improvement: roles of training time intervals and different types of training tasks. Journal of Neurophysiology. 122 (5), 1918-1927 (2019).
- Yang, J., et al. Tactile priming modulates the activation of the fronto-parietal circuit during tactile angle match and non-match processing: an fMRI study. Frontiers in Human Neuroscience. 8, December 926 (2014).
- Peters, R. M., Hackeman, E., Goldreich, D. Diminutive Digits Discern Delicate Details: Fingertip Size and the Sex Difference in Tactile Spatial Acuity. Journal of Neuroscience. 29 (50), 15756-15761 (2009).
- Sathian, K., Zangaladze, A., Green, J., Vitek, J. L., DeLong, M. R. Tactile spatial acuity and roughness discrimination: Impairments due to aging and Parkinson's disease. Neurology. 49 (1), 168-177 (1997).
- Hoehler, F. K. Logistic equations in the analysis of S-shaped curves. Computers in Biology and Medicine. 5 (3), 367-371 (1995).
- Kuehn, E., Doehler, J., Pleger, B. The influence of vision on tactile Hebbian learning. Scientific Reports. 7 (1), 1-11 (2017).
- Weder, B., Nienhusmeier, M., Keel, A., Leenders, K. L., Ludin, H. P. Somatosensory discrimination of shape: Prediction of success in normal volunteers and parkinsonian patients. Experimental Brain Research. 120 (1), 104-108 (1998).
