Summary
Dit werk illustreert een standaardprocedure en drempelbepaling door de R-index om de ruimtelijke linguale tactiele gevoeligheid te beoordelen met behulp van een roosteroriëntatietest.
Abstract
Individuele drempels door R-indexschattingen worden berekend met behulp van een roosteroriëntatietest (6 verschillende gereedschappen met een toenemende roostergrootte van 0,20-1,25 mm) om de ruimtelijke linguale tactiele gevoeligheid te beoordelen. Tijdens het experiment worden de proefpersonen geblinddoekt en gevraagd om de oriëntatie van het rooster (horizontaal of verticaal) op de tong te specificeren. R-index is gebaseerd op signal detection theory (SDT) en is een geschatte kans op het correct identificeren van een doelprikkel (het signaal, bijvoorbeeld de juiste oriëntatie) in vergelijking met een alternatieve stimulus (de ruis, bijvoorbeeld de onjuiste oriëntatie). Zodra de R-indexwaarden voor elk onderwerp en elke gereedschapsdimensie zijn berekend, is het mogelijk om de individuele drempel af te leiden door de twee R-indices direct onder en boven de vastgestelde cut-off (typisch 75%) te interpoleren op basis van eenzijdige kritische waarden van de R-index. Deze procedure kan nuttig zijn op medisch gebied om de associatie tussen orale tactiele gevoeligheid, spraakhelderheid en slikstoornissen te bestuderen, evenals in sensorische en consumentenstudies om individuele variatie in textuurperceptie, voedselvoorkeuren en eetgedrag te onderzoeken.
Introduction
De textuur en het mondgevoel van voedsel spelen een belangrijke rol bij het liken1,2,3,4, en hoewel onderzoek verschillen in textuurperceptie heeft gevonden als gevolg van factoren zoals kauwgedrag2,5, speekselstroom en samenstelling6,7, zijn er beperkte methoden beschikbaar om variatie in orale tactiele receptoren (mechanoreceptoren) te beoordelen. De mondholte herbergt verschillende soorten mechanoreceptoren in de mond: Merkel-receptoren, Ruffini-cilinders en Meissner-bloedlichaampjes8. Mechanoreceptoren kunnen in twee groepen worden ingedeeld: langzaam aanpassen en snel aanpassen. Langzaam aanpassende mechanoreceptoren (Ruffini-cilinders en Merkel-receptoren) produceren continu signalen terwijl ze worden gestimuleerd. Daarentegen reageren snel aanpassende mechanoreceptoren (Meissner's bloedlichaampjes) op het begin en einde van de stimulatie met een signaal. Tactiele scherpte varieert sterk over tongoppervlakken en tussen individuen, mogelijk als gevolg van verschillen in mechanoreceptorgevoeligheid. De locatie en het aantal mechanoreceptoren in de mondholte, de verschillen in de ruimtelijke ordening/dichtheid van de mechanoreceptoren (ruimtelijke scherpte), of de verschillen in hun gevoeligheid bij activering kunnen de oorzaak zijn van deze intra- en interindividuele variabiliteit. Verschillende methoden om te evalueren en te screenen op variatie in mechanoreceptorgevoeligheid in de mondholte zijn gepubliceerd, waaronder von Frey-filamenten9,10, letterherkenning11,12, raspreriëntatietests13 en flexibele elektrode-array14,15. De raspenoriëntatietest vereist dat vierkante roosters (figuur 1, figuur 2) met verschillende groefbreedtes op de tong van een geblinddoekte proefpersoon worden geplaatst. Ze geven aan of proefpersonen de roosters in een horizontale of verticale oriëntatie waarnemen. Antwoorden worden gebruikt om gemiddelde drempels te berekenen op basis van het vermogen van het onderwerp om de oriëntatie voor de verschillende roostermaten te onderscheiden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Een geïnformeerde, schriftelijke toestemming is ondertekend door alle deelnemers. Deze studie werd goedgekeurd door de Ethische Commissie van de Universiteit van Milaan (nr. 48/19) en uitgevoerd in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki.
1. Opleiding van experimentatoren
- Neem het roostergereedschap en breng een kracht van 100 g aan op een spons die op een weegschaal is geplaatst.
OPMERKING: Zie figuur 1 voor het schema van het roostergereedschap dat in dit onderzoek is gebruikt - Herhaal deze procedure ten minste 10 keer om variatie in de kracht te verminderen die wordt uitgeoefend door het rooster op de tongen van de proefpersonen tijdens het testen, zowel binnen als tussen experimentatoren.
2. Beoordelingsprocedure
OPMERKING: Voer de beoordeling van de tactiele scherpte uit volgens de vereiste gezondheids- en veiligheidsnorm om de veiligheid van het onderwerp te garanderen (bijv. Masker, handschoenen en laboratoriumjas).
- Toon alle roosters (0,20 mm, 0,25 mm, 0,50 mm, 0,75 mm, 1,00 mm, 1,25 mm) (figuur 2) op een tafel buiten het zicht van de deelnemer.
- Plaats de deelnemer in een comfortabele stoel en informeer hen dat ze het experiment op elk gewenst moment kunnen verlaten.
- Informeer de deelnemer dat ze geblinddoekt zullen worden tijdens het experiment en gevraagd om hun tong op een comfortabele en ontspannen manier uit te steken.
- Maak de proefpersonen voorafgaand aan het begin van het experiment vertrouwd met de procedure met behulp van het grootste rooster (1,25 mm) om de uitgeoefende kracht aan te tonen (100 g gedurende 3 s).
- Informeer de deelnemers dat ze een slok water kunnen nemen wanneer dat nodig wordt geacht.
- Breng elk rasp aan op de tong van de proefpersonen (voorste deel van de tong net rond de middellijn).
- Vraag de proefpersonen na elke aanraking om met hun handen de oriëntatie van het gereedschap (horizontaal of verticaal) en hun mate van zekerheid (zeker, onzeker) aan te geven. Proefpersonen moeten raden of ze het niet weten.
- Neem na elke aanraking alle antwoorden (horizontaal, verticaal, zeker, niet zeker) voor elk onderwerp op in een spreadsheet (aanvullende tabel 1).
- Herhaal elk rooster zo vaak als nodig wordt geacht voor de geselecteerde R-Index-afsnijding, bijvoorbeeld 6 keer, 3 horizontaal en 3 verticaal (aanvullende tabel 1).
- Steriliseer elk rooster na het testen van elke deelnemer (zie rubriek 4).
OPMERKING: De tong moet voorzichtig uit de mond steken zonder inspanning van de vrijwilligers om overmatige vermoeidheid te voorkomen, wat zou leiden tot een verandering in hun prestatieresultaten. Het is belangrijk op te merken dat hoe hoger de herhalingen door raspen, hoe betrouwbaarder de meting16.
3. Reinigingsprotocol
- Bereid een oplossing bestaande uit 20 ml natriumhypochloriet (zie materiaaltabel) verdund in 1 l water volgens de instructies van de fabrikant.
- Schud de oplossing handmatig gedurende enkele seconden.
- Vul 6 kopjes met ongeveer 20 ml van de desinfecterende oplossing om elk gereedschap volledig in de oplossing onder te dompelen.
- Plaats elk gereedschap in de bijbehorende beker.
- Laat het gereedschap 15-20 min weken.
- Spoel het gereedschap af met veel water volgens de instructies van de fabrikant en schrob ze met een tandenborstel om ervoor te zorgen dat eventuele natriumhypochlorietresten worden verwijderd.
- Laat het gereedschap aan de lucht drogen.
4. R-index berekening
- Maak een responsmatrix voor elke vrijwilliger en voor alle hulpmiddelen (figuur 3) op basis van de responsfrequenties die worden gebruikt om de R-index te berekenen met behulp van de volgende vergelijking:
OPMERKING: R-index drukt de individuele tactiele gevoeligheid uit voor elk gereedschap16. De R-index is gebaseerd op SDT17 en vertegenwoordigt een geschatte waarschijnlijkheid van het onderscheiden van een doelprikkel (d.w.z. het signaal) van een alternatieve stimulus (d.w.z. de ruis). Het signaal en de ruis komen overeen met de juiste of onjuiste identificatie van de horizontaal-verticale oriëntatie van het rooster. Er kunnen vier responsopties voor zowel signaal als ruis optreden: "horizontaal-zeker", "horizontaal-onzeker", "verticaal-onzeker" en "verticaal-zeker"16. R-indexwaarden variëren tussen 0-1. Een hogere R-indexwaarde duidt op betere discriminatie.
5. Gevoeligheid en drempelbepaling door de schattingen van de R-index
- Om te bepalen of een proefpersoon de oriëntatie van elk gereedschap kan onderscheiden, berekent u de cut-off met behulp van een tabel met kritische waarden voor R-index significantietests18
OPMERKING: Gezien het huidige voorbeeld, dat overeenkomt met 36 presentaties (d.w.z. elk rooster 6 keer gepresenteerd, 3 horizontaal en 3 verticaal), is de afkapwaarde voor discriminatie ingesteld op 0,7426 volgens de eenzijdige kritische waarden van de R-index voor α = 0,0518. - Als een voldoende groot aantal gereedschappen wordt gebruikt (bijvoorbeeld zes verschillende roosterafmetingen)19, leid dan schattingen van de R-indexdrempel af.
- Om de drempel voor elk onderwerp te berekenen, interpoleert u de twee R-indices direct onder en boven de afkapwaarde20.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Een totaal van 70 gezonde volwassenen (leeftijdscategorie = 19-33 jaar; gemiddelde leeftijd = 22,0; 52,9% vrouwen) waren betrokken bij de studie, zoals aangetoond in Appiani et al. (2020)21.
Als voorbeeld is de R-indexverdeling naar leeftijd voor vierkant 0,75 mm weergegeven in figuur 4. Elk punt vertegenwoordigt een ander onderwerp. Onderwerpen boven de stippellijn (afkapwaarde: 0,7426) zijn degenen die de oriëntatie van het rooster correct identificeren (gevoeliger).
De prestaties voor de zes roosters en de afgeleide schatting van de R-indexdrempel van één proefpersoon zijn weergegeven in figuur 5. In dit geval komt de drempel overeen met 0,99 mm. Proefpersonen met lage drempelwaarden zijn in staat om een kleinere staafgrootte (gevoeliger) te herkennen, terwijl proefpersonen met hoge drempelwaarden meer input (grotere staafgrootte) nodig hebben om de stimulus cognitief waar te nemen (minder gevoelig)10. In het onderhavige geval kunnen de drempelwaarden variëren van 0,20-1,25 mm. Niettemin kunnen twee extreme waarden worden bereikt: onderwerpen met een drempel <0,20 mm zijn degenen die de oriëntatie van de vierkanten kunnen herkennen vanaf de kleinste grootte (0,20 mm). Omgekeerd kunnen de deelnemers die een drempel > 1,25 mm registreren, geen van de raspmaten onderscheiden. Een voorbeeld van een drempelgegevensset wordt gerapporteerd in aanvullende tabel 2.
Figuur 1: Beschrijving van de gereedschappen. Vierkante schematische tekening Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Vierkanten met steeds grotere groeven/balken. De figuur toont de zes roosters, variërend van de kleinste (0,20 mm) tot de grootste (1,25 mm). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Responsmatrix. De figuur toont de responsmatrix die wordt gebruikt om de R-index te berekenen. Signaal (S) en ruis (N) komen overeen met respectievelijk de horizontale en verticale oriëntatie. Letters van "a" tot "h" zijn gehele getallen die waarden tussen 0 en 3 aannemen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: R-indexverdeling naar leeftijd voor vierkant 0,75 mm. De stippellijn vertegenwoordigt de afkapwaarde (0,7426). Onderwerpen die zich boven de stippellijn bevinden, zijn onderwerpen die de oriëntatie van het gereedschap correct aangeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Individuele drempelberekening. R-indexwaarden van één onderwerp en berekening van de relevante drempel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Aanvullende tabel 1: Een voorbeeld van een spreadsheet die door de experimentatoren wordt gebruikt om de antwoorden van de deelnemers vast te leggen. De eerste kolom (proefnummer) vertegenwoordigt het aantal presentaties; als voorbeeld worden 36 mogelijke presentaties gerapporteerd. De tweede kolom (combinatie) geeft de grootte van het rooster (G) en de oriëntatie (HORIZ./VERT.) aan. De onderzoeker rapporteert het antwoord van het onderwerp in de kolom "Antwoord" (Horizontaal / Verticaal) en geeft de mate van zekerheid aan met behulp van de laatste kolom (Zeker / Onzeker). Klik hier om deze tabel te downloaden.
Aanvullende tabel 2: De dataset die wordt gebruikt om individuele drempels te berekenen. De eerste drie kolommen rapporteren de identificatiecode, de leeftijd en het geslacht voor elk onderwerp. Kolommen 4-9 rapporteren de R-indexwaarden voor elk gereedschap. Vetgedrukt worden de waarden direct boven en onder de cut-off vermeld die zijn gebruikt voor de berekening van individuele drempels door interpolatie (laatste kolom). Klik hier om deze tabel te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Er zijn weinig geldige instrumenten beschikbaar voor het meten van tactiele scherpte10,11,13,22. Von Frey-filamenten zijn een geschikte methode gebleken voor het meten van zowel de tactiele scherpte van de huid als de orale tactiele scherpte10,21,22. Deze instrumenten meten echter een andere dimensie van linguale tactiele scherpte dan de roosteroriëntatietest21. Von Frey filamenten meten contactdetectie terwijl roosters ruimtelijke resolutie gevoeligheid. Deze twee verschillende sensorische functies worden bediend door verschillende neurale mechanismen23,24,25.
Andere bekende gereedschappen zijn de JVP-koepels (Stoelting Co, Wood Dale, IL, VS), die sterk lijken op die welke in de huidige procedure worden gebruikt. Deze hulpmiddelen worden echter voornamelijk gebruikt om de tactiele scherpte van de huid te meten, omdat ze een lagere gevoeligheid hebben (van 0,35-3,00 mm) dan de gemiddelde ruimtelijke resolutie op de tong (0,58 mm)13. Om deze reden evalueerden Appiani et al. (2020)21 de cognitieve en perceptieve geschiktheid van de op maat gemaakte roosters die in dit protocol worden gebruikt, die extra groefbreedten van minder dan 0,50 mm (d.w.z. 0,20 en 0,25 mm) hebben om een reeks afmetingen op te nemen die meer geschikt zijn voor de beoordeling van orale tactiele gevoeligheid21. Het gereedschap bestaat uit polytetrafluorethyleen machinaal gesneden vierkante blokken van 1 cm2 gegraveerd met roosters op hun oppervlak. Elk vierkant heeft een hoogte van 5 mm en wordt vastgehouden door een smalle cilindrische staaf (2 cm lang) (figuur 1). Zowel de staafgrootte als de afstand tussen elke staaf (de groefbreedte) variëren tussen vierkanten, maar zijn consistent binnen een vierkant. De groefdiepte neemt 1,5 keer de groefbreedte toe om ervoor te zorgen dat de tong tijdens het testen de onderkant van het vierkant niet raakt13. Het aantal vierkanten dat wordt gebruikt om de gevoeligheid van proefpersonen te evalueren, kan variëren, net als de grootte van de staven, maar eerder onderzoek heeft aangetoond dat zes vierkanten die variëren in de kleinste staafgroottes, variërend van 0,20 mm tot 1,25 mm, nodig zijn om discriminatie tussen individuen voor de tong te bieden13,24 (figuur 2).
In de onderhavige procedure wordt de berekening van een index (de R-index) voorgesteld om de orale discriminatie van een specifieke raspgrootte te beoordelen. Bovendien, als het aantal gereedschappen groot genoeg is (bijvoorbeeld zes gereedschappen), rapporteert de huidige procedure de berekening van individuele drempels in overeenstemming met Robinson en collega's20.
Dit protocol toont een geldige, gemakkelijke en snelle manier om tactiele scherpte ter hoogte van de tong te meten. Er moet echter worden gewezen op enkele uitdagingen die van invloed kunnen zijn op de betrouwbaarheid van de test21. Over het algemeen kan de betrouwbaarheid van de instrumenten worden beïnvloed door de experimentator. Daarom moet een zorgvuldige training en kalibratie van de experimentatoren worden gegarandeerd om een consistente en gestandaardiseerde kracht op de tong van het onderwerp uit te oefenen. Bovendien kunnen de onwillekeurige bewegingen van de linguale spier en de droogheid van het linguale oppervlak de metingen beïnvloeden. Zo wordt van de vrijwilligers die hun tong relatief lang uitgestrekt moeten houden, gevraagd zich flink te concentreren. Het optreden van deze beperkingen varieert sterk tussen individuen. Het kan echter worden verminderd door te suggereren dat de proefpersonen de tong ontspannen houden tussen de tanden en lippen en mogelijk de kin op de handen plaatsen. Bovendien worden vrijwilligers uitgenodigd om tijdens de test meerdere keren te stoppen om wat water te drinken.
Toekomstige studies zouden diepgaand kunnen kijken naar de associatie tussen individuele linguale tactiele scherpte, voedselvoorkeuren, voedselkeuzes en voedingsstatus. Dit protocol kan ook nuttig zijn in een klinische omgeving om kwetsbare populaties met slik- of mondholtestoornissen te bestuderen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
We erkennen alle deelnemers, vrijwilligers en anderen die betrokken zijn bij het onderzoek. We zijn Sandra Stolzenbach Wæhrens en Wender Bredie (Universiteit van Kopenhagen) dankbaar voor het ontwerpen van de vierkanten die worden gebruikt in de huidige roosteroriëntatietest. Dit onderzoek werd gefinancierd door de Universiteit van Milaan, Piano di sostegno alla ricerca 2018.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Custom-made squares | University of Reading; University of Copenhagen | Squares of 1 cm2 from polytetrafluoroethylene (PTFE) | |
| Disinfenctant solution (20% sodium hypochlorite) | Amuchina, Angelini S.p.A., Roma, Italy | ||
| Eye masks | Various | ||
| Gloves | Various | ||
| Lab coat | Various | ||
| Plastic cup for drinking water | Various | ||
| Excel | Microsoft |
References
- Guinard, J. X., Mazzucchelli, R. The sensory perception of texture and mouthfeel. Trends in Food Science & Technology. 7 (7), 213-219 (1996).
- Jeltema, M., Beckley, J., Vahalik, J. Food texture assessment and preference based on mouth behavior. Food Quality and Preference. 52, 160-171 (2016).
- Scott, C. L., Downey, R. G. Types of food aversions: animal, vegetable, and texture. The Journal of Psychology. 141 (2), 127-134 (2007).
- Laureati, M., et al. Individual differences in texture preferences among European children: Development and validation of the Child Food Texture Preference Questionnaire (CFTPQ). Food Quality and Preference. 80, 103828 (2020).
- de Lavergne, M. D., Derks, J. A., Ketel, E. C., de Wijk, R. A., Stieger, M. Eating behaviour explains differences between individuals in dynamic texture perception of sausages. Food Quality and Preference. 41, 189-200 (2015).
- Engelen, L., de Wijk, R. A. Oral processing and texture perception. Food Oral Processing: Fundamentals of Eating and Sensory Perception. 8, Blackwell Publishing Ltd. 157-176 (2012).
- Stokes, J. R., Boehm, M. W., Baier, S. K. Oral processing, texture and mouthfeel: From rheology to tribology and beyond. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 18 (4), 349-359 (2013).
- Engelen, L. Oral receptors. Food Oral Processing: Fundamentals of Eating and Sensory Perception. , Blackwell Publishing Ltd. 15-38 (2012).
- Yackinous, C., Guinard, J. X. Relation between PROP taster status and fat perception, touch, and olfaction. Physiology & Behavior. 72 (3), 427-437 (2001).
- Etter, N. M., Breen, S. P., Alcala, M. I., Ziegler, G. R., Hayes, J. E. Assessment of midline lingual point-pressure somatosensation using Von Frey hair monofilaments. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (156), (2020).
- Essick, G. K., Chen, C. C., Kelly, D. G. A letter-recognition task to assess lingual tactile acuity. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 57 (11), 1324-1330 (1999).
- Essick, G. K., Chopra, A., Guest, S., McGlone, F. Lingual tactile acuity, taste perception, and the density and diameter of fungiform papillae in female subjects. Physiology & Behavior. 80 (2-3), 289-302 (2003).
- Van Boven, R. W., Johnson, K. O. The limit of tactile spatial resolution in humans: grating orientation discrimination at the lip, tongue, and finger. Neurology. 44 (12), 2361 (1994).
- Moritz, J., Turk, P., Williams, J. D., Stone-Roy, L. M. Perceived intensity and discrimination ability for lingual electrotactile stimulation depends on location and orientation of electrodes. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 186 (2017).
- Bach-y-Rita, P., Kaczmarek, K. A., Tyler, M. E., Garcia-Lara, J. Form perception with a 49-point electrotactile stimulus array on the tongue: a technical note. Journal Of Rehabilitation Research and Development. 35, 427-430 (1998).
- O'Mahony, M. Understanding discrimination tests: A user-friendly treatment of response bias, rating and ranking R-index tests and their relationship to signal detection. Journal of Sensory Studies. 7 (1), 1-47 (1992).
- Lee, H. S., Van Hout, D. Quantification of sensory and food quality: The R-index analysis. Journal of Food Science. 74 (6), 57-64 (2009).
- Bi, J., O'Mahony, M. Updated and extended table for testing the significance of the R-index. Journal of Sensory Studies. 22, 713-720 (2007).
- Bertoli, S., et al. Taste sensitivity, nutritional status and metabolic syndrome: Implication in weight loss dietary interventions. World Journal of Diabetes. 5 (5), 717 (2014).
- Robinson, K. M., Klein, B. P., Lee, S. Y. Utilizing the R-index measure for threshold testing in model caffeine solutions. Food Quality and Preference. 16 (4), 283-289 (2005).
- Appiani, M., Rabitti, N. S., Methven, L., Cattaneo, C., Laureati, M. Assessment of lingual tactile sensitivity in children and adults: Methodological suitability and challenges. Foods. 9 (11), 1594 (2020).
- Cattaneo, C., Liu, J., Bech, A. C., Pagliarini, E., Bredie, W. L. Cross-cultural differences in lingual tactile acuity, taste sensitivity phenotypical markers, and preferred oral processing behaviors. Food Quality and Preference. 80, 103803 (2020).
- Abraira, V. E., Ginty, D. D.
- 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), 1177-1192 (1981).
- Phillips, J. R., Johnson, K. O. Tactile spatial resolution. II. Neural representation of bars, edges, and gratings in monkey primary afferents. Journal of Neurophysiology. 46 (6), 1192-1203 (1981).
