Psicofisica-ancorato, Thresholding robusta nello studio del dolore legati lateralizzazione delle oscillatorio Prestimulus Activity

Summary

metodi psicofisici, come la procedura di stima QUEST possono produrre in modo efficiente le stime robuste della intensità di stimolazione in cui le sensazioni non dolorosi transizione in sensazioni dolorose. Stimolando più volte l'intensità di soglia, la variabilità nelle risposte di rating può essere direttamente attribuita a classificazioni percettivi in ​​analisi successive.

Abstract

Negli studi di percezione, spesso è importante valutare oggettivamente l'uguaglianza di stimolazione consegnato tra i partecipanti o per quantificare l'intra-individuale grandezza sensazione che viene evocata dalla stimolazione su più prove. Ciò richiede una mappatura robusto stimolo grandezza all'intensità percepita ed è comunemente realizzato con metodi di stima psicofisici come la procedura di scala. Recenti, procedure più efficaci come l'algoritmo QUEST inseriscono una funzione psicofisica ai dati in tempo reale, mentre allo stesso tempo massimizzare l'efficienza della raccolta dei dati. Una stima attendibile dell'intensità soglia tra percezioni dolorose e non dolorose può quindi essere utilizzato per ridurre l'influenza delle variazioni in input sensoriale in successive analisi di attività cerebrale oscillatorio. Stimolando ad una intensità costante di soglia determinato da una procedura di stima adattativa, la varianza nelle valutazioni può essere direttamente attribuita ai processi percettivi.l'attività oscillatoria può quindi essere in contrasto tra "dolore" e prove "no-dolore" direttamente, cedendo attività che riguarda da vicino i processi di classificazione percettivi in ​​nocicezione.

Introduction

Nel condurre esperimenti comportamentali coinvolge soggetti umani, è importante essere in grado di controllare attentamente le intensità di stimoli presentati. Utilizzando stimoli di pari intensità per tutti i partecipanti, tuttavia, in alcune impostazioni introdurre la distorsione della percezione soggettiva. Per alcune qualità percettive, come il dolore, ci sono alte variazioni inter- e intra-individuali di intensità percepita a livello di stimolo costante ^{1, 2.} Per gli esperimenti che assumono pari percezioni soggettive, è quindi una necessità per abbinare l'intensità soggettivamente percepita tra i partecipanti. Questo è anche importante quando si esaminano percezione a livello di soglia, ad esempio, tra la stimolazione dolorosa e dolorosi. la ricerca psicofisica ha affrontato questo tipo di problemi per decenni, e oggi ci sono sofisticati ma semplici da usare metodi disponibili per ottenere robusto ancoraggio psicofisico.

S copi "> un semplice metodo classico di mappare l'intensità di uno stimolo per un individuo grandezza sensazione è il metodo scala ^3. Con la presente, l'intensità degli stimoli successivi è aumentato o diminuito, fino a quando c'è un cambiamento nella risposta del partecipante relativa soglia desiderato o posizione sulla scala sensazione soggettiva. Ripetendo questo processo numero di volte, produce una stima plausibile del punto di inversione. I metodi classici, tuttavia, non riescono a sfruttare tutte le informazioni contenute in ogni prova valutazione. questo porta ad un inutile elevato numero di prove necessario per raggiungere la convergenza. Metodi come la regressione (lineare) o raccordo funzione potrebbe non riuscire, se i presupposti per la relazione tra intensità dello stimolo e la sensazione di magnitudo sono sbagliate o non valgono per la gamma di stimolo testato. le procedure di adattamento non solo produrre una stima puntuale robusto per una certa intensità soggettiva, ma farlo in modo più efficiente. Especially per esperimenti più lunghi, che dipendono prevalentemente dalla stima accurata di una soglia o sensazione portata, è necessario che il metodo psicofisico di essere sia robusto e allo stesso tempo efficiente rispetto al numero di prove necessarie. Ciò è particolarmente importante in settori quali la ricerca sul dolore, in cui l'esposizione totale alla stimolazione dolorosa deve essere mantenuto il più basso possibile per il beneficio dei partecipanti.

Anche se i metodi classici della scala sono ancora ampiamente utilizzati, ad esempio in fase di test sensoriali quantitativi, l'uso di metodi di stima più avanzate che fare un uso migliore delle informazioni acquisite in tutti gli studi è in costante aumento. Nel caso del metodo stima di massima verosimiglianza QUEST ^{4, 5} usato qui, questo è probabilmente dovuto all'applicazione facilmente disponibili sul popolare Matlab PsychToolbox ⁶ interno. La versione moderna, rivista del procedure è superiore ai metodi di stima classici sia nella solidità e il basso numero di prove necessarie per giungere a una stima sufficiente, se usato con le impostazioni corrette ^7.

La logica alla base del procedimento QUEST è quello di adattare una funzione di Weibull per i dati in arrivo per modellare la trasformazione psico-fisico tra l'intensità dello stimolo e la sensazione grandezza. I parametri per la funzione psicofisica Weibull sono in parte determinata dallo sperimentatore, ad esempio, la pendenza della funzione o l'offset a causa del tasso di falsi e responder incoerenza positivo. Il posizionamento del parametro di interesse lungo la dimensione intensità è approssimata dalla procedura utilizzando stima di massima verosimiglianza bayesiana. Con la presente, una distribuzione di probabilità è assunto sulla posizione del parametro target, ossia l'intensità soglia. Dato un presupposto preliminare ragionevole per tale distribuzione, l'algoritmo determina tha più informativo intensità che il partecipante deve rispondere. Per l'implementazione corrente della procedura, questa è la media della distribuzione di probabilità a priori ^8. Per ogni prova successiva, la distribuzione di probabilità a priori è essenzialmente moltiplicata con la probabilità di data risposta del partecipante a livello di stimolazione testato, come caratterizzato dalla funzione di Weibull. Ogni risposta sarà utilizzato per aggiornare continuamente la stima della distribuzione di probabilità per il parametro di soglia. Questa procedura viene ripetuta fino a ottenere una stima soddisfacente. La procedura è più efficiente di un semplice regressione perché fa uso immediato delle risposte raccolte per determinare quale intensità di stimolazione per testare successivo. Inoltre, la procedura specificamente sondare intorno al punto di interesse, ad esempio una soglia o certa intensità sensazione. Utilizzando i dati solo test da una tale gamma limitata nella regressione porterebbe ad un instabilestimare, rendendo le procedure adattive più robusto in contesti in cui solo i numeri relativamente bassi di prove sono fattibili.

Tale robusto ancoraggio psicofisico può essere utilizzato per misurare i cambiamenti nella sensibilità del dolore nel corso del tempo, effetti modulatori in iperalgesia ricerca / allodinia o effetti analgesici in interventi farmacologici, tra le altre impostazioni. Un'altra prospettiva interessante poter ancorare stimoli all'intensità proprio alla soglia tra due continua sensoriale è esaminare percezione personale attraverso il passaggio dal non doloroso sensazione dolorosa ^{9, 10, 11.} Questo scenario è molto interessante perché se la soglia del dolore è stato stimato robusta, condizioni di dolore e nessuno dolore possono essere contrapposte a elettroencefalografico (EEG) L'attività, per esempio, senza modificare l'intensità dello stimolo fisico ^12. Ciò consente di OBervation dei processi percettivi specifici per il dolore in condizioni di costante stimolo esaminando la differenza di attività cerebrale tra le prove valutato come doloroso e non doloroso.

Noi dimostrare come utilizzare l'attuazione prontamente disponibile della stima adattativa in PsychToolbox determinare energicamente la soglia del dolore individuale in un esperimento EEG dove il contrasto tra l'attività del dolore e nessun dolore viene esaminato per effetti lateralizzazione, a seconda del sito di stimolazione. Poiché l'intensità di stimolazione può essere mantenuta costante dopo la procedura soglia, non è necessario tenere conto di attività EEG co-varianti con intensità dello stimolo nella successiva analisi.

Protocol

L'esperimento è stato approvato dalla commissione etica dell'associazione medica di Amburgo (PV4509). Selezione 1. partecipante Al di là di criteri di selezione standard, come il fitness per la stimolazione del dolore, gli impianti di testa o condizioni neurologiche preesistenti, assicurarsi che i partecipanti non sono affetti da dolore acuto o cronico, non sono di prendere qualsiasi farmaco di dolore, e non hanno alcuna storia nota di abuso di sostanze. I partecip…

Representative Results

Usando una scala di valutazione suddiviso in una metà per non dolorosi e una metà di sensazioni dolorose (Figura 1A), costante stimolazione può essere applicato su molte prove mentre ancora feedback rendimento in tutto il punto medio scala (Figura 1b). In questo modo, le variazioni di input sensoriali può essere evitato, e il risultato del rating può essere direttamente correlata alla intrinseche dei processi di classificazione percettivi legati al …

Discussion

Qui abbiamo usato il metodo QUEST bene teoricamente fondato per stimare in modo efficiente una robusta soglia psicofisico tra non-dolore e la percezione del dolore. Utilizzando la stimolazione costante a questa soglia consente un'analisi delle decisioni percettive indipendenti delle variazioni di stimoli grandezza. Mentre abbiamo esaminato intensità di soglia in corrispondenza del punto di transizione tra i domini sensazione innocui e nocive, altri punti lungo la scala del dolore (ad esempio, 50 su una sca…

Materials

EasyCap electrode cap	EasyCap, Woerthsee-Etterschlag, Germany	CUCHW-58
actiCap active Ag/Cl EEG electrode set	BrainProducts GmbH, Gliching, Germany	–
SuperVisc EEG eletrode gel	EasyCap, Woerthsee-Etterschlag, Germany	V16
BrainAmp EEG amplifier	BrainProducts GmbH, Gliching, Germany	BrainAmp Standard
PsychToolbox-3	Mario Kleiner / Open Source	–	Available at http://psychtoolbox.org/
Matlab	MathWorks, Natick, MA	Matlab R2015b
DigiTimer DS7A constant current electrical stimulator	DigiTimer Ltd., Hertfordshire, United Kingdom	DS7A