Taktiler halbautomatischer Passiv-Finger-Winkelstimulator (TSPAS)
Summary
Präsentiert wird der taktile semiautomatische Passiv-Finger-Winkelstimulator TSPAS, eine neue Möglichkeit, taktile räumliche Schärfe und taktile Winkeldiskriminierung mit einem computergesteuerten taktilen Stimulussystem zu bewerten, das erhöhte Winkelreize auf das passive Fingerpad eines Subjekts anwendet und dabei Bewegungsgeschwindigkeit, Entfernung und Kontaktdauer steuert.
Abstract
Passive taktile Wahrnehmung ist die Fähigkeit, stimulierende Informationen aus der Haut passiv und statisch wahrzunehmen; zum Beispiel ist die Fähigkeit, räumliche Informationen zu spüren, die stärkste in der Haut an den Händen. Diese Fähigkeit wird als taktile räumliche Schärfe bezeichnet und wird durch die taktile Schwelle oder Diskriminierungsschwelle gemessen. Derzeit wird die Zwei-Punkte-Schwelle weitgehend als Maß für die taktile räumliche Schärfe verwendet, obwohl viele Studien gezeigt haben, dass kritische Defizite bei der Zwei-Punkt-Diskriminierung bestehen. Daher wurde ein computergesteuertes taktiles Stimulussystem entwickelt, der taktile semiautomatische Passivfingerwinkelstimulator (TSPAS), der die taktile Winkeldiskriminierungsschwelle als neues Maß für taktile räumliche Schärfe verwendet. Das TSPAS ist ein einfaches, einfach zu bedienendes System, das erhöhte Winkelreize auf das passive Fingerpad eines Motivs anwendet und dabei Bewegungsgeschwindigkeit, Entfernung und Kontaktdauer steuert. Die Komponenten des TSPAS werden detailliert beschrieben, ebenso wie das Verfahren zur Berechnung der Schwellenwertfür die Diskriminierung in taktilen Winkeln.
Introduction
Die Berührungswahrnehmung ist eine grundlegende Form der Empfindungen, die vom somatosensorischen System verarbeitet werden, einschließlich haptischer Wahrnehmung und taktiler Wahrnehmung. Passive taktile Wahrnehmung, im Gegensatz zur aktiven Exploration, bedeutet, dass das Objekt bewegt wird, um Kontakt mit statischer Haut1,2zu machen. Wie in anderen Sinnen wird die räumliche Auflösung in der taktilen Wahrnehmung, auch als taktile räumliche Schärfe bezeichnet, in der Regel durch die taktile Schwelle, die Erkennungsschwelle oder die Diskriminierungsschwelle2,3dargestellt. In den letzten 100 Jahren wurde die Zwei-Punkte-Schwelle häufig als Maß für die taktile räumliche Schärfe4verwendet. Viele Studien haben jedoch gezeigt, dass der Zwei-Punkte-Schwellenwert ein ungültiger Index der taktilen räumlichen Fähigkeit ist, da Zweipunktdiskriminierung (TPD) nicht räumliche Hinweise nicht ausschließen kann (z. B. wenn zwei Punkte zu nahe sind, können sie ein einzelnes affektives empfängliches Feld lokalisieren, das leicht eine erhöhte neuronale Aktivität hervorruft) und ein stabiles Kriterium für die Antworten3,4,5beibehalten können). Aufgrund der Anzahl der Nachteile von TPD wurden mehrere neue und vielversprechende Methoden als Ersatz entwickelt, wie taktile Gitterorientierung (GO)3,6, Zweipunkt-Orientierungsdiskriminierung5, erhöhte Buchstabenerkennung, Lückenerkennung7, Punktmuster, Landolt C Ringe8und Winkeldiskriminierung (AD)9,10. Aufgrund der Vorteile des Betriebs von GO sowie der räumlichen Struktur und Komplexität des verwendeten Stimulus wird GO derzeit zunehmend zur Messung der taktilen räumlichen Schärfe11,12,13verwendet.
Obwohl man davon ausgeht, dass sich taktiles GO auf zugrunde liegende räumliche Mechanismen stützt und damit ein zuverlässiges Maß für die taktile räumliche Schärfe liefert, wird immer noch diskutiert, ob die GO-Leistung teilweise durch nicht räumliche Hinweise 14 beeinflusst wird (z.B. intensive Anzeichen, die einen Hinweis auf die Identifizierung des Unterschieds zwischen Orientierungsreizen liefern können). Darüber hinaus besteht GO nur aus einfachen räumlichen Orientierungsaufgaben (d.h. horizontalen und vertikalen) Aufgaben und beinhaltet in erster Linie die sensorische Verarbeitung, die seine Verwendung bei der Erforschung des hierarchischen Zusammenspiels zwischen taktiler Primärverarbeitung im primären somatosensorischen Kortex und dem taktilen fortgeschrittenen Besitz mit dem hinteren parietalen Kortex (PPC) und dem supramarginalen Gyrus (SMG)15,16,17einschränkt. Um diese Nachteile auszugleichen, wurde taktile AD entwickelt, um taktile räumliche Schärfe9,10zu messen. In AD gleiten passiv zwei Winkel über die Fingerspitze. Die Winkel variieren in der Größe, und der Betreff muss bestimmen, welcher der Winkel größer ist. Um diese Aufgabe konsequent zu erfüllen, müssen räumliche Merkmale taktiler Winkel dargestellt und im Arbeitsgedächtnis gespeichert und dann verglichen und erkannt werden. Daher beinhaltet taktile AD nicht nur primäre Verarbeitung, sondern auch fortgeschrittene Kognition der taktilen Wahrnehmung, wie Arbeitsgedächtnis und Aufmerksamkeit.
Wie in einer Vielzahl von Linienorientierungswahrnehmungstests wird das Motiv in taktiler AD sukzessive mit einem Bezugswinkel und einem Vergleichswinkel dargestellt und wird gebeten anzugeben, welcher der größere Winkel18,19,20,21ist. Die Linien, die die Winkel zusammenstellen, sind gleich lang und symmetrisch entlang eines imaginären Bisektors verteilt. Durch symmetrisches Ändern der räumlichen Bemaßungen der Linien können alle Arten von erhöhten Ebenenwinkeln erstellt werden. Ein entscheidender Vorteil dieser Methode besteht daher darin, dass die differenzierten Winkel ähnliche räumliche Strukturen aufweisen. Darüber hinaus ist die räumliche Darstellung, die im AD gewonnen wird, sequenzieller als die in GO gewonnene. Der AD-Schwellenwert liefert jedoch Beweise dafür, dass taktile räumliche Schärfe ausreicht, um eine räumliche Diskriminierung zwischen Objekten zu ermöglichen22. Darüber hinaus kann die taktile räumliche Wahrnehmung des Winkels von Punkt zu Linie erlebt werden und schließlich einen zweidimensionalen Ebenenwinkel bilden, in dem nicht räumliche Hinweise nur eine kleine Rolle spielen können.
Es wurde festgestellt, dass die AD-Schwelle mit zunehmendem Alter zunimmt, was auf die Notwendigkeit einer hohen kognitiven Belastung in der taktilen AD-Aufgabe zurückzuführen sein könnte. So, Es kann einen Überwachungsmechanismus in kognitive Beeinträchtigung Diagnose9,10. Obwohl die AD-Leistung durch den altersbedingten Rückgang beeinträchtigt wird, kann sie bei jungen Menschen durch kontinuierliche Weiterbildung oder ähnliche taktile Aufgabenausbildung deutlich verbessert werden23. Darüber hinaus zeigten fMRI-Studien, dass eine verzögerte Taktwinkelaufgabe mit Übereinstimmung mit Derstichprobe bestimmte kortikale Bereiche aktivierte, die für das Arbeitsgedächtnis verantwortlich waren, wie z. B. der hintere parietale Kortex17,24. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass taktile Winkeldiskriminierung eine vielversprechende Maßnahme für taktile räumliche Schärfe mit fortgeschrittener Kognition ist. Hier wird die taktile AD-Ausrüstung und ihre Verwendung ausführlich beschrieben. Andere taktile Forscher können die AD-Geräte reproduzieren und in ihrer Forschung verwenden.
Die taktile AD-Ausrüstung oder der taktile halbautomatische Passivfingerwinkelstimulator (TSPAS) verwendet einen elektronischen Schlitten, um ein Paar Winkelreize zu transportieren, um passiv über die Haut zu gleiten (Abbildung 1). Die Arme der Probanden liegen bequem, auf einer Tischplatte. Die rechte Hand sitzt auf einer Handplatte in der Tabelle, und ein Zeigefingerpad befindet sich etwas unterhalb der Öffnung der Platte. Computersoftware kann die Folie steuern, sie mit einer festen Geschwindigkeit bewegen und vorwärts und rückwärts bewegen. Wenn sich die Folie vorwärts bewegt, gleiten die Winkelreize passiv mit fester Geschwindigkeit über die Haut, beginnend mit der Fingerspitze. Wenn sich die Folie rückwärts in ihre Ausgangsposition bewegt und sich in ein anderes Paar Winkelreize ändert, muss das Subjekt den Zeigefinger nach oben heben und auf einen Befehl warten, um ihn wieder leicht an der Öffnung zu platzieren. So präsentiert das Gerät taktile Winkelreize bei kontrollierter Geschwindigkeit, stabile Kontaktdauer und konstantes Interstimulus-Intervall. Der Betreff meldet mündlich eine Sequenznummer, und der Experimentator registriert sie als Antwort und führt die nächste Studie durch.
Abbildung 1: Übersicht über das TSPAS.
Das Gerät besteht aus vier Teilen: 1) taktilen Winkelreizen (d. h. dem Referenzwinkel und zehn Vergleichswinkeln); 2) die Handplatte, die die Hand des Motivs an Ort und Stelle fixiert und nur den Zeigefinger in Kontakt mit den Reizen hält; 3) der elektronische Schieber, der die taktilen Reize trägt; und 4) das PC-Steuerungssystem, das die Geschwindigkeit und den Bewegungsabstand des elektronischen Dias steuert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ein neues Maß für die taktile räumliche Schärfe, die taktile AD, wird vorgestellt. In diesem System gleitet ein Paar Winkel passiv über das immobilisierte Zeigefingerpad eines Motivs. AD kombiniert die Vorteile von GO und TPD und reduziert die Wirkung intensiver Hinweise und die neuronale Spitzenimpulsrate eines einzelnen Punktes. Diese Studie zeigt, dass sich die Wahrnehmungsdiskriminierung allmählich ändert, da sich der Winkelunterschied zwischen dem Referenzwinkel und dem Vergleichswinkel4</su…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der Japan Society for the Promotion of Science KAKENHI Grants JP17J40084, JP18K15339, JP18H05009, JP18H01411, JP18K18835 und JP17K18855 unterstützt. Wir danken auch dem Techniker (Yoshihiko Tamura) in unserem Labor, dass er uns bei der Herstellung des erhöhten Winkels geholfen hat.
Materials
| 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 |
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