Psychofysisch verankerd, Robuust Thresholding in het bestuderen Pijngerelateerde Lateralisatie van oscillerende prestimulus Activity
Summary
Psychofysische methoden zoals de QUEST schattingsprocedure efficiënt robuuste schattingen van de stimulatie-intensiteit waarmee nonpainful sensaties overgang naar pijnlijke sensaties opleveren. Door herhaaldelijk te stimuleren op de drempel intensiteit, kunnen de schommelingen in de waardering reacties direct worden toegeschreven aan perceptuele classificaties in de daaropvolgende analyses.
Abstract
In perceptuele studies, is het vaak belangrijk om de gelijke geleverde stimulatie objectieve beoordeling over deelnemers of de intra-individuele gewaarwording magnitude die opgewekt door stimulatie over meerdere proeven kwantificeren. Dit vereist een robuuste mapping stimulus spanning dat waargenomen intensiteit en wordt gewoonlijk bereikt door psychofysische schatting methoden zoals de procedure trap. Nieuwere, efficiëntere procedures, zoals de QUEST algoritme past een psychofysische functie om de gegevens in real time, terwijl op hetzelfde moment het maximaliseren van de efficiëntie van het verzamelen van gegevens. Een robuuste schatting van de drempel intensiteit tussen pijnlijke en nonpainful waarnemingen kunnen dan worden gebruikt om de invloed van variaties in sensorische input daaropvolgende analyses van oscillerende hersenactiviteit verminderen. Door het stimuleren van een constante drempelwaarde intensiteit bepaald door een adaptieve schattingsprocedure kan de variatie in de beoordelingen rechtstreekse gevolg van waarnemingsprocessen.Oscillerende activiteit kan vervolgens worden afgezet tussen de "pijn" en "no-pijn" trials direct, waardoor de activiteit die nauw betrekking heeft op perceptuele indeling processen in nociceptie.
Introduction
Bij het uitvoeren gedragsexperimenten met menselijke deelnemers, is het belangrijk om te kunnen nauwkeurig regelen van de intensiteit van stimuli gepresenteerd. Gebruik stimuli gelijke mate voor alle deelnemers zal echter in sommige instellingen voeren de voorspanning van subjectieve perceptie. Voor sommige perceptuele kwaliteiten zoals pijn, er hoge inter- en intra-individuele variaties in waargenomen intensiteit bij een constante stimulus niveau 1, 2. Voor experimenten die gelijk persoonlijke waarneming aannemen, is het dus noodzakelijk om de subjectief waargenomen intensiteit over deelnemers passen. Dit is ook van belang bij het onderzoek op de waarneming drempelwaarde, bijvoorbeeld tussen pijnlijke en nonpainful stimulatie. Psychofysica onderzoek is gericht dit soort problemen voor tientallen jaren, en vandaag zijn er verfijnde, maar toch eenvoudig te gebruiken methoden om een robuuste psychofysische verankering te bereiken.
ntent "> Een eenvoudige, klassieke werkwijze voor het afbeelden van de intensiteit van een stimulus aan een individu sensatie magnitude is de trap methode 3. Hierbij zijn de intensiteit van opeenvolgende stimuli wordt verhoogd of verlaagd, totdat er een verandering in respons van de deelnemer betreffende de gewenste drempel of positie op de persoonlijke gewaarwording schaal. Herhaling van dit proces aantal keren, levert een plausibele schatting van het keerpunt. de klassieke methoden zijn echter niet gebruik te maken van alle in elke rating proces gegevens te maken. dit leidt tot een onnodig hoge aantal pogingen nodig is om de convergentie te bereiken. methoden zoals (lineaire) regressie of functie fitting kan mislukken, als de aannames voor de relatie tussen de stimulus intensiteit en sensatie magnitude zijn verkeerd of niet in het bezit van de geteste stimulus bereik. het adaptieve procedures niet maar leveren een robuuste puntschatting voor een bepaalde subjectieve intensiteit, maar doen dat efficiënter. Especially langer experimenten, die sterk afhankelijk nauwkeurige schatting van een drempel of gevoel omvang, is het noodzakelijk dat de psychofysische methode robuust en tegelijkertijd efficiënt met betrekking tot het aantal vereiste trials. Dit is vooral belangrijk in gebieden zoals pijn onderzoek, waarbij de totale blootstelling aan pijnlijke stimulatie zo laag mogelijk moeten worden gehouden ten behoeve van de deelnemers.Hoewel de klassieke trap methoden nog veel gebruikt, bijvoorbeeld in kwantitatieve sensorische testen, is het gebruik van meer geavanceerde schattingsmethodieken beter gebruik van de verkregen informatie in de onderzoeken maken gestaag toe. Bij de maximum likelihood schattingsmethode QUEST 4, 5 hier gebruikt, is dit waarschijnlijk te wijten aan de direct beschikbare toepassing in de populaire Matlab Psychtoolbox 6 suite. De moderne, herziene versie van deze procedure superieur klassieke schattingsmethoden zowel robuustheid en het lage aantal pogingen nodig om tot een goede schatting, bij gebruik van de juiste instellingen 7.
De grondgedachte achter de QUEST procedure is om een Weibull functie passen om de binnenkomende gegevens naar de psychofysische transformatie tussen stimulus intensiteit en sensatie magnitude modelleren. De parameters voor de psychofysische Weibull-functie ten dele door de experimentator, bijvoorbeeld de steilheid van de functie of het vertoont door de valse positieve verhouding en responder inconsistentie. De positionering van de parameter van belang langs de intensiteit dimensie wordt benaderd door de procedure met Bayesiaanse maximum likelihood estimation. Hierdoor wordt een waarschijnlijkheidsverdeling aangenomen over de locatie van het doel parameter, namelijk de drempel intensiteit. Gegeven een verstandige voorafgaande aanname voor een dergelijke verdeling, zal het algoritme t bepalenhij het meest informatieve intensiteit die de deelnemer moet reageren. Voor de huidige toepassing van de procedure is het gemiddelde van de voorgaande 8 kansverdeling. Voor elke volgende proef voorafgaande kansverdeling in wezen vermenigvuldigd met de kans gegeven respons van de deelnemer bij de geteste stimulatieniveau, zoals gekenmerkt door de Weibull-functie. Elke reactie wordt gebruikt om continu actualiseren van de kansverdeling schatting voor de drempelparameter. Deze procedure wordt herhaald totdat een bevredigende schatting wordt geproduceerd. De procedure is efficiënter dan een eenvoudige regressie omdat het direct gebruik van de verzamelde antwoorden te bepalen welke stimuleringssterkte de volgende testen. Ook zal de procedure specifiek sonde rond de bezienswaardigheid, bijvoorbeeld een drempel of bepaalde sensatie intensiteit. Met alleen testgegevens uit zo'n beperkt bereik in regressie leidt tot een instabieleschatten, waardoor adaptieve procedures robuuster in instellingen waar slechts relatief geringe aantal studies haalbaar zijn.
Zo krachtige psychofysische verankering kan worden gebruikt om veranderingen in pijngevoeligheid tijd, modulerende effecten hyperalgesie / allodynie onderzoek of pijnstillende werking in farmacologische interventies onder andere instellingen meten. Een ander interessant vooruitzicht kunnen stimuli om de intensiteit verankeren juist op de grens tussen twee sensorische continua is subjectieve perceptie over de overgang van niet-pijnlijke onderzoeken pijnlijke sensatie 9, 10, 11. Dit scenario is zeer interessant omdat als de pijndrempel is robuust geschat, kan pijn en geen pijn voorwaarden worden afgezet in elektro-encefalogram (EEG) activiteit, bijvoorbeeld, zonder de fysische stimulus intensiteit 12. Dit maakt de observation pijn specifieke perceptuele processen onder constante stimulus omstandigheden door het onderzoeken van het verschil in hersenactiviteit tussen trials beoordeeld als pijnlijk en niet-pijnlijk.
We zullen demonstreren hoe de direct beschikbare uitvoering van adaptieve schatting gebruiken Psychtoolbox de individuele pijndrempel stevig vast in een EEG experiment waarbij het contrast tussen pijn en geen pijn activiteit onderzocht lateralisatie effecten, afhankelijk van de stimulatie plaats. Aangezien de stimulatie-intensiteit constant na de drempelwaarde procedure kan worden gehouden, is het niet nodig om rekening te houden EEG activiteit co-variëren met stimulus intensiteit in de daaropvolgende analyse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hier gebruikten we de goed theoretisch gefundeerde QUEST methode om een robuuste psychofysische drempel tussen niet-pijn en pijnperceptie efficiënt te schatten. Bij constante stimulatie drempel maakt een analyse van perceptuele beslissingen onafhankelijk van schommelingen in stimulus magnitude. Terwijl we drempel intensiteit onderzocht op het overgangspunt tussen onschadelijke en schadelijke sensatie domeinen, andere punten langs de pijnschaal (bijvoorbeeld 50 op een 100-punts pijnschaal) kan ook worden …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gefinancierd door de Transregionale Collaborative Research Centre TRR169 "crossmodaal Learning: Adaptiviteit, Voorspelling en Interaction" / German Research Foundation (DFG). De auteurs danken Stephanie Shields voor de nuttige opmerkingen over het manuscript.
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 |
Referências
- Coghill, R. C., McHaffie, J. G., Yen, Y. -. F. Neural correlates of interindividual differences in the subjective experience of pain. Proc. Natl. Acad. Sci. 100 (14), 8538-8542 (2003).
- Schulz, E., Tiemann, L., Schuster, T., Gross, J., Ploner, M. Neurophysiological coding of traits and states in the perception of pain. Cereb. Cortex. 21 (10), 2408-2414 (2011).
- Ehrenstein, W. H., Ehrenstein, A. Psychophysical Methods. Mod. Tech. Neurosci. Res. , 1325 (1999).
- Watson, A. B., Pelli, D. G. Quest: A Bayesian adaptive psychometric method. Percept. Psychophys. 33 (2), 113-120 (1983).
- Sims, J. A., Pelli, D. The ideal psychometric procedure. Investig. Ophthalmol. Vis. Sci. 28, 366 (1987).
- Kleiner, M., Brainard, D., Pelli, D., Ingling, A., Murray, R., Broussard, C. What’s new in psychtoolbox-3. Perception. 36 (14), 1-16 (2007).
- Leek, M. R. Adaptive procedures in psychophysical research. Percept. Psychophys. 63 (8), 1279-1292 (2001).
- King-Smith, P. E., Grigsby, S. S., Vingrys, a. J., Benes, S. C., Supowit, A. Efficient and unbiased modifications of the QUEST threshold method: theory, simulations, experimental evaluation and practical implementation. Vision Res. 34 (7), 885-912 (1994).
- Boly, M., Balteau, E., et al. Baseline brain activity fluctuations predict somatosensory perception in humans. Proc. Natl. Acad. Sci. 104 (29), 12187-12192 (2007).
- Gross, J., Schnitzler, A., Timmermann, L., Ploner, M. Gamma oscillations in human primary somatosensory cortex reflect pain perception. PLoS Biol. 5 (5), 1168-1173 (2007).
- Ploner, M., Lee, M. C., Wiech, K., Bingel, U., Tracey, I. Prestimulus functional connectivity determines pain perception in humans. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107 (1), 355-360 (2010).
- Oertel, B. G., Preibisch, C., et al. Separating brain processing of pain from that of stimulus intensity. Hum. Brain Mapp. 33 (4), 883-894 (2012).
- Goolkasian, P. Cyclic changes in pain perception: an ROC analysis. Percept. Psychophys. 27 (6), 499-504 (1980).
- Hapidou, E. G., Rollman, G. B. Menstrual cycle modulation of tender points. Pain. 77 (2), 151-161 (1998).
- Huskisson, E. C. Measurement of pain. Lancet. 304 (7889), 1127-1131 (1974).
- Brainard, D. H. The Psychophysics Toolbox. Spat. Vis. 10 (4), 433-436 (1997).
- Taesler, P., Rose, M. Prestimulus Theta Oscillations and Connectivity Modulate Pain Perception. J. Neurosci. 36 (18), 5026-5033 (2016).
- Yarnitsky, D., Sprecher, E., Zaslansky, R., Hemli, J. A. Multiple session experimental pain measurement. Pain. 67 (2-3), 327-333 (1996).
- Rosier, E. M., Iadarola, M. J., Coghill, R. C. Reproducibility of pain measurement and pain perception. Pain. 98 (1-2), 205-216 (2002).
- Barthelmé, S., Mamassian, P. A flexible Bayesian method for adaptive measurement in psychophysics. arXiv:0809.0387. , (2008).
