Name: psychophysically-anchored, robust thresholding in studying pain-related lateralization of oscillatory prestimulus activity
Uploaded: 2017-01-21T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Psychophysically-anchored, Robust Thresholding in Studying Pain-related Lateralization of Oscillatory Prestimulus Activity at JoVE.com

Dette arbejde er blevet finansieret af tværregionale Collaborative Research Centre TRR169 &quot;Crossmodal Learning: adaptivity, forudsigelse og Interaktion&quot; / German Research Foundation (DFG). Forfatterne takker Stephanie Shields for nyttige kommentarer til manuskriptet.

<html> Forsøget er godkendt af den etiske kommission af Hamburg lægeforening (PV4509). 1. Deltager Selection <ol><li> Beyond standard udvælgelseskriterier, såsom fitness for smerter stimulation, hoved implantater eller allerede eksisterende neurologiske tilstande, skal du sørge for deltagerne ikke lider af akut eller kronisk smerte, der ikke tager nogen smertestillende medicin, og har ingen kendt historie stofmisbrug. Deltagerne bør heller ikke har deltaget i nogen farmakologiske unde...

<ol>
	<li>Coghill, R. C., McHaffie, J. G., Yen, Y. -. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+correlates+of+interindividual+differences+in+the+subjective+experience+of+pain.">Neural correlates of interindividual differences in the subjective experience of pain.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 100 (14), 8538-8542 (2003).</li><li>Schulz, E., Tiemann, L., Schuster, T., Gross, J., Ploner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurophysiological+coding+of+traits+and+states+in+the+perception+of+pain.">Neurophysiological coding of traits and states in the perception of pain.</a> Cereb. Cortex. 21 (10), 2408-2414 (2011).</li><li>Ehrenstein, W. H., Ehrenstein, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Psychophysical+Methods.">Psychophysical Methods.</a> Mod. Tech. Neurosci. Res. , 1325 (1999).</li><li>Watson, A. B., Pelli, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quest:+A+Bayesian+adaptive+psychometric+method.">Quest: A Bayesian adaptive psychometric method.</a> Percept. Psychophys. 33 (2), 113-120 (1983).</li><li>Sims, J. A., Pelli, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ideal+psychometric+procedure.">The ideal psychometric procedure.</a> Investig. Ophthalmol. Vis. Sci. 28, 366 (1987).</li><li>Kleiner, M., Brainard, D., Pelli, D., Ingling, A., Murray, R., Broussard, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What's+new+in+psychtoolbox-3.">What's new in psychtoolbox-3.</a> Perception. 36 (14), 1-16 (2007).</li><li>Leek, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+procedures+in+psychophysical+research.">Adaptive procedures in psychophysical research.</a> Percept. Psychophys. 63 (8), 1279-1292 (2001).</li><li>King-Smith, P. E., Grigsby, S. S., Vingrys, a. J., Benes, S. C., Supowit, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+and+unbiased+modifications+of+the+QUEST+threshold+method:+theory,+simulations,+experimental+evaluation+and+practical+implementation.">Efficient and unbiased modifications of the QUEST threshold method: theory, simulations, experimental evaluation and practical implementation.</a> Vision Res. 34 (7), 885-912 (1994).</li><li>Boly, M., Balteau, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Baseline+brain+activity+fluctuations+predict+somatosensory+perception+in+humans.">Baseline brain activity fluctuations predict somatosensory perception in humans.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 104 (29), 12187-12192 (2007).</li><li>Gross, J., Schnitzler, A., Timmermann, L., Ploner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gamma+oscillations+in+human+primary+somatosensory+cortex+reflect+pain+perception.">Gamma oscillations in human primary somatosensory cortex reflect pain perception.</a> PLoS Biol. 5 (5), 1168-1173 (2007).</li><li>Ploner, M., Lee, M. C., Wiech, K., Bingel, U., Tracey, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prestimulus+functional+connectivity+determines+pain+perception+in+humans.">Prestimulus functional connectivity determines pain perception in humans.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107 (1), 355-360 (2010).</li><li>Oertel, B. G., Preibisch, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separating+brain+processing+of+pain+from+that+of+stimulus+intensity.">Separating brain processing of pain from that of stimulus intensity.</a> Hum. Brain Mapp. 33 (4), 883-894 (2012).</li><li>Goolkasian, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyclic+changes+in+pain+perception:+an+ROC+analysis.">Cyclic changes in pain perception: an ROC analysis.</a> Percept. Psychophys. 27 (6), 499-504 (1980).</li><li>Hapidou, E. G., Rollman, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Menstrual+cycle+modulation+of+tender+points.">Menstrual cycle modulation of tender points.</a> Pain. 77 (2), 151-161 (1998).</li><li>Huskisson, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+pain.">Measurement of pain.</a> Lancet. 304 (7889), 1127-1131 (1974).</li><li>Brainard, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Psychophysics+Toolbox.">The Psychophysics Toolbox.</a> Spat. Vis. 10 (4), 433-436 (1997).</li><li>Taesler, P., Rose, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prestimulus+Theta+Oscillations+and+Connectivity+Modulate+Pain+Perception.">Prestimulus Theta Oscillations and Connectivity Modulate Pain Perception.</a> J. Neurosci. 36 (18), 5026-5033 (2016).</li><li>Yarnitsky, D., Sprecher, E., Zaslansky, R., Hemli, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+session+experimental+pain+measurement.">Multiple session experimental pain measurement.</a> Pain. 67 (2-3), 327-333 (1996).</li><li>Rosier, E. M., Iadarola, M. J., Coghill, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reproducibility+of+pain+measurement+and+pain+perception.">Reproducibility of pain measurement and pain perception.</a> Pain. 98 (1-2), 205-216 (2002).</li><li>Barthelm&#233;, S., Mamassian, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flexible+Bayesian+method+for+adaptive+measurement+in+psychophysics.">A flexible Bayesian method for adaptive measurement in psychophysics.</a> arXiv:0809.0387. , (2008).</li></ol>

Her brugte vi godt teoretisk funderet QUEST metode til effektivt at estimere en robust psykofysiske tærsklen mellem ikke-smerte og smerteopfattelse. Brug konstant stimulation på denne grænse muliggør en analyse af perceptuelle beslutninger uafhængigt af ændringer i stimulus størrelsesorden. Mens vi undersøgte tærskel intensitet ved overgangspunktet mellem uskadelige og skadelige sensation domæner, andre punkter langs smerte skala (f.eks 50 på en 100-punkt smerteskala) kan også forankres med her præ...

<html> Ved udførelse af adfærdsmæssige eksperimenter med menneskelige deltagere, er det vigtigt at være i stand til nøje at kontrollere intensiteten af ​​præsenterede stimuli. Brug stimuli af samme intensitet for alle deltagere, dog vil i nogle indstillinger introducere bias af subjektive opfattelse. For nogle perceptuelle kvaliteter som smerte, der er høje inter- og intra-individuelle variationer i opfattede intensitet ved et konstant stimulus niveau 1, 2. Til forsøg, som antager lige subjektive perceptioner, er det således en nødvendighed for at matche den subjektivt opfattede intensitet tværs deltagere. Dette er også vigtigt ved undersøgelsen opfattelse på tærskelværdi, fx mellem smertefulde og ikke smertefuldt stimulation. Psykofysik forskning har behandlet disse slags problemer i årtier, og i dag er der sofistikerede men nemme at bruge metoder til rådighed for at opnå robust psykofysiske forankring. ntent &quot;&gt; En enkel, klassisk metode til at kortlægge intensiteten af en stimulus til en individuel fornemmelse størrelsesorden er trappen metode 3. Herved intensiteten af successive stimuli øges eller mindskes, indtil der sker en ændring i deltagerens svar vedrørende ønskede tærskel eller position på den subjektive fornemmelse skala. gentage denne proces flere gange, giver en plausibel skøn over vendepunktet. Klassiske metoder, men undlader at gøre brug af alle de oplysninger, der er indeholdt i hver vurdering forsøg. dette fører til en unødvendig høje antal forsøg for at nå konvergens. Metoder såsom (lineær) regression eller funktion montering kan mislykkes, hvis forudsætningerne for forholdet mellem stimulus intensitet og sensation størrelsesorden er forkerte eller ikke hold i det testede stimulus interval. de adaptive procedurer ikke kun give en robust punkt estimat for en bestemt subjektive intensitet, men gøre det mere effektivt. Especially for længere eksperimenter, der er stærkt afhængige af nøjagtig estimering af en tærskel eller følelse størrelsesorden, er det nødvendigt for den psykofysiske metode til at være både robuste og samtidig effektiv med hensyn til antallet af nødvendige forsøg. Dette er især vigtigt på områder såsom smerte forskning, hvor der skal holdes den samlede udsættelse for smertefulde stimulation så lavt som muligt for deltagernes fordel. Selvom de klassiske trappe metoder stadig er meget udbredt, fx i kvantitativ sensorisk test, er brugen af mere avancerede opgørelsesmetoder, der gøre bedre brug af den erhvervede information på tværs af forsøg støt stigende. I tilfælde af den maksimale likelihood estimation metode QUEST 4, 5 anvendes her, er det sandsynligvis på grund af den let tilgængelige gennemførelse i den populære Matlab PsychToolbox 6 suite. Den moderne, reviderede udgave af denne PRocedure er overlegen i forhold til klassiske opgørelsesmetoder både robusthed og det lave antal forsøg er nødvendige for at nå frem til en tilstrækkelig vurdering, hvis de anvendes med de rigtige indstillinger 7. Rationalet bag QUEST procedure er at montere en Weibull-funktion til de indgående data til at modellere psykofysiske transformation mellem stimulus intensitet og fornemmelse størrelsesorden. Parametrene for psykofysiske Weibull funktionen er delvis afgivet forsøgslederen, f.eks stejlhed funktionen eller forskydningen på grund af den falske positive og responder inkonsistens. Placeringen af ​​parameteren af ​​interesse langs intensitet dimensionen tilnærmes ved proceduren hjælp Bayesian maksimal sandsynlighed estimering. Herved en sandsynlighedsfordeling antaget over placeringen af målet parameter, dvs tærsklen intensitet. Givet en fornuftig forudgående antagelse for en sådan fordeling, vil algoritmen bestemme than mest informative intensitet, at deltageren skal reagere på. For den nuværende gennemførelse af proceduren, dette er middelværdien af den kendte sandsynlighedsfordeling 8. For hver efterfølgende retssag, forudgående sandsynlighedsfordeling er i det væsentlige ganget med sandsynligheden for deltagerens givet svar på den testede stimulation niveau, som karakteriseret ved Weibull-funktionen. Hver svar vil blive brugt til løbende at opdatere estimatet sandsynlighedsfordeling for tærsklen parameter. Denne procedure gentages, indtil en tilfredsstillende estimat produceres. Proceduren er mere effektiv end en simpel regression, fordi det gør øjeblikkelig anvendelse af de indsamlede responser til at bestemme hvilke stimulering intensitet for at teste næste. Desuden vil proceduren specifikt sonde omkring det punkt af interesse, fx en tærskel eller vis fornemmelse intensitet. Brug kun test data fra sådan en begrænset rækkevidde i regression ville føre til en ustabilanslår, hvilket gør adaptive procedurer mere robust i indstillinger hvor kun relativt lave antal forsøg er muligt. Sådan robust psykofysiske forankring kan anvendes til at måle ændringer i smertefølsomhed over tid, modulatoriske virkninger i hyperalgesi / allodynia forskning eller analgetiske virkninger i farmakologiske indgreb, blandt andre indstillinger. En anden interessant mulighed for at kunne forankre stimuli til intensiteten lige på tærsklen mellem to sensorisk continua er at undersøge subjektive opfattelse tværs overgangen fra ikke-smertefuldt at smertefuld fornemmelse 9, 10, 11. Dette scenario er meget interessant, fordi hvis smertetærsklen er robust anslået, kan smerte og ingen smertetilstande i modsætning i elektroencephalografisk (EEG) aktivitet, for eksempel uden at ændre fysisk stimulus intensitet 12. Dette muliggør obsbehold med af smerte-specifikke perceptuelle processer under konstant stimulus betingelser ved at undersøge forskellen i hjernens aktivitet mellem forsøg bedømt som smertefulde og ikke-smertefulde. Vi vil demonstrere, hvordan man bruger let tilgængelige gennemførelse af adaptiv estimering i PsychToolbox til robust fastsætte den individuelle smertetærskel i en EEG forsøg, hvor kontrasten mellem smerte og ingen smerte aktivitet undersøges for lateraliserings virkninger afhængigt stimulering site. Eftersom stimulering intensitet kan holdes konstant efter tærskelværdier procedure, er det ikke nødvendigt at tage højde for EEG aktivitet co-varierende med stimulus intensitet i den efterfølgende analyse.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="835">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">EasyCap electrode cap</td>
			<td style="width:241px;">EasyCap, Woerthsee-Etterschlag, Germany</td>
			<td style="width:211px;">CUCHW-58</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">actiCap active Ag/Cl EEG electrode set</td>
			<td style="width:241px;">BrainProducts GmbH, Gliching, Germany</td>
			<td style="width:211px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">SuperVisc EEG eletrode gel</td>
			<td style="width:241px;">EasyCap, Woerthsee-Etterschlag, Germany</td>
			<td style="width:211px;">V16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">BrainAmp EEG amplifier</td>
			<td style="width:241px;">BrainProducts GmbH, Gliching, Germany</td>
			<td style="width:211px;">BrainAmp Standard</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PsychToolbox-3</td>
			<td style="width:241px;">Mario Kleiner / Open Source</td>
			<td style="width:211px;">-</td>
			<td>Available at http://psychtoolbox.org/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Matlab</td>
			<td style="width:241px;">MathWorks, Natick, MA</td>
			<td style="width:211px;">Matlab R2015b</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">DigiTimer DS7A constant current electrical stimulator</td>
			<td style="width:241px;">DigiTimer Ltd., Hertfordshire, United Kingdom</td>
			<td style="width:211px;">DS7A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

psychophysically-anchored, robust thresholding in studying pain-related lateralization of oscillatory prestimulus activity

I perceptuelle undersøgelser, er det ofte vigtigt at objektivt vurdere lige leveret stimulation tværs deltagere eller at kvantificere intraindividuelle sensation størrelsesorden, der er fremkaldt af stimulation over flere forsøg. Dette kræver en robust kortlægning af stimulus størrelse til opfattet intensitet og opnås almindeligvis ved psykofysiske estimationsmetoder såsom trappe procedure. Nyere og mere effektive procedurer som QUEST algoritmen passe en psykofysisk funktion til data i realtid, mens på samme tid maksimere effektiviteten af ​​dataindsamling. En robust estimat af intensitetstærskelværdi mellem smertefulde og ikke smertefuldt opfattelser kan derefter anvendes til at reducere indflydelsen af ​​ændringer i sanseindtryk i efterfølgende analyser af oscillerende hjerneaktivitet. Ved at stimulere ved en konstant tærskel intensitet bestemt af en adaptiv estimering procedure, kan variansen i de ratings direkte tilskrives perceptuelle processer.Oscillerende aktivitet kan derefter kontrast mellem &quot;smerte&quot; og &quot;no-pain&quot; forsøg direkte, hvilket giver aktivitet, der nøje vedrører processer perceptuelle klassificering i nociception.

Ved hjælp af en bedømmelsesskala opdelt i en halvdel for ikke smertefuldt og halvdelen til smertefulde fornemmelser (figur 1A), kan konstant stimulation påføres over mange forsøg mens endnu eftergivelige ratings hele skalaen midtpunktet (figur 1b). På denne måde kan undgås ændringer i sanseindtryk, og rating resultatet kan være direkte relateret til iboende processer perceptuelle klassificering relateret til smerte. <p class="jove_content" ...

Watch this Scientific Journal Video about Psychophysically-anchored, Robust Thresholding in Studying Pain-related Lateralization of Oscillatory Prestimulus Activity at JoVE.com

Psychophysically-anchored, Robust Thresholding in Studying Pain-related Lateralization of Oscillatory Prestimulus Activity

Psykofysiske metoder såsom QUEST estimering procedure effektivt kan give robuste estimater af stimulering intensitet, hvor ikke smertefuldt fornemmelser overgang til smertefulde fornemmelser. Ved at stimulere gentagne gange på tærsklen intensitet, kan variabiliteten i vurdering svar direkte tilskrives perceptuelle klassifikationer i de efterfølgende analyser.

Psychophysically-forankret, Robust Thresholding i at studere smerte-relaterede lateralisering af Oscillerende Prestimulus aktivitet

In perceptual studies, it is often important to objectively assess the equality of delivered stimulation across participants or to quantify the ...

Research

JoVE Journal

Behavior

Studying Food Reward and Motivation in Humans

Studere mad belønning og motivation hos mennesker

A key challenge in studying reward processing in humans is to go beyond subjective self-report measures and quantify different aspects of reward such as ...

Measurement of Fronto-limbic Activity Using an Emotional Oddball Task in Children with Familial High Risk for Schizophrenia

Måling af Fronto-limbiske aktivitet Brug af en følelsesmæssig Oddball Opgave i børn med Familiær høj risiko for skizofreni

Adolescence is a critical developmental period where the early symptoms of schizophrenia frequently emerge. First-degree relatives of people with ...

Protocol for Studying Extinction of Conditioned Fear in Naturally Cycling Female Rats

Protokol til undersøgelse Extinction af konditioneret Fear i Naturligt Cykling hunrotter

Extinction of conditioned fear has been extensively studied in male rodents. Recently, there have been an increasing number of studies indicating that ...

The Double-H Maze: A Robust Behavioral Test for Learning and Memory in Rodents

Double-H labyrint: En Robust Behavioral Test for Læring og Hukommelse i Gnavere

Spatial cognition research in rodents typically employs the use of maze tasks, whose attributes vary from one maze to the next. These tasks vary by their ...

Evaluation of a Smartphone-based Human Activity Recognition System in a Daily Living Environment

Evaluering af en smartphone-baserede Menneskelig aktivitet Recognition System i en Daily Living Miljø

An evaluation method that includes continuous activities in a daily-living environment was developed for Wearable Mobility Monitoring Systems (WMMS) that ...

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

En trådløs, tovejs grænseflade for In Vivo optagelse og Stimulation af neurale aktivitet i frit opfører rotter

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

Assessing Activity-based Anorexia in Mice

Vurdering af aktivitetsbaseret anoreksi i mus

Rodents develop activity-based anorexia (ABA) when exposed to a restricted feeding schedule and allowed free access to a running wheel. These conditions ...

Stress-Enhanced Fear Learning, a Robust Rodent Model of Post-Traumatic Stress Disorder

Stress-forstærket frygten læring, en Robust gnaver Model af post-traumatisk Stress Disorder

Fear behaviors are important for survival, but disproportionately high levels of fear can increase the vulnerability for developing psychiatric disorders ...

A Visual Guide for Studying Behavioral Defenses to Pathogen Attacks in Leaf-Cutting Ants

En visuel Guide til at studere adfærdsmæssige forsvar og patogen angriber i blad-skæring myrer

The complex lifestyle, evolutionary history of advanced cooperation, and disease defenses of leaf-cutting ants are well studied. Although numerous studies ...