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 arbeidet har blitt finansiert av regional Collaborative Research Centre TRR169 &quot;Crossmodal Learning: adaptivitet, Tippe og Samspill&quot; / tysk Research Foundation (DFG). Forfatterne takker Stephanie Shields for nyttige kommentarer til manuskriptet.

<html> Forsøket har blitt godkjent av etikk provisjon av Hamburg Medical Association (PV4509). 1. Deltaker Selection <ol><li> Utover standard utvalgskriterier som trenings for smerte stimulering, hode implantater eller pre-eksisterende nevrologiske tilstander, sørg for at deltakerne ikke lider av akutt eller kronisk smerte, er ikke å ta noen smertestillende medikamenter, og har ingen kjent historie med rusmisbruk. Deltakerne bør heller ikke ha tatt del i noen farmakologiske studier i l?...

<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 brukte vi vel teoretisk grunnlagt QUEST metode for å effektivt estimere en robust psykologisk terskel mellom ikke-smerte og smerteopplevelse. Ved hjelp av konstant stimulering ved denne terskelen muliggjør en analyse av perseptuelle beslutninger uavhengig av endringer i stimulus størrelsesorden. Mens vi undersøkt terskelintensiteten i overgangen mellom uskadelige og skadelige følelse domener, andre punkter langs den smerteskala (for eksempel 50 på en 100-punkts smerte skala) kan også forankres med de...

<html> Ved gjennomføring av atferdsmessige eksperimenter som omfatter mennesker, deltakere, er det viktig å være i stand til nøye å kontrollere intensiteten av fremlagte stimuli. Ved hjelp av stimuli av lik intensitet for alle deltakerne, men vil i noen settinger introdusere skjevhet av subjektiv oppfatning. For noen perseptuelle kvaliteter som smerte, det er høye inter- og intra-individuelle forskjeller i oppfattet intensitet på et konstant stimulans nivå 1, 2. For eksperimenter som antar like subjektiv persepter, er det derfor en nødvendighet for å matche den subjektivt oppfattede intensitet over deltakere. Dette er også viktig når undersøke oppfatning på terskelnivå, for eksempel mellom smertefull og nonpainful stimulering. Psyko forskning har adressert disse slags problemer i flere tiår, og i dag er det sofistikerte, men enkle å bruke metoder for å oppnå robuste psykologisk forankring. ntent &quot;&gt; En enkel, klassiske metode for å kartlegge intensiteten av en stimulus til en individuell følelse størrelse er trappen metode 3. Herved intensiteten av suksessive stimuli økes eller reduseres, inntil det er en endring i deltakerens responsen i forbindelse med den ønsket terskel eller posisjon på den subjektive følelsen skala. gjenta denne prosessen flere ganger, gir en plausibel estimat for reversering punkt. Klassiske metoder, men ikke klarer å gjøre bruk av all informasjon som finnes i hver vurdering rettssaken. dette fører til en unødvendig høyt antall forsøk er nødvendig for å nå konvergens. Metoder som (lineær) regresjon eller funksjon montering kan mislykkes, dersom forutsetningene for forholdet mellom stimulus intensitet og følelse magnitude er galt eller ikke holder for de testede stimulus-serien. det adaptive prosedyrer ikke bare gir en robust punktestimat for en viss subjektive intensitet, men gjør det mer effektivt. Especially for lengre eksperimenter, som er helt avhengige av nøyaktig estimering av en terskel eller følelse størrelse, er det nødvendig for den psyko metode for å være både robust og samtidig effektiv med hensyn til antallet nødvendige forsøk. Dette er spesielt viktig i områder som smerteforskning, hvor den totale eksponeringen for smertefull stimulering bør holdes så lav som mulig for deltakernes nytte. Selv om de klassiske trappe metodene er fortsatt mye brukt, for eksempel i kvantitativ sensorisk testing, er bruk av mer avanserte estimeringsmetoder som gjør bedre bruk av relevant informasjon på tvers av studiene stadig økende. I tilfellet av den maksimale sannsynlighetsestimatet metode Quest 4, 5 som er brukt her, er dette sannsynligvis på grunn av den lett tilgjengelige gjennomføringen i den populære Matlab PsychToolbox 6 pakke. Den moderne, revidert versjon av denne procedure er overlegen i forhold til klassisk estimeringsmetoder både i robusthet og den lave antall forsøk som kreves for å komme fram til et tilstrekkelig estimat, hvis brukt med de rette innstillingene 7. Begrunnelsen QUEST prosedyren er å passe en Weibull funksjon på de innkommende data for å modellere psykologisk forvandling mellom stimulus intensitet og følelse størrelsesorden. Parametrene for psyko Weibull funksjon er delvis gitt av eksperimentator, f.eks hvor bratt funksjonen eller offset på grunn av falske positive og responder inkonsekvens. Posisjoneringen av parameteren av interesse langs intensiteten dimensjon er tilnærmet ved hjelp av fremgangsmåten Bayesian maksimum sannsynlighetsestimering. Herved blir en sannsynlighetsfordeling antatt over posisjonen av målet parameter, dvs. den terskelintensiteten. Gitt en fornuftig tidligere antagelse for en slik fordeling, vil algoritmen bestemme than mest informative intensitet at deltakeren skal svare på. For den aktuelle implementering av fremgangsmåten, er dette gjennomsnittet av de forutgående sannsynlighetsfordeling 8. For hver påfølgende prøveperioden, er det tidligere sannsynlighetsfordelingen i hovedsak multiplisert med sannsynligheten for deltakerens gitt respons på stimulering testet nivå, som kjennetegnes av Weibull-funksjonen. Hver reaksjon blir brukt til kontinuerlig å oppdatere sannsynlighetsfordelingen estimat for terskelparameteren. Denne prosedyren gjentas inntil et tilfredsstillende estimat blir produsert. Fremgangsmåten er mer effektiv enn en enkel regresjon fordi det gjør umiddelbar bruk av de innsamlede responser for å bestemme hvilken stimulering intensitet for å teste neste. Dessuten vil prosedyren spesielt sondere rundt punkt av interesse, for eksempel en terskel eller viss følelse intensitet. Ved hjelp av bare teste data fra et slikt begrenset utvalg i regresjon ville føre til en ustabilanslå, noe som gjør adaptive prosedyrer mer robust i miljøer hvor kun relativt lavt antall forsøk er gjennomførbare. En slik sterk psyko forankring kan brukes til å måle endringer i smertefølsomhet over tid, regulerende effekt på hyperalgesi / allodynia forskning eller smertestillende effekter i farmakologiske intervensjoner, blant andre innstillinger. En annen interessant utsiktene til å være i stand til å forankre stimuli til intensitet bare på terskelen mellom to sensorisk continua er å undersøke subjektive oppfatningen tvers over overgangen fra ikke-smertefulle til smertefull følelse 9, 10, 11. Dette scenariet er meget interessant fordi hvis smerteterskelen er robust estimert, kan smerte og ikke-smertetilstander stå i kontrast i elektroencefalografiske (EEG) aktivitet, for eksempel, uten å endre fysisk stimulus intensitet 12. Dette åpner for at observation av smertespesifikke perseptuelle prosesser under konstante tiltaksforhold ved å undersøke forskjellen i hjerneaktiviteten mellom studier vurdert som smertefull og ikke-smertefull. Vi vil demonstrere hvordan man bruker lett tilgjengelige gjennomføring av adaptiv estimering i PsychToolbox for å robust bestemme den individuelle smerteterskelen i et EEG eksperiment hvor kontrasten mellom smerte og ingen smerte aktivitet blir kontrollert for lateralization effekter, avhengig av stimulering området. Siden stimulering intensitet kan holdes konstant etter at terskelprosedyren, er det ikke nødvendig å gjøre rede for EEG-aktivitet ko-stimulus med varierende intensitet i den etterfølgende 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 perseptuelle studier, er det ofte viktig å objektivt vurdere likestilling levert stimulering over deltakere eller å kvantifisere intra-individuell følelse størrelsesorden som er fremkalt ved stimulering over flere studier. Dette krever et robust kartlegging av stimulus størrelse til oppfattet intensitet og er ofte oppnådd ved psykoestimeringsmetoder slik som trapp prosedyre. Nyere og mer effektive prosedyrer som QUEST algoritmen passe en psykologisk funksjon på dataene i sann tid, mens på samme tid maksimerer effektiviteten av datainnsamlingen. En robust estimat av terskelintensiteten mellom smertefulle og nonpainful oppfatninger kan deretter brukes for å redusere innflytelsen av variasjoner i sanseinntrykk i etterfølgende analyser av svingningshjerneaktivitet. Ved å stimulere til en konstant terskel intensitet bestemmes av en adaptiv estimering prosedyre, kan variansen i rangeringer knyttes direkte til perseptuelle prosesser.Oscillasjon aktivitet kan da stå i motsetning mellom &quot;smerte&quot; og &quot;no-smerte&quot; prøvelser direkte, noe som gir aktivitet som nært knyttet til perseptuelle klassifiseringsprosesser i nociception.

Ved hjelp av en karakterskala delt inn i en halv for nonpainful og en halv for smertefulle opplevelser (Figur 1a), kan konstant stimulering påføres over mange prøvelser mens atter givende karakterer over hele skalaen punktet (figur 1b). På denne måten kan endringer i sanseinntrykk unngås, og vurdering utfallet kan være direkte relatert til iboende perseptuelle klassifiserings prosesser knyttet til smerte. <p class="jove_content" fo:keep-togeth...

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

Psyko metoder som QUEST estimering prosedyren kan effektivt gi robuste estimater for stimulering intensitet der nonpainful sensasjoner overgang til smertefulle opplevelser. Ved å stimulere flere ganger på terskelen intensitet, kan variasjonen i vurdering svarene direkte tilskrives perseptuelle klassifikasjoner i senere analyser.

Psychophysically-forankret, Robust Terskelverdier i å studere Pain relaterte lateralization svingnings 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

Studerer Mat Belønning og motivasjon 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 av Fronto-limbiske aktivitet Bruke en emosjonell Oddball Task hos barn med familiær høy risiko for schizofreni

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

Protokoll for å studere Extinction av aircondition Fear i Naturally Sykling hunnrotter

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 Maze: En Robust Behavioral Test for læring og hukommelse i Gnagere

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 av en smarttelefon-basert Menneskelig aktivitet Recognition System i en Daily Living Environment

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, toveis grensesnitt for In Vivo -opptak og stimulering av nevrale aktivitet i fritt oppfører seg 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

Vurdere aktivitetsbaserte 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-forbedret frykt læring, en Robust gnager modell av posttraumatisk stresslidelse

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 visuell Guide for å studere atferdsmessige forsvar til patogen angrep i Leaf-kutting maurene

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