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

Detta arbete har finansierats av Transregional Collaborative Research Centre TRR169 &quot;Crossmodal Learning: Adaptivitet, Prediction och interaktion&quot; / tyska Research Foundation (DFG). Författarna tackar Stephanie Shields för värdefulla synpunkter på manuskriptet.

<html> Experimentet har godkänts av den etiska uppdrag av Hamburg Medical Association (PV4509). 1. Deltagare Selection <ol><li> Utöver standard urvalskriterier, såsom lämplighet för smärtstimulering, huvud implantat eller befintliga neurologiska tillstånd, se till att deltagarna inte lider av akut eller kronisk smärta, inte tar något smärtstillande, och har ingen känd historia av drogmissbruk. Deltagarna bör inte heller ha deltagit i några farmakologiska studier under 4 veckor ...

<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>

Här har vi använt väl teoretiskt grundat QUEST metod för att effektivt uppskatta en robust psyko tröskel mellan icke-smärta och smärtupplevelse. Använda konstant stimulering vid denna tröskel gör en analys av perceptuella beslut oberoende av förändringar i stimulans storlek. Medan vi undersökt tröskelintensiteten vid övergångspunkten mellan oskadliga och skadliga känsel domäner, andra punkter längs smärtskalan (t.ex., 50 på en 100-gradig smärtskala) kan även förankras med det här presen...

<html> När de utför beteendeförsök involverar mänskliga deltagare, är det viktigt att kunna noggrant styra intensiteten hos presenterade stimuli. Använda stimuli av samma intensitet för alla deltagare, men kommer i vissa inställningar införa bias subjektiva uppfattning. För vissa perceptuella egenskaper såsom smärta, det finns höga inter- och intraindividuella variationer i upplevd intensitet vid en konstant stimulans nivå 1, 2. För experiment som antar lika subjektiva percepts är det således en nödvändighet för att matcha den subjektivt uppfattade intensiteten tvärs deltagare. Detta är också viktigt när man undersöker uppfattningen på tröskelnivån, t.ex., mellan smärtsam och nonpainful stimulering. Psyko forskning har tagit upp denna typ av problem i årtionden, och i dag finns det sofistikerade men lättanvända metoder för att uppnå robust psyko förankring. ntent &quot;&gt; En enkel, klassisk metod att kartlägga intensiteten av en stimulans till en enskild känsla storhet trappan metod 3. Härigenom intensiteten av successiva stimuli ökas eller minskas, tills det sker en förändring i deltagarens svar som rör önskad tröskel eller ställning på den subjektiva känslan skala. Upprepa denna process flera gånger, ger en rimlig uppskattning av vändpunkten. klassiska metoder, men misslyckas med att utnyttja all information som finns i varje betygs rättegång. detta leder till en onödigt stort antal försök som krävs för att nå konvergens. Metoder som (linjär) regression eller funktion montering kan misslyckas, om antagandena för relationen mellan stimulusintensitet och känsla magnitud är felaktiga eller inte håller för det testade stimulansområdet. det adaptiva förfaranden inte bara ge en robust punktskattning för en viss subjektivt intensitet, men gör det mer effektivt. Especially längre experiment, som är starkt beroende av korrekt uppskattning av en tröskel eller känsla storlek, är det nödvändigt att psyko metoden att vara både robust och samtidigt effektivt med avseende på antalet erforderliga studier. Detta är särskilt viktigt inom områden såsom smärta forskning, där den totala exponeringen för smärtsam stimulering bör hållas så låg som möjligt för deltagarnas nytta. Även de klassiska trappa metoder fortfarande används i stor utsträckning, till exempel i kvantitativ sensorisk testning, är användningen av mer avancerade skattningsmetoder som bättre utnyttja den förvärvade informationen i studierna ökar stadigt. I fallet med den högsta sannolikhet beräkningsmetod QUEST 4, 5 används här, är detta förmodligen på grund av den lättillgängliga genomförande i den populära Matlab PsychToolbox 6 svit. Den moderna, reviderad version av denna procedure är överlägsen klassiska skattningsmetoder både robusthet och det låga antalet prövningar som krävs för att komma fram till en tillräcklig uppskattning, om de används med rätt inställningar 7. Den logiska grunden bakom QUEST förfarande är att passa en Weibull-funktion på inkommande data för att modellera den psykofysiska transformationen mellan stimulusintensitet och sensation magnitud. Parametrarna för psyko Weibull-funktionen är delvis ges av försöksledaren, till exempel lutning av funktionen eller förskjutningen på grund av falska positiva och svars inkonsekvens. Positioneringen av den intressanta parametern längs intensitetsdimensionen approximeras med proceduren med Bayesian maximum likelihood uppskattning. Härigenom är en sannolikhetsfördelning antas över platsen för mål-parametern, dvs. tröskelintensiteten. Med tanke på en förnuftig tidigare antagande för en sådan fördelning, kommer algoritmen bestämma than mest informativa intensitet som deltagaren ska svara på. För det nuvarande genomförandet av förfarandet, är detta medelvärdet av tidigare fördelningssannolikhet 8. För varje efterföljande rättegång, är den tidigare fördelningssannolikhet i huvudsak multiplicerat med sannolikheten för deltagarens ges svar på den testade stimuleringsnivån, som kännetecknas av Weibull-funktionen. Varje svar kommer att användas för att kontinuerligt uppdatera uppskattningen för tröskelparametern sannolikhetsfördelningen. Denna procedur upprepas till dess att en tillfredsställande uppskattning produceras. Förfarandet är mer effektivt än en enkel regression eftersom det gör omedelbar användning av de insamlade svar för att bestämma vilken stimuleringsintensitet för att testa nästa. Dessutom kommer förfarande som särskilt sondera runt den punkt av intresse, t ex ett tröskelvärde eller viss känsla intensitet. Genom att bara använda testdata från ett sådant begränsat omfång regression skulle leda till en instabiluppskatta, vilket adaptiva förfaranden mer robust i miljöer där endast relativt låga antalet försök är genomförbara. En sådan robust psyko förankring kan användas för att mäta förändringar i smärtkänslighet över tiden, modulerande effekter på hyperalgesi / allodyni forskning eller smärtstillande effekter i farmakologiska interventioner, bland andra inställningar. En annan intressant möjlighet att kunna förankra stimuli till intensiteten bara på tröskeln mellan två sensoriska continua är att undersöka subjektiva uppfattning över övergången från icke-smärtsamt att smärtsam känsla 9, 10, 11. Detta scenario är mycket intressant eftersom om smärttröskeln har kraftigt uppskattas kan smärta och ingen smärttillstånd kontrasteras i elektroencefalografiska (EEG) aktivitet, till exempel, utan att ändra den fysiska stimulusintensitet 12. Detta gör det möjligt för observation av smärtspecifika perceptuella processer under konstanta stimulansförhållanden genom att undersöka skillnaden i hjärnaktivitet mellan försök rankad som smärtsam och icke-smärtsam. Vi kommer att visa hur man använder lättillgängliga genomförande av adaptiv uppskattning i PsychToolbox att kraftigt fastställa den individuella smärttröskeln i en EEG-experiment där undersöks kontrasten mellan smärta och ingen smärta aktivitet för latereffekter, beroende på stimuleringsplatsen. Eftersom stimuleringsintensiteten kan hållas konstant efter tröskling förfarandet, är det inte nödvändigt att redogöra för EEG-aktivitet co varierande med stimulusintensitet i den efterföljande analysen.

<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 perceptuella studier, är det ofta viktigt att objektivt bedöma lika levererade stimulering över deltagare eller att kvantifiera den intraindividuella sensation storleksordning som framkallas genom stimulering över flera försök. Detta kräver en robust kartläggning av stimulus storleksordning upplevd intensitet och vanligen uppnås genom psykofysiska skattningsmetoder såsom trappan förfarande. Nyare, mer effektiva förfaranden som QUEST algoritmen passar en psyko funktion till data i realtid medan samtidigt maximera effektiviteten av datainsamling. En robust uppskattning av tröskelintensiteten mellan smärtsamma och nonpainful uppfattningar kan sedan användas för att minska inverkan av variationer i sinnesintryck i efterföljande analyser av oscillerande hjärnaktivitet. Genom att stimulera vid en konstant tröskel intensitet bestäms av ett förfarande adaptiv uppskattning, kan variationen i betyg direkt tillskrivas perceptuella processer.Oscillerande aktivitet kan sedan jämföras mellan &quot;smärta&quot; och &quot;no-smärta&quot; försök direkt, vilket ger aktivitet som är nära avser perceptuella klassificeringsprocesser i nociception.

Med hjälp av en skala delad rating till en halv för nonpainful och en halv för smärtsamma känslor (Figur 1a), kan konstant stimulering appliceras över många prövningar medan fortfarande avkastnings betyg över skala mittpunkten (Figur 1b). På så sätt kan förändringar i sinnesintryck undvikas och betyget utfallet kan vara direkt relaterade till inneboende perceptuella klassificerings processer relaterade till smärta. <p class="jove_conte...

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

Psykofysiska metoder såsom förfarandet QUEST uppskattning kan effektivt ge robusta uppskattningar av stimulering intensitet där nonpainful förnimmelser övergång till smärtsamma känslor. Genom att stimulera upprepade gånger på tröskeln intensitet, kan variationen i kreditvärderings svar direkt tillskrivas perceptuella klassificeringar i efterföljande analyser.

Psykofysiskt förankrad, Robust Tröskling att studera smärta relaterade Later av oscillerande 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

Studera Mat Belöning och motivation hos människor

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

Mätning av Fronto-limbiska aktivitet Använda en Emotional Oddball uppgift hos barn med Familial hög risk för 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 för att studera Extinction av kondition Rädsla i naturligt Cykla honråttor

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 för Lärande och minne hos gnagare

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

Utvärdering av en Smartphone-baserade Human Activity Recognition System i en Daily Living miljö

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 trådlös, dubbelriktad Interface för In Vivo inspelning och stimulering av Neural aktivitet i fritt bete råtta

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

Bedömningen av verksamhetsbaserad anorexi hos möss

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-förbättrade rädsla lärande, en Robust gnagare modell av posttraumatiskt stressyndrom

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 för att studera beteendemässiga försvar att patogenen attacker i blad-skärning myror

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