Name: using the race model inequality to quantify behavioral multisensory integration effects
Uploaded: 2019-05-10T14:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using the Race Model Inequality to Quantify Behavioral Multisensory Integration Effects at JoVE.com

Den nuvarande kroppen av arbete stöds av det nationella institutet för åldrande vid National Institute of Health (K01AG049813 till JRM). Kompletterande finansiering tillhandahölls av den Resnick Gerontology Center av Albert Einstein College of Medicine. Särskilt tack till alla volontärer och forskningspersonal för exceptionellt stöd med detta projekt.

Alla deltagare tillhandahöll skriftligt informerat samtycke till de experimentella förfarandena, som godkändes av den institutionella Granskningsnämnden vid Albert Einstein College of Medicine.
1. deltagarnas rekrytering, inklusionskriterier och samtycke
<ol><li>Rekrytera en relativt stor kohort av engelsktalande personer som kan ambulera självständigt och är fria från betydande Sensorisk förlust; aktiva neurologiska eller psykiska störningar som stör experimentella utvärderingar...

<ol>
	<li>Foxe, J., 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=Auditory-somatosensory+multisensory+processing+in+auditory+association+cortex:+an+fMRI+study.">Auditory-somatosensory multisensory processing in auditory association cortex: an fMRI study.</a> Journal of Neurophysiology. 88 (1), 540-543 (2002).</li><li>Molholm, S., 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=Multisensory+auditory-visual+interactions+during+early+sensory+processing+in+humans:+a+high-density+electrical+mapping+study.">Multisensory auditory-visual interactions during early sensory processing in humans: a high-density electrical mapping study.</a> Brain Research: Cognitive Brain Research. 14 (1), 115-128 (2002).</li><li>Murray, M. M., 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=Grabbing+your+ear:+rapid+auditory-somatosensory+multisensory+interactions+in+low-level+sensory+cortices+are+not+constrained+by+stimulus+alignment.">Grabbing your ear: rapid auditory-somatosensory multisensory interactions in low-level sensory cortices are not constrained by stimulus alignment.</a> Cerebral Cortex. 15 (7), 963-974 (2005).</li><li>Molholm, S., 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=Audio-visual+multisensory+integration+in+superior+parietal+lobule+revealed+by+human+intracranial+recordings.">Audio-visual multisensory integration in superior parietal lobule revealed by human intracranial recordings.</a> Journal of Neurophysiology. 96 (2), 721-729 (2006).</li><li>Peiffer, A. M., Mozolic, J. L., Hugenschmidt, C. E., Laurienti, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-related+multisensory+enhancement+in+a+simple+audiovisual+detection+task.">Age-related multisensory enhancement in a simple audiovisual detection task.</a> Neuroreport. 18 (10), 1077-1081 (2007).</li><li>Brandwein, A. B., 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=The+development+of+audiovisual+multisensory+integration+across+childhood+and+early+adolescence:+a+high-density+electrical+mapping+study.">The development of audiovisual multisensory integration across childhood and early adolescence: a high-density electrical mapping study.</a> Cerebral Cortex. 21 (5), 1042-1055 (2011).</li><li>Girard, S., Collignon, O., Lepore, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multisensory+gain+within+and+across+hemispaces+in+simple+and+choice+reaction+time+paradigms.">Multisensory gain within and across hemispaces in simple and choice reaction time paradigms.</a> Experimental Brain Research. 214 (1), 1-8 (2011).</li><li>Mahoney, J. R., Li, P. C., Oh-Park, M., Verghese, J., Holtzer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multisensory+integration+across+the+senses+in+young+and+old+adults.">Multisensory integration across the senses in young and old adults.</a> Brain Research. 1426, 43-53 (2011).</li><li>Foxe, J. J., Ross, L. A., Molholm, S., Stein, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+38.">Ch. 38.</a> The New Handbook of Multisensory Processing. , 691-706 (2012).</li><li>Kinchla, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+target+elements+in+multielement+arrays:+A+confusability+model.">Detecting target elements in multielement arrays: A confusability model.</a> Perception and Psychophysics. 15, 149-158 (1974).</li><li>Miller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Divided+attention:+Evidence+for+coactivation+with+redundant+signals.">Divided attention: Evidence for coactivation with redundant signals.</a> Cognitive Psychology. 14 (2), 247-279 (1982).</li><li>Eriksen, C. W., Goettl, B., St James, J. D., Fournier, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Processing+redundant+signals:+coactivation,+divided+attention,+or+what?.">Processing redundant signals: coactivation, divided attention, or what?.</a> Perception and Psychophysics. 45 (4), 356-370 (1989).</li><li>Mordkoff, J. T., Yantis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+interactive+race+model+of+divided+attention.">An interactive race model of divided attention.</a> Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 17 (2), 520-538 (1991).</li><li>Miller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Timecourse+of+coactivation+in+bimodal+divided+attention.">Timecourse of coactivation in bimodal divided attention.</a> Perception and Psychophysics. 40 (5), 331-343 (1986).</li><li>Gondan, M., Lange, K., Rosler, F., Roder, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+redundant+target+effect+is+affected+by+modality+switch+costs.">The redundant target effect is affected by modality switch costs.</a> Psychonomic Bulletin Review. 11 (2), 307-313 (2004).</li><li>Colonius, H., Diederich, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+race+model+inequality:+interpreting+a+geometric+measure+of+the+amount+of+violation.">The race model inequality: interpreting a geometric measure of the amount of violation.</a> Psychological Review. 113 (1), 148-154 (2006).</li><li>Maris, G., Maris, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Testing+the+race+model+inequality:+A+nonparametric+approach.">Testing the race model inequality: A nonparametric approach.</a> Journal of Mathematical Psychology. 47 (5-6), 507-514 (2003).</li><li>Clark, J. J., Yuille, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Data Fusion for Sensory Information Processing Systems. , (1990).</li><li>Ernst, M. O., Banks, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Humans+integrate+visual+and+haptic+information+in+a+statistically+optimal+fashion.">Humans integrate visual and haptic information in a statistically optimal fashion.</a> Nature. 415 (6870), 429-433 (2002).</li><li>Mahoney, J. R., Verghese, J., Dumas, K., Wang, C., Holtzer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+multisensory+cues+on+attention+in+aging.">The effect of multisensory cues on attention in aging.</a> Brain Research. 1472, 63-73 (2012).</li><li>Mahoney, J. R., Holtzer, R., Verghese, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual-somatosensory+integration+and+balance:+evidence+for+psychophysical+integrative+differences+in+aging.">Visual-somatosensory integration and balance: evidence for psychophysical integrative differences in aging.</a> Multisensory Research. 27 (1), 17-42 (2014).</li><li>Mahoney, J. R., Dumas, K., Holtzer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual-Somatosensory+Integration+is+linked+to+Physical+Activity+Level+in+Older+Adults.">Visual-Somatosensory Integration is linked to Physical Activity Level in Older Adults.</a> Multisensory Research. 28 (1-2), 11-29 (2015).</li><li>Dumas, K., Holtzer, R., Mahoney, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual-Somatosensory+Integration+in+Older+Adults:+Links+to+Sensory+Functioning.">Visual-Somatosensory Integration in Older Adults: Links to Sensory Functioning.</a> Multisensory Research. 29 (4-5), 397-420 (2016).</li><li>Couth, S., Gowen, E., Poliakoff, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+race+model+violation+to+explore+multisensory+responses+in+older+adults:+Enhanced+multisensory+integration+or+slower+unisensory+processing.">Using race model violation to explore multisensory responses in older adults: Enhanced multisensory integration or slower unisensory processing.</a> Multisensory Research. 31 (3-4), 151-174 (2017).</li><li>Gondan, M., Minakata, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+tutorial+on+testing+the+race+model+inequality.">A tutorial on testing the race model inequality.</a> Attention, Perception &amp; Psychophysics. 78 (3), 723-735 (2016).</li><li>Gondan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+permutation+test+for+the+race+model+inequality.">A permutation test for the race model inequality.</a> Behavior Research Methods. 42 (1), 23-28 (2010).</li><li>Kiesel, A., Miller, J., Ulrich, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+biases+and+Type+I+error+accumulation+in+tests+of+the+race+model+inequality.">Systematic biases and Type I error accumulation in tests of the race model inequality.</a> Behavior Research Methods. 39 (3), 539-551 (2007).</li><li>Mahoney, J., Cotton, K., Verghese, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multisensory+Integration+Predicts+Balance+and+Falls+in+Older+Adults.">Multisensory Integration Predicts Balance and Falls in Older Adults.</a> Journal of Gerontology: Medical Sciences. , (2018).</li><li>Mahoney, J. R., Verghese, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual-Somatosensory+Integration+and+Quantitative+Gait+Performance+in+Aging.">Visual-Somatosensory Integration and Quantitative Gait Performance in Aging.</a> Frontiers in Aging Neuroscience. 10, 377 (2018).</li><li>Yueh, B., 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=Long-term+effectiveness+of+screening+for+hearing+loss:+the+screening+for+auditory+impairment--which+hearing+assessment+test+(SAI-WHAT)+randomized+trial.">Long-term effectiveness of screening for hearing loss: the screening for auditory impairment--which hearing assessment test (SAI-WHAT) randomized trial.</a> Journal of the American Geriatrics Society. 58 (3), 427-434 (2010).</li><li>Galvin, J. 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=The+AD8:+a+brief+informant+interview+to+detect+dementia.">The AD8: a brief informant interview to detect dementia.</a> Neurology. 65 (4), 559-564 (2005).</li><li>Galvin, J. E., Roe, C. M., Xiong, C., Morris, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validity+and+reliability+of+the+AD8+informant+interview+in+dementia.">Validity and reliability of the AD8 informant interview in dementia.</a> Neurology. 67 (11), 1942-1948 (2006).</li><li>Buschke, H., 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=Screening+for+dementia+with+the+memory+impairment+screen.">Screening for dementia with the memory impairment screen.</a> Neurology. 52 (2), 231-238 (1999).</li></ol>

Målet med den aktuella studien var att detaljera processen bakom inrättandet av en robust multisensorisk integration fenotyp. Här ger vi de nödvändiga och kritiska steg som krävs för att förvärva multisensorisk integrations effekter som kan utnyttjas för att förutsäga viktiga kognitiva och motoriska utfall förlitar sig på liknande neurala kretsar. Vårt övergripande mål var att ge en stegvis handledning för att beräkna omfattningen av multisensorisk integration i ett försök att underlätta innovativa ...

Interaktioner mellan sensoriska system är viktiga för vardagliga funktioner. Även om multisensorisk integration effekter mäts över ett brett spektrum av populationer med hjälp av olika sensoriska kombinationer och andra metoder neurovetenskap [inklusive men inte begränsat till psykofysiska, elektrofysiologiska och neuroimaging metoder]1,2,3,4,5,6,7,8,9, för närvarande en guld standard för kvantifiering av multisensorisk integration saknas. Med tanke på att multisensoriska experiment vanligtvis innehåller en beteendemässig komponent, är reaktionstid (RT) data undersöks ofta för att fastställa förekomsten av ett välkänt fenomen som kallas redundanta signaler effekt10. Som namnet antyder ger samtidiga sensoriska signaler överflödig information, vilket vanligtvis ger snabbare RTs. Race och co-aktiveringsmodeller används för att förklara ovan nämnda redundanta signaler effekt11. Under Race modeller, den unisensorisk signal som bearbetas snabbast är vinnaren av loppet och ansvarar för att producera beteendemässiga svar. Emellertid, bevis för samtidig aktivering sker när svar på multisensoriska stimuli är snabbare än vad Race modeller förutsäga.
Tidigare versioner av Race modellen är till sin natur kontroversiella12,13 eftersom de refereras till av vissa som alltför konservativ14,15 och påstås innehålla begränsningar när det gäller självständighet mellan de konstituerande unisensoriska detekterings tiderna inneboende i det multisensoriska villkoret16. I ett försök att ta itu med några av dessa begränsningar, Colonius & Diederich16 utvecklat en mer konventionell Race Model test:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59575/59575eq1.jpg">,
om de kumulativa fördelnings frekvenserna (CDFs) för de unisensoriska förhållandena (t. ex. en & B, med en övre gräns på en) jämförs med CDF för det samtidiga multisensoriska villkoret (t. ex. AB) för en given latens (t)11, 16 , 17. i allmänhet avgör en CDF hur ofta en RT uppstår, inom ett givet intervall av RTS, dividerat med det totala antalet stimulans presentationer (dvs. prövningar). Om CDF för det faktiska multisensoriska tillståndet <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59575/59575eq2.jpg"> är mindre än eller lika med den förutspådda CDF som härrör från de unisensoriska förhållanden
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59575/59575eq3.jpg">,
då tävlings modellen accepteras och det finns inga belägg för sensorisk integration. Men när den multisensoriska CDF är större än den förutspådda CDF som härrör från de unisensoriska förhållanden, är tävlings modellen avvisas. Avvisande av tävlings modellen indikerar att multisensorisk interaktion från redundanta sensoriska källor kombineras på ett icke-linjärt sätt, vilket resulterar i en påskyndande av RTs (t. ex., RT underlättande) till multisensoriska stimuli.
Ett huvudsakligt hinder som multisensoriska forskare ansikte är hur man bäst kvantifiera integrations effekter. Till exempel, i fallet med de mest grundläggande beteendemässiga multisensoriska paradigm, där deltagarna ombeds att utföra en enkel reaktionstid uppgift, information om noggrannhet och hastighet samlas in. Sådana multisensorisk data kan användas på det nominella värdet eller manipuleras med hjälp av olika matematiska tillämpningar, inklusive men inte begränsat till maximal sannolikhet uppskattning18,19, CDFS11, och olika andra statistiska Metoder. Majoriteten av våra tidigare multisensoriska studier använde både kvantitativa och probabilistiska metoder där multisensoriska integrativa effekter beräknades med 1) subtrahera den genomsnittliga reaktionstiden (RT) till en multisensorisk händelse från den genomsnittliga reaktionstiden ( RT) till den kortaste unisensorisk händelsen, och 2) genom att anställa CDFS för att avgöra om RT underlättande resulterade från synergistiska interaktioner underlättas av överflödig sensorisk information8,20,21, 22 , 23. den tidigare metoden var dock sannolikt inte känslig för de individuella skillnaderna i integrativa processer och forskarna har sedan dess hävdat att den senare metoden (dvs. CDFS) kan ge en bättre proxy för kvantifiering av multisensorisk integrativa effekter24.
Gondan och Minakata publicerade nyligen en handledning om hur man korrekt testa Race Model ojämlikhet (RMI) eftersom forskare alltför ofta gör otaliga fel under förvärvet och Pre-processing stadier av RT datainsamling och beredning25. Först författarna ståndpunkten som är ogynnsamma att tillämpa data putsning förfaranden där vissa a priori minimum och högsta RT gränser är inställda. De rekommenderar att långsamma och uteslutna svar anges till oändlighet, i stället för exkluderade. För det andra, med tanke på att RMI kan kränkas vid någon latens, flera t-tester används ofta för att testa RMI vid olika tidpunkter (dvs., quantiles); Tyvärr, denna praxis leder till ökad typ I fel och kraftigt minskad statistisk makt. För att undvika dessa problem rekommenderas att RMI testas över ett visst tidsintervall. Vissa forskare har föreslagit att det är meningsfullt att testa den snabbaste kvartilen av svaren (0-25%)26 eller vissa i förväg identifierade fönster (dvs 10-25%)24,27 som multisensorisk integration effekter observeras vanligtvis under detta tidsintervall; Vi hävdar dock att det percentilintervall som ska testas måste dikteras av den faktiska datauppsättningen (se protokoll avsnitt 5). Problemet med att förlita sig på publicerade data från unga vuxna eller datorsimuleringar är att äldre vuxna manifesterar mycket olika RT-distributioner, sannolikt på grund av åldersrelaterade nedgångar i sensoriska system. Race Model signifikans testning bör endast testas över kränkta portioner (positiva värden) av grupp-genomsnitt skillnad våg mellan faktiska och förutspådde CDFs från studien kohort.
För detta ändamål har en skyddande effekt av multisensorisk integration hos friska äldre vuxna som använder konventionella test av Race Model16 och de principer som anges av gondan och kollegor25 visats. I själva verket, större magnitud av visuell-somatosensorisk RMI (en proxy för multisensorisk integration) befanns vara kopplad till bättre balans prestanda, lägre sannolikhet för incident Falls och ökad spatial gång prestanda28,29.
Syftet med det nuvarande experimentet är att ge forskarna en stegvis handledning för att beräkna omfattningen av multisensoriska integrations effekter med hjälp av RMI, för att underlätta den ökade produktionen av olika translationella forskningsstudier över många olika kliniska populationer. Observera att data som presenteras i den aktuella studien är från nyligen publicerade visuella somatosensoriska experiment som utförts på friska äldre vuxna28,29, men denna metod kan tillämpas på olika kohorter över många olika experimentella konstruktioner med hjälp av ett brett spektrum av multisensoriska kombinationer.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>stimulus generator</td>
			<td>Zenometrics, LLC; Peekskill, NY, USA</td>
			<td>n/a</td>
			<td>custom-built</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excel</td>
			<td>Microsoft Corporation</td>
			<td></td>
			<td>spreadsheet program</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eprime</td>
			<td>Psychology Software Tools (PST)</td>
			<td></td>
			<td>stimulus presentation software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using the race model inequality to quantify behavioral multisensory integration effects

Multisensorisk integrations forskning undersöker hur hjärnan bearbetar samtidig sensorisk information. Forskning om djur (främst katter och primater) och människor avslöjar att intakt multisensorisk integration är avgörande för att fungera i den verkliga världen, inklusive både kognitiva och fysiska aktiviteter. Mycket av den forskning som bedrivs under de senaste decennierna dokument multisensorisk integration effekter med hjälp av olika psykofysiska, elektrofysiologiska och neuroimaging tekniker. Medan dess närvaro har rapporterats, de metoder som används för att bestämma omfattningen av multisensorisk integrations effekter varierar och vanligtvis står inför mycket kritik. I det följande, begränsningar av tidigare beteendestudier beskrivs och en steg-för-steg handledning för att beräkna omfattningen av multisensorisk integrations effekter med hjälp av robusta sannolikhets modeller tillhandahålls.

Syftet med denna studie var att ge en stegvis handledning av en metodisk metod för att kvantifiera omfattningen av VS integrations effekter, att främja offentliggörandet av nya multisensoriska studier med liknande experimentella konstruktioner och uppställningar (se figur 1 ). Skärmdumpar av varje steg och beräkning som behövs för att härleda omfattningen av multisensoriska integrations effekter, mätt med RMI-AUC, avgränsas ovan och illustreras i figurerna 2-8.</p...

Watch this Scientific Journal Video about Using the Race Model Inequality to Quantify Behavioral Multisensory Integration Effects at JoVE.com

Using the Race Model Inequality to Quantify Behavioral Multisensory Integration Effects

Använda ras modellen ojämlikhet för att kvantifiera beteendemässiga multisensoriska integrations effekter

Den aktuella studien syftar till att ge en stegvis handledning för att beräkna omfattningen av multisensorisk integrations effekter i ett försök att underlätta produktionen av translationella forskningsstudier över olika kliniska populationer.

Multisensory integration research investigates how the brain processes simultaneous sensory information. Research on animals (mainly cats and primates) ...

Att fastställa en reproducerbar metod för att beräkna omfattningen av multisensoriska integrationseffekter är betydande, eftersom det kommer att bidra till att underlätta framtida translationell forskning över olika kliniska populationer. Den största fördelen med vår teknik är att vi kan kvantifiera en robust fenotyp av multisensorisk integration som därefter förknippas med viktiga kognitiva och motoriska resultat i åldrande, som balans, faller, gång, och verkställande funktioner. Börja med att använda stimulus presentation programvara för att programmera en enkel reaktionstid experiment med tre experimentella förhållanden, visuella ensam, somatosensory ensam, och samtidig visuell-somatosensory.Använd en stimulusgenerator med tre styrboxar. Vänster och höger styrboxar innehåller bilaterala blå ljusavgivande dioder som belyser för visuell stimulering och bilaterala motorer med 0,8 G vibrations amplitud som vibrerar för somatosensorisk stimulering, samt plasthölje för stimulatorerna. Därefter placerar en mitt dummy kontroll låda ekvidör från vänster och höger kontroll lådor, och fäst en visuell mål dekal att fungera som fixeringspunkt.Efter att experimentet har inrättats, eskortera deltagaren till testrummet. Be deltagaren sitta upprätt och bekvämt vila händerna på vänster och höger styrboxar. Strategiskt placera pekfingrar över vibratormotorer monterade på baksidan av styrboxen och tummar på framsidan av kontrollboxen under lysdioderna, för att inte blockera ljuset.Se till att de somatosensoriska stimuli är ohörbara genom att förse deltagarna med hörlurar över vilka kontinuerligt vitt brus spelas på en bekväm nivå. Be deltagaren använda en fotpedal som sitter under höger fot som svarsplatta. Slutligen, har deltagaren svara på varje stimulans så snabbt som möjligt oavsett om de känner det, se det, eller känna det och se det.Börja analysen genom att utesluta deltagare som inte kan uppnå en noggrannhet på 70%korrekt eller större på någon stimulans villkor. Överväg prövningar felaktiga om en deltagare inte svarar på en stimulans inom den inställda svarstiden, och ställ in motsvarande reaktionstid, eller RT, till oändlighet snarare än att utesluta rättegången från analysen. RT-data sorteras i stigande ordning efter det experimentella tillståndet.Placera visuella, somatosensoriska och VS-villkor i separata kolumner med sorterade RT-data. Se till att varje rad representerar en utvärderingsversion och varje cell representerar den faktiska RT. Obs, inte anställa data-trimning förfaranden som tar bort mycket långsam RTS, eftersom detta kommer att snedvrida fördelningen av RT-data. Se till att RTs som är tydligt extremvärden är inställda på oändlighet.Sedan, för att bin RT-data, identifiera den snabbaste och långsammaste RT. Subtrahera den långsammaste RT från den snabbaste för att beräkna individens RT-intervall över alla testförhållanden. Bin RT-data från 0%till 100%i 5%-steg genom att ta den snabbaste RT och gradvis lägga till 5%till det tidigare beräknade RT-området tills 100% av RT-data redovisas, för att resultera i 21 tidsplatser. Därefter, inom ett dator kalkylblad, använda en frekvensfunktion där array en är lika med de faktiska RT för en av de experimentella förhållanden och array två är lika med de 21 kvantiserade RT-lagerplatser som tidigare beräknats dividerat med det totala antalet försök, 45, per villkor.Skapa sedan den kumulativa distributionsfrekvensen, eller CDF, genom att summera den löpande summan av sannolikheter över de kvantiserade lagerplatserna för var och en av tre experimentella villkor. CDF för det multisensoriska tillståndet representerar den faktiska CDF. För att beräkna den förutsagda CDF, summera de två unisensory CDF:erna med en övre gräns inställd på en.Använd den här formeln över var och en av de 21 kvantiserade tidslagerplatserna. Börja vid den nolla percentilen, och fortsätt hela vägen ner till den 100:e percentilen för bin 21. Nästa, för att genomföra Test of the Race Model Inequality, subtrahera den förutsagda CDF från den faktiska CDF för var och en av de 21 kvantiserade tidslagerplatserna för att erhålla differensvärdena.Rita dessa 21 värden som en linjegraf, där x-axeln representerar var och en av de kvantiserade tidslagerplatserna och y-axeln representerar sannolikhetsskillnaden mellan den verkliga och förutsagda CDF:er. Här anger positiva värden vid någon latens integreringen av de unisensoriska stimuli och återspeglar en överträdelse av RMI. För att kvantifiera den multisensoriska effekten på en gruppnivå, gruppgenomsnitt de enskilda RMI-data över alla deltagare.Använd ett kalkylblad för att tilldela enskilda personer till rader och tidslagerplatser till kolumner. Placera sedan de tidigare beräknade 21 differensvärdena i enskilda rader och medelvärden inom tidslagerplatser i ett nytt kalkylblad för att skapa en gruppsnittad skillnadsvågform. Sedan ritar du ut gruppgenomsnittet 21-värden som en linjegraf, där x-axeln representerar var och en av de kvantiserade tidslagerplatserna och y-axeln representerar sannolikhetsskillnaden mellan CDF:erna.Beräkna slutligen området under kurvan för varje individ genom att använda deltagarens data som exempel. Summera CDF-differensvärdet vid tidslagerplats ett med cdf-differensvärdet vid tidslagerplats två och dividera sedan med två. Inspektera varje på varandra följande par tidslagerplatser som innehåller positiva värden visuellt.Sedan summerar du dessa resultat för att generera den totala AUC av CDF-differensvågen under det överträdda percentilintervallet 0,00 till 0,10. Resultaten indikerar en gruppsnittad överträdelse som inträffar över intervallet noll till 10%percentil för ett urval av 333 äldre vuxna. Det totala antalet positiva värden, noll, ett, två eller tre, för dessa tre kvantiler, 0,00 till 0,10, avgör vilken multisensorisk klassifikationsgrupp en person är tilldelad, antingen bristfällig, dålig, bra eller överlägsen, respektive.Som vi tidigare har beskrivit är det viktigt att undvika data-trimning förfaranden, eftersom det snedvrider RT distributioner. Långsamma reaktionstider och utelämnade prövningar måste ställas in på oändlighet. Huvudsyftet här var att utveckla en robust fenotyp av multisensorisk integration.Med detta sagt, vi är medvetna om differentiella multisensoriska integrationsmönster i åldrande, och vårt nästa steg kommer att vara att avslöja neurala nätverk som ansvarar för sådana integrativa processer samtidigt som man bestämmer hur specifika strukturella eller funktionella förändringar bidrar till de differentiella integrationsmönstren. Vi arbetar på att identifiera de neurala korrelaten i samband med visuell-somatosensory integration i åldrande, och vi tror att en sådan utveckling kommer att ge insikter i flera sjukdomar, inklusive men inte begränsat till Alzheimers och Parkinsons.

Research

JoVE Journal

Behavior

Stereotactic Injection of MicroRNA-expressing Lentiviruses to the Mouse Hippocampus CA1 Region and Assessment of the Behavioral Outcome

Stereotaktisk injektion av MicroRNA-uttryckande Lentiviruses till musen Hippocampus CA1 Region och bedömning av de Behavioral Utfall

MicroRNAs (miRNAs) are small regulatory single-stranded RNA molecules around 22 nucleotides long that may each target numerous mRNA transcripts and dim an ...

Behavioral Phenotyping of Murine Disease Models with the Integrated Behavioral Station (INBEST)

Behavioral Phenotyping of Murine Disease Models with the Integrated Behavioral Station INBEST

Behavioral Fenotypning av murina Sjukdoms Modeller med integrerad Behavioral Station (INBEST)

Due to rapid advances in genetic engineering, small rodents have become the preferred subjects in many disciplines of biomedical research. In studies of ...

The Forced Swim Test as a Model of Depressive-like Behavior

Den Tvingad Simma Test som en modell för Depressiva liknande beteende

The goal of the present protocol is to describe the forced swim test (FST), which is one of the most commonly used assays for the study of depressive-like ...

Applying Stereotactic Injection Technique to Study Genetic Effects on Animal Behaviors

Tillämpa stereotaktisk injektion teknik för att studera genetiska effekter på djurens beteenden

Stereotactic injection is a useful technique to deliver high titer lentiviruses to targeted brain areas in mice. Lentiviruses can either overexpress or ...

Vagus Nerve Stimulation as a Tool to Induce Plasticity in Pathways Relevant for Extinction Learning

Vagus nerve stimulation som ett verktyg för att inducera plasticitet i vägar som är relevanta för Extinction Lärande

Extinction describes the process of attenuating behavioral responses to neutral stimuli when they no longer provide the reinforcement that has been ...

A Method to Quantify Visual Information Processing in Children Using Eye Tracking

En metod för att kvantifiera Visual Information Processing i barn som använder Eye Tracking

Visual problems that occur early in life can have major impact on a child's development. Without verbal communication and only based on observational ...

Behavioral Disturbances: An Innovative Approach to Monitor the Modulatory Effects of a Nutraceutical Diet

Beteendestörningar: en innovativ strategi för att övervaka modulerande effekterna av en Nutraceutical Diet

In dogs, diets are often used to modulate behavioral disturbances related to chronic anxiety and stress caused by intense and restless activity. However, ...

Using the FishSim Animation Toolchain to Investigate Fish Behavior: A Case Study on Mate-Choice Copying In Sailfin Mollies

Using the FishSim Animation Toolchain to Investigate Fish Behavior: A Case Study on Mate-Choice Copying In Sailfin Mollies

Använda FishSim Animation Toolchain att undersöka fisk beteende: en fallstudie på Mate-val kopiering i Zebrasoma Mollies

Over the last decade, employing computer animations for animal behavior research has increased due to its ability to non-invasively manipulate the ...

Behavioral Assessments of Spontaneous Locomotion in a Murine MPTP-induced Parkinson's Disease Model

Beteendemässiga bedömningar av spontana Locomotion i en murin MPTP-inducerad Parkinsons sjukdom modell

Parkinson&#8217;s disease (PD) is a common neurodegenerative disorder disease, causing the phenomenon of shaking, rigidity, slowness of movement and ...

Assessing the Autonomic and Behavioral Effects of Passive Motion in Rats using Elevator Vertical Motion and Ferris-Wheel Rotation

Bedömning av autonoma och beteendemässiga effekter av passiv rörelse hos råttor med hiss vertikal rörelse och pariserhjulrotation

The overall goal of this study is to assess the autonomic and behavioral effects of passive motion in rodents using the elevator vertical motion and ...