Name: estimating vestibular perceptual thresholds using a six-degree-of-freedom motion platform
Uploaded: 2022-08-04T13:20:00
Duration: 6 min 31 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Estimating Vestibular Perceptual Thresholds Using a Six-Degree-Of-Freedom Motion Platform at JoVE.com

Мы благодарны за поддержку, оказанную Карло Прельцем из Технологической платформы факультета гуманитарных наук. Мы благодарим Ноэля Страма за его вклад в реализацию лестницы.

Все данные, использованные для этой рукописи, были записаны после того, как участники дали свое информированное согласие и в соответствии с этическим одобрением факультета гуманитарных наук Бернского университета [2020-04-00004].
1. Материалы
<ol><li>Чтобы оценить пороги вестибулярного восприятия, убедитесь, что есть доступ к подвижной платформе или вращающемуся стулу.</li>
	<li>Убедитесь, что присутствует управляющее программное обеспечение для программирования профилей движения и сопряжения платформы движения. ПРИМЕЧАНИЕ: PlatformCommander 15,16, программный пакет с открытым исходным кодом для интерфейса платформы движения, был использован в этом исследовании. PlatformCommander позволяет определять профили синусоидального ускорения, которые часто используются для оценки вестибулярных порогов.</li>
	<li>Убедитесь, что устройство ответа, например игровой контроллер, присутствует для регистрации ответов участников.</li>
	<li>Платформы движения производят шум, коррелирующий с интенсивностью движения. Участники могут использовать этот слуховой шум в качестве дополнительного, непреднамеренного источника информации во время оценки порогов вестибулярного восприятия. Чтобы замаскировать звук платформы, подарите участникам белый шум через шумоподавляющие наушники во время каждого испытания.</li>
	<li>Завязывайте глаза участникам, чтобы исключить влияние визуальных движений.</li>
	<li>Решите, какой алгоритм оценки использовать, и определите соответствующие параметры. Если используется лестничный подход, определите начальную точку, размер шага, актуальность и правила завершения. Если пользователь не знает, какие значения выбрать, выполните пилотные измерения или обратитесь к литературе. Значения по умолчанию приведены в примерах сценариев, доступных в Интернете (https://gitlab.com/dr_e/2022-jovedemo). ПРИМЕЧАНИЕ: Отправная точка определяет пиковую скорость платформы в первом испытании. Определите подходящие начальные скорости путем пилотного тестирования или ознакомившись с пороговой литературой (для пороговых значений рыскания см. Grabherr et al.5). Размер шага определяет, насколько изменяется интенсивность между испытаниями. Современное правило описывает, изменяется ли интенсивность стимуляции и каким образом на основе реакций участников. В вестибулярной области распространена процедура трехэтажной / одной лестницы. Это означает, что интенсивность уменьшается после трех последовательных правильных ответов, но увеличивается после каждого неправильного ответа. Критерии прекращения обычно определяются либо фиксированным числом испытаний, либо количеством изменений интенсивности. Изменения интенсивности - это испытания, в которых реакция вызывает увеличение интенсивности после одного или нескольких снижений интенсивности или наоборот. Предоставленный скрипт отслеживает развороты, завершает процедуру и автоматически вычисляет конечное пороговое значение.</li>
	<li>Решите, для какой частоты необходимо оценить пороговое значение. В демонстрации использовался 1 Гц. ПРИМЕЧАНИЕ: Вестибулярные пороги обычно исследуются для частот от 0,1 до 5 Гц, и пороговые значения, как известно, уменьшаются по мере увеличения частоты стимуляции3.</li>
	<li>Решите, для какого типа движения необходимо оценить пороговое значение. В демонстрации выполняются вращения рыскания. ПРИМЕЧАНИЕ: Пороговые значения могут быть оценены для переводов и ротаций. Пороги чаще всего оцениваются для трех основных осей (носо-затылочная, межзвуковая, головчато-вертикальная) и вращений вокруг них (крен, тангаж, рыскание). Предоставленный скрипт оценивает только одно определенное движение (направление, частоту) за раз. Однако для оценки нескольких пороговых значений скрипт может быть перезапущен с теми же или разными параметрами движения (направление, частота, оси вращения).</li>
	<li>Начните каждую процедуру пороговой оценки с тренинга, позволяя участнику ознакомиться с заданием. Для этой цели используйте скрипт "threshold-training.jl", доступный в Интернете (см. шаг 1.6). ПРИМЕЧАНИЕ: Сценарий тренировки представляет собой серию надпороговых стимулов движения. Тестовый скрипт автоматически контролирует процедуру оценки, обрабатывает обновление алгоритма лестницы, интенсивность стимула, представление стимула движения, представление слухового белого шума во время каждого стимула движения, а также регистрацию всех соответствующих данных. Во время обучения убедитесь, что участник понимает задачу и дает рекомендации в случае неопределенности.</li>
</ol>2. Инструкции
<ol><li>Объясните участнику экспериментальную процедуру и получите информированное согласие.</li>
	<li>Посадите участника на кресло, установленное на подвижной платформе.</li>
	<li>Закрепите участника с помощью ремней безопасности.</li>
	<li>Дайте кнопки ответа участнику и объясните, как ключи назначаются ответам.</li>
	<li>Завяжите глаза участнику. Расположите наушники на голове участника.</li>
	<li>Нанесите правильную фиксацию головы.</li>
	<li>Включите платформу движения с помощью основного переключателя, переключателя батареи и контроллера.</li>
	<li>Убедитесь, что область вокруг платформы ясна и что ни один человек не может приблизиться к движущейся платформе во время теста.</li>
	<li>Запустите сценарий процедуры обучения, введя в командной строке файл julia threshold-training.jl .</li>
	<li>Сообщите участнику о задействовании движущейся платформы.</li>
	<li>Обеспечьте успешную инициализацию сеанса, проверив состояние, отображаемое в графическом интерфейсе серверного программного обеспечения (PlatformCommander). После успешной инициализации отображение состояния переключится с сеанса Not On Ongoing на Short Sequence. Он также отобразит IP-адрес подключенного клиента и время инициализации сеанса. Если сеанс не был успешно инициализирован через несколько секунд, проверьте сетевое соединение между клиентом и сервером. Убедитесь, что платформа движения включена и контроллер подключен.</li>
	<li>Убедитесь, что участник понимает задачу, укажите на ошибки участника (например, когда он нажимает неправильные кнопки) и отвечайте на потенциальные вопросы, которые могут возникнуть у участника.</li>
	<li>Сообщите участнику, что процедура обучения завершена, и процедура оценки вот-вот начнется.</li>
	<li>Запустите сценарий процедуры оценки, введя в командную строку файл julia threshold-test.jl .</li>
	<li>Контролировать полностью автоматизированную процедуру оценки до тех пор, пока не будут достигнуты критерии прекращения.</li>
	<li>В зависимости от конструкции, повторите процедуру, начиная с шага 2.13, используя различные стимулы, или завершите процедуру.</li>
	<li>Припаркуйте движущуюся платформу.</li>
	<li>Снимите фиксацию головы, наушники, шоры и кнопки и дайте участнику спуститься.</li>
	<li>Расскажите участнику о процедуре и спросите его об их опыте, чтобы улучшить дальнейшие эксперименты. ПРИМЕЧАНИЕ: Процедура может быть приостановлена, а затем перезапущена в любое время, предпочтительно не на этапе пороговой оценки (этапы 2.15-2.17).</li>
</ol>

<ol>
	<li>Ertl, M., Boegle, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+the+vestibular+system+using+modern+imaging+techniques-A+review+on+the+available+stimulation+and+imaging+methods.">Investigating the vestibular system using modern imaging techniques-A review on the available stimulation and imaging methods.</a> Journal of Neuroscience Methods. 326, 108363 (2019).</li><li>Beylergil, S. B., Karmali, F., Wang, W., Berm&#250;dez Rey, M. C., Merfeld, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vestibular+roll+tilt+thresholds+partially+mediate+age-related+effects+on+balance.">Vestibular roll tilt thresholds partially mediate age-related effects on balance.</a> Progress in Brain Research. 248, 249-267 (2019).</li><li>Brandt, T., Dieterich, M., Strupp, 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> Vertigo and Dizziness. , (2013).</li><li>Kobel, M. J., Wagner, A. R., Merfeld, D. M., Mattingly, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vestibular+thresholds:+A+review+of+advances+and+challenges+in+clinical+applications.">Vestibular thresholds: A review of advances and challenges in clinical applications.</a> Frontiers in Neurology. 12, 643634 (2021).</li><li>Grabherr, L., Nicoucar, K., Mast, F. W., Merfeld, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vestibular+thresholds+for+yaw+rotation+about+an+earth-vertical+axis+as+a+function+of+frequency.">Vestibular thresholds for yaw rotation about an earth-vertical axis as a function of frequency.</a> Experimental Brain Research. 186 (4), 677-681 (2008).</li><li>Seemungal, B. M., Gunaratne, I. A., Fleming, I. O., Gresty, M. A., Bronstein, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perceptual+and+nystagmic+thresholds+of+vestibular+function+in+yaw.">Perceptual and nystagmic thresholds of vestibular function in yaw.</a> Journal of Vestibular Research: Equilibrium and Orientation. 14 (6), 461-466 (2004).</li><li>Gianna, C., Heimbrand, S., Gresty, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thresholds+for+detection+of+motion+direction+during+passive+lateral+whole-body+acceleration+in+normal+subjects+and+patients+with+bilateral+loss+of+labyrinthine+function.">Thresholds for detection of motion direction during passive lateral whole-body acceleration in normal subjects and patients with bilateral loss of labyrinthine function.</a> Brain Research Bulletin. 40 (5-6), 443-447 (1996).</li><li>Soyka, F., Robuffo Giordano, P., Beykirch, K., B&#252;lthoff, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+direction+detection+thresholds+for+arbitrary+translational+acceleration+profiles+in+the+horizontal+plane.">Predicting direction detection thresholds for arbitrary translational acceleration profiles in the horizontal plane.</a> Experimental Brain Research. 209 (1), 95-107 (2011).</li><li>Ertl, 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=The+cortical+spatiotemporal+correlate+of+otolith+stimulation:+Vestibular+evoked+potentials+by+body+translations.">The cortical spatiotemporal correlate of otolith stimulation: Vestibular evoked potentials by body translations.</a> NeuroImage. 155, 50-59 (2017).</li><li>Merfeld, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal+detection+theory+and+vestibular+thresholds:+I.+Basic+theory+and+practical+considerations.">Signal detection theory and vestibular thresholds: I. Basic theory and practical considerations.</a> Experimental Brain Research. 210 (3), 389-405 (2011).</li><li>Kay, S. 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> Fundamentals of Statistical Signal Processing: Detection Theory. , (1998).</li><li>Kingdom, F. A. A., Prins, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Psychophysics: A Practical Introduction. , (2016).</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> Perception &amp; Psychophysics. 63 (8), 1279-1292 (2001).</li><li>Klaus, M. P., 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=Roll+tilt+self-motion+direction+discrimination+training:+First+evidence+for+perceptual+learning.">Roll tilt self-motion direction discrimination training: First evidence for perceptual learning.</a> Attention, Perception &amp; Psychophysics. 82 (4), 1987-1999 (2020).</li><li>Ertl, M., Prelz, C., Fitze, D. C., Wyssen, G., Mast, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PlatformCommander-An+open+source+software+for+an+easy+integration+of+motion+platforms+in+research+laboratories.">PlatformCommander-An open source software for an easy integration of motion platforms in research laboratories.</a> SoftwareX. 17, 100945 (2022).</li><li>Ertl, M., Prelz, C., Fitze, D. C., Wyssen, G., Mast, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Manual PlatformCommander Version 0.9. , (2021).</li><li>. 3D Models of 6dof motion Available from: <a target="_blank" href="https://zenodo.org/record/6035612">https://zenodo.org/record/6035612</a> (2022)</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+general+multidimensional+Bayesian+adaptive+psychometric+method.">QUEST: A general multidimensional Bayesian adaptive psychometric method.</a> Perception &amp; Psychophysics. 33 (2), 113-120 (1983).</li><li>Karmali, F., Chaudhuri, S. E., Yi, Y., Merfeld, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determining+thresholds+using+adaptive+procedures+and+psychometric+fits:+evaluating+efficiency+using+theory,+simulations,+and+human+experiments.">Determining thresholds using adaptive procedures and psychometric fits: evaluating efficiency using theory, simulations, and human experiments.</a> Experimental Brain Research. 234 (3), 773-789 (2016).</li><li>Dupuits, 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=A+new+and+faster+test+to+assess+vestibular+perception.">A new and faster test to assess vestibular perception.</a> Frontiers in Neurology. 10, 707 (2019).</li><li>Karmali, F., Rey, M. C. B., Clark, T. K., Wang, W., Merfeld, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multivariate+analyses+of+balance+test+performance,vestibular+thresholds,+and+age.">Multivariate analyses of balance test performance,vestibular thresholds, and age.</a> Frontiers in Neurology. 8, 578 (2017).</li><li>Keywan, A., Wuehr, M., Pradhan, C., Jahn, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noisy+galvanic+stimulation+improves+roll-tilt+vestibular+perception+in+healthy+subjects.">Noisy galvanic stimulation improves roll-tilt vestibular perception in healthy subjects.</a> Frontiers in Neurology. 9, 83 (2018).</li><li>Wichmann, F. A., Hill, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+psychometric+function:+I.+Fitting,+sampling,+and+goodness+of+fit.">The psychometric function: I. Fitting, sampling, and goodness of fit.</a> Perception &amp; Psychophysics. 63 (8), 1293-1313 (2001).</li><li>Wichmann, F. A., Hill, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+psychometric+function:+II.+Bootstrap-based+confidence+intervals+and+sampling.">The psychometric function: II. Bootstrap-based confidence intervals and sampling.</a> Perception &amp; Psychophysics. 63 (8), 1314-1329 (2001).</li><li>Zupan, L. H., Merfeld, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaural+self-motion+linear+velocity+thresholds+are+shifted+by+roll+vection.">Interaural self-motion linear velocity thresholds are shifted by roll vection.</a> Experimental Brain Research. 191 (4), 505-511 (2008).</li><li>Carriot, J., Jamali, M., Cullen, K. E., Chacron, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Envelope+statistics+of+self-motion+signals+experienced+by+human+subjects+during+everyday+activities:+Implications+for+vestibular+processing.">Envelope statistics of self-motion signals experienced by human subjects during everyday activities: Implications for vestibular processing.</a> PLoS ONE. 12 (6), 0178664 (2017).</li><li>Agrawal, Y., 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=Decline+in+semicircular+canal+and+otolith+function+with+age.">Decline in semicircular canal and otolith function with age.</a> Otology &amp; Neurotology. 33 (5), 832-839 (2012).</li><li>Rey, M. C. 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=Vestibular+perceptual+thresholds+increase+above+the+age+of+40.">Vestibular perceptual thresholds increase above the age of 40.</a> Frontiers in Neurology. 7, 162 (2016).</li><li>Lim, K., Karmali, F., Nicoucar, K., Merfeld, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perceptual+precision+of+passive+body+tilt+is+consistent+with+statistically+optimal+cue+integration.">Perceptual precision of passive body tilt is consistent with statistically optimal cue integration.</a> Journal of Neurophysiology. 117 (5), 2037-2052 (2017).</li><li>Agrawal, Y., Bremova, T., Kremmyda, O., Strupp, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semicircular+canal,+saccular+and+utricular+function+in+patients+with+bilateral+vestibulopathy:+analysis+based+on+etiology.">Semicircular canal, saccular and utricular function in patients with bilateral vestibulopathy: analysis based on etiology.</a> Journal of Neurology. 260 (3), 876-883 (2013).</li><li>Bremova, T., 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=Comparison+of+linear+motion+perception+thresholds+in+vestibular+migraine+and+Meni&#232;re's+disease.">Comparison of linear motion perception thresholds in vestibular migraine and Meni&#232;re's disease.</a> European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 273 (10), 2931-2939 (2016).</li><li>King, 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=Self-motion+perception+is+sensitized+in+vestibular+migraine:+pathophysiologic+and+clinical+implications.">Self-motion perception is sensitized in vestibular migraine: pathophysiologic and clinical implications.</a> Scientific Reports. 9 (1), 1-12 (2019).</li><li>Roditi, R. E., Crane, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directional+asymmetries+and+age+effects+in+human+self-motion+perception.">Directional asymmetries and age effects in human self-motion perception.</a> Journal of the Association for Research in Otolaryngology. 13 (3), 381-401 (2012).</li><li>Kobel, M. J., Wagner, A. R., Merfeld, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+gravity+on+the+perception+of+linear+motion.">Impact of gravity on the perception of linear motion.</a> Journal of Neurophysiology. 126 (3), 875-887 (2021).</li><li>Chow, M. R., 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=Posture,+gait,+quality+of+life,+and+hearing+with+a+vestibular+implant.">Posture, gait, quality of life, and hearing with a vestibular implant.</a> New England Journal of Medicine. 384 (6), 521-532 (2021).</li></ol>

У авторов нет конкурирующих интересов.

Представленный протокол позволяет достоверно и эффективно оценить вестибулярные перцептивные пороги. Протокол подходит для оценки пороговых значений вдоль и вокруг произвольных осей и может применяться для всех соответствующих частот стимулов (например, 0,1-5 Гц). Хотя мы представляем данные с использованием стандартной процедуры адаптивной лестницы «три вниз/один вверх», протокол также может быть использован для других, более эффективных процедур оценки 12, включая подходыфиксированной интенсивности, преобразованные/взвешенные вверх/вниз или байесовские (например, Quest18). Исчерпывающее обсуждение доступных алгоритмов выходит за рамки представленной рукописи, но отличное сравнение теории, моделирования и фактических данных можно найти в другом месте19. Эффективные процедуры оценки имеют большое значение в клиническом контексте, где время ограничено, а исследования по более быстрым оценкам в настоящее время проводятся19,20.
Перспективной областью исследований является идентификация конкретных профилей движения и других клинически значимых параметров, таких как баланс 2,21. Это направление исследований важно, поскольку оно дает рекомендации о том, какие оси и частоты наиболее предсказуемы для клинически значимого поведения и событий, таких как риск падения, тем самым уменьшая пространство поиска в клиническом контексте.
Как только оборудование и программное обеспечение доступны и работают по назначению, два фактора имеют решающее значение для надежной оценки порога. Во-первых, экспериментатор должен убедиться, что участник понимает задачу и сохраняет бдительность на протяжении всей процедуры. Для большинства стимулов (например, для всех переводов) инструкции ясны и просты в исполнении. Однако для поворотов тангажа и крена инструкция отвечать влево или вправо может быть неоднозначной, особенно когда ось вращения расположена на уровне головы. В этих случаях части тела выше осей вращения (например, голова) вращаются в противоположном направлении, чем части тела ниже осей вращения (например, ноги). Термины «левый/правый» могут быть неоднозначными, и было бы полезно попросить участников классифицировать движения по часовой стрелке или против часовой стрелки. Важно объяснить и попрактиковаться в том, как участник должен оценивать стимулы движения. Достаточное количество тестовых испытаний особенно важно, когда исследуются пациенты или пожилые люди.
Во-вторых, важно выбрать достаточное количество испытаний вокруг порога. Мы рекомендуем адаптивный критерий прекращения в виде числа разворотов интенсивности вместо фиксированного числа испытаний, которое использовалось другими 7,22. Кроме того, использование заранее определенного количества испытаний может стать неэффективным и несет риск того, что лестница не сойдется, когда интенсивность старта слишком далека от порога. Как правило, пилотные эксперименты необходимы для выбора разумных начальных интенсивностей и критериев окончания.
Лестничные алгоритмы направлены на оценку одной точки на психометрической функции23,24. Поэтому они предоставляют ограниченную информацию, поскольку смещения ответа и наклон психометрической функции не могут быть выведены из предполагаемого порога. Если такие параметры представляют интерес, фиксированные интенсивности могут быть использованы для выборки в течение большего интервала, что позволяет соответствовать психометрической функции. Хотя такая процедура занимает более много времени, она позволяет проводить более сложные анализы, которые могут дать ценную информацию14,25. В качестве альтернативы могут быть использованы адаптивные алгоритмы оценки уклона13.
Важным аспектом в оценке порогов вестибулярного восприятия является минимизация сигналов от других сенсорных систем. Чтобы достичь этого, шум, создаваемый платформой, обычно маскируется белым шумом. Минимизация проприоцептивных или тактильных сигналов является более сложной задачей1 и может быть достигнута только частично, потому что ускорение требует силы, действующей на тело, что неизбежно вызовет экстравестибулярную стимуляцию. Однако подушки часто используются для уменьшения тактильных и проприоцептивных сигналов. Аналогичным образом, фиксация головы необходима для обеспечения постоянной ориентации вестибулярных органов относительно движения и для обеспечения того, чтобы профиль движения, выполняемый головой, был таким же, как и профиль движения платформы, без какой-либо фильтрации телом, которая происходит в условиях неограниченного движения26.
На данный момент времени вестибулярные пороги восприятия преимущественно используются в фундаментальных исследованиях. Исследования показали, что вестибулярные пороги увеличиваются свозрастом 27,28, и они зависят от направления20,28 и частоты движения 5,29. Совсем недавно перцептивные пороги были использованы для документирования первых доказательств перцептивного обучения в вестибулярной области14.
Исследования, сравнивающие пациентов с вестибулярными расстройствами со здоровыми контрольными группами, показали измененные вестибулярные пороги восприятия в соответствии с их патологией. Например, пороги были повышены у пациентов с вестибулярной недостаточностью 29,30,31, а тенденция к снижению порогов или даже гиперчувствительности была показана у пациентов с вестибулярной мигренью 31,32. Эти исследования подразумевают потенциал для клинического применения, и в недавнем обзоре4 обсуждалась применимость и полезность вестибулярных порогов восприятия в клиническом диагнозе. Одним из важных аспектов является то, что пороги восприятия добавляют уникальные свойства в набор инструментов врача. Стандартные процедуры (HIT, VEMP, калорийное орошение) используют прямые пути от вестибулярных конечных органов к мышцам глаз или шейки матки. Тем самым они не предлагают возможности исследования информационной цепочки до неокортекса. Оценка вестибулярных перцептивных порогов, с другой стороны, включает когнитивные процессы, позволяющие проверить вестибулярную систему под другим углом, что может быть особенно интересно в контексте стойкого постурально-перцептивного головокружения (PPPD). Недостатком представленной процедуры является ее неспособность обнаруживать асимметрии направления, о чем сообщалосьдругими 33.
Вестибулярные перцептивные пороги также представляют интерес для оценки и мониторинга (терапевтических) вмешательств. Многие исследования используют риск падения в качестве конечной точки при оценке эффективности лечения. Однако, поскольку была продемонстрирована корреляция между вестибулярными порогами вокруг оси крена и риском падения2 и производительностью во время выполнения задачбаланса 34 , пороговые значения могут быть использованы в качестве более надежной зависимой переменной, например, для оценки результата35 или оптимальной конфигурации вестибулярных имплантатов.

Вестибулярный конечный орган человека состоит из пяти компонентов, каждый из которых оптимизирован для обнаружения определенного компонента спектра естественного движения. Три полукруглых канала ориентированы примерно ортогонально друг другу, что позволяет им обнаруживать вращения головы вокруг трех осей. Каналы сопровождаются двумя органами макулы для регистрации поступательных ускорений вдоль вертикальной оси или в горизонтальной плоскости1. Функциональное снижение или потеря каждого из пяти компонентов может привести к серьезным симптомам, таким как головокружение, головокружение, дисбаланс и повышенный риск падения2. Однако объективная оценка функции всех компонентов в отдельности является трудоемкой задачей и требует множественных оценок3. Например, состояние горизонтального канала обычно оценивается с помощью калорийного орошения и импульсного теста головы (HIT). В настоящее время золотым стандартом оценки органов макулы являются вестибулярные вызванные миогенные потенциалы (VEMP). Комбинируя несколько оценок, клиницисты приходят к более полной картине вестибулярного состояния, из которого они могут получить диагноз и варианты лечения.
Многообещающим подходом к количественной оценке вестибулярной производительности являются вестибулярные перцептивные пороги, которые обеспечивают объективную, количественную меру самой низкой интенсивности самодвижения, которая может быть надежно обнаружена или дискриминирована участником. Несмотря на то, что процедуры перцептивного порога хорошо известны в некоторых клинических дисциплинах (например, аудиологии), перцептивные вестибулярные пороги еще не используются для диагностических целей в вестибулярной области4. Одной из причин этого является отсутствие платформ движения и простого в использовании программного обеспечения. В принципе, движущиеся платформы и вращающиеся стулья могут быть использованы для пороговой оценки. Однако, в то время как платформы движения с шестью степенями свободы (6DOF) подходят для оценки порогов для различных профилей движения, что позволяет исследовать все пять подкомпонентов вестибулярного органа, вращающиеся стулья могут использоваться только для доступа к вращениям в горизонтальной (рыскающей) плоскости 1,4.
Вестибулярные пороги обычно оцениваются для переводов вдоль трех основных осей (назо-затылочная, межзвуковая, головная вертикальная) и для вращений вокруг них (рыскание, тангаж, крен), как показано на рисунке 1. Вестибулярные пороги восприятия также зависят от частоты стимула5. Чтобы учесть это, профили движения с синусоидальным профилем ускорения, состоящим из одной частоты, чаще всего используются для пороговой оценки, но в прошлом использовались и другие профили 6,7,8.
Вестибулярные перцептивные пороги обеспечивают инструмент для изучения взаимодействия между вестибулярными ощущениями и высшими когнитивными процессами. Пороговые значения, таким образом, дополняют клинические оценки, такие как HIT, калорийное орошение и вестибулярные вызванные потенциалы, которые полагаются на механизмы (рефлекторные дуги), минующие кору. Кроме того, вестибулярные пороги восприятия, оцененные на платформе движения, оценивают вестибулярную функцию в экологически обоснованной обстановке9, а не используют искусственную стимуляцию, которая вводит мультисенсорные конфликты1.
Из-за двунаправленного характера вестибулярных стимулов10 принято оценивать вестибулярную дискриминацию, а не пороги обнаружения4. Во время задания на дискриминацию участник воспринимает стимул и должен решить, к какой категории он принадлежит. Например, участники должны решить, в каком направлении они движутся (например, влево/вправо). Теоретической основой для пороговой оценки является теория обнаружения сигналов10,11. Пороги дискриминации могут быть оценены с использованием различных подходов, но в вестибулярной области адаптивные лестничные процедуры являются стандартными. В процедуре адаптивной лестницы интенсивность, как правило, пиковая скорость, последующего движения зависит от реакции участников (правильной/ неправильной) на последний стимул / стимулы. Адаптивные лестничные процедуры могут быть реализованы многими способами12, но наиболее часто используемым алгоритмом в вестибулярных исследованиях являются процедуры x-down/y-up с фиксированными размерами шагов. Например, в лестнице с тремя вниз / одним вверх интенсивность стимула снижается после того, как участник дал правильные ответы в трех последующих испытаниях, но интенсивность увеличивается всякий раз, когда был предоставлен неправильный ответ (рисунок 2). Точный выбор x и y в лестнице x-down/y-up позволяет ориентироваться на различные пороговые значения (процент правильных ответов)13. Лестница с тремя / одним вверх нацелена на интенсивность, когда участники правильно реагируют в 79,4% испытаний. Помимо адаптивных лестничных процедур, в других исследованиях14 использовались предопределенные, фиксированные интенсивности для пороговых оценок. Использование фиксированных интенсивностей позволяет оценить всю психометрическую функцию, которая содержит гораздо больше информации, чем одно пороговое значение. Однако процедуры фиксированной интенсивности являются трудоемкими и менее эффективными, когда представляет интерес только конкретное пороговое значение.
В этой статье описывается протокол оценки порогов вестибулярного распознавания с использованием платформы движения 6DOF и адаптивной процедуры лестницы.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>6-DOF Motion Platform</td>
			<td>MOOG</td>
			<td>Models 170E122 or 170E131; Nov 12, 1999</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headphones</td>
			<td>Sony</td>
			<td>WH-100XM3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PlatformCommander</td>
			<td>University of Bern</td>
			<td>does not apply</td>
			<td>Open Source control software: https://gitlab.com/KWM-PSY/platform-commander</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Response Buttons</td>
			<td>Logitech</td>
			<td>G F310</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

estimating vestibular perceptual thresholds using a six-degree-of-freedom motion platform

Вестибулярные пороги восприятия относятся к интенсивности движения, необходимой для того, чтобы участник мог обнаружить или различить движение на основе вестибулярного ввода. Используя пассивные профили движения, обеспечиваемые платформами с шестью степенями движения, вестибулярные пороги восприятия могут быть оценены для любого вида движения и, таким образом, нацелены на каждый из подкомпонентов вестибулярного конечного органа. Оценки вестибулярных порогов являются клинически значимыми, поскольку они дополняют диагностические инструменты, такие как калорийное орошение, тест головного импульса (HIT) или вестибулярные вызванные миогенные потенциалы (VEMPs), которые предоставляют информацию только о субкомпонентах вестибулярной системы, но ни один из них не позволяет оценить все компоненты. Существует несколько методов с различными преимуществами и недостатками для оценки вестибулярных порогов восприятия. В этой статье мы представляем протокол, использующий адаптивный алгоритм лестницы и синусоидальные профили движения для эффективной процедуры оценки. Адаптивные лестничные алгоритмы учитывают историю откликов для определения пиковой скорости следующих стимулов и являются наиболее часто используемыми алгоритмами в вестибулярной области. Далее мы обсудим влияние частоты движения на вестибулярные пороги восприятия.

Результатом описанной процедуры является график, показывающий интенсивность использованных стимулов в испытаниях (рисунок 2). Интенсивности должны сходиться к постоянному значению (рисунок 2, пунктирная линия). Процедура адаптивной лестницы связывает интенсивность ускорения с восприятием движения участника. Пороговое значение обычно рассчитывается тестовым сценарием (например, threshold-test.jl) как среднее значение всех или подмножества интенсивностей, представленных в обратных испытаниях. Дальнейшая обработка полученного значения не требуется. В зависимости от используемого правила обновления могут быть нацелены различные точки на психометрическую функцию. Используя правило «три вниз/один вверх», оценивается интенсивность, с которой участник дает правильный ответ в 79,4% испытаний.
На рисунке 3 визуализируется неудавшаяся пороговая оценка. В этом примере критерии прекращения были установлены на 30 испытаниях вместо достаточного числа отмен. Из-за ранней ошибки (проба 11) процедуры оценки привели к плохой пороговой оценке, которую можно распознать по тому, что лестница не сходилась к значению, а сохраняла монотонное снижение до конца.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63909/63909fig01.jpg"> Рисунок 1: Визуализация основных осей и плоскостей. Визуализированные оси и плоскости обычно используются для описания движений, связанных с движениями головы. Вестибулярные пороги восприятия чаще всего оцениваются для назо-затылочной (NO), межауральной (IA) и вертикальной (HV) осей, а также для вращений вокруг них, которые называются вращением рыскания, тангажа или крена. Рисунок был создан с использованием свободно доступной 3D-модели головы17. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63909/63909fig01large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63909/63909fig02.jpg"> Рисунок 2: Визуализация процедуры трехэтажной/однократной лестницы. Развороты интенсивности визуализируются красным цветом. Треугольники, указывающие вверх, представляют испытания с правильными ответами, а треугольники, указывающие вниз, представляют испытания с неправильными ответами. Пунктирная линия представляет собой расчетный порог, который был рассчитан как среднее значение всех восьми интенсивностей разворота. Вначале правило обновления следует шаблону one-down до первого разворота (пробная версия 6). Это позволяет более эффективно оценивать пороговое значение, особенно в тех случаях, когда интенсивность запуска велика по сравнению с неизвестным порогом. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63909/63909fig02large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63909/63909fig03.jpg"> Рисунок 3: Визуализация неудачной пороговой оценки. Из-за критериев окончания (30 испытаний) и выбранной интенсивности старта, относительно далекой от истинного порога, функция лестницы не сходилась. Более быстрой конвергенции к истинному порогу препятствует ранняя, ложная реакция (испытание 11). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63909/63909fig03large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Estimating Vestibular Perceptual Thresholds Using a Six-Degree-Of-Freedom Motion Platform at JoVE.com

Estimating Vestibular Perceptual Thresholds Using a Six-Degree-Of-Freedom Motion Platform

В этой статье мы опишем методы, процедуры и технологии, необходимые для оценки вестибулярных порогов восприятия с использованием платформы движения с шестью степенями свободы.

Оценка вестибулярных порогов восприятия с помощью платформы движения с шестью степенями свободы

Vestibular perceptual thresholds refer to the motion intensity required to enable a participant to detect or discriminate a motion based on vestibular ...

Вестибулярные перцептивные пороги позволяют протестировать все пять подкомпонентов вестибулярного конечного органа. Они могут быть использованы для решения вопросов клинических и фундаментальных исследований. Пороги вестибулярного восприятия, измеренные на платформе движения, основаны на натуралистических стимулах движения.Это позволяет изучать мультисенсорную интеграцию и принятие решений. Вестибулярные перцептивные пороги могут быть использованы для исследования того, как формируется восприятие у пациентов и могут стать дополнительным инструментом в диагностике. Кроме того, они могут быть использованы для мониторинга успеха терапевтических вмешательств.Эта процедура высоко автоматизирована и проста в использовании. Даже новички могут обнаружить проблемы, такие как несходимость алгоритма лестницы и приспособиться к соответствующим параметрам. Чтобы оценить пороги вестибулярного восприятия, обеспечьте доступ к подвижной платформе или поворотному креслу.Затем подтвердите, что программное обеспечение управления, PlatformCommander, присутствует для программирования профилей движения и сопряжения платформы движения. Используйте устройство ответа, игровой контроллер, чтобы зарегистрировать ответы участников. Завязывайте глаза участнику, чтобы исключить влияние визуальных движений.Движущиеся платформы производят шум, коррелирующий с интенсивностью движения. Участники могут использовать этот слуховой шум в качестве дополнительного непреднамеренного источника информации при оценке порогов вестибулярного восприятия. Чтобы замаскировать этот звук, подарите участнику белый шум через шумоподавляющие наушники во время каждого испытания.Перед началом экспериментальной процедуры объясните участнику процесс и получите информированное согласие. Затем позвольте участнику сесть на кресло, установленное на подвижной платформе, и закрепиться с помощью ремней безопасности. Предоставьте участникам кнопки ответа и объясните, как ключи назначаются ответам.Затем завяжите глаза участнику. Расположите наушники на голове участника и нанесите правильную фиксацию головы. Включите платформу движения с помощью основного переключателя, переключателя батареи и контроллера.Убедившись, что территория вокруг платформы понятна, и никто не может подойти к движущейся платформе во время теста, приступайте к процедуре пороговой оценки с обучением, позволяя участнику ознакомиться с заданием. Используйте сценарий порог-обучение. jl доступен онлайн для процедуры обучения.Затем определитесь с используемым алгоритмом оценки. Если используется лестничный подход, определите начальную точку параметра, размер шага, обновление и правила завершения. Успешная инициализация сеанса обеспечивается проверкой состояния, отображаемого в графическом интерфейсе пользователя, или графическом интерфейсе, серверного программного обеспечения.После успешной инициализации отображение состояния переключается с сеанса на короткую последовательность. Он также отображает IP-адрес подключенного клиента и время инициализации сеанса. В процедуре обучения убедитесь, что участник понимает задачу, укажите на ошибки, если они нажимают не те кнопки, и отвечайте на их вопросы.Затем сообщите участнику, что процедура обучения завершена и процедура оценки вот-вот начнется. Начните сценарий процедуры оценки, введя julia threshold-test. jl в командной строке.Затем контролируйте полностью автоматизированную процедуру оценки до тех пор, пока не будут достигнуты критерии прекращения. После завершения процедуры припаркуйте платформу движения, снимите фиксацию головы, наушники, шоры и кнопки, и дайте участнику спуститься. Правило «три вниз, один вверх по лестнице» дало график, показывающий интенсивность используемых стимулов в ходе испытаний.Расчетные пороговые интенсивности сходятся к постоянному значению. Более того, участник дал правильный ответ в 79,4% оценочных испытаний интенсивности. Здесь показана визуализация оценки неудавшегося порога.Из-за критериев окончания 30 испытаний и интенсивности старта, относительно далекой от истинного порога, функция лестницы не сходилась. Более быстрой конвергенции к истинному порогу препятствует ранняя ложная реакция Во время сеанса оценки убедитесь, что алгоритм лестницы сходится. Повторите процедуру оценки с скорректированными параметрами, в случае несходимости.Время отклика можно измерить дополнительно к двоичным нажатиям кнопок. Это позволяет применять более сложные методы анализа, такие как дрифт-диффузионные модели. Этот метод также поможет лучше исследовать взаимодействие между тем, как мы движемся в пространстве, и более высокими когнитивными процессами, такими как принятие решений и ментальные образы.

Research

JoVE Journal

Behavior

Perceptual and Category Processing of the Uncanny Valley Hypothesis' Dimension of Human Likeness: Some Methodological Issues

Восприятие и категории Обработка Размеры Странных Гипотеза долина &quot;Подобие человека: некоторые методологические вопросы

Mori's Uncanny Valley Hypothesis1,2 proposes that the perception of humanlike characters such as robots and, by extension, avatars (computer-generated ...

Behavioral Assessment of the Aging Mouse Vestibular System

Поведенческая оценка старения Mouse вестибулярной системы

Age related decline in balance performance is associated with deteriorating muscle strength, motor coordination and vestibular function. While a number of ...

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

Транскраниальной магнитной стимуляции для исследования причинно-следственная Мозг-поведенческие отношения и их курс Time

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks

Раскрытие Удара Глухота: Обнаружение Нарушения ритма с синхронизацией палец нажатие и перцептивных синхронизации задач

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here ...

Flat-floored Air-lifted Platform: A New Method for Combining Behavior with Microscopy or Electrophysiology on Awake Freely Moving Rodents

Мини-этажном воздуха поднимается Платформа: Новый метод Объединение Поведение с микроскопии или электрофизиологии на Пробудитесь свободно движущейся Грызунов

It is widely acknowledged that the use of general anesthetics can undermine the relevance of electrophysiological or microscopical data obtained from a ...

How to Study Placebo Responses in Motion Sickness with a Rotation Chair Paradigm in Healthy Participants

Как плацебо ответов в движении болезни с вращением Председателя парадигмы у здоровых участников

Placebo responses occur in every medical intervention when patients or participants expect to receive an effective treatment to relieve symptoms. However, ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

Многофункциональный установки для изучения управления двигателем человеческого Использование транскраниальной магнитной стимуляции, электромиографии, Motion Capture, и виртуальной реальности

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

Determining Pain Detection and Tolerance Thresholds Using an Integrated, Multi-Modal Pain Task Battery

Определение боли Обнаружение и толерантности Пороги, используя интегрированный мультимодальный боли Задача батареи

Human pain models are useful in the assessing the analgesic effect of drugs, providing information about a drug&#39;s pharmacology and identify ...

Visualizing Motion Patterns in Acupuncture Manipulation

Визуальное Motion Шаблоны в акупунктуре манипулированию

Acupuncture manipulation varies widely among practitioners in clinical settings, and it is difficult to teach novice students how to perform acupuncture ...

A Microphysiologic Platform for Human Fat: Sandwiched White Adipose Tissue

Microphysiologic платформа для человеческого жира: зажатой белой жировой ткани

White adipose tissue (WAT) plays a crucial role in regulating weight and everyday health.  Still, there are significant limitations to available primary ...