Психофизический метод отслеживания для оценки порогов обнаружения вкуса у детей, подростков и взрослых: тест на порог обнаружения вкуса (TDT)
Summary
Психофизические инструменты измеряют функциональность вкусовой системы как для исследований, так и для оценки здоровья. В этой статье описывается метод измерения пороговых значений обнаружения вкуса, которые могут определить самую низкую концентрацию сахарозы, хлорида натрия или глутамата натрия, которую могут попробовать люди в возрасте 6 лет.
Abstract
В этой статье описывается двухальтернативная процедура отслеживания с принудительным выбором лестницы, называемая тестом Taste Detection Threshold (TDT), которая обеспечивает надежную меру порогов обнаружения сладкого, соленого и умами вкуса от детства до взрослой жизни. К преимуществам метода можно отнести процедуры, идентичные для детей и взрослых, что позволяет определить возрастные и индивидуальные различия во вкусовом восприятии, если таковые имеются, и задачи, которые могут быть выполнены в относительно короткие сроки, не полагаются на постоянное внимание или требуют запоминания, контроля субъективных предубеждений реакции и минимизации влияния языкового развития. После 1 часового голодания участникам предлагаются пары решений; в каждой паре один раствор представляет собой воду, а другой раствор содержит различные концентрации вкусности.
Используя метод дегустации всего рта, участники пробуют на вкус каждый раствор (без проглатывания и с полосканием между дегустациями), а затем указывают на раствор со вкусом или вкусом, отличным от воды. Концентрация стимула в последующей паре увеличивается после однократного неправильного ответа и уменьшается после двух последовательных правильных ответов. Разворот происходит, когда последовательность концентрации меняет направление. Задача считается выполненной после возникновения четырех разворотов, при условии, что между двумя последовательными разворотами есть максимум два шага разбавления, и серия разворотов не образует восходящую модель. Эти дополнительные критерии обеспечивают большую надежность результатов. Затем TDT вычисляется как среднее геометрическое концентраций четырех разворотов. Этот метод имеет реальное значение, поскольку он предоставляет информацию об измерении вкусового восприятия, которое не зависит от гедоники и которое может меняться со старением и определенными болезненными состояниями, что делает его ценным психофизическим тестом.
Introduction
Чувство вкуса функционирует как привратник, частично определяя, отвергает ли человек пищу или жидкость или принимает ее в ротовую полость. Вкусовая психофизика– изучение взаимосвязей между различными химическими стимулами и ощущениями и восприятиями, которые они производят, – дает важную информацию о функционировании вкусовой системы1. Мало того, что существует несколько основных вкусов (сладкий, соленый, горький, кислый, умами), но каждое вкусовое качество может характеризоваться различными перцептивными измерениями, в том числе тем, насколько чувствительны люди к обнаружению химического стимула или распознаванию его вкуса, и насколько им нравится или не нравится вкусовое ощущение.
В этой статье описывается психофизический метод, который может быть использован для надежного измерения порогов обнаружения вкуса (то есть самой низкой концентрации вкусового вещества, которое может быть обнаружено) у людей в возрасте 6 лет. С детства до взрослой жизни пороги обнаружения использовались в клинических оценках последствий травмы или болезненных состояний2,3 и в приложениях фундаментальных исследований для изучения влияния диеты, старения, развития, ожирения и курения на вкусовую систему, а также генотип-вкусовые фенотипные отношения4,5,6,7,8,9,10, 11г.
Этот тест на порог обнаружения вкуса (TDT), который обычно занимает в среднем 15 минут на стимул (диапазон: 4-35 мин; медиана: 13 мин) для завершения, состоит из двух альтернативных, принудительных, лестничных, отслеживающих процедур, которые использовались для измерения самой низкой концентрации сахарозы, хлорида натрия (NaCl) или глутамата натрия (MSG) в растворе, который может быть обнаружен как вкус. Как указано в настоящем документе, участникам предлагаются пары решений; в каждой паре один раствор представляет собой воду, а другой раствор содержит различные концентрации вкусности. Используя метод дегустации всего рта, участники пробуют на вкус каждый раствор (не глотая), а затем указывают на раствор со вкусом или вкусом, отличным от воды. Концентрация стимула в последующей паре увеличивается после однократного неправильного ответа и уменьшается после двух последовательных правильных ответов. Разворот происходит, когда последовательность концентрации меняет направление.
Задача считается выполненной после возникновения четырех разворотов, при условии, что между двумя последовательными разворотами есть максимум два шага разбавления, и серия разворотов не образует восходящую модель. Эти дополнительные критерии, которые были установлены в клинической практике доктором Коуартом и его коллегами из Центра хемосенсорных клинических исследований Монелла-Джефферсона2,обеспечивают большую надежность результатов и повышают уверенность в достоверности отдельных показателей функционирования вкуса. Исследования использовали этот метод для определения порогов обнаружения вкуса сахарозы, соли или глутамата натрия у сотен здоровых детей в возрасте 6 лет, подростков и взрослых4,5,6,7,8,9,10,11 и продемонстрировали, что большинство (> ~ 80%) детей могут выполнить психофизическую задачу4,6, 7,8,подчеркивая целесообразность метода для педиатрических популяций.
Protocol
Representative Results
Discussion
Тест TDT представляет собой двухальтернативную лестничную процедуру с принудительным выбором, которая использует строгие правила для соответствия критериям, чем предыдущие методы12,обеспечивая тем самым более стабильную оценку результата. Используя критерии, установленные в Хемосенсорном клиническом исследовательском центре Монелла-Джефферсона2,TDT является надежным методом свай-и-плевком, который измеряет самую низкую концентрацию сахарозы, NaCl или MSG в растворе, который может быть обнаружен по вкусу среди людей в возрасте от 6 лет. Если выполнено так, как описано, включая принуждение участников полоскать рот до и после каждой дегустации, результаты являются надежными и быстрыми и дают представление о важном измерении вкуса, которое не зависит от гедоники8.
Хотя применение психофизических инструментов для измерения этого измерения вкуса хорошо зарекомендовало себя в этой области, многие методы не были проверены для использования у детей14 лет. В протоколе есть несколько важных шагов, некоторые из которых применяются, в частности, к детям [см. также ссылку15]. Во-первых, критерии достижения порога не должны основываться исключительно на возникновении каких-либо четырех разворотов или варьироваться в зависимости от возраста участника. Скорее, между двумя последовательными разворотами должно быть максимум два шага разбавления, и серия разворотов не должна образовывать восходящую модель, что может иметь место, когда участник просто угадывает или не выполняет задачу. Эти дополнительные критерии, которые были установлены на основе клинического опыта2,позволяют оценить функционирование вкусовой системы индивида, отчасти потому, что они контролируют ложные срабатывания, особенно когда участник просто угадывает16.
Во-вторых, процедура является принудительным выбором, поэтому, если участники отвечают, что «ни одно» или «оба» решения не имеют вкуса, этот ответ не принимается. Скорее, им говорят «угадывать». Во время TDT участники часто чувствуют, что они догадываются, но это не следует воспринимать как доказательство того, что они совершенно не знают о вкусовых стимулах17. Кроме того, люди могут различаться в своих внутренних критериях того, что представляет собой вкусовое ощущение и, следовательно, их готовность сказать, что раствор имеет или не имеет вкуса. В-третьих, поскольку актуальность еды влияет на вкусовое восприятие18,стандартизация времени с тех пор, как участник в последний раз ел или пил что-либо, кроме воды, важна для уменьшения межпредметной изменчивости, вызванной сенсорной адаптацией или улучшением. В-четвертых, вкусные вещества, используемые в настоящем описании, являются вкусными и представлены в растворе, а не в пищевой матрице. Когда используется пищевая матрица, могут потребоваться более длительные интервалы между стимулами для пищевых продуктов, чтобы очистить небо. Хотя этот метод использовался для измерения пороговых значений обнаружения кислых или горьких вкусовых добавок среди взрослых2,11,его использование для измерения порогов обнаружения неприятных вкусовых добавок среди некоторых детей младшего возраста может быть проблематичным из-за их повышенной чувствительности к некоторым горьким вкусантам и их потенциального нежелания продолжать участие19.
Процедура принудительного выбора представления до четырех пар восходящих концентраций горьких на вкус растворов и dH2O была успешной для педиатрических популяций19,20. В-пятых, встроенный в контекст игры, метод чувствителен к когнитивным и языковым ограничениям детей и требует только, чтобы участник указывал на чашку, содержащую вкус. В недавнем исследовании 80% детей обеспечивали устойчивое внимание в среднем в течение 15 минут и достигли критерия8. Такая информация о выполнении задач должна сообщаться, особенно при изучении педиатрических популяций.
Настоящий метод имеет реальное значение и был использован для оценки пороговых значений обнаружения для других основных вкусов кислого (лимонная кислота) и горького (хинин)2 и у взрослых в разном возрасте8лет. Поскольку метод не требует вербальных ответов, инструкции должны быть легко переведены на другие языки21,что делает его ценным психофизическим инструментом для ученых во всем мире. Однако, как и любые другие психофизические методы, вероятно, будут ограничения в его использовании, особенно с детьми младшего возраста. Процедура может быть более трудной для достижения критериев для детей, чем для взрослых. В одном исследовании 20% детей не достигли критериев, по сравнению с 5% взрослых8лет. Причины незавершения включали несосредоточенное поведение, неспособность понять задачу или усталость и неспособность продолжать.
Результаты исследований, в которых использовался этот вкусовой TDT, внесли большой вклад в диагностику вкусовой агевзии в клинике и способствовали пониманию того, как вкусовая чувствительность изменяется с возрастом и состоянием здоровья. Клиническая оценка пациентов показала, что пороги обнаружения сахарозы ≥ 0,025 М для обоих полов и пороги обнаружения NaCl ≥ 0,012 М для мужчин или ≥ 0,010 М для женщин считаются аномальными2. Среди взрослых наблюдается постепенное снижение вкусовой чувствительности к сладкому, соленому, кислому и горькому вкусам, которое продолжается до восьмого десятилетия22. Молодые люди обычно имеют более низкие пороги обнаружения вкуса (более чувствительны), чем пожилые люди22,23,24,25. Тем не менее, дети и подростки имеют вкусовые пороги для сахарозы, которые выше(менее чувствительны) 8 и которые ниже (более чувствительны), чем у взрослых для горького вкуса пропилтиоурацила, причем взрослый рисунок появляется в подростковом возрасте19,26лет.
Было показано, что пороги обнаружения вкуса связаны с показателями здоровья. Например, пороги обнаружения вкуса соли положительно коррелировали с систолическим артериальным давлением среди детей с нормальным весом7,тогда как дети с центральным ожирением имели более низкие пороги обнаружения сахарозы (более чувствительные), чем дети без центрального ожирения4,с аналогичными результатами среди подростков27. Тем не менее, связь между порогами обнаружения ожирения и сахарозы не наблюдалась у взрослых женщин, а взрослые женщины с ожирением имели более высокие пороги обнаружения (были менее чувствительны) к пикантному вкусу глутаматанатрия 9.
Хотя исследования различий в порогах обнаружения между детьми и взрослыми ограничены, известно, что пороги обнаружения вкуса сахарозы не предсказывают сладкие вкусовые предпочтения или рейтинги интенсивности надпорогода от детства до взрослой жизни8, 28,29,предоставляя дополнительные доказательства того, что вкусовая чувствительность представляет собой особое измерение вкуса, которое не зависит от предпочтений и, таким образом, предполагает различные основные механизмы. Более глубокое понимание сложного взаимодействия между возрастом, диетическими привычками, состоянием здоровья и чувствительностью вкусовой системы, а также того, различаются ли такие взаимодействия между первичными вкусовыми добавками, является важной областью для будущих исследований.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Д-р Джозеф поддерживается Национальным институтом злоупотребления алкоголем и алкоголизмом (Z01AA000135) и Национальным институтом исследований сестринского дела (NINR) (1ZNR0000035-01) и фондами NIH Distinguished Scholar; Доктор Меннелла поддерживается грантами Национального института глухоты и других коммуникационных расстройств (NIDCD) DC016616 и DC011287; Усилия д-ра Коуарта по совершенствованию теста TDT были поддержаны грантом NIDCD P50 DC000214; и д-р Пепино поддерживается грантом Американской диабетической ассоциации (ADA) 1-19-ICTS-092 и Проектом хэтча 698-921 Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США (NIFA). Содержание является исключительной ответственностью авторов и не обязательно отражает официальные взгляды NIH, NINR, NIDCD, ADA или USDA NIFA. Финансирующие учреждения не играли никакой роли в разработке и проведении исследования; в сборе, анализе и интерпретации данных; или в подготовке или содержании рукописи.
Materials
| Digital stopwatch | Fisherbrand | 14-649-7 | |
| Funnel | Thermo Scientific | 10-348D | |
| Glass beaker, 2000 mL | Cole-Parmer | NC0821737 | |
| Glass bottles with lids, 120 mL (25) | Fisherbrand | FB02911904 | |
| Glass bottles with lids, 950 mL (17) | Fisherbrand | FB02911903 | |
| Graduated glass cylinders, 100 mL | PYREX | 08-552E | |
| Graduated glass cylinders, 1000 mL | PYREX | 08-566G | |
| Graduated glass cylinders, 50 mL | PYREX | 08-566C | |
| Graduated glass cylinders, 500 mL | PYREX | 08-566F | |
| Medicine cups | Medline | 22-666-470 | |
| Mini Cupcake, 48-cup Muffin pan (2) | Wilton | NA | |
| Monosodium glutamate (MSG) | Ajinomoto | NA | |
| Pipet Fillers | Thermo Scientific | 14-387-163 | |
| Pipets 50 mL | Fisherbrand | 13-676-10Q | |
| Sodium chloride (NaCl) | Morton | NA | |
| Sucrose, Crystal, NF | Spectrum Chemical MFG Corp | 57-50-1 | |
| Volumetric flask, 2000 mL, with stopper | PYREX | 10-210H | |
| Volumetric flasks, 1000 mL, with stoppers (4) | PYREX | 10-210G | |
| Weight boats | Sartorius | 13-735-744 |
References
- Bartoshuk, L. M. The psychophysics of taste. The American Journal of Clinical Nutrition. 31 (6), 1068-1077 (1978).
- Pribitkin, E., Rosenthal, M. D., Cowart, B. J. Prevalence and causes of severe taste loss in a chemosensory clinic population. Annals of Otology, Rhinology, and Laryngology. 112 (11), 971-978 (2003).
- Kouzuki, M., et al. Detection and recognition thresholds for five basic tastes in patients with mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease dementia. BMC Neurology. 20 (1), 110 (2020).
- Joseph, P. V., Reed, D. R., Mennella, J. A. Individual differences among children in sucrose detection thresholds: Relationship with age, gender, and bitter taste genotype. Nursing Research. 65 (1), 3-12 (2016).
- Nance, K., Acevedo, M. B., Pepino, M. Y. Changes in taste function and ingestive behavior following bariatric surgery. Appetite. 146, 104423 (2020).
- Bobowski, N., Mennella, J. A. Repeated exposure to low-sodium cereal affects acceptance but does not shift taste preferences or detection thresholds of children in a randomized clinical trial. Journal of Nutrition. 149 (5), 870-876 (2019).
- Bobowski, N. K., Mennella, J. A. Disruption in the relationship between blood pressure and salty taste thresholds among overweight and obese children. Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics. 115 (8), 1272-1282 (2015).
- Petty, S., Salame, C., Mennella, J. A., Pepino, M. Y. Relationship between sucrose taste detection thresholds and preferences in children, adolescents, and adults. Nutrients. 12 (7), 1918 (2020).
- Pepino, M. Y., Finkbeiner, S., Beauchamp, G. K., Mennella, J. A. Obese women have lower monosodium glutamate taste sensitivity and prefer higher concentrations than do normal-weight women. Obesity (Silver Spring). 18 (5), 959-965 (2010).
- Pepino, M. Y., Mennella, J. A. Effects of cigarette smoking and family history of alcoholism on sweet taste perception and food cravings in women. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 31 (11), 1891-1899 (2007).
- Cowart, B. J., Yokomukai, Y., Beauchamp, G. K. Bitter taste in aging: compound-specific decline in sensitivity. Physiology & Behavior. 56 (6), 1237-1241 (1994).
- Hoehl, K., Schoenberger, G. U., Busch-Stockfisch, M. Water quality and taste sensitivity for basic tastes and metallic sensation. Food Quality and Preference. 21, 243-249 (2010).
- Wetherill, G. B., Levitt, H. Sequential estimation of points on a psychometric function. British Journal of Mathematical and Statistical Psychology. 18, 1-10 (1965).
- Chambers, E. Commentary: conducting sensory research in children. Journal of Sensory Studies. 20 (1), 90-92 (2005).
- Mennella, J. A., Bobowski, N. K. Psychophysical tracking method to measure taste preferences in children and adults. Journal of Visualized Experiments: JoVE. , e35416 (2016).
- Running, C. A. High false positive rates in common sensory threshold tests. Attention, Perception, & Psychophysics. 77 (2), 692-700 (2015).
- Kunimoto, C., Miller, J., Pashler, H. Confidence and accuracy of near-threshold discrimination responses. Consciousness and Cognition. 10 (3), 294-340 (2001).
- Puputti, S., Hoppu, U., Sandell, M. Taste sensitivity Is associated with food consumption behavior but not with recalled pleasantness. Foods. 8 (10), 444 (2019).
- Mennella, J. A., Pepino, M. Y., Reed, D. R. Genetic and environmental determinants of bitter perception and sweet preferences. Pediatrics. 115 (2), 216-222 (2005).
- Anliker, J. A., Bartoshuk, L., Ferris, A. M., Hooks, L. D. Children’s food preferences and genetic sensitivity to the bitter taste of 6-n-propylthiouracil (PROP). American Journal of Nutrition. 54 (2), 316-320 (1991).
- Okronipa, H., et al. Exposure to a slightly sweet lipid-based nutrient supplement during early life does not increase the level of sweet taste most preferred among 4- to 6-year-old Ghanaian children: follow-up of a randomized controlled trial. The American Journal of Clinical Nutrition. 109 (4), 1224-1232 (2019).
- Murphy, C., Han, S. S., Coons, D. H. The effect of age on taste sensitivity. Special senses in aging: A current biological assessment. , 21-33 (1979).
- Moore, L. M., Nielsen, C. R., Mistretta, C. M. Sucrose taste thresholds: age-related differences. Journal of Gerontology. 37 (1), 64-69 (1982).
- Richter, C. P., Campbell, K. H. Sucrose taste thresholds of rats and humans. American Journal of Physiology. 128, 291-297 (1940).
- Schiffman, S. S., Sattely-Miller, E. A., Zimmerman, I. A., Graham, B. G., Erickson, R. P. Taste perception of monosodium glutamate (MSG) in foods in young and elderly subjects. Physiology & Behavior. 56 (2), 265-275 (1994).
- Mennella, J. A., Pepino, M. Y., Duke, F. F., Reed, D. R. Age modifies the genotype-phenotype relationship for the bitter receptor TAS2R38. BMC Genetics. 11, 60 (2010).
- Pasquet, P., Frelut, M. L., Simmen, B., Hladik, C. M., Monneuse, M. O. Taste perception in massively obese and in non-obese adolescents. International Journal of Pediatric Obesity. 2 (4), 242-248 (2007).
- Snyder, D. J., Prescott, J., Bartoshuk, L. M. Modern psychophysics and the assessment of human oral sensation. Advances in Otorhinolaryngology. 63, 221-241 (2006).
- Webb, J., Bolhuis, D. P., Cicerale, S., Hayes, J. E., Keast, R. The relationships between common measurements of taste function. Chemosensory Perception. 8 (1), 11-18 (2015).
