تكييف الكلاسيكية القصيرة-تأخير اييبلينك في الأطفال عمرها سنة واحدة
Summary
ويصف هذا البروتوكول اييبلينك تكييف نموذج مناسب للتجارب مع رضيعا عمره سنة واحدة. يمكن استخدام المعدات التجارية أو مصنوعة خصيصا لإيصال المحفزات، وجمع البيانات وتحليلها ينبغي أن يقوم على تسجيلات الفيديو.
Abstract
اييبلينك الكلاسيكية تكييف (EBC) يشير إلى اقتران المستفادة بين حافز مشروط (لهجة سمعية) وحافز أونكونديتيونيد (نفخة هواء للقرنية). تكييف اييبلينك غالباً ما يستخدم تجريبيا للكشف عن تشوهات في الدماغ تعتمد على التعلم والذاكرة الذي يكمن وراء هذا النوع من التعلم النقابي. بينما التجارب في البالغين والأطفال الأكبر سنا بسيطة نسبيا لإدارة استخدام المعدات التجارية، يتم تكييف اييبلينك في الرضع أكثر تحديا بسبب امتثالها الفقيرة، الأمر الذي يجعل تحديد المواقع الصحيحة للمعدات صعبة. لتحقيق التكييف في رضيعا عمره سنة واحدة، يمكن استخدامها نظام تجاري تكييفها أو مصنوعة خصيصا تسليم نفخة الهواء إلى القرنية الرضيع. أن التحدي الرئيسي يكمن في اكتشاف وتصنيف الردود السلوكية بنجاح. ونحن التقرير أن أساليب الكشف الآلي الطرفة التي يمكن الاعتماد عليها في هذه الفئة من السكان، وأن تكييف التجارب ينبغي تحليله باستخدام تحليل الإطار حسب الإطار للتسجيلات التكميلية كاميرا الفيديو. يمكن تطبيق هذا الأسلوب لدراسة التغيرات الإنمائية في تكييف اييبلينك ودراسة ما إذا كان هذا النموذج يمكن الكشف عن الأطفال الذين يعانون من اضطرابات عصبية.
Introduction
EBC هو شكل من أشكال الاشراط الكلاسيكي الذي يستخدم عادة لتقييم التعلم والذاكرة في البشر والحيوانات الأخرى. نموذج EBC التقليدية تشير إلى ارتباط المستفادة بين حافز ‘مكيفة’ حميدة (لهجة السمع) مع حافز ‘غير المشروطة’ (هواء القرنية نفخة بالحث اييبلينك انعكاسية، استجابة أونكونديتيونيد). التعلم النقابي يقيم عن طريق تقديم حافز مشروط وتصنيف اييبلينكس كما مكيفة وردود أونكونديتيونيد زيادة في عدد الاستجابات مشروط على مر الزمن، أو قد يشير إلى أكثر من جلسة واحدة، النقابي ويحدث التعلم.
يمكن استخدام اييبلينك تكييف نموذج لتحديد الأشخاص المصابين بضعف في التعلم النقابي. تأخير تكييف-أين حافز مشروط (CS) يبدأ قبل لكن يتداخل مع حافز أونكونديتيونيد (الولايات المتحدة)-يتم التحكم بواسطة الدوائر الدماغ1،2، وهو عطل في البالغين والأطفال الذين يعانون من اضطرابات عصبية، بما في ذلك مرض الفصام3والتوحد4،5والكحول الجنيني طيف اضطراب6،7. من وجهة نظر سريرية، دراسة اييبلينك تكييف في الرضع قد دعم سابق كشف وعلاج هذه الاضطرابات العصبية. ومع ذلك، بينما الأطفال الأكبر سنا قد تحمل هواء القرنية نفخة6،،من78 ويمكن الحفاظ على وضع مستقر رأس/عين خلال مدة التجربة، الرضع متوافقة مع أقل، والتقليدية اييبلينك الكشف عن المعدات والبرمجيات ليست كافية.
هنا يمكننا وصف بروتوكول بسيط لدراسة تأخير قصيرة تكييف اييبلينك في الأطفال عمرها سنة واحدة، والتي قد تم تكييفه من البروتوكولات المذكورة سابقا في أماكن أخرى9،،من1011. هذا البروتوكول يمكن أن تدار باستخدام أي نظام تجاري أو مصنوعة خصيصا القادرة على إيصال نفخة الخاضعة لمراقبة الجوية للقرنية. ومع ذلك، بدلاً من برنامج الكشف عن اييبلينك التجارية (مثلاً، “نظام الكشف عن اييبلينك سان دييغو الصك”، الذي يعالج الإشارات من كاميرا الأشعة تحت حمراء)، ونحن وآخرون10،،من911، نوصي باستخدام تحليل الإطار حسب الإطار لتسجيلات كاميرا فيديو لكشف وتصنيف الردود اييبلينك في رضيعا عمره سنة واحدة.
Protocol
Representative Results
Discussion
التعديلات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها:
ينبغي تقديم المحفزات لهذا الموضوع بطريقة الخاضعة للرقابة تجريبيا اييبلينك التجارية أو مصنوعة خصيصا تكييف النظم وتكون قادرة على الكشف عن الاستجابات السلوكية. على الرغم من أن هذا إجراء غير الغازية، تحدي الشروط التقنية لإجراء هذه التجارب في السكان أقل متوافقة (مثل، الأطفال الرضع). من الممكن إرفاق فعلياً على الرأس الجبل للعين للتجارب على الحيوانات، مثل تكييف التجارب في الأغنام12،13. الأطفال الأكبر سنا قد تسمح بارتداء عقال مع نفخة هواء مرفقة تسليم وحدة6،،من78 ويمكن أن تشجع على الحفاظ على وضع عين مستمر باستخدام التلفزيون كإلهاء. على الرغم من أن الامتثال في الرضع الصغار جداً يمكن أن يتحقق بتكييف أثناء النوم14، الرضع الأكبر سنا تقترب من سنة واحدة من العمر هي عادة يصرف بسهولة، مما يجعل منهم عدد سكان تحديا فريداً. ورغم التحديات، اييبلينك تكييف التجارب الممكنة لبعض الرضع مستيقظا، وعمره سنة واحدة. معدلات النجاح لدينا مماثلة لتلك التي أبلغ عنها سابقا في الأدب (~ 40 ٪-50 ٪ الامتثال)9، مع احتمال نجاح ربما ينعكس بمزاج الرضيع في يوم التجربة.
الخطوات الحاسمة في إطار البروتوكول:
نوصي بتكييف هيكل EBC متاحة تجارياً، أو باستخدام مولد ضغط جوي المواصفات كما هو موضح سابقا، للرضع الأصغر سنا9،،من1011. التحدي الأول هو الحفاظ على وحدة التسليم نفخة الهواء في الموضع الصحيح في جميع أنحاء هذه التجربة، الأمر الذي يتطلب أصغر، تعديل لغطاء الرأس. سلامة العين هو مصدر قلق خاص للرضع غير متوافقة مع الذين يحاولون إزالة غطاء الرأس أنفسهم. ولذلك، يجب رصد الرضع عن كثب في جميع الأوقات. نسبة من الأطفال لن يتسامح مع ارتداء عقال أو تلقي نفخة الهواء للعين (هنا، ~ 35 ٪)، على الرغم من أن هذا قد تحسنت بتشتيت الرضيع بلطف إذا كان البروتوكول التجريبي يسمح بذلك وإذا كان هذا لا يتعارض صراحة مع الرضع السلوك. بالنسبة للأطفال الذين يكملون التجربة المحاكمات نفخة الهواء فقط ضرورية للتأكد من أن غطاء الرأس كان المتمركزة بشكل صحيح، كنقص أو انعكاس لتكييف الاستجابات قد تنجم عن سوء إيصال نفخة الهواء طوال التجربة.
حين تحليل الفيديو اليدوية تستغرق وقتاً طويلاً، حاليا من الصعب تحقيق التدابير التلقائية للردود اييبلينك الرضع. أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء الموفر مع التكوينات EBC التجارية (المتمركزة في عقال المتاخمة لوحدة نفخة الهواء) تسجيل الانعكاس لحظة بلحظة من القرنية بمعدل أخذ عينات 1-كيلوهرتز، ويمكن اكتشاف يومض بقياس التغيير في الانعكاس عقب بداية التحفيز. تغيرات هامة من الانعكاس الأساس تشير إلى أن حدث اييبلينك، ويمكن استخدام التحليل الآلي لكشف وتصنيف الردود طرفه. ومع ذلك، نحن وآخرون9،،من1011 تشير إلى أن الباحثين لا يجب الاعتماد على قياسات الأشعة تحت الحمراء الانعكاس القرنية المقدمة مع التكوينات EBC التجارية للكشف عن يومض في الأطفال سنة واحدة. في حين قد تكون هذه الطريقة مناسبة للمشاركين البالغين أو الأطفال الأكبر سنا6،7، لم نتمكن من اكتشاف موثوق يومض في الأطفال البالغين من العمر سنة واحدة باستخدام هذا الأسلوب. هنا، يلاحظ تغير يذكر في الانعكاس الأساس على طول العصر للمحاكمة، مشيراً إلى أن اييبلينك لم يتم الكشف عن جهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء. وباﻹضافة إلى ذلك، قمم إيجابية كاذبة هي عادة لاحظ، التي تسببها حركات الرأس الرضيع أن تغيير الموضع من أجهزة الاستشعار. طيار اختبار في البالغين يوحي بأن المشارك يجب أن يركز على أو أعلى بشكل طفيف عن خط الرؤية الأفقية، مع وحدة نفخة الجوية المتمركزة داخل 1-2 سم القرنية، لكشف اييبلينكس-الشروط التي لا يمكن الاحتفاظ بنجاح دائماً مع الطفل رضيع. وبالإضافة إلى ذلك، قد يقلل من حجم الشق إينتيربالبيبرال الصغيرة في الرضع الانعكاس القرنية، مما يجعل الكشف عن وميض الأطفال أكثر صعوبة من البالغين أو كبار السن.
أهمية فيما يتعلق بالأساليب القائمة:
على الرغم من الحاجة إلى التحليل اليدوي كاميرا فيديو والأزمنة أقل فيديو 60 هرتز بالمقارنة مع قياسات الانعكاس 1 كيلوهرتز، جعل هذا معدلات نجاح تحسين تسجيلات الفيديو طريقة متفوقة على استشعار الأشعة تحت الحمراء. على الرغم من أن يتم تسليم نفخة الهواء القرنية أيضا بإرفاق غطاء الرأس نفسه كجهاز استشعار الأشعة تحت حمراء تجاري، يظهر تسليم الحافز لتكون أكثر مرونة لتحديد المواقع من استشعار الأشعة تحت الحمراء، كما يمكن تعديل قوام نفخة الهواء كالمطلوب. هذا يتجنب التكيف المفرط من عقال، الذي يميل إلى الحد من التوافق الرضع. قد تتطلب الباحثين الذين يمكن تحقيق أعلى معدلات النجاح باستخدام جهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء لا تزال تدعم التحليل كاميرا الفيديو. للمحاكمات حيث لا يوجد أي رد اييبلينك يمكن كشفها مسجل من قبل جهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء، تسجيلات الفيديو يمكن أن نميز بين الاستجابات الحقيقية أو المحاكمات غير صالحة (أيما إذا كان يرتدي الطفل وحدة نفخة الهواء في الموضع الصحيح، إذا لم وميض، أو ما إذا كان فشل استشعار الأشعة تحت الحمراء للكشف عن الطرفة). على قدم المساواة، تسجيلات الفيديو ضرورية للتأكد من النتائج الإيجابية الكاذبة، كما الحركات أثناء المحاكمة يمكن أيضا إنتاج المصنوعات اليدوية يتنكر يومض. العين تتبع جهاز15،16 والكهربائي9،،من1014 عضلة الدويريه العينية هي الأخرى الآلي أساليب الكشف الطرفة التي خارجة عن نطاق هذه الورقة، على الرغم من دون تأكيد البصرية لوحدة نفخة الهواء لتحديد المواقع لكل محاكمة، هذه الأساليب من المحتمل أن تعاني من عيوب نفسه كبرنامج الكشف عن الأشعة تحت الحمراء اييبلينك الموصوفة هنا.
سابقا ركزت الأعمال المنشورة في تكييف طرفه العين على الرضع الأصغر سنا، عادة من 4-5 أشهر عمر؛ ويضيف هذا العمل إلى هذه الهيئة للأدب بوصف تقنيات للاستخدام مع الرضع الأكبر سنا (12 ± 1 شهر عمر) والتحديات الفريدة التي تمثل هذه الفئة العمرية. كما استخدمت مؤلفين آخرين تحليل أشرطة الفيديو (أما وحدها أو بالاقتران مع الكهربائي) مع الرضع9،10،،من1114. النتائج المعروضة هنا تنسجم مع هذه النتائج السابقة التي تشير إلى تحليل الإطار حسب الإطار الفيديو هو أفضل طريقة للكشف عن اييبلينكس في الرضع، كما الكهربائي ورصد الأشعة تحت الحمراء يمكن أن يمثل مشكلة نظراً للوجه والرأس حركات في الأطفال الصغار جداً. ويدعم هذا العمل أيضا استنتاج أن الرضع يمكن تطوير استجابات مشروط حتى في سن مبكرة جداً، على الأقل ل الفاصل زمني تأخير 650 ms9.
التطبيقات المستقبلية:
كما حاول عدد محدود من الدراسات اييبلينك تكييف التجارب البشرية عند الرضع، المعلمات الحافز ينبغي إمعان النظر في المستقبل التجارب. وقد لوحظ تكييف أقرب وقت 10 أيام من العمر17 وعلى الأقل خلال الشهر الأول من الحياة14، على الرغم من أن فترة زمنية طويلة بين الحافز (مثلاً، 1,500 مرض التصلب العصبي المتعدد) يظهر أن تكون أكثر نجاحا في هذه المراحل المبكرة جداً من الطفولة18 . وبالمقارنة، الأطفال تقترب من سن ستة أشهر يمكن أن تكون أكثر موثوقية مكيفة مع فاصل زمني أقصر10، على الرغم من أن أقل من نجاح في البالغين19. 650-مرض التصلب العصبي المتعدد الفاصل الزمني بين اللهجة ونفخة الهواء واقترح للأطفال سنة واحدة في هذا البروتوكول يمكن بنجاح حمل التكييف في 4 أو 5-شهرا الرضع9،10،11، كذلك في كبار السن الأطفال6،7. وهذا يوحي بأن تكييف اييبلينك تنمويا ينظم، بتأخير الأمثل بين اللهجة ونفخة الهواء تتناقص مع10من سن الرضع، على الرغم من أن المزيد من التجارب تكييف هذا البروتوكول المطلوب للتحقيق في هذه معلمات إضافية.
القيود المفروضة على هذا الأسلوب:
يمكن أن يكون تحديا لإعداد EBC وقد يتطلب استكشاف الأخطاء وإصلاحها في كل حالة على حدة. تحديد متى حدث تكييف يصعب تعريفه، وهو أفضل لوحظ خلال المحاكمات أو جلسات عمل متعددة. على سبيل المثال، قد يستخدم بمعدل 40% داخل كل كتلة من 10 محاكمات تكييف تعسفي لتعريف تكييف دراسات أخرى ومقارنة مع أية تغييرات بين الدورات التجريبية المتعاقبة6،،من910، 11. بنجاح إكمال العدد المطلوب من المحاكمات لمراقبة تكييف،، يمكن بالتالي يصعب تحقيقه في صغار الأطفال.
فيما يتعلق بتحليل البيانات، هو أحد التحديات خاصة فصل يومض أثارت التحفيز من عفوية يومض (الذاتية)9. معدل اييبلينكس عفوية مختلفة بين الأفراد ولكن يمكن أن يتأثر بالعوامل البيئية مثل الرطوبة الغرفة، فضلا عن الدول السلوكية. يومض مزدوجة تحدث عندما تكون هناك اثنين من الإغلاق الجفن كاملة في فترة قصيرة جداً من الزمن (مثلاً، 400 مللي ثانية)20، ومن الممكن أن تعكس هذه الومضات العفوية التي تحدث في نفس الوقت انعكاسية (مشروطة أو غير المشروطة) اييبلينك. لاحظ أننا أحياناً يومض مزدوجة في مجموعة البيانات التي لدينا، واستخدام هذا البروتوكول، سجلنا الكمون لطرفة الأول فقط. ومع ذلك، تجاهل هذه المحاكمات قد يزيد اليقين أن التحليل هو التقاط آثار التحفيز يومض فقط.
سوف يحتاج الباحثون أيضا اتخاذ قرارات بشأن الإطار الكمون في لتعريف مشروطة أو استجابة أونكونديتيونيد، فضلا عن ما إذا كنت تريد تحديد زمن الوصول إلى ظهور وميض أو ذروة الطرفة (إغلاق الجفن). هنا حددنا متحفظ استجابة مشروط كطرفة التي قمم قبل 650 مرض التصلب العصبي المتعدد في محاكمات المزدوجة أو مزاوج، توفير اليقين أن الطرفة هو بدأ قبل ظهور نفخة الهواء وليس ردا على نفخة الهواء. ومع ذلك، هذا الإطار الكمون يمكن تمديدها للمحاكمات مزاوج التي عرضت فيها لا نفخة الهواء، لا سيما إذا كان استخدام وميض الذروة لتحديد زمن الاستجابة. المبدأ الهام هنا هو أن تعالج كافة المثيلات بنفس الطريقة، فاحصي كافة، وأن يحدد هذا المعيار قبل أي ابتداء من تحليل البيانات.
وباختصار، يمكن أن توفر إطار بإطار تحليل أشرطة الفيديو طريقة موثوقة واستنساخه لتقييم استجابات EBC الكلاسيكية في الرضع الصغار. وتوفر هذه التدابير مقياس واحد لتعلم السلوك، على الرغم من أن تقييم إنمائي شامل مطلوب لتميز النماء العصبي تماما في مهدها.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذه الدراسة كانت تدعمها “نيوزيلندا فحص الرؤية البحوث مؤسسة”، وكالة النهوض بالصحة، صندوق تنمية البحوث كلية “جامعة أوكلاند” وصندوق “جامعة أوكلاند” كلية الطب ببرف.
نحن ممتنون لاثنين من الطلاب البصريات من “جامعة أوكلاند” (الصبي شانون وهاربريت سينغ) الذين أتموا تحليل الفيديو اليدوي لبحث اتفاق في غمضة استجابة القياسات.
Materials
| Eyeblink conditioning system | San Diego Instruments | Model #2325-0145-W | includes portable airpuff unit and infrared emitter/receiver mounted to adjustable headband; eyeblink stimulus and response detection software; PC interface |
| 4K Ultra HD action camera | RV77 | Model SJ9000 | micro SD/TF card recording 90fps at 720p |
References
- Freeman, J. H., Steinmetz, A. B. Neural circuitry and plasticity mechanisms underlying delay eyeblink conditioning. Learning & Memory. 18 (10), 666-677 (2011).
- Mccormick, D. A., et al. The engram found? Role of the cerebellum in classical conditioning of nictitating membrane and eyelid responses. Bulletin of the Psychonomic Society. 18 (3), 103-105 (1981).
- Bolbecker, A. R., et al. Eye-blink conditioning deficits indicate temporal processing abnormalities in schizophrenia. Schizophrenia Research. 111 (1-3), 182-191 (2009).
- Sears, L. L., Finn, P. R., Steinmetz, J. E. Abnormal classical eye-blink conditioning in autism. Journal of Autism and Development Disorders. 24 (6), 737-751 (1994).
- Oristaglio, J., et al. Children with autism spectrum disorders show abnormal conditioned response timing on delay, but not trace, eyeblink conditioning. Neuroscience. 248, 708-718 (2013).
- Jacobson, S. W., et al. Impaired eyeblink conditioning in children with fetal alcohol syndrome. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 32 (2), 365-372 (2008).
- Jacobson, S. W., et al. Impaired delay and trace eyeblink conditioning in school-age children with fetal alcohol syndrome. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 35 (2), 250-264 (2011).
- Ohlrich, E. S., Ross, L. E. Acquisition and differential conditioning of the eyelid response in normal and retarded children. Journal of Experimental Child Psychology. 6 (2), 181-193 (1968).
- Ivkovich, D., Eckermann, C. O., Krasnegor, N. A., Stanton, M. E., Woodruff-Pak, D., Steinmetz, J. E. Using eyeblink conditioning to assess neurocognitive development. Eyeblink Classical Conditioning: Volume I. , 119-142 (2002).
- Klaflin, D. I., Stanton, M. E., Herbert, J., Greer, J., Eckerman, C. O. Effect of delay interval on classical eyeblink conditioning in 5 month old human infants. Developmental Psychobiology. 41 (4), 329-340 (2002).
- Ivkovich, D., Collins, K. L., Eckerman, C. O., Krasnegor, N. A., Stanton, M. E. Classical Delay Eyeblink Conditioning in 4- and 5-Month-Old Human Infants. Psychological Science. 10 (1), 4-8 (1999).
- Nation, K., et al. Video-based data acquisition system for use in eye blink classical conditioning procedures in sheep. Behavior Research Methods. , 1-14 (2016).
- Johnson, T. B., Stanton, M. E., Goodlett, C. R., Cudd, T. A. Eyeblink classical conditioning in the preweanling lamb. Behavioral Neuroscience. 122 (3), 722-729 (2008).
- Reeb-Sutherland, B. C., et al. One-month-old Human Infants Learn About the Social World While They Sleep. Developmental Science. 14 (5), 1134-1141 (2011).
- Kulke, L., Atkinson, J., Braddick, O. Automatic Detection of Attention Shifts in Infancy: Eye Tracking in the Fixation Shift Paradigm. PLoS One. 10 (12), e0142505 (2015).
- Meng, X., Uto, Y., Hashiya, K. Observing Third-Party Attentional Relationships Affects Infants’ Gaze Following: An Eye-Tracking Study. Frontiers in Psychology. 7, 2065 (2016).
- Naito, T., Lipsitt, L. P. Two attempts to condition eyelid responses in human infants. Journal of Experimental Child Psychology. 8 (2), 263-270 (1969).
- Little, A. H., Lipsitt, L. P., Rovee-Collier, C. Classical conditioning and retention of the infant’s eyelid response: effects of age and interstimulus interval. Journal of Experimental Child Psychology. 37 (3), 512-524 (1984).
- Hoffman, H. S., Cohen, M. E., Devido, C. J. A comparison of classical eyelid conditioning in adults and infants. Infant Behavior and Development. 8 (3), 247-254 (1985).
- Nakanishi, M., Mitsukura, Y., Wang, Y., Wang, Y. T., Jung, T. P. Online Voluntary Eye Blink Detection using Electrooculogram. IEICE Proceeding Series. , (2012).
