מיזוג Eyeblink קצר-עיכוב קלאסית אצל ילדים בת אחת-
Summary
פרוטוקול זה מתאר של eyeblink מיזוג הפרדיגמה המתאים עבור ניסויים עם תינוקות בת אחת. ציוד מסחרי או בהזמנה אישית יכול לשמש כדי לספק הגירויים, איסוף נתונים וניתוח צריכה להתבצע על וידאו והקלטות.
Abstract
Eyeblink קלאסית מיזוג (EBC) מתייחס האגודה המלומד בין גירוי מותנה (הטון שמיעתי) גירוי unconditioned (שאיפה של אוויר בקרנית). Eyeblink מיזוג משמש לעתים קרובות השפעול לזהות חריגות אסטרוציטומה תלויי למידה וזיכרון כי ביסוד associative learning מסוג זה. בעוד ניסויים מבוגרים וילדים בוגרים פשוטים יחסית לנהל באמצעות מכשור מסחרי, מיזוג eyeblink אצל תינוקות הוא מאתגר יותר עקב ציות המסכן שלהם, מה שהופך את המיקום הנכון של הציוד קשה. כדי להשיג מיזוג אצל תינוקות בת אחת, מחוייט או מערכת מסחרית מותאם יכול לשמש כדי לספק האוויר נשיפה הקרנית של התינוק. האתגר העיקרי טמון בהצלחה איתור של סיווג תגובות התנהגותיות. . מדווחים כי שיטות זיהוי הבהוב אוטומטיות הן לא אמין על אוכלוסייה זו, כי מיזוג ניסויים צריך להיות מנותח באמצעות מסגרת ניתוח של מצלמת וידאו משלימים הקלטות. ניתן ליישם שיטה זו ללמוד שינויים התפתחותיים eyeblink מיזוג, לבחון הפרדיגמה הזו ניתן לזהות ילדים עם הפרעות נוירולוגיות.
Introduction
מחנה־הבסיס היא צורה של התניה קלאסית, המשמש בדרך כלל להערכת למידה וזיכרון של בני אדם ובעלי חיים אחרים. מחנה־הבסיס של הפרדיגמה המקובלת מתייחס אגודה המלומד בין לא מזיק ‘ממוזגים’ הגירוי (הטון שמיעתי) עם הגירוי ‘unconditioned’ (פולטת אוויר הקרנית שגורם eyeblink רפלקסיבי, התגובה unconditioned). Associative learning מוערך על ידי הצגת את גירוי מותנה, סיווג eyeblinks כפי ממוזגים ואת unconditioned תגובות-an עלייה במספר תגובות מותנה לאורך זמן, או מעל יותר מאשר מפגש אחד עשוי להצביע על אסוציאטיבית למידה מתרחשת.
Eyeblink מיזוג הפרדיגמה יכול לשמש כדי לזהות אנשים עם מוגבלויות associative learning. עיכוב מיזוג-איפה גירוי מותנה (CS) מתחיל לפני אך חופף את הגירוי unconditioned (ארה ב)-נשלטת על ידי המעגלים אסטרוציטומה1,2, מופרת מבוגרים וילדים עם הפרעות נוירולוגיות, כולל סכיזופרניה3,4,אוטיזם5ואלכוהול עוברית ספקטרום ההפרעה6,7. מבחינה קלינית, בחינת eyeblink מיזוג אצל תינוקות עשויים לתמוך קודמות זיהוי וטיפול הפרעות נוירולוגיות אלה. עם זאת, בעוד ילדים בוגרים עלולים לסבול7,8 6,משב אוויר קרניות יכולה לשמור על עמדה הראש יציב/עין משך זמן הניסוי, תינוקות הם פחות תואם, קונבנציונלי eyeblink זיהוי הציוד והתוכנה אינה מספיקה.
כאן נתאר פרוטוקול פשוט לבחון עיכוב קצר מיזוג eyeblink אצל ילדים בת אחת, כי כבר ממאמרו של פרוטוקולים שתואר קודם לכן במקום9,10,11. פרוטוקול זה יכול להינתן באמצעות כל מערכת מסחרית או בהזמנה אישית מסוגל לספק פליטת אוויר מבוקרת בקרנית. עם זאת, במקום תוכנת איתור eyeblink מסחרי (למשל, מערכת איתור של סן דייגו כלי EyeBlink, אשר מעבד אותות מצלמת אינפרא-אדום), אנחנו ועוד9,10,11, ממליצים על שימוש מסגרת ניתוח של מצלמת וידאו הקלטות לזהות ולסווג תגובות eyeblink אצל תינוקות בת אחת.
Protocol
Representative Results
Discussion
שינויים, פתרון בעיות:
Eyeblink מסחרי או בהזמנה אישית מיזוג מערכות צריכים להציג את הגירויים לנושא בצורה מבוקרת השפעול ולהיות מסוגלים לזהות תגובות התנהגותיות. למרות זאת הוא הליך פולשני, הוא מאתגר דרישות טכניות עבור ניסויים אלה אוכלוסיות פחות תואם (למשל, תינוקות). פיזית הצמדת ההר הראש העין אפשרי עבור ניסויים בבעלי חיים, כגון מיזוג ניסויים כבשים12,13. ילדים בוגרים עלולים לסבול עונד סרט לשיער עם האוויר המצורפת-פאף משלוח יחידה6,7,8 וניתן לעודד אותם לשמור על עמדה עין מתמיד משתמשת הטלוויזיה. למרות תאימות אצל תינוקות צעירים מאוד יכולה להיות מושגת על ידי מיזוג במהלך שינה14, תינוקות ישנים יותר מתקרב גיל שנה הם בדרך כלל מוסחת בקלות, הפיכתם אוכלוסיה באופן ייחודי ומאתגר. למרות האתגרים, ניסויים מיזוג eyeblink אפשריים עבור כמה תינוקות ער, בן אחד. אחוזי ההצלחה שלנו דומים לאלה שדווחו בעבר ב ספרות (~ 40-50% תאימות)9, עם סיכויי ההצלחה כנראה בא לידי ביטוי הטמפרמנט של התינוק ביום של הניסוי.
שלבים קריטיים בתוך הפרוטוקול:
אנו ממליצים על התאמת מלכודת EBC זמין מסחרית, או באמצעות גנרטור לחץ אוויר לפי הזמנה כמתואר לעיל, צעיר תינוקות9,10,11. האתגר הראשונית היא שמירה על יחידת משלוח אוויר-נשיפה בתנוחה הנכונה לאורך כל הניסוי, הדורש קטן, ששינה סליחה. בטיחות עין היא דאגה מיוחדת לתינוקות שאינם תואמי המנסים להסיר בלוק עשה את עצמם. לכן, תינוקות חייב לפקח מקרוב בכל עת. שיעור של ילדים לא אסבול ענידת הסרט או קבלת והגראס אוויר לעין (כאן, ~ 35%), למרות זאת שיפור ידי בעדינות להסיח את התינוק אם פרוטוקול הניסוי מאפשר זאת, ואם זה לא בגלוי להתערב עם התינוק התנהגות. עבור הילדים השלימו את הניסוי, ניסויים אוויר-עלים-בלבד חיוניים כדי לאשר כי ראש היה ממוקם בצורה נכונה, כמו חוסר או היפוך של מיזוג תגובות עלולה להיגרם על ידי מסירה עלובה של והגראס אוויר לאורך כל הניסוי.
בעוד ניתוח וידאו ידני היא גוזלת זמן, באמצעים אוטומטיים של התינוק eyeblink תגובות קשים כעת להשיג. חיישני אינפרה-אדום שסופק עם מסחרי set-ups EBC (ממוקם על המצח הסמוכה ליחידה נשיפה של אוויר) להקליט את השתקפות-לרגע מן הקרנית בקצב דגימה 1 kHz ולאחר הבהובים יכול להתגלות על ידי מדידת השינוי השתקפות בעקבות תחילת גירוי. שינויים משמעותיים של השתקפות בסיסית מצביעים על כך eyeblink אירעה, ניתוח אוטומטיות יכול לשמש כדי לזהות ולסווג הבהוב תגובות. עם זאת, אנחנו ועוד9,10,11 מציע כי החוקרים אין להסתמך על השתקפות הקרנית אינפרא-אדום מידות סיפק קופצים EBC מסחרי כדי לזהות הבהובים אצל ילדים בת אחת. בעוד ששיטה זו עשוי להיות מתאים עבור המשתתפים למבוגרים או לילדים בוגרים6,7, לא הצלחנו לאתר ומהימנה הבהובים אחד בני בשיטה זו. . הנה, זניח בשינוי השקיפות בסיסית הוא ציין לאורך התקופה המשפט, המציין כי eyeblink אינה מזוהה על ידי חיישן אינפרא-אדום. בנוסף, פסגות חיובי כוזב נפוץ שנצפו, אשר נגרמות על ידי תנועות הראש של התינוק זה לשנות את ההצבה של החיישן. הטייס בדיקות אצל מבוגרים מרמז כי המשתתף צריך לשים את הדגש על או מעט מעל שלהם קו אופקי ראיה, עם אוויר עלים היחידה בתוך 1-2 ס מ של הקרנית, בהצלחה לזהות את eyeblinks-התנאים בהם אינה יכולה להישמר בעקביות עם תינוקת. בנוסף, גודל קטן פיסורה interpalpebral אצל תינוקות עשויה להפחית את השתקפות הקרנית, ביצוע זיהוי הבהוב יותר קשה מאשר אצל מבוגרים או מבוגר יותר ילדים.
משמעות לגבי שיטות קיימות:
למרות הצורך ניתוח מצלמת וידאו ידני ועל פתרון זמני התחתון סרטון 60-הרץ לעומת מדידות 1 kHz השתקפות, אחוזי ההצלחה משופרת של הקלטות וידאו לבצע זאת שיטה מעולה חיישן אינפרה אדום. למרות והגראס אוויר הקרנית גם תימסר על ידי המצורף אותו עיטור ראש בדיוק כמו חיישן אינפרא אדום מסחרי, משלוח הגירוי מופיע להיות יותר גמיש כדי מיצוב מאשר חיישן אינפרה אדום, כמו הכוח משב אוויר יכול להיות מותאם ככל הנדרש. זה מונע התאמה מוגזמת של הסרט, אשר נוטה להפחית תאימות תינוקות. חוקרים יכולים להשיג שיעור הצלחה גבוה יותר באמצעות חיישן אינפרה אדום עשוי לדרוש עדיין תומך ניתוח מצלמת וידאו. על הניסויים שבה אין תגובה eyeblink לזיהוי שהוקלט על ידי חיישן אינפרה אדום, הקלטות וידאו ניתן להבחין בין תגובות נכון או ניסויים לא חוקיים (כלומר, אם הילד לבש את יחידת נשיפה של אוויר בתנוחה הנכונה, אם הם לא ממצמץ, או אם יש חיישן אינפרה אדום לא הצליחו לזהות את ההבהוב). באותה מידה, הקלטות וידאו יש צורך לאשר את תוצאות חיוביות שגויות, כמו תנועות במהלך המשפט יכולים גם לייצר חפצים המתחפש הבהובים. עקיבה המנגנון15,16 ו אלקטרומיוגרפיה9,10,14 של שריר העין החוגי האחרים אוטומטית שיטות זיהוי הבהוב שנמצאים מעבר להיקף של העבודה אך ללא אימות חזותי של היחידה עלים אוויר בכל ניסוי, שיטות אלה נוטים לסבול החסרונות אותו כמו בתוכנת איתור eyeblink אינפרא-אדום המתוארים כאן.
בעבר התמקדה העבודה שפורסמו על מיזוג למצמץ תינוקות צעירים, בדרך כלל 4-5 חודשים של גיל; עבודה זו מוסיפה את הגוף הזה של הספרות על-ידי תיאור טכניקות לשימוש עם תינוקות בוגרים (12 ± 1 חודש של גיל), את האתגרים הייחודיים שקבוצת גיל זו מציג. מחברים אחרים ניצלו גם ניתוח וידאו (לבד או בשילוב עם אלקטרומיוגרפיה) עם תינוקות9,10,11,14. התוצאות המובאות כאן הן בקנה אחד עם הממצאים הקודמים אשר מציע מסגרת ניתוח וידאו היא השיטה הטובה ביותר של זיהוי eyeblinks אצל תינוקות, כפי אלקטרומיוגרפיה והן ניטור אינפרא-אדום יכול להיות בעייתי בגלל הפנים והראש תנועות אצל ילדים צעירים מאוד. עבודה זו תומך גם הממצא כי תינוקות יכול להתפתח תגובות מותנה גם בגילאים צעירים מאוד, לפחות עבור מרווח השהיה9650-ms.
יישומים עתידיים:
כמו מספר מצומצם של מחקרים ניסו eyeblink מיזוג ניסויים אצל תינוקות אנושיים, הפרמטרים הגירוי יש לשקול בזהירות בעתיד ניסויים. מיזוג נצפתה מוקדם ככל 10 ימים של גיל17 , לפחות בתוך החודש הראשון של החיים14, למרות מרווח זמן בין הגירוי (למשל, 1,500 ms) מופיעה כדי להצליח יותר בשלבים מאוד מוקדמים אלה הינקות18 . לשם השוואה, ילדים גיל שישה חודשים יכול להיות בצורה מהימנה יותר ממוזגים עם קצר יותר מרווח10, אמנם פחות בהצלחה מבוגרים19. 650-ms למרווח בין הצליל והגראס אוויר הציע עבור ילדי בת אחת-פרוטוקול זה יכול לגרום בהצלחה מיזוג 4 או 5-בן חודשים תינוקות9,10,11, כמו גם כמו מבוגר ילדים6,7. הדבר מצביע על כך eyeblink מיזוג נכה מוסדר, העיכוב אופטימלי בין הצליל לבין והגראס האוויר יורד עם הגיל הרך10, למרות ניסויים נוספים בהתאמת פרוטוקול זה נדרשים לחקור אלה פרמטרים נוספים.
מגבלות של טכניקה זו:
מחנה־הבסיס עשויה להיות מאתגרת כדי להגדיר, עשוי לדרוש פתרון לכל מצב בודדים. לקבוע מתי התרחש מיזוג שקשה להגדיר, הכי נצפית על ניסויים או הפעלות מרובות. לדוגמה, מחקרים אחרים, יש להשתמש שיעור מיזוג שרירותי של 40% בתוך כל בלוק 10 ניסויים כדי להגדיר מיזוג והשוו שינויים בין הפעלות ניסיוני רצופים6,9,10, 11. השלמת בהצלחה את המספר הנדרש של ניסויים להתבונן מיזוג, לכן, תתקשו להשיג אצל ילדים צעירים.
לגבי ניתוח הנתונים, אחד האתגרים מסוים הוא להפריד הבהובים עורר גירוי ספונטנית הבהובים (אנדוגני)9. הקצב של eyeblinks ספונטנית שונה בין אנשים, אבל יכול להיות מושפע מגורמים סביבתיים כגון לחות בחדר, כמו גם מצבים התנהגותיים. קריצות זוגי להתרחש כאשר ישנם שני סגרים עפעפיים מלאה בזמן קצר מאוד של זמן (למשל, 400 ms)20, זה אפשרי כי אלה מבטאות הבהובים ספונטנית המתרחשת באותו זמן כמו טבגר (ממוזגים או unconditioned) eyeblink. הבחנו מעת לעת הבהובים כפולות בערכת הנתונים שלנו, באמצעות פרוטוקול זה, הקלטנו את ההשהיה אל תמצמץ ראשונה בלבד. עם זאת, השמטת ניסויים אלה עשוי להגביר וודאות כי הניתוח הוא לכידת הבהובים עורר גירוי רק.
החוקרים גם צריך לקבל החלטות על החלון השהיה כדי להגדיר ממוזגים או unconditioned התגובה, כמו גם אם להגדרת השהיית תחילת הבהוב או הפסגה הבהוב (סגירת העפעף). כאן שמרנית הגדרנו מותנה תגובה כמו מצמוץ זה פסגות לפני ms 650 בניסויים לזווג או אינטראקצית, לספק וודאות כזה מקולקל הוא יזם לפני התחלתה משב אוויר, ולא בתגובה נשיפה אוויר. עם זאת, חלון זמן השהיה זה יכול להאריך לניסויים אינטראקצית שבו מוצג אין משב אוויר, במיוחד אם באמצעות הבהוב שיא להגדרת ההשהיה של התגובה. העיקרון החשוב כאן הוא כי כל המופעים הן מטופלות באופן זהה, על ידי כל הבוחנים, ונקבע כי קריטריון זה לפני כל התחלת ניתוח נתונים.
לסיכום, ניתוח וידאו מסגרת יכול לספק שיטה לשחזור ואמין להעריך תגובות EBC קלאסית אצל תינוקות צעירים. אמצעים אלה מספקים מדד אחד של למידה התנהגות, למרות הערכה התפתחותית מקפת נדרש לאפיין באופן מלא neurodevelopment בינקות.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי ניו זילנד ובתרפיית ראייה מחקר קרן, הסוכנות לקידום בריאות, קרן פיתוח של מחקרים סגל אוניברסיטת אוקלנד, ולממן אוניברסיטת אוקלנד בית הספר לרפואה PBRF.
אנו מודים על שני תלמידים אופטומטריה מ- אוניברסיטת אוקלנד (נער שנון, Harpreet סינג) שסיימו את ניתוח וידאו ידני לבחון את ההסכם במדידות תגובת מצמוץ.
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).
