Classica-ritardo Eyeblink condizionata a One-Year-Old Children
Summary
Questo protocollo descrive un eyeblink condizionata paradigma appropriato per gli esperimenti con gli infanti one-year-old. Attrezzature commerciali o su misura possono essere utilizzata per fornire gli stimoli, e raccolta di dati e l’analisi deve essere eseguite sulle registrazioni video.
Abstract
Classica eyeblink condizionata (EBC) si riferisce all’associazione imparato tra un stimolo condizionato (un tono uditivo) e uno stimolo incondizionato (un soffio d’aria alla cornea). Eyeblink condizionata spesso è utilizzato sperimentalmente per rilevare anomalie nella cerebellare-dipendente apprendimento e memoria che è alla base di questo tipo di apprendimento associativo. Mentre gli esperimenti negli adulti e nei bambini di età superiore sono relativamente semplici da amministrare utilizzando attrezzature commerciali, eyeblink condizionata nei neonati è più impegnativo a causa della loro scarsa compliance, che rende il posizionamento corretto dell’attrezzatura difficile. Per raggiungere condizionata in infanti one-year-old, un su misura o un sistema commerciale adattato può essere utilizzato per fornire l’aria soffio alla cornea del neonato. La sfida principale consiste nel rilevare e classificare le risposte comportamentali con successo. Segnaliamo che i metodi di rilevamento automatizzato blink sono inaffidabili in questa popolazione, e che condizionata esperimenti dovrebbe essere analizzato utilizzando frame-by-frame analisi delle registrazioni supplementari videocamera. Questo metodo può essere applicato per studiare i cambiamenti inerenti allo sviluppo in eyeblink condizionata ed esaminare se questo paradigma in grado di rilevare i bambini con disturbi neurologici.
Introduction
EBC è una forma di condizionamento classico che viene comunemente utilizzato per valutare l’apprendimento e la memoria in esseri umani ed altri animali. Il paradigma EBC convenzionale si riferisce a una dotta associazione tra uno stimolo ‘condizionata’ innocuo (un tono uditivo) con lo stimolo ‘incondizionato’ (un soffio di aria corneale che induce un eyeblink riflessiva, la risposta di unconditioned). Apprendimento associativo è valutato presentando la stimolo condizionato e classificare ammiccamento dell’occhio condizionate e per le risposte unconditioned-un aumento del numero delle risposte condizionate nel corso del tempo, o su più di una sessione, può indicare associativo apprendimento è in corso.
L’eyeblink condizionata paradigma può essere utilizzato per identificare gli individui con disabilità di apprendimento associativo. Ritardo condizionata-dove lo stimolo condizionato (CS) inizia prima ma si sovrappone lo stimolo incondizionato (US)-è controllata da circuiti cerebellare1,2e viene interrotta in adulti e bambini con i disordini neurologici, tra cui3di schizofrenia, autismo4,5e alcool fetale spettro disordine6,7. Da una prospettiva clinica, esame eyeblink condizionata in infanti potrebbero supportare rilevamento precoce ed il trattamento di questi disturbi neurologici. Tuttavia, mentre i bambini più grandi possono tollerare un soffio di aria corneale6,7,8 e possono mantenere una posizione stabile testa/occhio per tutta la durata dell’esperimento, i neonati sono meno compiacente e convenzionale software e apparecchiature di rilevamento eyeblink non è sufficiente.
Qui descriviamo un semplice protocollo per esaminare ritardo eyeblink condizionata in bambini one-year-old, che è stato adattato da protocolli precedentemente descritto altrove9,10,11. Questo protocollo può essere somministrato utilizzando qualsiasi sistema commerciale o su misura in grado di erogare un controllata soffio d’aria alla cornea. Tuttavia, al posto di eyeblink commerciale software di rilevazione (ad es., EyeBlink Detection System di San Diego strumento, che elabora i segnali provenienti da una telecamera a infrarossi), noi e gli altri9,10,11, consiglia di utilizzare frame-by-frame analisi delle registrazioni della videocamera per rilevare e classificare eyeblink risposte in infanti one-year-old.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le modifiche e la risoluzione dei problemi:
Eyeblink commerciali o su misura, sistemi di condizionamento deve presentare gli stimoli al soggetto in un modo controllato sperimentalmente ed essere in grado di rilevare le risposte comportamentali. Anche se si tratta di una procedura non invasiva, i requisiti tecnici per lo svolgimento di questi esperimenti in popolazioni meno compatibile (ad esempio, infanti) è una sfida. Collegare fisicamente il testa-supporto per l’occhio è possibile per gli esperimenti sugli animali, quali condizionata esperimenti in pecore12,13. Bambini di età superiore possono tollerare indossando una fascia con un annesso aria-puff consegna unità6,7,8 e possono essere incoraggiati a mantenere una posizione costante occhio utilizzando la televisione come una distrazione. Anche se rispetto a bambini molto piccoli può essere realizzato tramite condizionata durante sonno14, gli infanti più anziani si avvicina un anno di età sono in genere facilmente distratto, che li rende una popolazione in modo univoco impegnativa. Nonostante le sfide, eyeblink condizionata esperimenti sono possibili per alcuni infanti svegli, one-year-old. I nostri tassi di successo sono simili a quelli precedentemente segnalati nella letteratura (~ 40% – 50% conformità)9, con la probabilità di successo probabilmente riflettuto dal temperamento del bambino il giorno dell’esperimento.
Fasi critiche all’interno del protocollo:
Si consiglia di adattare un set-up EBC disponibili in commercio, o utilizzando un generatore di pressione aria su misura come descritto in precedenza, per giovani infanti9,10,11. La sfida iniziale è mantenere l’unità di consegna di aria-soffio nella posizione corretta in tutto l’esperimento, che richiede una più piccola, per volta copricapo. Occhio alla sicurezza è una preoccupazione particolare per neonati non conformi che tenta di rimuovere il casco se stessi. Pertanto, i neonati devono essere attentamente monitorati in ogni momento. Una percentuale di bambini non tollererà indossando l’archetto o ricevere il soffio di aria all’occhio (qui, ~ 35%), anche se questo può essere migliorato da distrarre delicatamente il bambino se il protocollo sperimentale permette questo e se questo non apertamente interferisce con neonato comportamento. Per i bambini che portano a termine l’esperimento, aria-soffio-solo prove sono essenziali per confermare che il copricapo è stato posizionato correttamente, come mancanza o inversione di condizionare le risposte potrebbe essere causato da scarsa fornitura del soffio di aria in tutto l’esperimento.
Mentre l’analisi dei video manuale che richiede tempo, misure automatizzate delle risposte eyeblink infantile sono attualmente difficili da raggiungere. Sensori a infrarossi forniti con commerciali messe a punto EBC (posizionati sulla fascia adiacente all’unità di soffio di aria) registrano la riflettanza ad ogni istante dalla cornea ad una frequenza di campionamento di 1 kHz, e lampeggia può essere rilevato misurando la variazione in riflettanza segue l’inizio di stimolo. Cambiamenti significativi da riflettanza della linea di base indicano che si è verificato un eyeblink e analisi automatizzata può essere utilizzato per rilevare e classificare le risposte batter. Tuttavia, noi ed altri9,10,11 suggeriscono che i ricercatori non devono basarsi su misure di riflettanza corneale a infrarossi fornite con set-up commerciale di EBC per rilevare lampeggia in one-year-old bambini. Mentre questo metodo può essere adatto a partecipanti adulti o anziani bambini6,7, siamo stati in grado di rilevare in modo affidabile lampeggia a one-year-olds utilizzando questo metodo. Qui, cambiamento trascurabile nella riflettanza della linea di base è osservato sopra la lunghezza dell’epoca trial, che indica che il eyeblink non viene rilevato dal sensore a infrarossi. Inoltre, falsi picchi positivi sono osservati comunemente, che sono causati da movimenti della testa del neonato che modificare il posizionamento del sensore. Test in adulti pilota suggerisce che il partecipante deve concentrarsi su o leggermente di sopra di loro linea di vista orizzontale, con l’unità di soffio aria posizionata all’interno di 1-2 cm della cornea, per rilevare correttamente le condizioni di ammiccamento dell’occhio che non possono essere mantenute coerentemente con un neonato. Inoltre, la dimensione piccola fenditura interpalpebral nei neonati può ridurre la riflettanza cornea, rendendo più difficili che negli adulti o anziani bambini l’individuazione di batter.
Significato per quanto riguarda i metodi esistenti:
Nonostante la necessità di analisi manuale dei video macchina fotografica e la bassa risoluzione temporale di un video di 60 Hz rispetto alle misure in riflettanza di 1 kHz, i tassi di successo migliorato di registrazioni video rendono questo un metodo superiore per il sensore a infrarossi. Anche se il soffio di aria corneale viene anche consegnato dall’allegato stesso copricapo come un sensore a infrarossi commerciale, consegna di stimolo appare essere più resistenti al posizionamento rispetto al sensore a infrarossi, come la forza del soffio di aria può essere registrata come richiesto. Questo evita l’eccessiva regolazione del girotesta, che tende a ridurre la conformità infantile. I ricercatori che possono raggiungere i più alti tassi di successo utilizzando il sensore a infrarossi potrebbero richiedere supporto videocamera analisi. Per le prove dove non c’è nessuna risposta rilevabile eyeblink registrata dal sensore a raggi infrarossi, registrazioni video possono distinguere tra risposte vere o prove non valide (cioè, se il bambino indossava l’unità del soffio dell’aria nella posizione corretta, Se non hanno lampeggiare, o se il sensore a infrarossi non è riuscito a rilevare il battito). Ugualmente, le registrazioni video sono necessari per confermare risultati falsi positivi, come i movimenti durante il periodo di prova è in grado di produrre manufatti che masquerading come lampeggia. Eye tracking apparato15,16 e l’elettromiografia9,10,14 del muscolo orbicularis oculi sono altri metodi di rilevazione di lampeggio che esulano dall’ambito di questa carta, automatizzati anche se senza conferma visiva dell’unità soffio aria posizionamento per ogni prova, questi metodi sono probabili soffrire le stesse controindicazioni come il software di rilevamento a raggi infrarossi eyeblink descritto qui.
Lavoro pubblicato su occhiolino condizionata ha precedentemente messo a fuoco sugli infanti più giovani, in genere 4-5 mesi di età; Questo lavoro aggiunge a questo corpo di letteratura che descrivono le tecniche per l’uso con gli infanti più anziani (12 ± 1 mese di età) e le sfide uniche che presenta questo gruppo di età. Altri autori hanno utilizzato anche analisi video (da solo o in combinazione con l’elettromiografia) con neonati9,10,11,14. I risultati qui presentati sono coerenti con questi risultati precedenti che suggeriscono di analisi video frame-by-frame sono il miglior metodo di rilevazione ammiccamento dell’occhio nei neonati, come sia l’elettromiografia e monitoraggio a infrarossi può essere problematici dovuto viso e testa movimenti nei bambini molto piccoli. Questo lavoro supporta inoltre l’individuazione che i neonati possono sviluppare le risposte condizionate anche alle età molto giovane, almeno per un intervallo di ritardo 650-ms9.
Future applicazioni:
Come un numero limitato di studi hanno tentato eyeblink condizionata esperimenti nei neonati umani, i parametri di stimolo dovrebbero essere attentamente considerati in futuro esperimenti. Condizionata è stato osservato già da 10 giorni di età17 e almeno entro il primo mese di vita14, anche se un intervallo di tempo Inter-stimolo (per esempio, 1.500 ms) sembra essere più di successo in queste fasi molto iniziali di infanzia18 . In confronto, i bambini si avvicina sei mesi di età possono essere in modo più affidabile condizionati con un più breve intervallo10, anche se meno con successo di adulti19. L’intervallo di 650-ms tra il tono e il soffio di aria consigliato per bambini di one-year-old in questo protocollo possono indurre correttamente condizionata in 4 o 5-mese-vecchi infanti9,10,11, nonché come in età superiore bambini6,7. Questo suggerisce che l’eyeblink condizionata inerente allo sviluppo è regolata, con l’intervallo ottima tra il tono e il soffio di aria diminuisce con l’età infantile10, anche se ulteriori esperimenti adattando questo protocollo sono richiesti di indagare su questi ulteriori parametri.
Limitazioni di questa tecnica:
EBC può essere difficile da configurare e può richiedere la risoluzione dei problemi in ogni singola situazione. Determinare quando si è verificato condizionata è difficile da definire e meglio osservati su più prove o sessioni. Ad esempio, altri studi hanno utilizzato un tasso di condizionata arbitrario del 40% all’interno di ogni blocco di 10 prove per definire condizionata e rispetto tutte le modifiche tra sessioni sperimentali successivi6,9,10, 11. Completato con successo il numero di prove per osservare condizionata possa, dunque, essere difficile da realizzare in bambini in giovane età.
Per quanto riguarda l’analisi dei dati, una delle sfide particolari separa lampeggia stimolo-evocato da spontanea lampeggia (endogeno)9. Il tasso di spontanea ammiccamento dell’occhio è diverso tra individui, ma può essere influenzato da fattori ambientali quali umidità della stanza, come pure gli stati comportamentali. Doppia lampeggia si verifica quando ci sono due chiusure palpebra completa in un brevissimo lasso di tempo (ad es., 400 ms)20, ed è possibile che questi riflettano lampeggia spontanea che si verificano allo stesso tempo come un riflessivo (condizionato o incondizionato) eyeblink. Abbiamo osservato occasionalmente doppia lampeggia nel nostro insieme di dati e, utilizzando questo protocollo, abbiamo registrato la latenza al primo lampeggio solo. Tuttavia, scartando queste prove può aumentare la certezza che l’analisi è l’acquisizione di stimolo-evocato lampeggia solo.
I ricercatori saranno inoltre necessario prendere decisioni sulla finestra di latenza in cui definire un condizionato o unconditioned risposta, come pure se definire latenza all’insorgenza di lampeggio o il picco di lampeggio (chiusura della palpebra). Qui abbiamo definito una risposta condizionata conservativamente come un battito di ciglia che i picchi prima 650 ms nelle prove o accoppiate o spaiate, per garantire la certezza che il lampeggio è iniziata prima della comparsa di soffio di aria piuttosto che in risposta al soffio di aria. Tuttavia, questa finestra di latenza potrebbe essere esteso per spaiato prove dove non è presentato nessun soffio di aria, specialmente se utilizzando blink picco per definire la latenza della risposta. Il principio importante qui è che tutte le istanze sono trattate allo stesso modo, di tutti gli esaminatori, e che questo criterio è determinato prima di qualsiasi analisi di dati che inizia.
Analisi video fotogramma per fotogramma, in sintesi, è in grado di fornire un metodo affidabile e riproducibile di valutazione classiche risposte EBC in giovani infanti. Queste misure forniscono una misura del comportamento, di apprendimento anche per caratterizzare completamente neurosviluppo nell’infanzia è necessaria una valutazione inerente allo sviluppo globale.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato sostenuto dalla Nuova Zelanda Optometric Vision Research Foundation, l’agenzia di promozione di salute, The University of Auckland facoltà Research Development Fund, e The University of Auckland Scuola di medicina PBRF fondo.
Siamo grati a due studenti di Optometria da The University of Auckland (ragazzo di Shannon e Harpreet Singh) che hanno completato l’analisi video manuale per esaminare l’accordo nella misura della risposta di blink.
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 |
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