Классическая Eyeblink короткой задержки кондиционирования в один летний детей
Summary
Этот протокол описывает eyeblink принадлежности парадигма подходит для экспериментов с один летний младенцев. Коммерческие или заказное оборудование может использоваться для доставки на раздражители, и сбор и анализ данных должны выполняться на видеозаписи.
Abstract
Классическая eyeblink принадлежности (EBC) относится к узнали ассоциацию между условный раздражитель (слуховой тон) и unconditioned стимул (слоеные воздуха роговицы). Eyeblink принадлежности часто используется для обнаружения аномалий в мозжечковой зависимых обучения и памяти, которая лежит в основе этот тип обучения ассоциативные экспериментально. В то время как эксперименты у взрослых и детей старшего возраста относительно просто можно администрировать с помощью торгового оборудования, кондиционирования eyeblink в младенцев более сложной из-за их плохой соблюдения, которая делает правильное позиционирование оборудования трудно. Для достижения кондиционирования в один летний младенцев, на заказ или адаптированных коммерческая система может использоваться для доставить в воздухе слоеного младенца роговицы. Основная задача заключается в успешно обнаруживать и классифицировать поведенческих реакций. Мы сообщаем, что методы обнаружения автоматизированная мигает являются ненадежными в этой группе населения, и что кондиционирования эксперименты должны быть проанализированы с использованием анализа по кадрам дополнительные камеры видео записей. Этот метод может применяться для изучения развития изменения в eyeblink принадлежности и изучения ли эта парадигма может обнаружить детей с неврологическими расстройствами.
Introduction
ЕДК является формой классической кондиционирования, который обычно используется для оценки обучения и памяти в организме человека и других животных. Обычные парадигмы EBC относится к узнали ассоциацию между безобидным «кондиционером» стимул (слуховой тон) с «безусловный» стимул (слоеного роговицы воздуха, что вызывает рефлекторный eyeblink, unconditioned ответ). Ассоциативные обучения оценивается, представив условный стимул и классификации eyeblinks, как и unconditioned ответы на увеличение количества условных реакций со временем, или более одной сессии, может указывать ассоциативной обучение происходит.
Eyeblink кондиционирование парадигма может использоваться для выявления лиц с нарушениями ассоциативные обучения. Задержка в принадлежности где условный раздражитель (CS) начинается раньше, но перекрывается стимулов unconditioned (США)-управляется мозжечковой цепь1,2и нарушается у взрослых и детей с неврологическими расстройствами, включая3шизофрении, аутизм4,5и плода алкоголь спектра расстройства6,7. С клинической точки зрения изучение eyeblink принадлежности у грудных детей может поддерживать ранее обнаружение и лечение этих неврологических расстройств. Однако в то время как детей старшего возраста могут терпеть роговицы воздуха слоеного6,,78 и может поддерживать стабильные головы/глаз позиции в течение всего эксперимента, младенцев менее совместимым и обычных eyeblink обнаружение оборудования и программного обеспечения не является достаточным.
Здесь мы опишем простой протокол для изучения короткой задержки eyeblink принадлежности в один летний детей, которая была адаптирована из протоколов ранее описанных в других9,10,11. Этот протокол может управляться с помощью любой коммерческой или на заказ системы, способной доставлять контролируемых слоеного воздуха роговицы. Однако, вместо eyeblink коммерческого обнаружения программного обеспечения (например, Сан-Диего инструмент EyeBlink обнаружения системы, которая обрабатывает сигналы от инфракрасной камеры) мы и другие9,10,11, рекомендуем использовать анализ кадра видео камеры записей для обнаружения и классификации eyeblink ответы в один летний младенцев.
Protocol
Representative Results
Discussion
Модификации и устранения неполадок:
Коммерческие или на заказ eyeblink систем кондиционирования должны быть способны обнаруживать поведенческих реакций и представить стимулы к теме экспериментально контролируемым образом. Хотя это неинвазивные процедуры, технические требования для проведения этих экспериментов в менее совместимый населения (например, новорожденных) является сложной задачей. Физически придавая Голова гора глаз можно для экспериментов на животных, например кондиционирования эксперименты в овец12,13. Детей старшего возраста могут терпеть носить заставку с прилагаемой воздуха слоеного доставки блок6,7,8 и может быть предложено поддерживать постоянный глаз позицию с помощью телевидения как развлечение. Хотя соблюдение в очень маленьких детей может быть достигнуто путем принадлежности во время сна14, пожилые младенцев, приближается один год, как правило, легко отвлекаются, делая их уникально сложной населения. Несмотря на проблемы возможно для некоторых младенцев просыпаются, один год старый eyeblink принадлежности эксперименты. Наш успех ставки аналогичны сообщалось ранее в литературе (~ 40% – 50% соответствие)9, с вероятность успеха, вероятно отражение темперамент младенца в день эксперимента.
Важнейшие шаги в рамках протокола:
Мы рекомендуем адаптировать имеющиеся настройки EBC, или с помощью генератора заказных воздуха давление как описывалось ранее, для молодых младенцев9,10,11. Первоначальной задачей является поддержание воздуха слоеного приемного устройства в правильном положении на протяжении всего эксперимента, которая требует меньше, изменение головной убор. Глаза безопасности вызывает особую озабоченность для несоответствующих младенцев, которые пытаются удалить головной убор сами. Таким образом младенцев необходимо тесно контролировать во все времена. Доля детей, не потерпит носить заставку или получения воздуха слоеного глаз (здесь, ~ 35%), хотя это может быть улучшено, нежно отвлекая младенца, если это позволяет экспериментальный протокол, и если это не мешает открыто с младенцем поведение. Для детей, которые завершить эксперимент воздух слойка только испытания необходимы для подтверждения, что головной убор был расположен правильно, как отсутствие или разворота кондиционирования ответов может быть вызвано плохой доставки слоеного воздуха на протяжении всего эксперимента.
Хотя руководство видео анализ времени, автоматизированных меры младенческой eyeblink ответов в настоящее время трудно достичь. Инфракрасные датчики поставляются с коммерческих структурах EBC (располагается на заставку, прилегающих к слойка воздуха) запись-момент отражения от роговицы с скоростью 1 кГц, и мигает могут быть обнаружены путем измерения коэффициента отражения После появления стимула. Значительные изменения от базовых отражения указывают, что eyeblink произошло, и автоматизированный анализ может использоваться для обнаружения и классификации ответов мигает. Однако мы и другие9,10,11 предположить, что исследователи не следует полагаться на инфракрасный роговицы отражения измерений с коммерческой EBC структурах для выявления мигает в один летний детей. Хотя этот метод может быть подходящим для взрослых участников или старшего возраста детей6,7, мы были не в состоянии надежно обнаружить мигает в один летних с помощью этого метода. Здесь по длине пробную эпохи, указав, что eyeblink не обнаружено, инфракрасный датчик наблюдается незначительное изменение в базовой линии отражения. Кроме того ложные положительные пики часто наблюдаются, которые вызваны младенца движения головы, которые меняют расположение датчика. Пилотное тестирование в взрослых предполагает, что участник должен сосредоточиться на или чуть выше их горизонтальной линии визирования, с воздуха слоеного подразделения расположены в пределах 1-2 см роговицы, успешно обнаруживать eyeblinks условия, которые не могут быть сохранены последовательно с младенцем. Кроме того небольшой interpalpebral фиссур размер грудных детей может уменьшить роговицы отражения, что делает обнаружение мерцания более сложным, чем у взрослых или пожилых детей.
Значение в отношении существующих методов:
Несмотря на необходимость анализа ручной видеокамерой и Нижняя временное разрешение 60 Гц видео по сравнению с измерения коэффициента отражения 1 кГц темпы улучшения успех видеозаписи сделать это превосходный метод для инфракрасного датчика. Хотя слоеного роговицы воздуха также выступил же головной убор вложение как коммерческие инфракрасный датчик, стимул доставки появляется, быть более устойчивыми к позиционирования чем инфракрасный датчик, как прочность слоеного воздуха может быть скорректирована как требуется. Это позволяет избежать чрезмерного регулировки головного ремня, которая имеет тенденцию к сокращению младенческой соответствия. Исследователи, которые можно добиться более высоких показателей успешной, с помощью инфракрасного датчика может по-прежнему требуют поддержки анализа видео камеры. Для испытания там, где ответ не обнаружить eyeblink, записанная на инфракрасный датчик, видеозаписи можно отличить истинное ответы или недействительными испытаний (т.е., ли ребенок носил слоеного воздуха в правильное положение, ли они не мигает, или ли инфракрасный датчик удалось обнаружить мигает). Равным образом видеозаписи необходимо подтвердить ложных положительных результатов, как движений в ходе судебного разбирательства может также производить артефакты, выдавая мигает. Глаз отслеживание аппарат15,16 и электромиографии9,10,14 круговой мышцы глазного являются другие автоматизированные методы обнаружение мерцания, которые выходят за рамки настоящего документа, Хотя без визуального подтверждения слоеного устройство позиционирования для каждого судебного разбирательства, эти методы, которые могут страдать же недостатки, как программное обеспечение обнаружения ИК eyeblink, описанных здесь.
Ранее опубликованные работы на глаз Моргните принадлежности была сосредоточена на молодых младенцев, обычно 4-5 месяцев; Эта работа добавляет этот орган литературы, описывая методы для использования с пожилые младенцев (12 ± 1 месяц возраста) и уникальные проблемы, которую представляет эта возрастная группа. Другие авторы также использовали видео-анализа (самостоятельно или в сочетании с электромиографии) с младенцев9,10,,1114. Представленные здесь результаты согласуются с этими предыдущими выводами, которые предлагаю-кадра видео анализ является лучшим методом обнаружения eyeblinks новорожденных, как электромиография и инфракрасный контроль может быть проблематичным из-за лица и головы движения в очень маленьких детей. Эта работа также поддерживает вывод, что грудных детей может развиться условных реакций даже в очень юном возрасте, по крайней мере для интервала задержки 650-ms9.
Будущих приложений:
Как ограниченное количество исследований пытались eyeblink принадлежности эксперименты в человеческих младенцев, стимул параметры следует тщательно рассмотреть в будущем эксперименты. Принадлежности было отмечено 10 дней возраста17 в кратчайшие сроки и по крайней мере в течение первого месяца жизни14, хотя промежуток времени между стимулом (например, 1500 мс) представляется более успешным в этих самых ранних стадиях становления18 . В сравнении, дети, приближается к шести месяцев может быть более надежно обусловлено короче интервал10, с, хотя менее успешно, чем в19взрослых. 650-ms интервал между тон и порыв воздуха, предложил для один летний детей в этот протокол может успешно вызвать кондиционирования в 4 – или 5-месячного младенцев9,10,11, а также в пожилых дети6,7. Это свидетельствует о том, что вследствие порока развития регулируется eyeblink принадлежности, с оптимальной задержки между тон и слоеного воздуха, уменьшаясь с детского возраста10, хотя необходимы дополнительные эксперименты, адаптации этот протокол расследовать эти Дополнительные параметры.
Ограничения этой техники:
ЕДК может быть сложным для установки и может потребоваться устранение неполадок в каждой конкретной ситуации. Определение, когда произошла принадлежности трудно определить и лучше наблюдать за несколько испытаний или сессий. Например другие исследования использовали показатель произвольных принадлежности 40% в течение каждого блока 10 испытаний для определения принадлежности и сравнить любые изменения между экспериментальных сессий6,9,10, 11. Успешно завершив требуемое количество судебных разбирательств для наблюдения за принадлежности таким образом, можно трудно достичь в маленьких детей.
В отношении анализа данных одна из конкретных задач разделение стимул вызвала мигает Спонтанное мигает (эндогенные)9. Интенсивность спонтанного eyeblinks отличается между людьми, но может быть под влиянием экологических факторов, таких, как влажность в помещении, а также поведения государств. Двойной мигает происходят, когда есть два полное веко закрытия в очень короткий промежуток времени (например, 400 мс)20, и вполне возможно, что они отражают Спонтанное мигает, происходящих в то же время как рефлексивного (кондиционером или безусловный) eyeblink. Иногда мы наблюдали двойной мигает в нашем наборе данных, и используя этот протокол, мы записали задержку в первое мгновение только. Однако отменяя эти испытания могут увеличить определенность, что анализ является захват стимул вызвала мигает только.
Исследователи также должны принимать решения на окне задержка в для определения условных или unconditioned ответ, а так же определить задержку начала мигать или мигает пик (веко закрытия). Здесь мы определили консервативно условный рефлекс как мгновение, что пики до 650 ms в паре или непарные испытаниях, чтобы обеспечить определенность, что мгновение инициируется перед началом слоеного воздуха, а не в ответ на воздухе слоеного. Однако это задержка окно может быть продлено непарных испытания где представлена не слоеные воздуха, особенно если с использованием мигания пик для определения задержки ответа. Важным принципом здесь является, что все экземпляры рассматриваются таким же образом, все эксперты, и что данный критерий определяется до начала анализа любых данных.
В целом кадр за кадром видео анализ может дать надежных и воспроизводимых метод оценки классической EBC ответы в маленьких детей. Эти меры обеспечивают одну меру обучения поведение, хотя всеобъемлющей оценки развития требуется полностью характеризуют развитие нервной системы в младенчестве.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано в Новой Зеландии Оптометрические видение исследовательский фонд, агентство по поощрению здравоохранения, Фонд развития исследований факультета университета Окленда, и университета Окленда школы медицины PBRF фонда.
Мы благодарны двух оптометрии студентов из университета Окленда (Shannon мальчик и Harpreet Сингх) который завершил ручной видео анализ для изучения соглашения в мгновение ответ измерений.
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).
