Clásico corto retardo Eyeblink acondicionado en niños menores de un año
Summary
Este protocolo describe un eyeblink acondicionado paradigma apropiado para experimentos con bebés de un año de edad. Equipo comercial o por encargo se puede utilizar para entregar los estímulos, y análisis y recolección de datos se deben realizar en las grabaciones de videos.
Abstract
Clásico eyeblink acondicionado (EBC) se refiere a la asociación aprendida entre un estímulo condicionado (un tono auditivo) y un estímulo incondicionado (un soplo de aire a la córnea). Eyeblink acondicionado es utilizado experimentalmente para detectar anormalidades en cerebelosa dependiente del aprendizaje y la memoria que subyace en este tipo de aprendizaje asociativo. Mientras que los experimentos en adultos y niños mayores son relativamente fáciles de administrar mediante equipos comerciales, eyeblink acondicionado en niños es más difícil debido a su pobre cumplimiento, que hace la colocación correcta de los equipos de difícil. Para lograr el acondicionamiento en los bebés de un año de edad, puede utilizarse una medida o un sistema comercial adaptado para entregar el aire soplo a la córnea del niño. El principal desafío radica en detectar y clasificar las respuestas conductuales con éxito. Divulgamos que métodos de detección automatizada de blink son poco fiables en esta población, y que experimentos de acondicionamiento debe ser analizada mediante el análisis de cuadro por cuadro de grabaciones de cámara de video adicional. Este método puede ser aplicado para el estudio de cambios de desarrollo en eyeblink acondicionado y examinar si este paradigma puede detectar niños con trastornos neurológicos.
Introduction
EBC es una forma de condicionamiento clásico que se utiliza habitualmente para evaluar el aprendizaje y la memoria en los seres humanos y otros animales. El paradigma convencional de la EBC se refiere a una asociación aprendida entre un estímulo inocuo ‘acondicionado’ (un tono auditivo) con el estímulo ‘incondicionado’ (un soplo de aire corneal que induce una eyeblink reflexiva, la respuesta de unconditioned). Aprendizaje es evaluado por presentar el estímulo condicionado y clasificar eyeblinks condicionada y respuesta de unconditioned-un aumento en el número de respuestas condicionado con el tiempo, o durante más de una sesión, puede indicar asociativa aprendizaje está ocurriendo.
El eyeblink acondicionado paradigma puede utilizarse para identificar a individuos con debilitaciones de aprendizaje asociativo. Retraso acondicionado donde el estímulo condicionado (CS) comienza antes, pero se superpone el estímulo de unconditioned (los E.E.U.U.)-es controlado por el circuito cerebeloso1,2y se interrumpe en adultos y niños con trastornos neurológicos, incluidos esquizofrenia3, autismo4,5, fetal alcohol spectrum trastorno6,7. Desde una perspectiva clínica, examinar eyeblink acondicionado en recién nacidos puede apoyar anterior detección y el tratamiento de estos desórdenes neurológicos. Sin embargo, mientras que los niños mayores pueden tolerar un soplo de aire córnea6,7,8 y pueden mantener una posición estable de la cabeza, ojo para la duración del experimento, los bebés son menos cumplidores y convencional software y equipo de detección de eyeblink no es suficiente.
Aquí describimos un protocolo simple para examinar corto retardo eyeblink acondicionado en niños de un año de edad, que ha sido adaptado de protocolos previamente descritos en otra parte9,10,11. Este protocolo puede ser administrada usando cualquier sistema a medida o comercial capaz de entregar un soplo controlado de aire a la córnea. Sin embargo, en lugar de software de detección de eyeblink comercial (p. ej., sistema de detección de EyeBlink del instrumento San Diego, que procesa las señales de una cámara de infrarrojos), nosotros y otros9,10,11, recomienda el uso de análisis de cuadro por cuadro de grabaciones de cámara de video para detectar y clasificar las respuestas eyeblink en niños de un año de edad.
Protocol
Representative Results
Discussion
Modificaciones y resolución de problemas:
Eyeblink comercial o a medida, sistemas de acondicionamiento debe presentar los estímulos para el tema de una manera experimental controlada y ser capaces de detectar las respuestas conductuales. Aunque este es un procedimiento no invasivo, los requisitos técnicos para la realización de estos experimentos en poblaciones menos obedientes (p. ej., niños) es un reto. Fijar físicamente el soporte de cabeza al ojo es posible que experimentos con animales, como el condicionamiento experimentos en ovejas12,13. Los niños mayores pueden tolerar usar una diadema con un soplo de aire adjunta entrega unidad6,7,8 y pueden ser animados a mantener una posición constante ojo utilizando la televisión como distracción. Aunque el cumplimiento en los bebés muy pequeños puede lograrse acondicionado durante sueño14, los bebés mayores a un año de edad suelen ser fácilmente distraído, lo que los hace una población excepcionalmente difícil. A pesar de los desafíos, eyeblink acondicionado experimentos están posibles para algunos bebés despiertos, one-year-old. Nuestras tasas de éxito son similares a los reportados previamente en la literatura (~ 40% – 50% de cumplimiento)9, con la probabilidad de éxito probablemente reflejada por el temperamento del bebé en el día del experimento.
Pasos críticos dentro del Protocolo:
Se recomienda adaptar un montaje EBC comercialmente disponibles, o utilizando un generador de presión de aire a la medida según se describió anteriormente, para jóvenes niños9,10,11. El reto inicial es mantener la unidad en la posición correcta durante todo el experimento, que requiere un más pequeño, soplo de aire modificado casco. Ojo de seguridad es una preocupación particular para bebés no conformes que trate de sacar el casco sí. Por lo tanto, los bebés deben ser vigilados estrechamente en todo momento. Una proporción de niños no va a tolerar lleva la diadema o recibir el soplo de aire a la vista (aquí, ~ 35%), aunque esto puede ser mejorado suavemente distrayendo al bebé si lo permite el protocolo experimental y si esto no interfiere abiertamente con bebé comportamiento. Para los niños que completen el experimento, sólo soplo de aire ensayos son esenciales para confirmar que el casco fue colocado correctamente, como falta o inversión de condicionamiento de las respuestas puede ser causado por mal desempeño de la bocanada de aire durante todo el experimento.
Mientras que análisis de vídeo manual es desperdiciador de tiempo, medidas automatizadas de eyeblink infantil respuestas son actualmente difíciles de alcanzar. Sensores infrarrojos suministrados con configuraciones EBC comerciales (colocados en la banda adyacente a la unidad de soplo de aire) grabación la reflectancia de momento a momento de la córnea en una frecuencia de muestreo de 1 kHz, y parpadea puede detectarse midiendo el cambio en la reflexión después de la aparición del estímulo. Cambios significativos de reflectancia de la línea de base indican que se ha producido una eyeblink, análisis automatizado se puede utilizar para detectar y clasificar las respuestas de parpadeo. Sin embargo, nosotros y otros9,10,11 sugieren que los investigadores no deben confiar en las mediciones de reflectancia en el infrarrojo córnea provistas de montajes comerciales de EBC para detectar parpadea en niños menores de un año. Aunque este método puede ser adecuado para los participantes adultos o niños mayores6,7, hemos podido detectar de manera fiable parpadea en niños de un año usando este método. Aquí, un cambio insignificante en la reflectividad de la línea de base se observa a lo largo de la época de prueba, indicando que el eyeblink no es detectado por el sensor de infrarrojos. Además, falsos picos positivos se observan comúnmente, que son causadas por movimientos de la cabeza del bebé que cambian la posición del sensor. Piloto de pruebas en adultos sugiere que el participante debe centrarse en o ligeramente por encima de su línea de visión horizontal, con la unidad de soplo de aire en 1-2 cm de la córnea, para detectar con éxito las condiciones de eyeblinks que no se puede mantener constantemente con un niño. Además, el tamaño de la pequeña fisura congestivo en niños puede reducir la reflexión corneal, haciendo blink detección más difíciles que en adultos o más viejos niños.
Importancia con respecto a los métodos existentes:
A pesar de la necesidad de análisis manual cámara de vídeo y la resolución temporal inferior de un video de 60 Hz en comparación con las mediciones de reflectancia de 1 kHz, las tasas de mayor éxito de grabaciones de vídeo hacen de este un método superior para el sensor de infrarrojos. Aunque el soplo de aire corneal también es entregado por el mismo accesorio casco como un sensor de infrarrojos comercial, entrega de estímulo aparece ser más resistente al posicionamiento que el sensor de infrarrojos, como la fuerza del soplo de aire puede ser ajustada como necesaria. Esto evita el excesivo ajuste de la venda, que tiende a reducir el cumplimiento infantil. Los investigadores que pueden lograr mayores tasas de éxito usando el sensor de infrarrojos pueden requerir todavía apoyar análisis de la cámara de vídeo. Para los ensayos donde no hay ninguna respuesta detectable eyeblink registrada por el sensor de infrarrojos, grabaciones de vídeo pueden distinguir entre las respuestas verdadero o ensayos no válidos (es decir, si el niño llevaba la unidad de soplo de aire en la posición correcta, Si ellos no parpadeó, o si el sensor no pudo detectar un abrir y cerrar). Igualmente, grabaciones de vídeo son necesarias para confirmar los resultados positivos falsos, como los movimientos durante el juicio también pueden producir artefactos que se disfraza como parpadea. Eye-tracking apparatus15,16 y electromiografía9,10,14 del músculo orbicularis oculi son otros automatizados métodos de detección de parpadeo que están más allá del alcance de este documento, aunque sin confirmación visual de la unidad de soplo de aire para cada ensayo, estos métodos son propensos a sufrir los mismos inconvenientes como el software de detección de infrarrojos eyeblink descrito aquí.
Previamente trabajo publicado en acondicionamiento de parpadeo se ha centrado en los niños más jóvenes, típicamente 4-5 meses de edad; Este trabajo agrega a este cuerpo de literatura que describen técnicas para el uso con niños mayores (12 ± 1 mes de edad) y los desafíos que presenta este grupo de edad. Otros autores también han utilizado análisis de vídeo (solos o en combinación con electromiografía) con niños9,10,11,14. Los resultados aquí presentados son coherentes con estos resultados previos que sugieren análisis de vídeo fotograma por fotograma es el mejor método de detectar eyeblinks en neonatos, como electromiografía y monitoreo infrarrojo pueden ser problemáticas debido a facial y cabeza movimientos en los niños muy pequeños. Este trabajo también apoya la conclusión que los niños pueden desarrollar condicionado respuestas incluso a edades muy jóvenes, por lo menos para 650 ms retraso intervalo9.
Futuras aplicaciones:
Como un número limitado de estudios ha intentado eyeblink acondicionado experimentos en los infantes, los parámetros de estímulo deberán considerarse detenidamente en el futuro los experimentos. Acondicionado ha observado tan pronto como 10 días de edad17 y por lo menos dentro del primer mes de vida14, aunque un intervalo de tiempo entre estímulo (e.g., ms de 1.500) parece tener más éxito en estas primeras etapas de la infancia18 . En comparación, los niños acercándose a seis meses de edad pueden ser más confiablemente acondicionados con un intervalo más corto10, aunque menos con éxito en adultos19. El intervalo de 650 ms entre el tono y el soplo de aire sugerido para niños de un año de edad en este protocolo pueden inducir con éxito acondicionado en 4 o 5 meses los bebés9,10,11, así como en mayores niños6,7. Esto sugiere que eyeblink acondicionado desarrollo se regula, con el retardo óptimo entre el tono y el soplo de aire disminuye con edad infantil10, aunque experimentos adicionales de adaptación de este protocolo están obligados a investigar estos parámetros más.
Limitaciones de esta técnica:
EBC puede ser difícil establecer y requerir la solución de problemas en cada situación individual. Determinar cuándo ha ocurrido acondicionado es difícil de definir y se observa mejor en múltiples ensayos o sesiones. Por ejemplo, otros estudios han utilizado una tasa arbitraria acondicionado del 40% dentro de cada bloque de 10 ensayos para definir acondicionado y compara los cambios entre sucesivas sesiones experimentales6,9,10, 11. Completar el número requerido de ensayos para observar acondicionado, por lo tanto, puede difícil de lograr en los niños pequeños.
En cuanto al análisis de datos, uno de los desafíos particulares que es separa evocado por el estímulo parpadea parpadea (endógeno) espontánea9. La tasa de eyeblinks espontánea es diferente entre los individuos pero puede ser influenciada por factores ambientales como la humedad del ambiente, así como Estados de comportamiento. Parpadeos dobles se producen cuando hay dos cierres de párpado completo en un espacio muy corto de tiempo (p. ej., 400 ms)20, y es posible que estos reflejan parpadeos espontáneos que ocurren al mismo tiempo como un reflexivo (condicionado o incondicionado) eyeblink. Observamos de vez en cuando parpadea doble en nuestro conjunto de datos y, mediante este protocolo, se registró la latencia al primer parpadeo solamente. Sin embargo, descartar estos ensayos puede aumentar certeza de que el análisis está capturando evocado por el estímulo parpadea solamente.
Los investigadores también tendrá que tomar decisiones en la ventana de latencia en que definir un condicionado o incondicionado respuesta, así como si definir latencia a la aparición de blink o el pico de blink (cierre de párpados). Aquí hemos definido conservadoramente una respuesta condicionada como un parpadeo que picos antes 650 ms en los ensayos ya sea pares o impares, para proporcionar la certeza de que el parpadeo se inicia antes de la aparición de soplo de aire en lugar de en respuesta a la bocanada de aire. Sin embargo, esta ventana de latencia podría extenderse para ensayos donde no se presenta ningún soplo de aire, especialmente si usa blink pico para definir la latencia de la respuesta. El principio importante aquí es que todos los casos se tratan de la misma manera, por todos los examinadores, y que este criterio se determina antes de cualquier inicio de análisis de datos.
En Resumen, análisis de vídeo fotograma por fotograma pueden proporcionar un método confiable y reproducible para evaluar respuestas clásicas de EBC en niños jovenes. Estas medidas proporcionan una medida de comportamiento, de aprendizaje, aunque una evaluación del desarrollo integral es necesaria para caracterizar completamente neurodesarrollo en la infancia.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado por la Nueva Zelandia optométrica visión Research Foundation, la Agencia de promoción de la salud, Fondo de desarrollo de investigación de Facultad de la Universidad de Auckland, y la Universidad de Auckland Facultad de medicina PBRF de fondo.
Estamos agradecidos a los dos estudiantes de Optometría de la Universidad de Auckland (muchacho de Shannon y Harpreet Singh) que completó el análisis de vídeo manual para examinar acuerdo en medidas de respuesta de parpadeo.
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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