Bir yaşındaki çocuklarda klasik kısa gecikme Eyeblink Klima
Summary
Bu iletişim kuralı bir eyeblink paradigma deneyleri için uygun bir yaşındaki bebekler ile Klima açıklar. Ticari veya özel yapım donanımları uyaranlara sunmak için kullanılabilir ve veri toplama ve analizi üzerinde video kayıtları yapılmalıdır.
Abstract
Klasik eyeblink (EBC) Klima öğrenilen Birliği arasında bir şartına uyarıcı (bir işitsel sesi) ve bir unconditioned uyarıcı (kornea için hava bir nefes) anlamına gelir. Eyeblink Klima kez deneysel olarak bağımlı serebellar öğrenme ve ilişkisel öğrenme bu tür altında yatan bellek anormallikler tespit etmek için kullanılır. Yetişkin ve büyük çocuk deneyler depo donatımı kullanarak yönetmek nispeten basit olmakla birlikte, eyeblink Klima bebeklerde daha doğru konumlandırma zor donatımın yapar onların zavallı uyum nedeniyle meydan okuyor. Klima bir yaş bebeklerde elde etmek için bir ısmarlama veya bir adapte ticari sistem hava puf bebeğin kornea için teslim etmek için kullanılabilir. Büyük zorluk başarıyla algılama ve davranış yanıt-e doğru sınıflandırmak yatıyor. Biz otomatik blink algılama yöntemleri bu nüfus içinde güvenilir değildir ve deneyler Klima kare kare analizi ek video kamera kayıtları ile analiz edilmelidir olduğunu rapor etmektedir. Bu yöntem eyeblink Klima gelişimsel değişiklikleri incelemek için ve bu paradigma sinir hastalıkları olan çocuklar algılayabilir olup olmadığını incelemek için uygulanabilir.
Introduction
EBC klasik koşullanma öğrenme ve hafıza insanların ve diğer hayvanların içinde değerlendirmek için çok kullanılan bir biçimidir. Geleneksel EBC paradigma bir zararsız ‘şartına’ uyarıcı (bir işitsel sesi) ‘koşulsuz’ uyarıcı (yansımalı bir eyeblink, unconditioned yanıt indükler bir kornea hava üfleme) arasında öğrenilen bir ilişki anlamına gelir. İlişkisel öğrenme şartına uyarıcı ve eyeblinks şartına olarak sınıflandırılması ve unconditioned yanıt bir artış şartına yanıt sayısı zaman içinde sunarak değerlendirilir veya üzerinde daha çok bir seansta ilişkisel gösterebilir öğrenme meydana gelen.
Paradigma Merkezi Klima eyeblink bireyler ilişkisel öğrenme bozuklukları ile tanımlamak için kullanılabilir. Şartına uyarıcı (CS) önce başlar ama unconditioned uyarıcı (ABD) ile çakışıyor gecikme Klima-nerede-serebellar devresi1,2tarafından kontrol edilir ve yetişkin ve çocuklarda nörolojik bozuklukları olan ve bozulur Şizofreni3, otizm4,5ve fetal alkol spektrum bozukluğu6,7de dahil olmak üzere. Klinik bir bakış açısından, bebeklerde Merkezi Klima eyeblink inceleyerek önceki algılama ve bu nörolojik bozuklukların tedavisinde destekleyebilir. Ancak, büyük çocuk kornea hava puf6,7,8 tahammül ve istikrarlı baş/göz yerini deney süresince korumak iken, bebeklerde daha az uyumlu ve geleneksel eyeblink tespit donanımları ve yazılımları yeterli değildir.
Burada kısa gecikme incelemek için basit bir protokol tanımlayan iletişim kurallarından adapte edilmiş eyeblink Klima bir yaşındaki çocuklarda daha önce açıklanan başka bir yerde9,10,11. Bu iletişim kuralı için kornea hava kontrollü bir puf sunma yeteneğine sahip herhangi bir ticari veya özel yapım sistemi kullanılarak yönetilebilir. Ancak, yerine ticari eyeblink algılama yazılımı (Örneğin, bir kızılötesi kamera bağlamışlar gelen sinyalleri işleyen San Diego gerecin EyeBlink algılama sistemi), biz ve diğerleri9,10,11, kare kare analizi video kamera kayıtları bulmak ve bir yaş bebeklerde eyeblink yanıt-e doğru sınıflandırmak için kullanmanızı öneririz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Değişiklikler ve sorun giderme:
Ticari veya özel yapım eyeblink Sistemleri Merkezi Klima uyaranlara konuya deneysel olarak denetimli bir biçimde sunmak ve davranışsal yanıt algılayamaz. Bu non-invaziv bir işlem olmakla birlikte, daha az uyumlu nüfus (Örneğin, bebeklerde) bu deneyler için teknik gereksinimleri zor. Fiziksel olarak göze baş bağlama bağlama deneyleri koyunlar12,13‘ te merkezi klima gibi hayvan deneyleri için mümkündür. Büyük çocuk ve bir ekli hava-puf teslim birim6,7,8 ile taç giyen tahammül televizyon bir oyalama olarak kullanarak bir sabit göz konumunu korumak için teşvik olabilir. Uyum çok genç bebeklerde uyku14sırasında klima büyük bebekler bir yıl-in yaş yaklaşan elde edilebilir, ancak genellikle kolayca şaşırmış, yapım onları benzersiz olarak zorlu bir nüfus vardır. Zorluklara rağmen eyeblink Klima deneyler bazı uyanık, bir yaşındaki bebekler için mümkündür. Bizim başarı oranları daha önce edebiyat (~ %40 – %50 uyum)9, muhtemelen bebeğin mizaç tarafından deneme günü yansıyan başarı olasılığı ile rapor benzer.
Protokol içindeki kritik adımlar:
Biz piyasada bulunan EBC set-up adapte veya bir ölçüye göre hava basıncı jeneratör önce açıklandığı gibi küçük bebeklerin9,10,11kullanarak öneririz. İlk challenge hava-puf teslim birim daha küçük bir gerektirir, deney boyunca doğru pozisyonda başlığın değiştiren sürdürmektedir. Göz Emanet başlığın kendilerini kaldırmak için çalışan uyumsuz bebekler için belirli bir husustur. Bu nedenle, bebekler her zaman yakından izlenmesi gerekir. Çocuk bir kısmı kafa bandı giyen veya hava puf göze alma tolere etmeyeceğini (burada, ~ %35), bu deneysel protokol bu izin veriyorsa, yavaşça bebek rahatsız edici tarafından geliştirilmiş rağmen ve bu açıktan açığa bebek engel yok davranış. Deneyi tamamlayan çocuklar için hava-puf-sadece denemeler eksikliği ya da ters yanıt Klima hava puf deneme boyunca fakir teslimini neden olabilir gibi başlığın doğru yerleştirilmiş onaylamak için gereklidir.
El ile video analiz zaman alıcı olmakla birlikte, Bebek eyeblink yanıt-e doğru otomatik ölçü Şu anda elde etmek zordur. Kızılötesi sensörler (Hava puf birimine bitişik kafa bandı üzerinde konumlandırılmış) ticari EBC set-up ile birlikte an an yansıma kornea 1 kHz örnekleme oranı üzerinden kayıt ve yanıp söner Değiştir yansıtma içinde ölçerek tespit edilebilir uyarıcı başlangıçlı takip. Önemli değişikliklerden temel yansıma bir eyeblink oluştu ve otomatik analiz saptamak ve yanıp sönme yanıt-e doğru sınıflandırmak için kullanılan gösterir. Ancak, biz ve diğerleri9,10,11 öneririz araştırmacılar yanıp söner bir yaşındaki çocuklarda algılamak için ticari EBC set-up ile sağlanan kızılötesi kornea yansıma ölçümleri güvenmemelisiniz. Bu yöntem yetişkin katılımcıların veya büyük çocuk6,7için uygun olsa da, biz güvenilir bir şekilde yanıp söner bir bu yöntemi kullanarak yaş içinde algılayamadı. Burada, temel yansıma ihmal edilebilir değişiklik eyeblink kızılötesi algılayıcı tarafından algılanmaz gösteren duruşma dönem, süreniz görülmektedir. Buna ek olarak, yanlış pozitif doruklarına yaygın olarak, hangi makinesinin sensörünün yerleştirilmesini değiştirme bebeğin baş hareketleri tarafından neden olduğu gözlenmektedir. Katılımcı veya biraz üzerinde onların yatay görüş, başarılı bir şekilde muhafaza edilmesi eyeblinks koşulları algılamak için 1-2 içinde kornea frekansına hava puf ünitesi ile odaklanmalıdır yetişkinlerde test pilotu öneriyor bir bebek ile tutarlı bir şekilde. Buna ek olarak, küçük interpalpebral fissür boyutu bebeklerde kornea yansıma, blink algılama daha zor daha yetişkin veya daha büyük çocuk yapma azaltabilir.
Önemi ile ilgili mevcut Yöntemler:
El ile video kamera analiz ve 60 Hz video 1-kHz yansıma ölçümleri ile karşılaştırıldığında daha düşük zamansal çözünürlük için ihtiyaç rağmen geliştirilmiş başarı oranları video kayıtları bu kızılötesi sensör için üstün bir yöntem yapmak. Kornea hava üfle de aynı başlığın ek olarak ticari bir kızılötesi sensör tarafından teslim rağmen uyarıcı teslim hava puf gücü olarak ayarlanabilir olarak kızılötesi sensör konumlandırma için daha esnek olması için gerekli görünüyor. Bu bebek uyum azaltmak eğilimi kafa bandı aşırı düzeltilmesi önler. Kızılötesi sensör kullanarak daha yüksek başarı oranları elde edebilirsiniz araştırmacılar hala video kamera analizi destekleyen gerektirebilir. Deneyler için kızılötesi algılayıcı tarafından kaydedilen tespit eyeblink yanıt nerede, video kayıtları doğru yanıt veya geçersiz denemeler arasında ayırt edebilirsiniz (yani, çocuk doğru konumda hava puf ünitesi üzerinde vardı ister kırpmamak, veya olup kızılötesi sensör yanıp algılamak başarısız oldu). Hareketleri deneme sırasında da yanıp söner gibi davrandığından eserler üretmek olabilir gibi aynı şekilde, video kayıtları yanlış pozitif sonuçlar, onaylamak gereklidir. Göz izleme cihazı15,16 elektromiyografi9,10,ve14 çevresi kaslarından kas başka vardır bu yazının kapsamı dışındadır blink algılama yöntemleri otomatik Her deneme için konumlandırma hava puf birimi görsel onayı, bu yöntemler burada açıklanan kızılötesi eyeblink algılama yazılımı olarak aynı dezavantajları muzdarip olasılığı olmasına rağmen.
Daha önce eseri göz yanıp sönme Klima üzerinde küçük bebekler, genellikle 4-5 ay-in yaş üzerinde odaklanmıştır; Bu eser büyük bebekler (12 ± 1 ay yaş) ve bu yaş grubu sunar benzersiz zorluklar ile teknikleri kullanmak için açıklayarak bu edebiyat vücuda ekler. Diğer yazarlar da video analiz (tek başına veya elektromiyografi ile birlikte) ile bebeklerin9,10,11,14kullandık. Burada sunulan sonuçlar elektromiyografi ve kızılötesi izleme yüz ve kafa nedeniyle sorunlu olabilir gibi kare kare video analiz eyeblinks bebeklerde, tespit için en iyi yöntem olduğunu gösteriyor bu önceki bulgular ile uyumludur hareketleri çok küçük çocuklarda. Bu eser de bebekler şartına yanıt çok genç yaş bile, en az 650-ms gecikme aralığı9için geliştirebilir bulma destekler.
Gelecekteki uygulamalar:
Olarak çalışmalar sınırlı sayıda insan bebeklerde deneyleri Merkezi Klima eyeblink teşebbüs, uyarıcı parametreleri dikkatli deneyler gelecekte düşünülmelidir. Klima gibi erken yaş17 10 gün olarak gözlenen ve en az hayat14ilk ay içinde her ne kadar bir uzun arası uyarıcı aralığı (Örneğin, 1.500 ms) bebeklik18 Bu çok erken aşamalarında daha başarılı gibi görünüyor . Buna karşılık, altı ay-in yaş yaklaşan çocuk daha güvenilir bir şekilde bir daha kısa aralığı10ile her ne kadar şartına başarılı bir şekilde daha az yetişkin19. Sesi ve bu protokol bir yaşındaki çocuklarda başarıyla gibi 4 veya 5-aylık bebeklerin9,10,11‘ de de Klima teşvik edebilirsiniz için önerilen hava puf 650-ms aralığını büyük Çocuk6,7. Bu eyeblink Klima developmentally, sesi ve ek deneyler bu protokolü adapte bunlar araştırmak için gerekli olmasına rağmen bebek yaş10ile azalan hava puf arasındaki optimum gecikme ile düzenlenir olduğunu göstermektedir parametreleri daha fazla.
Bu teknik sınırlamaları:
EBC kurmak zor olabilir ve tek tek her durumda sorun giderme gerektirebilir. Otelde klima oluştu belirlemek tanımlamak zordur ve en iyi çok denemeler veya oturumları üzerinde görülmektedir. Örneğin, diğer çalışmalar %40 10 denemelerin her bloğun bir rasgele Klima oranı Klima tanımlamak için kullanılan ve art arda gelen deneysel oturumları6,9,10arası herhangi bir değişiklik karşılaştırıldığında, 11. Denemeler Klima gözlemlemek için gerekli sayıda başarıyla tamamlayan bu nedenle, genç çocuklarda elde etmek zor olabilir.
Veri Analizi gelince biri belirli sorunlar kendiliğinden (endojen) yanıp söner9uyarıcı uyarılmış yanıp söner ayırıyor. Spontan eyeblinks oranı bireyler arasında farklı ama oda nem gibi davranışsal Birleşik gibi çevresel faktörlerden etkilenebilir. Çift Kişilik yanıp söner oluşur saat (Örneğin, 400 ms)20çok kısa bir alanda iki tam göz kapağı kilitler vardır ve bunlar kendiliğinden söner bir reflexive aynı anda meydana gelen yansıtmak mümkün (klimalı veya koşulsuz) eyeblink. Biz bazen bizim veri kümesinde Çift Kişilik yanıp söner gözlenen ve bu iletişim kuralını kullanan, biz sadece ilk kırpmak için gecikme süresi kaydedildi. Ancak, bu çalışmalarda atarak analiz uyarıcı uyarılmış yanıp söner yalnızca yakalama kesinlik artabilir.
Araştırmacılar ayrıca kararlar gecikme süresi penceresinde bir şartına tanımlanacağı veya unconditioned yanıt, hem de gecikme süresi yanıp sönme başlangıçlı veya yanıp sönme tepe (göz kapağı kapatma) tanımlamak için gerekir. Burada biz konservatif olarak 650 ms eşli ya da unpaired çalışmalarda yanıp hava puf başlangıçlı önce yerine hava puf yanıt olarak başlatılan kesinlik sağlamak için önce doruklarına bir yanıp bir şartına yanıt tanımladınız. Özellikle kullanarak yanıt gecikme tanımlamak için en yüksek yanıp Eğer ancak, bu gecikme süresi pencere unpaired denemeler için nerede yok hava puf sunulur, uzun olabilir. Önemli burada tüm örnekleri ile aynı şekilde, tüm sınav tarafından dağıtılır olduğunu ve bu ölçütü herhangi bir veri analizleri başlatılıyor önce belirlenir ilkesidir.
Özet olarak, kare kare video analiz Genç bebeklerde klasik EBC yanıt-e doğru değerlendirilmesi, güvenilir ve tekrarlanabilir bir yöntem sağlar. Kapsamlı bir gelişimsel değerlendirme açıkların bebeklik döneminde tam olarak karakterize etmek için gerekli olmakla birlikte bu ölçüleri davranış, öğrenme bir ölçü sağlamak.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışmada Yeni Zelanda Optometri vizyon Araştırma Vakfı tarafından sağlık Tanıtım Ajansı, Auckland Üniversitesi fakülte Araştırma Geliştirme Fonu, desteklenen ve tıp PBRF Auckland Üniversitesi okul fon.
İki Optometri öğrenciler için yanıp sönme yanıtı ölçmeler sözleşmede incelemek için el ile video analizi tamamlayan Auckland Üniversitesi (Shannon çocuk ve Harpreet Singh) üzerinden minnettarız.
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).
