Somatosensory brain responses evoked by vibrotactile stimulation of the distal phalanx in normal subjects

Abstract

Titreşimsel mekanik uyarılara karşı verilen duyusal cevaplar, halen tamamen anlaşılamamaktadır. Önceki çalışmalarda, mekanoreseptif aferentlerden ve kortikal nöronlardan tekil hücre cevapları araştırılmıştır. Öte yandan titreşimsel dokunma duyusu uyarılarının varlığı, büyüklüğü ve frekansı ile ilgili derinlemesine yapılmış psikofiziksel çalışmalar da vardır . Ancak, kafatası üzerinden girişimsel olmayan uyarılmış potansiyeller ölçümü, teknik zorluklardan ötürü mekanik uyarılar kullanılarak yeterli olarak incelenmemiştir.Uyarılmış cevapların titreşimsel mekanik uyarılara bağlı olma durumu, yani frekans takipli cevaplar, insan beyninin kendi baskın EEG frekanslarını dışarıdan gelen uyaranların frekansına gore değiştirme eğiliminin gözüktüğü olgudur. Bu durum, birden fazla kortikal nöronun eş zamanlı ateşlenmesi ile açıklanabilir.Bu çalışmada, 5'i erkek 5'i kadın 10 yetişkine 40 ve 230 Hz frekanslarda mekanik titreşim uyarıları verilmiştir ve psikofiziksel eşik değerleri çift aralıklı zorlanmış seçenek yöntemi ile belirlenmiştir. Sonuçlar mevcut literatür ile tutarlı olarak bulunmuştur. Frekans takipli beyin cevaplarını ölçmek için kullanılan uyarı genlikleri psikofiziksel duyu seviyeleri temel alınarak belirlenmiştir. Verilen uyarıların seviyeleri duyu eşik değerlerinden 10(SL=10), 20(SL=20) ve 30(SL=30) dB daha yüksektir. EEG kayıtları bedenduyusu korteks bölgesi üzerinde, kafatası derisindeki CPi(+) ve CPc(-) noktalarına yerleştirilen altın elektrotlarla alınmıştır. Elde edilen sonuçlar, Fourier dönüşümü ve dalgacık dönüşümü ile incelenmiştir. Dalgacık dönüşümü grafiklerinden görüldüğü üzere, mekanik uyaran şiddeti arttıkça, beyin geriplan aktivitesi baskılanır ve uyarı süresince frekans takipli aktivite artar. Bu sonuçlar istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur. Frekans takipli cevapların kaynağı elde edilen yeni sonuçlar ile açıklanmıştır.

The sensory response upon vibrotactile stimuli is still not completely understood. Previously, the responses of single units from mechanoreceptive afferents and cortical neurons have been studied. On the other hand, there is a thorough psychophysical literature on judgements of the presence, magnitude, and frequency of vibrotactile stimuli. However, non-invasive recording of evoked somatosensory brain responses on the scalp was not explored adequately due to technical difficulties.Dependency of the evoked somatosensory response to vibrotactile stimuli, the frequency following response, is a phenomenon in which the human brain has a tendency to change its dominant EEG frequency towards the frequency of the external stimulus. This may arise from the synchronous firing of many cortical neurons.In this study, 40 and 230 Hz vibrotactile stimuli were applied to 10 adult subjects (5 females and 5 males) and psychophysical detection thresholds were measured at various frequencies using the two-interval forced choice paradigm. The psychophysical results were consistent with the literature. To measure the frequency following brain responses, stimulus amplitudes were determined based on the psychophysical sensation levels. Stimuli amplitudes were set at 10, 20 and 30 dB higher than the thresholds (SL=10, SL=20 and SL=30 dB respectively). EEG recordings were obtained over the primary somatosensory cortex with gold surface electrodes placed on the scalp at CPi-CPc. The results were examined by fourier transforms and wavelet transforms.Wavelet transform plots showed that, as the mechanical stimulus amplitude was increased, the background activity was suppressed and the frequency-following activity during the stimulus period increased. This finding was statistically significant. The origin of the frequency-following responses were discussed based on current results.