The perception of touch and the ventral somatosensory pathway.

In humans, touching the skin is known to activate, among others, the contralateral primary somatosensory cortex on the postcentral gyrus together with the bilateral parietal operculum (i.e. the anatomical site of the secondary somatosensory cortex). But which brain regions beyond the postcentral gyrus specifically contribute to the perception of touch remains speculative. In this study we collected structural magnetic resonance imaging scans and neurological examination reports of patients with brain injuries or stroke in the left or right hemisphere, but not in the postcentral gyrus as the entry site of cortical somatosensory processing. Using voxel-based lesion-symptom mapping, we compared patients with impaired touch perception (i.e. hypoaesthesia) to patients without such touch impairments. Patients with hypoaesthesia as compared to control patients differed in one single brain cluster comprising the contralateral parietal operculum together with the anterior and posterior insular cortex, the putamen, as well as subcortical white matter connections reaching ventrally towards prefrontal structures. This finding confirms previous speculations on the 'ventral pathway of somatosensory perception' and causally links these brain structures to the perception of touch.

The expression and production of piano timbre : gestural control and technique, perception and verbalisation in the context of piano performance and practice

La version intégrale de cette thèse est disponible uniquement pour consultation individuelle à la Bibliothèque de musique de l’Université de Montréal (http://www.bib.umontreal.ca/MU).

Encodage des forces tactiles dans le cortex somatosensoriel primaire

Les deux fonctions principales de la main sont la manipulation d’objet et l’exploration tactile. La détection du glissement, rapportée par les mécanorécepteurs de la peau glabre, est essentielle pour l’exécution de ces deux fonctions. Durant la manipulation d’objet, la détection rapide du micro-glissement (incipient slip) amène la main à augmenter la force de pince pour éviter que l’objet ne tombe. À l’opposé, le glissement est un aspect essentiel à l’exploration tactile puisqu’il favorise une plus grande acuité tactile. Pour ces deux actions, les forces normale et tangentielle exercées sur la peau permettent de décrire le glissement mais également ce qui arrive juste avant qu’il y ait glissement. Toutefois, on ignore comment ces forces contrôlées par le sujet pourraient être encodées au niveau cortical. C’est pourquoi nous avons enregistré l’activité unitaire des neurones du cortex somatosensoriel primaire (S1) durant l’exécution de deux tâches haptiques chez les primates. Dans la première tâche, deux singes devaient saisir une pastille de métal fixe et y exercer des forces de cisaillement sans glissement dans une de quatre directions orthogonales. Des 144 neurones enregistrés, 111 (77%) étaient modulés à la direction de la force de cisaillement. L’ensemble de ces vecteurs préférés s’étendait dans toutes les directions avec un arc variant de 50° à 170°. Plus de 21 de ces neurones (19%) étaient également modulés à l’intensité de la force de cisaillement. Bien que 66 neurones (59%) montraient clairement une réponse à adaptation lente et 45 autres (41%) une réponse à adaptation rapide, cette classification ne semblait pas expliquer la modulation à l’intensité et à la direction de la force de cisaillement. Ces résultats montrent que les neurones de S1 encodent simultanément la direction et l’intensité des forces même en l’absence de glissement. Dans la seconde tâche, deux singes ont parcouru différentes surfaces avec le bout des doigts à la recherche d’une cible tactile, sans feedback visuel. Durant l’exploration, les singes, comme les humains, contrôlaient les forces et la vitesse de leurs doigts dans une plage de valeurs réduite. Les surfaces à haut coefficient de friction offraient une plus grande résistance tangentielle à la peau et amenaient les singes à alléger la force de contact, normale à la peau. Par conséquent, la somme scalaire des composantes normale et tangentielle demeurait constante entre les surfaces. Ces observations démontrent que les singes contrôlent les forces normale et tangentielle qu’ils appliquent durant l’exploration tactile. Celles-ci sont également ajustées selon les propriétés de surfaces telles que la texture et la friction. Des 230 neurones enregistrés durant la tâche d’exploration tactile, 96 (42%) ont montré une fréquence de décharge instantanée reliée aux forces exercées par les doigts sur la surface. De ces neurones, 52 (54%) étaient modulés avec la force normale ou la force tangentielle bien que l’autre composante orthogonale avait peu ou pas d’influence sur la fréquence de décharge. Une autre sous-population de 44 (46%) neurones répondait au ratio entre la force normale et la force tangentielle indépendamment de l’intensité. Plus précisément, 29 (30%) neurones augmentaient et 15 (16%) autres diminuaient leur fréquence de décharge en relation avec ce ratio. Par ailleurs, environ la moitié de tous les neurones (112) étaient significativement modulés à la direction de la force tangentielle. De ces neurones, 59 (53%) répondaient à la fois à la direction et à l’intensité des forces. L’exploration de trois ou quatre différentes surfaces a permis d’évaluer l’impact du coefficient de friction sur la modulation de 102 neurones de S1. En fait, 17 (17%) neurones ont montré une augmentation de leur fréquence de décharge avec l’augmentation du coefficient de friction alors que 8 (8%) autres ont montré le comportement inverse. Par contre, 37 (36%) neurones présentaient une décharge maximale sur une surface en particulier, sans relation linéaire avec le coefficient de friction des surfaces. La classification d’adaptation rapide ou lente des neurones de S1 n’a pu être mise en relation avec la modulation aux forces et à la friction. Ces résultats montrent que la fréquence de décharge des neurones de S1 encode l’intensité des forces normale et tangentielle, le ratio entre les deux composantes et la direction du mouvement. Ces résultats montrent que le comportement d’une importante sous-population des neurones de S1 est déterminé par les forces normale et tangentielle sur la peau. La modulation aux forces présentée ici fait le pont entre les travaux évaluant les propriétés de surfaces telles que la rugosité et les études touchant à la manipulation d’objets. Ce système de référence s’applique en présence ou en absence de glissement entre la peau et la surface. Nos résultats quant à la modulation des neurones à adaptation rapide ou lente nous amènent à suggérer que cette classification découle de la manière que la peau est stimulée. Nous discuterons aussi de la possibilité que l’activité des neurones de S1 puisse inclure une composante motrice durant ces tâches sensorimotrices. Finalement, un nouveau cadre de référence tridimensionnel sera proposé pour décrire et rassembler, dans un même continuum, les différentes modulations aux forces normale et tangentielle observées dans S1 durant l’exploration tactile.

Estudo prospectivo da sensibilidade tátil em mãos de uma população brasileira usando pressure-specified sensory device

OBJETIVO: Avaliar os limiares de percepção da pressão em polpas de dois dedos (indicador e mínimo), em uma população brasileira, sem lesão nervosa ou neuropatia. MÉTODOS: Usamos Pressure-Specified Sensory Device, um equipamento computadorizado para obter limiares de percepção da pressão normal, tanto estáticos quanto dinâmicos, e discriminação de dois pontos. RESULTADOS: Testamos a sensibilidade nos dedos, em 30 voluntários. Os testes de significância foram realizados utilizando o teste t de Student. Os valores médios (g/mm²) para os limiares de pressão estática de um e dois pontos (s1PD, s2PD) e discriminação dinâmica de um e dois pontos (m1PD, m2PD) no dedo indicador dominante foram: s1PD = 0,4, m1PD = 0,4, s2PD = 0,48, m2PD = 0,51. CONCLUSÃO: Não há diferença significativa na sensibilidade entre as mãos dominante e não dominante.

Spatial bias and temporal lag in tactile space perception

Constructing a veridical spatial map by touch poses at least two problems for a perceptual system. First, as the hand is moved through space, the locations of features may be displaced if there is an uncorrected lag between the moment the hand encounters a feature and the time that feature is encoded on a spatial map. Second, due to the sequential nature of the process, some form of memory, which itself may be subject to spatial distortions, is required for integration of spatial samples. We investigated these issues using a task involving active haptic exploration with a stylus swept back and forth in the horizontal plane at the wrist. Remembered locations of tactile targets were shifted towards the medial axis of the forearm, suggesting a central tendency in haptic spatial memory, while evidence for a displacement of perceived locations in the direction of sweep motion was consistent with processing delays.

Brain Dopamine and Serotonin Receptors in the Perception of Pain. Positron Emission Tomography Studies in Healthy Subjects

The role of dopamine and serotonin in spinal pain regulation is well established. However, little is known concerning the role of brain dopamine and serotonin in the perception of pain in humans. The aim of this study was to assess the potential role of brain dopamine and serotonin in determining experimental pain sensitivity in humans using positron emission tomography (PET) and psychophysical methods. A total of 39 healthy subjects participated in the study, and PET imaging was performed to assess brain dopamine D2/D3 and serotonin 5-HT_1A receptor availability. In a separate session, sensitivity to pain and touch was assessed with traditional psychophysical methods, allowing the evaluation of potential associations between D2/D3 and 5-HT_1A binding and psychophysical responses. The subjects’ responses were also analyzed according to Signal Detection Theory, which enables separate assessment of the subject’s discriminative capacity (sensory factor) and response criterion (non-sensory factor). The study found that the D2/D3 receptor binding in the right putamen was inversely correlated with pain threshold and response criterion. 5-HT_1A binding in cingulate cortex, inferior temporal gyrus and medial prefrontal cortex was inversely correlated with discriminative capacity for touch. Additionally, the response criterion for pain and intensity rating of suprathreshold pain were inversely correlated with 5-HT_1A binding in multiple brain areas. The results suggest that brain D2/D3 receptors and 5-HT_1A receptors modulate sensitivity to pain and that the pain modulatory effects may, at least partly, be attributed to influences on the response criterion. 5-HT_1A receptors are also involved in the regulation of touch by having an effect on discriminative capacity.

Facteurs influencing haptic shape perception

Le but de cette étude était de déterminer la contribution de plusieurs facteurs (le design de la tâche, l’orientation d’angle, la position de la tête et du regard) sur la capacité des sujets à percevoir les différences de formes bidimensionnelles (2-D) en utilisant le toucher haptique. Deux séries d'expériences (n = 12 chacune) ont été effectuées. Dans tous les cas, les angles ont été explorés avec l'index du bras tendu. La première expérience a démontré que le seuil de discrimination des angles 2-D a été nettement plus élevé, 7,4°, que le seuil de catégorisation des angles 2-D, 3,9°. Ce résultat étend les travaux précédents, en montrant que la différence est présente dans les mêmes sujets testés dans des conditions identiques (connaissance des résultats, conditions d'essai visuel, l’orientation d’angle). Les résultats ont également montré que l'angle de catégorisation ne varie pas en fonction de l'orientation des angles dans l'espace (oblique, verticale). Étant donné que les angles présentés étaient tous distribués autour de 90°, ce qui peut être un cas particulier comme dans la vision, cette constatation doit être étendue à différentes gammes d'angles. Le seuil plus élevé dans la tâche de discrimination reflète probablement une exigence cognitive accrue de cette tâche en demandant aux sujets de mémoriser temporairement une représentation mentale du premier angle exploré et de la comparer avec le deuxième angle exploré. La deuxième expérience représente la suite logique d’une expérience antérieure dans laquelle on a constaté que le seuil de catégorisation est modifié avec la direction du regard, mais pas avec la position de la tête quand les angles (non visibles) sont explorés en position excentrique, 60° à la droite de la ligne médiane. Cette expérience a testé l'hypothèse que l'augmentation du seuil, quand le regard est dirigé vers l'extrême droite, pourrait refléter une action de l'attention spatiale. Les sujets ont exploré les angles situés à droite de la ligne médiane, variant systématiquement la direction du regard (loin ou vers l’angle) de même que l'emplacement d'angle (30° et 60° vers la droite). Les seuils de catégorisation n’ont démontré aucun changement parmi les conditions testées, bien que le biais (point d'égalité subjective) ait été modifié (décalage aux valeurs inférieurs à 90°). Puisque notre test avec le regard fixé à l’extrême droite (loin) n'a eu aucun effet sur le seuil, nous proposons que le facteur clé contribuant à l'augmentation du seuil vu précédemment (tête tout droit/regard à droite) doit être cette combinaison particulière de la tête/regard/angles et non l’attention spatiale.

The roles of the somatosensory cortices in the perception of noxious and innocuous stimuli

Résumé Les premières études électrophysiologiques et anatomiques ont établi le rôle crucial du cortex somatosensoriel primaire et secondaire (SI et SII) dans le traitement de l'information somatosensorielle. Toutefois, les récentes avancées en techniques d’imagerie cérébrale ont mis en question leur rôle dans la perception somatosensorielle. La réorganisation du cortex somatosensoriel est un phénomène qui a été proposé comme cause de la douleur du membre fantôme chez les individus amputés. Comme la plupart des études se sont concentrées sur le rôle du SI, une étude plus approfondie est nécessaire. La présente série d'expériences implique une exploration du rôle des régions somatosensorielles dans la perception des stimuli douleureux et non-douleureux chez des volontaires sains et patients avec des douleurs de membre fantôme. La première étude expérimentale présentée dans le chapitre 3 est une méta-analyse des études de neuro-imagerie employant des stimuli nociceptifs chez des volontaires sains. En comparaison aux précédentes, la présente étude permet la génération de cartes quantitatives probabilistes permettant la localisation des régions activées en réponse à des stimuli nociceptifs. Le rôle du cortex somatosensoriel dans la perception consciente de stimuli chauds a été étudié dans le chapitre 4 grâce à une étude d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, dans laquelle des stimuli thermiques douloureux et non-douloureux ont été administrés de manière contrebalancée. Grâce à cette procédure, la perception de la chaleur fut atténuée par les stimuli douloureux, ce qui permit la comparaison des stimuli consciemment perçus avec ceux qui ne le furent pas. Les résultats ont montrés que les stimulations chaudes perçues ont engendré l’activation de l’aire SI controlatérale, ainsi que de la région SII. Grâce à l’évaluation clinique de patients amputés présentant une altération de leurs perceptions somatosensorielles, il est également possible de dessiner un aperçu des régions corticales qui sous-tendent ces modifications perceptuelles. Dans le chapitre 5 nous avons émis l'hypothèse proposant que les sensations du membre fantôme représentent un corrélat perceptuel de la réorganisation somatotopique des représentations sensorielles corticales. En effet, la réorganisation des sensations peut donner des indices sur les régions impliquées dans la genèse des sensations référées. Ainsi, un protocole d’évaluation sensoriel a été administré à un groupe de patients affligés de douleur au niveau du membre fantôme. Les résultats ont montré que, contrairement aux études précédentes, les sensations diffèrent grandement selon le type et l'intensité des stimuli tactiles, sans évidence de la présence d’un modèle spatialement localisé. Toutefois, les résultats actuels suggèrent que les régions corticales à champs récepteurs bilatéraux présentent également des modifications en réponse à une déafférentation. Ces études présentent une nouvelle image des régions corticales impliquées dans la perception des stimuli somatosensoriels, lesquelles comprennent les aires SI et SII, ainsi que l'insula. Les résultats sont pertinents à notre compréhension des corrélats neurologiques de la perception somatosensorielle consciente.

Perception de la vitesse : les bases psychophysiques et neuronales

David Katz a fait l’observation que le mouvement entre la peau et l’objet est aussi important pour le sens du toucher que la lumière l’est pour la vision. Un stimulus tactile déplacé sur la peau active toutes les afférences cutanées. Les signaux résultants sont très complexes, covariant avec différents facteurs dont la vitesse, mais aussi la texture, la forme et la force. Cette thèse explore la capacité des humains à estimer la vitesse et la rugosité de surfaces en mouvements. Les bases neuronales de la vitesse tactile sont aussi étudiées en effectuant des enregistrements unitaires dans le cortex somatosensoriel primaire (S1) du singe éveillé. Dans la première expérience, nous avons montré que les sujets peuvent estimer la vitesse tactile (gamme de vitesses, 30 à 105 mm/s) de surfaces déplacées sous le doigt, et ceci sans indice de durée. Mais la structure des surfaces était essentielle (difficulté à estimer la vitesse d’une surface lisse). Les caractéristiques physiques des surfaces avaient une influence sur l’intensité subjective de la vitesse. La surface plus rugueuse (8 mm d’espacement entre les points en relief) semblait se déplacer 15% plus lentement que les surfaces moins rugueuses (de 2 et 3 mm d’espacement), pour les surfaces périodiques et non périodiques (rangées de points vs disposition aléatoire). L’effet de la texture sur la vitesse peut être réduit en un continuum monotonique quand les estimés sont normalisés avec l’espacement et présentés en fonction de la fréquence temporelle (vitesse/espacement). L'absence de changement des estimés de vitesse entre les surfaces périodiques et non périodiques suggère que les estimés de rugosité devraient aussi être indépendants de la disposition des points. Dans la deuxième expérience, et tel que prévu, une équivalence perceptuelle entre les deux séries de surfaces est obtenue quand les estimés de la rugosité sont exprimés en fonction de l'espacement moyen entre les points en relief, dans le sens de l'exploration. La troisième expérience consistait à rechercher des neurones du S1 qui pourraient expliquer l’intensité subjective de la vitesse tactile. L’hypothèse est que les neurones impliqués devraient être sensibles à la vitesse tactile (40 à 105 mm/s) et à l’espacement des points (2 à 8 mm) mais être indépendants de leur disposition (périodique vs non périodique). De plus, il est attendu que la fonction neurométrique (fréquence de décharge/espacement en fonction de la fréquence temporelle) montre une augmentation monotonique. Une grande proportion des cellules était sensible à la vitesse (76/119), et 82% d’entres elles étaient aussi sensibles à la texture. La sensibilité à la vitesse a été observée dans les trois aires du S1 (3b, 1 et 2). La grande majorité de cellules sensibles à la vitesse, 94%, avait une relation monotonique entre leur décharge et la fréquence temporelle, tel qu’attendu, et ce surtout dans les aires 1 et 2. Ces neurones pourraient donc expliquer la capacité des sujets à estimer la vitesse tactile de surfaces texturées.

Visual enhancement of touch in spatial body representation

Perception of our own bodies is based on integration of visual and tactile inputs, notably by neurons in the brain’s parietal lobes. Here we report a behavioural consequence of this integration process. Simply viewing the arm can speed up reactions to an invisible tactile stimulus on the arm. We observed this visual enhancement effect only when a tactile task required spatial computation within a topographic map of the body surface and the judgements made were close to the limits of performance. This effect of viewing the body surface was absent or reversed in tasks that either did not require a spatial computation or in which judgements were well above performance limits. We consider possible mechanisms by which vision may influence tactile processing.

The lived experience of healing touch with cancer patients

The recent use of complementary therapies by cancer patients has prompted the study of the use of Healing Touch, an energy based therapy, to learn the meaning of the experience. By using Ray's Caring Inquiry, a phenomenologic-hermeneutic process, the lived experience of receiving Healing Touch was elicited from three cancer patients. Through the interactions of the Healing Touch practitioners, the cancer patient participants, and the energy in and around them, specific themes were expressed: body-physical, emotion-feeling, mental-knowing, and spirit-essence. Further abstracting lead to the metathemes sensation and perception. Through a change in consciousness, a oneness/wholeness was experienced. The unity of meaning elicited was the Rhythm of Oneness Through Energy which is the connecting, opening, and cocreating through caring, the wholeness of each to become one through rhythms of energy. ^

The Effects of Instrumental Touching on Infant Pain Perception and the Effects of Eutectic Mixture of Local Anesthetics (EMLA) on the Reduction of Pain

Background: Premature infants, who have to spend the first week of their lives in neonatal intensive care units (NICUs), experience pain and stress in numerous cases, and they are exposed to many invasive interventions. The studies have shown that uncontrolled pain experienced during early life has negative and long-term side effects, such as distress, and such experiences negatively affect the development of the central nervous system Objectives: The purpose of the study was to examine the effects of touching on infant pain perception and the effects of eutectic mixture of local anesthetic (EMLA) on the reduction of pain. Patients and Methods: Data for the study were collected between March and August 2012 from the neonatal clinic of a university hospital located in eastern Turkey. The population of the study consisted of premature infants who were undergoing treatment, completed the first month and who were approved for Hepatitis B vaccine. The study consisted of two experimental groups and one control group. Information forms, intervention follow-up forms, and Premature Infant Pain Profile (PIPP) were used to collect the data. EMLA cream was applied on the vastus lateralis muscles of the first experimental group before the vaccination. The second experimental group was vaccinated by imitation (placebo), without a needle tip or medicine. Vaccination was carried out using instrumental touch in this group. A routine vaccination was applied in the control group. Results: Mean pain scores of the group to which EMLA was applied were lower in a statistically significant way (P < 0.05) compared to the pain scores of the other groups. Moreover, it was determined that even though invasive intervention was not applied to the newborns, the touching caused them to feel pain just as in the placebo group (P < 0.005). Conclusions: The results demonstrated that EMLA was an effective method for reducing pain in premature newborns, and the use of instrumental touch for invasive intervention stimulated the pain perception in the newborns.

The sensory features of packaging and its effects on product perception

The present study shows the influence of tactile contacts with packaging on product taste. A within-subject experiment 1 (product: grenadine syrup) x 3 (packaging’s material: plastic, aluminium, glass) was conducted. Moreover, we examine the role of the Need For Touch (NFT) as a moderator. We confirmed that the same product tasted three times by each participant is judged differently depending on the packaging. Furthermore, participants with a high NFT seem to be more influenced by sensory features of packaging than those with a low NFT. These results support previous researches about tactile effects on taste.

Perception Of Oral And Maxillofacial Surgeons, Orthodontists And Laypersons In Relation To The Harmony Of The Smile.

Harmony is one of the main objectives in surgical and orthodontic treatment and this harmony must be present in the smile, as well as in the face. The aim of the present study was to assess the perceptions of professionals and laypersons in relation to the harmony of the smile of patients with or without vertical maxillary alterations. Sixty observers (oral and maxillofacial surgeons, orthodontists and laypersons) reported the degree of harmony of six smiles using an objective questionnaire and the participants indicated if there was a need for corrective surgery or not. The classification of observers was recorded on a Likert scale from 1 to 5. Mixed regression was used to determine differences between the three groups. Statistically significant differences were found only for the harmony of the smile between the oral and maxillofacial surgeons and laypersons, with laypersons being more critical when assessing the smile. There was no statistical difference between the other groups for the harmony of the smile or the indication of corrective surgery. The patterns of greater or lesser harmony determined by observers during the smile were similar to those found in the literature as the ideal standard in relation to vertical maxillary positioning. Laypersons had a tendency to be more critical in relation to facial harmony than surgeons, although no statistical differences were found in the other groups in relation to the harmony of the smile or indication for the corrective surgery. In addition, the patterns of greater or lesser harmony of the smile determined by the participants were similar to those found in the literature as the ideal standard in relation to vertical maxillary positioning. Overall, the present study demonstrates that adequate interaction between surgeons, orthodontists and laypersons is essential in order to achieve facial harmony with orthodontic and/or surgical treatment. Opinion of specialists and laypersons about the smile in relation to the vertical positioning of the maxilla.

[the Perception Of Behavior Related To Mindfulness And The Brazilian Version Of The Freiburg Mindfulness Inventory].

Mindfulness is a practice and a form of consciousness which has been the basis for innovative interventions in care and health promotion. This study presents mindfulness, describes and discusses the process of cultural adaptation of The Freiburg Mindfulness Inventory (FMI) to Brazilian Portuguese. From the original version of this pioneering instrument for assessing mindfulness two translations and two back-translations were made. These were evaluated by a committee of 14 experts (Buddhists, linguists, health professionals), who helped to create two versions for the first pre-test, based on which suggestions were made by a sample of 41 people of the population through interviews. Considering the difficulties in understanding the concepts that are unfamiliar to the Brazilian culture, a new version was prepared with additional explanations, which underwent a further evaluation of the experts and a second pre-test with 72 people. This process aimed at addressing the limitations and challenges of evaluating mindfulness in a country of western culture through a self-report instrument based on Buddhist psychology. With appropriate levels of clarity and equivalence with the original instrument, the Freiburg Mindfulness Inventory adapted for Brazil is presented.