ثلاثي الأبعاد الدهليزي العيني اختبار رد الفعل باستخدام ست درجات من الحرية منصة الحركة
May 23rd, 2013
ووصف طريقة لقياس ثلاثي الأبعاد ردود الفعل العين الدهليزي (3D VOR) في البشر باستخدام ست درجات من الحرية (6DF) محاكاة الحركة. المكسب واختلالها من VOR الزاوي 3D توفر مقياسا مباشرا لنوعية وظيفة الدهليزي. يتم توفير بيانات تمثيلية حول مواضيع صحية
الهدف العام من هذا الإجراء هو تحديد الوظيفة الدهليزية ثلاثية الأبعاد في المرضى الذين يعانون من اضطرابات دهليزية. يتم تحقيق ذلك عن طريق جلوس الموضوع أولا على منصة الحركة وربط حزام الأمان. أدخل ملفات البحث الصلبية على عيون الهدف.
من أجل قياس منعكس العين الدهليزي في ثلاثة أبعاد ، استخدم وسادة مفرغة من الهواء ولوح لدغة لكبح جماح الموضوع. بعد ذلك ، يتم تنشيط النظام الأساسي. إنه يوفر محفزات جيبية وخطوة بترتيب عشوائي لاختبار الجهاز الدهليزي في جميع الأبعاد الثلاثة.
الخطوة الأخيرة هي التحليل دون اتصال بالإنترنت لبيانات ملف العين لاستخراج حجم ومحاذاة منعكس العين الدهليزي. في النهاية ، يتم استخدام اكتساب ومحاذاة منعكس العين الدهليزي للتمييز بين الوظيفة الدهليزية الطبيعية وغير الطبيعية. تمكننا هذه التقنية من اختبار الجهاز الدهليزي في جميع الأبعاد الثلاثة.
هذه ميزة رئيسية على الطرق الحالية مثل الكراسي الدوارة ذات الوصول الواحد المستخدمة في عيادات الأنف والأذن والحنجرة. توفر هذه الطريقة نظرة ثاقبة في الوظيفة الدهليزية ثلاثية الأبعاد في الأشخاص الأصحاء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام الطريقة لدراسة الأمراض الدهليزية مثل أورام سونوما والتهاب العصب الدهليزي والعديد من أمراض الخطأ.
سيظهر الإجراء جويس DITs كاسبر بوير ، كل من طلاب الدكتوراه ويوهان بيل في مجموعتي البحثية. لبدء هذا الإجراء ، ضع الموضوع على كرسي مثبت في وسط منصة الحركة وقم بتقييده بحزام الأمان رباعي النقاط المثبت على قاعدة المنصة. أثناء التجربة ، سجل حركات العين لكلتا العينين باستخدام ملفات البحث الصلبة ثلاثية الأبعاد باستخدام نظام ملف مجالين قياسي 25 كيلو هرتز يعتمد على طريقة الكشف عن السعة لروبنسون.
لتحقيق ذلك أولا ، قم بتخدير عيون الشخص ببضع قطرات من أوكسي بوتان في كل عين. ثم أدخل ملفات البحث الصلبة ، المضمنة في السيليكون في كل عين. بمجرد إدخال ملفات البحث ، ضع رأس الموضوع بحيث يكون الخط الوهمي الذي يربط miis externa بالقناة المدارية السفلية أو خط القصب في نطاق ست درجات من الأرض. أفقي.
بعد ذلك ، قم بتثبيت رأس الموضوع من خلال استخدام وسادة مفرغة من الهواء منفوخة حول رقبة الهدف. ثم اجعل الموضوع يعض على لوحة عضة انطباع الأسنان مصبوبة بشكل فردي. يتم توصيل لوحة العض بالإطار المكعب من خلال شريط صلب وتحتوي على مستشعرين ثلاثي الأبعاد من قياس حركات الرأس الزائفة عبر التسارع الزاوي والخطي.
ثم قم بتنشيط منصة الحركة وارفعها إلى وضع التشغيل الخاص بها. قم بمعايرة الإشارات الأفقية والرأسية لكل من ملفات البحث الصلبية بشكل فردي عن طريق توجيه الموضوع للتركيز على سلسلة من الأهداف لمدة خمس ثوان لكل منهما. ثم ابدأ سلسلة من الحركات المبرمجة مسبقا.
منصة الحركة قادرة على توليد محفزات زاوية وانتقالية بإجمالي ست درجات من الحرية من خلال استخدام ستة مشغلات كهروميكانيكية يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر موضحة هنا. من أجل تحديد الحركة ، استخدم نظام إحداثيات قياسي باليد اليمنى. يتركز نظام الإحداثيات عند نقطة في منتصف الطريق بين آذان الموضوع ويتم تعريفه من وجهة نظر الموضوع.
أولا ، حدد الدوران لليسار على أنه حركة إيجابية في الاتجاه Z. يعرف هذا باسم Y.Next ، حدد الحركة الهابطة على أنها حركة إيجابية والاتجاه Y. يعرف هذا باسم الملعب.
أخيرا ، حدد دوران الكلمة اليمنى كحركة إيجابية في الاتجاه X. يعرف هذا باسم لفة. للبدء في مزامنة بيانات المنصة وحركة العين باستخدام شعاع ليزر مثبت في الجزء الخلفي من المنصة.
يتم التعرف على وضع المنزل عندما يتم عرض الليزر على خلية ضوئية صغيرة تقع في الجدار الخلفي ، والتي تتم مراقبتها أثناء الإجراء ، وتوفر محفزات جيبية في كل من الإعدادات الفاتحة والمظلمة. في الضوء ، اطلب من الشخص تثبيت عينيه على مصباح LED أحمر مضاء باستمرار يقع أمامه على بعد 177 سم في جميع الأوقات في الظلام. يتم تشغيل الضوء لمدة ثانيتين ، ثم يتم إيقاف تشغيله قبل أن تبدأ كل حركة.
بعد ذلك ، قم بتوصيل دوران الجسم بالكامل حول AEs الأساسية الثلاثة عبر منصة الحركة ، والمحور الرأسي أو المحور الرأسي ، والمحور بين الفم ، والمحور القذالي الأنفي. بالإضافة إلى التحفيز حول المحاور الأساسية ، قم بتوصيل دوران الجسم بالكامل بخطوات 22.5 درجة بين التدحرج والدرجة. ثم قم بإجراء التحفيز النبضي في بيئة مضاءة بشكل خافت باستخدام مؤشر LED كهدف مرئي.
لتحقيق ذلك ، قم بتوصيل نبضات قصيرة المدة في كل من المحاور الأساسية الثلاثة والمحاور الأفقية الوسيطة عند 45 درجة. كرر كل نبضة ست مرات وقم بتسليمها بترتيب عشوائي. بالإضافة إلى ذلك ، قم بتغيير بداية الحركة بشكل عشوائي بين 2.5 و 3.5 ثانية.
فصل كل حركة جديدة أثناء التحفيز الحصول على بيانات حركة العين بتردد 1000 هرتز. استخدام نظام الحصول على بيانات CED. يتم عرض عينة من بيانات موضع العين هنا لكل مكون على حدة.
ثم قم بتحويل البيانات الأولية لإشارات ملف العين إلى سرعة زاوية لكل مكون. تستخدم بيانات السرعة الزاوية لحساب الكسب ، والذي يعرف بأنه حجم حركات العين التعويضية فيما يتعلق بالتحفيز المفروض المحاذاة الخاطئة هي زاوية لحظية مقدمة بالدرجات يتم حسابها بثلاثة أبعاد بين معكوس محور سرعة العين ومحور سرعة الرأس.
مثال على المحاذاة الخاطئة كدالة للتحفيز. يظهر اتجاه المحور هنا كخط متقطع موضح هنا رسم بياني لمتوسط نتائج الكسب. بالنسبة للمحاكاة الجيبية للمحور الأفقي للمجموعة الضابطة ، ظهر الحد الأقصى الالتوائي عند صفر درجة سمت ، بينما كان الحد الأقصى الرأسي عند كل من سالب 90 درجة وزائد 90 درجة السمت.
يعرض المكون الأفقي قياسات خط الأساس فقط. عندما يتم الجمع بين المكونات الرأسية والالتواء ، تحصل على القيمة المتوقعة لكسب سرعة DI الثلاثة الموضحة هنا كخط منقط. يتم عرض القيم الفعلية كنقاط بيانات.
بلغ متوسط المحاذاة بين التحفيز ومحور الاستجابة على ستة أشخاص كما هو موضح هنا. يمثل الخط المنقط القيم المتوقعة التي تتوافق بشكل وثيق مع القيم الفعلية. كان المحاذاة الخاطئة أصغر أثناء الملعب وزاد تدريجيا نحو الدور مما أدى إلى عدم محاذاة قصوى يبلغ 17.33 درجة عند 22.5 درجة السمت.
لوحظ اختلاف كبير عند مقارنة مكونات اكتساب سرعة العين في الضوء مقابل الظلام. كان كل من المكونات الرأسية والالتواء أقل بكثير في الظلام ، مما أدى إلى زيادة سرعة العين ثلاثية الأبعاد بشكل عام. في حين أن المحاذاة غير الصحيحة بين التحفيز والاستجابة يتبع القيم المتوقعة أثناء المحاكاة الجيبية في الضوء ، إلا أنها لا تتطابق مع القيم المتوقعة في الظلام.
هذا يرجع أساسا إلى تأثير المكون الأفقي غير الصفر. يسبب التحفيز النبضي اضطرابات قصيرة فقط في المعلومات المرئية ، ولكن له استجابة مماثلة نوعيا في الكسب والمحاذاة مع التحفيز الجيبي في الظلام. تظهر حساسية هذه الطريقة عند مقارنة المرضى الذين يعانون من تشوهات في الدماغ مثل الورم الصوتي أحادي الجانب بالمرضى الضابطين.
تظهر على اليسار مخططات الكسب والاختلال لمريض مصاب بورم في المخ 14 ملم. يمكن رؤية اختلافات واضحة عند مقارنة هذه المخططات بتلك الخاصة بمرضى السيطرة. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء إجراء الاختبار الدهليزي على منصة من الدرجة السادسة للحركة.
من المهم فهم كيفية تثبيت الموضوعات على هذه المنصة ، وكيفية إدراج تجعيد البحث ، وكيفية تفسير البيانات.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
نظرة عامة
تصف هذه المقالة طريقة لقياس ردود الفعل الدهليزية العينية ثلاثية الأبعاد (3D VOR) في البشر باستخدام جهاز محاكاة الحركة ذي الست درجات من الحرية (6DF). تهدف العملية إلى تقييم جودة وظيفة الدهليز من خلال المكسب وانحراف 3D الزاوي للـ VOR.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- وظيفة الدهليز
- علم وظائف الأعضاء البشرية
الخلفية
- فهم وظيفة الدهليز ضروري لتشخيص الاضطرابات الدهليزية.
- الانعكاس الدهليزي العيني ضروري لتثبيت الرؤية أثناء حركات الرأس.
- يقدّم قياس VOR في ثلاثة أبعاد رؤى شاملة حول صحة الدهليز.
- قد لا تلتقط الطرق التقليدية التعقيد الكامل للاستجابات الدهليزية.
غرض الدراسة
- لتحديد وظيفة الدهليز ثلاثية الأبعاد في المرضى الذين يعانون من اضطرابات دهليزية.
- لتوفير قياس مباشر لجودة وظيفة الدهليز.
- لتعزيز فهم استجابات النظام الدهليزي في مختلف الظروف.
الطرق المستخدمة
- يتم جلوس المشاركين على منصة الحركة وتثبيتهم بحزام الأمان.
- يتم إدخال حلقات البحث الصلبية على عيون المشاركين للقياس.
- يتم استخدام وسادة فراغ ولوحة عض لتقييد المشاركين.
- تقدم المنصة محفزات جيبية وخطوة في ترتيب عشوائي لاختبار النظام الدهليزي.
النتائج الرئيسية
- تظهر البيانات التمثيلية على الأشخاص الأصحاء فعالية الطريقة.
- يقدم المكسب وانحراف القياسات رؤى حول جودة وظيفة الدهليز.
- تسمح الطريقة بتقييم شامل لـ 3D VOR.
- يمكن أن تساعد النتائج في تشخيص الاضطرابات الدهليزية.
الاستنتاجات
- يعد جهاز محاكاة الحركة ذي الست درجات من الحرية أداة قيّمة لتقييم وظيفة الدهليز.
- يمكن أن يعزز قياس 3D VOR من قدرات التشخيص للاضطرابات الدهليزية.
- قد توسع الأبحاث الإضافية تطبيق هذه الطريقة في البيئات السريرية.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Assessing three-dimensional vestibular function provides critical insights into sensorimotor integration, supporting target validation in neurological and vestibular disorder research. The method enables mechanistic de-risking by quantifying gain and alignment of compensatory eye movements, offering predictive confidence in preclinical models of vestibular dysfunction. This approach supports translational biomarker development by linking functional readouts to underlying neural pathways, informing go/no-go decisions in early discovery pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of vestibular hypotheses by measuring 3D VOR gain and alignment across stimulus orientations.
- Operational Value: Provides quantitative, reproducible outputs for assessing vestibular system integrity in disease models.
- Predictive Value: Supports biological de-risking through detection of abnormal vestibular function via deviations in gain and misalignment.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates standardized sinusoidal and impulse stimulation protocols for consistent vestibular response measurement.
- Quantitative Output: Delivers gain and co-linearity metrics as measurable endpoints for screening vestibular modulators.
- Platform Reuse: The 6DF motion platform supports scalable testing across multiple axes and conditions, enabling assay standardization.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Demonstrated applicability in modeling unilateral vestibular impairment, such as vestibular schwannoma, supporting translational continuity.
- Risk-Adjusted Advancement: Gain and alignment metrics inform preclinical go/no-go decisions by quantifying functional deficits.
- Mechanistic Insight: Reveals how differential gains across eye rotation components (torsion vs. vertical) drive axis misalignment, clarifying sensorimotor integration mechanisms.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation to preclinical evaluation, providing functional vestibular readouts that bridge in vitro findings and in vivo disease modeling.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of vestibular pathways by quantifying 3D VOR responses to controlled angular stimuli.
- Screening: Enables assay development through repeatable delivery of sinusoidal and impulse stimuli across six degrees of freedom.
- Analytics: Generates gain (input-output ratio) and misalignment (co-linearity) as quantifiable, multidimensional readouts for comparative analysis.
- Translational Research: Connects to preclinical validity by detecting functional differences between healthy subjects and vestibular impairment models.
- Enterprise Reuse: The 6DF platform serves as a reusable capability for cross-functional teams studying sensorimotor integration and balance disorders.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides mechanistic de-risking through precise measurement of 3D VOR gain and alignment, reducing ambiguity in vestibular function assessment.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility via calibrated motion platform delivery and scleral search coil eye tracking.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by offering quantitative biomarkers of vestibular health, reducing late-stage biological risk in CNS programs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds targeting vestibular or cerebellar pathways based on functional rescue of gain and alignment.
Implementation Considerations
- Requires expertise in vestibular physiology, eye movement recording, and motion control systems.
- Dependent on six degrees of freedom motion platform and scleral search coil instrumentation with 1 kHz sampling.
- Necessitates cross-team standardization for stimulus protocols, data acquisition, and offline gain/alignment analysis.
- Adaptation considerations include species-specific anatomy and coil sizing for translational model systems.
- Practical limitations include subject discomfort from prolonged immobilization and sensitivity to visual fixation conditions, as gain and alignment vary between light and dark environments.
