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Three Dimensional Vestibular Ocular Reflex Testing Using a Six Degrees of Freedom Motion Platform

The vestibular organ is a sensor that measures angular and linear accelerations with six degrees of freedom (6DF). Complete or partial defects in the ...

Erasmus MC

The three-dimensional vestibulo-ocular reflex (3D VOR) ideally generates compensatory ocular rotations not only with a magnitude equal and opposite to the head rotation but also about an axis that is collinear with the head rotation axis. Vestibulo-ocular responses only partially fulfill this ideal behavior. Because animal studies have shown that vestibular stimulation about particular axes may lead to suboptimal compensatory responses, we investigated in healthy subjects the peaks and troughs in 3D VOR stabilization in terms of gain and alignment of the 3D vestibulo-ocular response. Six healthy upright sitting subjects underwent whole body small amplitude sinusoidal and constant acceleration transients delivered by a six-degree-of-freedom motion platform. Subjects were oscillated about the vertical axis and about axes in the horizontal plane varying between roll and pitch at increments of 22.5 degrees in azimuth. Transients were delivered in yaw, roll, and pitch and in the vertical canal planes. Eye movements were recorded in with 3D search coils. Eye coil signals were converted to rotation vectors, from which we calculated gain and misalignment. During horizontal axis stimulation, systematic deviations were found. In the light, misalignment of the 3D VOR had a maximum misalignment at about 45 degrees . These deviations in misalignment can be explained by vector summation of the eye rotation components with a low gain for torsion and high gain for vertical. In the dark and in response to transients, gain of all components had lower values. Misalignment in darkness and for transients had different peaks and troughs than in the light: its minimum was during pitch axis stimulation and its maximum during roll axis stimulation. We show that the relatively large misalignment for roll in darkness is due to a horizontal eye movement component that is only present in darkness. In combination with the relatively low torsion gain, this horizontal component has a relative large effect on the alignment of the eye rotation axis with respect to the head rotation axis.

Peaks and troughs of three-dimensional vestibulo-ocular reflex in humans.

R&eacute;flexe vestibulo-oculaire en trois dimensions (3D VOR) id&eacute;alement g&eacute;n&egrave;re des rotations oculaires compensatoires non seulement d&#39;une ampleur &eacute;gale et oppos&eacute;e &agrave; la rotation de la t&ecirc;te, mais aussi autour d&#39;un axe qui est colin&eacute;aire &agrave; l&#39;axe de rotation de la t&ecirc;te. Vestibulo-oculaire r&eacute;ponses ne r&eacute;pondent que partiellement &agrave; ce comportement id&eacute;al. Parce que les &eacute;tudes chez l&#39;animal ont montr&eacute; que la stimulation vestibulaire autour d&#39;axes particuliers peut-&ecirc;tre conduire &agrave; sous-optimale r&eacute;ponses compensatoires, nous avons &eacute;tudi&eacute; chez des sujets sains, les pics et les creux dans la stabilisation de VOR 3D en termes de gain et l&#39;alignement de la r&eacute;ponse de vestibulo-oculaire 3D. Six sujets sains assis debout a subi tout le corps faible amplitude sinuso&iuml;dale et transitoires de l&#39;acc&eacute;l&eacute;ration constante envoy&eacute;es par une plate-forme de 6-degr&eacute; de libert&eacute; de mouvement. Sujets ont oscill&eacute; autour de l&#39;axe vertical et autour d&#39;axes dans le plan horizontal, variant du roulis et du tangage par incr&eacute;ments de 22,5 degr&eacute;s en azimut. Transitoires ont &eacute;t&eacute; livr&eacute;s en lacet, roulis et tangage et dans les plans vertical canal. Mouvements oculaires ont &eacute;t&eacute; enregistr&eacute;s avec des bobines de recherche 3D. Oeil bobine signaux ont &eacute;t&eacute; convertis &agrave; des vecteurs de rotation, d&#39;o&ugrave; nous avons calcul&eacute; le gain et le d&eacute;salignement. Au cours de la stimulation de l&#39;axe horizontal, &eacute;carts syst&eacute;matiques ont &eacute;t&eacute; trouv&eacute;s. &Agrave; la lumi&egrave;re, mauvais alignement de la 3D VOR avait un d&eacute;salignement maximal &agrave; environ 45 degr&eacute;s. Ces &eacute;carts par rapport &agrave; un mauvais alignement peuvent s&#39;expliquer par la somme de vecteur des composantes rotation &oelig;il avec un faible gain pour la torsion et un gain &eacute;lev&eacute; &agrave; la verticale. Dans l&#39;obscurit&eacute; et en r&eacute;ponse aux transitoires, gain de tous les composants avait des valeurs plus faibles. Un mauvais alignement dans l&#39;obscurit&eacute; et pour les transitoires avait diff&eacute;rents pics et les creux que dans la lumi&egrave;re : son minimum a &eacute;t&eacute; au cours de la stimulation d&#39;axe de tangage et son maximum durant la stimulation axe de roulis. Nous montrons que le d&eacute;salignement relativement important pour rouleau dans l&#39;obscurit&eacute; est due &agrave; une composante de mouvement oculaire horizontale qui n&#39;est pr&eacute;sente que dans l&#39;obscurit&eacute;. En combinaison avec le gain de torsion relativement faible, cette composante horizontale a un grand effet relatif sur l&#39;alignement de l&#39;axe de rotation des yeux par rapport &agrave; l&#39;axe de rotation de la t&ecirc;te.

Pics et les creux de tridimensionnel r&eacute;flexe vestibulo-oculaire chez les humains.

Il riflesso vestibulo-oculare tridimensionale (3D VOR) idealmente genera compensative rotazioni oculari non solo con una magnitudo uguale ed opposta la rotazione della testa, ma anche attorno ad un asse che &egrave; allineato con l&#39;asse di rotazione della testa. Vestibulo-oculare risposte solo parzialmente adempiere questo comportamento ideale. Perch&eacute; gli studi su animali hanno dimostrato che la stimolazione vestibolare su assi particolare pu&ograve; portare a risposte compensative non ottimali, abbiamo studiato in soggetti sani la picchi e depressioni nella stabilizzazione VOR 3D in termini di guadagno e l&#39;allineamento della risposta 3D vestibulo-oculare. Sei soggetti sani seduta dritta ha subito piccole sinusoidale di ampiezza tutto il corpo e transitori di accelerazione costante consegnati da una piattaforma di sei gradi di libert&agrave; di movimento. Soggetti erano ha oscillati attorno all&#39;asse verticale e su assi nel piano orizzontale variabile fra rollio e beccheggio a incrementi di 22,5 gradi in Azimut. Transitori sono stati consegnati in imbardata, rotolo e pece e nei piani verticali di canale. Movimenti oculari sono stati registrati con bobine di ricerca 3D. Occhio bobina segnali sono stati convertiti in vettori di rotazione, da cui abbiamo calcolato il guadagno e disallineamento. Durante la stimolazione dell&#39;asse orizzontale, scostamenti sistematici sono stati trovati. Nella luce, disallineamento del 3D VOR aveva un disallineamento massimo a circa 45 gradi. Queste deviazioni nel disallineamento possono essere spiegate dalla somma vettoriale delle componenti di rotazione occhio con un basso guadagno per torsione e ad alto guadagno per verticale. Al buio e in risposta ai transienti, guadagno di tutti i componenti aveva valori pi&ugrave; bassi. Disallineamento nel buio e per i transitori ha avuto diversi picchi e depressioni rispetto alla luce: il minimo &egrave; stato durante la stimolazione asse di beccheggio e di massima durante la stimolazione di asse del rullo. Dimostriamo che il disallineamento relativamente grande per rotolo nel buio &egrave; dovuto ad un componente del movimento di occhio orizzontale che &egrave; presente solo nelle tenebre. In combinazione con il guadagno relativamente bassa torsione, questa componente orizzontale ha un grosso effetto relativo sull&#39;allineamento dell&#39;asse di rotazione dell&#39;occhio rispetto all&#39;asse di rotazione della testa.

Picchi e depressioni del tridimensionale riflesso vestibulo-oculare negli esseri umani.

We investigated under what conditions humans can make independent slow phase eye movements. The ability to make independent movements of the two eyes generally is attributed to few specialized lateral eyed animal species, for example chameleons. In our study, we showed that humans also can move the eyes in different directions. To maintain binocular retinal correspondence independent slow phase movements of each eye are produced.

Binocular eye movement control and motion perception: what is being tracked?

Nous avons examin&eacute; dans quelles conditions l&#39;homme peut faire des mouvements oculaires ind&eacute;pendants phase lente. La capacit&eacute; de faire des mouvements ind&eacute;pendants des deux yeux g&eacute;n&eacute;ralement est attribu&eacute;e &agrave; peu sp&eacute;cialis&eacute;es lat&eacute;rales eyed esp&egrave;ces animales, par exemple des cam&eacute;l&eacute;ons. Dans notre &eacute;tude, nous avons montr&eacute; que les humains peuvent &eacute;galement d&eacute;placer les yeux dans des directions diff&eacute;rentes. Pour maintenir la correspondance r&eacute;tinienne binoculaire ind&eacute;pendante phase lente des mouvements de chaque &oelig;il sont produites.

Binoculaire oeil mouvement contr&ocirc;le et motion perception : ce qui est suivi ?

Abbiamo studiato sotto quali condizioni gli esseri umani possono fare movimenti oculari indipendente fase lenta. La capacit&agrave; di fare movimenti indipendenti dei due occhi generalmente &egrave; attribuita a pochi specializzati laterale eyed specie animali, per esempio i camaleonti. Nel nostro studio, abbiamo dimostrato che gli esseri umani anche possono spostare gli occhi in direzioni diverse. Per mantenere la corrispondenza retinica binoculare indipendente movimenti lenta fase di ciascun occhio sono prodotti.

Occhio binoculare movimento controllo e movimento percezione: che cosa &egrave; monitorata?

Visual orientation toward remembered or visible visual targets requires binocular gaze shifts that are accurate in direction (version) and ocular distance (vergence). We determined the accuracy of combined version and vergence movements and the contribution of the abducting and adducting eye during gaze shifts toward memorized and visual targets in three-dimensional space.

Version-vergence interactions during memory-guided binocular gaze shifts.

Orientation visuelle pour atteindre les cibles visuels souvenir ou visibles n&eacute;cessite des d&eacute;placements binoculaire regard pr&eacute;cis en direction (version) et la distance oculaire (vergence). Nous avons d&eacute;termin&eacute; la pr&eacute;cision des mouvements combin&eacute;s de version et de vergence et la contribution de le &oelig;il abducteur et addition, en regard migre vers des cibles m&eacute;moris&eacute;es et visuels dans un espace tridimensionnel.

Interactions version-vergence durant les changements de regard binoculaire guid&eacute;e par m&eacute;moire.

Orientamento visivo verso obiettivi visivi ricordati o visibili richiede lo sguardo binoculare turni che sono precisi in direzione (versione) e la distanza oculare (convergenza). Abbiamo determinato la precisione dei movimenti combinati di versione e convergenza e il contributo dell&#39;occhio adducting e uccidono durante lo sguardo si sposta verso destinazioni memorizzate e visual in uno spazio tridimensionale.

Article	Year
Peaks and troughs of three-dimensional vestibulo-ocular reflex in humans. Journal of the Association for Research in Otolaryngology : JARO\| PubMed ID: 20177730	2010
Binocular eye movement control and motion perception: what is being tracked? Investigative ophthalmology & visual science\| PubMed ID: 22997286	2012
Version-vergence interactions during memory-guided binocular gaze shifts. Investigative ophthalmology & visual science\| PubMed ID: 23404114	2013

Joyce Dits

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