Waiting
登录处理中...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

डीप ब्रेन उत्तेजना के साथ Saccadometry का उपयोग करते हुए अध्ययन करने के लिए सामान्य और रोग ब्रेन फंक्शन

Published: July 14, 2016 doi: 10.3791/53640

Introduction

हाल के वर्षों में वहाँ तंत्रिका 1 निर्णय लेने की उच्च स्तरीय तंत्र के बारे में जानकारी पाने का एक मात्रात्मक और गैर-आक्रामक तरीके के रूप में प्रतिक्रिया समय के माप का उपयोग करने में रुचि बढ़ती गई है। प्रतिक्रिया समय का एक प्रकार है कि बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है समय के लिए एक दृश्य उत्तेजना, saccadic विलंबता के रूप में जाना की प्रस्तुति पर एक saccade आरंभ करने के लिए लिया है। Saccades तेजी से आँख आंदोलनों होती है कि जब हम तेजी से एक जगह से हमारी निगाहें बदलाव कर रहे हैं। वे आँख आंदोलनों के आम प्रकार हम बनाते हैं, आम तौर पर दो या तीन प्रति सेकंड की एक आवृत्ति पर होने वाली हैं। प्रत्येक saccade प्रभाव में एक और 2 के बजाय दृश्य दुनिया में एक क्यू को देखने के लिए एक निर्णय है।

तंत्रिका आँख आंदोलनों को नियंत्रित करने के रास्ते बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है और काफी अच्छी तरह से 3 दस्तावेज हैं। संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का उपयोग करना, oculomotor समारोह के पहलुओं को ठीक है और objectivel हो सकता हैY मात्रा। यह आंख आंदोलनों को खुद का विस्तृत अध्ययन की सुविधा है, लेकिन यह भी उन्हें neurophysiology और pathophysiology के अन्य क्षेत्रों की जांच करने के लिए एक उपकरण के रूप में इस्तेमाल किया जा करने की अनुमति देता है।

नेत्र आंदोलन माप रोग राज्यों के बारे में उपयोगी जानकारी प्रदान कर सकते हैं। Saccadic आँख आंदोलनों हाल ही में, उदाहरण के लिए, ज्यादा ध्यान हंटिंगटन 4,5 और पार्किंसंस रोगों 6.7 सहित neurodegenerative विकारों में संभावित बायोमार्कर के रूप में प्राप्त हुआ है, और यह अच्छी तरह से स्थापित है कि saccadic प्रतिक्रिया समय इन परिस्थितियों में सामान्य की तुलना में धीमी हो जाते हैं। saccadic माप की क्षमता का उपयोग करता निदान और रोग ट्रैकिंग के लिए एड्स शामिल हैं। Saccadic कार्यों को सरल prosaccade से इस तरह के antisaccade (एक दृश्य उत्तेजना के विपरीत पक्ष के रूप में जल्दी संभव के रूप में देख रहे हैं) या स्मृति के रूप में और अधिक जटिल कार्यों (तलाश में एक अचानक दिखने दृश्य उत्तेजना की ओर छोड़ दिया है या सही जितनी जल्दी संभव हो) के लिए सीमा निर्देशित saccade (तलाशलक्ष्य यह है कि अब वहाँ) की याद स्थान की ओर।

गहरी मस्तिष्क उत्तेजना कई स्नायविक शर्तों के लिए एक प्रभावी उपचार है। यह सबसे अधिक कंपन, कठोरता, bradykinesia, और dyskinesia सहित पार्किंसंस रोग के लक्षण मोटर के इलाज के लिए प्रयोग किया जाता है। यह भी अन्य आंदोलन ऐसे जुनूनी बाध्यकारी विकार के रूप में dystonia और आवश्यक कंपन, और आमतौर पर कम न्यूरोपैथिक दर्द, मिर्गी, और मनोरोग की स्थिति के लिए सहित विकारों के लिए प्रयोग किया जाता है। यह केवल सेटिंग जिसमें वैज्ञानिकों विवो में मानव मस्तिष्क के गहरे संरचनाओं के लिए सीधी बिजली का उपयोग किया है और इस तरह प्रयोगात्मक तंत्रिका विज्ञान के लिए एक बहुमूल्य अवसर प्रदान करता है। लक्ष्यों की एक किस्म स्थिति के आधार पर प्रेरित कर रहे हैं बेसल गैन्ग्लिया में कई स्थानों, जिनमें से कई oculomotor रास्ते में शामिल कर रहे हैं सहित इलाज किया जा रहा है। इसका मतलब यह है कि अध्ययन की एक विस्तृत श्रृंखला उत्तेजना देने के लिए डीबीएस प्रणाली का उपयोग किया जा सकता हैदिया मस्तिष्क स्थान और एक आँख ट्रैकिंग डिवाइस के लिए रिकॉर्ड और इसके प्रभाव का विश्लेषण करने के लिए। प्रयोगात्मक प्रतिमान पर निर्भर करता है, इस तरह के अध्ययन उपज हो सकती क्षेत्र के शरीर विज्ञान के बारे में जानकारी प्रेरित किया जा रहा है, रोग, या व्यवस्था है जिसके द्वारा डीबीएस कि विशेष रूप से सेटिंग में काम कर रहा है के प्रभाव। यह लेख गहरी मस्तिष्क प्रोत्साहन रोगियों में saccadic आँख आंदोलन का परीक्षण करने के लिए एक सामान्य दृष्टिकोण का वर्णन है।

आँख ट्रैकिंग उपकरण के कई अलग अलग प्रकार के उपलब्ध हैं। अनुसंधान इस प्रोटोकॉल में वर्णित के लिए एक पोर्टेबल saccadometer क्षैतिज saccadic आँख आंदोलनों रिकॉर्ड करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। पोर्टेबल saccadometers सिर संयम (चित्रा 1 देखें), जिसका अर्थ है कि सत्र विशेष रूप से गंभीर dyskinesias के साथ पीड़ित लोगों के लिए, पार्किंसंस रोग के साथ रोगियों के लिए और अधिक आराम कर रहे हैं की आवश्यकता नहीं का फायदा है। यहां इस्तेमाल saccadometer हल्के और लगभग 5 सेमी चौड़ा और 10 सेमी लंबा है। saccadometer measuप्रत्यक्ष अवरक्त oculography के उपयोग के द्वारा res आँख आंदोलनों: एक बुनियादी लाल स्रोत और सेंसर औसत दर्जे का नेत्रकोण उपयोग प्रकाश के सामने तैनात मिलीसेकंड अंतराल पर नेत्रगोलक की बारी-बारी से स्थिति की स्थापना करने के लिए कॉर्निया से परिलक्षित होता है। विश्लेषण के लिए अच्छी गुणवत्ता वाले डेटा प्राप्त करने के क्रम में saccadometer कम से कम एक 12 बिट संकल्प के साथ कम से कम 1 किलो हर्ट्ज की दर से नमूना चाहिए। यहां इस्तेमाल saccadometer में दृश्य उत्तेजनाओं तीन लाल 13 सीडी एम -2 द्वारा उत्पादित प्रकाश के धब्बे थे कम शक्ति लेजर में बनाया गया, हर जगह कुछ 0.1 डिग्री subtending, और अन्य दो ± 10 डिग्री पर midline में एक स्थान के साथ (यानी सही करने के लिए और बाएं)।

आकृति 1
चित्रा 1. Saccadometer। प्रमुख saccadometer एक इलास्टिक बैंड से जुड़ी है और नाक के पुल पर आराम कर रही मुहिम शुरू की। चार लघु लेज़रों दृश्य लक्ष्य परियोजनाएक मैट सतह, और भागीदार की आंख आंदोलनों को है पर हर आंख की नाक के पक्ष में अंतर अवरक्त reflectance ट्रांसड्यूसर से मापा जाता है। लेजर लक्ष्यों को सिर के साथ कदम के रूप में, सिर मजबूरी की आवश्यकता नहीं है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

स्थानीय आचार समिति इस अध्ययन को मंजूरी दे दी और प्रतिभागियों से प्राप्त हुई थी सहमति दे दी है के रूप में 1 अनुभाग में नीचे विस्तृत जानकारी दी।

1. प्रतिभागी सहमति

  1. एक सूचना पत्रक है कि विस्तार क्या परीक्षण सत्र में शामिल होंगे बताते हैं के साथ प्रतिभागियों को प्रदान करें।
  2. बाद प्रतिभागियों को पढ़ने के लिए और अध्ययन में उनके भाग लेने से संबंधित किसी भी सवाल है, चिंता या अन्य मामलों पर चर्चा करने के लिए, उन लोगों के साथ सहमति फार्म के माध्यम से जाना है, सहमति फार्म पर प्रत्येक बिंदु को समझा और उन्हें किसी भी सवाल पूछने का मौका दे रही अवसर है वे हो सकता है। भागीदार फ़ॉर्म को पूरा करने से पूछो।

2. Saccadometer स्थापना

  1. रोगी के सिर पर डिवाइस, एक समायोज्य लोचदार पट्टा द्वारा सुरक्षित और नाक के पुल पर आराम कर रखें। क्योंकि उत्तेजनाओं सिर के साथ वास्तव में ले जाते हैं, कोई सिर-संयम आवश्यक है और डिवाइस wea के लिए सुविधाजनक हैआर।
  2. रोगी पूछें फ्लैट मैट स्क्रीन से 1.5 मीटर की ऊंचाई पर बैठने के लिए।
  3. सुनिश्चित करें कि परिवेश प्रकाश मंद है तो यह है कि उत्तेजनाओं (लाल बत्ती स्पॉट) स्पष्ट रूप से देखा जाता है।

3. एक saccadic सत्र रिकॉर्डिंग

नोट: एक मानक प्रोटोकॉल है कि दोनों prosaccades और antisaccades 8 का परीक्षण करती है यहाँ वर्णित है एक उदाहरण के रूप में। 60 prosaccades, 40 antisaccades एक्स 3, और ब्लॉकों के बीच 1 मिनट के ब्रेक के साथ 60 prosaccades: इस प्रोटोकॉल के पांच ब्लॉकों के होते हैं। सत्र के बारे में 40 मिनट तक रहता है।

  1. 2.0 सेकंड, जिसके बाद यह बुझ जाता है और परिधीय लक्ष्यों में से एक, प्रतीत होता है बेतरतीब ढंग से सही है या छोड़ दिया करने के लिए 9 - ताकि प्रत्येक परीक्षण के लिए केंद्रीय निर्धारण लक्ष्य 1.0 के एक यादृच्छिक सामने अवधि के लिए प्रदर्शित किया जाता है saccadometer सेट करें।
    नोट: तीन लक्ष्यों को लाल बत्ती भागीदार के सामने स्क्रीन पर पेश की स्पॉट (2.2 देखें) कम संचालित saccadometer में बनाया लेज़रों से कर रहे हैं। saccadometer automatically पर और प्रदर्शन के लिए रवाना लेज़रों स्विच / आवश्यक अनुक्रम में लक्ष्य को बुझाने।
  2. भागीदार है कि परीक्षण ब्लॉकों के बीच एक एक मिनट का ब्रेक के साथ पांच ब्लॉकों के होते निर्देश दें।
  3. पहले खंड से पहले संभव के रूप में जल्दी और सही उनकी आँखों स्थानांतरित करने के लिए लाल बिंदी बीच में से एक पक्ष या दूसरे के लिए कूद का पालन करें और इस 60 बार करने के लिए उन्हें हिदायत करने के लिए भागीदार हिदायत।
  4. saccadometer सेट 60 परीक्षणों के एक दृश्य उत्पन्न करते हैं। परीक्षण (prosaccades) के पहले खंड शुरू करने के लिए saccadometer पर बटन दबाएँ।
  5. पहले खंड के पूरा होने के बाद, दूसरे ब्लॉक से पहले एक एक मिनट के अंतर को छोड़ दें। saccadometer रीसेट 40 परीक्षणों के एक दृश्य उत्पन्न करने के लिए, और एक मिनट के अंतराल के अंत की ओर, लाल डॉट को विपरीत दिशा में जितना ज्यादा हो सके उनकी आँखों स्थानांतरित करने के लिए अगले ब्लॉक के लिए प्रतिभागी को हिदायत, और समझा है कि वे जाएगा इस 40 बार करने के लिए आवश्यक हो। सेकंड शुरूपरीक्षण (antisaccades) की दूसरी ब्लॉक।
  6. दूसरे खंड के पूरा होने के बाद, एक और 1 मिनट के अंतराल छोड़ 3.5 चरण में शिक्षा को दोहराने और परीक्षण (antisaccades) के तीसरे ब्लॉक शुरू करते हैं।
  7. तीसरे ब्लॉक के पूरा होने के बाद, एक और 1 मिनट के अंतराल छोड़ 3.5 चरण में शिक्षा को दोहराने और परीक्षण (antisaccades) के चौथे ब्लॉक शुरू करते हैं।
  8. चौथे ब्लॉक के पूरा होने के बाद, एक और 1 मिनट के अंतर को छोड़ देते हैं, और समझा है कि परीक्षणों के अंतिम खंड के लिए उनकी आंखों के रूप में जल्दी और सही रूप में संभव के रूप में स्थानांतरित करने के लिए प्रतिभागियों को पूछने लाल बिंदी बीच में से एक पक्ष या करने के लिए कूद का पालन करने के दूसरे, बिल्कुल के रूप में वे पहले खंड में किया था।
  9. saccadometer रीसेट 60 परीक्षणों के एक दृश्य उत्पन्न, और परीक्षण (prosaccades) के अंतिम खंड शुरू करने के लिए।

चित्र 2
चित्रा 2. नेत्र आंदोलन कार्य। योजनाबद्ध illustratisaccadic कार्यों के दो उदाहरण दिखाने पर। ठोस नीले मौके लक्ष्य का प्रतिनिधित्व करता है और बिंदीदार नीले वृत्त निर्धारण के क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है। बाएँ एक prosaccadic कार्य जहां इस विषय लक्ष्य की ओर देखने के लिए प्रेरित किया जाता है पता चलता है। सही एक antisaccade जहां इस विषय दृश्य उत्तेजना से दूर देखने के लिए कहा जाता है पता चलता है । यह और अधिक प्राकृतिक prosaccade प्रतिक्रिया और विपरीत दिशा में एक saccade की पीढ़ी के निषेध की आवश्यकता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

4. डीप ब्रेन उत्तेजक सेटिंग

नोट: गहरी मस्तिष्क stimulators के साथ प्रतिभागियों को उत्तेजक प्रणाली सामान्य, अर्थात् के रूप में चलाने के साथ अब तक के परीक्षण के संचालन के लिए, एक 'उत्तेजना पर' डाटासेट प्राप्त किया गया है। परीक्षण अब दोहराया जा उत्तेजक प्रणाली के साथ बंद कर दिया (जरूरतडीबीएस सिस्टम के बिना स्वस्थ नियंत्रण प्रतिभागियों के लिए इस खंड पर लागू नहीं होगा)।

  1. डीबीएस प्रणाली बंद कर दें। एक प्रशिक्षित नैदानिक ​​कर्मचारियों द्वारा यह मत करो। परीक्षण से पहले 30 मिनट के लिए अनुमति दें।
  2. saccadic परीक्षण दोहराएँ (3.2 कदम - 3.9) एक पूरा 'उत्तेजना बंद' डाटासेट प्राप्त करने के लिए।
  3. डीबीएस पीठ पर सिस्टम (फिर से इस उचित रूप से प्रशिक्षित चिकित्सीय स्टाफ द्वारा किया जाना चाहिए) स्विच।

5. डेटा विश्लेषण

नोट: गहरी मस्तिष्क stimulators के साथ प्रतिभागियों को उत्तेजक प्रणाली सामान्य, अर्थात् के रूप में चलाने के साथ अब तक के परीक्षण के संचालन के लिए, एक 'उत्तेजना पर' डाटासेट प्राप्त किया गया है। परीक्षण अब दोहराया जा के साथ उत्तेजक प्रणाली (डीबीएस सिस्टम इस खंड पर लागू नहीं होगा बिना स्वस्थ नियंत्रण प्रतिभागियों के लिए) बंद कर दिया की जरूरत है।

  1. विश्लेषण के लिए एक कंप्यूटर के लिए saccadometer से कच्चे डेटा डाउनलोड करें।
  2. saccadometer के सॉफ्टवेयर प्रोग्राम का उपयोग saccades distor बाहर करने के लिएझपकाए और सिर आंदोलनों, और saccadic सुप्तावस्था, शिखर वेग, और आयाम सहित चर की गणना करने के द्वारा टेड।
    नोट: अत्यधिक सिर आंदोलनों या झपकाए से दूषित अभिलेख स्वचालित रूप से सॉफ्टवेयर से हटा रहे हैं।
    1. विलंबता के साथ saccades हटाये कम से कम 80 मिसे या अधिक से अधिक 1,000 से मिसे।
      नोट: saccadic विलंबता स्वचालित रूप से एक saccade का पता लगाने और त्वरण वेग पर आधारित एल्गोरिथ्म का उपयोग कर गणना की जाती है। एक saccade की शुरुआत बात है जब आंख वेग 5 डिग्री / सेकंड की एक सीमा से अधिक के रूप में पहचान की है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

चित्रा 3 प्रत्यारोपित एक सबथैलेमिक न्यूक्लियस डीबीएस प्रणाली के साथ एक पार्किंसंस रोग रोगी से saccadic आँख आंदोलन प्रक्षेप पथ का एक उदाहरण दिखाता है। दो रेखांकन मरीज की prosaccades साजिश उत्तेजक प्रणाली के साथ बंद (ऊपरी ग्राफ) और (कम ग्राफ) पर बंद कर दिया। रेखांकन पर प्रत्येक ट्रेस एक भी saccade, यानी, कैसे डिग्री में आंख की स्थिति midline (y अक्ष) से दूर समय के एक समारोह के रूप में बदलता है (एक्स अक्ष) की गति से पता चलता है। दोनों बाई ओर और दाहिनी ओर saccades सकारात्मक डिग्री मूल्यों के विक्षेपण के रूप में ग्राफ पर दिखाए जाते हैं। समय शून्य पल है कि केंद्रीय लक्ष्य गायब हो जाता है और परिधीय लक्ष्य प्रतीत होता है। इस और saccade (पल जब ट्रेस शून्य डिग्री से विक्षेपित) की शुरुआत के बीच अंतराल saccadic विलंबता कहा जाता है, और मुख्य अवलोकन है कि saccades का वितरण जब उत्तेजक पर बंद है बदल जाता है, एक Redu के साथ हैलंबे विलंबता saccades की संख्या में ction और मतलब विलंबता में एक इसी कमी।

चित्र तीन
चित्रा 3. Prosaccadic प्रक्षेपवक्र परिणाम है। यह सबथैलेमिक न्यूक्लियस के दीप मस्तिष्क उत्तेजना के दौर से गुजर के बाद एक पार्किंसंस रोगी से saccadic आँख आंदोलन विलंबता परिणाम दिखाता है। जब उत्तेजक बंद के निचले हिस्से के विलंबता प्रोफ़ाइल से पता चलता ऊपरी रोगी की विलंबता प्रोफ़ाइल से पता चलता है एक ही मरीज ​​जब उत्तेजक पर बंद है। यहां यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

अच्छी गुणवत्ता saccadic डेटा प्राप्त करने में सबसे महत्वपूर्ण कारक सुनिश्चित करना है कि भाग लेने के लिए दिए गए निर्देशों का स्पष्ट और सटीक हैं। उदाहरण के लिए, यदि antisaccadic कार्य के लिए दिए गए निर्देशों का पूरी तरह से स्पष्ट नहीं हैं, भागीदार बजाय prosaccades पर अमल करने की संभावना है। रिकॉर्डिंग भी यदि प्रतिभागी को स्पष्ट रूप से उत्तेजनाओं नहीं देख सकते हैं या saccadometer सही आंख की स्थिति गेज नहीं कर सकते खराब हो सकता है। इस प्रकार यदि डेटा कम गुणवत्ता की हो दिखाई देते हैं प्रयोगकर्ता की जांच होनी चाहिए कि परिवेश प्रकाश बहुत उज्ज्वल नहीं है और कहा कि saccadometer नाक के पुल पर ठीक से बैठा है।

गहरी मस्तिष्क उत्तेजना बेसल गैन्ग्लिया में विभिन्न स्थानों पर तंत्रिका गतिविधि के प्रत्यक्ष संशोधन की अनुमति देता है। उपकरण है कि सही और निष्पक्ष आँख आंदोलनों यों कर सकते हैं के साथ युग्मित, डीबीएस इन मस्तिष्क क्षेत्रों के सामान्य और असामान्य कामकाज की जांच के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

प्रयोगोंडीबीएस के साथ संयोजन के रूप में उपयोग करते हुए saccadometry अक्सर एक से अधिक अज्ञात के साथ एक साथ संघर्ष करना होगा। अध्ययन के तहत दिमाग, लक्षित क्षेत्र में न्यूरॉन्स की सक्रियता के सहित परिकल्पना के साथ, एक चर हद तक रोगी होते हैं, और हम निश्चित व्यवस्था है जिसके द्वारा डीबीएस इसके प्रभाव को प्राप्त करने के लिए किया जाता है पता नहीं है अभिवाही के न्यूरॉन्स की नाकाबंदी, उत्तेजना depolarizing और / या अपवाही एक्सोन, और नेटवर्क गतिविधि पर और अधिक जटिल प्रभाव।

neurodegenerative शर्तों के साथ विषयों दवा पर अक्सर कर रहे हैं और इस पीडी रोगियों जो डीबीएस प्रणाली है साथ रोगियों के लिए लगभग सार्वभौमिक होगा। Saccades antiparkinsonian दवा से प्रभावित हैं, और आदेश saccadic मापदंडों पर डीबीएस के प्रभाव की एक वैध आकलन करने के लिए, दवा राज्य समान जब बंद पर डीबीएस के साथ परीक्षण और डीबीएस होना चाहिए। या तो (एक वापसी की अवधि पहले से सहित) विषय बंद परीक्षण की अवधि के लिए सभी दवा होने, या किसी और पर-डीबीएस और ओ का आयोजन इसका मतलब यह हैसमय की एक हद तक कम अवधि के भीतर एफएफ-डीबीएस परीक्षण। यह दिखाया गया है कि पूरा saccades पर डीबीएस के प्रभाव से बंद पहने कई घंटे लगते हैं लेकिन परिवर्तन के सबसे अधिक 30 मिनट 10 के भीतर जगह लेता है कि गया है। समय बेशक बहुत अधिक लंबे समय तक (जैसे, प्रोटीन संश्लेषण) करने के लिए बहुत तेजी से (बिजली के प्रभाव) से अलग-अलग समय पाठ्यक्रम के साथ कई तंत्र, पता चलता है। 30 मिनट प्रोटोकॉल इसलिए डीबीएस प्रेरित परिवर्तन का सबसे कब्जा होगा में सुझाव दिया है, और कई घंटे के विशिष्ट खुराक अंतराल की तुलना में काफी कम है। यह पर्याप्त समय धीमी तंत्र स्थिर राज्य को व्यवस्थित करने के लिए, और अब अंतराल पर retesting इन तंत्रों में अंतर्दृष्टि प्रदान करने में उपयोगी हो सकता है के लिए देना नहीं है। अब अंतराल के साथ एक समय पर परीक्षण है कि दवा के स्तर को ग्रहण नहीं कर सका और डीबीएस से लगभग इसी तरह के थे, इस प्रकार अब अंतराल जब दवा के परीक्षण के लिए रवाना की व्याख्या करने के लिए आसान हो जाने की संभावना है।

एफई पर साहित्य का सबसेआँख आंदोलनों पर डीबीएस के fects पीडी में सबथैलेमिक न्यूक्लियस के उच्च आवृत्ति उत्तेजना पर ध्यान केंद्रित किया है। Prosaccadic विलंबता पीडी में लंबे समय तक है और यह अच्छी तरह से स्थापित है कि एसटीएन डीबीएस काफी हद तक सामान्य मूल्यों की ओर इसे कम कर सकते हैं (वास्तव में कैसे बहस के लिए खुला रहता है)। लेकिन जब saccadometry जल्दी पश्चात की अवधि में, घंटे के भीतर नेतृत्व प्रविष्टि के दिनों में किया जाता है और इससे पहले कि बिजली की उत्तेजना पर बंद है, यह पाया जाता है कि सुप्तावस्था रहे हैं वास्तव में 11 की वृद्धि हुई। इलेक्ट्रोड प्रविष्टि शोफ का कारण बनता है और यह मस्तिष्क तुरंत इलेक्ट्रोड आसपास के अस्थायी कार्यात्मक पृथक करने के लिए नेतृत्व करेंगे, यह एक कुछ हफ्तों के भीतर बैठती है और saccadic मापदंडों के आधार रेखा पर लौटने (stimulators सामान्यतः एक कुछ हफ्तों तक चालू नहीं कर रहे हैं postoperatively इस बार व्यवस्थित करने के लिए अनुमति देने के लिए)। इलेक्ट्रोड प्रविष्टि और उत्तेजना के प्रभाव की oppositeness, काफी रुचि है, क्योंकि यह दिखाता है कि सिद्धांतों में से एक पहले से कैसे समझाने के लिए उन्नतडीबीएस काम कर रहा है उत्तेजित संरचना (यानी, कार्यात्मक पृथक) की नाकाबंदी करके, व्यापक कार्रवाई के अपने तंत्र की व्याख्या नहीं कर सकते हैं। अन्य अध्ययनों से समान प्रभाव 12-14 पाया है।

यह डीबीएस के संयोजन प्रयोगों का निर्माण और सामान्य शरीर विज्ञान की जांच करने के saccadometry के लिए संभव है। महान देखभाल, प्रयोगात्मक डिजाइन और परिणाम की व्याख्या के साथ लिया जाना चाहिए क्योंकि प्रयोगात्मक विषय जरूरी कुछ न्यूरोलॉजिकल हालत है। एक दृष्टिकोण डीबीएस के साथ बंद और डीबीएस के बिना स्वस्थ नियंत्रण प्रतिभागियों से परिणाम के लिए पर saccadic परीक्षण के परिणामों की तुलना करने के लिए है। उनकी stimulators साथ डीबीएस विषयों में परिणाम बंद नियंत्रण में उन जैसे लगते हैं बदल गया है, तो यह आधार है कि आंख डीबीएस के जवाब में देखा आंदोलनों में परिवर्तन उन जो अगर प्रयोग में देखा जाएगा के समान होने की संभावना है पर आगे बढ़ने के लिए उचित है रोग के बिना प्रतिभागियों में किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक समर्थक में प्रदर्शनsaccade कार्य जो स्थापित किया गया है, इसलिए है कि दृश्य उत्तेजना अधिक अन्य की तुलना में एक तरफ प्रदर्शित होने की संभावना है, स्वस्थ प्रतिभागियों और जगह में एसटीएन डीबीएस सिस्टम के साथ पीडी रोगियों के लिए समान है, लेकिन बंद कर दिया। सुप्तावस्था दिशा में saccades के लिए छोटा जहां लक्ष्य अधिक प्रदर्शित होने की संभावना है, और कम होने की संभावना दिशा में लंबा। जब सिस्टम चालू हैं, कम संभावना दिशा में विलंबता की लंबी गायब हो जाता है, और व्याख्या यह है कि एसटीएन एक संभावना सामान्यीकरण समारोह 15 प्रदर्शन कर रहा है था। इस अध्ययन में रोगियों पीडी था, लेकिन वह सीधे परिणाम के लिए प्रासंगिक नहीं था। बेशक यह एक महत्वपूर्ण धारणा है और यह संभव है कि इस बीमारी का डीबीएस के जवाब भले ही यह आधारभूत प्रदर्शन को प्रभावित नहीं किया modulates। इसके अलावा, ऑफ डीबीएस और नियंत्रण डेटा की समानता मापदंडों पर विकृति के प्रभाव की कमी के बजाय प्रतिपूरक तंत्र का परिणाम मापा जा रहा है हो सकता है। परिणाम int होना चाहिएइसे ध्यान में रखते erpreted।

एक बार जब प्रोटोकॉल में वर्णित बुनियादी तकनीकों में महारत हासिल की है दृष्टिकोण और अधिक जटिल मानदंड के लिए बढ़ाया जा सकता है। कई अलग अलग saccadic कार्यों को विकसित किया गया है जो की संभावना के आधार पर कार्य पिछले पैराग्राफ में वर्णित सिर्फ एक है। आगे उदाहरण स्मृति निर्देशित saccades 16 या इनाम आधारित saccadic लिम्बिक समारोह 17 आह्वान करने के लिए डिज़ाइन किया गया कार्य (एक प्रेरणा है कि अब वहाँ की याद स्थान की ओर देख) शामिल हैं।

यहाँ हम सरलतम saccadic कार्यों में से एक, एक 10 डिग्री नेत्रहीन निर्देशित क्षैतिज कदम काम का वर्णन किया है। कार्य से कई संशोधनों के इस तरह के निर्धारण बिंदु लापता होने और परिधीय लक्ष्य उपस्थिति 18-20 या एक ओवरलैप 21 जहां निर्धारण बिंदु और पार्श्व लक्ष्य एक साथ मौजूद हैं जो लौकिक खाई डालने के रूप में संभव हो रहे हैं। इस तरह के मानदंड आदेश रों को समझने के लिए इस्तेमाल किया गया हैaccadic दीक्षा और तंत्रिका संबद्ध ललाट आंख क्षेत्रों 20,22 और बेहतर colliculus 23 में मनाया गया है। अलग saccadic मानदंड के विभिन्न उपयोगों की एक विस्तृत चर्चा इस लेख के दायरे से परे है; एक समीक्षा के लिए 1 देखें।

Saccadometry डीबीएस में इसके उपयोग के बाहर व्यापक आवेदन किया है। Saccadic रास्ते बेसल गैन्ग्लिया के कई भागों शामिल है और saccadic परिवर्तन किसी भी शर्त है कि नुकसान या इन संरचनाओं के समारोह perturbs के लिए एक संभावित बायोमार्कर हैं। Saccadometry उदाहरण के लिए पीडी, हंटिंग्टन रोग, पागलपन frontotemporal सहित neurodegenerative की स्थिति, amyotrophic पार्श्व काठिन्य में और साथ ही सिर में चोट में और यकृत encephalopathy सहित चयापचय विकारों में उपयोग के लिए जांच की गई है।

अंत में, saccadometry अपने आप में एक उपयोगी मात्रात्मक उपकरण है, लेकिन गहरी मस्तिष्क उत्तेजना के साथ संयोजन experimen की एक श्रृंखला को खोलता हैताल दृष्टिकोण है कि दोनों स्वास्थ्य और रोग में मस्तिष्क समारोह पर नया प्रकाश डाला सकता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Saccadometer device Ober Consulting Poland
Computer with Windows environment
Software, Latency Meter for downloading the raw data from the saccadometer

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Leigh, R. J., Kennard, C. Using saccades as a research tool in the clinical neurosciences. Brain. 127, 460-477 (2004).
  2. Carpenter, R. H. The neural control of looking. Curr Biol. 10, 291-293 (2000).
  3. Leigh, R. J., Zee, D. S. The Neurology of Eye Movements. , Oxford University Press. New York. (2006).
  4. Antoniades, C. A., Xu, Z., Mason, S. L., Carpenter, R. H., Barker, R. A. Huntington's disease: changes in saccades and hand-tapping over 3 years. Journal of Neurology. 257, 1890-1898 (2010).
  5. Blekher, T. M., Yee, R. D., Kirkwood, S. C., Hake, A. M., Stout, J. C., Weaver, M. R., Foroud, T. M. Oculomotor control in asymptomatic and recently diagnosed individuals with the genetic marker for Huntington's disease. Vision Research. 44, 2729-2736 (2004).
  6. Chan, F., Armstrong, I. T., Pari, G., Riopelle, R. J., Munoz, D. P. Deficits in saccadic eye-movement control in Parkinson's disease. Neuropsychologia. 43, 784-796 (2005).
  7. Antoniades, C. A., Demeyere, N., Kennard, C., Humphreys, G. W., Hu, M. T. Antisaccades and executive dysfunction in early drug-naive Parkinson's disease: The discovery study. Mov Disord. , (2015).
  8. Antoniades, C., et al. An internationally standardised antisaccade protocol. Vision Res. 84, 1-5 (2013).
  9. Ober, J. K., et al. Hand-Held system for ambulatory measurement of saccadic durations of neurological patients. . Modelling and Measurement in Medicine. , (2003).
  10. Temperli, P., et al. How do parkinsonian signs return after discontinuation of subthalamic DBS. Neurology. 60, 78-81 (2003).
  11. Antoniades, C. A., et al. Deep brain stimulation: eye movements reveal anomalous effects of electrode placement and stimulation. PLoS ONE. 7, e32830 (2012).
  12. Yugeta, A., et al. Effects of STN stimulation on the initiation and inhibition of saccade in Parkinson disease. Neurology. 74, 743-748 (2010).
  13. Terao, Y., Fukuda, H., Ugawa, Y., Hikosaka, O. New perspectives on the pathophysiology of Parkinson's disease as assessed by saccade performance: a clinical review. Clin Neurophysiol. 124, 1491-1506 (2013).
  14. Temel, Y., Visser-Vandewalle, V., Carpenter, R. H. Saccadic latency during electrical stimulation of the human subthalamic nucleus. Curr Biol. 18, 412-414 (2008).
  15. Antoniades, C. A., et al. Deep brain stimulation abolishes slowing of reactions to unlikely stimuli. J Neurosci. 34, 10844-10852 (2014).
  16. Rivaud-Pechoux, S., et al. Improvement of memory guided saccades in parkinsonian patients by high frequency subthalamic nucleus stimulation. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 68, 381-384 (2000).
  17. Takikawa, Y., Kawagoe, R., Itoh, H., Nakahara, H., Hikosaka, O. Modulation of saccadic eye movements by predicted reward outcome. Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. 142, 284-291 (2002).
  18. Dorris, M. C., Munoz, D. P. A neural correlate for the gap effect on saccadic reaction times in monkey. Journal of Neurophysiology. 73, 2558-2562 (1995).
  19. Hanes, D. P., Schall, J. D. Countermanding saccades in macaque. Visual Neuroscience. 12, 929-937 (1995).
  20. Opris, I., Barborica, A., Ferrera, V. P. On the gap effect for saccades evoked by electrical microstimulation of frontal eye fields in monkeys. Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. 138, 1-7 (2001).
  21. Takagi, M., Frohman, E. M., Zee, D. S. Gap-overlap effects on latencies of saccades, vergence and combined vergence-saccades in humans. Vision Res. 35, 3373-3388 (1995).
  22. Schall, J. D. Neuronal activity related to visually guided saccades in the frontal eye fields of rhesus monkeys: comparison with supplementary eye fields. Journal of Neurophysiology. 66, 559-579 (1991).
  23. Pare, M., Hanes, D. P. Controlled movement processing: superior colliculus activity associated with countermanded saccades. J Neurosci. 23, 6480-6489 (2003).

Tags

चिकित्सा अंक 113 गहरी मस्तिष्क उत्तेजना saccadometry मात्रात्मक मापन सबथैलेमिक न्यूक्लियस पार्किंसंस रोग neurophysiology तंत्रिका विज्ञान
डीप ब्रेन उत्तेजना के साथ Saccadometry का उपयोग करते हुए अध्ययन करने के लिए सामान्य और रोग ब्रेन फंक्शन
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Antoniades, C. A., FitzGerald, J. J. More

Antoniades, C. A., FitzGerald, J. J. Using Saccadometry with Deep Brain Stimulation to Study Normal and Pathological Brain Function. J. Vis. Exp. (113), e53640, doi:10.3791/53640 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter