Messung und Analyse der zeitlichen Diskriminierung Schwelle angewendet, zervikale Dystonie

Messung und Analyse der temporalen Unterscheidungsschwelle bei zervikaler Dystonie. Die Erkennung von Umweltveränderungen ist der Schlüssel zum Überleben. Unsere Fähigkeit, solche Veränderungen wahrzunehmen und schnell zu reagieren, hängt von einem Netzwerk im Mittelhirn ab.

Dieses wichtige Netzwerk gibt motorische Befehle, reagiert auf Umweltveränderungen und lenkt unsere Aufmerksamkeit auf reflexartige Weise. Der Begriff der zeitlichen Diskriminierung beschreibt die Fähigkeit einer Person, schnelle Veränderungen in ihrer Umgebung zu unterscheiden oder wahrzunehmen. Das Ziel dieses Artikels ist es, zwei Methoden zur Messung und Analyse der temporalen Diskriminierung vorzustellen und die Anwendung dieser Technik auf die Untersuchung der zervikalen Dystonie zu demonstrieren.

Die zeitliche Diskriminationsschwelle ist das kürzeste Zeitintervall, in dem ein Beobachter zwischen zwei asynchronen Reizen unterscheiden kann und diese als getrennt auftretend wahrnimmt. Es hat sich gezeigt, dass die temporale Diskriminierung bei Erkrankungen, die die Basalganglien betreffen, einschließlich Dystonie, abnormal oder anhaltend ist. Die Dystonie ist nach der Parkinson-Krankheit und dem essentiellen Tremor die dritthäufigste Bewegungsstörung.

Sie ist gekennzeichnet durch anhaltende oder intermittierende Muskelkontraktionen, die abnormale, sich oft wiederholende Bewegungen oder Körperhaltungen verursachen. Die Pathogenese der zervikalen Dystonie ist noch unbekannt. Dystonie kann jeden Teil des Körpers betreffen.

Wenn es einen Körperteil betrifft, wird es als fokale Dystonie bezeichnet. Dystonie, die die Nackenmuskulatur betrifft, wird als zervikale Dystonie bezeichnet und ist die häufigste Form der fokalen Dystonie im Erwachsenenalter. Die zeitliche Unterscheidungsschwelle wird bei Personen mit zervikaler Dystonie, ihren nicht betroffenen Verwandten und gesunden Kontrollpersonen gemessen.

Es wird angenommen, dass diese Technik Aufschluss über die Aktivität der visuellen sensorischen Neuronen in den oberflächlichen Schichten des Colliculus superior geben kann und dass diese Einsicht möglicherweise Hinweise auf die zugrundeliegenden Pathomechanismen der zervikalen Dystonie geben kann. Die visuellen Reize, zwei gelbe LEDs, sind in speziell angefertigten Hardwarelösungen untergebracht, die es ermöglichen, die Stimuli in den gewünschten Millisekunden-Interstimulusintervallen darzustellen. Es wurden zwei Hardware-Optionen entwickelt.

Die erste ist die traditionelle laborbasierte Tischmethode, bei der die LEDs links und rechts sieben Grad vom Mittelpunkt des Probanden entfernt positioniert werden. Dieses Experiment wird in einem abgedunkelten Raum durchgeführt. Die zweite Hardwarelösung ist ein tragbares Headset, das das Testen an jedem Ort ermöglicht.

Diese Hardwarelösung sorgt für Konsistenz in Bezug auf Abstand und Winkel zwischen Stimuli und Teilnehmer. Nach der Präsentation jedes Stimuluspaares reagiert der Teilnehmer gleich oder unterschiedlich, je nachdem, ob er die Reize als synchron oder asynchron wahrnimmt. Der Standardansatz für die Präsentation von Reizen ist ein Treppenansatz.

Bei dieser Methode wird das Individuum mit progressiv asynchronen Reizen konfrontiert. Alle fünf Sekunden werden Stimuli präsentiert, wobei das Interstimulus-Intervall jedes Mal um fünf Millisekunden zunimmt. Der Versuch endet, wenn ein Teilnehmer bei drei aufeinanderfolgenden Reizpaaren unterschiedlich reagiert.

Das Experiment wird links und rechts viermal wiederholt, so dass es insgesamt acht Durchläufe gibt. Die zeitliche Diskriminierungsschwelle wird berechnet, indem der Median der Schwellenwerte aus jedem der acht Durchläufe für diese Person genommen wird. Aufgrund eines potentiellen Lerneffekts in der Treppenhausmethode haben wir eine Methode der randomisierten Darstellungsreihenfolge entwickelt.

Die Stimulipaare werden immer noch alle fünf Sekunden präsentiert, aber das Interstimulus-Intervall variiert zufällig von null bis 100 Millisekunden. Die Standardmethode zur Analyse von Daten zur temporalen Diskriminierung führt zu einem einzigen Wert, der in Millisekunden ausgedrückt wird. Wir verwenden diesen Wert, um den zed-Score für jede Person zu berechnen.

Der zed-Score ist definiert als die Differenz zwischen dem TDT-Wert (Temporal Discrimination Threshold) des Teilnehmers und dem mittleren TDT-Wert einer altersangepassten Kontrollpopulation, dividiert durch die Standardabweichung der TDT-Werte für diese Kontrollpopulation. TDT-Werte, die zu zed-Werten über 2,5 führen, gelten als abnormal. Obwohl dieser Ansatz weit verbreitet ist und sich der TDT als starker und selektiver Endophänotyp erwiesen hat, handelt es sich dennoch um einen Einzelwert.

Um die Daten eines Teilnehmers vollständig zu charakterisieren, haben wir unsere Analyse erweitert, um seine Daten an eine kumulative Gaußsche Verteilung anzupassen. Der Mittelwert dieser Verteilung stellt den Punkt dar, an dem die Teilnehmer mit gleicher Wahrscheinlichkeit gleich oder unterschiedlich antworten. Dieser Punkt wird als Punkt der subjektiven Gleichheit bezeichnet.

Die Standardabweichung der Gaußschen Verteilung, auch als Just Remarkable Difference bezeichnet, gibt an, wie empfindlich die Teilnehmer auf Änderungen der zeitlichen Asynchronität um ihren Mittelwert reagieren. Die Methode wird verstärkt, indem die Daten einer nicht-parametrischen Bootstrap-Analyse unterzogen werden, um Konfidenzintervalle von 95 % für jeden Teilnehmer zu erhalten. Beide Metriken korrelieren mit der temporalen Diskriminierungsschwelle, sind aber unabhängig voneinander.

Diese Analysemethode hat das Potenzial, subtile Unterschiede zwischen dem Patienten und der Kontrollgruppe aufzudecken, die mit der Standardmethode möglicherweise nicht erkennbar sind. Ursächliche Gene wurden in weniger als 1 % der Fälle von fokaler Dystonie im Erwachsenenalter identifiziert. Der Endophänotyp ist ein subklinischer Marker für die genetische Vererbung, der uns helfen kann, die Pathomechanismen von Krankheiten zu verstehen.

Die temporale Diskriminationsschwelle, ein potenzieller Endophänotyp für fokale Dystonie im Erwachsenenalter, ist bei bis zu 97 % der Patienten und etwa 50 % ihrer klinisch nicht betroffenen Verwandten abnormal. Darüber hinaus folgt eine abnormale TDT einem alters- und geschlechtsbezogenen Muster, das dem der zervikalen Dystonie ähnelt. Diese Befunde deuten auf eine autosomal-dominante Vererbung hin und unterstützen die Verwendung des TDT als Endophänotyp bei fokaler Dystonie im Erwachsenenalter und insbesondere bei zervikaler Dystonie.

Eine abnormale TDT kann als eine beeinträchtigte Fähigkeit interpretiert werden, Umweltveränderungen zu erkennen oder zu unterscheiden. Der Colliculus superior, der sich im hinteren Teil des Mittelhirns befindet, spielt eine entscheidende Rolle bei der Erkennung und Reaktion auf hervorstechende Reize. Schauen wir uns diese Struktur genauer an.

Der Colliculus superior ist eine paarige, laminierte Struktur, die sich im dorsalen Mittelhirn befindet. Es ist das primäre Hirnstammzentrum für die Umwandlung von räumlichen Informationen des Zielortes und für die Ausrichtung von Kopf- und Augenbewegungen. Der Colliculus superior besteht aus mehreren Schichten mit unterschiedlicher Organisation.

Es kann jedoch funktionell in eine oberflächliche und eine tiefe Schicht getrennt werden. Die oberflächliche Schicht erhält direkten Input vom visuellen System und enthält eine topographische Karte der umgebenden Welt in retinotopischen Koordinaten. Die visio-sensorischen Neuronen reagieren auf hervorstechende Umweltreize, die wiederum die Position von Objekten in einer retinotopischen Karte kodieren.

Die prämotorischen Neuronen in der tiefen Schicht projizieren auf andere Gehirnregionen, die, wenn sie erregt werden, mit hohen Frequenzen feuern und schnelle Augenbewegungen erzeugen, die als Sakkaden in Richtung des Ziels bekannt sind. Die tiefe Schicht enthält auch Motoneuronen, die über die tektospinale Bahn in das obere Halsmark projizieren. Wenn diese Neuronen aktiviert sind, dreht sich der Kopf in Richtung des Ziels.

Die überlegene kollikuläre Aktivität wird durch Gamma-Aminobuttersäure oder GABA, einen inhibitorischen Neurotransmitter, moduliert. Die inhibitorische GABAerge Aktivität begrenzt die Dauer der transienten Reaktion sowohl in den visuellen sensorischen Neuronen in der oberflächlichen Schicht als auch in den prämotorischen Neuronen in der tiefen Schicht des Colliculus superior. Als Reaktion auf einen visuellen Reiz zeigen die meisten Neuronen in der oberflächlichen Schicht eine transiente Ein-Reaktion.

Die GABAerge Hemmung bringt diese Reaktion dann zum Schweigen, so dass die Neuronen bereit sind, wieder zu reagieren, wenn der visuelle Reiz ausgeschaltet wird. Wenn nicht genügend GABA vorhanden ist, können diese Neuronen dysfunktional aktiv werden. Es wird angenommen, dass eine unzureichende GABAerge Hemmung zu einer verlängerten Dauer des Feuerns von visio-sensorischen Neuronen führt, was zu einer abnormalen zeitlichen Diskriminierung führt.

Darüber hinaus wird angenommen, dass die für zervikale Dystonie charakteristischen abnormalen Bewegungen auch zu einer unzureichenden GABAergen Hemmung führen, die zu einem verlängerten Feuern der Motoneuronen in den tiefen Schichten des Colliculus superior führt. Wir haben gezeigt, dass die zeitliche Unterscheidung auf einfache und effiziente Weise gemessen werden kann und dass dieses einfache Werkzeug ein zuverlässiger Endophänotyp für zervikale Dystonie ist. Darüber hinaus kann es möglicherweise Einblicke in die Pathomechanismen dieser Störung geben.