Method Article

Medición y análisis del umbral de discriminación Temporal aplicado a Distonía Cervical

DOI:

10.3791/56310

⸱

January 27th, 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Engineering, Trinity College Dublin, The University of Dublin, 2Department of Neurology, St. Vincent's University Hospital, 3School of Medicine and Medical Sciences, University College Dublin, 4School of Mathematical Sciences, Dublin Institute of Technology, 5School of Medicine Trinity College Dublin, The University of Dublin

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Se presentan métodos para la medición y el análisis del umbral de discriminación temporal y su aplicación al estudio de la patogenia de la distonía cervical se discuten.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

El umbral de discriminación temporal (TDT) es el más corto intervalo de tiempo en el cual un observador puede discriminar dos secuenciales estímulos como asincrónicos (típicamente 30-50 ms). Se ha demostrado para ser anormales (prolongadas) en desórdenes neurológicos, incluyendo distonía cervical, un fenotipo de distonía focal aislada idiopática de inicio adulto. La TDT es una medida cuantitativa de la capacidad de percibir los cambios rápidos en el ambiente y se considera indicativo del comportamiento de las neuronas visuales en el colículo superior, un nodo clave en la orientación atencional encubierta. Este artículo establece métodos para la medición de la TDT (incluyendo dos opciones de hardware y dos modos de presentación de estímulos). También exploramos dos enfoques de análisis de datos y cálculo de la TDT. También se discute la aplicación de la evaluación de la discriminación temporal a la comprensión de la patogenesia de la distonía cervical y la distonía focal aislada idiopática de inicio adulto.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Discriminación temporal describe la capacidad de una persona a discriminar o percibir, rápidos cambios en su entorno. El umbral de discriminación temporal (TDT) es el más corto intervalo de tiempo en el cual un individuo puede percibir que dos estímulos sensoriales secuenciales son asíncronos. Discriminación temporal se ha demostrado para ser anormalmente prolongada en trastornos que afectan los ganglios basales, incluyendo distonía1,2,3,4,5,6 , 7.

La distonía es el trastorno neurológico del movimiento tercera más frecuente - después de'de Parkinson enfermedad de s y temblor esencial. Se caracteriza por contracciones musculares sostenida o intermitente causando movimientos anormales, a menudo repetitivos, o posturas8. La distonía puede afectar a cualquier parte del cuerpo. Cuando afecta a una parte del cuerpo se conoce como distonía focal8. Distonía que afecta a los músculos del cuello se conoce como distonía cervical y es el fenotipo más común de distonía focal aislada idiopática de inicio adulto. 9 , 10 la patogenesia de la distonía cervical sigue siendo desconocida; se considera un trastorno genético con herencia autosómica dominante y penetrancia reducida notablemente. Factores ambientales también se consideran importantes en relación con expresión y penetrancia de la enfermedad.

El colículo superior, una estructura sensoriomotora situada en el mesencéfalo dorsal, es importante para la detección rápida de los estímulos ambientales en el proceso de encubierta atencional orientación2,11,12. Estímulos visuales acceder a colliculus superior rápidamente a través de la vía retino-tectal magnocelulares. La TDT es una medida simple y objetiva creída que representan el procesamiento visual (y otros estímulos sensoriales) en las capas superficiales del colículo superior. La TDT ha sido estudiado en personas con distonía cervical, sus parientes inafectados y participantes sanos del control. En comparación con los participantes de control pareados por edad y sexo, un TDT anormal tiene alta sensibilidad (97%, 36 de los 37 pacientes) y especificidad (98-100%) en la distonía cervical1. Un TDT anormal se ha encontrado en el 50% de parientes inafectados de mujer primer grados de pacientes con distonía cervical (14 de 25, de 48 años o más), demostrando la penetrancia relacionada con la edad y sexo con herencia autosómica dominante13, 14. un TDT anormal en parientes inafectados de los pacientes de distonía cervical (comparados a los familiares con TDTs normales) se asocia con aumento de volumen del putaminal (por morfometría basada en voxel)15 y disminución de la actividad del putaminal (por fMRI)4 . El colículo superior se considera un importante nodo de la red neuronal, que es disfuncional en distonía cervical12. La evaluación de la discriminación temporal se considera proporcionar pistas importantes en cuanto a la pathomechanisms subyacentes la distonía cervical.

El objetivo de este artículo es presentar dos métodos para medir y analizar la discriminación temporal, así como demostrar la aplicación de este método al estudio de la patofisiología de la distonía cervical.

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

El Comité de ética de investigación médica en el Hospital de la Universidad de St. Vincent, Dublín dio su aprobación para el reclutamiento de pacientes con distonía cervical, sus hermanos (no afectados por distonía) y controles sanos, a participar en el protocolo descrito a continuación.

1. hardware & Software Solutions

Nota: Se han desarrollado dos opciones de hardware para mostrar estímulos visuales con precisión intervalos inter-estímulos. Ambos fueron diseñados y construcción en el local en el centro de Trinidad para bioingeniería, Trinity College de Dublín y han sido previamente descritos5,16. Aquellos que deseen replicar las soluciones de hardware exacto utilizadas en el presente mismo podrá ponerse en contacto con el centro de la Trinidad de Bioingeniería directamente. Por otra parte, un conjunto completo de instrucciones incluyendo archivos de impresión 3D para los auriculares, instrucciones para el microcontrolador Arduino acompañamiento, etcetera. puede descargarse de http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Los estímulos presentados en el enfoque de la mesa se pueden generar usando programas especiales en presentación (p. ej., sistemas neuroconductuales), instalado en un ordenador de sobremesa y programado para controlar los diodos emisores de luz (LED) vía el puerto paralelo de el equipo. Por otra parte, como se describe a continuación, la mesa LED puede ser controlada mediante un microcontrolador Arduino. El código de presentación y archivos Arduino también están disponibles para descargar desde el enlace anterior.

  1. Hardware TDT: método de la mesa
    1. Marque una 'X', como punto de fijación, sobre un tapete negro u hoja colocada sobre la mesa delante del participante.
    2. Pregunte a los participantes a posicionarse para que se sienta directamente delante del punto de fijación.
    3. Colocar los pares amarillo diodo electroluminoso (LED) (5 mm de diámetro, 90 cd/m2 luminancia), encerrados en una caja, sobre la mesa delante del participante.
    4. Oriente la caja de tal manera que los LEDs estén alineados verticalmente y coloca 7 ° desde el punto de centro del sujeto en el lado izquierdo y derecho, según sea necesario.
    5. Realizar este experimento en una habitación oscura. Una pequeña cantidad de luminancia de fondo puede ser necesaria para permitir al operador ver lo suficiente como para ejecutar el experimento.
    6. Instruir al participante a centrarse en el punto de fijación en todo momento y no mire directamente a la intermitente LED.
    7. Conectar el microcontrolador a la caja de LED y siga la pantalla instrucciones mostradas en la pantalla de cristal líquido de la caja del microcontrolador, por ejemplo, seleccione el método de presentación: 'al azar' o 'escalera' y seleccione el modo: 'primero superior izquierda', etcetera .
    8. Pregunte al participante a responder "misma" o "diferente" la siguiente presentación de cada par de estímulo, dependiendo de si perciben los estímulos a ser sincrónica o asincrónica.
    9. Informar al participante cuando cada ensayo está a punto de comenzar, por vocalizar la pantalla cuenta descendiente de s de 5-0.

figure-protocol-1
Figura 1: (a) diagrama esquemático del diseño del auricular. Un par de LEDs amarillos (5 mm de diámetro) y la fijación rojo LED (3 mm de diámetro), se colocan en el lado izquierdo y derecho del participante a través de un aparato montado en la cabeza y hace visibles a través de la reflexión en los espejos frente al usuario. (b) modelo 3D esquema de los auriculares. El auricular se desarrolló a partir de plástico de nylon sinterizado láser, pesa 0,70 kg, tiene un índice de baja transparencia y es negro en color para reducir al mínimo la penetración de luz. (a y b) se reproducen, con leves modificaciones, de Butler et al. 16 con el permiso de IOP Publishing. (c) la caja de estímulo de LED para la presentación de la mesa.

  1. Hardware TDT: TDT portátil auriculares
    1. Realizar el experimento en cualquier lugar adecuado.
    2. Conectar el microcontrolador a la auricular y siga la pantalla instrucciones mostradas en la pantalla de cristal líquido de la caja del microcontrolador, por ejemplo, seleccione el método de presentación: 'al azar' o 'escalera' y el modo: 'primero superior izquierda', etcetera.
    3. Dirija los participantes a posicionarse con sus codos sobre una mesa frente a ellos. Luego, sosteniendo el dispositivo en sus manos, dirigirlos para presionar suavemente su cara en el sellador de goma alrededor del ocular, de tal modo sellado luz ambiente.
    4. Instruir al participante para centrarse en la fijación rojo LED en todo momento y no mirar directamente el parpadeo LEDs.
    5. Pregunte al participante a responder "misma" o "diferente" la siguiente presentación de cada par de estímulo, dependiendo de si perciben los estímulos a ser sincrónica o asincrónica.
    6. Informar al participante cuando cada ensayo está a punto de comenzar, por vocalizar la pantalla cuenta descendiente de s de 5-0.

2. estímulo presentación

Nota: Se han empleado dos métodos para la presentación del estímulo.

  1. Método de la escalera
    1. Seleccione Presentación de la 'escalera'; estímulos se presentan cada 5 s con el intervalo inter-estímulo a partir de 0 y llegar a ser progresivamente más asincrónico (aumento de 5 ms) cada vez.
    2. Seleccione cualquiera de las modalidades de presentación de cuatro: (ii) LED (i) izquierda superior izquierda inferior LED superior (iii) derecho de primera primero, o (iv) derecho LED inferior primero.
    3. Repita el paso 2.1.2 para que cada modalidad se ejecuta dos veces, resultando en un total de ocho carreras.
    4. Dar por terminado el juicio cuando un participante responde "diferente" de tres pares consecutivos de estímulos.
  2. Método de presentación al azar
    1. Seleccione Presentación 'Al azar'; pares de estímulos se presentan cada 5 s. El intervalo inter-estímulo varía, de una manera al azar, de 0-100 ms.
    2. Seleccione cualquiera de las modalidades de presentación de cuatro: (ii) LED (i) izquierda superior izquierda inferior LED superior (iii) derecho de primera primero, o (iv) derecho LED inferior primero.
    3. Repita el paso 2.2.2 para que cada modalidad se ejecuta dos veces, resultando en un total de ocho carreras.
      Nota: Cada serie tiene la misma longitud y se completará automáticamente.

3. Análisis de los datos

  1. Valor único de la TDT
    1. Usando los datos por el método de la escalera, destacar la primera de las tres respuestas "diferentes" finales para cada una de las ocho carreras. Estos son los valores de umbral para cada serie.
    2. Calcular el umbral de discriminación temporal (TDT) para cada participante, tomando la media de los umbrales de cada uno de sus ocho carreras; dando como resultado un valor único de la TDT (en milisegundos) por persona.
    3. Calcular el Zscore para cada participante. Definir el Zscore como la diferencia entre TDT el participante y la TDT media de una población de edad comparable del control (figure-protocol-2, dividido por la desviación estándar de los valores de la TDT para que la población control figure-protocol-3 .
      figure-protocol-4
    4. Determinar si el individuo tiene un TDT normal o anormal. Se considerará que un Zscore ≥ 2.5 para reflejar un TDT anormal.
  2. Análisis de distribución
    1. Usando los datos por el método de la escalera, codificar los datos de respuesta tal que '0' corresponde a "mismo" y "1" corresponde al "diferente", tabla 1.
    2. Descargar un MATLAB.exe libre para realizar el análisis de la distribución que se describe a continuación de http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Ver Butler et al. 16 para una descripción completa de este método. Por otra parte, proceda como se describe a continuación.
    3. Cojín los datos para todas las ejecuciones de la misma longitud que el funcionamiento más largo. Esto se hace asumiendo que todas las respuestas posteriores, siguiendo la terminación de una carrera, son "diferentes", tabla 1.
    4. Respuestas promedio a través de ensayos para cada participante, tabla 1. Esto se puede trazar como una función de asincronía de estímulo.
    5. Ajustar estos datos con una función Gaussiana acumulada promedio o representativos. La media de esta distribución representa el punto en el cual los participantes son igualmente probables responder "mismo" o "diferente". Este punto se conoce como el 'punto de igualdad subjetiva' (PSE). La desviación estándar de la distribución de Gauss, también conocida como la 'diferencia apenas notable' (JND), indica a los participantes cómo sensibles son a los cambios en asincronía temporal alrededor de su media.
    6. Extender el análisis presentando los datos a un procedimiento de bootstrapping no paramétrica para estimar los intervalos de confianza de 95% para la TDT y el PSE y de la función Gaussiana psicométrica y acumulativa. Para ello, generar nuevos conjuntos de datos representativos por muestreo al azar con reemplazo de las respuestas originales, tabla 1, para cada paso de tiempo. Calcular el TDT y montar una nueva función psicométrica para cada conjunto de datos representativo16.
    7. Calcular la bondad de ajuste, o desviación (D), para cada participante con la log-verosimilitud,16,17
      figure-protocol-5
      donde K es el número de puntos del tiempo, n es que el número de repeticiones en ese momento, generalmente ocho repeticiones (cuatro derecha y cuatro a la izquierda), y es la proporción observada de las respuestas asincrónicas, p es la proporción de respuestas asincrónicas predicho por la curva cabida. Un valor de desviación de 0 significa un ajuste perfecto.
    8. Trazar los resultados.
      Nota: Datos desde el enfoque de presentación al azar pueden ser analizados para determinar la TDT simple o distribuido como se describe en la sección 3 arriba para datos derivados del método de presentación de la escalera. Sin embargo, debido a la orden de presentación al azar de intervalos entre estímulos, se deben pedir primero estos datos (de menor a mayor intervalo inter-estímulo), antes de comenzar el análisis describen anteriormente, la tabla 2. Además, no es necesario rellenar los datos según presentación aleatoria, de forma predeterminada, todas las ejecuciones son de igual longitud.

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Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Lleno de ejemplos de hojas de resultados se proporcionan en las tablas 1 y 2, donde estos representan respectivamente los resultados después de la escalera y métodos de presentación de estímulo al azar. Los umbrales para cada (el tiempo de la primera de tres pares de estímulos considerados diferentes 'de '), se destacan. En el caso de la tabla 1, la TDT se calcula como 25 ms (es decir, la mediana de 40, 25, 25, 2...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Análisis y medición de la TDT

Dos formas de aparato (mesa y auricular), dos métodos de presentación del estímulo (escalera y al azar) y dos enfoques de análisis de datos (tradicional y distribución) se presentan para ilustrar cómo medir y cuantificar una persona de temporal capacidad de discriminación. Los auriculares portátiles ofrece una opción de hardware conveniente que asegura la consistencia en la distancia y los ángulos entre el participante y las fuentes de luz LED per...

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rebecca B Beck, Eavan M Mc Govern, John Butler, Dorina Birsanu, Brendan Quinlivan, Ines Beiser, Shruti Narasimham no tienen fuentes de financiamiento, divulgación financiera o conflicto de intereses para declarar. Michael Hutchinson recibe becas de investigación de la distonía Irlanda, la Junta de investigación en salud de Irlanda (CSA-2012-5), Fundación para la investigación de la distonía (Bélgica) y el Instituto irlandés de Neurociencias Clínicas. Sean O'Riordan informes reciben un altavoz'honorarios de s de Abbvie. Richard Reilly recibe fondos de la Fundación científica de Irlanda, Enterprise Ireland y la Junta de investigación de salud de Irlanda.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Esta investigación fue apoyada por subvenciones de la Junta de investigación de salud, distonía Irlanda, Reino Unido de la Fundación de la ciencia y el Instituto irlandés de Neurociencia clínica.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
El juego de cabeza TDTpuede ser suministrado por el Centro Trinity de Bioingeniería, Trinity College Dublin. Alternativamente, las instrucciones completas están disponibles para su descarga gratuita desde http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/1Un dispositivo portátil hecho a medida para la presentación de estímulos visuales.
Caja LED de sobremesa TDTPuede ser suministrada por el Centro Trinity de Bioingeniería, Trinity College Dublín. Alternativamente, las instrucciones completas están disponibles para su descarga gratuita desde http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/2Un dispositivo de mesa hecho a medida para la presentación de estímulos visuales.
El microcontroladorpuede ser suministrado por el Centro Trinity de Bioingeniería, Trinity College de Dublín. Alternativamente, las instrucciones completas están disponibles para su descarga gratuita desde http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/3Un microcontrolador personalizado para la entrega de estímulos visuales en escalera o en orden aleatorio, con intervalos precisos entre estímulos.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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