Tridimensional vestibular Ocular Pruebas Reflex Con un Seis Grados de Plataforma Movimiento Libertad
May 23rd, 2013
Se describe un método para medir los reflejos oculares vestibulo tridimensionales (3D VOR) en humanos utilizando un período de seis grados de libertad (6DF) simulador de movimiento. La ganancia y la desalineación de la VOR angular 3D proporcionan una medida directa de la calidad de la función vestibular. Se proporcionan datos representativos sobre los sujetos sanos
El objetivo general de este procedimiento es determinar la función vestibular tridimensional en pacientes con trastornos vestibulares. Esto se logra sentando primero al sujeto en una plataforma de movimiento y abrochándose el cinturón de seguridad. Inserte bobinas de búsqueda escleral en los ojos del sujeto.
Para medir el reflejo ocular vestibular en tres dimensiones, utilice una almohada de vacío y una tabla de mordida para sujetar al sujeto. A continuación, se activa la plataforma. Emite estímulos sinusoidales y escalonados en un orden aleatorio para probar un sistema vestibular en las tres dimensiones.
El paso final es el análisis fuera de línea de los datos de la bobina ocular para extraer la magnitud y la alineación del reflejo ocular vestibular. En última instancia, la ganancia y alineación del reflejo ocular vestibular se utiliza para distinguir la función vestibular normal de la anormal. Esta técnica nos permite probar el sistema vestibular en las tres dimensiones.
Esta es una ventaja principal con respecto a los métodos existentes, como las sillas giratorias de acceso único que se utilizan en las clínicas de otorrinolaringología. Este método proporciona información sobre la función vestibular en 3D en sujetos sanos. Además, el método se utiliza para estudiar enfermedades vestibulares como los tumores de Sonoma, la neuritis vestibular y muchas enfermedades de error.
La demostración del procedimiento estará a cargo de Kasper Boer, ambos estudiantes de doctorado, y Johan Pell, miembro del personal de mi grupo de investigación. Para comenzar este procedimiento, siente al sujeto en una silla montada en el centro de una plataforma de movimiento y sujétalo con el cinturón de seguridad de cuatro puntos anclado a la base de la plataforma. Durante el experimento, registre los movimientos oculares de ambos ojos utilizando bobinas de búsqueda escleral 3D con un sistema estándar de bobinas de dos campos de 25 kilohercios basado en el método de detección de amplitud de Robinson.
Para lograr esto, primero anestesia los ojos del sujeto con unas gotas de oxi butano en cada ojo. A continuación, inserte las bobinas de búsqueda escleral, que están incrustadas en silicona, en cada ojo. Una vez que se hayan insertado las bobinas de búsqueda, coloque la cabeza del sujeto de tal manera que la línea imaginaria que conecta el miis externa con el canus orbital inferior o la línea de cañas esté a menos de seis grados de la tierra. Horizontal.
A continuación, inmovilice la cabeza del sujeto mediante el uso de una almohada de vacío inflada alrededor del cuello del sujeto. A continuación, haga que el sujeto muerda una tabla de mordida de impresión dental moldeada individualmente. La tabla de mordida está unida al marco cúbico a través de una barra rígida y contiene dos sensores 3D que miden los movimientos espurios de la cabeza a través de la aceleración angular y lineal.
A continuación, active la plataforma de movimiento y levántela a su posición de funcionamiento. Calibra las señales horizontales y verticales de ambas bobinas de búsqueda escleral individualmente instruyendo al sujeto para que se fije en una serie de objetivos durante cinco segundos cada uno. A continuación, comienza una secuencia de movimientos preprogramados.
La plataforma de movimiento es capaz de generar estímulos angulares y traslacionales a un total de seis grados de libertad mediante el uso de seis actuadores electromecánicos controlados por computadora que se muestran aquí. Para definir el movimiento, utilice un sistema de coordenadas estándar a la derecha. El sistema de coordenadas se centra en un punto a medio camino entre las orejas del sujeto y se define desde el punto de vista del sujeto.
Primero, defina la rotación hacia la izquierda como movimiento positivo en la dirección Z. Esto se conoce como Y.A continuación, defina el movimiento descendente como movimiento positivo y la dirección Y. A esto se le conoce como tono.
Por último, defina una rotación de palabras a la derecha como movimiento positivo en la dirección X. A esto se le conoce como rollo. Para comenzar, sincronice la plataforma y los datos de movimiento ocular utilizando un rayo láser montado en la parte posterior de la plataforma.
La posición de inicio se reconoce cuando el láser se proyecta sobre una pequeña fotocélula ubicada en la pared posterior, que se monitorea durante el procedimiento, emite estímulos sinusoidales tanto en entornos claros como oscuros. A la luz, haz que el sujeto fije sus ojos en un LED rojo encendido continuamente que se encuentra a 177 centímetros frente a él en todo momento en la oscuridad. La luz se enciende durante dos segundos y luego se apaga antes de que comience cada movimiento.
A continuación, realice rotaciones de todo el cuerpo alrededor de los tres EA cardinales a través de la plataforma de movimiento, el eje roc coddle o vertical, el eje interoral y el eje occipital nasal. Además de la estimulación sobre los ejes cardinales, realice rotaciones de todo el cuerpo en pasos de 22,5 grados entre el balanceo y el cabeceo. A continuación, realice la estimulación por impulsos en un entorno con poca luz utilizando el LED como objetivo visual.
Para lograr esto, administre impulsos de corta duración en cada uno de los tres ejes cardinales y ejes horizontales intermedios a 45 grados. Repite cada impulso seis veces y entrégalos en un orden aleatorio. Además, varíe el inicio del movimiento aleatoriamente entre 2,5 y 3,5 segundos.
Separando cada nuevo movimiento durante las estimulaciones Adquiera datos de movimiento ocular a una frecuencia de 1000 hercios. Utilizando un sistema de adquisición de datos CED. Aquí se muestran datos de muestra de la posición de los ojos para cada componente individual.
A continuación, convierta los datos brutos de las señales de la bobina ocular en velocidad angular para cada componente. Los datos de velocidad angular se utilizan para calcular la ganancia, que se define como la magnitud de los movimientos oculares compensatorios con respecto al estímulo impuesto. La desalineación es un ángulo instantáneo presentado en grados que se calcula en tres dimensiones entre el inverso del eje de velocidad del ojo y el eje de velocidad de la cabeza.
Un ejemplo de desalineación en función del estímulo. La orientación del eje se muestra aquí como una línea discontinua, aquí se muestra un gráfico para los resultados promedio de la ganancia. Para la simulación sinusoidal del eje horizontal del grupo de control, el máximo torsional apareció a cero grados de acimut, mientras que el máximo vertical estuvo tanto a menos 90 grados como a más 90 grados de acimut.
El componente horizontal solo muestra las mediciones de referencia. Cuando se combinan los componentes vertical y de torsión, se obtiene el valor predicho para las tres ganancias de velocidad DI que se muestran aquí como una línea de puntos. Los valores reales se muestran como puntos de datos.
La desalineación entre el eje de estímulo y respuesta se promedió en seis sujetos, como se muestra aquí. La línea punteada representa los valores predichos que se corresponden estrechamente con los valores reales. La desalineación fue menor durante el tono y aumentó gradualmente hacia el rol, creando una desalineación máxima de 17,33 grados a 22,5 grados de acimut.
Se observó una diferencia significativa al comparar los componentes de ganancia de velocidad ocular en la luz frente a la oscuridad. Tanto los componentes verticales como los de torsión fueron significativamente más bajos en la oscuridad, lo que resultó en una ganancia general de velocidad del ojo 3D más baja. Si bien la desalineación entre el estímulo y la respuesta siguió a los valores predichos durante la simulación sinusoidal en la luz, no coinciden con los valores predichos en la oscuridad.
Esto se debe principalmente a la influencia del componente horizontal distinto de cero. La estimulación impulsiva causa solo breves interrupciones de la información visual, pero tiene una respuesta cualitativamente similar en ganancia y desalineación a la estimulación sinusoidal en la oscuridad. La sensibilidad de este método se demuestra al comparar pacientes con anomalías cerebrales como sonomas unilaterales con los pacientes control.
A la izquierda se muestran las tablas de ganancia y desalineación de un paciente con un tumor cerebral de 14 milímetros. Se pueden ver diferencias obvias al comparar estos gráficos con los de los pacientes control. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo se realiza un procedimiento de prueba vestibular en una plataforma de sexto grado de movimiento.
Es importante comprender cómo se montan los sujetos en esta plataforma, cómo se insertan los rizos de búsqueda y cómo interpretar los datos.
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Visión general
Este artículo describe un método para medir los reflejos vestibulooculares tridimensionales (3D VOR) en humanos utilizando un simulador de movimiento de seis grados de libertad (6DF). El procedimiento tiene como objetivo evaluar la calidad de la función vestibular a través de la ganancia y desalineación del VOR angular 3D.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Función vestibular
- Fisiología humana
Antecedentes
- Entender la función vestibular es crucial para diagnosticar trastornos vestibulares.
- El reflejo vestibuloocular es esencial para estabilizar la visión durante los movimientos de la cabeza.
- Medir el VOR en tres dimensiones proporciona información integral sobre la salud vestibular.
- Los métodos tradicionales pueden no capturar toda la complejidad de las respuestas vestibulares.
Propósito del estudio
- Determinar la función vestibular tridimensional en pacientes con trastornos vestibulares.
- Proporcionar una medida directa de la calidad de la función vestibular.
- Mejorar la comprensión de las respuestas del sistema vestibular en varias condiciones.
Métodos utilizados
- Los sujetos están sentados en una plataforma de movimiento y asegurados con un cinturón de seguridad.
- Se insertan bobinas de búsqueda escleral en los ojos de los sujetos para la medición.
- Se utiliza una almohada de vacío y una tabla de mordida para sujetar a los sujetos.
- La plataforma entrega estímulos sinusoidales y por escalón en orden aleatorio para probar el sistema vestibular.
Resultados principales
- Los datos representativos de sujetos sanos demuestran la efectividad del método.
- Las métricas de ganancia y desalineación proporcionan información sobre la calidad de la función vestibular.
- El método permite una evaluación integral del VOR 3D.
- Los resultados pueden ayudar en el diagnóstico de trastornos vestibulares.
Conclusiones
- El simulador de movimiento 6DF es una herramienta valiosa para evaluar la función vestibular.
- Medir el VOR 3D puede mejorar las capacidades de diagnóstico para trastornos vestibulares.
- Una investigación adicional puede expandir la aplicación de este método en entornos clínicos.
Preguntas frecuentes
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.
