Usando Saccadometry con estimulación cerebral profunda para estudiar la función cerebral normal y patológica
14 de julio de 2016
Este artículo describe el uso de la medición cuantitativa de los movimientos oculares junto con la estimulación de áreas focales del cerebro profundo con el fin de estudiar la fisiología, la fisiopatología y los mecanismos de la estimulación cerebral profunda.
El objetivo general de este procedimiento es medir los efectos de la estimulación cerebral profunda en los movimientos oculares sacádicos. La combinación de la estimulación cerebral profunda con la medición sacádica proporciona una herramienta para estudiar la función cerebral normal y patológica. Este método puede ayudar a responder preguntas clave sobre la fisiopatología de las enfermedades relacionadas con los ganglios basales.
La principal ventaja de esta técnica es que es cuantitativa y precisa, lo que permite la detección precisa de anomalías sutiles. Estos son algunos de los tipos de implantes estimuladores que se utilizan en la estimulación cerebral profunda. Contienen una batería y componentes electrónicos para generar un pequeño estímulo eléctrico.
Los pulsos de estímulo se entregan a ubicaciones objetivo precisas en el cerebro utilizando contactos en el extremo de un cable como este. Comience explicando los detalles del estudio y proporcionando al participante un formulario de consentimiento para que lo firme. Configure el sacadometro de modo que para cada ensayo se muestre el objetivo de fijación central durante un período aleatorio de 1,0 a 2,0 segundos, después del cual se extingue, y uno de los objetivos rojos periféricos aparezca aleatoriamente a la derecha o a la izquierda.
A continuación, pida al participante que se siente a 1,5 metros de distancia de una pantalla mate plana. Coloque el sacadometro en la cabeza del participante de modo que descanse en el puente de la nariz y asegúrelo con una correa elástica ajustable. Asegúrese de que la iluminación ambiental sea tenue para que los estímulos se vean claramente.
Luego, indíquele al participante que la sesión de prueba de 40 minutos consta de cinco bloques con un descanso de un minuto entre cada bloque. Antes del primer bloque, indique al participante que mueva los ojos lo más rápido y preciso posible para seguir el punto rojo saltando del centro a un lado o al otro. Explique que deben hacer esto 60 veces.
Configure el saccadometer para generar una secuencia de 60 ensayos, luego presione el botón en el dispositivo para iniciar el primer bloque de ensayos. Después de completar el primer bloque, espere un minuto antes de comenzar el segundo bloque. Reinicie el sacadometro para generar una secuencia de 40 ensayos.
Hacia el final del intervalo de un minuto, indique al participante que mueva los ojos lo más rápido posible en la dirección opuesta al punto rojo. Infórmeles que se les pedirá que hagan esto 40 veces. A continuación, comienza el segundo bloque de pruebas.
Después de completar el segundo bloque, espere un minuto, luego repita las instrucciones del segundo bloque dos veces más para los bloques tres y cuatro. Finalmente, después de completar el cuarto bloque, espere un minuto, luego indique a los participantes que muevan los ojos lo más rápido y preciso posible para seguir el punto rojo saltando del medio de un lado a otro, exactamente como lo hicieron en el primer bloque. Reinicie el saccadometer para generar una secuencia de 60 ensayos e iniciar el bloque final de ensayos.
Tenga en cuenta que los participantes con estimuladores cerebrales profundos, o sistemas DBS, realicen pruebas sacádicas dos veces. Una vez con el sistema DBS funcionando normalmente, y una segunda vez con el sistema DBS apagado. Para llevar a cabo la sesión de estimulación, haga que un personal clínico capacitado apague el sistema DBS 30 minutos antes de la prueba.
Luego, complete la prueba sacádica. Una vez finalizada la sesión, vuelva a encender el sistema DBS. Para analizar los datos, descargue los datos sin procesar del sacadometro a una computadora.
A continuación, utilice el programa de software del sacadometro para excluir las sacadas que están distorsionadas por los parpadeos y los movimientos de la cabeza. Calcule variables que incluyen latencias sacádicas, velocidades máximas y amplitudes. Aquí, se muestran los resultados de latencia prosacádica para un paciente con Parkinson después de someterse a la DBS del núcleo subtalámico cuando la DBS se activa y desactiva.
La distribución de los movimientos sacádicos se altera cuando se enciende el estimulador, mostrando una reducción en el número de movimientos sacádicos de latencia larga y una disminución correspondiente en la latencia media. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en unos 70 minutos si se realiza correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que debe asegurarse de que el sacarómetro esté ubicado en el centro del puente de la nariz y que las luces de la habitación sean tenues.
Siguiendo este procedimiento, se pueden utilizar tareas sacádicas más avanzadas para responder a preguntas adicionales, como cómo el control cognitivo de los movimientos oculares se ve afectado por la estimulación cerebral profunda. Después de ver este video, deberías tener una buena comprensión de cómo usar la psicodometría en sujetos con sistemas de estimulación cerebral profunda. No olvide que trabajar con láseres puede ser peligroso, y debe asegurarse de que tanto los participantes como el experimentador no miren directamente a los rayos láser.
Vea la transcripción completa y acceda a miles de videos científicos
Visión general
Este estudio investiga los efectos de la estimulación cerebral profunda en los movimientos sacádicos de los ojos, proporcionando información sobre las funciones cerebrales normales y patológicas. Al combinar la estimulación con técnicas de medición precisas, la investigación tiene como objetivo mejorar la comprensión de las enfermedades relacionadas con los ganglios basales.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Electrofisiología
- Fisiopatología
Antecedentes
- La estimulación cerebral profunda es una técnica terapéutica utilizada para varios trastornos neurológicos.
- Los movimientos sacádicos de los ojos son movimientos rápidos del ojo que son cruciales para la percepción visual.
- Entender la interacción entre estos dos puede revelar importantes conocimientos fisiológicos.
- Este método permite mediciones cuantitativas y precisas de los movimientos oculares.
Propósito del estudio
- Medir los efectos de la estimulación cerebral profunda en los movimientos sacádicos de los ojos.
- Explorar la fisiopatología de las enfermedades relacionadas con los ganglios basales.
- Desarrollar una herramienta precisa para estudiar la función cerebral.
Métodos utilizados
- Medición cuantitativa de los movimientos oculares.
- Estimulación de áreas focales en el cerebro profundo.
- Uso de varios implantes estimuladores que generan estímulos eléctricos.
- Combinación de técnicas de estimulación y medición.
Principales resultados
- La técnica permite la detección precisa de anomalías sutiles en los movimientos oculares.
- Los conocimientos adquiridos pueden ayudar a entender las funciones cerebrales normales y patológicas.
- Los resultados contribuyen al conocimiento sobre los mecanismos de la estimulación cerebral profunda.
Conclusiones
- Este método es valioso para estudiar la fisiología y la fisiopatología del cerebro.
- Proporciona un marco para futuras investigaciones sobre enfermedades relacionadas con los ganglios basales.
- El análisis cuantitativo mejora la comprensión de la función cerebral.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
Quantitative measurement of saccadic eye movements provides a translational biomarker for basal ganglia-related neurodegenerative diseases, enabling objective assessment of disease progression and therapeutic intervention effects. This approach supports mechanistic de-risking in target validation by linking deep brain stimulation outcomes to functional oculomotor readouts, improving predictive confidence in preclinical and early clinical decision-making. The method enhances portfolio relevance by offering a cross-functional, reproducible readout applicable across Parkinson's, Huntington's, and other basal ganglia disorders.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying how basal ganglia perturbation affects saccadic latency and velocity.
- Operational Value: Provides a precise, quantitative readout for functional target validation in disease-relevant neural circuits.
- Predictive Value: Supports mechanistic de-risking by correlating stimulation parameters with eye movement biomarkers, reducing ambiguity in pathway engagement.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates standardized, reproducible measurements of saccadic latency, peak velocity, and amplitude for compound or intervention screening.
- Quantitative Output: Enables detection of subtle abnormalities in eye movement distributions, supporting assay sensitivity for early efficacy signals.
- Platform Scalability: Supports repeated testing sessions (on/off stimulation) to assess consistency and reliability across experimental conditions.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Directly models pathophysiological features of Parkinson's disease, such as increased saccadic latency, in a quantifiable manner.
- Translational Continuity: Bridges discovery and preclinical validation by providing a biomarker translatable from animal models to human studies.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by quantifying functional recovery or deterioration following neuromodulation.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical evaluation, offering a functional biomarker that tracks modulation of basal ganglia circuitry.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by measuring how deep brain stimulation alters saccadic parameters, clarifying circuit-level pathophysiology.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative outputs (latency, velocity, amplitude) that enable reliable comparison across stimulation states or genetic models.
- Analytics: Provides statistical distributions of saccadic metrics, facilitating group comparisons and effect size quantification for decision-making.
- Translational Research: Connects neuromodulation effects to clinically relevant oculomotor endpoints, supporting biomarker qualification efforts.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable platform for assessing diverse neuromodulatory interventions across multiple basal ganglia targets.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in how neuromodulation affects brain function.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through fixed trial structures, stimulus timing, and head-mounted tracking.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early detection of ineffective targets, reducing late-stage failure risk.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by quantifying target engagement and functional modulation in disease-relevant systems.
Implementation Considerations
- Requires expertise in oculomotor testing, neurostimulation systems, and clinical trial coordination for implanted device studies.
- Dependent on saccadometer hardware and software for stimulus delivery, eye tracking, and data exclusion of blink- or movement-artifacts.
- Necessitates cross-team standardization between neurology, neurosurgery, and research staff for consistent DBS on/off testing protocols.
- Involves adaptation considerations when applying to different model systems or saccadic task variants (e.g., prosaccade vs. antisaccade).
- Limited by participant availability, stimulator accessibility, and the need for controlled lighting and seating distance to ensure data quality.
