Method Article

De mesure et d’analyse de la Discrimination temporelle du seuil appliqué à la dystonie cervicale

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

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

Méthodes de mesure et d’analyse du seuil de discrimination temporelle sont présentées, et son application à l’étude de la pathogenèse de la dystonie cervicale sont discutées.

Abstract

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

Le seuil de discrimination temporelle (TDT) est le plus court intervalle de temps au cours de laquelle un observateur peut distinguer deux séquentielle des stimuli comme étant asynchrones (en général 30 à 50 ms). Il s’est avéré être anormales (prolongées) dans troubles neurologiques, y compris la dystonie cervicale, un phénotype de la dystonie focale isolée idiopathique d’adulte. La TDT est une mesure quantitative de la capacité à percevoir des changements rapides dans l’environnement et est considérée comme indicative du comportement des neurones visuels dans le colliculus supérieur, un nœud de clé en orientant attentionnel secrètes. Cet article définit des méthodes pour mesurer la TDT (y compris les deux options matérielles et deux modes de présentation des stimuli). Nous explorons également deux approches d’analyse de données et calcul de TDT. L’application de l’évaluation de la discrimination temporelle à la compréhension de la pathogenèse de la dystonie cervicale et adulte idiopathique isolée de la dystonie focale est aussi discutée.

Introduction

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

La discrimination temporelle décrit la capacité d’une personne à une discrimination, ou percevoir, des changements rapides dans leur environnement. Le seuil de discrimination temporelle (TDT) est le plus court intervalle de temps au cours de laquelle un individu peut percevoir que deux stimuli sensoriels séquentielles sont asynchrones. La discrimination temporelle s’est avérée être anormalement prolongée dans les troubles qui affectent les noyaux gris centraux, y compris la dystonie1,2,3,4,5,6 , 7.

La dystonie est le troisième rang des trouble du mouvement neurologiques - après Parkinson'la maladie et le tremblement essentiel. Elle est caractérisée par des contractions musculaire soutenue ou par intermittence entraînant des mouvements anormaux, souvent répétitifs, ou postures8. La dystonie peut affecter n’importe quelle partie du corps. Quand elle affecte une partie du corps, elle est appelée dystonie focale8. Dystonie affectant les muscles du cou est appelée dystonie cervicale et est le phénotype plus courant de la dystonie focale isolée idiopathique d’adulte. 9 , 10 la pathogenèse de la dystonie cervicale reste inconnue ; elle est réputée être une maladie génétique à transmission autosomique dominante et une pénétrance nettement réduite. Les facteurs environnementaux sont également importantes en ce qui concerne l’expression et la pénétrance de la maladie.

Le colliculus supérieur, une structure sensori-motrice, situé dans le mésencéphale dorsal, est important pour la détection rapide des stimuli environnementaux dans le processus de secrètes attentionnel orientation2,11,12. Stimuli visuels accéder rapidement le colliculus supérieur par la voie magnocellulaire rétino-tectal. La TDT est une mesure simple, objective, censée représenter le traitement des visuels (et autres stimuli sensoriels) dans les couches superficielles du colliculus supérieur. La TDT a été étudié chez les individus atteints de dystonie cervicale, leurs parents affectés et les participants de contrôle sain. Par rapport aux participants de contrôle appariés selon l’âge et le sexe, un TDT anormale a une sensibilité élevée (97 %, 36 des 37 patients) et la spécificité (98-100 %) dans la dystonie cervicale1. Un TDT anormal a été trouvé dans 50 % des pas affectées parentes au premier degré de patients atteints de dystonie cervicale (14 25, 48 ans ou plus), ce qui démontre la pénétrance âge - et liées au sexe avec une hérédité dominante autosomique13, 14. un TDT anormale chez les parents pas affectés des patients dystonie cervicale (comparées aux parents avec TDTs normales) est associé avec augmentation du volume putaminal (par voxel-basé morphométrie)15 et réduit l’activité putaminal (IRMf)4 . Le colliculus supérieur est considéré comme un nœud important dans le réseau neuronal qui est dysfonctionnel dans la dystonie cervicale12. L’évaluation de la discrimination temporelle est considérée comme fournissant des indices importants quant à la dystonie cervicale sous-jacente pathomécanismes.

L’objectif de cet article est de présenter deux méthodes pour mesurer et analyser la discrimination temporelle, ainsi que démontrer l’application de cette méthode à l’étude de la physiopathologie de la dystonie cervicale.

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Protocol

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Le Comité d’éthique de recherche médicale à St. Vincent University Hospital, Dublin a approuvé pour le recrutement des patients atteints de dystonie cervicale, leurs frères et soeurs (pas affectés par la dystonie) et les témoins sains, de participer au protocole décrit ci-dessous.

1. hardware & Software Solutions

Remarque : Deux options matérielles ont été développées pour afficher des stimuli visuels avec des intervalles inter-stimulus précis. Tous deux ont été conçus et construit au Centre de la Trinité pour la bio-ingénierie, Trinity College de Dublin et ont été décrites précédemment5,16. Ceux qui veulent reproduire les solutions de matériel exact utilisées dans les présentes peuvent même demander en communiquant directement avec le Centre de la Trinité pour la bio-ingénierie. Par ailleurs, un ensemble complet d’instructions, y compris les fichiers d’impression 3D pour le casque, les instructions pour l’accompagnement microcontrôleur Arduino, etc.. peut être téléchargée sur http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Les stimuli présentés dans l’approche de dessus de table peuvent être générés à l’aide de programmes personnalisés en présentation (par exemple, les systèmes neuro-comportementaux), installé sur un ordinateur de bureau et programmé pour contrôler les diodes électroluminescentes (LED) via le port parallèle de l’ordinateur. Sinon, tel que décrit ci-dessous, le dessus de table LED peut être contrôlé via un microcontrôleur Arduino. Les code de présentation et les fichiers de l’Arduino sont également disponibles en téléchargement sur le lien ci-dessus.

  1. Matériel TDT : méthode de la Table-Top
    1. Marquer un « X », comme un point de fixation, sur un noir mat ou la feuille placée sur la table en face du participant.
    2. Demander aux participants de se positionner afin qu’ils sont assis directement en face du point de fixation.
    3. Placez les paires jaune diode électroluminescente (LED) (5 mm de diamètre, 90 cd/m2 luminance), enfermés dans une boîte, sur la table en face du participant.
    4. Orienter la boîte telles que les LEDs sont verticalement alignées et positionnés à 7 ° du point central du sujet sur la gauche et la droite, selon les besoins.
    5. Faire cette expérience dans une pièce sombre. Une petite quantité de luminance de l’arrière-plan peut être requise pour permettre à l’opérateur de voir suffisamment pour exécuter l’expérience.
    6. Informer le participant de se concentrer sur le point de fixation en tout temps et de ne pas regarder directement le clignotement des LEDs.
    7. Connectez le microcontrôleur à la zone de LED et suivez l’à l’écran les instructions qui s’affichées sur l’écran à cristaux liquides de la boîte de microcontrôleur, par exemple, sélectionnez présentation méthode : « aléatoire » ou « escalier » et sélectionnez le mode : « première supérieure gauche », etc. .
    8. Demander au participant de répondre « même » ou « différente » présentation suivante de chaque paire de relance, selon qu’ils perçoivent les stimuli synchrones ou asynchrones.
    9. Informer le participant lorsque chaque procès est sur le point de commencer, en vocalisant l’à l’écran compte à rebours de 5-0 s.

figure-protocol-1
Figure 1: (a) schéma de la conception du casque. Une paire de LEDs jaunes (5 mm de diamètre) et la fixation du rouge LED (3 mm de diamètre), sont placés à gauche et à droite du participant via une unité de visiocasques et rendues visibles par le biais de réflexion dans le miroir en face de l’utilisateur. (b) modèle 3D schématique du casque. Le casque a été développé à partir de plastique de frittage laser en nylon, pèse 0,70 kg, a un indice de manque de transparence et est de couleur afin de minimiser la pénétrance lumière noir. (a et b) sont reproduites, avec de légères modifications, de Butler et al. 16 avec la permission de IOP Publishing. (c) la boîte de stimulus de LED pour la présentation de la table-top.

  1. Matériel TDT : TDT Portable Headset
    1. Faire l’expérience dans n’importe quel endroit approprié.
    2. Connecter le microcontrôleur pour le casque et suivez l’à l’écran instructions qui s’affichées sur l’écran à cristaux liquides de la boîte de microcontrôleur, par exemple, sélectionnez mode de présentation : « aléatoire » ou « escalier » et le mode : « premier supérieur gauche », etc..
    3. Diriger le participant à se positionner avec les coudes sur une table en face d’eux. Puis, tenant l’appareil à la main, dirigez-les pour appuyer légèrement sur leur visage dans le joint d’étanchéité en caoutchouc entourant l’oculaire, ainsi sceller la lumière ambiante.
    4. Informer le participant de se concentrer sur la fixation du rouge LED en permanence et de ne pas regarder directement le clignotement des LEDs.
    5. Demander au participant de répondre « même » ou « différente » présentation suivante de chaque paire de relance, selon qu’ils perçoivent les stimuli synchrones ou asynchrones.
    6. Informer le participant lorsque chaque procès est sur le point de commencer, en vocalisant l’à l’écran compte à rebours de 5-0 s.

2. présentation du stimulus

Remarque : Deux approches de présentation de stimulation ont été employées.

  1. Méthode de l’escalier
    1. Sélectionnez « staircase » présentation ; stimuli sont présentés tous les 5 s avec l’intervalle de relance inter commençant par 0 et devenant progressivement plus asynchrone (augmentation de 5 ms) chaque fois.
    2. Sélectionnez l’une des modalités de la présentation de quatre : première (ii) à (i) gauche haut LED gauche inférieure d’abord LED LED supérieur (iii) droit premier, ou (iv) droite bas LED tout d’abord.
    3. Répétez l’étape 2.1.2 afin que chaque modalité est exécutée deux fois, soit un total de huit pistes.
    4. Mettre fin au procès lorsqu’un participant répond « différent » pour trois paires consécutives de stimuli.
  2. Méthode de présentation aléatoire
    1. Sélectionnez « Random » présentation ; paires de stimuli sont présentés tous les 5 s. L’intervalle de relance inter varie, de manière aléatoire, de 0 à 100 ms.
    2. Sélectionnez l’une des modalités de la présentation de quatre : première (ii) à (i) gauche haut LED gauche inférieure d’abord LED LED supérieur (iii) droit premier, ou (iv) droite bas LED tout d’abord.
    3. Répétez l’étape 2.2.2 afin que chaque modalité est exécutée deux fois, soit un total de huit pistes.
      Remarque : Chaque course est la même longueur et complétera automatiquement.

3. analyse des données

  1. Valeur unique de TDT
    1. En utilisant les données de la méthode de l’escalier, mettez en surbrillance le premier des trois réponses « différents » finales pour chacun des huit pistes. Ce sont les valeurs de seuil pour chaque série.
    2. Calculer le seuil de discrimination temporelle (TDT) pour chaque participant, en prenant la médiane des seuils de chacune des huit descentes ; ayant pour résultat une seule valeur TDT (en millisecondes) par personne.
    3. Calculer le Z-score pour chaque participant. Définir le Z-score comme la différence entre TDT du participant et le TDT moyenne d’une population de témoins du même âge (figure-protocol-2, divisé par l’écart type des valeurs TDT pour cette population de contrôle figure-protocol-3 .
      figure-protocol-4
    4. Déterminer si l’individu a un TDT normale ou anormale. Un Zscore ≥ 2,5 est censé pour refléter un TDT anormale.
  2. Analyse de la distribution
    1. En utilisant les données de la méthode de l’escalier, encoder les données de réponse telle que « 0 » correspond au « même » et « 1 » correspond à « différent », tableau 1.
    2. Télécharger un MATLAB.exe gratuit pour effectuer l’analyse de distribution décrite ci-dessous de http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Voir Butler et al. 16 pour une description complète de cette méthode. Sinon, procédez comme suit.
    3. Touche les données pour s’assurer que toutes les séries sont la même longueur que la plus longue piste. Ceci est fait en supposant que toutes les réponses ultérieures, après la fin d’une série, sont « différents », tableau 1 b.
    4. Réponses moyennes dans des essais pour chaque participant, Tableau 1C. Cela peut être tracée en fonction de l’asynchronisme de stimulus.
    5. S’adapter à ces données, la moyennes ou représentatives avec une fonction gaussienne cumulative. La moyenne de cette distribution représente le point auquel les participants sont également susceptibles de répondre « même » ou « différent ». Ce point est appelé le « point d’égalité subjective » (PSE). L’écart type de la distribution gaussienne, également dénommée la « différence perceptible » (SDP), indique le degré de sensibilité participants sont aux changements dans l’asynchronie temporelle autour de leur moyenne.
    6. Étendre l’analyse en soumettant les données à une procédure bootstrap non-paramétrique afin d’estimer les intervalles de confiance de 95 % pour la TDT et le PSE et le SDP de la fonction gaussienne psychométrique, cumulative. Pour ce faire, générer des nouveaux ensembles de données représentatives par sondage avec remplacement des réponses originales, tableau 1, point b, pour chaque pas de temps. Calculer la TDT et s’adapter à une nouvelle fonction psychométrique pour chaque ensemble de données représentatif de16.
    7. Calculer la bonté de l’ajustement, ou déviance (D), pour chaque participant en utilisant le ratio de la log-vraisemblance,16,17
      figure-protocol-5
      où K est le nombre de points dans le temps, nj’ai est que le nombre de répétitions à ce point dans le temps, généralement huit répétitions (quatre droite et gauche quatre), yj’ai est la proportion observée de réponses asynchrones, p j’ai est la proportion de réponses asynchrones prévues par la courbe ajustée. Déviance la valeur 0 signifie un ajustement parfait.
    8. Tracer les résultats.
      Remarque : Les données de l’approche de présentation aléatoire peuvent être analysées pour déterminer la TDT simple ou distribué tel que décrit à la section 3 ci-dessus pour les données découlant de la méthode de présentation d’escalier. Toutefois, en raison de l’ordre de présentation aléatoire des intervalles inter-stimuli, ces données doivent tout d’abord commander (du plus petit au plus grand intervalle de relance inter), avant de commencer l’analyse décrite ci-dessus, le tableau 2. En outre, il n’est pas nécessaire remplir les données après présentation aléatoire car, par défaut, toutes les pistes sont d’égale longueur.

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Results

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Exemples de remplie de feuilles de pointage sont fournies dans les tableaux 1 et 2, où elles représentent respectivement les résultats après l’escalier et les méthodes de présentation de stimulus aléatoires. Les seuils pour chaque série (le moment où le premier des trois paires de stimulus censé pour être différents ''), sont mis en évidence. Dans le cas du tableau 1, le TDT est égale à 25 ms (c.-à-d., la médiane...

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Discussion

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Analyse et mesure de TDT

Deux types d’appareils (table-top et casque), deux méthodes de présentation de stimulation (escalier et aléatoire) et deux approches d’analyse de données (traditionnelles et distribution) ont été présentés pour illustrer la façon de mesurer et de quantifier une personne de temporel capacité de discrimination. Le casque portable fournit une option commode matériel qui assure la cohérence dans la distance et les angles entre le participant et les sources...

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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 n’avoir aucune source de financement, des divulgations financières ou conflit d’intérêts à déclarer. Michael Hutchinson reçoit des subventions de recherche de dystonie en Irlande, le Health Research Board d’Irlande (CSA-2012-5), Fondation pour la recherche de dystonie (Belgique) et l’Institut irlandais des neurosciences cliniques. Sean O'Riordan rapports reçoit une enceinte'honoraires de s de Abbvie. Richard Reilly reçoit du financement de la Science Foundation Ireland, Enterprise Ireland et le Health Research Board de l’Irlande.

Acknowledgements

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

Cette recherche a été financée par des subventions de la Health Research Board et dystonie Irlande, Science Foundation Ireland, l’Irish Institute for Clinical Neuroscience.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
L’ensemble de tête TDTpeut être fourni par le Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin. Alternativement, des instructions complètes sont disponibles en téléchargement gratuit sur http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/1Un appareil portable sur mesure pour la présentation de stimuli visuels.
Le boîtier LED de table TDTpeut être fourni par le Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin. Alternativement, des instructions complètes sont disponibles en téléchargement gratuit sur http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/2Un appareil de table sur mesure pour la présentation de stimuli visuels.
Le microcontrôleurpeut être fourni par le Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin. Alternativement, des instructions complètes sont disponibles en téléchargement gratuit sur http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/3Un microcontrôleur sur mesure pour la livraison de stimuli visuels dans un escalier ou un ordre aléatoire, avec des intervalles inter-stimulus précis.

References

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