Metodi per la misurazione e l'analisi della soglia temporale discriminazione sono presentati e sua applicazione allo studio della patogenesi della distonia cervicale sono discusse.
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Articolo metodologico
La misura e l'analisi della soglia di discriminazione temporale applicata alla distonia cervicale
* These authors contributed equally
In questo articolo
Sommario
Abstract
La soglia di discriminazione temporale (TDT) è l'intervallo di tempo minimo in cui un osservatore può discriminare due sequenziali stimoli come essendo asincroni (in genere 30-50 ms). Essa ha dimostrato di essere anormale (prolungati) in disturbi neurologici, tra cui la distonia cervicale, un fenotipo di inizio adulto idiopatico isolato distonia focale. La TDT è una misura quantitativa della capacità di percepire i cambiamenti veloci nell'ambiente ed è considerato indicativo del comportamento dei neuroni visual nel collicolo superiore, un nodo di chiave nell'orientamento attenzionale segrete. Questo articolo definisce metodi per la misurazione la TDT (tra cui due opzioni hardware e due modalità di presentazione di stimoli). Inoltre esploriamo due approcci di analisi dei dati e calcolo di TDT. L'applicazione della valutazione della discriminazione temporale alla comprensione della patogenesi della distonia cervicale e distonia focale isolato idiopatica adulta inoltre è discussa.
Introduzione
Discriminazione temporale descrive la capacità di una persona di discriminare, o percepire, rapidi cambiamenti nel loro ambiente. La soglia di discriminazione temporale (TDT) è l'intervallo di tempo minimo in cui un individuo può percepire che due stimoli sensoriali sequenziali sono asincroni. Discriminazione temporale è stato indicato per essere anormalmente prolungata nei disordini che interessano i gangli basali, tra cui la distonia1,2,3,4,5,6 , 7.
La distonia è il terzo più comune disordine di movimento neurologici - dopo Parkinson'la malattia di s e tremore essenziale. È caratterizzata da contrazioni muscolari continuo o intermittente causando anormali, spesso, movimenti ripetitivi o posture8. La distonia può colpire qualsiasi parte del corpo. Quando colpisce una parte del corpo è noto come distonia focale8. Distonia che interessano i muscoli del collo è conosciuta come distonia cervicale ed è il fenotipo più comune di distonia focale isolato idiopatica adulta. 9 , 10 la patogenesi della distonia cervicale rimane sconosciuta; esso è considerato una malattia genetica autosomica dominante e penetranza marcatamente ridotta. Fattori ambientali sono considerati importanti in relazione alla espressione e penetranza della malattia.
Il collicolo superiore, una struttura sensorimotoria situato nel midbrain dorsale, è importante per la determinazione rapida di stimoli ambientali nel processo di orientamento attenzionale covert2,11,12. Stimoli visivi accedere rapidamente il collicolo superiore attraverso la via magnocellulare retino-tectal. La TDT è una misura semplice, oggettiva, creduta per rappresentare il trattamento di visual (e altri stimoli sensoriali) negli strati superficiali del collicolo superiore. La TDT è stato studiato nei soggetti con distonia cervicale, loro parenti inalterati e i partecipanti sani di controllo. Rispetto ai partecipanti di controllo di pari età e sesso, un anormale TDT ha alta sensibilità (97%, 36 di 37 pazienti) e specificità (98-100%) nella distonia cervicale1. Un TDT anormale è stato trovato nel 50% dei inalterati parenti di primo grado femminili dei pazienti affetti da distonia cervicale (14 di 25, invecchiati 48 anni o più vecchi), dimostrando la penetranza età - e sesso-correlate con l'eredità dominante autosomal13, 14. un anormale TDT in parenti inalterati dei pazienti con distonia cervicale (rispetto ai parenti con TDTs normale) è associato con aumento di volume del putamen (dalla morfometria basata sui voxel)15 e ridotta attività del putamen (mediante fMRI)4 . Il collicolo superiore è considerato un significativo nodo in una rete neuronale, che è disfunzionale nella distonia cervicale12. La valutazione della discriminazione temporale è considerata come fornire importanti indizi per la distonia cervicale sottostante pathomechanisms.
L'obiettivo di questo articolo è di presentare due metodi per la misurazione e l'analisi temporale discriminazione, nonché dimostrando l'applicazione di questo metodo per studiare la fisiopatologia della distonia cervicale.
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Protocollo
Comitato etico di ricerca medica all'ospedale universitario di St. Vincent, Dublino ha dato l'approvazione per il reclutamento di pazienti con distonia cervicale, loro fratelli (inalterati da distonia) e controlli sani, a partecipare il protocollo descritto qui di seguito.
1. hardware & Software Solutions
Nota: Due opzioni hardware sono stati sviluppati per visualizzare gli stimoli visivi con precisi intervalli Inter-stimolo. Entrambe sono state progettate e sviluppate in-House presso il centro di Trinity di bioingegneria, Trinity College di Dublino e sono stati descritti in precedenza5,16. Coloro che desiderano replicare le soluzioni esatto hardware utilizzate nel presente documento possono richiedere stesso contattando il centro Trinity per Bioingegneria direttamente. In alternativa, una serie completa di istruzioni inclusi file di stampa 3D per l'auricolare, istruzioni per il microcontrollore Arduino d'accompagnamento, ecc. può essere scaricato da http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Gli stimoli presentati nell'approccio piano tavolo possono essere generati utilizzando programmi personalizzati nella presentazione (ad esempio, sistemi di Neurobehavioural), installato su un computer desktop e programmato per controllare i diodi emettitori di luce (LED) tramite la porta parallela del il computer. In alternativa, come descritto di seguito, il piano del tavolo LED può essere controllato tramite un microcontrollore Arduino. Il codice di presentazione e il file di Arduino sono anche disponibili per il download dal link qui sopra.
- Hardware TDT: tavolo metodo
- Contrassegnare una 'X', come un punto di fissazione, su una stuoia nera o foglio inserito sul tavolo di fronte il partecipante.
- Chiedere al partecipante di posizionarsi in modo che sono seduti direttamente davanti al punto di fissazione.
- Posizionare le coppie giallo diodo luminoso (LED) (diametro 5 mm, 90 cd/m2 luminanza), racchiusa in una scatola, sul tavolo di fronte il partecipante.
- Orientare la casella tale che i LED sono allineati verticalmente e posizionati 7 ° dal punto centrale del soggetto a sinistra e destra, come necessario.
- Condurre questo esperimento in una stanza buia. Una piccola quantità di luminanza sfondo possono essere necessari per consentire all'operatore di vedere abbastanza per eseguire l'esperimento.
- Istruire il partecipante di concentrarsi sul punto di fissazione in ogni momento e non di guardare direttamente i LED lampeggianti.
- Collegare il microcontrollore alla casella di LED e seguire il su schermo istruzioni visualizzate sul display a cristalli liquidi della casella microcontrollore, ad esempio, selezionare il metodo di presentazione: 'casuale' o 'scala' e selezionare la modalità: 'primo superiore sinistra', ecc .
- Chiedere al partecipante di rispondere "stessa" o "diversa" seguente presentazione di ciascuna coppia di stimolo, a seconda se essi percepiscono gli stimoli per essere sincrona o asincrona.
- Informare il partecipante quando ogni prova sta per iniziare, da vocalizzi sullo schermo conto alla rovescia da 5-0 s.
Figura 1: (a) schema del design dell'auricolare. Una coppia di LED gialli (5 mm di diametro) e la fissazione rossa LED (diametro 3 mm), sono collocati a sinistra e a destra del partecipante tramite un'unità di testa-montata e reso visibile mediante riflessione negli specchi davanti all'utente. (b) modello 3D schematico dell'auricolare. L'auricolare è stato sviluppato da plastica di nylon sinterizzato al laser, pesa 0,70 kg, ha un indice di scarsa trasparenza ed è nero a colori per minimizzare la luce penetranza. (a e b) sono riprodotti, con piccole modifiche, da Butler et al. 16 con il permesso della IOP Publishing. (c) la scatola di stimolo di LED per la presentazione del tavolo.
- TDT Hardware: Cuffia portatile TDT
- Condurre l'esperimento in qualsiasi posizione adatta.
- Collegare il microcontrollore auricolare e segui sullo schermo istruzioni visualizzate sul display a cristalli liquidi della casella microcontrollore, ad esempio, selezionare il metodo di presentazione: 'casuale' o 'scala' e modalità: 'primo superiore sinistra', ecc.
- Diretto al partecipante di posizionarsi con i gomiti su un tavolo davanti a loro. Quindi, tenendo il dispositivo nelle loro mani, li spinga a spingere loro faccia il sigillante di gomma che circonda l'oculare, quindi tenuta fuori luce ambientale.
- Istruire il partecipante di concentrarsi sulla fissazione rossa LED in ogni momento e non di guardare direttamente i LED lampeggianti.
- Chiedere al partecipante di rispondere "stessa" o "diversa" seguente presentazione di ciascuna coppia di stimolo, a seconda se essi percepiscono gli stimoli per essere sincrona o asincrona.
- Informare il partecipante quando ogni prova sta per iniziare, da vocalizzi sullo schermo conto alla rovescia da 5-0 s.
2. stimolo presentazione
Nota: Sono stati impiegati due approcci alla presentazione dello stimolo.
- Metodo di scala
- Selezionare la presentazione di 'scala'; gli stimoli vengono presentati ogni 5 s con l'intervallo di Inter-stimolo a partire da 0 e diventando progressivamente più asincrono (aumentando di 5 ms) ogni volta.
- Selezionare una qualsiasi delle modalità quattro presentazione: prima a LED superiore (i) sinistra (ii) sinistra inferiore per primo (iii) in alto prima del LED, o (iv) LED in basso a destra prima.
- Ripetere il passaggio 2.1.2 affinché ogni modalità viene eseguito due volte, risultante in un totale di otto piste.
- Terminare il processo quando un partecipante risponde "diverso" per tre coppie consecutive di stimoli.
- Metodo di presentazione casuale
- Selezionare 'Casuale' presentazione; coppie di stimoli vengono presentate ogni 5 s. L'intervallo di Inter-stimolo varia, in modo randomizzato, da 0 a 100 ms.
- Selezionare una qualsiasi delle modalità quattro presentazione: prima a LED superiore (i) sinistra (ii) sinistra inferiore per primo (iii) in alto prima del LED, o (iv) LED in basso a destra prima.
- Ripetere il passaggio 2.2.2 affinché ogni modalità viene eseguito due volte, risultante in un totale di otto piste.
Nota: Ogni esecuzione è la stessa lunghezza e verrà completata automaticamente.
3. analisi dei dati
- Valore singolo di TDT
- Utilizzando i dati dal metodo di scala, evidenziare la prima delle tre risposte "diverse" finale per ciascuna delle otto piste. Questi sono i valori di soglia per ogni esecuzione.
- Calcolare la soglia di discriminazione temporale (TDT) per ogni partecipante prendendo la mediana delle soglie da ciascuno di loro otto corre; risultante in un singolo valore TDT (in millisecondi) per ogni individuo.
- Calcolare ilPunteggio di Z per ogni partecipante. Definire ilPunteggio di Z come la differenza tra TDT del partecipante e la TDT media da una popolazione di pari età di controllo (
, divisa per la deviazione standard dei valori di TDT per quella popolazione di controllo 
.
- Determinare se l'individuo ha un TDT normale o anormale. UnPunteggio Z ≥ 2.5 è ritenuto per riflettere un'anormale TDT.
- Analisi della distribuzione
- Utilizzando i dati dal metodo di scala, codificare i dati di risposta, tale che "0" corrisponde a "stesso" e "1" corrisponde al "diverso", tabella 1.
- Scaricare un MATLAB.exe gratuito per eseguire l'analisi di distribuzione descritto di seguito da http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Vedi Butler et al. 16 per una descrizione completa di questo metodo. In alternativa, procedere come descritto di seguito.
- Rilievo i dati affinché che tutte le esecuzioni sono della stessa lunghezza come il tratto più lungo. Per farlo, supponendo che tutte le risposte successive, dopo il termine di una corsa, sono "diverse", 1 (tabella b).
- Risposte medie in studi clinici per ogni partecipante, tabella 1 (c). Questo può essere tracciato come una funzione di asincronia di stimolo.
- Questo ha stato in media in forma o dati rappresentativi con una funzione gaussiana cumulativa. La media di questa distribuzione rappresenta il punto in cui i partecipanti sono ugualmente probabili rispondere "stesso" o "diversi". Questo punto è indicato come il 'punto di uguaglianza soggettiva' (PSE). La deviazione standard della distribuzione gaussiana, noto anche come la 'differenza appena evidente' (JND), indica come sensibili partecipanti sono ai cambiamenti in asincronia temporale intorno loro media.
- Estendere l'analisi trasmettendo i dati a una routine di avvio automatico non parametrica al fine di stimare gli intervalli di confidenza del 95% per la TDT e il PSE e JND della funzione gaussiana psicometrica, cumulativa. Per effettuare questa operazione, è possibile generare nuovi insiemi di dati rappresentativi di campionamento casuale con sostituzione dalle risposte originali, tabella 1 (b), per ogni fase temporale. Calcolare la TDT e forma una nuova funzione psicometrica per ogni set di dati rappresentativo16.
- Calcolare la bontà di fit, o devianza (D), per ogni partecipante utilizzando il rapporto di log-verosimiglianza,16,17
dove K è il numero di intervalli di tempo, n è che il numero di ripetizioni a quel punto nel tempo, generalmente otto ripetizioni (quattro e quattro SX), yho è la proporzione osservata di asincrone risposte, p i è la percentuale di risposte asincrone preveduto dalla curva componibile. Devianza il valore 0 indica una perfetta vestibilità. - Rappresentare graficamente i risultati.
Nota: Dati dall'approccio casuale presentazione possono essere analizzati per determinare la TDT singolo o distribuito come descritto nella precedente sezione 3 per i dati derivanti dal metodo di presentazione di scala. Tuttavia, dovuto l'ordine di presentazione casuale degli intervalli Inter-stimoli, questi dati devono essere ordinati prima (dal più piccolo al più grande intervallo Inter-stimolo), prima d'iniziare l'analisi descritta sopra, tabella 2. Inoltre, non è necessario riempire i dati che seguono la presentazione casuale come, per impostazione predefinita, tutte le esecuzioni sono di uguale lunghezza.
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Risultati
Esempi di pieno punteggio fogli sono forniti nelle tabelle 1 e 2, dove questi rappresentano rispettivamente risultati a seguito della scala e metodi di presentazione dello stimolo casuale. Le soglie per ogni corsa (i tempi del primo di tre paia di stimolo considerato diverse ''), sono evidenziate. Nel caso di tabella 1, la TDT è calcolato come 25 ms (cioè, la mediana di 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40, 10 ms). Questi ...
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Discussione
Analisi e misurazione di TDT
Due forme di apparato (tavolo e cuffie), due metodi di presentazione dello stimolo (scala e casuale) e due approcci all'analisi dei dati (tradizionale e distribuzione) sono stati presentati per illustrare come misurare e quantificare una persona di temporale capacità di discriminazione. L'auricolare portatile offre un'opzione conveniente hardware che garantisce la coerenza in distanza e angoli tra il partecipante e le fonti di luce LED permettendo ...
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Dichiarazioni
Rebecca B Beck, Eavan M Mc Govern, John Butler, Dorina Birsanu, Brendan Quinlivan, Ines Beiser, Shruti Narasimham non avere nessun fonti di finanziamento, informazioni finanziarie o conflitto di interessi per dichiarare. Michael Hutchinson riceve borse di ricerca da distonia Irlanda, Health Research Board d'Irlanda (CSA-2012-5), Fondazione per la ricerca di distonia (Belgio) e l'Istituto irlandese di neuroscienze cliniche. Sean O'Riordan segnala la ricezione di un altoparlante'onorario di s da Abbvie. Richard Reilly riceve fondi dalla Science Foundation Ireland, Enterprise Ireland e la Health Research Board d'Irlanda.
Ringraziamenti
Questa ricerca è stata sostenuta da sovvenzioni da Health Research Board, distonia Irlanda, Science Foundation Ireland e l'Irish Institute per neuroscienza clinica.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Il set di teste TDT | può essere fornito dal Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College di Dublino. In alternativa, le istruzioni complete sono disponibili per il download gratuito da http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ | 1 | Un dispositivo portatile su misura per la presentazione di stimoli visivi. |
| La scatola LED da tavolo TDT | può essere fornita dal Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College di Dublino. In alternativa, le istruzioni complete sono disponibili per il download gratuito da http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ | 2 | Un dispositivo da tavolo costruito su misura per la presentazione di stimoli visivi. |
| Il microcontrollore | può essere fornito dal Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College di Dublino. In alternativa, le istruzioni complete sono disponibili per il download gratuito da http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ | 3 | Un microcontrollore costruito su misura per l'erogazione di stimoli visivi in scala o in ordine casuale, con intervalli precisi tra gli stimoli. |
Riferimenti
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