Articolo metodologico

Registrare le performance delle saccadi orizzontali con precisione in pazienti neurologici con Electro-oculogram

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DOI:

10.3791/56934

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13 marzo 2018

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1Department of Cell Physiology, Kyorin University, 2Segawa Memorial Neurological Clinic for Children, 3Department of Neurology, University of Tokyo, 4Department of Neurology, Kyorin University, 5Department of Neurology, Fukushima Medical University

In questo articolo

Sommario

L'articolo descrive un metodo pratico per la registrazione di movimenti oculari orizzontali con alta esattezza di electro-oculogram in pazienti neurologici, utilizzando un elettrodo di Coppa Ag-AgCl con frange larghe in plastica. Misura stabile richiede una selezione corretta e la fissazione degli elettrodi, prendendo tempo sufficiente per adattamento alla luce si verificano e ri-calibrazione secondo le necessità.

Abstract

Electro-oculogram (EOG) è stato ampiamente utilizzato per il movimento di occhio clinico registrazione, specialmente saccades orizzontali, anche se il video-oculography (VOG) in gran parte ha preso il posto di esso al giorno d'oggi a causa di sua maggiore precisione spaziale. Tuttavia, esistono situazioni in cui EOG presenta chiari vantaggi rispetto VOG, ad esempio, soggetti con i clefts occhio stretto o avere lenti di cataratta e pazienti con disordini del movimento. Il presente articolo viene illustrato che se correttamente implementato, EOG può raggiungere una precisione quasi buona come VOG con sostanziale stabilità per la registrazione, mentre eludere i problemi associati con registrazione VOG. Il presente documento descrive un metodo pratico per la registrazione di saccades orizzontali utilizzando paradigmi oculomotori con elevata precisione e stabilità di EOG in pazienti neurologici. Le misure necessarie sono di utilizzare un elettrodo Ag-AgCl con frange larghe in plastica in grado di ridurre il rumore e aspettare per adattamento alla luce sufficiente a verificarsi. Questo periodo di attesa anche aiuta ad per abbassare l'impedenza tra gli elettrodi e la pelle, garantendo in tal modo stabile segnale registrato col passare del tempo. Inoltre, ri-calibrazione viene eseguita secondo le necessità durante l'esecuzione di attività. Utilizzando questo metodo, lo sperimentatore può evitare derive di segnali, così come la contaminazione di manufatti o rumore proveniente dall'elettromiogramma e l'elettroencefalogramma e può raccogliere dati sufficienti per la valutazione clinica delle saccadi. Così, quando implementato, EOG può ancora essere un metodo di alta percorribilità che può essere ampiamente applicato a pazienti neurologici, ma può essere efficace anche per gli studi in soggetti normali.

Introduzione

Ci sono tre modi principali per registrare i movimenti di occhio, EOG convenzionale, la VOG registrata dall'occhio basati su video tracking system e il metodo di ricerca scleral coil (SSC). Fra loro, EOG è stato spesso utilizzato per la registrazione di movimenti oculari in pazienti dal 1970 per la sua semplicità. Ampiamente applicabile alla popolazione clinica, questo metodo è stato ampiamente utilizzato per la diagnosi di pazienti neurologici e ha fornito utili informazioni circa la fisiopatologia sottostante i disordini1,2, 3,4,5. Inoltre, è ancora l'unica tecnica che può essere concretamente utilizzato per la registrazione di movimenti degli occhi durante il sonno (movimento rapido degli occhi durante il sonno REM e altre forme di movimenti oculari).

Poiché il bulbo oculare è caricato positivamente nel suo aspetto anteriore compreso la cornea rispetto al suo aspetto posteriore, c'è una differenza di tensione tra gli aspetti anteriori e posteriori degli occhi definiti il potenziale corneo-retinico. A causa della presenza di questo potenziale, l'elettrodo giusto diventerà più positivo di sinistra quando i soggetti si trasforma lo sguardo verso destra e diventare negativo quando essi volgere lo sguardo a sinistra. Poiché la differenza di tensione tra gli elettrodi di destra e sinistra correla significativamente con l'angolo di rotazione dei bulbi oculari per saccades orizzontali, può essere utilizzato per misurare i movimenti oculari orizzontali. Tuttavia, questa correlazione non vale per la direzione verticale, anche se EOG verticale può ancora essere utilizzato per misurare i movimenti di occhio6. D'altra parte, alcuni studi usano principalmente verticale EOG per monitoraggio lampeggia.

Recentemente, tuttavia, VOG in gran parte ha preso il posto di EOG a causa sua maggiore precisione spaziale, raggiungendo fino a 0,25 - 0,5 gradi e ora è diventato il metodo standard per la registrazione nella regolazione clinica delle saccadi. Nel frattempo, EOG è venuto a essere considerato piuttosto obsoleto, poiché la sua precisione spaziale, al massimo 0,5 gradi, è inferiore a quella di VOG.

Tuttavia, VOG ha anche un proprio inconvenienti se utilizzato in ambito clinico. Ci sono casi in cui la VOG non è fattibile; ad esempio, eye-tracking diventa impreciso in soggetti con un occhio stretto schisi ad esempio quando l'area maggiore della cornea è occlusi dalle palpebre. In pazienti con lenti di cataratta, aberrante riflessione della luce infrarossa ostacola registrazione affidabile della direzione dello sguardo. EOG è inoltre in grado di offrire vantaggi per alcune persone per le quali il loro disordine di movimento rende VOG registrazione difficile. Inoltre, il sistema VOG è più costoso rispetto all'impostazione di EOG, che spesso rende l'ex disponibile nelle strutture mediche ordinarie.

D'altra parte, il metodo SSC è considerato come il gold standard per la misurazione di movimenti oculari. Confrontato con VOG ed EOG, questo metodo fornisce la massima precisione spaziale, fino a 0,1 gradi ed è particolarmente utile quando la registrazione comporta il movimento della testa ad alta frequenza6. Tuttavia, questo metodo è potenzialmente invasivo, cioè, doloroso e molto irritante per gli occhi e permette la registrazione solo per un breve periodo, circa sotto 30 min o più breve7,8,9,10 . Questa breve durata lo rende un metodo inadatto per l'ampia applicazione clinica, anche se è stato utilizzato con successo in alcune strutture specializzate11.

Sulla base di studi precedenti, registrando più di 250 pazienti neurologici e 480 oggetti normali di stesso gruppo12,13,14,15,16,17, 18,19, lo studio presente indica che EOG può essere sufficientemente accurata per servire come una tecnica standard di registrazione del movimento di occhio e ampiamente applicabile alla popolazione clinica, aggirano i vari inconvenienti di VOG e SSC. Il presente articolo descrive una stabile EOG metodo di registrazione, con un elettrodo con una frangia larga per consentire ampio e stabile contatto con la pelle, simile a quella di un elettrodo di EEG correttamente fissato sul cuoio capelluto di collodio per un lungo periodo di tempo di registrazione. L'impedenza dell'elettrodo va giù e la registrazione diventa stabile con il tempo, quindi efficacemente ridurre gli artefatti da elettroencefalografia e muscoli facciali. Questo metodo viene confrontato con VOG contemporaneamente registrate. Adeguatamente preparato e attuato, EOG è buono come VOG in termini di precisione per registrazione saccadi in pazienti neurologici ed EOG può anche essere più suscettibili di saccade registrazione negli oggetti normali.

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Protocollo

Tutte le procedure sperimentali in questo studio sono state approvate e condotto secondo le direttive del Comitato di etica di ricerca umana dell'istituzione dopo aver ottenuto il consenso informato.

1. preparare il soggetto e la camera per la ricodifica

  1. Eseguire la registrazione in una stanza con scarsa illuminazione ambientale, per consentire l'adattamento alla luce sufficiente.
  2. Hanno soggetti sedersi davanti a un nero, concavo a forma di cupola schermo misura 90-cm di diametro che contiene saccade obiettivi utilizzati per i paradigmi oculomotori e diodi emettitori di luce (LED) incorporati in fori di spillo, che servono come punti di fissazione.
    Nota: I LED sono disposti in orizzontale, verticale e oblique matrici in un nero, concavo a forma di cupola schermo, vale a dire, in 8 direzioni separati da 45 gradi dal centro e ad un intervallo di 5 gradi dal centro, come è stato originariamente ideato da Kato et al.. 20 per studi comportamentali e fisiologici e modificato per uso umano da Hikosaka et al. 21
  3. Per controllare le attività oculomotorie, rendere ogni soggetto tenere premuto un pulsante del microinterruttore collegato ad un microcomputer, che consente al soggetto di avviare e terminare una prova di attività premendo e rilasciando il pulsante.
    Nota: Attività e acquisizione dati sono controllati da un programma su misura, operando su un normale PC Windows.
  4. Stabilizzare la posizione della testa del soggetto da resti di mento e fronte, nonché da una capo banda.

2. Posizionare gli elettrodi per EOG

  1. Utilizzare un Ag-AgCl tazza elettrodo per la registrazione di EOG (Figura 1), che ha un diametro di 1,8 cm e uno spessore di 3,5 mm. Il fondo della tazza comprende l'elettrodo Ag-AgCl e la parete laterale è circondata da una frangia di plastica di spessore 5 mm, che consentano di ampio contatto con la pelle.
  2. Pulire la pelle con un batuffolo imbevuto di alcool.
  3. Riempire la tazza con la pasta di elettrodo.
  4. Stabile a fissare l'elettrodo sulla pelle posizionando il nastro adesivo doppio bastone sotto la plastica e allegare la frangia alla pelle.
  5. Per la registrazione di saccades orizzontali di EOG, posizionare gli elettrodi presso i canthi bilaterale degli occhi, mentre per la registrazione di saccades verticali, posizionare gli elettrodi sopra e sotto un occhio.

3. impostare gli amplificatori per la registrazione

  1. Utilizzare una corrente continua (DC)-amplificatore per la registrazione l'EOG, con il segnale dato valori numerici a 500 Hz.
  2. Registrare la VOG contemporaneamente, utilizzando l'occhio basati su video tracking system, che registra i dati di posizione di fissazione oculare a una frequenza di campionamento di 500-1.000 Hz.
  3. Alimentazione di uscita analogico delle posizioni orizzontale e verticale dell'occhio e impostare il filtro del sistema di acquisizione dati, con il filtro passa-basso segnale a 20 Hz.
  4. Inoltre, impostare il filtro per attenuare il rumore di frequenza alto-intermedio, ad esempio l'elettromiografia e l'elettroencefalografia.
    Nota: Per l'analisi, è necessario per il calcolo di profili di velocità saccadica dai dati della posizione degli occhi un processo ulteriore lisciatura (qui, 3-punto levigante è stata eseguita tre volte).
  5. Se possibile, misurare l'impedenza tra l'elettrodo e la pelle e mantenerla sotto 20 kΩ.

4. in attesa periodo dopo aver posizionato gli elettrodi per adattamento alla luce

  1. Attendere 10-20 min dopo aver posizionato l'elettrodo EOG sulla pelle, fino a quando non sufficiente luce adattamento avviene.
  2. Consentire la registrazione per stabilizzare e l'impedenza tra il gel per elettrodi a diminuire.

5. calibrare l'EOG e segnali VOG

  1. Eseguire la calibrazione di movimento di occhio prima di ogni sessione di prova avendo i soggetti guardare 5 posizioni pre-specificati.
  2. Più in particolare, rendere soggetti Mostra visual target nel centro e quelli che appaiono 20 gradi a sinistra, a destra, verso l'alto e verso il basso del punto di fissazione, sia per EOG e VOG.
  3. Regolare il guadagno di EOG come i soggetti fissano su questi punti, in modo che utilizzando il sistema di acquisizione dati su misura per il monitoraggio della posizione corrente dell'occhio visualizzata sullo schermo del computer corrisponde alla posizione di destinazione visualizzata sullo schermo.

6. registrare saccadi usando i paradigmi oculomotori e ricalibrare le posizioni occhio come stato necessario durante la sessione

  1. Istruire i soggetti circa i paradigmi oculomotori.
    Nota: Due compiti oculomotori sono tipicamente utilizzati per studi clinici, la saccade visivamente guida (VGS) e antisaccade (come) attività. Brevemente, in VGS, quando soggetti preme il pulsante, un posto centrale è acceso al centro della cupola, e i soggetti sono necessari prima di fissarsi su questo punto. 1.5-2 s più tardi, un obiettivo è presentato, in modo casuale in una posizione 5, 10, 20 o 30 gradi orizzontalmente a sinistra o a destra di esso, allo stesso tempo come il punto di fissazione centrale si spegne. I soggetti sono istruiti per rendere una saccade verso quella destinazione. L'attività, rendere i soggetti prima premere il pulsante e quindi richiedono loro di fissarsi sul punto di fissazione centrale così come appare. 1.5-2 s più tardi, la destinazione salta a sinistra o a destra di esso, simile al precedente. I soggetti sono tenuti a rendere una saccade verso una posizione simmetrica specchio attraverso il punto di fissazione centrale.
  2. Premere il pulsante e iniziare le prove, sono i soggetti.
  3. Durante la sessione, è possibile regolare il guadagno di EOG durante l'esecuzione di attività, in modo che la posizione dell'occhio corrente visualizzata sul monitor è sempre allineata con la posizione di destinazione visualizzata contemporaneamente sullo stesso schermo. Sia per EOG e VOG, eseguire ri-calibrazione per regolazione quando necessario durante gli esperimenti.
  4. Per confrontare le prestazioni delle due metodologie, analizzare i segnali EOG digitalizzati e filtrati dal DC-amplificatore e VOG da un programma di computer su misura e Visualizza i segnali EOG e VOG insieme nella stessa traccia.

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Risultati

La figura 2 Mostra record rappresentante simultaneo di EOG e VOG in un soggetto normale. 8 prove di VGS si sovrappongono per EOG (curve di grigio) e VOG (curve rosse; Figura 2 A). calibrato dal presente metodo, EOG e VOG dati sono noti per essere lineare in un range di 5-30 gradi, e la precisione spaziale dei dati è di 0,5 gradi.

I record ottenuti con i...

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Discussione

Anche se al giorno d'oggi, il metodo prevalente per la registrazione delle saccadi è diventato la VOG, il presente studio ha mostrato che EOG può raggiungere una precisione quasi paragonabile a quella di VOG se attuate correttamente (Figura 2). Il presente metodo EOG ha dimostrato di raggiungere una buona correlazione con VOG durante la registrazione di saccades orizzontali ed è stato usato con successo in molti studi precedenti per lo stesso gruppo12,

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla di divulgare per quanto riguarda questo studio.

Ringraziamenti

Dr. Terao è stata sostenuta da una sovvenzione del progetto di ricerca per la ricerca scientifica dal Ministero della pubblica istruzione, cultura, sport, scienza e tecnologia del Giappone [16K 09709, 16H 01497]. YU è stata sostenuta da una sovvenzione del progetto di ricerca per la ricerca scientifica dal Ministero della pubblica istruzione, cultura, sport, scienza e tecnologia del Giappone [No.25293206, n. 22390181, 15H 05881, 16H 05322]; di sovvenzioni da parte della Commissione di ricerca per il miglior rTMS trattamento del Parkinson malattia dal Ministero della salute e Welfare del Giappone; e dal comitato di ricerca sulla distonia del Ministero della salute ed il benessere del Giappone.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
ElettrodoNihon-Kohden (Tokyo, Giappone)NS111-115elettrodo a tazza
Pasta per elettrodiNihon-Kohden (Tokyo, Giappone)Gelaid Z-101BApasta per elettrodi in gel per riempire l'elettrodo a tazza
Nastro adesivo Nihon-Kohden (Tokyo, Giappone)H261per il fissaggio dell'elettrodo
Amplificatore CCNihon-Kohden (Tokyo, Giappone)Amplificatore AN-601Gper
il sistema di tracciamento oculare basato su videoSR research (Mississauga, Ontario, Canada)Sistema di tracciamento oculareEyelink II
Filtro NF corporationMS-521per il segnale EOG
Nastro biadesivo EOG per la registrazione del filtro VOG

Riferimenti

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