La misura e l'analisi della soglia di discriminazione temporale applicata alla distonia cervicale

Misurazione e analisi della soglia di discriminazione temporale applicata alla distonia cervicale. L'individuazione dei cambiamenti ambientali è la chiave per la sopravvivenza. La nostra capacità di percepire tale cambiamento e reagire rapidamente dipende da una rete all'interno del mesencefalo.

Questa importante rete emette comandi motori e risponde ai cambiamenti ambientali e dirige la nostra attenzione in modo riflessivo. Il termine discriminazione temporale descrive la capacità di una persona di discriminare o percepire rapidi cambiamenti nel proprio ambiente. L'obiettivo di questo articolo è quello di presentare due metodi per la misurazione e l'analisi della discriminazione temporale e di dimostrare l'applicazione di questa tecnica allo studio della distonia cervicale.

La soglia di discriminazione temporale è l'intervallo di tempo più breve in cui un osservatore può discriminare tra due stimoli asincroni e percepirli come se si verificassero separatamente. È stato dimostrato che la discriminazione temporale è anormale o prolungata nei disturbi che colpiscono i gangli della base, inclusa la distonia. La distonia è il terzo disturbo del movimento più comune dopo il morbo di Parkinson e il tremore essenziale.

È caratterizzata da contrazioni muscolari sostenute o intermittenti che causano movimenti o posture anormali, spesso ripetitivi. La patogenesi della distonia cervicale non è nota. La distonia può colpire qualsiasi parte del corpo.

Quando colpisce una parte del corpo, è nota come distonia focale. La distonia che colpisce i muscoli del collo è nota come distonia cervicale ed è la forma più comune di distonia focale ad esordio nell'età adulta. La soglia di discriminazione temporale viene misurata negli individui con distonia cervicale, nei loro parenti non affetti e nei controlli sani.

Si ritiene che questa tecnica possa fornire informazioni sull'attività dei neuroni sensoriali visivi negli strati superficiali del collicolo superiore e che questa intuizione possa forse fornire indizi sui meccanismi patologici alla base della distonia cervicale. Gli stimoli visivi, due LED gialli, sono racchiusi in soluzioni hardware personalizzate che consentono di presentare gli stimoli con gli intervalli di interstimolo di millisecondi desiderati. Sono state sviluppate due opzioni hardware.

Il primo è il tradizionale metodo da tavolo da laboratorio in cui i LED sono posizionati a sette gradi dal punto centrale del soggetto sui lati sinistro e destro. Questo esperimento viene condotto in una stanza buia. La seconda soluzione hardware è un auricolare portatile che consente di eseguire i test in qualsiasi luogo.

Questa soluzione hardware fornisce coerenza nella distanza e negli angoli tra gli stimoli e il partecipante. Dopo la presentazione di ciascuna coppia di stimoli, il partecipante risponde in modo identico o diverso a seconda che percepisca gli stimoli come sincroni o asincroni. L'approccio standard alla presentazione degli stimoli è un approccio a scale.

Questo metodo consiste nel presentare all'individuo stimoli progressivamente asincroni. Gli stimoli vengono presentati ogni cinque secondi con l'intervallo interstimolo che aumenta di cinque millisecondi ogni volta. La prova termina quando un partecipante risponde in modo diverso per tre coppie consecutive di stimoli.

L'esperimento viene ripetuto quattro volte a sinistra e a destra, per un totale di otto corse. La soglia di discriminazione temporale viene calcolata prendendo la mediana delle soglie di ciascuna delle otto corse per quell'individuo. A causa di un potenziale effetto di apprendimento nel metodo della scala, abbiamo sviluppato un metodo di ordine di presentazione randomizzato.

Le coppie di stimoli vengono ancora presentate ogni cinque secondi, ma l'intervallo interstimolo varia in modo casuale da zero a 100 millisecondi. Il metodo standard di analisi dei dati di discriminazione temporale produce un singolo valore espresso in millisecondi. Usiamo questo valore per calcolare il punteggio zed per ogni individuo.

Il punteggio zed è definito come la differenza tra il valore della soglia di discriminazione temporale o TDT del partecipante e il TDT medio di una popolazione di controllo di pari età diviso per la deviazione standard dei valori TDT per quella popolazione di controllo. I valori di TDT che determinano punteggi zed superiori a 2,5 sono considerati anormali. Sebbene questo approccio sia stato ampiamente utilizzato e la TDT abbia dimostrato di essere un endofenotipo forte e selettivo, si tratta comunque di un singolo valore.

Per caratterizzare completamente i dati di un partecipante, abbiamo ampliato la nostra analisi per adattare i suoi dati a una distribuzione gaussiana cumulativa. La media di questa distribuzione rappresenta il punto in cui i partecipanti hanno la stessa probabilità di rispondere in modo identico o diverso. Questo punto è indicato come il Punto di Uguaglianza Soggettiva.

La deviazione standard della distribuzione gaussiana, nota anche come Just Noticeable Difference, indica quanto i partecipanti siano sensibili ai cambiamenti nell'asincronia temporale intorno alla loro media. Il metodo viene rafforzato sottoponendo i dati a un'analisi bootstrap non parametrica per ottenere intervalli di confidenza del 95% per ciascun partecipante. Entrambe le metriche sono correlate alla soglia di discriminazione temporale, ma sono indipendenti l'una dall'altra.

Questo metodo di analisi ha il potenziale per rivelare sottili differenze tra il paziente e il gruppo di controllo che potrebbero non essere evidenti dal metodo standard. I geni patogenetici sono stati identificati in meno dell'1% dei casi di distonia focale ad esordio nell'età adulta. L'endofenotipo è un marcatore subclinico del trasporto genetico che può aiutarci a comprendere i meccanismi patologici della malattia.

La soglia di discriminazione temporale, un potenziale endofenotipo per la distonia focale ad esordio nell'età adulta, è anormale fino al 97% dei pazienti e in circa il 50% dei loro parenti clinicamente non affetti. Inoltre, una TDT anormale segue un modello correlato all'età e al sesso simile a quello della distonia cervicale. Questi risultati suggeriscono un'eredità autosomica dominante e supportano l'uso della TDT come endofenotipo per la distonia focale ad esordio nell'età adulta e in particolare per la distonia cervicale.

Un TDT anomalo può essere interpretato come una ridotta capacità di rilevare o discriminare il cambiamento ambientale. Il collicolo superiore situato nella parte posteriore del mesencefalo svolge un ruolo fondamentale nel rilevare e reagire agli stimoli salienti. Diamo un'occhiata più da vicino a questa struttura.

Il collicolo superiore è una struttura laminata accoppiata situata nel mesencefalo dorsale. È il centro primario del tronco encefalico per la trasformazione delle informazioni spaziali della posizione target e per l'orientamento del movimento della testa e degli occhi. Il collicolo superiore è costituito da diversi strati con un'organizzazione distinta.

Tuttavia, può essere separato funzionalmente in uno strato superficiale e profondo. Lo strato superficiale riceve input diretti dal sistema visivo e contiene una mappa topografica del mondo circostante in coordinate retinotopiche. I neuroni visio-sensoriali rispondono agli stimoli ambientali salienti che a loro volta codificano la posizione degli oggetti in una mappa retinotopica.

I neuroni premotori nello strato profondo proiettano verso altre regioni del cervello che, quando si eccitano, si accendono ad alte frequenze, generando rapidi movimenti oculari noti come saccadi nella direzione del bersaglio. Lo strato profondo contiene anche motoneuroni che proiettano verso il midollo cervicale superiore attraverso la via tectospinale. Quando questi neuroni vengono attivati, la testa si gira verso il bersaglio.

L'attività collicolare superiore è modulata dall'acido gamma-aminobutirrico o GABA, un neurotrasmettitore inibitorio. L'attività GABAergica inibitoria limita la durata della risposta transitoria sia nei neuroni sensoriali visivi nello strato superficiale che nei neuroni premotori nello strato profondo del collicolo superiore. In risposta a uno stimolo visivo, la maggior parte dei neuroni nello strato superficiale mostra una risposta transitoria all'accensione.

L'inibizione GABAergica quindi silenzia questa risposta, consentendo ai neuroni di essere pronti a rispondere di nuovo quando lo stimolo visivo viene disattivato. Se il GABA è insufficiente, questi neuroni possono diventare attivi in modo disfunzionale. Si ipotizza che un'insufficiente inibizione GABAergica provochi un'attivazione prolungata dei neuroni visio-sensoriali dando origine a una discriminazione temporale anormale.

Inoltre, si ipotizza che i movimenti anomali caratteristici della distonia cervicale provochino anche un'insufficiente inibizione GABAergica che causa un'attivazione prolungata dei motoneuroni negli strati profondi del collicolo superiore. Abbiamo dimostrato che la discriminazione temporale può essere misurata in modo semplice ed efficiente e che questo semplice strumento è un endofenotipo affidabile per la distonia cervicale. Inoltre, può potenzialmente fornire informazioni sui meccanismi patologici di questo disturbo.