Methodenartikel

Vestibulaire perceptuele drempels schatten schatten met behulp van een bewegingsplatform met zes vrijheidsgraden

3.5K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/63909

⸱

4 augustus 2022

 ,  ,  , 
1Institute of Psychology, University of Bern

In dit artikel

Samenvatting

In dit artikel beschrijven we de methoden, procedures en technologieën die nodig zijn om vestibulaire perceptuele drempels te schatten met behulp van een bewegingsplatform met zes vrijheidsgraden.

Samenvatting

Vestibulaire perceptuele drempels verwijzen naar de bewegingsintensiteit die nodig is om een deelnemer in staat te stellen een beweging te detecteren of te onderscheiden op basis van vestibulaire input. Met behulp van passieve bewegingsprofielen die worden geleverd door zes bewegingsgradenplatforms, kunnen vestibulaire perceptuele drempels worden geschat voor elke vorm van beweging en daardoor elk van de subcomponenten van het vestibulaire eindorgaan richten. Beoordelingen van vestibulaire drempels zijn klinisch relevant omdat ze een aanvulling vormen op diagnostische hulpmiddelen zoals calorische irrigatie, de hoofdimpulstest (HIT) of vestibulair opgewekte myogene potentialen (VEMP's), die alleen informatie verschaffen over subcomponenten van het vestibulaire systeem, maar geen van hen maakt het mogelijk om alle componenten te beoordelen. Er zijn verschillende methoden met verschillende voor- en nadelen voor het schatten van vestibulaire perceptuele drempels. In dit artikel presenteren we een protocol met behulp van een adaptief trapalgoritme en sinusoïdale bewegingsprofielen voor een efficiënte schattingsprocedure. Adaptieve trapalgoritmes houden rekening met de responsgeschiedenis om de pieksnelheid van de volgende stimuli te bepalen en zijn de meest gebruikte algoritmen in het vestibulaire domein. We bespreken verder de impact van bewegingsfrequentie op vestibulaire perceptuele drempels.

Inleiding

Het menselijke vestibulaire eindorgaan bestaat uit vijf componenten, elk geoptimaliseerd voor het detecteren van een specifieke component van het natuurlijke bewegingsspectrum. De drie halfronde kanalen zijn ruwweg orthogonaal op elkaar gericht, waardoor ze hoofdrotaties rond drie assen kunnen detecteren. De kanalen worden begeleid door twee macula-organen voor de registratie van translatieversnellingen langs de verticale as of in het horizontale vlak1. Een functionele achteruitgang of verlies in elk van de vijf componenten kan leiden tot ernstige symptomen zoals duizeligheid, duizeligheid, onbalans en een verhoogd risico op vallen2. Het objectief beoordelen van de functie van alle componenten afzonderlijk is echter een moeizame taak en vereist meerdere beoordelingen3. De toestand van het horizontale kanaal wordt bijvoorbeeld meestal beoordeeld door middel van calorische irrigatie en de hoofdimpulstest (HIT). De huidige gouden standaard voor het beoordelen van de macula-organen is vestibulaire evoked myogenic potentials (VEMP's). Door meerdere beoordelingen te combineren, komen clinici tot een completer beeld van de vestibulaire toestand waaruit ze diagnose- en behandelingsopties kunnen afleiden.

Een veelbelovende benadering voor het kwantificeren van vestibulaire prestaties zijn vestibulaire perceptuele drempels, die een objectieve, kwantitatieve maat bieden voor de laagste zelfbewegingsintensiteit die betrouwbaar kan worden gedetecteerd of gediscrimineerd door een deelnemer. Hoewel perceptuele drempelprocedures goed ingeburgerd zijn in sommige klinische disciplines (bijv. audiologie), worden perceptuele vestibulaire drempels nog niet gebruikt voor diagnostische doeleinden in het vestibulaire domein4. Een reden hiervoor is de niet-beschikbaarheid van bewegingsplatforms en eenvoudig te gebruiken software. In principe kunnen bewegingsplatforms en draaistoelen worden gebruikt voor drempelschatting. Hoewel bewegingsplatforms met zes vrijheidsgraden (6DOF) geschikt zijn voor het schatten van drempels voor verschillende bewegingsprofielen, waardoor het onderzoek van alle vijf subcomponenten van het vestibulaire orgaan mogelijk is, kunnen draaistoelen alleen worden gebruikt voor toegang tot rotaties in het horizontale (gier) vlak 1,4.

Vestibulaire drempels worden doorgaans geschat voor translaties langs de drie hoofdassen (naso-occipitale, inter-auditieve, head-vertical) en voor rotaties eromheen (yaw, pitch, roll), zoals gevisualiseerd in figuur 1. Vestibulaire perceptuele drempels zijn ook afhankelijk van de stimulusfrequentie5. Om dit te verklaren, worden bewegingsprofielen met een sinusoïdaal versnellingsprofiel, bestaande uit een enkele frequentie, meestal gebruikt voor drempelschatting, maar andere profielen 6,7,8 zijn in het verleden ook gebruikt.

Vestibulaire perceptuele drempels bieden een hulpmiddel voor het bestuderen van de interactie tussen vestibulaire sensatie en hogere cognitieve processen. Drempels vormen daarom een aanvulling op klinische beoordelingen zoals de HIT, calorische irrigatie en vestibulaire opgeroepen potentialen, die afhankelijk zijn van mechanismen (reflexbogen) die de cortex omzeilen. Bovendien beoordelen vestibulaire perceptuele drempels geschat op een bewegingsplatform de vestibulaire functie in een ecologisch geldige omgeving9, in plaats van kunstmatige stimulatie te gebruiken, die multi-sensorische conflicten introduceert1.

Vanwege de bidirectionele aard van vestibulaire stimuli10, is het gebruikelijk om vestibulaire discriminatie te schatten in plaats van detectiedrempels4. Tijdens een discriminatietaak neemt de deelnemer een prikkel waar en moet hij beslissen tot welke categorie hij behoort. Deelnemers moeten bijvoorbeeld beslissen in welke richting ze worden bewogen (bijvoorbeeld links / rechts). Het theoretische kader voor de drempelschatting is signaaldetectietheorie10,11. Discriminatiedrempels kunnen worden geschat met behulp van verschillende benaderingen, maar in het vestibulaire domein zijn adaptieve trapprocedures de standaard. In een adaptieve trapprocedure hangt de intensiteit, meestal de pieksnelheid, van de daaropvolgende beweging af van de reactie van de deelnemers (correct / onjuist) op de laatste stimulus / stimuli. Adaptieve trapprocedures kunnen op vele manieren worden geïmplementeerd12, maar het meest gebruikte algoritme in vestibulair onderzoek is x-down / y-up-procedures met vaste stapgroottes. In een trap met drie downs/één-up wordt bijvoorbeeld de stimulusintensiteit verminderd nadat de deelnemer in drie opeenvolgende onderzoeken de juiste antwoorden heeft gegeven, maar de intensiteit wordt verhoogd wanneer een onjuist antwoord is gegeven (figuur 2). De exacte selectie van x en y in een x-down/y-up trap stelt iemand in staat om verschillende drempelwaarden (percentage van de juiste antwoorden) te targeten 13. Een trap met drie downs /one-up richt zich op de intensiteit waar deelnemers correct reageren in 79,4% van de onderzoeken. Naast adaptieve trapprocedures hebben andere studies14 vooraf gedefinieerde, vaste intensiteiten gebruikt voor drempelschattingen. Het gebruik van vaste intensiteiten maakt het mogelijk om de hele psychometrische functie te schatten, die veel meer informatie bevat dan een enkele drempelwaarde. Procedures met een vaste intensiteit zijn echter tijdrovend en minder efficiënt wanneer alleen een specifieke drempelwaarde van belang is.

Dit artikel beschrijft een protocol voor het schatten van vestibulaire herkenningsdrempels met behulp van een 6DOF-bewegingsplatform en een adaptieve trapprocedure.

Protocol

Alle gegevens die voor dit manuscript werden gebruikt, werden geregistreerd nadat deelnemers hun geïnformeerde toestemming hadden gegeven en in overeenstemming met de ethische goedkeuring van de Faculteit der Menswetenschappen van de Universiteit van Bern [2020-04-00004].

1. Materialen

  1. Om vestibulaire waarnemingsdrempels in te schatten, moet u ervoor zorgen dat er toegang is tot een bewegingsplatform of een draaistoel.
  2. Zorg ervoor dat er besturingssoftware voor het programmeren van de bewegingsprofielen en het koppelen van het bewegingsplatform aanwezig is.
    OPMERKING: PlatformCommander 15,16, een open-source softwarepakket om het bewegingsplatform te interfacen, werd in dit onderzoek gebruikt. PlatformCommander maakt het mogelijk om sinusoïdale versnellingsprofielen te definiëren, die vaak worden gebruikt om vestibulaire drempels te schatten.
  3. Zorg ervoor dat er een antwoordapparaat aanwezig is, bijvoorbeeld een gamecontroller, voor het registreren van de antwoorden van de deelnemers.
  4. Bewegingsplatforms produceren ruis die gecorreleerd is met de bewegingsintensiteit. Deelnemers kunnen deze auditieve ruis gebruiken als een extra, onbedoelde bron van informatie bij het schatten van vestibulaire waarnemingsdrempels. Om het geluid van het platform te maskeren, presenteert u de deelnemers tijdens elke proef witte ruis via een hoofdtelefoon met ruisonderdrukking.
  5. Blinddoek de deelnemers om de invloed van visuele bewegingssignalen te elimineren.
  6. Bepaal welk schattingsalgoritme moet worden gebruikt en definieer de respectieve parameters. Als een trapbenadering wordt gebruikt, definieert u het startpunt, de stapgrootte, de up-date en beëindigingsregels. Als de gebruiker niet weet welke waarden hij moet kiezen, voer dan proefmetingen uit of raadpleeg de literatuur. Standaardinstellingen worden geleverd door de voorbeeldscripts die online beschikbaar zijn (https://gitlab.com/dr_e/2022-jovedemo).
    OPMERKING: Het startpunt definieert de pieksnelheid van het platform in de eerste proef. Bepaal geschikte startsnelheden door middel van proeftesten of door het raadplegen van de drempelliteratuur (voor gierdrempels, zie Grabherr et al.5). De stapgrootte beschrijft met hoeveel de intensiteit verandert tussen onderzoeken. De up-date regel beschrijft of en hoe de stimulatie-intensiteit wordt gewijzigd op basis van de reacties van de deelnemers. In het vestibulaire domein is een drie-omlaag/één-op-trap procedure gebruikelijk. Dit betekent dat de intensiteit na drie opeenvolgende juiste antwoorden wordt verminderd, maar na elk verkeerd antwoord wordt verhoogd. De beëindigingscriteria worden meestal gedefinieerd door een vast aantal onderzoeken of het aantal intensiteitsomkeringen. Intensiteitsomkeringen zijn proeven waarbij de respons een intensiteitstoename veroorzaakt nadat een of meer intensiteit is afgenomen of omgekeerd. Het meegeleverde script houdt de omkeringen bij, beëindigt de procedure en berekent automatisch de uiteindelijke drempelwaarde.
  7. Bepaal voor welke frequentie de drempel moet worden geschat. In de demonstratie werd 1 Hz gebruikt.
    OPMERKING: Vestibulaire drempels worden meestal onderzocht voor frequenties tussen 0,1 en 5 Hz, en het is bekend dat drempels afnemen naarmate de stimulatiefrequentie toeneemt3.
  8. Bepaal voor welk type beweging de drempel moet worden geschat. In de demonstratie worden gierrotaties uitgevoerd.
    OPMERKING: Drempels kunnen worden geschat voor vertalingen en rotaties. Drempels worden meestal geschat voor de drie hoofdassen (naso-occipitale, inter-auditieve, head-vertical) en de rotaties eromheen (roll, pitch, yaw). Het meegeleverde script schat slechts één gedefinieerde beweging (richting, frequentie) per keer. Voor het schatten van meerdere drempels kan het script echter opnieuw worden uitgevoerd met dezelfde of verschillende bewegingsparameters (richting, frequentie, rotatieassen).
  9. Begin elke drempelschattingsprocedure met training, zodat de deelnemer vertrouwd kan raken met de taak. Gebruik hiervoor het script "threshold-training.jl" dat online beschikbaar is (zie stap 1.6).
    OPMERKING: Het trainingsscript presenteert een reeks supra-drempel bewegingsstimuli. Het testscript regelt automatisch de schattingsprocedure, verwerkt de update van het trapalgoritme, de stimulusintensiteit, de presentatie van de bewegingsstimulus, de presentatie van auditieve witte ruis tijdens elke bewegingsstimulus en de registratie van alle relevante gegevens. Zorg er tijdens de training voor dat de deelnemer de taak begrijpt en geef begeleiding bij onzekerheden.

2. Instructies

  1. Leg de experimentele procedure uit aan de deelnemer en verkrijg geïnformeerde toestemming.
  2. Zet de deelnemer op de stoel die op het bewegingsplatform is gemonteerd.
  3. Beveilig de deelnemer met veiligheidsgordels.
  4. Geef de antwoordknoppen aan de deelnemer en leg uit hoe de sleutels aan de antwoorden zijn toegewezen.
  5. Blinddoek de deelnemer. Plaats de hoofdtelefoon op het hoofd van de deelnemer.
  6. Breng een goede hoofdfixatie aan.
  7. Schakel het bewegingsplatform in met de hoofd-, batterij- en controllerschakelaar.
  8. Zorg ervoor dat het gebied rond het platform vrij is en dat er tijdens de test geen mensen het bewegende platform kunnen benaderen.
  9. Start het script van de trainingsprocedure door julia threshold-training.jl op de opdrachtregel te typen.
  10. Informeer de deelnemer over de betrokkenheid van het bewegingsplatform.
  11. Zorg voor een succesvolle initialisatie van de sessie door de status te controleren die wordt weergegeven in de GUI van de serversoftware (PlatformCommander). Wanneer de statusweergave met succes is geïnitialiseerd, schakelt deze over van Sessie niet onderweg naar Korte reeks. Het geeft ook het IP-adres van de verbonden client weer en het tijdstip waarop de sessie is geïnitialiseerd. Als de sessie na enkele seconden niet is geïnitialiseerd, controleert u de netwerkverbinding tussen de client en de server. Zorg ervoor dat het bewegingsplatform is ingeschakeld en dat de controller is aangesloten.
  12. Zorg ervoor dat de deelnemer de taak begrijpt, wijs op fouten van de deelnemer (bijvoorbeeld wanneer ze op de verkeerde knoppen drukken) en reageer op mogelijke vragen die de deelnemer kan hebben.
  13. Informeer de deelnemer dat de trainingsprocedure is voltooid en dat de schattingsprocedure op het punt staat te beginnen.
  14. Start het script van de schattingsprocedure door julia threshold-test.jl op de opdrachtregel te typen.
  15. Houd toezicht op de volledig geautomatiseerde schattingsprocedure totdat de beëindigingscriteria zijn bereikt.
  16. Afhankelijk van het ontwerp herhaalt u de procedure vanaf stap 2.13 met behulp van verschillende stimuli of beëindigt u de procedure.
  17. Parkeer het bewegingsplatform.
  18. Verwijder de hoofdbevestiging, koptelefoon, blinder en knoppen en laat de deelnemer afdalen.
  19. Debrief de deelnemer over de procedure en vraag hen naar hun ervaring om verdere experimenten te verbeteren.
    OPMERKING: De procedure kan op elk moment worden gepauzeerd en vervolgens opnieuw worden gestart, bij voorkeur niet tijdens de drempelschattingsfase (stappen 2.15-2.17).

Resultaten

Het resultaat van de beschreven procedure is een grafiek met de gebruikte stimulusintensiteiten over studies (figuur 2). De intensiteiten moeten convergeren naar een constante waarde (figuur 2, stippellijn). De adaptieve trapprocedure koppelt een versnellingsintensiteit aan de bewegingsperceptie van de deelnemer. De drempel wordt doorgaans berekend door het testscript (bijv. threshold-test.jl) als de gemiddelde waarde van alle of een subset van de intensiteiten die worden gepresenteerd tijdens omkeerproeven. Verdere verwerking van de verkregen waarde is niet nodig. Afhankelijk van de gebruikte updateregel kunnen verschillende punten op de psychometrische functie worden gericht. Met behulp van de three-down/one-up-regel wordt de intensiteit geschat waarmee de deelnemer de juiste respons geeft in 79,4% van de onderzoeken.

Figuur 3 visualiseert een mislukte drempelschatting. In het voorbeeld werden de beëindigingscriteria ingesteld op 30 onderzoeken in plaats van een voldoende aantal omkeringen. Door de vroege fout (proef 11) resulteerden de schattingsprocedures in een slechte drempelschatting, die te herkennen is aan het feit dat de trap niet convergeerde naar een waarde, maar tot het einde een monotone daling behield.

figure-results-1
Figuur 1: Visualisatie van de hoofdassen en vlakken. De gevisualiseerde assen en vlakken worden meestal gebruikt om bewegingen te beschrijven die verband houden met hoofdbewegingen. Vestibulaire perceptuele drempels worden meestal geschat voor de naso-occipitale (NO), inter-auditieve (IA) en head-vertical (HV) assen, en voor rotaties eromheen die worden aangeduid als gier-, pitch- of rolrotaties. De figuur is gemaakt met behulp van een vrij beschikbare 3D-kop model17. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 2: Visualisatie van een drie-omlaag/één-op-trap procedure. Intensiteitsomkeringen worden in het rood gevisualiseerd. Driehoeken die naar boven wijzen vertegenwoordigen onderzoeken met de juiste antwoorden, en driehoeken die naar beneden wijzen, vertegenwoordigen onderzoeken met onjuiste antwoorden. De stippellijn vertegenwoordigt de geschatte drempel, die werd berekend als de gemiddelde waarde van alle acht omkeerintensiteiten. In het begin volgt de updateregel een one-down patroon tot de eerste omkering (trial 6). Dit maakt een efficiëntere drempelschatting mogelijk, vooral in gevallen waarin de startintensiteit groot is in vergelijking met de onbekende drempel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-3
Figuur 3: Visualisatie van een mislukte drempelschatting. Vanwege de beëindigingscriteria (30 proeven) en een geselecteerde startintensiteit relatief ver weg van de werkelijke drempel, convergeerde de trapfunctie niet. Een snellere convergentie naar de ware drempel wordt belemmerd door een vroege, valse reactie (proef 11). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Het gepresenteerde protocol maakt een betrouwbare en efficiënte schatting van vestibulaire perceptuele drempels mogelijk. Het protocol is geschikt voor drempelschatting langs en rond willekeurige assen en kan worden toegepast voor alle relevante stimulusfrequenties (bijv. 0,1-5 Hz). Hoewel we gegevens presenteren met behulp van een standaard drie-omlaag / één-omhoog adaptieve trapprocedure, kan het protocol ook worden gebruikt voor andere, efficiëntere schattingsprocedures12, inclusief vaste intensiteit, getransformeerd / gewogen omhoog / omlaag of Bayesiaanse (bijv. Quest18) benaderingen. Een uitputtende bespreking van de beschikbare algoritmen valt buiten het bestek van het gepresenteerde manuscript, maar een uitstekende vergelijking van theorie, simulaties en feitelijke gegevens is elders te vinden19. Efficiënte schattingsprocedures zijn van groot belang in de klinische context, waar de tijd beperkt is, en onderzoek naar snellere beoordelingen wordt momenteeluitgevoerd 19,20.

Een veelbelovend onderzoeksgebied is de identificatie van bepaalde bewegingsprofielen en andere klinisch relevante parameters zoals balans 2,21. Deze onderzoekslijn is belangrijk omdat het richtlijnen biedt over welke assen en frequenties het meest voorspelbaar zijn voor klinisch relevant gedrag en gebeurtenissen, zoals het risico om te vallen, waardoor de zoekruimte in een klinische context wordt verkleind.

Zodra de apparatuur en software beschikbaar zijn en werken zoals bedoeld, zijn twee factoren van cruciaal belang voor een betrouwbare drempelschatting. Ten eerste moet de experimentator ervoor zorgen dat de deelnemer de taak begrijpt en waakzaam blijft gedurende de hele procedure. Voor de meeste stimuli (bijvoorbeeld alle vertalingen) zijn de instructies duidelijk en gemakkelijk te volgen. Voor pitch- en rolrotaties kan de instructie om met links of rechts te antwoorden echter dubbelzinnig zijn, vooral wanneer de rotatieas op hoofdhoogte wordt geplaatst. In deze gevallen draaien de lichaamsdelen boven de rotatieassen (bijv. hoofd) in de tegenovergestelde richting dan de lichaamsdelen onder de rotatieassen (bijv. Voeten). De termen links/rechts kunnen dubbelzinnig zijn en het kan nuttig zijn om de deelnemers te vragen bewegingen te classificeren als met de klok mee of tegen de klok in. Het is belangrijk om uit te leggen en te oefenen hoe van de deelnemer wordt verwacht dat hij de bewegingsprikkels beoordeelt. Een voldoende aantal teststudies is vooral belangrijk wanneer patiënten of oudere volwassenen worden onderzocht.

Ten tweede is het belangrijk om een voldoende aantal onderzoeken rond de drempel te kiezen. We raden een adaptief beëindigingscriterium aan als het aantal intensiteitsomkeringen, in plaats van een vast aantal onderzoeken dat door anderen is gebruikt 7,22. Bovendien kan het gebruik van een vooraf gedefinieerd aantal proeven inefficiënt worden en het risico dragen dat de trap niet convergeert wanneer de startintensiteit te ver van de drempel verwijderd is. Over het algemeen zijn proefexperimenten vereist om redelijke startintensiteiten en beëindigingscriteria te selecteren.

Trapalgoritmes streven ernaar om een enkel punt op de psychometrische functie23,24 te schatten. Daarom geven ze beperkte informatie omdat responsbias en de helling van de psychometrische functie niet kunnen worden afgeleid uit de geschatte drempel. Als dergelijke parameters van belang zijn, kunnen vaste intensiteiten worden gebruikt om over een groter interval te bemonsteren, waardoor de psychometrische functie kan worden aangepast. Hoewel een dergelijke procedure tijdrovender is, maakt het meer geavanceerde analyses mogelijk die waardevolle inzichten kunnen opleveren14,25. Als alternatief kunnen adaptieve hellingsschattingsalgoritmen worden gebruikt13.

Een belangrijk aspect bij het schatten van vestibulaire waarnemingsdrempels is het minimaliseren van signalen van andere sensorische systemen. Om dit te bereiken, wordt de ruis die door het platform wordt gegenereerd meestal gemaskeerd door witte ruis. Het minimaliseren van proprioceptieve of tactiele signalen is uitdagender1 en kan slechts gedeeltelijk worden bereikt omdat versnelling een kracht vereist die op het lichaam inwerkt, wat onvermijdelijk extra vestibulaire stimulatie zal veroorzaken. Kussens worden echter vaak gebruikt om tactiele en proprioceptieve signalen te verminderen. Evenzo is de hoofdfixatie vereist om een constante oriëntatie van de vestibulaire organen ten opzichte van de beweging te garanderen en om ervoor te zorgen dat het bewegingsprofiel dat door het hoofd wordt uitgevoerd hetzelfde is als dat van het platform, zonder enige filtering door het lichaam die plaatsvindt onder onbeperkte bewegingsomstandigheden26.

Op dit moment worden vestibulaire perceptuele drempels voornamelijk gebruikt in fundamenteel onderzoek. Studies toonden aan dat vestibulaire drempels toenemen met de leeftijdvan 27,28, en ze zijn afhankelijk van richting20,28 en de frequentie van beweging 5,29. Meer recent werden perceptuele drempels gebruikt om het eerste bewijs van perceptueel leren in het vestibulaire domein te documenteren14.

Studies waarin patiënten met vestibulaire stoornissen werden vergeleken met gezonde controles toonden veranderde vestibulaire perceptuele drempels in overeenstemming met hun pathologie. Zo werden de drempels verhoogd bij patiënten met vestibulair falen29,30,31, en een neiging tot verlaagde drempels of zelfs een overgevoeligheid werd aangetoond bij patiënten met vestibulaire migraine31,32. Deze studies impliceren het potentieel voor klinische toepassingen, en een recente review4 besprak de toepasbaarheid en bruikbaarheid van vestibulaire perceptuele drempels in een klinische diagnose. Een belangrijk aspect is dat perceptuele drempels unieke eigenschappen toevoegen aan de gereedschapskist van de arts. De standaardprocedures (HIT, VEMP, calorische irrigatie) gebruiken directe paden van de vestibulaire eindorganen naar de spieren van de ogen of baarmoederhals. Daarbij bieden ze niet de mogelijkheid om de informatieketen naar de neo-cortex te onderzoeken. De schatting van vestibulaire perceptuele drempels omvat daarentegen cognitieve processen die het mogelijk maken om het vestibulaire systeem vanuit een andere hoek te testen, wat vooral interessant kan zijn in de context van aanhoudende posturaal-perceptuele duizeligheid (PPPD). Een tekortkoming van de gepresenteerde procedure is het onvermogen om directionele asymmetrieën te detecteren, wat door anderen is gemeld33.

Vestibulaire perceptuele drempels zijn ook van belang bij de evaluatie en monitoring van (therapeutische) interventies. Veel studies gebruiken het risico op vallen als eindpunt bij de evaluatie van de effectiviteit van de behandeling. Aangezien echter een correlatie is aangetoond tussen vestibulaire drempels over de rolas en het risico op vallen2 en prestaties tijdens balanstaken34 , kunnen drempels worden gebruikt als een betrouwbaardere afhankelijke variabele, bijvoorbeeld om de uitkomst35 of optimale configuratie van vestibulaire implantaten te beoordelen.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben geen tegenstrijdige belangen.

Dankbetuigingen

We zijn dankbaar voor de steun van Carlo Prelz van het Technologieplatform van de faculteit Menswetenschappen. Wij danken Noel Strahm voor zijn bijdrage aan de trapuitvoering.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
6-DOF Motion PlatformMOOGModellen 170E122 of 170E131; 12 nov. 1999
HoofdtelefoonSonyWH-100XM3
PlatformCommanderUniversity of Bernis niet van toepassingOpen Source besturingssoftware: https://gitlab.com/KWM-PSY/platform-commander
ReactieknoppenLogitechG F310

Referenties

  1. Ertl, M., Boegle, R. Investigating the vestibular system using modern imaging techniques-A review on the available stimulation and imaging methods. Journal of Neuroscience Methods. 326, 108363(2019).
  2. Beylergil, S. B., Karmali, F., Wang, W., Bermúdez Rey, M. C., Merfeld, D. M. Vestibular roll tilt thresholds partially mediate age-related effects on balance. Progress in Brain Research. 248, 249-267 (2019).
  3. Brandt, T., Dieterich, M., Strupp, M. Vertigo and Dizziness. , Springer. London. (2013).
  4. Kobel, M. J., Wagner, A. R., Merfeld, D. M., Mattingly, J. K. Vestibular thresholds: A review of advances and challenges in clinical applications. Frontiers in Neurology. 12, 643634(2021).
  5. Grabherr, L., Nicoucar, K., Mast, F. W., Merfeld, D. M. Vestibular thresholds for yaw rotation about an earth-vertical axis as a function of frequency. Experimental Brain Research. 186 (4), 677-681 (2008).
  6. Seemungal, B. M., Gunaratne, I. A., Fleming, I. O., Gresty, M. A., Bronstein, A. M. Perceptual and nystagmic thresholds of vestibular function in yaw. Journal of Vestibular Research: Equilibrium and Orientation. 14 (6), 461-466 (2004).
  7. Gianna, C., Heimbrand, S., Gresty, M. Thresholds for detection of motion direction during passive lateral whole-body acceleration in normal subjects and patients with bilateral loss of labyrinthine function. Brain Research Bulletin. 40 (5-6), 443-447 (1996).
  8. Soyka, F., Robuffo Giordano, P., Beykirch, K., Bülthoff, H. H. Predicting direction detection thresholds for arbitrary translational acceleration profiles in the horizontal plane. Experimental Brain Research. 209 (1), 95-107 (2011).
  9. Ertl, M., et al. The cortical spatiotemporal correlate of otolith stimulation: Vestibular evoked potentials by body translations. NeuroImage. 155, 50-59 (2017).
  10. Merfeld, D. M. Signal detection theory and vestibular thresholds: I. Basic theory and practical considerations. Experimental Brain Research. 210 (3), 389-405 (2011).
  11. Kay, S. M. Fundamentals of Statistical Signal Processing: Detection Theory. , Prentice-Hall PTR. (1998).
  12. Kingdom, F. A. A., Prins, N. Psychophysics: A Practical Introduction. , Academic Press. (2016).
  13. Leek, M. R. Adaptive procedures in psychophysical research. Perception & Psychophysics. 63 (8), 1279-1292 (2001).
  14. Klaus, M. P., et al. Roll tilt self-motion direction discrimination training: First evidence for perceptual learning. Attention, Perception & Psychophysics. 82 (4), 1987-1999 (2020).
  15. Ertl, M., Prelz, C., Fitze, D. C., Wyssen, G., Mast, F. W. PlatformCommander-An open source software for an easy integration of motion platforms in research laboratories. SoftwareX. 17, 100945(2022).
  16. Ertl, M., Prelz, C., Fitze, D. C., Wyssen, G., Mast, F. W. Manual PlatformCommander Version 0.9. , (2021).
  17. Rihs, M., Fitze, D. C., Ertl, M., Wyssen, G., Mast, F. W. 3D Models of 6dof motion. , Available from: https://zenodo.org/record/6035612 (2022).
  18. Watson, A. B., Pelli, D. G. QUEST: A general multidimensional Bayesian adaptive psychometric method. Perception & Psychophysics. 33 (2), 113-120 (1983).
  19. Karmali, F., Chaudhuri, S. E., Yi, Y., Merfeld, D. M. Determining thresholds using adaptive procedures and psychometric fits: evaluating efficiency using theory, simulations, and human experiments. Experimental Brain Research. 234 (3), 773-789 (2016).
  20. Dupuits, B., et al. A new and faster test to assess vestibular perception. Frontiers in Neurology. 10, 707(2019).
  21. Karmali, F., Rey, M. C. B., Clark, T. K., Wang, W., Merfeld, D. M. Multivariate analyses of balance test performance,vestibular thresholds, and age. Frontiers in Neurology. 8, 578(2017).
  22. Keywan, A., Wuehr, M., Pradhan, C., Jahn, K. Noisy galvanic stimulation improves roll-tilt vestibular perception in healthy subjects. Frontiers in Neurology. 9, 83(2018).
  23. Wichmann, F. A., Hill, N. J. The psychometric function: I. Fitting, sampling, and goodness of fit. Perception & Psychophysics. 63 (8), 1293-1313 (2001).
  24. Wichmann, F. A., Hill, N. J. The psychometric function: II. Bootstrap-based confidence intervals and sampling. Perception & Psychophysics. 63 (8), 1314-1329 (2001).
  25. Zupan, L. H., Merfeld, D. M. Interaural self-motion linear velocity thresholds are shifted by roll vection. Experimental Brain Research. 191 (4), 505-511 (2008).
  26. Carriot, J., Jamali, M., Cullen, K. E., Chacron, M. J. Envelope statistics of self-motion signals experienced by human subjects during everyday activities: Implications for vestibular processing. PLoS ONE. 12 (6), 0178664(2017).
  27. Agrawal, Y., et al. Decline in semicircular canal and otolith function with age. Otology & Neurotology. 33 (5), 832-839 (2012).
  28. Rey, M. C. B., et al. Vestibular perceptual thresholds increase above the age of 40. Frontiers in Neurology. 7, 162(2016).
  29. Lim, K., Karmali, F., Nicoucar, K., Merfeld, D. M. Perceptual precision of passive body tilt is consistent with statistically optimal cue integration. Journal of Neurophysiology. 117 (5), 2037-2052 (2017).
  30. Agrawal, Y., Bremova, T., Kremmyda, O., Strupp, M. Semicircular canal, saccular and utricular function in patients with bilateral vestibulopathy: analysis based on etiology. Journal of Neurology. 260 (3), 876-883 (2013).
  31. Bremova, T., et al. Comparison of linear motion perception thresholds in vestibular migraine and Menière's disease. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 273 (10), 2931-2939 (2016).
  32. King, S., et al. Self-motion perception is sensitized in vestibular migraine: pathophysiologic and clinical implications. Scientific Reports. 9 (1), 1-12 (2019).
  33. Roditi, R. E., Crane, B. T. Directional asymmetries and age effects in human self-motion perception. Journal of the Association for Research in Otolaryngology. 13 (3), 381-401 (2012).
  34. Kobel, M. J., Wagner, A. R., Merfeld, D. M. Impact of gravity on the perception of linear motion. Journal of Neurophysiology. 126 (3), 875-887 (2021).
  35. Chow, M. R., et al. Posture, gait, quality of life, and hearing with a vestibular implant. New England Journal of Medicine. 384 (6), 521-532 (2021).

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Beweging in zes vrijheidsgradenAdaptief Trapsgewijs AlgoritmeSinuso dale BewegingsprofielenVestibulair EindorgaanMultisensorische IntegratieDrempelwaardeschattingDrift diffusiemodellenHoofdimpulstest

Gerelateerde artikelen