Met behulp van Saccadometry met Deep Brain Stimulation voor normale en pathologische hersenfunctie Studie
14 juli 2016
Dit artikel beschrijft het gebruik van kwantitatieve meting van oogbewegingen in combinatie met stimulatie van focale gebieden van de diepe hersenen om fysiologie, pathofysiologie en de mechanismen van diepe hersenstimulatie te bestuderen.
Het algemene doel van deze procedure is om de effecten van diepe hersenstimulatie op saccarische oogbewegingen te meten. De combinatie van diepe hersenstimulatie met saccademeting biedt een hulpmiddel om normale en pathologische hersenfunctie te bestuderen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over de pathofysiologie van ziekten die verband houden met de basale ganglia.
Het grootste voordeel van deze techniek is dat deze kwantitatief en precies is, waardoor subtiele afwijkingen nauwkeurig kunnen worden gedetecteerd. Dit zijn enkele van de soorten stimulator-implantaten die worden gebruikt bij diepe hersenstimulatie. Ze bevatten een batterij en elektronica om een kleine elektrische stimulus te genereren.
De stimuluspulsen worden afgeleverd op precieze doellocatie in de hersenen met behulp van contacten aan het uiteinde van een draad zoals deze. Begin met het uitleggen van de details van het onderzoek en het verstrekken van een toestemmingsformulier aan de deelnemer om te ondertekenen. Stel de saccadometra zo in dat voor elke proef het centrale fixatiedoelwit gedurende een willekeurige periode van 1,0 tot 2,0 seconden wordt weergegeven, waarna het wordt uitgedoofd en een van de randrode doelen willekeurig aan de rechter- of linkerkant verschijnt.
Vraag vervolgens de deelnemer om 1,5 meter van een vlakke matte scherm te zitten. Plaats de saccadometra op het hoofd van de deelnemer zodat deze op de brug van de neus rust en bevestig met een elastische verstelbare riem. Zorg ervoor dat de omgevingsverlichting dim is, zodat de stimuli duidelijk zichtbaar zijn.
Instrueer vervolgens de deelnemer dat de 40 minuten durende test sessie bestaat uit vijf blokken met een pauze van een minuut tussen elk blok. Voorafgaand aan het eerste blok, instrueer de deelnemer om hun ogen zo snel en nauwkeurig mogelijk te bewegen om de rode stip te volgen die van het midden naar de ene of andere kant springt. Leg uit dat ze dit 60 keer moeten doen.
Stel de saccadometra in om een reeks van 60 proeven te genereren en druk vervolgens op de knop op het apparaat om het eerste blok proeven te starten. Na de voltooiing van het eerste blok wacht u een minuut voordat u het tweede blok start. Stel de saccadometra opnieuw in om een reeks van 40 proeven te genereren.
Tegen het einde van de minuut durende pauze, instrueer de deelnemer om hun ogen zo snel mogelijk in de tegenovergestelde richting van de rode stip te bewegen. Informeer hen dat ze dit 40 keer moeten doen. Start vervolgens het tweede blok proeven.
Na de voltooiing van het tweede blok, wacht u een minuut en herhaalt u de instructies van het tweede blok nog twee keer voor blokken drie en vier. Ten slotte, na het voltooien van het vierde blok, wacht u een minuut en instrueert u de deelnemers om hun ogen zo snel en nauwkeurig mogelijk te bewegen om de rode stip te volgen die van het midden naar de ene kant naar de andere springt, precies zoals ze dat in het eerste blok deden. Stel de saccadometra opnieuw in om een reeks van 60 proeven te genereren en start het laatste blok proeven.
Opmerking voor deelnemers met diepe hersenstimulatoren of DBS-systemen: voer saccadisch testen twee keer uit. Een keer met het DBS-systeem dat normaal draait en een tweede keer met het DBS-systeem uitgeschakeld. Om de sessie zonder stimulatie uit te voeren, laat een getraind klinisch personeel het DBS-systeem 30 minuten voorafgaand aan de test uitschakelen.
Voltooi vervolgens het saccadisch testen. Zodra de sessie is voltooid, schakel het DBS-systeem weer in. Om de gegevens te analyseren, downloadt u de ruwe gegevens van de saccadometra naar een computer.
Gebruik vervolgens het softwareprogramma van de saccadometra om saccades uit te sluiten die vervormd zijn door knipperen en hoofdbewegingen. Bereken variabelen, inclusief saccadisch latencies, pieksnelheden en amplituden. Hier worden de prosaccadische latentieresultaten getoond voor een Parkinsonpatiënt na DBS van de nucleus subthalamicus wanneer de DBS is in- en uitgeschakeld.
De verdeling van saccades verandert wanneer de stimulator wordt ingeschakeld, wat een vermindering van het aantal lange latentiesaccades en een overeenkomstige afname van de gemiddelde latentie laat zien. Eenmaal onder de knie, kan deze techniek in ongeveer 70 minuten worden uitgevoerd als deze goed wordt uitgevoerd. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat de saccadometra centraal op de brug van de neus moet zitten en dat de kamerverlichting dim is.
Na dit proces kunnen meer geavanceerde saccarische taken worden gebruikt om aanvullende vragen te beantwoorden, zoals hoe de cognitieve controle van oogbewegingen wordt beïnvloed door diepe hersenstimulatie. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe psychodometrie kan worden gebruikt bij proefpersonen met diepe hersenstimulatorsystemen. Vergeet niet dat het werken met lasers gevaarlijk kan zijn en dat u ervoor moet zorgen dat zowel de deelnemers als de experimentator niet direct in de laserstralen kijken.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie onderzoekt de effecten van diepe hersenstimulatie op saccarische oogbewegingen en biedt inzichten in zowel normale als pathologische hersenfuncties. Door stimulatie te combineren met nauwkeurige meettechnieken, wil het onderzoek het begrip van met basale ganglia gerelateerde ziekten verbeteren.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Elektrofysiologie
- Pathofysiologie
Achtergrond
- Diepe hersenstimulatie is een therapeutische techniek die wordt gebruikt voor verschillende neurologische stoornissen.
- Saccadische oogbewegingen zijn snelle bewegingen van het oog die cruciaal zijn voor visuele waarneming.
- Het begrijpen van de interactie tussen deze twee kan belangrijke fysiologische inzichten opleveren.
- Deze methode maakt kwantitatieve en nauwkeurige metingen van oogbewegingen mogelijk.
Doel van de studie
- Om de effecten van diepe hersenstimulatie op saccarische oogbewegingen te meten.
- Om de pathofysiologie van met basale ganglia gerelateerde ziekten te onderzoeken.
- Om een nauwkeurige tool te ontwikkelen voor het bestuderen van hersenfunctie.
Gebruikte methoden
- Kwantitatieve meting van oogbewegingen.
- Stimulatie van focale gebieden in de diepe hersenen.
- Gebruik van verschillende stimulator-implantaten die elektrische stimuli genereren.
- Combinatie van stimulatie- en meettechnieken.
Belangrijkste resultaten
- De techniek maakt nauwkeurige detectie van subtiele abnormaliteiten in oogbewegingen mogelijk.
- De verkregen inzichten kunnen helpen bij het begrijpen van normale en pathologische hersenfuncties.
- De resultaten dragen bij aan de kennis over de mechanismen van diepe hersenstimulatie.
Conclusies
- Deze methode is waardevol voor het bestuderen van de fysiologie en pathofysiologie van de hersenen.
- Het biedt een raamwerk voor toekomstig onderzoek naar met basale ganglia gerelateerde ziekten.
- Kwantitatieve analyse verbetert het begrip van hersenfunctie.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Quantitative measurement of saccadic eye movements provides a translational biomarker for basal ganglia-related neurodegenerative diseases, enabling objective assessment of disease progression and therapeutic intervention effects. This approach supports mechanistic de-risking in target validation by linking deep brain stimulation outcomes to functional oculomotor readouts, improving predictive confidence in preclinical and early clinical decision-making. The method enhances portfolio relevance by offering a cross-functional, reproducible readout applicable across Parkinson's, Huntington's, and other basal ganglia disorders.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying how basal ganglia perturbation affects saccadic latency and velocity.
- Operational Value: Provides a precise, quantitative readout for functional target validation in disease-relevant neural circuits.
- Predictive Value: Supports mechanistic de-risking by correlating stimulation parameters with eye movement biomarkers, reducing ambiguity in pathway engagement.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates standardized, reproducible measurements of saccadic latency, peak velocity, and amplitude for compound or intervention screening.
- Quantitative Output: Enables detection of subtle abnormalities in eye movement distributions, supporting assay sensitivity for early efficacy signals.
- Platform Scalability: Supports repeated testing sessions (on/off stimulation) to assess consistency and reliability across experimental conditions.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Directly models pathophysiological features of Parkinson's disease, such as increased saccadic latency, in a quantifiable manner.
- Translational Continuity: Bridges discovery and preclinical validation by providing a biomarker translatable from animal models to human studies.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by quantifying functional recovery or deterioration following neuromodulation.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical evaluation, offering a functional biomarker that tracks modulation of basal ganglia circuitry.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by measuring how deep brain stimulation alters saccadic parameters, clarifying circuit-level pathophysiology.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative outputs (latency, velocity, amplitude) that enable reliable comparison across stimulation states or genetic models.
- Analytics: Provides statistical distributions of saccadic metrics, facilitating group comparisons and effect size quantification for decision-making.
- Translational Research: Connects neuromodulation effects to clinically relevant oculomotor endpoints, supporting biomarker qualification efforts.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable platform for assessing diverse neuromodulatory interventions across multiple basal ganglia targets.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in how neuromodulation affects brain function.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through fixed trial structures, stimulus timing, and head-mounted tracking.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early detection of ineffective targets, reducing late-stage failure risk.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by quantifying target engagement and functional modulation in disease-relevant systems.
Implementation Considerations
- Requires expertise in oculomotor testing, neurostimulation systems, and clinical trial coordination for implanted device studies.
- Dependent on saccadometer hardware and software for stimulus delivery, eye tracking, and data exclusion of blink- or movement-artifacts.
- Necessitates cross-team standardization between neurology, neurosurgery, and research staff for consistent DBS on/off testing protocols.
- Involves adaptation considerations when applying to different model systems or saccadic task variants (e.g., prosaccade vs. antisaccade).
- Limited by participant availability, stimulator accessibility, and the need for controlled lighting and seating distance to ensure data quality.
