Przedstawiono metody pomiaru i analizy progu dyskryminacji czasowej oraz omówiono jego zastosowanie do badania patogenezy dystonii szyjnej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Przedstawiono metody pomiaru i analizy progu dyskryminacji czasowej oraz omówiono jego zastosowanie do badania patogenezy dystonii szyjnej.
Próg dyskryminacji czasowej (TDT) to najkrótszy przedział czasowy, w którym obserwator może rozróżnić dwa kolejne bodźce jako asynchroniczne (zazwyczaj 30-50 ms). Wykazano, że jest nieprawidłowy (przedłużony) w zaburzeniach neurologicznych, w tym w dystonii szyjnej, fenotypie idiopatycznej izolowanej dystonii ogniskowej o początku w wieku dorosłym. TDT jest ilościową miarą zdolności do postrzegania szybkich zmian w środowisku i jest uważany za wskaźnik zachowania neuronów wzrokowych w wzgórku górnym, kluczowym węźle w ukrytej orientacji uwagi. W artykule przedstawiono metody pomiaru TDT (w tym dwie opcje sprzętowe i dwa tryby prezentacji bodźców). Badamy również dwa podejścia do analizy danych i kalkulacji TDT. Omówiono również zastosowanie oceny dyskryminacji czasowej do zrozumienia patogenezy dystonii szyjnej i idiopatycznej izolowanej dystonii ogniskowej o początku w wieku dorosłym.
Dyskryminacja czasowa opisuje zdolność osoby do rozróżniania lub dostrzegania szybkich zmian w swoim otoczeniu. Próg dyskryminacji czasowej (TDT) to najkrótszy przedział czasu, w którym dana osoba może dostrzec, że dwa sekwencyjne bodźce sensoryczne są asynchroniczne. Wykazano, że dyskryminacja czasowa jest nienormalnie przedłużona w zaburzeniach wpływających na zwoje podstawy, w tym dystonii1,2,3,4,5,6,7.
Dystonia jest trzecim najczęstszym zaburzeniem neurologicznym ruchu - po chorobie Parkinsona i drżeniu samoistnym. Charakteryzuje się utrzymującymi się lub przerywanymi skurczami mięśni powodującymi nieprawidłowe, często powtarzające się ruchy lub postawy8. Dystonia może dotyczyć każdej części ciała. Kiedy dotyka jednej części ciała, jest to znane jako dystonia ogniskowa8. Dystonia wpływająca na mięśnie szyi jest znana jako dystonia szyjna i jest najczęstszym fenotypem idiopatycznej izolowanej dystonii ogniskowej u dorosłych. 9,10 Patogeneza dystonii szyjnej pozostaje nieznana; Uważa się, że jest to choroba genetyczna dziedziczona autosomalnie dominująco i znacznie zmniejszona penetracja. Czynniki środowiskowe są również uważane za ważne w odniesieniu do penetracji i ekspresji choroby.
Górny wzgórek, struktura sensomotoryczna znajdująca się w grzbietowej części śródmózgowia, jest ważna dla szybkiego wykrywania bodźców środowiskowych w procesie ukrytego zorientowania uwagi2,11,12. Bodźce wzrokowe szybko uzyskują dostęp do wzgórka górnego przez szlak wielkokomórkowy siatkówkowo-tektalny. TDT jest prostą, obiektywną miarą, która uważa się za reprezentującą przetwarzanie bodźców wzrokowych (i innych bodźców sensorycznych) w powierzchownych warstwach wzgórka górnego. TDT badano u osób z dystonią szyjną, ich zdrowych krewnych i zdrowych uczestników z grupy kontrolnej. W porównaniu z uczestnikami kontrolnymi dopasowanymi pod względem wieku i płci, nieprawidłowy TDT ma wysoką czułość (97%, 36 z 37 pacjentów) i swoistość (98-100%) w dystonii szyjnej1. Nieprawidłowy TDT stwierdzono u 50% zdrowych krewnych płci żeńskiej pierwszego stopnia pacjentów z dystonią szyjną (14 z 25, w wieku 48 lat lub starszych), wykazując penetrację związaną z wiekiem i płcią z dziedziczeniem autosomalnym dominującym13,14. Nieprawidłowy TDT u zdrowych krewnych pacjentów z dystonią szyjną (w porównaniu z krewnymi z prawidłowymi TDT) wiąże się ze zwiększoną objętością putaminalu (na podstawie morfometrii opartej na wokselach)15 i zmniejszoną aktywnością putaminalną (według fMRI)4. Wzgórek górny jest uważany za istotny węzeł w sieci neuronalnej, która jest dysfunkcyjna w dystonii szyjnej12. Uważa się, że ocena dyskryminacji czasowej dostarcza ważnych wskazówek co do patomechanizmów leżących u podstaw dystonii szyjnej.
Celem tego artykułu jest przedstawienie dwóch metod pomiaru i analizy dyskryminacji czasowej, a także pokazanie zastosowania tej metody do badania patofizjologii dystonii szyjnej.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Komisja Etyki Badań Medycznych w St. Vincent's University Hospital w Dublinie wyraziła zgodę na rekrutację pacjentów z dystonią szyjną, ich rodzeństwa (nieobciążonego dystonią) oraz zdrowych osób kontrolnych do udziału w opisanym poniżej protokole.
1. Sprzęt & Rozwiązania programowe
Uwaga: Opracowano dwie opcje sprzętowe do wyświetlania bodźców wizualnych z precyzyjnymi odstępami międzybodźcowymi. Obie zostały zaprojektowane i zbudowane wewnętrznie w Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin, i zostały opisane wcześniej5,16. Osoby pragnące odtworzyć dokładne rozwiązania sprzętowe wykorzystane w niniejszej pracy mogą poprosić o nie, kontaktując się bezpośrednio z Trinity Centre for Bioengineering. Alternatywnie, pełny zestaw instrukcji, w tym pliki do druku 3D zestawu nagłownego, instrukcje do towarzyszącego mikrokontrolera Arduino, itp., można pobrać ze strony http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Bodźce prezentowane w podejściu z wykorzystaniem pulpitu mogą być generowane za pomocą niestandardowych programów w Presentation (np. Neurobehavioural Systems), zainstalowanych na komputerze stacjonarnym i zaprogramowanych do sterowania diodami emitującymi światło (LED) poprzez port równoległy komputera. Alternatywnie, jak opisano poniżej, diodami LED na pulpicie można sterować za pomocą mikrokontrolera Arduino. Zarówno kod Presentation, jak i pliki Arduino są również dostępne do pobrania pod powyższym linkiem.

Rycina 1: (a) Schemat konstrukcji zestawu nagłownego. Para żółtych diod LED (średnica 5 mm) oraz czerwona dioda LED fiksacyjna (średnica 3 mm) są umieszczone po lewej i prawej stronie uczestnika za pomocą jednostki montowanej na głowie i stają się widoczne dzięki odbiciu w lustrach znajdujących się przed użytkownikiem. (b) Schematyczny model 3D zestawu nagłownego. Zestaw nagłowny został wykonany z nylonu spiekanego laserowo, waży 0,70 kg, posiada niski współczynnik przejrzystości i jest koloru czarnego, aby zminimalizować przenikanie światła. (a i b) zostały powielone z niewielką modyfikacją z pracy Butler et al.16 za zgodą IOP Publishing. (c) Pudełko z bodźcami LED do prezentacji na stole.
2. Prezentacja bodźców
Uwaga: Zastosowano dwa podejścia do prezentacji bodźców.
3. Analiza danych
), podzieloną przez odchylenie standardowe wartości TDT dla tej populacji kontrolnej
.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przykłady wypełnionych arkuszy wyników przedstawiono w Tabelach 1 i 2, które odpowiednio reprezentują wyniki uzyskane po zastosowaniu metody schodkowej oraz metody losowego prezentowania bodźców. Wyróżniono progi dla każdego przejścia (czas wystąpienia pierwszej z trzech par bodźców uznanych za 'różne'). W przypadku Tabeli 1, TDT obliczono jako 25 ms (t.j. mediana wartości 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40, 10 ms). Dane...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pomiary i analizy TDT
Zaprezentowano dwie formy aparatury (stołową i słuchawkową), dwie metody prezentacji bodźców (schodowa i losowa) oraz dwa podejścia do analizy danych (tradycyjne i dystrybucyjne), aby zilustrować, w jaki sposób mierzyć i kwantyfikować zdolność do dyskryminacji czasowej danej osoby. Przenośny zestaw słuchawkowy zapewnia wygodną opcję sprzętową, która zapewnia stałą odległość i kąty między uczestnikiem a źródłami światła LED, a jednocześnie umożliwia groma...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rebecca B Beck, Eavan M Mc Govern, John Butler, Dorina Birsanu, Brendan Quinlivan, Ines Beiser, Shruti Narasimham nie mają żadnych źródeł finansowania, ujawnień finansowych ani konfliktu interesów, które mogliby zadeklarować. Michael Hutchinson otrzymuje granty badawcze od Dystonia Ireland, Health Research Board of Ireland (CSA-2012-5), Foundation for Dystonia Research (Belgia) oraz Irish Institute of Clinical Neuroscience. Sean O'Riordan relacjonuje, że otrzymał honorarium mówcy od Abbvie. Richard Reilly otrzymuje fundusze od Science Foundation Ireland, Enterprise Ireland i Health Research Board of Ireland.
To badanie było wspierane przez granty od Health Research Board, Dystonia Ireland, Science Foundation Ireland i Irish Institute for Clinical Neuroscience.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Głowica TDT | Może być dostarczona przez Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin. Alternatywnie, pełne instrukcje są dostępne do bezpłatnego pobrania ze strony http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ | 1 | Specjalnie zbudowane, przenośne urządzenie do prezentacji bodźców wzrokowych. |
| Skrzynka LED TDT | może być dostarczona przez Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin. Alternatywnie, pełne instrukcje są dostępne do bezpłatnego pobrania ze strony http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ | 2 | Specjalnie zbudowane, stołowe urządzenie do prezentacji bodźców wzrokowych. |
| Mikrokontroler | może być dostarczony przez Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin. Alternatywnie, pełne instrukcje są dostępne do bezpłatnego pobrania ze strony http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ | 3 | Specjalnie zbudowany mikrokontroler do dostarczania bodźców wizualnych w klatce schodowej lub w losowej kolejności, z precyzyjnymi interwałami między bodźcami. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.