Name: Wykorzystanie sakadometrii z głęboką stymulacją mózgu do badania prawidłowych i patologicznych funkcji mózgu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-14T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 44 s
Description: Poznaj metodę sakadometrii z głęboką stymulacją mózgu do badania funkcji mózgu i patofizjologii chorób podstawy mózgu. Technika ta umożliwia precyzyjne, ilościowe pomiar ruchów gałek ocznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dr Antoniades był wspierany przez National Institute of Health Research (NIHR) oraz przez Dementias and Neurodegenerative Diseases Research Network (DENDRON) oraz przez Wellcome Trust. Dr FitzGerald był wspierany przez Narodowy Instytut Badań nad Zdrowiem (NIHR) w Oksfordzkim Centrum Badań Biomedycznych.

Lokalna komisja etyczna zatwierdziła niniejsze badanie, a od uczestników uzyskano świadomą zgodę, zgodnie ze szczegółowym opisem w sekcji 1 poniżej.
1. Zgoda uczestnika
<ol>
	<li>Przekaż uczestnikom arkusz informacyjny, w którym szczegółowo wyjaśniono przebieg sesji testowej.</li>
	<li>Po tym, jak uczestnicy będą mieli okazję przeczytać dokument oraz omówić wszelkie pytania, wątpliwości lub inne kwestie związane z udziałem w badaniu, omów z nimi formularz zgody, wyjaśniając każdy z jego punktów i dając im możliwość zadania wszelkich pytań. Poproś uczestnika o wypełnienie formularza.</li>
</ol>
2. Konfiguracja sakadometru
<ol>
	<li>Umieścić urządzenie na głowie pacjenta, mocując je za pomocą regulowanego elastycznego paska i opierając na grzbiecie nosa. Ponieważ bodźce poruszają się dokładnie wraz z głową, stabilizacja głowy nie jest konieczna, a urządzenie jest wygodne w użytkowaniu.</li>
	<li>Poprosić pacjenta o zajęcie miejsca w odległości 1,5 m od płaskiego matowego ekranu.</li>
	<li>Upewnić się, że oświetlenie otoczenia jest przyciemnione, aby bodźce (czerwone plamki światła) były wyraźnie widoczne.</li>
</ol>
3. Rejestracja sesji sakadowej
Uwaga: Jako przykład opisano tutaj standardowy protokół badający zarówno prosakady, jak i antisakady 8. Protokół ten składa się z pięciu bloków: 60 prosakad, 40 antisakad x 3 oraz 60 prosakad, z przerwą 1 min między blokami. Sesja trwa około 40 min.
<ol>
	<li>Skonfiguruj sakadometr w taki sposób, aby w każdej próbie centralny punkt fiksacyjny wyświetlał się przez losowy okres wyprzedzenia od 1,0 do 2,0 s, po czym zostanie on wygaszony, a jeden z celów peryferyjnych pojawi się losowo po prawej lub lewej stronie 9. 
	Uwaga: Trzy cele to czerwone plamki światła wyświetlane na ekranie przed uczestnikiem (patrz 2.2) przez lasery o niskiej mocy wbudowane w sakadometr. Sakadometr automatycznie włącza i wyłącza lasery, aby wyświetlać i wygaszać cele w odpowiedniej sekwencji.</li>
	<li>Poinformuj uczestnika, że badanie składa się z pięciu bloków z minutową przerwą między blokami.</li>
	<li>Przed pierwszym blokiem poproś uczestnika, aby poruszał oczami tak szybko i precyzyjnie, jak to możliwe, śledząc czerwoną kropkę przeskakującą ze środka na jedną z stron, i poinformuj, że należy powtórzyć to 60 razy.</li>
	<li>Ustaw sakadometr na generowanie sekwencji 60 prób. Naciśnij przycisk na sakadometrze, aby rozpocząć pierwszy blok prób (prosakady).</li>
	<li>Po zakończeniu pierwszego bloku zachowaj minutową przerwę przed drugim blokiem. Zresetuj sakadometr, aby generował sekwencję 40 prób, a pod koniec minutowej przerwy poinstruuj uczestnika, aby w następnym bloku poruszał oczami tak szybko, jak to możliwe, w kierunku przeciwnym do czerwonej kropki, i wyjaśnij, że będzie musiał zrobić to 40 razy. Rozpocznij drugi blok prób (antysakady).</li>
	<li>Po zakończeniu drugiego bloku zachowaj kolejną 1 min przerwę, powtórz instrukcję z kroku 3.5 i rozpocznij trzeci blok prób (antysakady).</li>
	<li>Po zakończeniu trzeciego bloku zachowaj kolejną 1 min przerwę, powtórz instrukcję z kroku 3.5 i rozpocznij czwarty blok prób (antysakady).</li>
	<li>Po zakończeniu czwartego bloku zachowaj kolejną 1 min przerwę i wyjaśnij, że w ostatnim bloku testów uczestnicy powinni poruszać oczami tak szybko i precyzyjnie, jak to możliwe, śledząc czerwoną kropkę przeskakującą ze środka na jedną z stron, dokładnie tak, jak robili to w pierwszym bloku.</li>
	<li>Zresetuj sakadometr, aby generował sekwencję 60 prób, i rozpocznij ostatni blok prób (prosakady).</li>
</ol>
<img alt="Schematy paradygmatu prosakkadycznego i antysakkadycznego przedstawiające ścieżki ruchów gałek ocznych w zadaniach sakkadycznych." src="/files/ftp_upload/53640/53640fig2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 2"> 
Rysunek 2. Zadania dotyczące ruchów gałek ocznych. Schematyczna ilustracja przedstawiająca dwa przykłady zadań sakadycznych. Pełna niebieska kropka reprezentuje cel, a przerywane niebieskie koło reprezentuje obszar fiksacji. LEWY przedstawia zadanie prosakadyczne, w którym badany jest proszony o skierowanie wzroku w stronę celu. PRAWO przedstawia antisakkadę, w której badany ma za zadanie odwrócić wzrok od bodźca wzrokowego. Wymaga to zahamowania naturalnej odpowiedzi w postaci prosakkady oraz wygenerowania sakkady w przeciwnym kierunku. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53640/53640fig2large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
4. Ustawienia stymulatora głębokiej stymulacji mózgu
Uwaga: W przypadku uczestników z wszczepionymi stymulatorami głębokich struktur mózgu należy przeprowadzić badanie w warunkach normalnego działania systemu stymulacji. t. j.uzyskano zestaw danych „podczas stymulacji”. Teraz należy powtórzyć badanie przy wyłączonym systemie stymulacji (w przypadku zdrowych uczestników kontrolnych bez systemów DBS ta sekcja nie ma zastosowania).
<ol>
	<li>Wyłącz system DBS. Czynność tę powinien wykonać przeszkolony personel kliniczny. Odczekaj 30 min przed rozpoczęciem testów.</li>
	<li>Powtórz testy sakkad (kroki 3.2 - 3.9), aby uzyskać kompletny zestaw danych dla stanu „bez stymulacji”.</li>
	<li>Włącz ponownie system DBS (również czynność ta powinna zostać wykonana przez odpowiednio przeszkolony personel kliniczny).</li>
</ol>
5. Analiza danych
Uwaga: W przypadku uczestników z wszczepionymi stymulatorami głębokiej stymulacji mózgu, dotychczasowe badania przeprowadzono przy normalnie działającym systemie stymulacji, t. j. uzyskano zbiór danych „z włączoną stymulacją”. Obecnie badania należy powtórzyć przy wyłączonym systemie stymulacji (w przypadku zdrowych uczestników z grupy kontrolnej, którzy nie posiadają systemów DBS, ta sekcja nie ma zastosowania).
<ol>
	<li>Pobierz surowe dane z sakadometru na komputer w celu przeprowadzenia analizy.</li>
	<li>Użyj oprogramowania sakadometru, aby wykluczyć sakady zniekształcone przez mrugnięcia i ruchy głowy oraz aby obliczyć zmienne, w tym latencje sakadyczne, prędkości szczytowe i amplitudy. 
	Uwaga: Rejestry zanieczyszczone nadmiernymi ruchami głowy lub mrugnięciami są automatycznie usuwane przez oprogramowanie.
	<ol>
		<li>Usuń sakady o latencji krótszej niż 80 msec lub dłuższej niż 1 00 msec. 
		Uwaga: Latencja sakadyczna jest obliczana automatycznie przy użyciu algorytmu detekcji sakad opartego na prędkości i przyspieszeniu. Początek sakady jest identyfikowany jako punkt, w którym prędkość oka przekracza próg 5 stopni/sec.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Leigh, R. J., Kennard, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+saccades+as+a+research+tool+in+the+clinical+neurosciences%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Using saccades as a research tool in the clinical neurosciences.</a> Brain. 127, 460-477 (2004).</li>
<li>Carpenter, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+neural+control+of+looking%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Biol%22%5BJournal%5D)">The neural control of looking.</a> Curr Biol. 10, 291-293 (2000).</li>
<li>Leigh, R. J., Zee, D. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLeigh%2C+RJ+%22The+Neurology+of+Eye+Movements%22">The Neurology of Eye Movements</a>. , Oxford University Press. New York. (2006).</li>
<li>Antoniades, C. A., Xu, Z., Mason, S. L., Carpenter, R. H., Barker, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Huntington%27s+disease%3A+changes+in+saccades+and+hand-tapping+over+3+years%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurology%22%5BJournal%5D)">Huntington's disease: changes in saccades and hand-tapping over 3 years.</a> Journal of Neurology. 257, 1890-1898 (2010).</li>
<li>Blekher, T. M., Yee, R. D., Kirkwood, S. C., Hake, A. M., Stout, J. C., Weaver, M. R., Foroud, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oculomotor+control+in+asymptomatic+and+recently+diagnosed+individuals+with+the+genetic+marker+for+Huntington%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Research%22%5BJournal%5D)">Oculomotor control in asymptomatic and recently diagnosed individuals with the genetic marker for Huntington's disease.</a> Vision Research. 44, 2729-2736 (2004).</li>
<li>Chan, F., Armstrong, I. T., Pari, G., Riopelle, R. J., Munoz, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deficits+in+saccadic+eye-movement+control+in+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">Deficits in saccadic eye-movement control in Parkinson's disease.</a> Neuropsychologia. 43, 784-796 (2005).</li>
<li>Antoniades, C. A., Demeyere, N., Kennard, C., Humphreys, G. W., Hu, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antisaccades+and+executive+dysfunction+in+early+drug-naive+Parkinson%27s+disease%3A+The+discovery+study%5BTitle%5D)+AND+%22Mov+Disord%22%5BJournal%5D)">Antisaccades and executive dysfunction in early drug-naive Parkinson's disease: The discovery study.</a> Mov Disord. , (2015).</li>
<li>Antoniades, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+internationally+standardised+antisaccade+protocol%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Res%22%5BJournal%5D)">An internationally standardised antisaccade protocol.</a> Vision Res. 84, 1-5 (2013).</li>
<li>Ober, J. K., et al. Hand-Held system for ambulatory measurement of saccadic durations of neurological patients. . <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOber%2C+JK+%22Modelling+and+Measurement+in+Medicine%22">Modelling and Measurement in Medicine</a>. , (2003).</li>
<li>Temperli, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+do+parkinsonian+signs+return+after+discontinuation+of+subthalamic+DBS%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">How do parkinsonian signs return after discontinuation of subthalamic DBS.</a> Neurology. 60, 78-81 (2003).</li>
<li>Antoniades, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation%3A+eye+movements+reveal+anomalous+effects+of+electrode+placement+and+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation: eye movements reveal anomalous effects of electrode placement and stimulation.</a> PLoS ONE. 7, e32830(2012).</li>
<li>Yugeta, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+STN+stimulation+on+the+initiation+and+inhibition+of+saccade+in+Parkinson+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">Effects of STN stimulation on the initiation and inhibition of saccade in Parkinson disease.</a> Neurology. 74, 743-748 (2010).</li>
<li>Terao, Y., Fukuda, H., Ugawa, Y., Hikosaka, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+perspectives+on+the+pathophysiology+of+Parkinson%27s+disease+as+assessed+by+saccade+performance%3A+a+clinical+review%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">New perspectives on the pathophysiology of Parkinson's disease as assessed by saccade performance: a clinical review.</a> Clin Neurophysiol. 124, 1491-1506 (2013).</li>
<li>Temel, Y., Visser-Vandewalle, V., Carpenter, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Saccadic+latency+during+electrical+stimulation+of+the+human+subthalamic+nucleus%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Biol%22%5BJournal%5D)">Saccadic latency during electrical stimulation of the human subthalamic nucleus.</a> Curr Biol. 18, 412-414 (2008).</li>
<li>Antoniades, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation+abolishes+slowing+of+reactions+to+unlikely+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation abolishes slowing of reactions to unlikely stimuli.</a> J Neurosci. 34, 10844-10852 (2014).</li>
<li>Rivaud-Pechoux, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvement+of+memory+guided+saccades+in+parkinsonian+patients+by+high+frequency+subthalamic+nucleus+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurol+Neurosurg+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Improvement of memory guided saccades in parkinsonian patients by high frequency subthalamic nucleus stimulation.</a> J Neurol Neurosurg Psychiatry. 68, 381-384 (2000).</li>
<li>Takikawa, Y., Kawagoe, R., Itoh, H., Nakahara, H., Hikosaka, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulation+of+saccadic+eye+movements+by+predicted+reward+outcome%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+brain+research.+Experimentelle+Hirnforschung%22%5BJournal%5D)">Modulation of saccadic eye movements by predicted reward outcome.</a> Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. 142, 284-291 (2002).</li>
<li>Dorris, M. C., Munoz, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+neural+correlate+for+the+gap+effect+on+saccadic+reaction+times+in+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">A neural correlate for the gap effect on saccadic reaction times in monkey.</a> Journal of Neurophysiology. 73, 2558-2562 (1995).</li>
<li>Hanes, D. P., Schall, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Countermanding+saccades+in+macaque%5BTitle%5D)+AND+%22Visual+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Countermanding saccades in macaque.</a> Visual Neuroscience. 12, 929-937 (1995).</li>
<li>Opris, I., Barborica, A., Ferrera, V. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+gap+effect+for+saccades+evoked+by+electrical+microstimulation+of+frontal+eye+fields+in+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+brain+research.+Experimentelle+Hirnforschung%22%5BJournal%5D)">On the gap effect for saccades evoked by electrical microstimulation of frontal eye fields in monkeys.</a> Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. 138, 1-7 (2001).</li>
<li>Takagi, M., Frohman, E. M., Zee, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gap-overlap+effects+on+latencies+of+saccades%2C+vergence+and+combined+vergence-saccades+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Res%22%5BJournal%5D)">Gap-overlap effects on latencies of saccades, vergence and combined vergence-saccades in humans.</a> Vision Res. 35, 3373-3388 (1995).</li>
<li>Schall, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+activity+related+to+visually+guided+saccades+in+the+frontal+eye+fields+of+rhesus+monkeys%3A+comparison+with+supplementary+eye+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Neuronal activity related to visually guided saccades in the frontal eye fields of rhesus monkeys: comparison with supplementary eye fields.</a> Journal of Neurophysiology. 66, 559-579 (1991).</li>
<li>Pare, M., Hanes, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+movement+processing%3A+superior+colliculus+activity+associated+with+countermanded+saccades%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Controlled movement processing: superior colliculus activity associated with countermanded saccades.</a> J Neurosci. 23, 6480-6489 (2003).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Najważniejszym czynnikiem w uzyskaniu dobrej jakości danych sakkadowych jest upewnienie się, że instrukcje przekazywane uczestnikowi są jasne i precyzyjne. Na przykład, jeśli instrukcje dotyczące zadania antysakkadowego nie są całkowicie jasne, uczestnik prawdopodobnie zamiast tego wykona proskady. Nagrania mogą również ulec zniszczeniu, jeśli uczestnik nie widzi wyraźnie bodźców lub sakkadometr nie jest w stanie dokładnie ocenić pozycji oczu. Tak więc, jeśli dane wydają się być niskiej jakości, eksperymentator powinien ...

W ostatnich latach rośnie zainteresowanie wykorzystaniem pomiarów czasu reakcji jako ilościowej i nieinwazyjnej metody pozyskiwania informacji o mechanizmach wysokiego poziomu w procesach podejmowania decyzji neuronowych 1. Jednym z szeroko badanych rodzajów czasu reakcji jest czas potrzebny na zainicjowanie sakady po prezentacji bodźca wizualnego, znany jako latencja sakadyczna. Sakady to szybkie ruchy gałek ocznych, które występują, gdy gwałtownie przenosimy wzrok z jednego miejsca na drugie. Są one najczęstszym typem wykonywanych przez nas ruchów oczu, występując zazwyczaj z częstotliwością dwóch lub trzech na sekundę. Każda sakada jest w rzeczywistości decyzją o spojrzeniu na konkretny sygnał w świecie wizualnym zamiast na inny 2.
Ścieżki neuronalne kontrolujące ruchy gałek ocznych były intensywnie badane i są dość dobrze udokumentowane 3. Dzięki zastosowaniu czułego sprzętu elektronicznego możliwe jest precyzyjne i obiektywne ilościowe określenie aspektów funkcji okulomotorycznych. Ułatwia to szczegółowe badanie samych ruchów oczu, ale pozwala również wykorzystać je jako narzędzie do badania innych obszarów neurofizjologii i patofizjologii.
Pomiar ruchów gałek ocznych może dostarczyć użytecznych informacji o stanach chorobowych. Na przykład ruchy sakadowe stały się ostatnio obiektem dużej uwagi jako potencjalne biomarkery w zaburzeniach neurodegeneracyjnych, w tym w chorobie Huntingtona 4,5 oraz chorobie Parkinsona 6,7; dobrze wiadomo, że czasy reakcji sakadowej w tych schorzeniach mają tendencję do bycia dłuższymi niż norma. Potencjalne zastosowania pomiarów sakad obejmują pomoc w diagnostyce oraz monitorowanie przebiegu choroby. Zadania sakadowe obejmują zarówno prostą prosakadę (jak najszybsze skierowanie wzroku w stronę nagle pojawiającego się bodźca wizualnego po lewej lub prawej stronie), jak i bardziej złożone zadania, takie jak antysakada (jak najszybsze skierowanie wzroku w stronę przeciwną do bodźca wizualnego) lub sakada sterowana pamięciowo (skierowanie wzroku w stronę zapamiętanej lokalizacji celu, który już nie jest obecny).
Głęboka stymulacja mózgu jest skuteczną metodą leczenia wielu schorzeń neurologicznych. Najczęściej stosuje się ją w celu łagodzenia objawów ruchowych choroby Parkinsona, w tym drżenia, sztywności, bradykinezji i dyskinezji. Wykorzystuje się ją również w innych zaburzeniach ruchowych, takich jak dystonia i drżenie samoistne, a rzadziej w przypadku bólu neuropatycznego, epilepsji oraz schorzeń psychiatrycznych, m.in. zaburzeń obsesyjno-kompulsyjnych. Jest to jedyna sytuacja, w której naukowcy mają bezpośredni dostęp elektryczny do głębokich struktur ludzkiego mózgu in vivo, co stanowi niezwykle cenną okazję dla neurologii eksperymentalnej. W zależności od leczonego schorzenia stymuluje się różne obszary, w tym kilka lokalizacji w jądrach podstawy, z których wiele bierze udział w drogach okulomotorycznych. Oznacza to, że szeroki zakres badań można przeprowadzić, wykorzystując system DBS do dostarczania stymulacji do danej lokalizacji w mózgu oraz urządzenie do eyetrackingu w celu rejestracji i analizy jej efektów. W zależności od paradygmatu eksperymentalnego, takie badania mogą dostarczyć informacji o fizjologii stymulowanego regionu, wpływie choroby lub mechanizmie działania DBS w konkretnym przypadku. Niniejszy artykuł opisuje ogólne podejście do testowania sakadycznych ruchów gałek ocznych u pacjentów poddanych głębokiej stymulacji mózgu.
Dostępnych jest kilka różnych rodzajów sprzętu do śledzenia ruchu gałek ocznych. W badaniach opisanych w niniejszym protokole do rejestracji poziomych ruchów sakadowych oczu wykorzystano przenośny sakadometr. Przenośne sakadometry mają tę zaletę, że nie wymagają unieruchomienia głowy (patrz Rysunek 1), co sprawia, że sesje są bardziej komfortowe dla pacjentów z chorobą Parkinsona, zwłaszcza dla tych cierpiących na ciężkie dyskinezy. Zastosowany tutaj sakadometr jest lekki i ma szerokość około 5 cm oraz wysokość 10 cm. Sakadometr mierzy ruchy oczu za pomocą bezpośredniej okulografii podczerwonej: źródło podczerwieni i czujnik umieszczone przed kątem przynosnym wykorzystują światło odbite od rogówki do określania pozycji rotacyjnej gałki ocznej w odstępach milisekundowych. Aby uzyskać dane wysokiej jakości do analizy, sakadometr powinien próbkować z częstotliwością co najmniej 1 kHz przy rozdzielczości co najmniej 12 bitów. W zastosowanym tutaj sakadometrze bodźcami wzrokowymi były trzy czerwone punkty świetlne o natężeniu 13 cd m-2 wytwarzane przez wbudowane lasery o niskiej mocy, z których każdy punkt subtendował około 0,1 stopnia, przy czym jeden punkt znajdował się na linii środkowej, a dwa pozostałe przy ± 10 stopniach (tj. po prawej i lewej stronie).
<img alt="Testowanie urządzeń montowanych na głowie; badania nad technologiami ubieralnymi; analiza czujników do śledzenia ruchu gałek ocznych." src="/files/ftp_upload/53640/53640fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1. Sakkadometr.  Sakkadometr mocowany na głowie, przymocowany do elastycznej opaski i spoczywający na grzbiecie nosa. Cztery miniaturowe lasery rzucają cele wizualne na matową powierzchnię, a ruchy gałek ocznych uczestnika są mierzone przez różnicowe przetworniki odbicia podczerwieni znajdujące się po stronie nosa każdego oka. Ponieważ cele laserowe poruszają się wraz z głową, stabilizacja głowy nie jest wymagana. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53640/53640fig1large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

<table><tbody><tr><td>Urządzenie do sakkadometru</td><td>Ober Consulting Poland</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Komputer z oprogramowaniem środowiska</td><td></td><td></td><td></td>Windows</tr><tr><td>, miernik opóźnień do pobierania surowych danych z sakkadometru</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

wykorzystanie sakadometrii z głęboką stymulacją mózgu do badania prawidłowych i patologicznych funkcji mózgu

Using Saccadometry with Deep Brain Stimulation to Study Normal and Pathological Brain Function

Układ okoruchowy obejmuje dużą liczbę obszarów mózgu, w tym części zwojów podstawy, a różne choroby neurodegeneracyjne, w tym choroba Parkinsona i Huntingtona, mogą go zakłócić. Na przykład osoby z chorobą Parkinsona mają tendencję do zwiększonego opóźnienia sakkadowego. W związku z tym ilościowy pomiar wychylnych ruchów gałek ocznych zyskał dużą uwagę jako potencjalny biomarker chorób neurodegeneracyjnych. O wiele więcej można dowiedzieć się o mózgu zarówno w zdrowiu, jak i chorobie, obserwując, co dzieje się z ruchami gałek ocznych, gdy funkcja określonych obszarów mózgu jest zaburzona. Głęboka stymulacja mózgu to interwencja chirurgiczna stosowana w leczeniu szeregu schorzeń neurologicznych, w tym choroby Parkinsona, w której elektrody stymulujące są umieszczane w określonych obszarach mózgu, w tym w kilku miejscach w zwojach podstawy. Następnie można dokonywać pomiarów ruchu gałek ocznych przy wyłączonych i włączonych systemach stymulacyjnych, a wyniki można porównać. Przy odpowiednim projekcie eksperymentalnym podejście to może być wykorzystane do badania patofizjologii leczonej choroby, mechanizmu, za pomocą którego DBS wywiera korzystne skutki, a nawet aspektów normalnej neurofizjologii.

Rysunek 3 przedstawia przykład trajektorii sakadycznych ruchów gałek ocznych pacjenta z chorobą Parkinsona, u którego wszczepiono system DBS w jądrach podwzgórzowych. Dwa wykresy przedstawiają prosakady pacjenta przy wyłączonym (wykres górny) i włączonym (wykres dolny) systemie stymulacji. Każda linia na wykresach obrazuje trajektorię pojedynczej sakady, t.j. jak pozycja oka w stopniach odchylenia od linii środkowej (oś y) zmienia się w funkcji czasu (oś x). Zaró...

Ten artykuł opisuje wykorzystanie ilościowego pomiaru ruchów gałek ocznych w połączeniu ze stymulacją ogniskowych obszarów głębokiego mózgu w celu zbadania fizjologii, patofizjologii i mechanizmów głębokiej stymulacji mózgu.

Wykorzystanie sakadometrii z głęboką stymulacją mózgu do badania prawidłowych i patologicznych funkcji mózgu

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including ...

Ogólnym celem tej procedury jest zmierzenie wpływu głębokiej stymulacji mózgu na sakkadowe ruchy gałek ocznych. Połączenie głębokiej stymulacji mózgu z pomiarem sakkad stanowi narzędzie do badania prawidłowych i patologicznych funkcji mózgu. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące patofizjologii chorób związanych ze zwojami podstawy.Główną zaletą tej techniki jest to, że jest ilościowa i precyzyjna, co pozwala na dokładne wykrycie subtelnych nieprawidłowości. Są to niektóre z rodzajów implantów stymulujących stosowanych w głębokiej stymulacji mózgu. Zawierają baterię i elektronikę do generowania małego bodźca elektrycznego.Impulsy bodźcowe są dostarczane do precyzyjnych miejsc docelowych w mózgu za pomocą styków na końcu drutu, takiego jak ten. Rozpocznij od wyjaśnienia szczegółów badania i przekazania uczestnikowi formularza zgody do podpisania. Ustaw sakkadometr tak, aby dla każdej próby centralny cel fiksacji był wyświetlany przez losowy okres od 1,0 do 2,0 sekund, po czym był gaszony, a jeden z obwodowych czerwonych celów pojawiał się losowo po prawej lub lewej stronie.Następnie poproś uczestnika, aby usiadł w odległości 1,5 metra od płaskiego matowego ekranu. Umieść sakkadometr na głowie uczestnika tak, aby spoczywał na grzbiecie nosa i zabezpiecz elastycznym regulowanym paskiem. Upewnij się, że oświetlenie otoczenia jest przyciemnione, aby bodźce były wyraźnie widoczne.Następnie poinstruuj uczestnika, że 40-minutowa sesja testowa składa się z pięciu bloków z jednominutową przerwą między każdym blokiem. Przed pierwszym blokiem poinstruuj uczestnika, aby poruszał oczami tak szybko i dokładnie, jak to możliwe, aby podążać za czerwoną kropką skaczącą ze środka na jedną lub drugą stronę. Wyjaśnij, że muszą to zrobić 60 razy.Ustaw sakkadometr tak, aby wygenerował sekwencję 60 prób, a następnie naciśnij przycisk na urządzeniu, aby rozpocząć pierwszy blok prób. Po zakończeniu pierwszego bloku odczekaj minutę przed rozpoczęciem drugiego bloku. Zresetuj sakkadometr, aby wygenerować sekwencję 40 prób.Pod koniec jednominutowej przerwy poinstruuj uczestnika, aby jak najszybciej poruszał oczami w kierunku przeciwnym do czerwonej kropki. Poinformuj ich, że będą musieli to zrobić 40 razy. Następnie rozpocznij drugi blok prób.Po zakończeniu drugiego bloku odczekaj minutę, a następnie powtórz instrukcje z drugiego bloku jeszcze dwa razy dla bloków trzeciego i czwartego. Na koniec, po ukończeniu czwartego bloku, odczekaj minutę, a następnie poinstruuj uczestników, aby poruszali oczami tak szybko i dokładnie, jak to możliwe, aby podążać za czerwoną kropką skaczącą ze środka na jedną stronę na drugą, dokładnie tak, jak zrobili to w pierwszym bloku. Zresetuj sakkadometr, aby wygenerować sekwencję 60 prób i rozpocznij ostatni blok prób.Uwaga dla uczestników z głębokimi stymulatorami mózgu lub systemami DBS, przeprowadź testy sakkadowe dwa razy. Raz z systemem DBS działającym normalnie, a drugi raz z wyłączonym systemem DBS. Aby przeprowadzić sesję stymulacji poza testem, poproś przeszkolony personel kliniczny o wyłączenie systemu DBS na 30 minut przed badaniem.Następnie wykonaj testy sakkadowe. Po zakończeniu sesji ponownie włącz system DBS. Aby przeanalizować dane, pobierz surowe dane z sakkadometru na komputer.Następnie użyj oprogramowania sakkadometru, aby wykluczyć sakkady, które są zniekształcone przez mrugnięcia i ruchy głowy. Obliczaj zmienne, w tym opóźnienia sakkadowe, prędkości szczytowe i amplitudy. Tutaj wyniki opóźnienia prosakadowego są pokazane dla pacjenta z chorobą Parkinsona po przejściu DBS jądra podwzgórzowego, gdy DBS jest włączany i wyłączany.Rozkład sakkad zmienia się, gdy stymulator jest włączony, co wykazuje zmniejszenie liczby sakkad o długim opóźnieniu i odpowiadający mu spadek średniego opóźnienia. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w około 70 minut, jeśli jest wykonywana prawidłowo. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, aby upewnić się, że sakkadometr znajduje się centralnie na grzbiecie nosa, a światła w pomieszczeniu są przyciemnione.Po tej procedurze można zastosować bardziej zaawansowane zadania sakkadowe, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak to, w jaki sposób głęboka stymulacja mózgu wpływa na poznawczą kontrolę ruchów gałek ocznych. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak stosować psychodometrię u osób z głębokimi systemami stymulacyjnymi mózgu. Nie zapominaj, że praca z laserami może być niebezpieczna i powinieneś zadbać o to, aby zarówno uczestnicy, jak i eksperymentator nie patrzyli bezpośrednio w promienie laserowe.

using-saccadometry-with-deep-brain-stimulation-to-study-normal

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Chirurgia głębokiej stymulacji mózgu stwarza wyjątkową okazję do zbadania kodowania informacji w przebudzonym ludzkim mózgu. W niniejszym artykule opisano metody śródoperacyjne stosowane do wykonywania zadań poznawczych i behawioralnych przy jednoczesnej akwizycji danych fizjologicznych, takich jak EMG, aktywność pojedynczych neuronów i/lub potencjały polowe.

Zadania behawioralne w trakcie operacji u pacjentów z zachowaną świadomością poddawanych głębokiej stymulacji mózgu

Źródło: Casquero-Veiga, M. et al. Pozytonowa tomografia emisyjna in vivo w celu ujawnienia wzorców aktywności indukowanej głęboką stymulacją mózgu u szczurów. J. Vis. Exp. (2022).Ten film pokazuje metaboliczne efekty głębokiej stymulacji mózgu (DBS) przy użyciu obrazowania FDG-PET w modelu szczurzym. Przedstawiono w nim etapy związane z podawaniem FDG, aplikacją DBS i obrazowaniem PET/CT w celu zmapowania regionów mózgu o zwiększonej lub stłumionej aktywności metabolicznej.

Ocena neuromodulacji metabolicznej indukowanej ostrą głęboką stymulacją mózgu u szczurów przy użyciu in vivo FDG-PET

Źródło: Selvakumar, T., et al., Analiza zmian ekspresji genów w hipokampie szczura po głębokiej stymulacji mózgu przedniego jądra wzgórza. J. Vis. Exp. (2015)Ten film pokazuje procedurę wszczepiania elektrod do mózgu szczura w celu zastosowania głębokiej stymulacji mózgu (DBS), która moduluje aktywność neuronalną i poprawia komunikację z hipokampem, wspierając przeżycie neuronów i neurogenezę.

Wpływ głębokiej stymulacji mózgu na aktywność neuronalną hipokampa w modelu szczurzym

Ten protokół opisuje standardową metodę jednoczesnego funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego i głębokiej stymulacji mózgu u gryzonia. Połączone wykorzystanie tych narzędzi eksperymentalnych pozwala na badanie globalnej aktywności w odpowiedzi na stymulację elektryczną w praktycznie każdym miejscu w mózgu.

Głęboka stymulacja mózgu z jednoczesnym fMRI u gryzoni

Adaptacyjna głęboka stymulacja mózgu (aDBS) jest skuteczna w chorobie Parkinsona, łagodząc objawy i zmniejszając zużycie energii w porównaniu do konwencjonalnej głębokiej stymulacji mózgu (cDBS). W aDBS śledzimy w czasie rzeczywistym biomarker potencjału pola lokalnego (amplituda oscylacyjna beta) i wykorzystujemy go do kontrolowania czasu stymulacji.

Kontrolowanie choroby Parkinsona za pomocą adaptacyjnej głębokiej stymulacji mózgu

Mechanizm leżący u podstaw terapeutycznych efektów operacji Głębokiej Stymulacji Mózgu (DBS) wymaga zbadania. Metody przedstawione w tym manuskrypcie opisują eksperymentalne podejście do badania zdarzeń komórkowych wywoływanych przez DBS poprzez analizę profilu ekspresji genów kandydujących, które mogą ułatwić neurogenezę po operacji DBS.

Analiza zmian ekspresji genów w hipokampie szczura po głębokiej stymulacji mózgu przedniego jądra wzgórza

Niniejszy protokół ma na celu ocenę funkcji poznawczo-emocjonalnych w zwojach podstawy poprzez jednoczesny neurofizjologiczny zapis lokalnych potencjałów pola i nieinwazyjną aktywność kory mózgowej (EEG). Przykładem procedury jest zastosowanie paradygmatów obejmujących bodźce mowy o konotacji emocjonalnej lub zadania Flankera polegającego na kontroli poznawczej.

Połączone inwazyjne podkorowe i nieinwazyjne powierzchniowe zapisy neurofizjologiczne do oceny funkcji poznawczych i emocjonalnych u ludzi

Głęboka stymulacja mózgu (DBS) jest skuteczną opcją leczenia choroby Parkinsona. Opracowaliśmy projekt badania w celu zbadania nowych paradygmatów stymulacji u szczurów. Protokół opisuje zastosowanie testu schodowego i testu cylindra do oceny wyników motorycznych u szczurów z hemiparkinsonem leczonych DBS.

Nowatorskie podejście do oceny wyników motorycznych efektów głębokiej stymulacji mózgu u szczura z połowiczaną półparkinsonem: test schodowy i cylindryczny

Celem tego projektu jest opracowanie interaktywnego, specyficznego dla pacjenta procesu modelowania, aby symulować efekty głębokiej stymulacji mózgu w czasie zbliżonym do rzeczywistego i dostarczyć istotnych informacji zwrotnych na temat tego, jak te urządzenia wpływają na aktywność neuronalną w mózgu.

Celowanie w szlaki włókien nerwowych w celu terapii głębokiej stymulacji mózgu przy użyciu interaktywnych, specyficznych dla pacjenta modeli

Opisujemy przedkliniczną eksperymentalną metodę oceny neuromodulacji metabolicznej wywołanej przez ostrą głęboką stymulację mózgu za pomocą in vivo FDG-PET. Manuskrypt ten obejmuje wszystkie etapy eksperymentalne, od chirurgii stereotaktycznej po zastosowanie leczenia stymulacją oraz pozyskiwanie, przetwarzanie i analizę obrazów PET.

In vivo (in vivo) Pozytonowa tomografia emisyjna w celu ujawnienia wzorców aktywności wywołanych głęboką stymulacją mózgu u szczurów

Poznaj metodę sakadometrii z głęboką stymulacją mózgu do badania funkcji mózgu i patofizjologii chorób podstawy mózgu. Technika ta umożliwia precyzyjne, ilościowe pomiar ruchów gałek ocznych.

Wykorzystanie sakadometrii z głęboką stymulacją mózgu do badania prawidłowych i patologicznych funkcji mózgu

Przeglądaj więcej filmów