Ocena zmian związanych ze źrenicami w pobudzeniu za pośrednictwem miejsca sinawy, wywołanym stymulacją nerwu trójdzielnego
26 listopada 2019
Aby sprawdzić, czy wpływ trójdzielny na wydajność poznawczą obejmuje aktywność miejsca sinawego, przedstawiono dwa protokoły, które mają na celu ocenę możliwych korelacji między wydajnością a związanymi z zadaniem zmianami wielkości źrenic wywołanymi przez żucie. Protokoły te mogą być stosowane w stanach, w których podejrzewa się udział locus coeruleus.
Miejsce sinawe to głęboka struktura mózgu, która reguluje pobudzenie behawioralne, uwagę i wydajność poznawczą. Jego aktywność można rejestrować pośrednio, mierząc wielkość źrenicy. Takie podejście pozwala na weryfikację, gdzie bodźce zwiększające wydajność poznawczą, takie jak stymulacja geminy, modulują aktywność LC wraz ze zmianą średnicy źrenicy.
Dowody eksperymentalne sugerują, że choroby neurodegeneracyjne są związane z dysfunkcją miejsca sinawe. Obecne podejście utoruje drogę do modulacji danych wejściowych geminalnych do miejsca sinawy w celach terapeutycznych. Zabieg z Tommaso Banfi zademonstruje Vincenzo De Cicco, profesjonalny lekarz i odontolog.
Do przeprowadzenia eksperymentu potrzebny jest dostępny na rynku kawałek gumy do żucia, określany jako miękki granul, oraz granulat z gumy silikonowej, określany jako twardy granul. Do zadania dotykowego należy również przygotować puzzle tangramowe. W przypadku protokołu pierwszego dostarcz arkusz przedstawiający badanemu trzy matryce numeryczne 10 na 10 i poproś badanego o sekwencyjne skanowanie linii matrycy, używając ołówka do zaznaczenia tylu liczb docelowych wskazanych nad każdą matrycą w ciągu 15 sekund, aby zmierzyć podstawową wydajność poznawczą badanego.
Następnie ręcznie oceń indeks wydajności, szybkość skanowania i współczynnik błędów. Aby zmierzyć podstawowy rozmiar źrenicy, posadź obiekt w optymalnej odległości roboczej 56 milimetrów od ucznia topografa rogówki i wykonaj pojedyncze, oddzielne ujęcia lewej i prawej źrenicy przy stałym oświetleniu 40 luksów. Aby ocenić rozmiar źrenicy podczas zadania dotykowego tangramu, umieść jeden z elementów układanki w dłoni badanego i poproś badanego, aby zwrócił element do tangramu, jednocześnie rejestrując rozmiar źrenicy badanej.
Aby zmierzyć rozmiar źrenicy podczas zadania dotykowego, zrób zdjęcia, podczas gdy osoba badana wykonuje drugie z dwóch powtórzeń zadania na początku eksploracji powierzchni puzzli. Ocena wielkości lewej i prawej źrenicy poprzez bezpośrednie pobieranie wartości wyświetlanych przez oprogramowanie w milimetrach. Następnie odejmij rozmiar źrenicy w spoczynku od wielkości źrenicy podczas zadania dotykowego, aby obliczyć rozszerzenie źrenic związane z zadaniem i uzyskać średnią wartość zarówno dla prawej, jak i lewej źrenicy.
Następnie poproś badanego, aby przeżuł samodzielnie podaną miękką pastylkę, pozwalając badanemu spontanicznie wybrać zarówno szybkość żucia, jak i preferowaną stronę do żucia ustami. Po jednej minucie podaj testerowi nowy miękki granulek i poproś go, aby zmienił stronę żucia na jeszcze jedną minutę żucia. Natychmiast po zakończeniu ćwiczenia żucia oceń wyniki badanego w teście matryc, jak pokazano podczas pomiaru wielkości źrenicy zarówno w spoczynku, jak i podczas zadania dotykowego.
30 minut po zakończeniu ćwiczenia żucia oceń wydajność obiektu i wielkość źrenicy, zarówno w spoczynku, jak i podczas zadania dotykowego. W przypadku drugiego protokołu wyposaż osobę badaną w urządzenie do śledzenia oczu źrenicy do noszenia, wyposażone w wydrukowaną w 3D szklaną ramę i dostosuj położenie dwóch kamer na podczerwień zamontowanych na ramce tak, aby oczy osoby badanej były ostre w polu widzenia kamer. Korzystając ze skalibrowanego logarytmicznego czujnika światła zamontowanego na ramie źrenicy do noszenia, aby w sposób ciągły i jednocześnie rejestrować poziom oświetlenia otoczenia, uzyskuj obrazy źrenic w spoczynku osoby badanej z częstotliwością próbkowania 120 Hz w oprogramowaniu źrenic do noszenia przez 20 sekund.
Aby uzyskać podstawowe dane dotyczące wydajności poznawczej, zapisz wielkość źrenic podczas wykonywania testu Spinnelera-Tognoniego. Ręcznie podnieś rozmiar lewej i prawej źrenicy w spoczynku i podczas testu Spinnelera-Tognoniniego, uśredniając uzyskane wartości dla każdego ucznia. Następnie oblicz rozszerzenie źrenic związane z zadaniem, jak pokazano, aby uzyskać średnie wartości zarówno dla lewej, jak i prawej źrenicy.
Następnie poproś badanego, aby przeżuł samodzielnie podaną miękką pastylkę, pozwalając badanemu spontanicznie wybrać zarówno szybkość żucia, jak i stronę do żucia ustami. Po jednej minucie podaj testerowi nowy miękki granulek i poproś go, aby zmienił stronę żucia na dodatkową minutę żucia. Natychmiast po zakończeniu ćwiczenia żucia oceń rozmiar źrenicy w spoczynku zarówno pod względem wydajności, jak i wielkości źrenicy podczas testu matryc.
30 minut po zakończeniu ćwiczenia żucia oceń zarówno rozmiar źrenicy w spoczynku, jak i rozmiar źrenicy wydajnej podczas testu matryc. W tym reprezentatywnym przykładzie wskaźnik wydajności wzrósł wkrótce po przeżuciu twardego lub miękkiego granulatu. Jednak po 30 minutach zwiększona wydajność utrzymywała się tylko w przypadku twardego śrutu.
Dwa warunki kontrolne, takie jak brak aktywności i ćwiczenie uścisku dłoni, miały negatywny wpływ na wydajność, z tendencją do regeneracji po 30 minutach. Jakościowo podobne zmiany zaobserwowano dla rozszerzenia źrenic związanych z zadaniem u tego samego podmiotu pokazanego na poprzednim wykresie. W trybie ciągłej akwizycji przyrządu końcowe pojedyncze próbki są reprezentatywne dla końcowej wartości średniej, ponieważ źrenica osiąga stabilny rozmiar w ciągu pięciu sekund od wyłączenia światła.
U pojedynczych osób zaobserwowano silną korelację między wydajnością a rozszerzeniem źrenic związanym z zadaniem po żuciu twardych i miękkich granulek. Korelacja jest również widoczna, gdy odpowiednie zmiany są znormalizowane dla wartości bazowych. Jeszcze silniejsze dowody na udział LC w stymulującym wpływie żucia na wydajność poznawczą można uzyskać, korelując wywołane żuciem zmiany wskaźnika wydajności ze zmianą rozszerzenia źrenic obserwowaną podczas wykonywania tego samego testu matrycowego.
Korzystając z tej procedury, bardzo ważne jest, aby dokładnie kontrolować oświetlenie otoczenia, ponieważ światło zewnętrzne może być głównym wyznacznikiem wielkości źrenicy, zakłócając wyniki. Procedura ta może znaleźć kilka zastosowań, na przykład obecnie badamy, czy korekcja asymetrii zgryzowej może zwiększyć wydajność poprzez wpływ na aktywność miejsca sinawy.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie analizuje rolę aktywności miejsca sina w wydajności poznawczej pod wpływem stymulacji nerwu trójdzielnego poprzez żucie. Wykorzystując dwa protokoły eksperymentalne, badanie sprawdza korelacje między wskaźnikami wydajności a zmianami wielkości źrenic, które służą jako pośrednia miara aktywności miejsca sina.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Wydajność poznawcza
- Pupilometria
Wprowadzenie
- Miejsce sine (locus coeruleus) bierze udział w regulacji pobudzenia i procesów poznawczych.
- Zmiany średnicy źrenicy odzwierciedlają aktywność neurofizjologiczną mózgu.
- Dysfunkcję miejsca sine (locus coeruleus) powiązano z chorobami neurodegeneracyjnymi.
- Niniejsze badania mogą doprowadzić do opracowania nowych interwencji ukierunkowanych na aktywność miejsca sine (locus coeruleus).
Cel badania
- Ocena wpływu stymulacji nerwu trójdzielnego na funkcje poznawcze poprzez zaangażowanie miejsca sinego.
- Korelacja wyników wykonywanych zadań z wielkością źrenicy podczas zadań poznawczych.
- Zbadanie potencjału terapeutycznego bodźców żucia w zakresie funkcji poznawczych.
Zastosowane metody
- Badanie obejmuje dwa protokoły pomiaru wielkości źrenic podczas zadań poznawczych powiązanych z żuciem.
- Kluczowy model biologiczny obejmował badanych wykonujących zadania poznawcze z i bez stymulacji nerwu trójdzielnego.
- Zarejestrowano wskaźniki ilościowe, takie jak indeksy wydajności oraz wielkość źrenic.
- Zadania obejmowały eksplorację haptyczną i skanowanie macierzy w celu określenia bazowej wydajności poznawczej.
- Porównano wpływ żucia twardych i miękkich peletów na funkcje poznawcze.
Główne wyniki
- Żucie twardych lub miękkich granulek pozytywnie wpłynęło na wyniki w zadaniu.
- Zidentyfikowano silniejsze korelacje między zmianami wielkości źrenic a wydajnością poznawczą.
- Zaobserwowano powiązaną z zadaniem mydriazę, co wskazuje na zaangażowanie miejsca niebieskiego podczas wykonywania zadań.
- Poprawa wyników była utrzymana po 30 minutach jedynie po żuciu twardej granulki.
Wnioski
- Wyniki wskazują, że stymulacja nerwu trójdzielnego poprzez żucie może poprawić wydajność poznawczą i odzwierciedlać aktywność miejsca niebieskiego (locus coeruleus).
- Niniejsze badanie otwiera drogę do dalszych eksploracji żucia jako nieinwazyjnego wzmacniacza funkcji poznawczych.
- Zdobyta wiedza może poprawić nasze zrozumienie mechanizmów neuronalnych wpływających na poznanie oraz potencjalnych strategii terapeutycznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Niniejsze badanie wprowadza nieinwazyjną metodę oceny pobudzenia zapśredniczonego przez miejsce sina (locus coeruleus) poprzez stymulację trójdzielną, stanowiąc mechanistyczny pomost między bodźcem sensorycznym a wydajnością poznawczą. Poprzez korelację zmian szerokości źrenicy z wynikami wykonywanych zadań, metoda ta zapewnia mierzalny odczyt służący walidacji celu w strategiach neuromodulacji. Podejście to umożliwia wczesną weryfikację hipotez łączących stymulację obwodową z centralnymi szlakami noradrenergicznymi, istotnymi w przypadku zaburzeń uwagi i pobudzenia.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie osi nerwu trójdzielnego i miejsca modrego jako szlaku modulującego pobudzenie oraz sprawność poznawczą.
- Wartość operacyjna: Dostarcza wskaźnika aktywności miejsca modrego opartego na pupilometrii, co zmniejsza zależność od inwazyjnych rejestracji neuronalnych.
- Wartość prognostyczna: Koreluje stymulację nerwu trójdzielnego z mydriazą związaną z zadaniem oraz wynikami, wspierając ocenę zaangażowania celu w oparciu o hipotezy.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Standaryzuje stymulację trójdzielną (paradygmaty żucia) jako powtarzalny bodziec do badania sieci pobudzenia.
- Wartość operacyjna: Definiuje ilościowe wyniki — wskaźniki wydajności i miedriazę związaną z zadaniem — w celu zapewnienia gotowości testu i spójności między laboratoriami.
- Skalowalność: Umożliwia adaptację do pupillometrii urządzeń ubieralnych (wearable) w podłużnych badaniach lub projektach przesiewowych o wysokiej przepustowości.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Ciągłość translacyjna: Łączy ostrą stymulację trójdzielną z trwałymi efektami poznawczymi, dostarczając informacji istotnych dla rozważań nad czasem trwania działania.
- Znaczenie chorobowe: Jest zgodne z dysfunkcją miejsca niebieskiego w modelach neurodegeneracyjnych, co wspiera poszukiwanie biomarkerów.
- Minimalizacja ryzyka mechanistycznego: Odróżnia specyficzne efekty neuromodulacyjne od niespecyficznej aktywacji motorycznej poprzez zastosowanie grup kontrolnych: ucisku dłoni oraz spoczynku.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w wczesne etapy procesów badawczych, w których zaangażowanie celu oraz modulacja szlaków wymagają funkcjonalnych, fizjologicznie zakotwiczonych odczytów przed etapem identyfikacji wiodących związków.
- Biologia odkrywcza: Badanie, czy dopływ impulsów z nerwu trójdzielnego moduluje aktywność miejsca niebieskiego (locus coeruleus), wnioskując na podstawie dynamiki źrenic i wyników poznawczych.
- Przesiewanie: Ustanowienie stymulacji opartej na żuciu jako zestandaryzowanego wyzwalacza zmian stanu pobudzenia w testach poznawczych.
- Analityka: Dostarczanie wskaźników korelacyjnych między zmianami wielkości źrenic a indeksami wydajności w celu ilościowego określenia siły neuromodulacji.
- Badania translacyjne: Wsparcie eksploracji efektów długotrwałych (np. trwałość twardej granulki po 30 min) dla modelowania czasu działania.
- Zastosowania przedsiębiorstw: Pozycjonowanie wyzwania trójdzielnego powiązanego z pupillometrią jako reużywalnej platformy do badania ścieżek pobudzenia w badaniach chemogenetycznych lub farmakologicznych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Mechanistyczne ograniczenie ryzyka w badaniach nad udziałem miejsca niebieskiego w efektach poznawczych zależnych od nerwu trójdzielnego.
- Wartość operacyjna: Ustandaryzowany, powtarzalny paradygmat bodziec-reakcja z kontrolami wewnętrznymi (odpoczynek, uścisk dłoni).
- Wartość strategiczna: Umożliwia podejmowanie decyzji go/no-go w odniesieniu do celów neuromodulacyjnych w oparciu o skorelowane wyniki fizjologiczne i behawioralne.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację interwencji celujących w sieci pobudzenia z mierzalnymi markerami zaangażowania celu.
Wskazówki dotyczące implementacji
- Wymagana jest biegłość w pupilometrii, projektowaniu zadań poznawczych oraz protokołach stymulacji nerwu trójdzielnego.
- Zależność od kontrolowanego oświetlenia w celu uniknięcia zakłóceń w pomiarach wielkości źrenic.
- Konieczność zastosowania standaryzowanych protokołów żucia (rodzaj pelletu, czas trwania, naprzemienność stron) w celu zapewnienia powtarzalności.
- Uwzględnienie kwestii adaptacyjnych w przypadku systemów pupilometrii ubieralnych w porównaniu do stacjonarnych w różnych modelach badawczych.
- Ograniczenie praktyczne: zmienność światła zewnętrznego musi być rygorystycznie kontrolowana, aby uniknąć szumu sygnału w odczytach pupilometrycznych.
