Method Article

Medição e análise do limiar discriminação Temporal aplicado a distonia Cervical

DOI:

10.3791/56310

⸱

January 27th, 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Engineering, Trinity College Dublin, The University of Dublin, 2Department of Neurology, St. Vincent's University Hospital, 3School of Medicine and Medical Sciences, University College Dublin, 4School of Mathematical Sciences, Dublin Institute of Technology, 5School of Medicine Trinity College Dublin, The University of Dublin

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

São apresentados métodos para a medição e análise do limiar discriminação temporal, e sua aplicação ao estudo da patogênese da distonia cervical são discutidos.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

O limiar de discriminação temporal (TDT) é o mais curto intervalo de tempo no qual um observador pode discriminar dois sequenciais estímulos como sendo assíncronos (tipicamente 30-50 ms). Tem sido demonstrado ser anormais (prolongadas) em doenças neurológicas, incluindo distonia cervical, um fenótipo de distonia focal isolada idiopática de início adulto. A TDT é uma medida quantitativa da capacidade de perceber mudanças rápidas no ambiente e é considerado indicativo do comportamento dos neurônios no colículo superior, um nó chave secreta orientando atenção visuais. Este artigo define métodos para medir a TDT (incluindo duas opções de hardware e dois modos de apresentação de estímulos). Também exploraremos duas abordagens de análise de dados e cálculo de TDT. A aplicação da avaliação de discriminação temporal para a compreensão da patogênese da distonia cervical e distonia focal isolada idiopática de início adulto também é discutida.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Discriminação temporal descreve a capacidade da pessoa para discriminar, ou perceber, rápidas mudanças no seu ambiente. O limiar de discriminação temporal (TDT) é o mais curto intervalo de tempo no qual um indivíduo percebe-se que dois estímulos sensoriais sequenciais são assíncronos. Discriminação temporal foi mostrada para ser anormalmente prolongada em distúrbios que afetam os gânglios basais, incluindo distonia,1,2,3,4,5,6 , 7.

Distonia é o terceiro mais comum distúrbio de movimento neurológico - depois de Parkinson'doença s e Tremor essencial. É caracterizada por contrações muscular contínuo ou intermitente, causando movimentos anormais, muitas vezes repetitivos, ou posturas8. Distonia pode afetar qualquer parte do corpo. Quando afecta uma parte do corpo é conhecido como distonia focal8. Distonia que afetam os músculos do pescoço é conhecida como distonia cervical e é o fenótipo mais comum de distonia focal isolada idiopática de início adulto. 9 , 10 a patogênese da distonia cervical permanece desconhecida; considera-se ser uma doença genética com herança autossômica dominante e penetrância reduzida consideravelmente. Fatores ambientais também são considerados importantes em relação à expressão e penetrância da doença.

O colículo superior, uma estrutura sensório-motor, situado no mesencéfalo dorsal, é importante para a detecção rápida de estímulos ambientais no processo de secreta atenção orientador2,11,12. Estímulos visuais acessar o colículo superior rapidamente através da via retino-tectal magnocelular. A TDT é uma medida simples, objetiva, acredita-se que representam o processamento de visual (e outros estímulos sensoriais) nas camadas superficiais do colículo superior. A TDT tem sido estudada em indivíduos com distonia cervical, seus parentes não afetados e participantes de controle saudável. Comparado aos participantes de controle correspondente a idade e sexo, um anormal TDT tem alta sensibilidade (97%, 36 de 37 pacientes) e especificidade (98-100%) em distonia cervical1. Um TDT anormal foi encontrado em 50% dos afetados ascendentes femininos de pacientes com distonia cervical (14 de 25, 48 anos de idade), demonstrando a penetrância idade e sexo relacionadas com herança autossômica dominante13, 14. um TDT anormal em parentes afetados de pacientes de distonia cervical (comparados com parentes de TDTs normais) está associado com aumento do volume putaminal (por morfometria baseada em voxel)15 e diminuído atividade putaminal (fMRI)4 . O colículo superior é considerado um nó significativo da rede neuronal, o que é disfuncional em distonia cervical12. A avaliação de discriminação temporal é considerada como fornecendo pistas importantes sobre a pathomechanisms de distonia cervical subjacente.

O objetivo deste artigo é apresentar dois métodos para medir e analisar a discriminação temporal, bem como demonstrando a aplicação deste método para estudar a fisiopatologia da distonia cervical.

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

O Comitê de ética de pesquisa médica no Hospital da Universidade de St. Vincent, Dublin deu aprovação para o recrutamento de pacientes com distonia cervical, seus irmãos (não afetados por distonia) e controles saudáveis, para participar do protocolo descrito abaixo.

1. hardware & Software Solutions

Nota: Duas opções de hardware foram desenvolvidas para exibir estímulos visuais com intervalos precisos de estímulos inter. Ambos foram projetados e construíram internamente no centro de Trindade para bioengenharia, Trinity College Dublin e tem sido descrito anteriormente5,16. Aqueles que desejam replicar as soluções de hardware exato usadas neste documento podem solicitar mesmo contactando o centro de Trindade para bioengenharia diretamente. Alternativamente, um conjunto completo de instruções, incluindo arquivos de impressão 3D para o fone de ouvido, instruções para o acompanhamento microcontrolador Arduino, etc. pode ser baixado de http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Os estímulos apresentados na óptica da parte superior de tabela podem ser gerados usando programas personalizados em apresentação (por exemplo, sistemas Neurocomportamentais), instalado em um computador desktop e programado para controlar os diodos emissores de luz (LED) através da porta paralela de o computador. Como alternativa, conforme descrito abaixo, o tampo da mesa LEDs pode ser controlado através de um microcontrolador Arduino. O código de apresentação e os arquivos de Arduino também estão disponíveis para download a partir do link acima.

  1. Ferragem TDT: método de mesa
    1. Marque um 'X', como um ponto de fixação, sobre um tapete preto ou folha colocada na mesa em frente a participante.
    2. Pergunta o participante a se posicionar para que eles estão sentados diretamente em frente ao ponto de fixação.
    3. Coloque os pares amarelo diodo emissor de luz (LED) (5 mm de diâmetro, 90 cd/m2 luminância), envolvidos em uma caixa, em cima da mesa na frente do participante.
    4. Oriente a caixa que os LEDs são verticalmente alinhados e posicionados o 7 ° ponto de centro do sujeito à esquerda e à direita, conforme necessário.
    5. Fazer esta experiência em uma sala escura. Uma pequena quantidade de luminância de fundo pode ser necessária para permitir ao operador ver o suficiente para executar o experimento.
    6. Instrua o participante a focar o ponto de fixação em todos os momentos e para não olhar diretamente para o piscar LEDs.
    7. Conecte o microcontrolador à caixa de LED e siga no ecrã instruções exibidas na tela de cristal líquido do caixa do microcontrolador, por exemplo, selecione o método de apresentação: 'random' ou 'escada' e selecione o modo: 'primeiro superior esquerdo', etc. .
    8. Pergunta o participante a responder a apresentação seguinte "igual" ou "diferente" de cada par de estímulo, dependendo se eles percebem os estímulos para ser síncrono ou assíncrono.
    9. Informar o participante quando cada julgamento está prestes a começar, por vocalizar na tela contagem regressiva de 5-0 s.

figure-protocol-1
Figura 1: (a) diagrama esquemático do design do fone de ouvido. Um par de LEDs amarelos (5 mm de diâmetro) e a fixação vermelha LED (3 mm de diâmetro), são colocados no lado esquerdo e direito do participante através de uma unidade de capacetes e fez-se visível por meio de reflexão nos espelhos na frente do usuário. (b) esquemático modelo 3D do fone de ouvido. O fone de ouvido foi desenvolvido a partir de plástico de nylon sinterizado do laser, pesa 0,70 kg, tem um índice de baixa transparência e é cor para minimizar penetrância luz preta. (a e b) são reproduzidos, com ligeira modificação, de Butler et al. 16 com autorização de IOP Publishing. (c) a caixa de estímulo de LED para mesa de apresentação.

  1. TDT Hardware: Headset de portátil TDT
    1. Realizar o experimento em qualquer local adequado.
    2. Conectar o fone de ouvido e siga o microcontrolador no ecrã instruções exibidas na tela de cristal líquido do caixa do microcontrolador, por exemplo, selecione o método de apresentação: 'random' ou 'escada' e o modo: 'primeiro superior esquerdo', etc.
    3. Direcionar o participante a posicionar-se com os cotovelos sobre uma mesa na frente deles. Em seguida, segurando o aparelho nas mãos, dirigi-los para pressione suavemente o seu rosto para o vedador de borracha em torno da ocular, assim, selagem para fora a luz ambiente.
    4. Instrua o participante a focar a fixação vermelha LED em todos os momentos e para não olhar diretamente para o piscar LEDs.
    5. Pergunta o participante a responder a apresentação seguinte "igual" ou "diferente" de cada par de estímulo, dependendo se eles percebem os estímulos para ser síncrono ou assíncrono.
    6. Informar o participante quando cada julgamento está prestes a começar, por vocalizar na tela contagem regressiva de 5-0 s.

2. estímulo apresentação

Nota: Duas abordagens para apresentação de estímulo têm sido empregadas.

  1. Método de escada
    1. Selecione a apresentação de 'escada'; estímulos são apresentados a cada 5 s, com o intervalo de estímulo inter começando em 0 e tornando-se progressivamente mais assíncrono (aumentando em 5 ms) cada vez.
    2. Selecione qualquer uma das modalidades de apresentação de quatro: primeira (ii) (i) esquerda LED superior esquerda primeiro diodo superior (iii) direito de fundo, ou (iv) direito de fundo LED primeiro.
    3. Repita a etapa 2.1.2 para que cada modalidade é executada duas vezes, resultando em um total de oito vezes.
    4. Finalizar o julgamento quando um participante responde "diferentes" para três consecutivos pares de estímulos.
  2. Método de apresentação aleatória
    1. Selecione 'Random' apresentação; pares de estímulos são apresentados a cada 5 s. O intervalo entre estímulo varia, de forma aleatória, de 0 a 100 ms.
    2. Selecione qualquer uma das modalidades de apresentação de quatro: primeira (ii) (i) esquerda LED superior esquerda primeiro diodo superior (iii) direito de fundo, ou (iv) direito de fundo LED primeiro.
    3. Repita a etapa 2.2.2 para que cada modalidade é executada duas vezes, resultando em um total de oito vezes.
      Nota: Cada corrida é o mesmo comprimento e completará automaticamente.

3. análise de dados

  1. Valor único de TDT
    1. Usando os dados a partir do método de escadaria, destaca a primeira das três respostas "diferentes" finais para cada uma das oito pistas. Estes são os valores de limiar para cada corrida.
    2. Calcular o limiar de discriminação temporal (TDT) para cada participante, tendo a mediana dos limiares de cada uma das suas oito corridas; resultando em um único valor TDT (em milissegundos) por indivíduo.
    3. Calcule o ZPontuação para cada participante. Definir o ZPontuação como a diferença entre TDT do participante e o TDT média de uma população de controle idade-combinadas (figure-protocol-2, dividido pelo desvio-padrão dos valores de TDT para que a população controle figure-protocol-3 .
      figure-protocol-4
    4. Determine se o indivíduo tem um TDT normal ou anormal. Um Zescore ≥ 2.5 considera-se que refletem um TDT anormal.
  2. Análise da distribuição
    1. Usando os dados a partir do método de escadaria, codifica os dados de resposta, tal que '0' corresponde a "mesma" e '1' corresponde ao "diferente", tabela 1.
    2. Baixe um MATLAB.exe gratuito para realizar a análise de distribuição descrita abaixo de http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Ver Butler et al 16 para uma descrição completa deste método. Em alternativa, proceda conforme descrito abaixo.
    3. Almofada para fora os dados para garantir que todas as execuções são do mesmo comprimento que a mais longo prazo. Isso é feito, assumindo todas as respostas subsequentes, após o término de uma corrida, são "diferentes", tabela 1, alínea b.
    4. Médias respostas através de ensaios para cada participante, tabela 1, alínea c. Isto pode ser plotado como uma função de assincronia de estímulo.
    5. Ajuste que esta média ou dados representativos com uma função gaussiana cumulativa. A média desta distribuição representa o ponto no qual os participantes são igualmente propensos a responder "igual" ou "diferente". Este ponto é conhecido como o "ponto de igualdade subjetiva" (PSE). O desvio padrão da distribuição gaussiana, também conhecida como a 'diferença apenas perceptível' (JND), indica o quão sensíveis participantes são para mudanças em assincronia temporal em torno de sua média.
    6. Estenda a análise enviando os dados para um procedimento de inicialização não-paramétricos para estimar os intervalos de confiança de 95% para a TDT e o PSE e JND da função gaussiana cumulativa, psicométrica. Para fazer isso, gere novos conjuntos de dados representativos por amostragem aleatória, com substituição das respostas originais, tabela 1, alínea b, para cada etapa do tempo. Calcular a TDT e caber uma nova função psicométrica para cada conjunto de dados representativos de16.
    7. Calcular a bondade de ajuste, ou o desvio (D), para cada participante usando o rácio de probabilidade de log,16,17
      figure-protocol-5
      onde K é o número de pontos de tempo, n, é que o número de repetições em que ponto do tempo, geralmente oito repetições (quatro direita e quatro à esquerda), y é a proporção observada de respostas assíncronas, p é a proporção de respostas assíncronas previsto pela curva equipada. Um valor de desvio de 0 significa um ajuste perfeito.
    8. Plotar os resultados.
      Nota: Dados da abordagem de apresentação aleatória podem ser analisados para determinar a TDT único ou distribuída conforme descrito na seção 3 acima para dados resultantes do método de apresentação de escada. No entanto, devido a ordem de apresentação aleatória dos intervalos entre estímulos, estes dados devem ser primeiro encomendados (do menor para o maior intervalo de estímulo inter), antes de iniciar a análise descrita acima, a tabela 2. Além disso, não é necessário preencher os dados após apresentação aleatória, como, por padrão, todas as execuções são de igual comprimento.

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Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cheia de exemplos de folhas de pontuação são fornecidos nas tabelas 1 e 2, onde estes representam respectivamente resultados seguindo a escadaria e métodos de apresentação do estímulo aleatório. Os limiares para cada execução (o momento do primeiro de três pares de estímulos considerados diferentes ''), são destacadas. No caso da tabela 1, a TDT é calculado como 25 ms (ou seja, a mediana de 40, 25, 25, 25, 45, 25...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Análise e medição de TDT

Duas formas de aparelhos (mesa e fone de ouvido), dois métodos de apresentação de estímulo (escadaria e aleatório) e duas abordagens para a análise dos dados (tradicional e distribuição) foram apresentados para ilustrar como medir e quantificar uma pessoa do temporal capacidade de discriminação. O fone de ouvido portátil fornece uma opção de hardware conveniente que garante a consistência em distância e ângulos entre o participante e as fontes de luz L...

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rebecca B Beck, Eavan M Mc governo, John Butler, Dorina Birsanu, Brendan Quinlivan, Ines Beiser, Shruti Narasimham ter sem fontes de financiamento, divulgações financeiras ou conflito de interesses para declarar. Michael Hutchinson recebe bolsas de investigação da distonia Irlanda, a placa de pesquisa de saúde da Irlanda (CSA-2012-5), Fundação para pesquisa de distonia (Bélgica) e o Instituto de neurociência clínica irlandês. Sean O'Riordan relata o recebimento de um alto-falante'honorário de s de Abbvie. Richard Reilly recebe financiamento da Fundação de ciência Irlanda, Enterprise Ireland e da saúde Research Board da Irlanda.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Esta pesquisa foi apoiada por concessões do Conselho de pesquisa de saúde, distonia Irlanda, Irlanda Science Foundation e Instituto irlandês de Neurociências clínicas.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Conjunto de cabeça TDTPode ser fornecido pelo Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin.  Como alternativa, instruções completas estão disponíveis para download gratuito no http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/1Um dispositivo portátil personalizado para a apresentação de estímulos visuais.
Caixa de LED de mesa TDTPode ser fornecida pelo Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin.  Como alternativa, instruções completas estão disponíveis para download gratuito no http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/2Um dispositivo de mesa personalizado para a apresentação de estímulos visuais.
MicrocontroladorPode ser fornecido pelo Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin.  Alternativamente, instruções completas estão disponíveis para download gratuito em http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/3Um microcontrolador personalizado para a entrega de estímulos visuais em escada ou ordem aleatória, com intervalos precisos entre estímulos.

References

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