Usando Saccadometry com Estimulação Cerebral Profunda para estudar normal e patológico função cerebral
14 de julho de 2016
Este artigo descreve o uso da medição quantitativa dos movimentos oculares em conjunto com a estimulação de áreas focais do cérebro profundo para estudar fisiologia, fisiopatologia e os mecanismos de estimulação cerebral profunda.
O objetivo geral deste procedimento é medir os efeitos da estimulação cerebral profunda nos movimentos oculares sacádicos. A combinação de estimulação cerebral profunda com medição sacádica fornece uma ferramenta para estudar a função cerebral normal e patológica. Este método pode ajudar a responder a questões-chave sobre a fisiopatologia das doenças relacionadas aos gânglios da base.
A principal vantagem dessa técnica é que ela é quantitativa e precisa, permitindo a detecção precisa de anormalidades sutis. Estes são alguns dos tipos de implantes estimuladores usados na estimulação cerebral profunda. Eles contêm uma bateria e eletrônicos para gerar um pequeno estímulo elétrico.
Os pulsos de estímulo são entregues a locais-alvo precisos no cérebro usando contatos na extremidade de um fio como este. Comece explicando os detalhes do estudo e fornecendo ao participante um formulário de consentimento para assinar. Configure o sacadômetro de modo que, para cada tentativa, o alvo de fixação central seja exibido por um período aleatório de 1,0 a 2,0 segundos, após o qual ele é extinto, e um dos alvos vermelhos periféricos aparece aleatoriamente à direita ou à esquerda.
Em seguida, peça ao participante para se sentar a 1,5 metros de distância de uma tela fosca plana. Coloque o sacadômetro na cabeça do participante de forma que fique apoiado na ponte do nariz e prenda com uma alça elástica ajustável. Certifique-se de que a iluminação ambiente esteja fraca para que os estímulos sejam vistos claramente.
Em seguida, instrua o participante que a sessão de teste de 40 minutos consiste em cinco blocos com um intervalo de um minuto entre cada bloco. Antes do primeiro bloco, instrua o participante a mover os olhos o mais rápido e precisamente possível para seguir o ponto vermelho pulando do meio para um lado ou para o outro. Explique que eles devem fazer isso 60 vezes.
Defina o sacadômetro para gerar uma sequência de 60 tentativas e, em seguida, pressione o botão no dispositivo para iniciar o primeiro bloco de tentativas. Após a conclusão do primeiro bloco, aguarde um minuto antes de iniciar o segundo bloco. Redefina o sacadômetro para gerar uma sequência de 40 tentativas.
No final do intervalo de um minuto, instrua o participante a mover os olhos o mais rápido possível na direção oposta do ponto vermelho. Informe-os de que eles serão obrigados a fazer isso 40 vezes. Em seguida, inicie o segundo bloco de tentativas.
Após a conclusão do segundo bloco, aguarde um minuto e repita as instruções do segundo bloco mais duas vezes para os blocos três e quatro. Finalmente, depois de completar o quarto bloco, aguarde um minuto e instrua os participantes a mover os olhos o mais rápido e precisamente possível para seguir o ponto vermelho pulando do meio para um lado para o outro, exatamente como fizeram no primeiro bloco. Reinicie o sacadômetro para gerar uma sequência de 60 tentativas e iniciar o bloco final de tentativas.
Nota para participantes com estimuladores cerebrais profundos, ou sistemas DBS, realizar testes sacádicos duas vezes. Uma vez com o sistema DBS funcionando normalmente e uma segunda vez com o sistema DBS desligado. Para conduzir a sessão de desligamento, peça a uma equipe clínica treinada que desligue o sistema DBS 30 minutos antes do teste.
Em seguida, conclua o teste sacádico. Quando a sessão estiver concluída, ligue o sistema DBS novamente. Para analisar os dados, baixe os dados brutos do sacadômetro para um computador.
Em seguida, use o programa de software do sacadômetro para excluir sacadas que são distorcidas por piscadas e movimentos da cabeça. Calcule variáveis, incluindo latências sacádicas, velocidades de pico e amplitudes. Aqui, os resultados da latência prosacádica são mostrados para um paciente com Parkinson após ser submetido a DBS do núcleo subtalâmico quando o DBS é ligado e desligado.
A distribuição das sacadas é alterada quando o estimulador é ligado, mostrando uma redução no número de sacadas de longa latência e uma diminuição correspondente na latência média. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em cerca de 70 minutos se for executada corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de garantir que o sacadômetro esteja centralizado na ponte do nariz e que as luzes da sala estejam fracas.
Seguindo este procedimento, tarefas sacádicas mais avançadas podem ser usadas para responder a perguntas adicionais, como como o controle cognitivo dos movimentos oculares é afetado pela estimulação cerebral profunda. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como usar a psicodometria em indivíduos com sistemas estimuladores cerebrais profundos. Não se esqueça de que trabalhar com lasers pode ser perigoso e você deve tomar cuidado para garantir que tanto os participantes quanto o experimentador não olhem diretamente para os feixes de laser.
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Visão Geral
Este estudo investiga os efeitos da estimulação cerebral profunda nos movimentos oculares sacádicos, fornecendo insights sobre as funções cerebrais normais e patológicas. Ao combinar estimulação com técnicas de medição precisas, a pesquisa visa aprimorar a compreensão das doenças relacionadas aos gânglios da base.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Eletrofisiologia
- Fisiopatologia
Fundamentos
- A estimulação cerebral profunda é uma técnica terapêutica usada para vários distúrbios neurológicos.
- Movimentos oculares sacádicos são movimentos rápidos dos olhos que são cruciais para a percepção visual.
- Entender a interação entre esses dois pode revelar insights fisiológicos importantes.
- Este método permite medições quantitativas e precisas dos movimentos oculares.
Objetivo do Estudo
- Medir os efeitos da estimulação cerebral profunda nos movimentos oculares sacádicos.
- Explorar a fisiopatologia das doenças relacionadas aos gânglios da base.
- Desenvolver uma ferramenta precisa para estudar a função cerebral.
Métodos Utilizados
- Medição quantitativa dos movimentos oculares.
- Estimulação de áreas focais no cérebro profundo.
- Uso de vários implantes estimuladores que geram estímulos elétricos.
- Combinação de técnicas de estimulação e medição.
Principais Resultados
- A técnica permite a detecção precisa de anormalidades sutis nos movimentos oculares.
- Os insights obtidos podem ajudar na compreensão das funções cerebrais normais e patológicas.
- Os resultados contribuem para o conhecimento sobre os mecanismos da estimulação cerebral profunda.
Conclusões
- Este método é valioso para estudar a fisiologia e a fisiopatologia do cérebro.
- Ele fornece uma estrutura para futuras pesquisas sobre doenças relacionadas aos gânglios da base.
- A análise quantitativa melhora a compreensão da função cerebral.
Perguntas Frequentes
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.
