Method Article

Измерение и анализ порога временной дискриминации применяется к цервикальной дистонии

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

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

Представлены методы для измерения и анализа порога временной дискриминации, и его применение для исследования патогенеза цервикальной дистонии, обсуждаются.

Abstract

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

Порог временной дискриминации (TDT) является короткий интервал времени, на котором наблюдателя может дискриминацию двух последовательных раздражителей как асинхронные (обычно 30-50 мс). Было показано, чтобы быть ненормальным (длительное) в неврологических расстройств, включая цервикальной дистонии, фенотип onset взрослого идиопатическая изолированных координационных дистонии. TDT количественная мера способности воспринимать быстрые изменения в окружающей среде и считается примерного поведения визуального нейронов в четверохолмия, ключевой узел в тайных внимания ориентации. Эта статья устанавливает методы измерения TDT (включая две опции и два режима представления раздражители). Мы также изучить два подхода, анализа данных и расчет TDT. Также обсуждается применение оценки временной дискриминации для понимания патогенеза цервикальной дистонии и идиопатический изолированных координационных дистонии onset взрослого.

Introduction

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

Временной дискриминации описывает способность человека к дискриминации, или воспринимать, быстрые изменения в их среде. Порог временной дискриминации (TDT) является короткий интервал времени, на котором человек может воспринимать, что два последовательных сенсорные стимулы являются асинхронными. Было показано, что временной дискриминации аномально длительного расстройств, влияющих на базальных ганглиев, включая дистонии1,2,3,4,5,6 , 7.

Гипоталамус является третьей наиболее распространенной движение неврологические расстройства - после Паркинсона's болезней и основных тремор. Он характеризуется постоянной или прерывистой мышечных сокращений, вызывая ненормальное, часто повторяющихся движений или позы8. Дистония может повлиять на любой части тела. Когда она влияет на одну часть тела он известен как координационных дистонии8. Дистония, затрагивающие мышцы шеи известен как цервикальной дистонии и является наиболее распространенным фенотип onset взрослого идиопатическая изолированных координационных дистонии. 9 , 10 патогенеза цервикальной дистонии остается неизвестным; Он считается генетическим расстройством с аутосомно-доминантное наследование и заметно снижение пенетрантностью. Экологические факторы также считаются важными в связи с болезнью пенетрантностью и выражение.

Четверохолмия, сенсомоторной структура, расположенная в спинного мозга, имеет важное значение для быстрого обнаружения экологических раздражителей в процессе скрытой внимания ориентации2,,1112. Визуальные раздражители доступ четверохолмия быстро через ретино тектальный Магноцеллюлярные пути. TDT является простой, объективная мера считается обработки визуальных (и другие сенсорные стимулы) в поверхностных слоях четверохолмия. TDT изучалось в людей с цервикальной дистонии, их независимость родственников и здорового контроля участников. По сравнению с возраста и пола соответствием контроля участников, Аномальные TDT обладает высокой чувствительностью (97%, 36 37 пациентов) и специфичность (98-100%) в цервикальной дистонии1. Аномальные TDT был обнаружен в 50% не влияет ближайших родственников женщин, больных с цервикальной дистонии (14 25, в возрасте 48 лет и старше), демонстрируя пенетрантностью, связанных с возрастом и секс с аутосомно-доминантное наследование13, 14. аномальные ТДТ в силе родственников больных цервикальной дистонии (по сравнению с родственников с нормальной TDTs) связано с увеличением объема putaminal (по voxel-на-основе морфометрия)15 и снижение putaminal активности (по МР-томографию)4 . Четверохолмия считается значительным узел в нейронной сети, которая является неблагополучной в цервикальной дистонии12. Оценку временной дискриминации рассматривается как предоставление важные улики, а Патомеханизмы базовой цервикальной дистонии.

Цель этой статьи – представить два метода для измерения и анализа временной дискриминации, а также демонстрируя применение этого метода для изучения патофизиологии цервикальной дистонии.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

Комитет по этике медицинских исследований в больнице университета Сент-Винсент, Дублин дал одобрение набора пациентов с цервикальной дистонии, их братьев и сестер (независимость от дистонии) и здорового контроля, участвовать в протоколе описаны ниже.

1. аппаратные и программные решения

Примечание: Две опции были разработаны для отображения зрительных раздражителей с точных интервалов между стимулом. Оба были разработаны и построил дом в центре Троицы для биоинженерии, Тринити-колледж Дублина и были ранее описанных5,16. Желающих повторить точные аппаратные решения, используемые в настоящем документе может просить же, обратившись в центр Троицы для биоинженерии непосредственно. Кроме того полный набор инструкций, включая 3D печати файлов для гарнитуры, инструкции для сопровождающих Arduino микроконтроллер и др. можно загрузить с http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Стимулы, представленные в таблице топ подход может быть создан с помощью пользовательских программ в презентации (например, нейроповеденческие систем), установленных на настольном компьютере и запрограммированы для управления светоизлучающие диоды (СИД) через параллельный порт компьютер. Кроме того как описано ниже, столешница светодиоды могут управляться через Arduino микроконтроллер. Представление кода и файлов Arduino также доступны для скачивания по приведенной выше ссылке.

  1. TDT оборудование: Столешница метод
    1. Знак «X», как точка фиксации на черный матовый или лист на столе перед участником.
    2. Попросите участников позиционировать себя, чтобы они сидели непосредственно перед точкой крепления.
    3. Место пар желтый светодиод (LED) (диаметром 5 мм, 90 cd/m2 яркости), заключенная в коробке, на столе перед участником.
    4. Ориент поле что светодиоды вертикально по краю и расположены 7 ° от точки центра субъекта на левой и правой стороны, при необходимости.
    5. Провести этот эксперимент в затемненной комнате. Небольшое количество яркости фона может быть необходимо позволить оператору видеть достаточно, чтобы запустить эксперимент.
    6. Поручить участник сосредоточиться на точку фиксации во все времена и не смотреть прямо на мигание светодиодов.
    7. Подключите микроконтроллер к коробке светодиод и следовать на экране инструкциям, отображаемым на жидкокристаллический дисплей окна микроконтроллер, например, выбрать метод презентации: «случайно» или «лестница» и выберите режим: «левой верхней первых», и т.д. .
    8. Попросите участников ответить «же» или «другой» после представления каждой пары стимул, в зависимости от того, ли они воспринимать раздражители быть синхронным или асинхронным.
    9. Информировать участника, когда каждый суд собирается начать, вокализации на экране отсчет от s 5-0.

figure-protocol-1
Рисунок 1: (a) схема дизайн гарнитуры. Пара Желтые светодиоды (диаметром 5 мм) и красный фиксации LED (диаметр 3 мм), на левой и правой стороне участника через блок монтируется головы и сделаны видимыми путем отражения в зеркалах перед пользователем. (b) схемы 3D модель гарнитуры. Гарнитура была разработана из пластика лазерной спеченных нейлон, весит 0,70 кг, имеет индекс низкой прозрачности и черный цвет для сведения к минимуму света пенетрантностью. (и b) воспроизводятся, с небольшими изменениями, Батлер и др. 16 с разрешения публикации ВГД. (c) LED стимул поле для столешницы презентации.

  1. TDT оборудования: Гарнитура портативный TDT
    1. Провести эксперимент в любом подходящем месте.
    2. Подключить микроконтроллер для гарнитуры и следовать на экране инструкциям, отображаемым на жидкокристаллический дисплей окна микроконтроллер, например, выбрать метод презентации: «случайно» или «лестница» и режим: «левой верхней первых», и т.д.
    3. Прямым участником позиционировать себя с их локти на стол перед ними. Затем держа устройство в их руках, направьте их осторожно вдавите резиновый уплотнитель, окружающих окуляра, тем самым их лицо уплотнения из окружающего света.
    4. Проинструктируйте участников сосредоточить внимание на красной записи светодиод во все времена и не смотреть прямо на мигание светодиодов.
    5. Попросите участников ответить «же» или «другой» после представления каждой пары стимул, в зависимости от того, ли они воспринимать раздражители быть синхронным или асинхронным.
    6. Информировать участника, когда каждый суд собирается начать, вокализации на экране отсчет от s 5-0.

2. стимул-презентация

Примечание: Два подхода к стимул презентации были заняты.

  1. Лестница метод
    1. Выберите презентацию «лестницу»; стимулы представляются каждые 5 s с интервалом между стимулом, начиная с 0 и становится прогрессивно более асинхронные (увеличение на 5 мс) каждый раз.
    2. Выберите любую из четырех презентация условий: (i) левый верхний индикатор первый (ii) слева снизу светодиодный первый (iii) справа вверху сначала, или (iv) правой нижней привело сначала.
    3. Повторите шаг 2.1.2, так что каждый механизм запускается дважды, что приводит к в общей сложности восемь запусков.
    4. Прекратить судебный процесс, когда участник отвечает «различных» за три последовательных пар раздражителей.
  2. Случайные презентации метод
    1. Выберите «Random» презентации; пар стимулы представляются каждые 5 s. Интервал между стимулом варьируется, в рандомизированных моды, от 0-100 мс.
    2. Выберите любую из четырех презентация условий: (i) левый верхний индикатор первый (ii) слева снизу светодиодный первый (iii) справа вверху сначала, или (iv) правой нижней привело сначала.
    3. Повторите шаг 2.2.2, так что каждый механизм запускается дважды, что приводит к в общей сложности восемь запусков.
      Примечание: Каждый запуск одинаковую длину и будет автоматически завершена.

3. анализ данных

  1. Значение Single TDT
    1. Использование данных из метода лестница, выделите первый окончательный три «различных» ответов для каждого из восьми бежит. Это пороговые значения для каждого запуска.
    2. Рассчитать порог временной дискриминации (TDT) для каждого участника, принимая средний порогов от каждого из их восемь запусков; в результате в одном значении TDT (в миллисекундах) на единицу.
    3. Вычислить ZОценка для каждого участника. Определить ZОценка как разница между участника TDT и средняя TDT от управления соответствием возраст населения (figure-protocol-2, делится на стандартное отклонение TDT значения для этого элемента управления населения figure-protocol-3 .
      figure-protocol-4
    4. Определите, если человек имеет нормальное или аварийное TDT. Z-счет ≥ 2.5 считается отражают аномальные TDT.
  2. Анализ распределения
    1. С использованием данных из метода лестница, кодировать данные ответа, что '0' соответствует «же» и «1» соответствует «различных», Таблица 1.
    2. Скачайте бесплатно MATLAB.exe для выполнения анализа распределения, описанные ниже от http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Увидеть Батлер и др. 16 полное описание этого метода. Кроме того действуйте, как описано ниже.
    3. Панели данных, чтобы убедиться, что все проходит ту же длину длинная трасса. Это делается путем предполагая все последующие ответы, после прекращения выполнения «различных», Таблица 1 b.
    4. Средняя ответы через испытания для каждого участника, Таблица 1(с). Это можно изобразить как функция стимул асинхронности.
    5. Установите этот усредненный или представительных данных с кумулятивная функция Гаусса. Среднее значение этого распределения представляет собой точку, в которой участники являются равновероятными реагировать «же» или «другой». Эта точка называется «точки субъективных равенства» (PSE). Стандартное отклонение распределения Гаусса, также упоминается как «просто заметная разница» (СНН), показывает, насколько чувствительным участников являются изменения в временной асинхронности относительно их среднего.
    6. Расширение анализа путем представления данных в непараметрической процедуры начальной загрузки для того чтобы оценить 95% доверительных интервалов TDT PSE и СНН психометрии, совокупные функции Гаусса. Для этого, создайте новый представитель наборы данных методом случайной выборки с заменой из оригинального ответов, Таблица 1 b, для каждого шага времени. Рассчитать TDT и соответствовать новой психометрических функции для каждого представителя набор данных16.
    7. Вычислить добра подходят, или отклонений (D), для каждого участника с помощью журнала вероятность соотношение,16,17
      figure-protocol-5
      где K -число точек времени, n,я — это количество повторений в этот момент времени, обычно восемь повторений (четыре справа и слева четыре), y,я наблюдаемых доля асинхронных ответных мер, p я это доля асинхронных ответов, предсказанные с помощью гладкой кривой. Девиантность значение 0 означает идеально подходят.
    8. Печать результатов.
      Примечание: Данные из случайных презентации подхода могут быть проанализированы для определения единого или распределенных TDT, как описано в разделе 3 выше данных, вытекающих из метода представления лестнице. Однако, из-за случайных презентации порядок интервалов между раздражители, эти данные сначала должны заказываться (от наименьшего к наибольшему интервал между стимул), перед началом анализа описанных выше, в таблице 2. Кроме того нет необходимости для панели данные после случайного презентации, по умолчанию, все работает, одинаковой длины.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Примеры заполнения Оценка листы представлены в таблицах 1 и 2, где они соответственно представляют результаты после лестница и методы представления случайных стимул. Пороговые значения для каждого запуска (время первый из трех пар стимул, как представляется, разные ''), будут выделены. Таблица 1TDT рассчитывается как 25 мс (то есть, медиана 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40, 10 мс). Эти данные взяты из 35-летняя женщина...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

TDT измерение и анализ

Две формы аппарат (столешница гарнитура), два методов и стимул презентации (лестница и случайных) и два подхода к анализу данных (традиционные и распределение) были представлены для иллюстрации как оценить и количественно человек височной способность дискриминации. Портативная гарнитура обеспечивает удобный оборудования вариант, который обеспечивает согласованность в расстояния и углы между участником и светодиодные источники света, позволяя при этом дан...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Ребекка Б Бек, Eavan M Mc прави, Джон Батлер, Дорина Birsanu, Брендан Куинлайвэн, Инес Бейзер, Shruti Narasimham имеют без источников финансирования, раскрытия финансовой информации или конфликта интересов объявить. Майкл Хатчинсон получает гранты от дистонии Ирландии, медицинских исследований Совета Ирландии (CSA-2012-5), Фонд исследований дистонии (Бельгия) и ирландского института клинической неврологии. Sean O'Риордан сообщает получения спикер's гонорар от Abbvie. Ричард Райли получает финансирование от фонда науки Ирландии, Enterprise Ireland и медицинских исследований Совет Ирландии.

Acknowledgements

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

Это исследование было поддержке грантов от исследований Совет здравоохранения, дистония Ирландии, Ирландии фонд науки и ирландского института клинической неврологии.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Комплект головок TDTможет быть поставлен Центром биоинженерии Тринити, Тринити-колледж в Дублине. Кроме того, полные инструкции доступны для бесплатной загрузки с сайта http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/1Специально созданное портативное устройство для предъявления визуальных стимулов.
Настольная светодиодная коробка TDTможет быть поставлена Центром биоинженерии Тринити, Тринити-колледж в Дублине. Кроме того, полные инструкции доступны для бесплатной загрузки с сайта http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/2Специально созданное настольное устройство для предъявления визуальных стимулов.
Микроконтроллерможет быть поставлен Центром биоинженерии Тринити, Тринити-колледж в Дублине. В качестве альтернативы полные инструкции доступны для бесплатной загрузки с http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/3Специализированный микроконтроллер для доставки визуальных стимулов в лестничном или случайном порядке, с точными интервалами между стимулами.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bradley, D., et al. Temporal discrimination thresholds in adult-onset primary torsion dystonia: an analysis by task type and by dystonia phenotype. J Neurol. 259 (1), 77-82 (2012).
  2. Hutchinson, M., et al. The endophenotype and the phenotype: temporal discrimination and adult-onset dystonia. Mov Disord. 28 (13), 1766-1774 (2013).
  3. Kimmich, O., et al. Sporadic adult onset primary torsion dystonia is a genetic disorder by the temporal discrimination test. Brain. 134 (Pt 9), 2656-2663 (2011).
  4. Kimmich, O., et al. Temporal discrimination, a cervical dystonia endophenotype: penetrance and functional correlates. Mov Disord. 29 (6), 804-811 (2014).
  5. Molloy, A., et al. A headset method for measuring the visual temporal discrimination threshold in cervical dystonia. Tremor Other Hyperkinet Mov (N Y). 4, 249(2014).
  6. Termsarasab, P., et al. Neural correlates of abnormal sensory discrimination in laryngeal dystonia. Neuroimage Clin. 10, 18-26 (2016).
  7. Fiorio, M., et al. Defective temporal processing of sensory stimuli in DYT1 mutation carriers: a new endophenotype of dystonia? Brain. 130 (1), 134-142 (2007).
  8. Albanese, A., et al. Phenomenology and classification of dystonia: a consensus update. Mov Disord. 28 (7), 863-873 (2013).
  9. Nutt, J. G., Muenter, M. D., Aronson, A., Kurland, L. T., Melton, L. J. 3rd Epidemiology of focal and generalized dystonia in Rochester, Minnesota. Mov Disord. 3 (3), 188-194 (1988).
  10. Williams, L., et al. Epidemiological, clinical and genetic aspects of adult onset isolated focal dystonia in Ireland. Eur J Neurol. , (2016).
  11. Bell, A. H., Munoz, D. P. Activity in the superior colliculus reflects dynamic interactions between voluntary and involuntary influences on orienting behaviour. Eur J Neurosci. 28 (8), 1654-1660 (2008).
  12. Hutchinson, M., et al. Cervical dystonia: a disorder of the midbrain network for covert attentional orienting. Front Neurol. 5, 54(2014).
  13. Williams, L. J., et al. Young Women do it Better: Sexual Dimorphism in Temporal Discrimination. Front Neurol. 6, 258(2015).
  14. Butler, J. S., et al. Age-Related Sexual Dimorphism in Temporal Discrimination and in Adult-Onset Dystonia Suggests GABAergic Mechanisms. Front Neurol. 6, 258(2015).
  15. Bradley, D., et al. Temporal discrimination threshold: VBM evidence for an endophenotype in adult onset primary torsion dystonia. Brain. 132 (Pt 9), 2327-2335 (2009).
  16. Butler, J. S., et al. Non-parametric bootstrapping method for measuring the temporal discrimination threshold for movement disorders. J Neural Eng. 12 (4), 046026(2015).
  17. Wichmann, F. A., Hill, N. J. The psychometric function: I. Fitting, sampling, and goodness of fit. Percept Psychophys. 63 (8), 1293-1313 (2001).
  18. McGovern, E. M., et al. A comparison of stimulus presentation methods in temporal discrimination testing. Physiol Meas. 38 (2), N57-N64 (2017).
  19. Scontrini, A., et al. Somatosensory temporal discrimination in patients with primary focal dystonia. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 80 (12), 1315-1319 (2009).
  20. Nardella, A., et al. Inferior parietal lobule encodes visual temporal resolution processes contributing to the critical flicker frequency threshold in humans. PLoS One. 9 (6), e98948(2014).
  21. Pastor, M. A., Macaluso, E., Day, B. L., Frackowiak, R. S. Putaminal activity is related to perceptual certainty. Neuroimage. 41 (1), 123-129 (2008).
  22. Isa, T., Hall, W. C. Exploring the superior colliculus in vitro. J Neurophysiol. 102 (5), 2581-2593 (2009).
  23. Isa, T., Endo, T., Saito, Y. The visuo-motor pathway in the local circuit of the rat superior colliculus. J Neurosci. 18 (20), 8496-8504 (1998).
  24. Kaneda, K., Isa, T. GABAergic mechanisms for shaping transient visual responses in the mouse superior colliculus. Neuroscience. 235, 129-140 (2013).
  25. Ramos, V. F., Esquenazi, A., Villegas, M. A., Wu, T., Hallett, M. Temporal discrimination threshold with healthy aging. Neurobiol Aging. 43, 174-179 (2016).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Temporal Discrimination ThresholdCervical DystoniaSuperior ColliculusStaircase MethodRandomized PresentationCumulative Gaussian DistributionPoint of Subjective EqualityJust Noticeable DifferenceZed Score CalculationGABAergic Inhibition

Related Articles