Оценка связанных с учащимися изменений в Локус Coeruleus-опосредованного возбуждения, вызванных trigeminal стимуляции
26 ноября 2019 г.
Чтобы проверить, связано ли тройничное воздействие на когнитивные функции, представляют сярку coeruleus активность, представлены два протокола, которые направлены на оценку возможных корреляций между производительностью и связанных с задачами изменений размера зрачка, вызванных жеванием. Эти протоколы могут применяться к условиям, в которых подозревается вклад локуса coeruleus.
Локус coeruleus является глубокая структура мозга, которая регулирует поведенческое возбуждение, внимание и когнитивные функции. Его активность может быть записана косвенно путем измерения размера зрачка. Этот подход позволяет проверить, где стимулы, которые повышают когнитивные функции, такие как стимуляция гемина, модулировать активность LC, как диаметр изменения в размере зрачка.
Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что нейродегенеративные заболевания связаны с дисфункцией локуса coeruleus. Нынешний подход проложит путь для модуляции геминального ввода локуса coeruleus в терапевтических целях. Демонстрацией процедуры с Томмазо Банфи будет Винченцо Де Чикко, профессиональный врач и одонтолог.
Для выполнения эксперимента необходим коммерчески доступный кусок жевательной резинки, называемый мягкой гранулой, и силиконовая резиновая гранула, именуемая твердой гранулой. Головоломка танграммы также должна быть подготовлена к тактильной задаче. Для протокола один, обеспечить бумагу отображения трех 10 на 10 числовых матриц к предмету, и попросите субъекта последовательно сканировать матричные линии при использовании карандаша, чтобы галочку, как много целевых чисел, указанных выше каждой матрицы в течение 15 секунд для измерения базовых когнитивных производительности субъекта.
Затем вручную оцените индекс производительности, скорость сканирования и скорость ошибок. Для измерения базового размера зрачка, место субъекта на оптимальном рабочем расстоянии 56 миллиметров от роговицы топограф pupillographer, и приобрести один, отдельные камеры выстрелы левой и правой зрачки под постоянным освещением 40 люкс. Чтобы оценить размер зрачка во время танграммы тактильной задачи, поместите одну из частей головоломки в руку субъекта, и попросите субъекта вернуть кусок в танграмму при записи размера ученика субъекта.
Чтобы измерить размер зрачка во время тактильной задачи, приобрети фотографии, в то время как субъект выполняет второе из двух повторений задачи в начале исследования поверхности головоломки. Оценка размера левого и правого зрачка путем прямого приобретения значений, отображаемых программным обеспечением в миллиметрах. Затем вычесть размер зрачка в покое из размера ученика во время тактильной задачи вычислить связанный с задачей мидриаз и получить среднее значение как для правых, так и для левых учеников.
Далее попросите субъекта жевать самоуправляемые мягкие гранулы, позволяя субъекту спонтанно выбирать как скорость жевания, так и предпочтительную сторону жевания рта. Через минуту предоставьте предмету новую мягкую гранулу и попросите субъекта переключить жевательную сторону еще на минуту жевания. Сразу же после этого, конец жевательной упражнения, оценить производительность субъекта в матрицы тест, как попродемонстрировано при измерении размера зрачка как в покое, так и во время тактильной задачи.
Через 30 минут после окончания жевательной упражнения оцените производительность предмета и размер зрачка, как в покое, так и во время тактильной задачи. Для протокола два, оборудовать предмет с носимым pupillometer глаз трекер наделен 3D-печатной стеклянной структуры рамы, и настроить положение двух инфракрасных камер, установленных на раме так, что глаза субъекта находятся в фокусе с полем зрения камер. Используя откалиброванный датчик логаритмического света, установленный на носимой раме зрачка, чтобы непрерывно и одновременно записывать уровень экологической освещенности, получить изображения учеников субъекта в покое на 120 Герц выборки скорости в носимых pupillometer программного обеспечения в течение 20 секунд.
Чтобы получить базовые данные о когнитивных показателях, завеком записывают размер учеников, в то время как испытуемый выполняет тест Спиннлера-Тоньони. Вручную поднимите размеры левого и правого зрачка в покое и во время теста Спиннлер-Тоньони, усредняя приобретенные значения для каждого ученика. Затем вычислите мидриаз, связанный с задачей, как это было продемонстрировано для получения средних значений как для левых, так и для правых учеников.
Далее попросите субъекта жевать самоуправляемые мягкие гранулы, позволяя субъекту спонтанно выбирать как скорость жевания, так и жевательную сторону рта. Через минуту предоставьте предмету новую мягкую гранулу и попросите субъекта переключить жевательную сторону на дополнительную минуту жевания. Сразу же в конце жевательной упражнения, оценить размер зрачка в покое как в производительности и размер зрачка во время теста матрицы.
Через 30 минут после окончания жевательной упражнения оцените как размер зрачка в покое, так и размер зрачка во время теста матриц. В этом репрезентативном примере индекс производительности был увеличен вскоре после того, как жевал либо твердые, либо мягкие гранулы. Однако, после 30 минут, повышенная производительность сохраняется только для твердых гранул.
Два условия контроля, такие как отсутствие активности и упражнения на руки, негативно сказались на производительности, с тенденцией к восстановлению через 30 минут. Качественно аналогичные изменения наблюдались для мидриаза, связанного с задачей, в том же предмете, отображаемом в предыдущем сюжете. В режиме непрерывного приобретения прибора конечные отдельные образцы являются репрезентативными для конечного среднего значения, так как ученик достигает стабильного размера в течение пяти секунд после отключаемого света.
В отдельных субъектах наблюдалась сильная корреляция между производительностью и мидриазом, связанным с задачей, после жевания твердых и мягких гранул. Корреляция также очевидна при нормализации соответствующих изменений для базовых значений. Еще более убедительные доказательства участия LC в стимулирующее воздействие жевания на когнитивные функции могут быть получены путем корреляции жевательных индуцированных изменений в индексе производительности с изменением мидриаза наблюдается во время выполнения того же теста матрицы.
Используя процедуру, очень важно тщательно контролировать экологическое освещение, так как внешний свет может быть основным определяющим фактором для размера ученика, путая результаты. Эта процедура может найти несколько приложений, например, мы в настоящее время изучаем ли коррекция окклюзионной ассиметрии может повысить производительность, влияя на активность локуса coeruleus.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании изучается роль активности голубого пятна в когнитивной деятельности под влиянием стимуляции тройничного нерва посредством жевания. Используя два экспериментальных протокола, авторы исследуют корреляции между показателями эффективности и изменениями размера зрачка, которые служат косвенным показателем активности голубого пятна.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Когнитивные функции
- Пупиллометрия
Теоретические сведения
- Голубое пятно участвует в регуляции бодрствования и когнитивных функций.
- Изменения диаметра зрачка отражают нейрофизиологическую активность головного мозга.
- Дисфункция голубого пятна была связана с нейродегенеративными заболеваниями.
- Данное исследование может привести к созданию новых методов вмешательства, направленных на активность голубого пятна.
Цель исследования
- Оценить влияние стимуляции тройничного нерва на когнитивные способности при участии голубого пятна.
- Установить корреляцию между эффективностью выполнения заданий и размером зрачка во время когнитивных тестов.
- Изучить терапевтический потенциал стимуляции жевания для улучшения когнитивных функций.
Используемые методы
- Исследование включает два протокола измерения размера зрачка во время когнитивных задач, связанных с жеванием.
- Основная биологическая модель включала испытуемых, выполнявших когнитивные задачи с тригеминальной стимуляцией и без неё.
- Регистрировались количественные показатели, такие как индексы эффективности и размер зрачка.
- Задачи включали гаптическое исследование и сканирование матрицы для определения базового уровня когнитивной деятельности.
- Сравнивалось влияние жевания твердых и мягких гранул на когнитивные функции.
Основные результаты
- Разжевывание твердых или мягких гранул положительно повлияло на выполнение задачи.
- Были выявлены более сильные корреляции между изменением размера зрачка и когнитивными показателями.
- Наблюдался связанный с задачей мидриаз, что указывает на активацию голубого пятна (locus coeruleus) во время выполнения задач.
- Улучшение показателей сохранялось только после разжевывания твердой гранулы спустя 30 минут.
Выводы
- Результаты демонстрируют, что стимуляция тройничного нерва посредством жевания может улучшать когнитивные функции и отражать активность голубого пятна.
- Данное исследование открывает путь для дальнейшего изучения жевания как неинвазивного средства усиления когнитивных способностей.
- Полученные данные могут расширить наше понимание нейронных механизмов, влияющих на когнитивные функции, и помочь в разработке потенциальных терапевтических стратегий.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
В данном исследовании разработан неинвазивный метод оценки возбуждения, опосредованного голубым пятном, посредством стимуляции тройничного нерва, что создает механистическую связь между сенсорным воздействием и когнитивными показателями. Путем корреляции изменений диаметра зрачка с результатами выполнения задач данный метод обеспечивает количественную оценку для валидации мишеней в стратегиях нейромодуляции. Этот подход способствует раннему снижению рисков при проверке гипотез, связывающих периферическую стимуляцию с центральными норадренергическими путями, имеющими значение при расстройствах внимания и уровней бодрствования.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет исследовать ось «тройничный нерв — голубое пятно» как модулирующий путь пробуждения и когнитивной деятельности.
- Практическая ценность: предоставляет основанный на пупиллометрии косвенный показатель активности голубого пятна, снижая зависимость от инвазивных методов нейронной регистрации.
- Прогностическая ценность: коррелирует стимуляцию тройничного нерва с вызванным задачей мидриазом и эффективностью выполнения работы, что поддерживает оценку воздействия на мишень на основе выдвинутых гипотез.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Стандартизирует тройничную стимуляцию (парадигмы жевания) как воспроизводимый стимул для исследования сетей бодрствования.
- Практическая ценность: Определяет количественные показатели — индексы эффективности и связанный с задачей мидриаз — для обеспечения готовности анализа и согласованности результатов между лабораториями.
- Масштабируемость: Поддерживает адаптацию к носимой пупиллометрии для лонгитюдных исследований или высокопроизводительного скрининга.
Трансляционные и доклинические исследования
- Трансляционная преемственность: Связывает острую стимуляцию тройничного нерва с устойчивыми когнитивными эффектами, что позволяет оценивать продолжительность действия.
- Значимость для изучения заболеваний: Соответствует дисфункции голубого пятна в моделях нейродегенеративных заболеваний, что обосновывает поиск биомаркеров.
- Снижение механистических рисков: Позволяет дифференцировать специфические нейромодулирующие эффекты от неспецифической моторной активации с помощью контрольных тестов на силу сжатия кисти и состояние покоя.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод подходит для рабочих процессов на ранних этапах поиска, когда для оценки взаимодействия с мишенью и модуляции сигнальных путей требуются функциональные, физиологически обоснованные показатели до этапа идентификации соединений-лидеров.
- Фундаментальная биология: проверка того, модулирует ли тройничный вход активность голубого пятна, исходя из динамики зрачка и когнитивных показателей.
- Скрининг: обоснование стимуляции путем жевания как стандартизированного триггера переключения состояний бодрствования в когнитивных анализах.
- Аналитика: получение корреляционных показателей между изменениями размера зрачка и индексами эффективности для количественной оценки силы нейромодуляции.
- Трансляционные исследования: поддержка изучения устойчивых эффектов (например, сохранение твердых гранул через 30 min) для моделирования продолжительности действия.
- Прикладное использование: позиционирование тройничной стимуляции с использованием пупиллометрии как воспроизводимой платформы для исследования путей активации в хемогенетических или фармакологических исследованиях.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Механистическое снижение рисков при изучении роли голубого пятна в когнитивных эффектах, опосредованных тройничным нервом.
- Операционная ценность: Стандартизированная, воспроизводимая парадигма «стимул-ответ» с внутренним контролем (покой, кистевой динамометр).
- Стратегическая ценность: Позволяет принимать решения о целесообразности (go/no-go) воздействия на нейромодуляторные мишени на основе коррелирующих физиологических и поведенческих показателей.
- Влияние на портфель: Обосновывает приоритетность вмешательств, направленных на сети бодрствования, с количественно определяемыми маркерами активации мишени.
Особенности внедрения
- Требуется опыт в области пупиллометрии, разработки когнитивных задач и протоколов тройничной стимуляции.
- Зависимость от контролируемого освещения для предотвращения искажения результатов измерения размера зрачка.
- Необходимость стандартизированных протоколов жевания (тип гранул, продолжительность, чередование сторон) для обеспечения воспроизводимости.
- Учет особенностей адаптации носимых и стационарных систем пупиллометрии для различных модельных систем.
- Практическое ограничение: вариативность внешнего освещения должна строго контролироваться во избежание появления шума в показаниях пупиллометрии.
