Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Mit Saccadometry mit Deep Brain Stimulation Normale und Pathologische Funktion des Gehirns zu studieren

Published: July 14, 2016 doi: 10.3791/53640

Introduction

In den letzten Jahren gab es bei der Verwendung von Messungen von Reaktionszeiten als quantitative und nicht-invasive Art und Weise zu gewinnen , Informationen über die hohen Ebene Mechanismen der neuronalen Entscheidung zunehmendes Interesse 1 zu machen. Eine Art von Reaktionszeit, die intensiv untersucht worden ist, ist die Zeit für eine Sakkaden bei Vorlage eines visuellen Stimulus zu initiieren, wie Sakkaden Latenz bekannt. Sakkaden sind die schnellen Augenbewegungen, die auftreten, wenn wir schnell unseren Blick von einem Ort zum anderen zu verschieben. Sie sind die häufigste Art von Augenbewegungen machen wir bei einer Frequenz auftreten, von typischerweise zwei oder drei pro Sekunde. Jeder Sakkaden ist in der Tat eine Entscheidung auf ein Stichwort in der visuellen Welt zu betrachten und nicht als eine andere 2.

Die Nervenbahnen Augenbewegungen zu steuern wurden ausführlich untersucht und sind recht gut 3 dokumentiert. Mit empfindlichen elektronischen Geräten, können Aspekte der oculomotor Funktion sein präzise und objectively quantifiziert. Dies erleichtert die detaillierte Untersuchung der Augenbewegungen selbst, sondern ermöglicht es auch, sie als Werkzeug verwendet werden, um andere Bereiche der Neurophysiologie und Pathophysiologie zu untersuchen.

Augenbewegungsmessung können alle notwendigen Informationen über Krankheitszustände liefern. Sakkadische Augenbewegungen kürzlich zum Beispiel viel Aufmerksamkeit als potentielle Biomarker in neurodegenerativen Erkrankungen einschließlich Huntington-4,5 und Parkinson-Krankheiten 6,7, und es ist bekannt, dass sakkadische Reaktions mal langsamer zu sein neigen als normal in diesen Bedingungen. Einsatzmöglichkeiten von Sakkaden Messung umfassen Hilfsmittel zur Diagnose und Krankheit Verfolgung. Sakkadische Aufgaben reichen von der einfachen prosaccade (Suche so schnell wie möglich in Richtung auf eine plötzlich visuellen Reizes nach links oder rechts erscheine) zu komplexeren Aufgaben wie die Antisakkaden (Suche so schnell wie möglich auf die andere Seite auf einen visuellen Reiz) oder Gedächtnis- geführte Sakkaden (Blickin Richtung der zu merkenden Ort eines Ziels, das nicht mehr da ist).

Tiefe Hirnstimulation ist eine wirksame Behandlung für mehrere neurologische Zustände. Es wird am häufigsten zur Behandlung der motorischen Symptome der Parkinson-Krankheit, einschließlich Tremor, Rigor, Bradykinesie und Dyskinesie verwendet. Es ist auch für andere Bewegungsstörungen einschließlich Dystonie und essentiellem Tremor, und weniger häufig für neuropathische Schmerzen, Epilepsie und psychiatrischen Erkrankungen wie Zwangsstörungen eingesetzt. Es ist die einzige Einstellung , in denen Wissenschaftler einen direkten elektrischen Zugang zu tiefen Strukturen des menschlichen Gehirns in vivo und bietet somit eine wertvolle Gelegenheit für experimentelle Neurologie haben. Eine Vielzahl von Zielen auf der Bedingung stimulierte abhängig, die behandelt, einschließlich mehreren Stellen in den Basalganglien, von denen viele in oculomotor Wegen beteiligt sind. Dies bedeutet, dass ein breites Spektrum von Studien können mit dem DBS-System durchgeführt werden Stimulation zu liefernzu einem bestimmten Gehirn Lage und ein Eye-Tracking-Gerät aufzeichnen und seine Auswirkungen zu analysieren. Je nach experimentellen Paradigmen können solche Studien liefern Informationen über die Physiologie der Region stimuliert wird, die Auswirkungen der Krankheit oder der Mechanismus, durch den DBS wird in dieser bestimmten Umgebung zu arbeiten. Dieser Artikel beschreibt einen allgemeinen Ansatz zu Sakkaden Augenbewegung in Deep Brain Stimulation Patienten.

Mehrere verschiedene Arten von Eye-Tracking-Geräte stehen zur Verfügung. Für die Forschung in diesem Protokoll beschrieben wurde ein tragbares saccadometer verwendet horizontale Sakkaden Augenbewegungen aufzuzeichnen. Tragbare saccadometers haben den Vorteil , nicht Kopfstütze erforderlich ist (siehe Abbildung 1), was bedeutet , dass die Sitzungen sind bequemer für Patienten mit Parkinson-Krankheit, vor allem für diejenigen mit schweren Dyskinesien leiden. Der hier verwendete saccadometer ist leicht und etwa 5 cm breit und 10 cm hoch. Die saccadometer measures Augenbewegungen durch die Verwendung von direkter Infrarot Okulographie: einer Infrarotquelle und vor dem medialen Augenwinkel Gebrauch Licht reflektiert positioniert Sensor von der Hornhaut in Millisekunden-Intervallen um die Drehposition des Augapfels zu etablieren. Um eine gute Qualität Daten für die Analyse zu erwerben die saccadometer sollte mit mindestens einem 12-Bit-Auflösung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1 kHz abzutasten. Im saccadometer hier die visuellen Reize verwendet wurden , waren drei rote 13 cd m -2 Lichtflecken durch im Low - Power - Laser gebaut erzeugt, wobei jeder Punkt ein paar 0,1 Grad, mit einem Punkt in der Mittellinie und die beiden anderen bei ± 10 Grad aufspannt (dh nach rechts und links).

Abbildung 1
Abbildung 1. Die Saccadometer. Kopf montiert saccadometer an einem elastischen Band und ruht auf der Brücke der Nase. Vier Miniaturlaser projizieren visuelle Ziels auf eine matte Oberfläche, und die Augenbewegungen des Teilnehmers durch Differentialinfrarotreflexions Wandler auf der nasalen Seite jedes Auges gemessen. Da die Laser Ziele mit dem Kopf bewegen, Kopfstützen sind nicht erforderlich. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Die Ethikkommission genehmigte diese Studie und informierte Zustimmung wurde von den Teilnehmern erhalten, wie unten beschrieben in Abschnitt 1.

1. Teilnehmer Zustimmung

  1. Den Teilnehmern ein Informationsblatt, das im Detail erklärt, was die Test-Session enthalten wird.
  2. Nachdem die Teilnehmer die Möglichkeit haben, zu lesen und zu Fragen, Bedenken oder anderen Angelegenheiten ihrer Teilnahme an der Studie, gehen durch die Zustimmung Form mit ihnen zu erklären, jeden Punkt auf der Einverständniserklärung und geben ihnen die Möglichkeit zu diskutieren, Fragen zu stellen sie haben könnte. Bitten Sie den Teilnehmer das Formular auszufüllen.

2. Einrichten des Saccadometer

  1. Stellen Sie das Gerät auf den Kopf des Patienten, durch einen verstellbaren Gummiband befestigt und ruht auf der Brücke der Nase. Da die Reize genau mit dem Kopf zu bewegen, keine Kopfstütze ist notwendig, und das Gerät ist bequem zu wear.
  2. Fragen Sie den Patienten bei 1,5 m von einer flachen Mattscheibe zu sitzen.
  3. Stellen Sie sicher, dass das Umgebungslicht schwach ist, so dass die Stimuli (rote Lichtpunkte) deutlich zu sehen sind.

3. Aufnahme eines Sakkadische Session

Hinweis: Als Beispiel ein Standardprotokoll , das sowohl prosaccades und Antisakkaden testet 8 wird hier beschrieben. Dieses Protokoll besteht aus fünf Blöcken: 60 prosaccades, 40 Antisakkaden x 3 und 60 prosaccades mit einer Pause von 1 min zwischen den Blöcken. Die Sitzung dauert etwa 40 min.

  1. Stellen Sie die saccadometer, so dass für jeden Versuch die zentrale Fixierungsziel für eine zufällige Vorder Zeitraum von 1,0 angezeigt - 2,0 sec, nach dem es ausgelöscht wird und eine der peripheren Zielen angezeigt wird , zufällig nach rechts oder 9 verlassen.
    Hinweis: Die drei Ziele Flecken auf dem Bildschirm vor dem Teilnehmer projiziert rotes Licht sind (siehe 2.2) durch niedrige Leistungslasern in die saccadometer gebaut. Die saccadometer automatically schaltet der Laser ein- und ausgeschaltet Anzeige / Ziele in der notwendigen Reihenfolge löschen.
  2. Weisen Sie den Teilnehmer, der die Prüfung besteht aus fünf Blöcken mit einer Minute Pause zwischen den Blöcken.
  3. Vor dem ersten Block den Teilnehmer anweisen, ihre Augen so schnell und genau wie möglich zu bewegen, den roten Punkt von der Mitte springt zu folgen, um eine oder die andere Seite und sie anweisen, diese 60-mal zu tun.
  4. Stellen Sie die saccadometer eine Folge von 60 Studien zu generieren. Drücken Sie die Taste auf der saccadometer den ersten Block von Studien (prosaccades) zu starten.
  5. Nach Abschluss des ersten Blocks, lassen eine Minute Lücke vor dem zweiten Block. Setzen Sie die saccadometer eine Folge von 40 Studien zu erzeugen, und gegen Ende des einen winzigen Spalt, weisen Sie den Teilnehmer für den nächsten Block, um ihre Augen so schnell wie möglich in die entgegengesetzte Richtung zu dem roten Punkt bewegen, und zu erklären, dass sie werden benötigt, um diese 40-mal zu tun. Starten Sie die Sekond Block von Studien (Antisakkaden).
  6. Nach Abschluss des zweiten Blocks, eine weitere 1 min Lücke lassen, wiederholen Sie die Anweisung im Schritt 3.5 und den dritten Block von Studien (Antisakkaden) starten.
  7. Nach Abschluss des dritten Blocks, eine weitere 1 min Lücke lassen, wiederholen Sie die Anweisung im Schritt 3.5 und den vierten Block von Studien (Antisakkaden) starten.
  8. Nach Beendigung des vierten Blocks, eine weitere 1 min Lücke lassen, und dass für den letzten Block von Tests erklären bitten die Teilnehmer, um ihre Augen so schnell und so genau wie möglich bewegen Sie den roten Punkt von der Mitte zu folgen, um eine Seite springen oder die andere, genau so, wie sie in dem ersten Block haben.
  9. Setzen Sie die saccadometer eine Folge von 60 Studien zu generieren, und starten Sie den letzten Block von Studien (prosaccades).

Figur 2
Abbildung 2. Augenbewegungsaufgaben. Schematic illustratiauf zwei Beispiele von Sakkaden-Aufgaben. Der feste blauen Fleck stellt das Ziel und die gestrichelte blaue Kreis stellt den Bereich der Fixierung. LEFT eine prosaccadic Aufgabe zeigt , wo das Subjekt aufgefordert wird , auf das Ziel zu suchen. RECHTS ein Antisakkaden zeigt , wo die Versuchsperson gebeten wird vom visuellen Reiz zu schauen weg . Dies erfordert die Hemmung der natürlichen prosaccade Reaktion und die Erzeugung eines Sakkaden in die entgegengesetzte Richtung. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

4. Deep Brain Stimulator-Einstellungen

Hinweis: Für Teilnehmer mit tiefen Hirnstimulatoren die Tests durchführen bisher mit Stimulator System normal läuft, dh ein 'auf Stimulation' Datensatz entnommen wurde. Testen muss nun mit der Stimulator System ausgeschaltet wiederholt werden (für gesunde Kontrollpersonen ohne DBS-Systeme werden in diesem Abschnitt gelten nicht).

  1. Schalten Sie das DBS-System ab. Tun Sie dies durch einen ausgebildeten Klinikpersonal. Lassen Sie 30 Minuten vor dem Test.
  2. Wiederholen Sie die Sakkaden-Tests (Schritte 3,2 bis 3,9), um eine vollständige 'off Stimulation' Daten-Set zu erhalten.
  3. Schalten Sie das DBS-System wieder auf (wieder sollte diese durch entsprechend geschultes Klinikpersonal durchgeführt werden).

5. Datenanalyse

Hinweis: Für Teilnehmer mit tiefen Hirnstimulatoren die Tests durchführen bisher mit Stimulator System normal läuft, dh ein 'auf Stimulation' Datensatz entnommen wurde. Testen muss nun mit der Stimulator System ausgeschaltet wiederholt werden (für gesunde Kontrollpersonen ohne DBS Systeme dieser Abschnitt nicht gelten).

  1. Laden Sie sich die Rohdaten von der saccadometer an einen Computer für die Analyse.
  2. Verwenden Sie die Software-Programm saccadometer auszuschließen Sakkaden Verzerrungented durch blinkt und Kopfbewegungen, einschließlich zu berechnen Variablen saccadische Latenzen, Spitzengeschwindigkeiten und Amplituden.
    Hinweis: Die Aufnahme erfolgt kontaminiert durch übermäßige Kopfbewegungen oder blinkt, werden automatisch von der Software entfernt.
    1. Entfernen Sie Sakkaden mit Latenz von weniger als 80 ms oder größer als 1000 ms.
      Hinweis: Sakkadische Latenz berechnet wird automatisch unter Verwendung eines Sakkade-Erfassungsalgorithmus basierend auf Geschwindigkeit und Beschleunigung. Der Beginn eines Sakkade wird als der Punkt identifiziert, wenn das Auge Geschwindigkeit eine Schwelle von 5 Grad / sec überschreitet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 3 zeigt ein Beispiel von sakkadischen Augenbewegungsbahnen von einer Parkinson-Krankheit Patienten mit einem Nucleus subthalamicus DBS - System implantiert. Die beiden Diagramme der prosaccades des Patienten Plots mit dem Stimulator System (obere Grafik) ausgeschaltet und eingeschaltet (untere Grafik). Jede Spur auf dem Graphen zeigt die Trajektorie eines einzelnen Sakkade, dh wie die Augenposition in Grad von der Mittellinie (y - Achse) weg als Funktion der Zeit ändert (x - Achse). Sowohl nach links und rechts Sakkaden sind in dem Diagramm als Auslenkungen positive Gradwerten dargestellt. Zeit Null ist der Moment, das zentrale Ziel verschwindet und die Peripherie-Ziel erscheint. Das Intervall zwischen diesem und dem Beginn der Sakkade (dem Moment, wenn die Spur von Null Grad umlenkt) wird sakkadische Latenz bezeichnet wird, und die Haupt Beobachtung ist, dass die Verteilung der Sakkaden verändert, wenn der Stimulator eingeschaltet ist, mit einer reduction in der Anzahl der langen Latenz Sakkaden und eine entsprechende Abnahme in der mittleren Verweilzeit.

Figur 3
Abbildung 3. Prosaccadic Trajektorie Ergebnisse. Dies zeigt die Sakkaden Augenbewegung Latenz ergibt sich aus einer Parkinson - Patienten nach Deep Brain Stimulation des Nucleus subthalamicus unterziehen. UPPER die Latenz Profil des Patienten zeigt , wenn der Stimulator ausgeschaltet ist NIEDER zeigt die Latenz Profil des gleichen Patienten , wenn der Stimulator eingeschaltet ist. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Der wichtigste Faktor in der guten Qualität saccadische Daten zu erhalten, ist sicherzustellen, dass die dem Teilnehmer gegebenen Anweisungen sind klar und präzise. wenn die Anweisungen für die antisaccadic Aufgabe Zum Beispiel sind nicht ganz klar, ist der Teilnehmer wahrscheinlich prosaccades stattdessen auszuführen. Aufzeichnungen können auch verdorben sein, wenn der Teilnehmer nicht eindeutig die Reize oder die saccadometer können Augenposition nicht genau messen zu sehen. So, wenn die Daten als von niedriger Qualität angezeigt werden sollte der Experimentator prüfen, ob das Umgebungslicht nicht zu hell ist, und dass die saccadometer sitzt richtig auf der Brücke der Nase.

Tiefe Hirnstimulation ermöglicht die direkte Änderung der neuronalen Aktivität an einer verschiedenen Orten in den Basalganglien. In Verbindung mit Geräten, die Augenbewegungen genau und objektiv zu quantifizieren, können DBS verwendet werden, um die normale und abnormale Funktion dieser Hirnareale zu untersuchen.

ExperimenteVerwendung saccadometry in Verbindung mit DBS müssen häufig zu kämpfen mit mehr als einer gleichzeitig unbekannt. Die Gehirne untersucht werden in unterschiedlichem Maße krank, und wir wissen nicht, für bestimmte der Mechanismus, durch den DBS seine Auswirkungen zu erzielen, mit Hypothesen einschließlich der Aktivierung von Neuronen im Bereich gezielte Blockade von Neuronen depolarisieren, die Stimulation der afferenten und / oder ableitenden Axone und komplexere Auswirkungen auf die Netzwerkaktivität.

Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen sind häufig auf Medikamente und dies wird für Patienten mit Parkinson-Patienten fast universell sein, die DBS-Systeme haben. Sakkaden werden durch Anti-Parkinson-Medikamente betroffen, und um eine gültige Beurteilung der Auswirkungen von DBS auf saccadische Parameter, Medikamente Zustand müssen ähnlich sein, wenn sie mit DBS Prüfung auf und DBS aus. Das bedeutet entweder das Thema alle Medikamente für die Dauer der Prüfung ab (einschließlich einer Wartezeit vorher) oder auch die Durchführung auf dem DBS und off-DBS-Tests innerhalb einer angemessen kurzen Zeitraum. Es hat sich gezeigt , daß die vollständige Ausschalten der Wirkungen von DBS trägt auf Sakkaden mehrere Stunden in Anspruch nimmt , aber die meisten der Änderung erfolgt innerhalb von 30 min 10. Der zeitliche Verlauf schlägt mehrere Mechanismen mit unterschiedlichen Zeitkurse, von sehr schnell (elektrische Effekte) auf viel mehr verlängert (zB Proteinsynthese). Die 30 min in dem Protokoll vorgeschlagen werden daher die meisten der DBS induzierte Änderung zu erfassen, und ist viel kürzer als die typische Dosierungsintervall von mehreren Stunden. Es gibt nicht genügend Zeit für die langsameren Mechanismen zur stationären Zustand zu regeln, und in größeren Abständen erneut getestet Bereitstellung Einblick in diese Mechanismen nützlich sein können. Bei längeren Lücken konnte man nicht, dass Medikamente Ebenen übernehmen, während die Prüfung an und aus DBS waren ungefähr gleich, so dass längere Intervalle sind wahrscheinlich einfacher sein, wenn Medikamente testen off zu interpretieren.

Die meiste Literatur über die efFolgen des DBS auf Augenbewegungen hat sich auf Hochfrequenzstimulation des Nucleus subthalamicus in PD fokussiert. Prosaccadic Latenz wird in PD verlängert und es ist bekannt, dass STN DBS es in Richtung Normalwerte deutlich reduzieren kann (genau, wie man Debatte offen bleibt). Allerdings , wenn saccadometry in der frühen postoperativen Phase durchgeführt wird , innerhalb von Stunden bis Tagen nach der Leitungseinführung und vor dem elektrischen Stimulation eingeschaltet ist, wird festgestellt , dass Latenzen sind tatsächlich erhöht 11. Elektrodeninsertion verursacht Ödeme und dies führt zu vorübergehenden Funktions Ablation des Gehirns unmittelbar die Elektrode umgibt; dies setzt sich innerhalb weniger Wochen und Sakkaden Parameter zurück zur Basislinie (Stimulatoren der Operation bis vor ein paar Wochen häufig nicht eingeschaltet diesmal absetzen zu lassen). Die Gegensätzlichkeit der Wirkungen von Elektrodeneinführungs und Stimulation ist von großem Interesse, weil sie zeigt, daß einer der Theorien vorher zu erklären, wie voranDBS arbeitet, durch Blockade der stimulierten Struktur (dh funktionelle Ablation), kann seine Wirkmechanismus nicht umfassend erklären. Andere Studien haben ähnliche Effekte 12-14 gefunden.

Es ist möglich , Experimente zu konstruieren DBS kombiniert und saccadometry normale Physiologie zu untersuchen. Große Sorgfalt muss mit experimentellen Design und Interpretation der Ergebnisse genommen werden, da die Versuchsperson notwendigerweise eine gewisse neurologische Erkrankung hat. Ein Ansatz ist es, die Ergebnisse der Sakkaden-Tests mit DBS aus und zu den Ergebnissen von gesunden Kontrollpersonen ohne DBS zu vergleichen. Wenn die Ergebnisse in DBS Subjekten mit ihren Stimulatoren off diejenigen in der Kontrollgruppe ähnlich gedreht wird, dann ist es sinnvoll auf der Basis ausgehen, dass in Reaktion auf DBS in die Augenbewegungen ändert gesehen werden wahrscheinlich ähnlich denen sein, die, wenn das Experiment gesehen werden würde konnte bei den Teilnehmern ohne Krankheit durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Leistung in einem ProSakkaden Aufgabe, die so eingerichtet ist, dass der visuelle Reiz wahrscheinlicher ist, auf der einen Seite als die andere zu erscheinen, für gesunde Teilnehmer und PD-Patienten mit STN DBS Systeme vorhanden ähnlich ist, aber ausgeschaltet. Latenzen verkürzen für Sakkaden in die Richtung, wo das Ziel ist eher, zu erscheinen und in den weniger wahrscheinlichen Richtung zu verlängern. Wenn die Systeme eingeschaltet sind, verschwindet die Verlängerung der Latenzzeit in der weniger wahrscheinlich Richtung und die Interpretation war , dass die STN 15 eine Wahrscheinlichkeitsnormalisierungsfunktion durchführt. Die Patienten in dieser Studie hatten PD, aber das war nicht direkt relevant für das Ergebnis. Natürlich ist dies eine wesentliche Annahme und es ist möglich, dass die Krankheit die Reaktion auf die DBS moduliert, obwohl es nicht die Basisleistung nicht beeinträchtigte. Weiterhin ist die Ähnlichkeit der off-DBS und Steuerdaten kann das Ergebnis der Kompensationsmechanismen sein, anstatt eine fehlende Wirkung der Pathologie der Parameter gemessen wird. Die Ergebnisse müssen intIn diesem Sinne erpreted.

Sobald die Grund im Protokoll beschriebenen Techniken haben das Konzept gemeistert wurden, können auf komplexere Paradigmen erweitert werden. Viele verschiedene sakkadische Aufgaben wurden von dem die Wahrscheinlichkeit anhand Aufgabe in dem vorherigen Absatz beschrieben entwickelt ist nur eine. Weitere Beispiele sind Speicher geführte Sakkaden 16 ( mit Blick auf die erinnerte Position eines Stimulus, der nicht mehr da ist) oder belohnungsbasierten saccadische Aufgaben entwickelt , um limbischen Funktion 17 aufrufen.

Hier haben wir eine der einfachsten saccadische Aufgaben beschrieben, wurde eine 10-Grad-visuell geführten horizontalen Schrittaufgabe. Viele Modifikationen der Aufgabe sind möglich , wie beispielsweise eine zeitliche Lücke zwischen Fixationspunkt Verschwinden Einsetzen und peripheren Ziel Aussehen 18-20 oder einer Überlappung 21 , in dem Fixationspunkt und seitlichen Ziel gleichzeitig vorhanden sind. Paradigmen dieser Art wurden verwendet, um s zu verstehenaccadic Initiierung und neuronalen Korrelate wurden in den frontalen Augenfelder 20,22 und den Colliculus superior 23 beobachtet. Eine detaillierte Diskussion der verschiedenen Verwendungen verschiedener sakkadische Paradigmen geht über den Rahmen dieses Artikels; eine Überprüfung 1 zu sehen.

Saccadometry hat breite Anwendung außerhalb der seine Verwendung in der DBS. Sakkadische Wege beinhalten mehrere Teile der Basalganglien und sakkadische Änderungen sind eine potentielle Biomarker für jede Bedingung, die Schäden oder die Funktion dieser Strukturen stört. Saccadometry beispielsweise ist für den Einsatz in neurodegenerativen Erkrankungen einschließlich PD, Huntington-Krankheit, frontotemporalen Demenz, amyotrophe Lateralsklerose sowie in Kopfverletzung und bei Stoffwechselstörungen, einschließlich hepatischer Enzephalopathie sucht.

Abschließend ist saccadometry ein nützliches quantitatives Werkzeug von selbst, sondern es mit tiefen Hirnstimulation Kombination eröffnet eine Reihe von experimen uptal Ansätze, die sowohl auf die Gehirnfunktion ein neues Licht kann in Gesundheit und Krankheit.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Saccadometer device Ober Consulting Poland
Computer with Windows environment
Software, Latency Meter for downloading the raw data from the saccadometer

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Leigh, R. J., Kennard, C. Using saccades as a research tool in the clinical neurosciences. Brain. 127, 460-477 (2004).
  2. Carpenter, R. H. The neural control of looking. Curr Biol. 10, 291-293 (2000).
  3. Leigh, R. J., Zee, D. S. The Neurology of Eye Movements. , Oxford University Press. New York. (2006).
  4. Antoniades, C. A., Xu, Z., Mason, S. L., Carpenter, R. H., Barker, R. A. Huntington's disease: changes in saccades and hand-tapping over 3 years. Journal of Neurology. 257, 1890-1898 (2010).
  5. Blekher, T. M., Yee, R. D., Kirkwood, S. C., Hake, A. M., Stout, J. C., Weaver, M. R., Foroud, T. M. Oculomotor control in asymptomatic and recently diagnosed individuals with the genetic marker for Huntington's disease. Vision Research. 44, 2729-2736 (2004).
  6. Chan, F., Armstrong, I. T., Pari, G., Riopelle, R. J., Munoz, D. P. Deficits in saccadic eye-movement control in Parkinson's disease. Neuropsychologia. 43, 784-796 (2005).
  7. Antoniades, C. A., Demeyere, N., Kennard, C., Humphreys, G. W., Hu, M. T. Antisaccades and executive dysfunction in early drug-naive Parkinson's disease: The discovery study. Mov Disord. , (2015).
  8. Antoniades, C., et al. An internationally standardised antisaccade protocol. Vision Res. 84, 1-5 (2013).
  9. Ober, J. K., et al. Hand-Held system for ambulatory measurement of saccadic durations of neurological patients. . Modelling and Measurement in Medicine. , (2003).
  10. Temperli, P., et al. How do parkinsonian signs return after discontinuation of subthalamic DBS. Neurology. 60, 78-81 (2003).
  11. Antoniades, C. A., et al. Deep brain stimulation: eye movements reveal anomalous effects of electrode placement and stimulation. PLoS ONE. 7, e32830 (2012).
  12. Yugeta, A., et al. Effects of STN stimulation on the initiation and inhibition of saccade in Parkinson disease. Neurology. 74, 743-748 (2010).
  13. Terao, Y., Fukuda, H., Ugawa, Y., Hikosaka, O. New perspectives on the pathophysiology of Parkinson's disease as assessed by saccade performance: a clinical review. Clin Neurophysiol. 124, 1491-1506 (2013).
  14. Temel, Y., Visser-Vandewalle, V., Carpenter, R. H. Saccadic latency during electrical stimulation of the human subthalamic nucleus. Curr Biol. 18, 412-414 (2008).
  15. Antoniades, C. A., et al. Deep brain stimulation abolishes slowing of reactions to unlikely stimuli. J Neurosci. 34, 10844-10852 (2014).
  16. Rivaud-Pechoux, S., et al. Improvement of memory guided saccades in parkinsonian patients by high frequency subthalamic nucleus stimulation. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 68, 381-384 (2000).
  17. Takikawa, Y., Kawagoe, R., Itoh, H., Nakahara, H., Hikosaka, O. Modulation of saccadic eye movements by predicted reward outcome. Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. 142, 284-291 (2002).
  18. Dorris, M. C., Munoz, D. P. A neural correlate for the gap effect on saccadic reaction times in monkey. Journal of Neurophysiology. 73, 2558-2562 (1995).
  19. Hanes, D. P., Schall, J. D. Countermanding saccades in macaque. Visual Neuroscience. 12, 929-937 (1995).
  20. Opris, I., Barborica, A., Ferrera, V. P. On the gap effect for saccades evoked by electrical microstimulation of frontal eye fields in monkeys. Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. 138, 1-7 (2001).
  21. Takagi, M., Frohman, E. M., Zee, D. S. Gap-overlap effects on latencies of saccades, vergence and combined vergence-saccades in humans. Vision Res. 35, 3373-3388 (1995).
  22. Schall, J. D. Neuronal activity related to visually guided saccades in the frontal eye fields of rhesus monkeys: comparison with supplementary eye fields. Journal of Neurophysiology. 66, 559-579 (1991).
  23. Pare, M., Hanes, D. P. Controlled movement processing: superior colliculus activity associated with countermanded saccades. J Neurosci. 23, 6480-6489 (2003).

Tags

Medizin Ausgabe 113 die tiefe Hirnstimulation saccadometry quantitative Messungen Nucleus subthalamicus Parkinson-Krankheit Neurophysiologie Neurowissenschaften
Mit Saccadometry mit Deep Brain Stimulation Normale und Pathologische Funktion des Gehirns zu studieren
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Antoniades, C. A., FitzGerald, J. J. More

Antoniades, C. A., FitzGerald, J. J. Using Saccadometry with Deep Brain Stimulation to Study Normal and Pathological Brain Function. J. Vis. Exp. (113), e53640, doi:10.3791/53640 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter