Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

מדידה & ניתוח של הסף אפליה זמני המוחל פוקאלית צוואר הרחם

Published: January 27, 2018 doi: 10.3791/56310
Automatic Translation
*1, *1,2,3, 4, 1, 1, 1,2,3, 1, 2,3, 2,3, 1,5
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
* These authors contributed equally

Summary

שיטות מדידה, ניתוח של הסף אפליה טמפורלית מוצגים, היישום שלה לחדר העבודה בפתוגנזה של צוואר הרחם פוקאלית הנדונים.

Abstract

הסף אפליה טמפורלית (TDT) הוא מרווח הזמן הקצר שבו צופה יכול להפלות לשני סדרתי גירויים כמו להיות אסינכרוני (בדרך כלל 30-50 ms). זה הוכח להיות חריג הפרעות נוירולוגיות (ממושכת) ב, לרבות פוקאלית צוואר הרחם, הפנוטיפ של תחילת למבוגרים אידיופטית מבודד דיסטוניה פוקאלית. TDT הוא מדד כמותי של היכולת לראות מהירה שינויים בסביבת ונחשב מעיד על התנהגות הנוירונים חזותית ב רקתי עליון, צומת מפתח ב המכוונת כל מעסיק סמויה. מאמר זה יוצא שיטות למדידת של TDT (כולל שתי אפשרויות חומרה של שני מצבים של גירויים המצגת). נסקור את שתי הגישות של ניתוח נתונים וחישוב TDT. היישום של ההערכה של אפליה טמפורלית ההבנה בפתוגנזה של צוואר הרחם פוקאלית ואת תחילת למבוגרים אידיופטית מבודד דיסטוניה פוקאלית נדונה גם.

Introduction

אפליה טמפורלית מתאר את היכולת של אדם תפלה, או תופסים, השינויים המהירים בסביבה שלהם. הסף אפליה טמפורלית (TDT) הוא מרווח הזמן הקצר שבו הפרט הניתן כי שני גירויים רציפים הם אסינכרוני. אפליה טמפורלית הוכח להיות ממושך באופן חריג בהפרעות להשפיע בגרעיני הבסיס, כולל פוקאלית1,2,3,4,5,6 , 7.

פוקאלית היא הפרעה נוירולוגית התנועה השלישי הנפוץ ביותר - אחרי פרקינסון'של מחלות, רעד חיוני. הוא מאופיין על-ידי התכווצות שרירים מתמשכת או לסירוגין גורמת תנועות חריג, לעיתים קרובות חוזרות, או תנוחות8. פוקאלית יכול להשפיע על כל חלק של הגוף. כשזה משפיע על חלק אחד בגוף זה המכונה דיסטוניה פוקאלית8. פוקאלית המשפיעים על שרירי הצוואר המכונה פוקאלית צוואר הרחם, והוא הפנוטיפ הנפוץ ביותר של תחילת למבוגרים אידיופטית מבודד דיסטוניה פוקאלית. 9 , 10 בפתוגנזה של צוואר הרחם פוקאלית אינו ידוע; הוא נחשב להיות הפרעה גנטית עם הורשה אוטוזומלית דומיננטית, penetrance מופחת במידה ניכרת. גורמים סביבתיים נחשבים גם חשוב ביחס למחלות penetrance וביטוי.

רקתי עליון, מבנה sensorimotor ממוקם במוח התיכון הגבי, חשוב עבור זיהוי מהיר של גירויים סביבתיים בתהליכי סמויה כל מעסיק המכוונת2,11,12. גירויים חזותיים לגשת את רקתי עליון במהירות דרך השביל הזרם retino-tectal. TDT הוא מדד פשוטה, אובייקטיבי האמין לייצג את עיבוד חזותי (ו גירויים אחרים) בשכבות השטחיות של רקתי עליון. TDT נחקרה אצל אנשים עם פוקאלית צוואר הרחם, קרובי משפחה ובעלי שליטה בריאים המשתתפים. בהשוואה למשתתפים שליטה מתאימים גיל, מין, TDT חריג יש רגישות גבוהה (97%, 36 מהחולים 37) וספציפיות (98-100%) בפוקאלית צוואר הרחם1. TDT חריג נמצאה ב- 50% מדרגה ראשונה הנשי קרובי משפחה של חולים עם צוואר הרחם פוקאלית (14 של 25, בגיל 48 שנה ומעלה), הוכחת גיל-מין הקשורות penetrance עם הורשה אוטוזומלית דומיננטית13, 14. TDT חריגה של קרובי משפחה של חולים פוקאלית צוואר הרחם (לעומת קרובי משפחה עם TDTs רגיל) מזוהה עם הגדלת נפח putaminal (על-ידי מבוססי voxel morphometry)15 , נוכה פעילות putaminal (fMRI)4 . רקתי עליון נחשב צומת משמעותית בתוך הרשת העצבית, אשר לא מתפקדת פוקאלית צוואר הרחם12. ההערכה של אפליה הטמפורלית נחשב מתן רמזים חשובים לגבי pathomechanisms פוקאלית צוואר הרחם המשמש כבסיס.

מטרת מאמר זה היא להציג שתי שיטות מדידה ניתוח האפליה הטמפורלי, וכן הוכחת היישום של שיטת לימוד הפתופיזיולוגיה של צוואר הרחם פוקאלית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ועדת האתיקה במחקר רפואי בבית החולים האוניברסיטאי סנט וינסנט, דבלין נתן אישור הגיוס של חולים עם פוקאלית צוואר הרחם, שלהם אחים (מושפע פוקאלית) ופקדים בריא, להשתתף הפרוטוקול המתואר להלן.

1. חומרה & פתרונות תוכנה

הערה: שתי אפשרויות חומרה פותחו כדי להציג גירויים חזותיים עם מרווחי זמן בין גירוי מדויק. שניהם תוכננו, שנבנה בתוך הבית במרכז טריניטי לביו-הנדסה, טריניטי קולג דבלין, היה שתואר לעיל5,16. אלה המעוניינים לשכפל את פתרונות חומרה מדויק המשמשות בתקנון רשאי לבקש אותו הדבר על ידי פנייה ישירה למרכז טריניטי לביו הנדסה ישירות. לחלופין, ערכה מלאה של הוראות כולל 3D הדפסת קבצים עבור אוזנייה אלחוטית, הנחיות מיקרו-בקר Arduino הנלווה, וכו '. ניתן להוריד מאתר http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. הגירויים המוצגים הגישה מלמעלה בטבלה עשויה להיווצר באמצעות תוכניות מותאמות אישית במצגת (למשל, Neurobehavioural מערכות), יותקן במחשב שולחני, מתוכנת כדי לשלוט על דיודות פולטות אור (LED) דרך היציאה המקבילית של המחשב. לחלופין, כפי שמתואר להלן, עשויה להיות נשלט השולחן נוריות דרך מיקרו-בקר Arduino. קוד המצגת והן Arduino הקבצים זמינים גם להורדה מהקישור לעיל.

  1. TDT חומרה: שיטת שולחני
    1. לסמן 'X', כנקודת קיבעון, שטיח שחור או גיליון הניח על השולחן המשתתף.
    2. שואל את המשתתף כדי למקם את עצמם כך הם יושבים ישירות מול נקודת קיבוע.
    3. במקום זוגות צהוב דיודות פולטות אור (LED) (בקוטר 5 מ מ, 90 cd/m2 זוהר), עטוף בתוך קופסה, על השולחן המשתתף.
    4. אוריינט התיבה כך הן הנוריות אנכית מיושר וממוקמים 7 ° מנקודת המרכז של הנושא בצד ימין וגם בצד ימין, לפי הצורך.
    5. לנהל את הניסוי הזה בחדר החשוך. כמות קטנה של הרקע הזוהר עשוי להידרש כדי לאפשר למפעיל לראות מספיק להפעלת הניסוי.
    6. להורות המשתתף להתמקד נקודת קיבוע בכל עת, ולא להסתכל ישירות על מהבהב נוריות.
    7. להתחבר מיקרו את תיבת LED ובצע המסך ההוראות המוצגות על תצוגת גביש נוזלי בתיבת מיקרו-בקר, למשל, בחר מצגת שיטת: 'אקראי' או 'מדרגות', בחר מצב: 'קודם העליונה השמאלית', ועוד .
    8. שואל את המשתתף להגיב "זהה" או "שונים" המצגת הבאה של כל זוג גירוי, תלוי אם הם תופסים את הגירויים סינכרוני או אסינכרוני.
    9. ליידע המשתתף כאשר בכל ניסוי היא עומדת להתחיל, על ידי מישהו מוכן להביא המסך לאחור מ- s 5-0.

Figure 1
איור 1: (א) סכמטית העיצוב של האוזנייה. זוג נוריות צהוב (5 מ"מ קוטר), את הקיבעון אדום LED (3 מ מ קוטר), הם מניחים בצד ימין וגם בצד ימין של המשתתף באמצעות יחידת נישאת על הראש, גלוי דרך ההשתקפות במראות מול המשתמש. (ב) סכמטית דגם התלת-ממד של האוזנייה. האוזנייה פותחה מתוך sintered-לייזר ניילון פלסטיק, שוקל ק"ג 0.70, בעל אינדקס שקיפות נמוכה ו שחור בצבע כדי למזער את אור penetrance. (ו- b) משוחזרות, עם שינוי קל, מפני באטלר ואח. 16 באישור IOP הפרסום. (ג) LED גירוי תיבת למצגת שולחני.

  1. TDT חומרה: אוזניות נייד TDT
    1. לנהל את הניסוי בכל מיקום מתאים.
    2. להתחבר על מיקרו-בקר האוזנייה ופעל לפי המסך ההוראות המוצגות על תצוגת גביש נוזלי בתיבת מיקרו-בקר, למשל, בחר מצגת השיטה: 'אקראי' או 'מדרגות', ומצב: 'השמאלי העליון הראשון', וכו '.
    3. כוונו את המשתתף למקם את עצמם עם המרפקים על השולחן לפניהם. לאחר מכן, מחזיק את המכשיר בידיהם, ישיר אותם ללחוץ בעדינות את הפנים שלהם לתוך נוזל האיטום גומי המקיפים את העינית, ובכך איטום החוצה תאורת.
    4. להורות המשתתף למקד הקיבעון אדום LED בכל עת, ולא להסתכל ישירות על מהבהב נוריות.
    5. שואל את המשתתף להגיב "זהה" או "שונים" המצגת הבאה של כל זוג גירוי, תלוי אם הם תופסים את הגירויים סינכרוני או אסינכרוני.
    6. ליידע המשתתף כאשר בכל ניסוי היא עומדת להתחיל, על ידי מישהו מוכן להביא המסך לאחור מ- s 5-0.

2. הגירוי המצגת

הערה: שתי גישות גירוי המצגת יש כבר מועסקים.

  1. שיטת המדרגות
    1. בחר במצגת 'מדרגות'; הגירויים מוצגים כל 5 s עם המרווח בין הגירוי מתחיל ב 0 והופך למחמיר יותר אסינכרוני (עולה על ידי 5 מילי-שניות) בכל פעם.
    2. בחר מבין המצגת ארבע שיטות: (i) השמאלי העליון LED הראשונה (ii) שמאלה למטה נורית LED (iii) העליון הראשון קודם, או (iv) ישירות התחתון LED קודם.
    3. חזור על שלב 2.1.2 כך כל מודאליות מנוהלת פעמיים, והתוצאה היא בסך הכל שמונה פעמים.
    4. לסיים את המשפט כאשר משתתף מגיב "שונה" עבור שלושה זוגות רצופים של גירויים.
  2. שיטת מצגת אקראי
    1. בחר במצגת 'אקראי'; זוגות הגירויים מוצגים כל 5 s. המרווח בין הגירוי משתנה, באופן אקראי, 0-100 ms.
    2. בחר מבין המצגת ארבע שיטות: (i) השמאלי העליון LED הראשונה (ii) שמאלה למטה נורית LED (iii) העליון הראשון קודם, או (iv) ישירות התחתון LED קודם.
    3. חזור על שלב 2.2.2 כך כל מודאליות מנוהלת פעמיים, והתוצאה היא בסך הכל שמונה פעמים.
      הערה: כל הפעלה באותו האורך, ישלים באופן אוטומטי.

3. ניתוח נתונים

  1. ערך TDT בודד
    1. באמצעות הנתונים מכל שיטת המדרגות, הדגש הראשון של התגובות "שונים" שלושה סופי עבור כל אחד כולם. אלו הן ערכי סף עבור כל הפעלה.
    2. לחשב את הסף אפליה טמפורלית (TDT) לכל משתתף על ידי לקיחת החציון של הסף מכל שמונה פעמים שלהם; והתוצאה היא ערך TDT יחיד (באלפיות שניה) לכל אדם.
    3. לחשב את Zניקוד לכל משתתף. להגדיר את Zהציון כהפרש בין TDT של המשתתף, TDT אכזרי של אוכלוסיה שליטה מתאימים-גיל (Equaiton 1, מחולק על ידי סטיית התקן של הערכים TDT לאוכלוסיה הבקרה הזה Equaiton 2 .
      Equaiton 3
    4. לקבוע אם האדם סובל TDT רגיל או חריג. ≥הציון Z 2.5 נחשבת לשיקוף של TDT חריג.
  2. ניתוח והפצה
    1. באמצעות הנתונים מכל שיטת המדרגות, לקודד את נתוני ההיענות כזה '0' מקביל "אותו" ולא '1' מקביל "שונים", טבלה 1.
    2. הורדה של MATLAB.exe חופשית לבצע את ניתוח והפצה המתוארים להלן מן http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. ראה באטלר. et al. 16 לתיאור מלא של שיטה זו. לחלופין, המשך כמתואר להלן.
    3. פאד הנתונים כדי להבטיח שכל הרצפים יהיו באותו אורך כמו הריצה הארוכה ביותר. פעולה זו מתבצעת על ידי בהנחה כל התגובות העוקבות, בעקבות סיום של תקופה, הם "שונים", שולחן 1(b).
    4. תגובות בממוצע על פני ניסויים לכל משתתף, שולחן 1(c). זה יכולים להיות מותווים כפונקציה של הגירוי asynchrony.
    5. התאמה שזו בממוצע או נציג נתונים עם פונקציה גאוסיאנית המצטבר. הממוצע של התפלגות זו מייצג את הנקודה שבה המשתתפים אפשריים במידה שווה להגיב "זהה" או "שונים". נקודה זו נקראת נקודת השוויון סובייקטיבית (פסי). סטיית התקן של ההתפלגות Gaussian, המכונה גם 'ההבדל מורגש רק' (JND), מציין כמה רגיש המשתתפים נמצאים לשינויים asynchrony טמפורלית סביב הממוצע שלהם.
    6. להרחיב את הניתוח על ידי הגשת הנתונים לשגרה הרצתן ללא פרמטרי כדי לאמוד את מרווחי ביטחון של 95% עבור TDT ואת פסי JND של הפונקציה הפסיכומטרית, מצטבר לפי עקומת גאוס. כדי לעשות זאת, ליצור ערכות נתונים נציג חדש על ידי דגימה אקראית עם החלפת מכל התגובות המקורי, שולחן 1(b), עבור כל שלב בזמן. לחשב את TDT ובכושר פונקציה פסיכומטרי חדש עבור כל ערכת נתונים נציג16.
    7. לחישוב הטוב של התאמה, או סטייה (D), כל משתתף באמצעות יומן-הסבירות יחס,16,17
      Equaiton 4
      כאשר K הוא המספר של נקודות זמן, nאני הוא שמספר החזרות זה נקודת זמן, בדרך כלל 8 חזרות (ארבעה ארבעה לשמאל ולימין), yאני הוא היחס הנצפה של תגובות אסינכרוני, p אני הוא היחס של תגובות אסינכרוני שמנבאת את עקומת מצויד. סטייה ערך של 0 פירושו התאמה מושלמת.
    8. להתוות את התוצאות.
      הערה: ניתן לנתח נתונים מ הגישה מצגת אקראי כדי לקבוע את TDT יחיד או מבוזרים כמתואר בסעיף 3 לעיל עבור נתונים הנובעים מן השיטה מצגת גרם מדרגות. עם זאת, בשל סדר אקראי מצגת של מרווחי זמן בין גירויים, נתונים אלה יש תחילה להזמין (החל מהקטן ביותר מרווח בין הגירוי), לפני תחילת הניתוח שתוארה לעיל, בטבלה 2. בנוסף, זה לא הכרחי כדי לרפד את הנתונים בעקבות מצגת אקראיים כמו, כברירת מחדל, כל הרצפים הם באורך שווה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

דוגמאות מילוי גיליונות ניקוד ניתנים בטבלאות 1 ו- 2, כאשר אלה מייצגים בהתאמה בעקבות מדרגות ושיטות מצגת גירוי אקראי. הסף עבור כל הפעלה (העיתוי של הראשון של שלושה זוגות גירוי יראוהו שונה ''), מודגשים. במקרה של טבלה 1, TDT מחושבת 25 ms (קרי, החציון של 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40, 10 ms). נתונים אלה לקוחים מתוך אישה בת 35 שהשתתפו במחקר הקודם18. וסטיית TDT לערכים של נשים הסוגר גיל זו היו 27.48 ms ו- 10.86 ms, בהתאמה. לכן התוצאה-Z עבור האדם הזה יכול להיות מחושב כמו:
Equaiton 5

כמו Z זההציון הוא מתחת 2.5, פרט זה יש של TDT נורמלי.

תגובות נוספות באותה בודדים הבאים גירוי אקראי המצגת מוצגות בטבלה מס ' 2. הזמנת נתונים אלה היא צעד חשוב לפני שתמשיך עם ניתוח.

ניתוח והפצה

השלבים העיקריים בניתוח הפצה מומחשים טבלה 1 (נתונים ריפוד והתגובה בממוצע) ובאיור 2. הנתונים לדוגמה ניתוח זה נמצא במרחק של אותו נושא כמו שנדונו לעיל, שמוצג בטבלאות 1 ו- 2. החלקות באיור 2 נוצרות מתוך קובץ ה-MATLAB.exe להורדה. הצד הימני מציג את הנתונים שנמדדו הפונקציות לפי עקומת גאוס המצטבר מצויד בנתונים bootstrapped (חזרות 2000 להלן), הפונקציה average גאוסיאנית המצטבר. הטוב מידה מתאים מודגם בצד ימין. גם מוצגות הסף אפליה הטמפורלי, הפרמטרים בכושר, הנקודה של שוויון סובייקטיבית (פסי) וערכים רק מורגש ההפרש (JND). הצד השמאלי מציג לאל מידה מתאים היחס הסבירות יומן (סטייה) עבור הנתונים שנמדדו (קו אופקי אדום), מונטה-קרלו נוצר יומן הסבירות יחס הפצה ומרווחי בטחון 95% (מקווקו אופקי).

קובץ ההפעלה MATLAB באותו מייצאת את ערכי TDT, פסי ו- JND גזור-offs bootstrapped של 2.5%, 25%, 50%, 75% ו- 97.5% מרווחי הביטחון, כמו גם הטוב של התאמה או סטייה חברתית, המכנסונים לקובץ excel. טבלה 3 מספק התוצרים שנוצרו עבור הנתונים בטבלאות 1ו- 2. למען ההשוואה, הערכים TDT עבור מדרגות ושיטות מצגת גירוי אקראי, מתקבל על ידי השיטה הרגילה (החציון של הסף 8), הם 25 ms ו- 50 ms בהתאמה; ואילו בטבלה 3 מספק TDT הערכים הבאים שהושג אתחול של הנתונים. אלו מ 23.75 ms ו- 48.75 ms בהתאמה.

Figure 2
איור 2: הטור השמאלי מציג ההפצות גאוסיאנית המצטברת עבור (א) תוצאות בעקבות שיטת מדרגות של גירוי המצגת, (b) שיטת הצגת גירוי אקראי. הנקודות השחורות מראים הנתונים המקוריים (חלקם של תגובות שונות' נתפס 'כפונקציה של הבין-גירוי מרווח, או asynchrony טמפורלית). העקומות אפור בהיר מייצגים בפונקציות גאוסיאנית 2000 היו מצוידים על הנתונים bootstrapped. העקומה אפור כהה מייצג את הפונקציה average גאוסיאנית המצטבר. ערכים עבור הנקודה של סובייקטיבית שוויון ומועלית (רשע) ורק מורגש ההפרש (JND) (סטיית תקן) ואת הערך TDT, חישוב התפלגות מלא מפורטים בטבלה3. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Table 1
טבלה 1: דגום נתונים בעקבות שיטת מצגת גרם מדרגות, עם גירוי בין מרווחי (ISI) והגדילו 5 מילי-שניות בכל פעם. (א) נתונים מוצגים עבור כל אחד שני תנאים (העליון LED קודם x 2, והתחתון LED קודם x 2) עבור יד ימין, כיוון הצדדים, נותן סכום כולל של שמונה פעמים. של ' מייצג לתגובה של "אותו דבר", והוא היה ', 'שונה'. מרווחי הזמן המשמש לחישוב TDT את הן המודיעין הפקיסטאני של המתאים הראשון של שלושה ברציפות תגובות 'שונות'. לכן, TDT = 25 ms, החציון של 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40, ו-10. (ב) את אותם נתונים, כפי שמוצג (א), מקודד אבל כזה '0' מייצג תגובה של 'אותו' ו- '1' מייצג 'שונה'. מודגם נתונים לתוכנו (כדי לברוח הארוך). זהו צעד מראש עיבוד לפני החלת את ניתוח והפצה. (ג) Averaged תגובות עבור כל ISI. הערה ערכים אלה משמשים כדי ליצור התפלגות הציון הפסיכומטרי מותוות באיור2.

Table 1
בטבלה 2: תגובות מהמשתתף באותה טבלה 1, הפעם הגירויים מוצגים עם אקראי מרווחי זמן בין הגירוי (ISI). (א) נתונים עבור השני תנאים בצד ימין (למעלה LED x2 הראשון והוביל התחתון הראשון x2). עבור הקומפקטיות, הנתונים מהצד השמאלי אינן מוצגות כאן. עם זאת, כל הרצפים שמונה נמצאים בשימוש כל ניתוח. (ב) את אותם נתונים הממוינים לפי הגדלת ISI. הסף עבור כל אחד ארבע ריצות מצד ימין מסומנים עם תיבות מקווקו.

Table 1
טבלה 3: סיכום של התפלגות Gaussian ובכושר הטוב של ניתוח עבור תוצאות מתוך שיטה מצגת מדרגות שמוצג בטבלה 1ולאחר מצגת אקראי שיטת שמוצג בטבלה 2 (כל הנתונים הזה משתתף, למשל כולל של שמונה פועל (נשארו 4 ו- 4 מימין) שימשו מעל ניתוח). נקודת השוויון סובייקטיבית, פסי; ההבדל מורגש רק, JND; אפליה הטמפורלי, TDT; מטיב ההתאמה, GoF.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

TDT מדידה וניתוח

שתי צורות של מכשירים (שולחני, אוזניות), שתי שיטות של גירוי המצגת (מדרגות ואקראית), ואת שתי גישות ניתוח נתונים (מסורתי והפצה) הוצגו כדי להמחיש כיצד למדוד ולכמת אדם של זמני יכולת אפליה. האוזנייה נייד מספק אפשרות נוחה חומרה המבטיחה עקביות מרחק וזוויות בין המשתתף במקורות אור LED ובמקביל גם לאפשר נתונים להיות שנאספו בכל מיקום נוח. לכן, כתובות חלק מהמגבלות הקשורות הגישה מלמעלה בטבלה, כלומר בצורך תאורת מבוקרת, ניידות מוגבלת – בדרך כלל המחייב את המשתתפים להשתתף במרכז הרפואי או מחקר. האוזנייה שומרת גם האפשרות של השתנות, המרחק והזווית בין גירויים המשתתף במהלך, או בין ניסויים, פוטנציאל הנובעות התאמות לפי מיקום על ידי המשתתף. מולוי. et al. בהשוואה מגב השולחן, האוזנייה מתקרב למסירה גירוי ומצא את האוזנייה להיות אמין ומדויק5. עם זאת, שתי חולשות פוטנציאליות של האוזנייה הם כי הוא מציג את הגירויים monocularly, דהיינו, רק העין השמאלית. רואה את הגירויים שהוצגו בצד השמאל ולהיפך; ולהתאים העיצוב הנוכחי לא לבישת משקפיים. חדות הראייה עשוי להשפיע על הביצועים TDT ולאחר ככזה אחד צריך תמיד לברר כי המשתתפים יש ראייה נורמלי. זה יותר חשוב במקרה של הגישה אוזניות, שבו לא ניתן לאכלס את המשקפיים.

' מדרגות' הגישה היא השיטה הנפוצה ביותר של גירוי מצגת על אפליה טמפורלית צוינו בעלון פרוטוקולים6,7,14,15,19. מגבלה של טכניקה זו, אשר מציג באופן אקראי ללא גירויים בהדרגה אסינכרוני, נמצא כי זה עשוי לתרום פוטנציאל למידה אפקט. כחלופה, פותחה מודאליות מצגת אקראי, ומאפשר גירויים יוצגו באופן אקראי. האפשרות של שיטת המדרגות להיות כפוף אפקט למידה נבחנה במיוחד ע י מקגוורן ועמיתיו16. שיטת מדרגות' 'הוצגה להיות בגישה חזקים עם תוצאות עקביות לרוחב ניסויים חוזרים ונשנים18. תוצאות המחקר קודמות, כמתואר לעיל, חשף גירויים אקראי מצגת שיטת התשואות הערכים TDT באופן עקבי יותר לעומת השיטה הקיימת של גרם מדרגות (כלומר TDTאקראי = 55.08 ms; מתכוון TDTמדרגות = ms 30.57 עבור פקדים בריא 30)18. בעוד שתי השיטות המצגת הם חוקיים, ההבדל בערכים TDT וכתוצאה מכך מדגישה את החשיבות של שמירה על אחידות בבחירה טכניקה חדשה וניסיונית בתוך ועל -פני לימודי מעבדה נתון. בנוסף, כדאי לשים לב בעת השוואת TDT מוחלט ערכים על-פני לימודי (מן החולים בקרות), ואת בחישוב של Zציונים.

שתי שיטות לניתוח נתונים גם הוצגו. שיטת הניתוח הראשון, סטנדרטי, התוצאה היא ערך סף יחיד עבור כל אחד משמונת פועל, איפה הסף למרווח הבין-גירוי הראשונים של שלושה זוגות גירוי יזוהו אסינכרוני. החציון של הסף שמונה נלקח כערך TDT למשתתף זה. בעוד זה הוכיח להיות אמין, זה בכל זאת ערך יחיד. על מנת להתגבר על המגבלה פוטנציאליים להעריך יכולתו של אדם אפליה טמפורלית המבוסס על ערך בודד, גישה מתוחכמת יותר גם הוצגו. במקרה זה, משתתף'נתונים s מצויד Gaussian התפלגות מצטברת ואת אומרת סטיית תקן שחולצו. בנוסף, הנתונים מוגשים על ניתוח bootstrapped ללא פרמטרי לקבל מרווחי ביטחון של 95% עבור כל משתתף's נתונים16. שיטה זו של ניתוח נתונים מציע את היכולת לזכות בתובנה עמוקה יותר הבדלים בתפיסה חזותית, במיוחד כאשר בוחנים את ההבדלים בתוך ובין קבוצות המטופל ובקרה.

יישום של TDT על הבנת הפתופיזיולוגיה של צוואר הרחם פוקאלית

אמנם סביר להניח עיבוד קורטיקלית רלוונטי אפליה טמפורלית20, הראיות מצביעות על כי בפוקאלית צוואר הרחם נורמלי אפליה טמפורלית משקפת בעיקר הפרעה ברשת המערבים את רקתי עליון, גרעיני הבסיס4,21. TDT נורמלי יכול להתפרש לקוי היכולת לזהות או להפלות שינוי סביבתי. רקתי עליון, במוח התיכון הגבי, ממלא תפקיד קריטי איתור של מגיב התמקדותנו בגירויים22. למרות מבנה מורכב, זה ניתן באופן פונקציונלי להפריד שתי שכבות22. הנוירונים visuosensory בשכבה השטחית לקבל קלט ישיר מערכת הראייה, ואילו הנוירונים premotor ו- cephalomotor ברובד עמוק יש השלכות מרובות, כולל שליטה של שרירי העיניים, הצוואר, הראש. פעילות collicular מעולה הוא מווסת על ידי גאמא אמינו בוטירית (GABA), נוירוטרנסמיטר מדכא23. פעילות GABAergic מעכבות מגבילה את משך התגובה פרץ ארעי בין שני הנוירונים visuosensory בשכבה השטחית הנוירונים premotor בשכבה עמוקה של רקתי עליון24. בתגובה לגירוי חזותי, הנוירונים חזותי בשכבה השטחית התערוכה ארעי 'על התגובה' . GABAergic עיכוב ואז ישתיק את תגובה זו, המאפשרת את הנוירונים להיות מוכן להגיב שוב כאשר הם מזהים שינוי בסביבת הגירוי החזותי הוא כיבה. אם יש לא מספיק גאבא, הנוירונים הללו עלול להפוך dysfunctionally פעיל24. זה זה שיערו כי עיכוב GABAergic לא מספקת תוצאות ממושך משך ירי של הנוירונים חזותי, והוליד אפליה טמפורלית חריג וערכים TDT ממושך. בנוסף, המאפיין תנועות חריגות של צוואר הרחם פוקאלית הם שיערו גם לתוצאה של עיכוב GABAergic לא מספיק, הפעם על ידי הנוירונים cephalomotor בשכבות עמוקות של רקתי עליון.

Endophenotype הוא סמן תנגודת לשילוח גנטי שיכול לעזור לנו להבין את מחלת pathomechanisms. TDT מוצע כמו endophenotype פוטנציאליים עבור תחילת למבוגרים דיסטוניה פוקאלית2,4 , כבר מצאו להיות נורמלי עד 97% מהחולים, כ 50% שלהם קרובי משפחה קלינית1,3 ,4. בנוסף, TDT חריג הוכח לעקוב אחר דפוס גיל-מין הקשורות דומה לזה של14,פוקאלית צוואר הרחם25. ממצאים אלה מראים הורשה אוטוזומלית דומיננטית ותמיכה השימוש של TDT endophenotype עבור תחילת למבוגרים דיסטוניה פוקאלית, ובשנת פוקאלית מסוים, צוואר הרחם.

מאמר זה סיפקה מדריך כיצד למדוד ולנתח אפליה טמפורלית חזותי של המשתתף. בנוסף, בעזרת גרפיקה מונפשת וידאו, היישום של TDT בחקר פוקאלית צוואר הרחם יש כבר המתוארים הן על רקע היותה endophenotype אמין, וכן כלי פוטנציאלי כדי להאיר pathomechanisms של הפרעה זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

רבקה B בק, Eavan M Mc Govern, ג'ון באטלר, דורינה Birsanu, ברנדן Quinlivan, כריס Beiser, Shruti Narasimham יש אין מקורות המימון, גילויים פיננסיים או ניגוד אינטרסים להכריז. מייקל האצ'ינסון מקבל מענקי מחקר פוקאלית אירלנד, הבריאות מחקר הלוח של אירלנד (CSA-2012-5), קרן מחקר פוקאלית (בלגיה), את אירית המכון קלינית Neuroscience. שון O'ריירדן מדווח על קבלת רמקול's. מכספי Abbvie. ריצ'רד ריילי מקבל מימון הקרן למדע אירלנד, אירלנד Enterprise ו לוח מחקר בריאות של אירלנד.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי מענקים הלוח מחקר בריאות, פוקאלית אירלנד, אירלנד למדע, מכון אירי עבור קלינית Neuroscience.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
TDT head set Can be supplied by Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin.  Alternatively full instructions are available for free download from http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ 1 A custom-built, portable device for the presentation of visual stimuli.
TDT table top LED box Can be supplied by Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin.  Alternatively full instructions are available for free download from http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ 2 A custom-built, table-top device for the presentation of visual stimuli.
Microcontroller Can be supplied by Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin.  Alternatively full instructions are available for free download from http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ 3 A custom-built microcontroller for the delivery of visual stimuli in staircase or random order, with precise inter-stimulus intervals.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

מדעי המוח גיליון 131 אפליה הטמפורלי אפליה טמפורלית הסף מדרגות אקראי פוקאלית פוקאלית צוואר הרחם Endophenotype
מדידה & ניתוח של הסף אפליה זמני המוחל פוקאלית צוואר הרחם
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Beck, R. B., McGovern, E. M.,… More

Beck, R. B., McGovern, E. M., Butler, J. S., Birsanu, D., Quinlivan, B., Beiser, I., Narasimham, S., O'Riordan, S., Hutchinson, M., Reilly, R. B. Measurement & Analysis of the Temporal Discrimination Threshold Applied to Cervical Dystonia. J. Vis. Exp. (131), e56310, doi:10.3791/56310 (2018).

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