Summary
Metoder til måling og analyse af den tidsmæssige forskelsbehandling tærskel er præsenteret, og dens anvendelse til studiet af patogenesen af cervikal dystoni diskuteres.
Abstract
Den tidsmæssige forskelsbehandling tærskel (TDT) er den korteste tidsinterval på som observatør kan diskriminere to sekventielle stimuli som værende asynkron (typisk 30-50 ms). Det har vist sig at være unormal (langvarig) i neurologiske lidelser, herunder cervikal dystoni, en fænotype af voksne debut idiopatisk isolerede fokal dystoni. TDT er en kvantitativ måling af evnen til at opfatte hurtige ændringer i miljøet og betragtes som vejledende af funktionsmåden for de visuelle neuroner i den overlegne colliculus, en central node i skjult attentional orientering. Denne artikel indeholder metoder til at måle TDT (herunder to hardware indstillinger og to former for stimuli præsentation). Vi også udforske to tilgange til analyse af data og TDT beregning. Anvendelsen af vurderingen af tidsmæssige forskelsbehandling til forståelsen af patogenesen af cervikal dystoni og voksne debut idiopatisk isolerede fokal dystoni er også drøftet.
Introduction
Tidsmæssige diskriminering beskriver en persons evne til at diskriminere, eller opfatter, hurtige ændringer i deres miljø. Den tidsmæssige forskelsbehandling tærskel (TDT) er den korteste tidsinterval på som en person kan opfatte at to sekventielle sensoriske stimuli er asynkron. Tidsmæssige forskelsbehandling har vist sig at være unormalt forlænget i lidelser, der påvirker de basale ganglier, herunder dystoni1,2,3,4,5,6 , 7.
Dystoni er den tredje mest almindelige lidelse, neurologisk bevægelse - efter Parkinsons'sygdom og væsentlige Tremor. Det er karakteriseret ved vedvarende eller periodisk muskelsammentrækninger forårsager unormal, ofte gentagne bevægelser eller stillinger8. Dystoni kan påvirke nogen del af kroppen. Når det berører en kropsdel er det kendt som fokal dystoni8. Dystoni påvirker nakkemusklerne er kendt som cervikal dystoni, og er den mest almindelige Fænotypen af voksne debut idiopatisk isolerede fokal dystoni. 9 , 10 patogenesen af cervikal dystoni er stadig ukendt; Det anses for at være en genetisk sygdom med autosomal dominant arvegang og markant nedsat penetrans. Miljømæssige faktorer er også anses for vigtigt i forbindelse med sygdom penetrans og udtryk.
Den overlegne colliculus, en sensorimotor struktur ligger i den dorsale midthjernen, er vigtigt for hurtig påvisning af miljømæssige stimuli i skjult attentional orientere2,11,12. Visuelle stimuli adgang den overlegne colliculus hurtigt gennem retino-tectal magnocellular vej. TDT er en enkel, objektive foranstaltning menes at repræsentere behandling af visuelle (og andre sensoriske stimuli) i de overfladiske lag af den overlegne colliculus. TDT er blevet undersøgt hos personer med cervikal dystoni, deres upåvirket pårørende og sund kontrol deltagere. I forhold til alder - og køn-matchede kontrol deltagere, en unormal TDT har høj følsomhed (97%, 36, 37 patienter) og specificitet (98-100%) i cervikal dystoni1. En unormal TDT er blevet fundet i 50% af upåvirket første grads kvindelige slægtninge til patienter med cervikal dystoni (14 25, alderen 48 år eller ældre), demonstrerer alders - og sex-relaterede penetrans med autosomal dominant arvegang13, 14. en unormal TDT i upåvirket pårørende af cervikal dystoni patienter (i forhold til slægtninge med normal TDTs) er forbundet med øget putaminal volumen (af voxel-baseret morfometri)15 og reduceret putaminal aktivitet (med fMRI)4 . Den overlegne colliculus betragtes som en betydelig node i den neuronal netværk, som er dysfunktionelle i cervikal dystoni12. Vurdering af tidsmæssige forskelsbehandling betragtes som giver vigtige fingerpeg om patomekanismer underliggende cervikal dystoni.
Målet med denne artikel er at fremlægge to metoder til at måle og analysere tidsmæssige forskelsbehandling samt demonstrere anvendelsen af denne metode til at studere Patofysiologi af cervikal dystoni.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Den medicinske forskning etiske komité på St. Vincent University Hospital, Dublin gav godkendelse for rekrutteringen af patienter med cervikal dystoni, deres søskende (upåvirket af dystoni), og raske kontrolpersoner, til at deltage i protokollen beskrevet nedenfor.
1. hardware & softwareløsninger
Bemærk: To hardware indstillinger er blevet udviklet for at vise visuelle stimuli med præcise Inter stimulus intervaller. Begge blev designet og bygget huset på Trinity Center for bioteknologi, Trinity College Dublin, og har været tidligere beskrevet5,16. Dem, der ønsker at kopiere de nøjagtige hardwareløsninger anvendes heri kan anmode om samme ved at kontakte Trinity Center for bioteknologi direkte. Alternativt, et komplet sæt af instruktioner herunder 3D udskrivning filer til headsettet, instruktioner for ledsagende Arduino microcontroller osv. kan downloades fra http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Stimuli præsenteret i den bordplade tilgang kan genereres ved hjælp af brugerdefinerede programmer i præsentationen (fxneurobehaviorale systemer), installeret på en stationær computer og programmeret til at styre de lysemitterende dioder (LED) via parallel-port computeren. Alternativt, som beskrevet nedenfor, bordplade lysdioder kan styres via en Arduino microcontroller. Både præsentation kode og Arduino filer er også tilgængelig for download fra ovenstående link.
- TDT hardware: Table-Top metode
- Markere et 'X', som en fiksering, på en sort mat eller ark placeret på bordet foran deltageren.
- Spørge deltageren til at placere sig, så de sidder lige foran fiksering punkt.
- Placer de gule lysdiode (LED) par (diameter 5 mm, 90 cd/m2 luminans), indkapslet i en boks på bordet foran deltageren.
- Orientere boksen sådan, at lysdioderne er lodret justeret og placeret 7 ° fra fagets midtpunkt på venstre og højre side, efter behov.
- Foretage dette eksperiment i et mørkelagt rum. En lille mængde af baggrunden luminans kan være nødvendigt at aktivere operatør at se nok til at køre eksperimentet.
- Pålægge deltageren til at fokusere på punktet, fiksering på alle tidspunkter og ikke at kigge direkte på blinkende lysdioder.
- Tilsluttes boksen LED mikrokontroller og følg den på skærmen instruktioner vises i microcontroller boks, f.eks.flydende krystal display vælge præsentation metode: 'tilfældig' eller "trappe", og vælg mode: 'venstre top første', osv .
- Spørge deltageren at svare "samme" eller "anderledes" følgende præsentation af hver stimulus par, afhængigt af om de opfatter stimuli skal synkrone eller asynkrone.
- Informere deltageren når hver prøveversion er til at begynde, af vocalizing de on-screen nedtællingen fra 5-0 s.
Figur 1: (a) skematisk af designe i hovedtelefon. Et par af gule lysdioder (5 mm i diameter), og den røde fiksering LED (3 mm i diameter), er placeret på venstre og højre side af deltager via en hoved-monteret enhed og gjort synlig ved hjælp af refleksion i spejle foran brugeren. b skematisk 3D model af headsettet. Headsettet blev udviklet fra laser-sintret nylon plast, vejer 0,70 kg, har en lav gennemsigtighed indeks og er sort i farven til at minimere lys penetrans. (en og b) er gengivet med mindre ændring fra Butler mfl. 16 med tilladelse fra IOP Publishing. (c) LED stimulus box til bordplade præsentation.
- TDT Hardware: Bærbare TDT Headset
- Foretage eksperiment i enhver passende sted.
- Tilslut mikrokontroller headset og følg den på skærmen instruktioner vises i microcontroller boks, f.eks.flydende krystal display vælge præsentation metode: 'tilfældig' eller 'trappe' og mode: 'venstre top første', osv.
- Direkte deltager at positionere sig med albuerne på bordet foran dem. Så, holde enheden i deres hænder, direkte dem til tryk forsigtigt på deres ansigt ind i gummi fugemassen omkring okularet, hvorved forsegling ud omgivende lys.
- Pålægge deltageren til at fokusere på den røde fiksering LED på alle tidspunkter og ikke at kigge direkte på blinkende lysdioder.
- Spørge deltageren at svare "samme" eller "anderledes" følgende præsentation af hver stimulus par, afhængigt af om de opfatter stimuli skal synkrone eller asynkrone.
- Informere deltageren når hver prøveversion er til at begynde, af vocalizing de on-screen nedtællingen fra 5-0 s.
2. stimulus præsentation
Bemærk: To tilgange til stimulus præsentation har været ansat.
- Trappe metode
- Vælg 'trappe' præsentation; stimuli er præsenteret hver 5 s med Inter stimulus interval starter ved 0 og bliver gradvist mere asynkron (stiger med 5 ms) hver gang.
- Vælg en af de fire præsentation modaliteter: (i) venstre top LED første (ii) venstre bund LED første (iii) lige top LED først, eller (iv) højre nederste LED først.
- Gentag trin 2.1.2, så hver modalitet køres to gange, hvilket resulterer i alt otte løber.
- Afslutte retssagen, når en deltager reagerer "anderledes" for tre på hinanden følgende par af stimuli.
- Tilfældige præsentation metode
- Vælg 'Random' præsentation; stimuli par præsenteres hver 5 s. Inter stimulus intervallet varierer på en randomiseret måde, fra 0-100 ms.
- Vælg en af de fire præsentation modaliteter: (i) venstre top LED første (ii) venstre bund LED første (iii) lige top LED først, eller (iv) højre nederste LED først.
- Gentag trin 2.2.2, så hver modalitet køres to gange, hvilket resulterer i alt otte løber.
Bemærk: Hver run er den samme længde og fuldfører automatisk.
3. dataanalyse
- Enkelt TDT værdi
- Ved hjælp af data fra metoden trappe, fremhæve først af de sidste tre "anderledes" svar for hver af de otte kører. Disse er tærskelværdierne for hver kørsel.
- Beregne den tidsmæssige forskelsbehandling tærskel (TDT) for hver deltager ved at tage medianværdien af tærskler fra hver af deres otte kører; resulterer i en enkelt TDT værdi (i millisekunder) pr. person.
- Beregne Zscore for hver deltager. Definere Zscore som forskellen mellem deltagerens TDT, og den gennemsnitlige TDT fra befolkningens alder-matchede kontrol (
, delt af standardafvigelsen af TDT værdier for at kontrollere befolkning 
.
- Afgøre, om enkelt har en normale eller unormale TDT. En Zscore ≥ 2.5 anses for at afspejle en unormal TDT.
- Distribution analyse
- Ved hjælp af data fra metoden trappe, indkode svardata, så '0' svarer til "samme" og "1" svarer til "anderledes", tabel 1.
- Download en gratis MATLAB.exe for at udføre den distribution analyse beskrevet nedenfor fra http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Se Butler et al. 16 en fuld beskrivelse af denne metode. Alternativt, fortsættes som beskrevet nedenfor.
- Pad data sikre alle løber den samme længde som den længste run. Dette gøres ved at påtage sig alle efterfølgende svar, efter afslutning af en kører, er "anderledes", tabel 1, litra b.
- Gennemsnitlig svar på tværs af forsøg for hver deltager, tabel 1, litra c. Dette kan være afbildet som en funktion af stimulus asynkroniske.
- Passe dette gennemsnit eller repræsentative data med en kumulativ Gaussisk funktion. Middelværdien af denne fordeling repræsenterer det punkt hvor deltagerne er lige så tilbøjelige til at reagere "samme" eller "anderledes". Dette punkt omtales som punkt af subjektive ligestilling (PSE). Standardafvigelsen af normalfordelingsmetoden, også benævnt 'bare mærkbar forskel' (JND), viser, hvor følsom deltagere er ændringer i tidsmæssig asynkroniske omkring deres middelværdi.
- Udvide analysen ved at sende data til et ikke-parametrisk bootstrapping proceduren for at anslå 95%-konfidensintervallerne for TDT og PSE og JND af Psykometriske, kumulative Gaussisk funktion. For at gøre dette, skal du generere nye repræsentative datasæt ved stikproever med udskiftning af de oprindelige svar, tabel 1, litra b, for hver gang skridt. Beregne TDT og passe en ny Psykometriske funktion for hver repræsentative datasæt16.
- Beregning af fit eller deviance (D), godhed for hver deltager ved hjælp af log-risiko ratio,16,17
hvor K er antallet af tidspunkter, er n,jeg antallet af gentagelser på dette tidspunkt, generelt otte gentagelser (fire højre og fire venstre), y,jeg er den observerede andel af asynkrone svar, p jeg er andelen af asynkrone svar forudsagt af monteret kurven. En afvigelse værdi på 0 betyder en perfekt pasform. - Plot resultaterne.
Note: Data fra tilfældige præsentation tilgang kan analyseres for at bestemme den enkelt eller distribueret TDT, som beskrevet i afsnit 3 ovenfor for data, der opstår fra trappe præsentation metode. Men på grund af den tilfældige præsentation rækkefølge mellem stimuli intervaller, skal disse data først bestilles (fra mindste til største Inter stimulus interval), forud for påbegyndelse af analysen beskrevet ovenfor tabel 2. Derudover er det ikke nødvendigt at pad data efter tilfældige præsentation som som standard alle kørsler er lige lange.
, delt af standardafvigelsen af TDT værdier for at kontrollere befolkning 
.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Eksempler på fyldt score sheets er givet i tabel 1 og 2, hvor disse henholdsvis repræsenterer resultater efter trappe og tilfældige stimulus præsentation metoder. Tærsklerne for hver kørsel (tidspunktet for først af tre stimulus par anses for at være forskellige ''), er fremhævet. I forbindelse med tabel 1beregnes TDT som 25 ms (dvs., medianen af 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40, 10 ms). Disse data er taget fra en 35-årig kvinde, der har deltaget i en tidligere undersøgelse18. Middelværdi og standardafvigelse for TDT værdier fra kvinder i denne aldersgruppe var 27.48 ms og 10.86 ms, henholdsvis. Derfor kan Z-score for denne person beregnes som:
Da denne Zscore er under 2,5, har denne person en normal TDT.
Svar fra de samme individuelle følgende tilfældige stimulus præsentation er vist i tabel 2. Bestilling af disse data er et vigtigt skridt før fortsat med analyse.
Distribution analyse
Centrale faser i distribution analyse er illustreret i tabel 1 (data polstring og svar gennemsnit) og figur 2. Eksempeldata bruges i denne analyse er fra den samme emne som diskuteret ovenfor og som vist i tabel 1 og 2. Grunde i figur 2 er genereret fra filen downloades MATLAB.exe. Venstre side viser den observerede data, de kumulative Gaussisk funktioner udstyret til bootstrapped data (følgende 2000 gentagelser) og den gennemsnitlige kumulative Gaussisk funktion. Godhed af fit foranstaltning er illustreret på højre side. Også vist er de tidsmæssige forskelsbehandling tærskler, parametrene fit, subjektive ligestilling (PSE) og bare mærkbar forskel (JND) værdier. Højre side viser godhed af fit foranstaltning log sandsynlighed ratio (afvigelse) for de observerede data (rød vandret streg) og Monte-Carlo genereret log sandsynlighed forholdet distribution og 95%-konfidensintervallerne (stiplede streger).
Den samme MATLAB eksekverbare eksport TDT, PSE og JND værdier og bootstrapped cut-offs af 2,5%, 25%, 50%, 75% og 97,5% konfidensintervaller samt af fit eller afvigelse og cutoffs godhed til en excel-fil. Tabel 3 giver output genereret for dataene i tabellerne 1 og 2. Til sammenligning er TDT værdier for trappe og tilfældige stimulus præsentation metoder, fremstillet af standardmetoden (median 8 tærskelværdierne), 25 ms og 50 ms henholdsvis; tabel 3 indeholder bestemmelser TDT værdier opnået følgende bootstrapping data. Disse er 23,75 ms og 48.75 ms henholdsvis.
Figur 2: venstre kolonne viser de kumulative Gaussisk fordelinger for a resultater efter metoden trappe af stimulus præsentation, og (b) den tilfældige metode af stimulus præsentation. De sorte prikker vises de oprindelige data (andel af opfattede 'forskellige' svar som en funktion af Inter stimulus interval eller temporal asynkroniske). Lys grå kurver repræsenterer 2000 Gaussisk funktioner, der var monteret til bootstrapped data. Den mørke grå kurve repræsenterer den gennemsnitlige kumulative Gaussisk funktion. Værdier for punkt af subjektive ligestilling (PSE) (middelværdien) og bare mærkbar forskel (JND) (standardafvigelse) og værdien TDT, beregnet fra den fulde fordeling er nærmere beskrevet i tabel 3. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Tabel 1: Eksempeldata efter trappe præsentation metode, med Inter stimulus intervaller (ISI) stiger med 5 ms hver gang. a data vises for hver af de to betingelser (øverste LED først x 2, og bunden LED først x 2) for de højre og venstre hand sider, giver i alt otte løber. 's' repræsenterer et svar af 'samme', og havde ', 'anderledes'. Tidsintervallerne, bruges til at beregne TDT er ISI svarer til først af tre på hinanden følgende 'anderledes' svar. Derfor, TDT = 25 ms, medianen af 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40 og 10. (b) de samme data som vist i (a), men kodet således, at en '0' repræsenterer et svar af 'samme', og '1' repræsenterer 'anderledes'. Data polstring (til den længste run) er illustreret. Dette er en forbehandling trin før distribution analyse. (c) Averaged svar for hver ISI. Bemærk disse værdier bruges til at generere den Psykometriske distribution og er afbildet i figur 2.
Tabel 2: Svar fra den samme deltager som tabel 1, denne gang stimuli er præsenteret med randomiseret mellem stimulus intervaller (ISI). a data for to betingelser i højre side (top førte første x2 og bunden førte første x2). Til kompakthed, er data fra venstre side ikke vist her. Dog bruges alle otte kører i alle analyse. (b) de samme data sorteret efter forøgelse ISI. Tærsklen for hver af de fire højre side kører angives med stiplede bokse.
Tabel 3: Resumé af normalfordelingsmetoden og godhed af passer analyse for resultater fra trappe præsentation metode vist i tabel 1og tilfældige præsentation metode vist i tabel 2 (alle data for denne deltager, fx i alt otte kører (4 venstre og 4 lige) har været brugt i ovenstående analyse). Punkt af subjektive ligestilling, PSE; bare mærkbar forskel, JND; tidsmæssige forskelsbehandling, TDT; Godhed af pasform, GoF.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
TDT måling og analyse
To former for apparater (tabel-top og headset), to metoder af stimulus præsentation (trappe og tilfældige), og to tilgange til analyse af data (traditionel og distribution) er blevet præsenteret til at illustrere, hvordan man kan måle og kvantificere en person's tidsmæssige forskelsbehandling evne. Den bærbare headset giver en bekvem hardware løsning, der sikrer konsistens i afstand og vinkler mellem deltageren og LED lyskilder samtidig tillader data skal indsamles i en bekvem beliggenhed. Det, derfor, omhandler nogle af de begrænsninger i forbindelse med bordplade tilgang, nemlig behovet for kontrolleret omgivende belysning og begrænset mobilitet - typisk kræver deltagere deltage på en klinik eller research center. Headsettet også beskytter mod muligheden for variation i afstanden og vinklen mellem stimuli og deltager i eller mellem forsøg, potentielt skyldes positionelle justeringer af deltageren. Molloy et al. sammenlignede bordpladen og headsettet tilgange til stimulus levering og fundet headset er pålidelige og nøjagtige5. To potentielle svagheder i hovedtelefon er dog at det præsenterer stimuli monocularly, dvs. kun det venstre øje kan se stimuli præsenteret på venstre og omvendt; og den nuværende udformning rumme ikke iført briller. Synsstyrke kan påvirke TDT ydeevne, og som sådan bør man altid fastslå, at deltagerne har normal synsstyrke. Dette er vigtigt for headset tilgang, hvor briller ikke kan imødekommes.
Den ' trappe' tilgang er den mest almindelige metode til stimulus præsentation af visuelle og taktile forskelsbehandling, tidsmæssige protokoller6,7,14,15,19. En begrænsning af denne teknik, som præsenterer ikke-randomiseret gradvis asynkron stimuli, er, at det muligvis kan bidrage til et potentiale for læring effekt. Som et alternativ, blev et randomiseret præsentation modalitet udviklet, så stimuli skal forelægges i en randomiseret måde. Muligheden for metoden trappe udsættes for en learning virkningen var specifikt testet af McGovern og kolleger16. Metoden 'trappe' viste sig at være en robust tilgang med ensartede resultater på tværs af gentagne eksperimenter18. Resultaterne fra denne tidligere undersøgelse, som vist ovenfor, afslørede at randomiseret stimuli præsentation metode giver konsekvent længere TDT værdier sammenlignet med den eksisterende trappe metode (betyde TDTRANDOM = 55.08 ms; betyde TDTtrappe = 30.57 ms for 30 raske kontrolpersoner)18. Mens begge præsentation metoder er gyldig, understreger forskellen i TDT resultatværdierne betydningen af at opretholde ensartethed i eksperimentel teknik udvalg inden for og på tværs af undersøgelser fra en given laboratorium. Derudover bør udvises forsigtighed ved sammenligne absolutte TDT værdier på tværs af undersøgelser (fra patienter og kontrol), og i beregning af Zscore.
To metoder til dataanalyse er også blevet præsenteret. Den første, standard analysemetode, resulterer i en enkelt grænseværdi for hver af otte kører, hvor denne tærskel er mellem stimulus interval af først af tre stimulus par identificeres som værende asynkron. Medianen af de otte tærskler er taget som TDT værdi for denne deltager. Mens dette har vist sig for at være pålidelig, er det ikke desto mindre en enkelt værdi. For at overvinde de potentielle begrænsning for vurdering af en persons tidsmæssige forskelsbehandling evne baseret på en enkelt værdi, er en mere nuanceret tilgang også blevet præsenteret. I dette tilfælde, en deltager's data er udstyret med en kumulativ normalfordelingsmetoden og middelværdi og standardafvigelse udvundet. Desuden dataene, der indsendes til et ikke-parametrisk bootstrapped analyse at få 95%-konfidensintervallerne for hver deltager's data16. Denne metode til analyse af data har potentiale til at opnå dybere indsigt i forskelle i visuel perception, især når den undersøger forskellene inden for og mellem kontrol og patientgrupper.
Anvendelse af TDT at forstå Patofysiologi af cervikal dystoni
Mens det er sandsynligt, at kortikale behandling er relevant i temporal forskelsbehandling20, tyder på, at unormale tidsmæssige forskelsbehandling i cervikal dystoni afspejler primært en lidelse i et netværk, der omfatter den overlegne colliculus og Basalganglier4,21. En unormal TDT kan fortolkes som en svækket evne til at opdage eller diskriminere miljøændringer. Den overlegne colliculus, spiller i den dorsale midthjernen, en afgørende rolle i at opdage og reagere på iøjnefaldende stimuli22. Selv om en kompleks struktur, kan det funktionelt opdeles i to lag22. Visuosensory neuroner i de overfladiske lag modtage direkte input fra det visuelle system, hvorimod premotor og cephalomotor neuronerne i den dybe lag har flere fremskrivninger, herunder kontrol af musklerne i øjne, hals og hoved. Superior collicular aktivitet er moduleret af gamma - aminosmørsyre (GABA), en hæmmende neurotransmitter23. Hæmmende GABAergic aktivitet begrænser varigheden af forbigående burst svar i begge visuosensory neuroner i de overfladiske lag og de premotor neuroner i den dybe lag af superior colliculus24. Som svar på en visuel stimulus udviser de visuelle neuroner i de overfladiske lag en forbigående 'på' svar. GABAergic hæmning derefter lydløshed responset, aktivering af neuroner til at være klar til at svare igen når de registrerer en ændring i miljøet som den visuelle stimuli er slået fra. Hvis der er utilstrækkelige GABA, kan disse neuroner blive dysfunctionally active24. Det er en hypotese, at utilstrækkelig GABAergic hæmning resulterer i langvarig varighed fyring af de visuelle neuroner, giver anledning til unormal tidsmæssige forskelsbehandling og langvarig TDT værdier. Derudover er unormale bevægelser karakteristisk for cervikal dystoni hypotese at også resultatet fra utilstrækkelig GABAergic hæmning, denne gang af cephalomotor neuroner i de dybe lag af den overlegne colliculus.
En endophenotype er en subklinisk markør af genetiske transport, der kan hjælpe os med at forstå sygdommen patomekanismer. TDT er foreslået som en potentiel endophenotype for voksne debut fokal dystoni2,4 og er blevet fundet for at være unormal i op til 97% af patienterne og ca. 50% af deres klinisk upåvirket pårørende1,3 ,4. Hertil kommer, har unormale TDT vist sig at følge en alders - og sex-relaterede mønster ligner cervikal dystoni14,25. Disse resultater tyder autosomal dominant arvegang og støtte brugen af TDT som en endophenotype for voksne debut fokal dystoni, og i særlige, cervikal dystoni.
Denne artikel har givet en guide om hvordan man måler og analyserer en deltagers visuelle tidsmæssige forskelsbehandling. Derudover ved hjælp af animeret grafik i videoen, er anvendelsen af TDT til undersøgelse af cervikal dystoni blevet skitseret både i forbindelse med det at være en pålidelig endophenotype, og som en potentiel redskab til at kaste lys over patomekanismer af denne lidelse.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Rebecca B Beck, Eavan M Mc Govern, John Butler, Dorina Birsanu, Brendan Quinlivan, Ines Beiser, Shruti Narasimham har ingen finansieringskilder, finansielle oplysninger eller interessekonflikt at erklære. Michael Hutchinson modtager forskningslegater fra dystoni Irland, sundhed Research Board of Ireland (CSA-2012-5), instituttet for dystoni forskning (Belgien) og den irske Institut for klinisk neurovidenskab. Sean O'Riordan rapporter modtager en højttaler's honorar fra Abbvie. Richard Reilly modtager finansiering fra Science Foundation Irland, Enterprise Ireland og sundhed Research Board of Ireland.
Acknowledgments
Denne forskning blev støttet af tilskud fra sundhed Research Board, dystoni Irland, Science Foundation Irland og den irske Institut for klinisk neurovidenskab.
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. |
References
- 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).
- Hutchinson, M., et al. The endophenotype and the phenotype: temporal discrimination and adult-onset dystonia. Mov Disord. 28 (13), 1766-1774 (2013).
- 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).
- Kimmich, O., et al. Temporal discrimination, a cervical dystonia endophenotype: penetrance and functional correlates. Mov Disord. 29 (6), 804-811 (2014).
- 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).
- Termsarasab, P., et al. Neural correlates of abnormal sensory discrimination in laryngeal dystonia. Neuroimage Clin. 10, 18-26 (2016).
- 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).
- Albanese, A., et al. Phenomenology and classification of dystonia: a consensus update. Mov Disord. 28 (7), 863-873 (2013).
- 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).
- Williams, L., et al. Epidemiological, clinical and genetic aspects of adult onset isolated focal dystonia in Ireland. Eur J Neurol. , (2016).
- 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).
- Hutchinson, M., et al. Cervical dystonia: a disorder of the midbrain network for covert attentional orienting. Front Neurol. 5, 54 (2014).
- Williams, L. J., et al. Young Women do it Better: Sexual Dimorphism in Temporal Discrimination. Front Neurol. 6, 258 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- Wichmann, F. A., Hill, N. J. The psychometric function: I. Fitting, sampling, and goodness of fit. Percept Psychophys. 63 (8), 1293-1313 (2001).
- McGovern, E. M., et al. A comparison of stimulus presentation methods in temporal discrimination testing. Physiol Meas. 38 (2), N57-N64 (2017).
- Scontrini, A., et al. Somatosensory temporal discrimination in patients with primary focal dystonia. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 80 (12), 1315-1319 (2009).
- 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).
- Pastor, M. A., Macaluso, E., Day, B. L., Frackowiak, R. S. Putaminal activity is related to perceptual certainty. Neuroimage. 41 (1), 123-129 (2008).
- Isa, T., Hall, W. C. Exploring the superior colliculus in vitro. J Neurophysiol. 102 (5), 2581-2593 (2009).
- 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).
- Kaneda, K., Isa, T. GABAergic mechanisms for shaping transient visual responses in the mouse superior colliculus. Neuroscience. 235, 129-140 (2013).
- Ramos, V. F., Esquenazi, A., Villegas, M. A., Wu, T., Hallett, M. Temporal discrimination threshold with healthy aging. Neurobiol Aging. 43, 174-179 (2016).
