Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Neuroscience

Meting en analyse van de drempel van de temporele discriminatie toegepast op cervicale dystonie

doi: 10.3791/56310 Published: January 27, 2018
* These authors contributed equally

Summary

Methoden voor de meting en analyse van de temporele discriminatie drempel worden gepresenteerd, en de toepassing ervan op de studie van de pathogenese van cervicale dystonie worden besproken.

Abstract

De temporele discriminatie drempel (TDT) is de kortste tijdsinterval waartegen een waarnemer onderscheid twee opeenvolgende prikkels als asynchrone (doorgaans 30-50 ms maken kan). Het is aangetoond dat abnormale (langdurige) in neurologische stoornissen, met inbegrip van cervicale dystonie, een fenotype van volwassen begin idiopathische geïsoleerde focale dystonie. De TDT is een kwantitatieve maat voor de mogelijkheid om het waarnemen van snelle veranderingen in de omgeving en wordt beschouwd als indicatie van het gedrag van de visuele neuronen in de superieure colliculus, een belangrijk knooppunt in het heimelijke attentional oriënteren. Dit artikel bevat methoden voor het meten van de MVision (inclusief twee hardwareopties en twee modi van stimuli presentatie). We verkennen ook twee benaderingen van data-analyse en TDT berekening. De toepassing van de beoordeling van de temporele discriminatie aan het begrijpen van de pathogenese van cervicale dystonie en volwassen begin idiopathische geïsoleerde focale dystonie wordt ook besproken.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Temporele discriminatie beschrijving van iemands vermogen om te discrimineren, of waarnemen, snelle veranderingen in hun omgeving. De temporele discriminatie drempel (TDT) is de kortste tijdsinterval waarop een individu waarnemen kan dat twee opeenvolgende zintuiglijke prikkels asynchroon zijn. Temporele discriminatie is aangetoond dat abnormaal worden verlengd in aandoeningen op het gebied van de basale ganglia, met inbegrip van dystonie1,2,3,4,5,6 , 7.

Dystonie is de derde meest voorkomende neurologische bewegingsstoornis - na Parkinson's ziekte en essentiële Tremor. Het wordt gekenmerkt door duurzame of intermitterende spiercontracties veroorzaakt door abnormale, vaak herhaalde bewegingen of houdingen8. Dystonie kan beïnvloeden elk deel van het lichaam. Wanneer het van invloed is op een lichaamsdeel is het bekend als focale dystonie8. Dystonie beïnvloeden de nekspieren cervicale dystonie wordt genoemd, en is de meest voorkomende fenotype van volwassen begin idiopathische geïsoleerde focale dystonie. 9 , 10 de pathogenese van cervicale dystonie blijft onbekend; het wordt beschouwd als een genetische stoornis met autosomaal dominante overerving en sterk verminderde doordringendheid. Omgevingsfactoren zijn eveneens belangrijk in verband met ziekte doordringendheid en expressie.

De superieure colliculus, een sensomotorische structuur, gelegen in de dorsale veroorzaakt, is belangrijk voor de snelle detectie van milieu stimuli in het proces van heimelijke attentional oriënterende2,11,12. Visuele stimuli toegang krijgen tot de superieure colliculus snel via de blastoma-tectal magnocellular-pathway. De TDT is een maatregel van het eenvoudige, objectieve verondersteld te vertegenwoordigen van de verwerking van visuele (en andere zintuiglijke stimuli) in de oppervlakkige lagen van de superieure colliculus. De TDT is onderzocht bij personen met cervicale dystonie, hun onaangetast familieleden en gezonde controle deelnemers. Vergeleken met de leeftijd en geslacht-zoekwoorden controle deelnemers, een abnormale TDT heeft hoge gevoeligheid (97%, 36 van 37 patiënten) en specificiteit (98-100%) in de cervicale dystonie1. Een abnormale TDT is gebleken dat bij 50% van onaangetast eerstegraads vrouwelijke familieleden van patiënten met cervicale dystonie (14 25, van 48 jaar of ouder), demonstreren en seks-leeftijdsgebonden doordringendheid met autosomaal dominante overerving13, 14. een abnormale TDT in onaangetast familieleden van patiënten van de cervicale dystonie (vergeleken met familieleden met normale TDTs) wordt geassocieerd met verhoogde putaminal volume (door voxel gebaseerde morphometry)15 en putaminal activiteit (met fMRI) verminderd4 . De superieure colliculus wordt beschouwd als een belangrijk knooppunt in de neuronale netwerk, dat disfunctioneel in cervicale dystonie12 is. De beoordeling van de temporele discriminatie wordt beschouwd als het verstrekken van belangrijke aanwijzingen over de pathomechanisms onderliggende cervicale dystonie.

Het doel van dit artikel is te presenteren van twee methoden voor het meten en analyseren van temporele discriminatie, alsmede het demonstreren van de toepassing van deze methode op het bestuderen van de pathofysiologie van cervicale dystonie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Het medische onderzoek ethische Commissie op St. Vincent's University Hospital, Dublin gaf goedkeuring voor de aanwerving van patiënten met cervicale dystonie, hun broers en zussen (onaangetast door dystonie) en gezonde controles, om deel te nemen in het protocol beschreven hieronder.

1. hardware & Softwareoplossingen

Opmerking: Twee hardwareopties zijn ontwikkeld om visuele stimuli met precieze onderlinge stimulans intervallen weer te geven. Beide zijn ontworpen en gebouwd huis in het centrum van Trinity voor Bioengineering, Trinity College in Dublin, en geweest eerder beschreven5,16. Degenen die willen repliceren de exacte hardwareoplossingen gebruikt hierin verzoeken hetzelfde door het Trinity centrum voor Bioengineering rechtstreeks te contacteren. U kunt ook een volledige set van instructies met inbegrip van 3D-printen bestanden voor de hoofdtelefoon, instructies voor de begeleidende Arduino microcontroller, enz. kan worden gedownload van http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. De prikkels in het tafelblad aanpak gepresenteerd kunnen worden gegenereerd met behulp van aangepaste programma's in de presentatie (bijvoorbeeldneurobehaviorale systemen), geïnstalleerd op een desktopcomputer en geprogrammeerd om te controleren de lichtdioden (LED) via de parallelle poort van de computer. Als alternatief, zoals hieronder beschreven, kan het tafelblad LEDs worden aangestuurd via een Arduino microcontroller. Zowel de code van de presentatie en de Arduino bestanden zijn ook beschikbaar om te downloaden via de bovenstaande link.

  1. TDT hardware: tafelblad methode
    1. Markeer een 'X', als een punt fixatie op een zwart mat of blad geplaatst op de tafel voor de deelnemer.
    2. Vraag de deelnemer zich positioneren, zodat ze direct voor de fixatie punt zitten.
    3. Plaats de gele LED (LED) paren (diameter 5 mm, 90 cd/m2 luminantie), ingekapseld in een vak op de tafel voor de deelnemer.
    4. Oriënteren het vak zodanig dat de LEDs zijn uitgelijnd en verticaal 7 ° vanuit het middelpunt van het onderwerp aan de linker- en rechterkant geplaatst, zo nodig.
    5. Doe dit experiment in een verduisterde ruimte. Een kleine hoeveelheid achtergrond helderheid kan worden verlangd om de exploitant om te zien genoeg om uit te voeren van het experiment.
    6. Instrueer de deelnemer te concentreren op het punt van de fixatie te allen tijde en niet direct bij de knipperende LEDs.
    7. De microcontroller verbinden met de LED-vak en volg de aanwijzingen op het scherm Selecteer instructies weergegeven op het LCD-scherm van de microcontroller vak, bijvoorbeeldpresentatie methode: 'random' of 'trap' en selecteer modus: 'linker bovenste eerste', enz .
    8. Vraag de deelnemer om te reageren "hetzelfde" of een "ander" volgende presentatie van elk paar stimulans, afhankelijk van of ze de prikkels om synchroon of asynchroon waarnemen.
    9. De deelnemer op de hoogte wanneer elk experiment is te beginnen, door vocalizing de on-screen aftellen van 5-0 s.

Figure 1
Figuur 1: (a) Schematische voorstelling van het ontwerp van de hoofdtelefoon. Een paar gele LEDs (5 mm doorsnede) zijn, de rode fixatie LED (3 mm diameter), geplaatst op de linker- en rechterkant van de deelnemer via een hoofd gemonteerde eenheid en zichtbaar door middel van reflectie gemaakt in de spiegels voor de gebruiker. (b) Schematische 3D-model van de hoofdtelefoon. De headset is ontwikkeld van laser-gesinterd nylon plastic, 0.70 kg weegt, heeft een lage transparantie-index en is zwart van kleur om te minimaliseren van lichte doordringendheid. (een en b) worden gereproduceerd, met lichte wijziging, van Butler et al. 16 met toestemming van IOP Publishing. (c) het vak van de stimulus LED voor tafelblad presentatie.

  1. TDT Hardware: Draagbare TDT Headset
    1. Het gedrag van het experiment op elke geschikte locatie.
    2. De microcontroller sluit aan op de hoofdtelefoon en volg de aanwijzingen op het scherm Selecteer instructies weergegeven op het LCD-scherm van de microcontroller vak, bijvoorbeeldpresentatie methode: 'random' of 'trap' en modus: 'linker bovenste eerste', enz.
    3. Direct de deelnemer zich met hun ellebogen op een tafel voor hen. Vervolgens houdt het apparaat in hun handen, hen doorverwijzen naar zachtjes druk op hun gezicht in het afdichtmiddel van de rubber rond het oculair, waardoor afdichting uit omgevingslicht.
    4. Instrueer de deelnemer te richten op de rode fixatie LED te allen tijde en niet te kijken direct bij de knipperende LEDs.
    5. Vraag de deelnemer om te reageren "hetzelfde" of een "ander" volgende presentatie van elk paar stimulans, afhankelijk van of ze de prikkels om synchroon of asynchroon waarnemen.
    6. De deelnemer op de hoogte wanneer elk experiment is te beginnen, door vocalizing de on-screen aftellen van 5-0 s.

2. stimulans presentatie

Opmerking: Twee benaderingen van stimulans presentatie zijn tewerkgesteld.

  1. Trap methode
    1. Selecteer 'trap' presentatie; prikkels worden gepresenteerd elke 5 s met het interval tussen stimulus beginnend bij 0 en steeds geleidelijk meer asynchrone (verhoging met 5 ms) elke keer.
    2. Selecteer een van de vier presentatie modaliteiten: (i) links boven LED eerste (ii) links onderste LED eerste (iii) juiste hoogste LED eerst of (iv) rechts onder LED eerst.
    3. Herhaal stap 2.1.2 zodat elke modaliteit wordt uitgevoerd tweemaal, resulterend in een totaal van acht runs.
    4. Het proces beëindigen wanneer een deelnemer "anders" voor drie opeenvolgende paren van stimuli reageert.
  2. Willekeurige presentatie methode
    1. Selecteer presentatie van de 'Random'; prikkels paren worden gepresenteerd elke 5 s. De onderlinge stimulans-interval mag variëren, op een gerandomiseerde manier, van 0-100 ms.
    2. Selecteer een van de vier presentatie modaliteiten: (i) links boven LED eerste (ii) links onderste LED eerste (iii) juiste hoogste LED eerst of (iv) rechts onder LED eerst.
    3. Herhaal stap 2.2.2 zodat elke modaliteit wordt uitgevoerd tweemaal, resulterend in een totaal van acht runs.
      Opmerking: Elke run is dezelfde lengte en zal automatisch worden aangevuld.

3. de gegevensanalyse

  1. Enkele TDT waarde
    1. Markeer met behulp van de gegevens van de trap-methode, de eerste van de laatste drie "anders" antwoorden voor elk van de acht punten. Dit zijn de drempelwaarden voor elke run.
    2. Berekening van de drempel van de temporele discriminatie (TDT) voor elke deelnemer door het nemen van de mediaan van de drempels uit elk van hun acht punten; wat resulteert in een enkele TDT-waarde (in milliseconden) per persoon.
    3. De Z-score berekenen voor elke deelnemer. De Z-score definiëren als het verschil tussen de deelnemer TDT, en de gemiddelde TDT uit een besturingselement van de leeftijd-matched populatie (Equaiton 1, verdeeld door de standaarddeviatie van de waarden van de MVision voor dat besturingselement bevolking Equaiton 2 .
      Equaiton 3
    4. Bepalen of het individu een normale of abnormale TDT heeft. Een Z-score ≥ 2.5 wordt geacht om na te denken een abnormale TDT.
  2. Distributie analyse
    1. Coderen met behulp van de gegevens van de trap-methode, de responsgegevens zodanig dat '0' komt met "hetzelfde overeen" en '1' komt met "anders", tabel 1 overeen.
    2. Download een gratis MATLAB.exe voor het uitvoeren van de analyse van de verdeling van http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ hieronder beschreven. Zie Butler et al. 16 voor een volledige beschrijving van deze methode. Als alternatief, gaat u verder zoals hieronder beschreven.
    3. Opvullen van de gegevens om ervoor te zorgen dat alle punten zijn dezelfde lengte als de langste run. Dit wordt gedaan door de veronderstelling dat alle daaropvolgende reacties, na beëindiging van een run, zijn "anders", tabel 1, onder b.
    4. Gemiddelde reacties over proeven voor elke deelnemer, tabel 1, onder c. Dit kan worden uitgezet als functie van de stimulus asynchrony.
    5. Passen deze gemiddelde of representatieve gegevens met een cumulatieve Gauss functie. Het gemiddelde van deze verdeling vertegenwoordigt het punt waarop deelnemers evenzeer kans om te reageren "hetzelfde" of een "ander". Dit punt wordt aangeduid als de "punt van subjectieve gelijkheid" (PSE). De standaarddeviatie van de Gaussiaanse distributie, ook wel aangeduid als de 'enkel merkbaar verschil' (JND), geeft aan hoe gevoelig deelnemers zijn aan veranderingen in de temporele asynchrony rondom hun gemiddelde.
    6. De analyse door het indienen van de gegevens naar een niet-parametrische bootstrapping procedure om te kunnen inschatten van de 95%-betrouwbaarheidsintervallen van de MVision en de PSE-Fractie en JND van de psychometrische, cumulatieve Gauss functie uitbreiden Om dit te doen, nieuwe vertegenwoordiger datasets te genereren door aselecte steekproef met teruglegging uit de oorspronkelijke antwoorden, tabel 1, onder b, voor elke stap van de tijd. Berekenen van de MVision en passen een nieuwe psychometrische functie voor elke vertegenwoordiger gegevensset16.
    7. Berekenen van de goedheid van fit of deviantie (D), voor elke deelnemer via de log-waarschijnlijkheid verhouding,16,17
      Equaiton 4
      waar K het aantal tijdstippen, is nik dat het aantal herhalingen op dat tijdstip in het algemeen acht herhalingen (vier en vier rechts), yik is het waargenomen aandeel van asynchrone reacties, p Ik is het aandeel van asynchrone reacties voorspeld door de ingerichte curve. Een deviantie-waarde van 0 betekent een perfecte pasvorm.
    8. De resultaten worden uitgezet.
      Opmerking: Gegevens uit de willekeurige presentatie aanpak kan worden geanalyseerd om te bepalen van de enkelvoudige of gedistribueerde TDT zoals beschreven in paragraaf 3 hierboven voor gegevens die voortvloeien uit de trap presentatie methode. Echter, als gevolg van de volgorde van de willekeurige presentatie van Inter stimuli intervallen, moeten deze gegevens eerst besteld worden (van kleinste naar grootste onderlinge stimulans interval), voorafgaand aan de aanvang van de analyse hierboven beschreven, tabel 2. Daarnaast is het niet nodig voor het opvullen van de gegevens op basis van willekeurige presentatie aangezien, standaard, alle punten van gelijke lengte.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Voorbeelden van gevuld score sheets vindt u in de tabellen 1 en 2, waar deze vertegenwoordigen respectievelijk resultaten na trap en willekeurige stimulans presentatie methoden. De drempels voor elk run (de timing van de eerste van drie paren van de prikkel geacht te worden verschillende ''), worden gemarkeerd. In het geval van tabel 1, wordt de TDT berekend als 25 ms (dat wil zeggen, de mediaan van 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40, 10 ms). Deze gegevens zijn ontleend aan een 35-jarige vrouw die hebben deelgenomen aan een eerdere studie18. Het gemiddelde en de standaarddeviatie voor MVision waarden van vrouwen in deze leeftijdscategorie waren 27.48 ms en 10.86 ms, respectievelijk. Daarom kan de Z-score voor deze persoon worden berekend als:
Equaiton 5

Deze Z-score lager is dan 2.5, heeft deze persoon een normale TDT.

Reacties uit de dezelfde individuele volgende willekeurige stimulans presentatie worden weergegeven in tabel 2. Bestellen van deze gegevens is een belangrijke stap voordat het verdergaat met analyse.

Distributie analyse

Belangrijkste stappen in de analyse van de verdeling worden geïllustreerd in tabel 1 (gegevens opvulling en reactie gemiddeld) en Figuur 2. De voorbeeldgegevens worden gebruikt in deze analyse is van hetzelfde onderwerp als die hierboven besproken en weergegeven in de tabellen 1 en 2. De percelen in Figuur 2 zijn de downloadbare MATLAB.exe-bestand gegenereerd. De linkerzijde toont de geobserveerde gegevens, de cumulatieve Gaussian functies uitgerust aan de bootstrap gegevens (volgende 2000 iteraties) en de gemiddelde cumulatieve Gauss functie. De goedheid van fit maatregel wordt geïllustreerd aan de rechterkant. Ook te zien zijn de temporele discriminatie drempels, de fit parameters, het punt van subjectieve gelijkheid (PSE), en enkel merkbaar verschil (JND) waarden. De rechterzijde bevat goedheid van fit maatregel de log waarschijnlijkheid verhouding (deviantie) voor de waargenomen gegevens (rode horizontale lijn) en de Monte-Carlo gegenereerde log waarschijnlijkheid verhouding distributie en de 95%-betrouwbaarheidsintervallen (horizontale stippellijnen).

Dezelfde MATLAB uitvoerbaar exporteert de TDT, PSE en JND waarden en de bootstrap cut-offs van 2,5%, 25%, 50%, 75% en 97,5% betrouwbaarheidsintervallen en de goedheid van fit of deviantie en cutoffs naar een excel-bestand. Tabel 3 biedt de uitgangen gegenereerd voor de gegevens in de tabellen 1 en 2. Ter vergelijking: de TDT-waarden voor de trap en willekeurige stimulans presentatie methoden, verkregen door de standaardmethode (mediaan van de 8 drempels), zijn 25 ms en 50 ms respectievelijk; Overwegende dat de tabel 3 biedt waarden de TDT verkregen volgende bootstrappen van de gegevens. Deze zijn respectievelijk 23.75 ms en 48.75 ms.

Figure 2
Figuur 2: de linkerkolom toont de cumulatieve Gaussian distributies voor (a) de resultaten na de methode van de trap van stimulans presentatie, en (b) de willekeurige methode van stimulus-presentatie. De zwarte stippen Toon de oorspronkelijke gegevens (het aandeel van de waargenomen 'verschillende' reacties als een functie van onderlinge stimulans interval of tijdelijke asynchrony). De grijze lichtkrommen vertegenwoordigen de Gaussiaanse 2000-functies die werden aangebracht aan de bootstrap gegevens. De donkere grijze curve geeft de gemiddelde cumulatieve Gauss functie. Waarden voor de punt van subjectieve gelijkheid (PSE) (gemiddelde) en enkel merkbaar verschil (JND) (standaardafwijking) en de TDT waarde, berekend op basis van de volledige distributie zijn gedetailleerd in tabel 3. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Table 1
Tabel 1: Voorbeeldgegevens na trap presentatie methode, met onderlinge stimulans intervallen (ISI) telkens met 5 ms toeneemt. (a) gegevens weergegeven voor elk van de twee voorwaarden (bovenste LED eerst x 2 en onderste LED eerst x 2) voor de rechts - en links - rechterhand zijden, gevend een totaal van acht punten. de ' vertegenwoordigt een reactie van 'zelfde', en had', 'anders'. De tijdsintervallen voor de berekening van de MVision zijn de ISI is overeenkomt met de eerste van drie opeenvolgende 'anders' antwoorden. Daarom de TDT = 25 ms, de mediaan van 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40 en 10. b dezelfde gegevens zoals in (a), maar gecodeerd zodat een '0' staat voor een reactie van 'hetzelfde' en '1' voor 'anders'. Gegevens opvulling (aan de langste run) wordt geïllustreerd. Dit is een voorbewerkend stap vóór toepassing van de analyse van de verdeling. (c) Averaged Responsie voor elke ISI. Opmerking Deze waarden worden gebruikt voor het genereren van de psychometrische distributie en worden weergegeven in Figuur 2.

Table 1
Tabel 2: Reacties van eenzelfde deelnemer als tabel 1, ditmaal prikkels worden gepresenteerd met gerandomiseerd tussen stimulus intervallen (ISI). (a) de gegevens voor de twee voorwaarden aan de rechterkant (top onder leiding van eerste x2 en bodem onder leiding van eerste x2). Voor compactheid, zijn de gegevens van de linker kant niet afgebeeld. Echter, alle acht punten worden gebruikt in alle analyse. b dezelfde gegevens gesorteerd op ISI te verhogen. De drempel voor elk van de vier punten van de rechterkant worden aangegeven met onderbroken dozen.

Table 1
Tabel 3: Samenvatting van de analyse van de Gaussiaanse distributie en goedheid van Fit voor de resultaten van de trap presentatie methode vermeld in tabel 1en willekeurige presentatie methode weergegeven in tabel 2 (alle gegevens over deze deelnemer, bijvoorbeeld in totaal acht punten (4 links en 4 rechts) werden gebruikt bovenstaande analyse). Punt van subjectieve gelijkheid, PSE; enkel merkbaar verschil, JND; temporele discriminatie, TDT; Goedheid van Fit, GoF.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

TDT Measurement and Analysis

Twee vormen van apparatuur (tafelblad en headset), twee methoden van stimulans presentatie (trap en willekeurig), en twee benaderingen van data-analyse (traditionele en distributie) zijn aangebracht om te illustreren hoe te meten en kwantificeren van een persoon's temporele discriminatie vermogen. De Draagbare hoofdtelefoon biedt een handige hardwareoptie die zorgt voor consistentie in de afstand en de hoeken tussen de deelnemer en de LED-lichtbronnen ook terwijl gegevens worden verzameld op een handige locatie. Dus daarin sommige van de beperkingen die zijn gekoppeld aan de aanpak van het tafelblad, namelijk de noodzaak van gecontroleerde omgevingslicht en de beperkte draagbaarheid - vereisen meestal deelnemers wonen in een kliniek of research center. De headset beschermt ook tegen de mogelijkheid van variabiliteit in afstand en hoek tussen stimuli en deelnemer tijdens of tussen proeven, mogelijk als gevolg van positionele aanpassingen door de deelnemer. Molloy et al. ten opzichte van het tafelblad en de headset benaderingen voor stimulans levering en vond de headset als betrouwbare en nauwkeurige5. Twee potentiële zwakke punten van de hoofdtelefoon zijn echter dat het presenteert de prikkels monocularly, dat wil zeggen, alleen het linker oog ziet de prikkels gepresenteerd aan de linkerkant en vice versa; en het huidige ontwerp niet geschikt voor het dragen van een bril. Gezichtsscherpte TDT prestaties negatief kan beïnvloeden, en als zodanig een moet altijd nagaan dat deelnemers normale gezichtsscherpte te hebben. Dit is des te belangrijker in het geval van de hoofdtelefoon-aanpak, waar bril is niet geschikt voor.

De ' trap' aanpak is de meest voorkomende methode van stimulans presentatie voor visuele en tactiele temporele discriminatie protocollen6,7,14,15,19. Een beperking van deze techniek, waarin niet-gerandomiseerde geleidelijk asynchrone stimuli, is dat het mogelijk kan bijdragen aan een potentieel effect leren. Als alternatief werd een gerandomiseerde presentatie modaliteit ontwikkeld, waardoor prikkels worden gepresenteerd in een gerandomiseerde manier. De mogelijkheid van de trap-methode worden onderworpen aan een leereffect werd specifiek getest door McGovern en collega's16. De methode van de trap' 'bleek te zijn een robuuste aanpak met consistente resultaten over herhaalde experimenten18. Resultaten van deze eerdere studie, zoals hierboven, bleek dat gerandomiseerde stimuli presentatie methode consequent langer TDT waarden vergeleken met de bestaande trap-methode levert (bedoel TDTRANDOM = 55.08 ms; betekenen TDTtrap = 30.57 ms voor 30 gezonde controles)18. Terwijl beide presentatie methoden geldig zijn, benadrukt het verschil in resultaatwaarden TDT het belang van het handhaven van uniformiteit in experimentele techniek selectie binnen en tussen de studies van een bepaalde laboratorium. Bovendien moet worden gezorgd als absolute TDT vergelijken waarden voor verschillende studies (van patiënten en controles), en bij de berekening van Z-scores.

Twee methoden van data-analyse ook ingediend. De eerste, standaard analysemethode, resulteert in een enkele-drempelwaarde voor elk van de acht loopt, waar die drempel is het interval tussen stimulans van de eerste drie stimulans paar aangemerkt asynchrone. De mediaan van de acht drempels wordt beschouwd als de waarde van de MVision voor die deelnemer. Terwijl dit heeft bewezen betrouwbaar te zijn, is toch één enkele waarde. Om te overwinnen de mogelijke beperking van de beoordeling van iemands temporele discriminatie vermogen op basis van een enkele waarde, is ook een meer verfijnde aanpak gepresenteerd. In dit geval, een deelnemer's gegevens is uitgerust met een cumulatieve Gaussiaanse distributie en het gemiddelde en de standaarddeviatie geëxtraheerd. Bovendien, de gegevens worden ingediend bij een niet-parametrische bootstrap analyse om 95%-betrouwbaarheidsintervallen voor elke deelnemer's gegevens16. Deze methode van data-analyse biedt de mogelijkheid tot dieper inzicht in verschillen in visuele perceptie, met name bij de behandeling van de verschillen binnen en tussen controle en patiëntengroepen.

Toepassing van TDT tot het begrijpen van de pathofysiologie van cervicale dystonie

Terwijl het is waarschijnlijk dat de corticale verwerking in temporele discriminatie20relevant is, wijst erop dat in de cervicale dystonie abnormale temporele discriminatie weerspiegelt vooral een stoornis in een netwerk waarbij de superieure colliculus en basale ganglia4,21. Een abnormale TDT kan worden geïnterpreteerd als een verminderde capaciteit om te detecteren of het discrimineren van milieuveranderingen. De superieure colliculus, speelt in de dorsale veroorzaakt, een cruciale rol bij de opsporing en reageren op de meest opvallende stimuli22. Hoewel een complexe structuur, kan het functioneel worden gescheiden in twee lagen22. De visuosensory neuronen in de oppervlakkige laag ontvangen, directe invoer uit het visuele systeem, terwijl de premotor en cephalomotor neuronen in de diepe laag meerdere prognoses hebben, met inbegrip van controle over de spieren van de ogen, de hals en het hoofd. Superieure collicular activiteit wordt gemoduleerd door gamma - aminoboterzuur (GABA), een remmende neurotransmitter23. Remmende GABAergic activiteit beperkt de duur van de reactie van de voorbijgaande burst in zowel de visuosensory neuronen in de oppervlakkige laag en de premotor neuronen in de diepe laag van de superieure colliculus24. In antwoord op een visuele stimuli vertonen de visuele neuronen in de oppervlakkige laag een voorbijgaande '' reactie. GABAergic inhibitie dan stiltes deze reactie, waardoor de neuronen te zijn klaar om te reageren weer wanneer ze detecteren een verandering in de omgeving zoals de visuele stimuli is uitgeschakeld. Als er onvoldoende GABA, kunnen deze neuronen dysfunctionally actieve24geworden. Het hypothetische is dat onvoldoende inhibitie van de GABAergic in langdurige duur afvuren van de visuele neuronen resulteert, die aanleiding geven tot abnormale temporele discriminatie en langdurige TDT waarden. Daarnaast zijn het kenmerk van de abnormale bewegingen van de cervicale dystonie hypothetische ook resultaat van onvoldoende GABAergic inhibitie, ditmaal door de cephalomotor neuronen in de diepe lagen van de superieure colliculus.

Een endophenotype is een subklinische marker van genetische vervoer die ons kan helpen begrijpen ziekte pathomechanisms. De TDT wordt voorgesteld als een potentiële endophenotype voor volwassen begin focale dystonie2,4 en is gebleken dat als abnormale in tot 97% van de patiënten en ongeveer 50% van hun klinisch onaangetast familieleden1,3 ,4. Daarnaast is abnormale TDT gebleken een vergelijkbaar met die van cervicale dystonie14,25betrekking hebben op leeftijd en geslacht patroon volgen. Deze bevindingen suggereren autosomaal dominante overerving en ondersteuning van het gebruik van de MVision als een endophenotype voor volwassen begin focale dystonie, en in bepaalde, cervicale dystonie.

Dit artikel is een gids over hoe om te meten en analyseren van een deelnemer visuele temporele discriminatie verstrekt. Bovendien, met de hulp van bewegende beelden in de video, is de toepassing van TDT op de studie van cervicale dystonie beschreven zowel in het kader van dat een betrouwbare endophenotype, en als een potentieel instrument licht te werpen op de pathomechanisms van deze aandoening.

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 hebben geen financieringsbronnen, financiële informatie of belangenconflict te verklaren. Michael Hutchinson ontvangt onderzoekssubsidies van dystonie Ierland, de gezondheid onderzoek Board van (CSA-2012-5), Stichting voor onderzoek van de dystonie (België) en de Ierse Institute of Clinical Neuroscience. Sean O'Riordan verslagen ontvangen van een spreker's honorarium van Abbvie. Richard Reilly ontvangt financiering van Science Foundation Ireland, Enterprise Ireland en de gezondheid onderzoek bestuur van Ierland.

Acknowledgments

Dit onderzoek werd gesteund door subsidies uit het onderzoek van de Gezondheidsraad, dystonie Ierland, Science Foundation Ierland en de Ierse-Instituut voor klinische neurowetenschappen.

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).
Meting en analyse van de drempel van de temporele discriminatie toegepast op cervicale dystonie
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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