Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Neuroscience

Måling og analyse av timelige diskriminering terskelen på livmorhalsen Dystoni

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

Summary

Metoder for måling og analyse av timelige diskriminering terskelen presenteres, og sin søknad til studiet av patogenesen av cervical Dystoni diskuteres.

Abstract

Timelige diskriminering terskelen (TDT) er det korteste tidsintervallet som observatør kan diskriminere to sekvensiell stimuli som asynkrone (vanligvis 30-50 ms). Det har vist seg å være unormalt (lengre) i nevrologiske lidelser, inkludert cervical Dystoni, en fenotypen av voksen utbruddet idiopatisk isolert fokal Dystoni. I TDT er er kvantitativt mål på evnen til å oppfatte raske endringer i miljøet og indikativ av virkemåten til de visuelle nervecellene i overlegen colliculus, en nøkkel node i hemmelig attentional orientere. Denne artikkelen beskriver metoder for måling i TDT (inkludert to maskinvarealternativer og to moduser av stimuli presentasjonen). Vi har også utforske to tilnærmingene av dataanalyse og TDT beregning. Anvendelsen av vurdering av timelige diskriminering til forståelsen av patogenesen av cervical Dystoni og voksen utbruddet idiopatisk isolert fokal Dystoni er også diskutert.

Introduction

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

Timelige diskriminering beskriver en persons evne til å diskriminere eller oppfatte, raske endringer i miljøet. Timelige diskriminering terskelen (TDT) er det korteste tidsintervallet der en person kan oppfatte at to sekvensiell sensoriske stimuli er asynkron. Timelige diskriminering har vist seg å være unormalt langvarig i lidelser påvirker det basal Ganglion, inkludert Dystoni1,2,3,4,5,6 , 7.

Dystoni er den tredje vanligste nevrologiske bevegelighet lidelsen - etter Parkinson's sykdom og viktig Tremor. Det er preget av vedvarende eller uregelmessig muskelsammentrekninger forårsaker unormale, ofte repetitiv, bevegelser eller postures8. Dystoni kan påvirke alle deler av kroppen. Når den påvirker en kroppsdel kalles fokal Dystoni8. Dystoni påvirker nakkemusklene som kalles livmorhalsen Dystoni, og er den vanligste fenotypen av voksen utbruddet idiopatisk isolert fokal Dystoni. 9 , 10 patogenesen av cervical Dystoni er ukjent; anses å være en genetisk lidelse med autosomal dominant arv og markert redusert penetrance. Miljøfaktorer også anses viktig i forhold til sykdom penetrance og uttrykk.

Overlegen colliculus, en sensorimotor struktur i dorsal mellomhjernen, er viktig for rask påvisning av miljømessige stimuli under skjult attentional orientere2,11,12. Visuelle stimuli tilgang overlegen colliculus raskt gjennom retino-tectal magnocellular veien. I TDT er et enkelt, objektive mål antatt å representere behandling av visuelle (og andre sensoriske stimuli) i overfladisk lagene på overlegen colliculus. I TDT har blitt studert hos personer med cervical Dystoni, upåvirket slektninger og sunn kontroll deltakere. I forhold til alder og kjønn-matchet kontroll deltakere, en unormal TDT har høy følsomhet (97%, 36 av 37 pasienter) og spesifisitet (98-100%) i cervical Dystoni1. En unormal TDT har blitt funnet i 50% av upåvirket første-graders slektninger av pasienter med cervical Dystoni (14 av 25, i alderen 48 år eller eldre), demonstrere alder - og sex-relaterte penetrance med autosomal dominant arv13, 14. en unormal TDT i upåvirket slektninger av cervical Dystoni pasienter (i forhold til slektninger med normal TDTs) er assosiert med økt putaminal volum (ved voxel-baserte morphometry)15 og redusert putaminal aktivitet (med fMRI)4 . Overlegen colliculus regnes som en betydelig node i nevrale nettverk, som er dysfunksjonelle i cervical Dystoni12. Vurdering av timelige diskriminering regnes som gir viktige ledetråder til pathomechanisms underliggende cervical Dystoni.

Målet med denne artikkelen er å presentere to metoder for å måle og analysere timelige diskriminering, samt demonstrere bruk av denne metoden for å studere i Patofysiologien ved cervical Dystoni.

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

Medisinsk forskning etiske komiteen ved St. Vincent's University Hospital, Dublin ga godkjenning for rekruttering av pasienter med cervical Dystoni sine søsken (upåvirket av Dystoni) og sunn kontroller, å delta i protokollen beskrevet nedenfor.

1. maskinvare- og programvareløsninger

Merk: To maskinvarealternativer er utviklet for å vise visuelle stimuli med nøyaktig mellom stimulans intervaller. Begge ble designet og bygget i huset på Trinity Centre for bioteknologi, Trinity College i Dublin, og har vært beskrevet tidligere5,16. De som ønsker å gjenskape de eksakte maskinvareløsninger brukes her kan kreve samme ved å kontakte Trinity sentrum for bioteknologi direkte. Alternativt, et komplett sett med instruksjoner inkludert 3D utskrift filer til hodetelefonen, instruksjoner for tilhørende Arduino microcontroller, etc. kan lastes ned fra http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Stimuli presentert i bordplaten tilnærming kan genereres ved hjelp av egendefinerte programmer i presentasjonen (f.eksNeurobehavioural systemer), installert på en stasjonær datamaskin og programmert til å styre hemmeligstemplet (LED) via parallellporten av datamaskinen. Som beskrevet nedenfor, kan eventuelt bordplaten LED styres via en Arduino mikrokontroller. Presentasjon kodevisning og Arduino filer finnes også laste ned fra linken ovenfor.

  1. TDT maskinvare: bord metode
    1. Merke en "X", som et fiksering, på en svart matte eller ark plassert på bordet foran deltakeren.
    2. Ber du deltakeren om å posisjonere seg slik at de sitter rett foran fiksering poenget.
    3. Plass gule lysdiode (LED) parene (5 mm diameter, 90 cd/m2 lystetthet), innkapslet i en boks, på bordet foran deltakeren.
    4. Plasser boksen slik at lampene justeres loddrett og plassert 7 ° fra emnet midtpunktet på venstre og høyre side, etter behov.
    5. Gjennomføre dette eksperimentet i et mørkt rom. Litt bakgrunn lystetthet kan være nødvendig å aktivere for operatøren å se nok til å utføre eksperimentet.
    6. Instruere deltakeren å fokusere på fiksering punktet hele tiden og ikke å se direkte ved blinkende lysdioder.
    7. Koble mikrokontrolleren til boksen LED og følg den på skjermen instruksjoner vises på LCD-displayet av microcontroller boksen, f.eksvelger presentasjon metode: "tilfeldig" eller "trapp", og velg modus: "venstre øverste første", etc .
    8. Ber du deltakeren om å svare "samme" eller "annerledes" følgende presentasjonen i hvert stimulans, avhengig av om de oppfatter stimuli være synkron eller asynkron.
    9. Informere deltakeren når hvert forsøk er ferd med å starte, ved å synge den på skjermen nedtelling fra 5-0 s.

Figure 1
Figur 1: (a) skjematisk av design på hodesettet. Et par gule LED (5 mm diameter), og rød fiksering LED (3 mm diameter), er plassert på venstre og høyre side av deltakeren via et hode montert enhet og gjort synlig form av refleksjon i speilene foran brukeren. (b) skjematisk 3D-modell på hodesettet. Hodesettet ble utviklet av laser-sintret nylon plast, veier 0,70 kg, har en gjennomsiktig indeks og er svart i fargen å minimere lys penetrance. (en og b) gjengis, med liten endring, fra Butler et al. 16 med tillatelse fra IOP Publishing. (c) LED stimulans bokse med for bord-presentasjon.

  1. TDT maskinvare: Bærbar TDT Headset
    1. Gjennomføre eksperimentet et egnet sted.
    2. Koble mikrokontrolleren til hodesettet og følge den på skjermen instruksjoner vises på LCD-displayet av microcontroller boksen, f.eksvelger presentasjon metode: "tilfeldig" eller "trapp" og modus: "venstre øverste første", etc.
    3. Direkte deltakeren å posisjonere seg med albuene på et bord foran seg. Deretter holder enheten i deres hender, henvise dem forsiktig trykke ansiktet i gummi tetningsmasse rundt okular, dermed tetting ut omgivelseslys.
    4. Instruere deltakeren å fokusere på rød fiksering LED hele tiden og ikke å se direkte ved blinkende lysdioder.
    5. Ber du deltakeren om å svare "samme" eller "annerledes" følgende presentasjonen i hvert stimulans, avhengig av om de oppfatter stimuli være synkron eller asynkron.
    6. Informere deltakeren når hvert forsøk er ferd med å starte, ved å synge den på skjermen nedtelling fra 5-0 s.

2. stimulans presentasjon

Merk: To tilnærminger til stimulans presentasjon har vært ansatt.

  1. Trapp metode
    1. Velg "trapp" presentasjonen. stimuli presenteres hvert 5 s med Inter stimulans intervallet starter på 0 og bli stadig flere asynkrone (økende av 5 ms) hver gang.
    2. Velg blant fire presentasjon modaliteter: (i) igjen topp LED første (ii) venstre nedre LED første (iii) rett topp LED først eller (iv) høyre nederste lysdiode først.
    3. Gjenta trinn 2.1.2 slik at hver modalitet kjøres to ganger, som resulterer i totalt åtte kjører.
    4. Avslutte rettssaken deltaker respons "annerledes" for tre påfølgende par stimuli.
  2. Random presentasjon metode
    1. Velg 'Random' presentasjon; stimuli par presenteres hvert 5 s. Intervallet mellom stimulans varierer, i et randomisert mote, fra 0-100 ms.
    2. Velg blant fire presentasjon modaliteter: (i) igjen topp LED første (ii) venstre nedre LED første (iii) rett topp LED først eller (iv) høyre nederste lysdiode først.
    3. Gjenta trinn 2.2.2 slik at hver modalitet kjøres to ganger, som resulterer i totalt åtte kjører.
      Merk: Hver kjøre er samme lengde og fullfører automatisk.

3. dataanalyse

  1. TDT enkeltverdi
    1. Bruker data fra metoden trapp, markere først av de siste tre "annerledes" svarene for hver av de åtte kjører. Dette er terskelverdier for hver kjøring.
    2. Beregne timelige diskriminering terskelen (TDT) for hver deltaker ved medianen til grensene fra hver av sine åtte løper; resulterer i en enkelt TDT verdi (i millisekunder) per person.
    3. Beregne Zscore for hver deltaker. Definere Zscore som forskjellen mellom deltakerens TDT, og det betyr TDT fra en alder-matchet kontroll befolkning (Equaiton 1, med standardavviket TDT verdiene for at kontroll befolkningen Equaiton 2 .
      Equaiton 3
    4. Fastslå om personen har en normal eller unormal TDT. En Zscore ≥ 2.5 anses for å reflektere en unormal TDT.
  2. Distribusjon analyse
    1. Bruker data fra metoden trapp, kode svar dataene slik at '0' tilsvarer "samme" og '1' tilsvarer av "annerledes", tabell 1.
    2. Last ned en gratis MATLAB.exe for å utføre distribusjon analysen beskrevet nedenfor fra http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Se Butler et al. 16 for en fullstendig beskrivelse av denne metoden. Alternativt kan du fortsette som beskrevet nedenfor.
    3. Fylle ut data å sikre alle kjører samme lengde som den lengste kjørt. Dette gjøres ved å anta alle senere svar, etter opphør av et løp, er "annerledes", tabell 1 bokstav b.
    4. Gjennomsnittlig svar over prøvelser for hver deltaker tabellen 1(c). Dette kan tegnes som en funksjon av stimulans asynchrony.
    5. Tilpass dette gjennomsnitt eller representant data med en kumulativ Gaussisk funksjon. Gjennomsnittet av distribusjonen representerer punktet der deltakerne er like sannsynlig å svare "samme" eller "annerledes". Dette punktet er referert til som 'poenget subjektive likestilling' (PSE). Standardavviket for gauss-fordeling, også referert til som "bare merkbar forskjell" (JND), angir hvor følsom deltakere er endringer i timelige asynchrony rundt middelverdien.
    6. Utvide analysen ved å sende dataene til en ikke-parametriske bootstrapping prosedyre for å anslå 95% konfidensintervall for TDT og PSE og JND av psykometriske, kumulativt Gaussian funksjonen. Vil generere nye representant datasett ved stikkprøvekontroll erstatning fra de opprinnelige svarene, tabell 1 bokstav b, for hver gang trinn. Beregne i TDT og passer en ny psykometriske funksjon for hver representant datasett16.
    7. Beregne godhet av fit, eller avvik (D), for hver deltaker bruke Logg-sannsynligheten forholdet,16,17
      Equaiton 4
      der n er antallet tidspunkt, er njeg antall gjentakelser på det tidspunkt, vanligvis åtte gjentakelser (fire høyre og fire venstre), yjeg er observert andelen asynkron svar, p jeg er andelen av asynkrone svar spådd av montert kurven. Avvik verdien 0 betyr perfekt.
    8. Tegne inn resultatene.
      Merk: Data fra random presentasjon tilnærming kan bli analysert for å fastslå den enkelt eller distribuert TDT som beskrevet i Seksjon 3 ovenfor for oppstår fra metoden trapp presentasjon. Men på grunn av random presentasjon for Inter stimuli intervaller, disse dataene må først bli bestilt (fra minst til størst mellom stimulans intervall), før du begynner analysen beskrevet ovenfor, tabell 2. I tillegg er det ikke nødvendig å puten dataene etter random presentasjon som standard alle tekster er like lange.

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

Eksempler på fylt poengsummen ark er gitt i tabell 1 og 2, hvor disse henholdsvis representerer resultater etter trapp og tilfeldig stimulans presentasjonsmetoder. Grensene for hvert løp (tidspunktet for først av tre stimulans par anses for å være annerledes ''), er uthevet. I tabell 1beregnes i TDT som 25 ms (dvs., medianen til 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40, 10 ms). Disse dataene er Hentet fra en 35 år gammel kvinne som deltok i en tidligere studie18. Middelverdi og standardavvik for TDT verdier fra kvinner i denne aldersgruppe var 27.48 ms og 10.86 ms, henholdsvis. Derfor kan Z-poengsum for denne personen beregnes som:
Equaiton 5

Som denne Zscore er under 2.5, har denne personen en normal TDT.

Svar fra samme personlige følgende tilfeldig stimulans presentasjonen er vist i tabell 2. Bestille disse dataene er et viktig skritt før du fortsetter med analyse.

Distribusjon analyse

Viktige stadier i distribusjonen analysen er vist i tabell 1 (data polstring og svar snitt) og figur 2. Eksempeldata brukes i denne analysen er fra samme emne som beskrevet ovenfor og vist i tabell 1 og 2. Tomter i figur 2 genereres fra den nedlastbare MATLAB.exe-filen. Den venstre siden viser de observerte dataene, de kumulative Gaussian funksjonene montert bootstrapped dataene (følgende 2000 gjentakelser) og kumulative Gaussian funksjonen gjennomsnitt. Godhet av fit mål er illustrert på høyre side. Også vist er timelige diskriminering grensene, passe parameterne, poenget med subjektive likhet (PSE) og bare merkbar forskjell (JND) verdier. Den høyre siden viser godhet av fit mål Logg sannsynligheten forholdet (avvik) for de observerte dataene (rød vannrett linje) og Monte-Carlo generert Logg sannsynligheten forholdet distribusjon og 95% konfidensintervall (stiplet horisontale linjer).

Den samme MATLAB kjørbart eksporterer TDT, PSE og JND verdier og bootstrapped avskjær av 2,5%, 25%, 50%, 75% og 97,5% konfidensintervall og godhet av fit eller avvik og konsentrasjon til en excel-fil. Tabell 3 gir utdata som er generert for data i tabell 1 og 2. Sammenligning er TDT verdiene for trapp og tilfeldig stimulans presentasjonsmetoder, ved standard metode (median av 8 grensene), 25 ms og 50 ms. mens tabell 3 gir verdier i TDT fått følgende bootstrapping data. Dette er 23.75 ms og 48.75 ms henholdsvis.

Figure 2
Figur 2: kolonnen til venstre viser de kumulative Gaussian distribusjonene for (a) resultater etter metoden trapp stimulans presentasjon, og (b) tilfeldig metode for stimulans presentasjon. De sorte prikkene vises de opprinnelige dataene (andelen oppfattet 'forskjellige' svar som en funksjon av Inter stimulans intervall eller temporal asynchrony). Lys grå kurvene representerer 2000 Gaussian funksjonene som var tilpasset bootstrapped dataene. Mørk grå kurven representerer kumulative Gaussian funksjonen gjennomsnitt. Verdier for punkt av subjektive likestilling (PSE) (gjennomsnitt) og bare merkbar forskjell (JND) (standardavvik) og TDT verdi, beregnet fra hele fordelingen er beskrevet i tabell 3. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Table 1
Tabell 1: Eksempeldata etter trapp presentasjon metoden, med Inter stimulans intervaller (ISI) øker med 5 ms hver gang. (a) data vises for hver av de to forholdene (topp LED første x 2 og nederste lysdiode første x 2) på høyre og venstre hånd sidene, gir totalt åtte kjører. 's "representerer et svar av"samme", og hadde", "annerledes". Tidsintervallene brukes til å beregne i TDT er ISI tilhørende til først av tre påfølgende "annerledes" svar. Derfor i TDT = 25 ms, medianen til 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40 og 10. (b) de samme dataene som vises i (a), men kodet slik at en '0' representerer en respons av 'samme', og '1' representerer "annerledes". Data polstring (til den lengste kjørt) er illustrert. Dette er en pre-prosessering trinn før bruk av distribusjon analyse. (c) Averaged svar for hver ISI. Merk disse verdiene brukes til å generere psykometriske distribusjon og tegnes i figur 2.

Table 1
Tabell 2: Svar fra samme deltakeren som tabell 1, denne gangen stimuli presenteres med randomisert mellom stimulans intervaller (ISI). (a) data for to forholdene på høyre side (topp ledet første x2 og bunnen ledet første x2). Legges sammen vises data fra venstre side ikke her. Men brukes alle åtte kjører i all analyse. (b) de samme dataene som er sortert etter stigende ISI. Terskelen for hver av de fire høyre går angis med stiplede bokser.

Table 1
Tabell 3: Sammendrag av gauss-fordeling og godhet av Fit analyse for resultatene fra den trapp presentasjon vist i tabell 1og random presentasjon metoden vist i tabell 2 (alle data for denne deltakeren, f.eks totalt åtte kjører (4 igjen og 4 rett) har brukt over analyse). Poenget med subjektive likestilling, PSE; bare merkbar forskjell, JND; timelige diskriminering, TDT; Godhet av 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 måling og analyse

To former for apparatet (bord og hodetelefonen), to metoder for stimulans presentasjon (trapp og tilfeldig), og to tilnærminger til dataanalyse (tradisjonell og distribusjon) har blitt presentert illustrere hvordan måle og kvantifisere en person's timelige diskriminering evne. Bærbar headsettet gir et behagelig alternativ som sikrer konsekvens i avstand og vinkler mellom deltakeren og LED-lyskilder samtidig dataene som samles i ethvert praktisk sted. Det, derfor adresser noen av begrensningene knyttet bordplaten tilnærming, nemlig behovet for kontrollert omgivelseslys og begrenset portabilitet - vanligvis krever deltakerne delta på en klinikk eller research center. Hodesettet beskytter også mot muligheten for variasjon i avstand og vinkelen mellom stimuli og deltaker under eller mellom forsøk, potensielt fremkommer fra posisjonelle justeringer av deltakeren. Molloy et al. forhold til bord og hodesettet tilnærminger for stimulans levering og fant hodesettet for å være pålitelig og nøyaktig5. To potensielle svakheter på hodesettet er imidlertid at det presenterer stimuli monocularly, dvs bare venstre øyet kan se stimuli til venstre og omvendt. og gjeldende utforming imot ikke bruk av glass. Synsskarphet kan påvirke TDT ytelse, og som sådan en bør alltid konstatere at deltakerne har normal synsskarphet. Dette er desto mer viktig når det gjelder hodetelefoner tilnærming, der briller ikke kan innkvarteres.

Den "trapp' tilnærming er den vanligste metoden av stimulans presentasjon for visuell og taktil timelige diskriminering protokoller6,7,14,15,19. En begrensning av denne teknikken, som presenterer ikke-randomiserte gradvis asynkron stimuli, er at det kan muligens bidra til en potensiell lære effekt. Som et alternativ, ble en randomisert presentasjon modalitet utviklet, slik at stimuli presenteres på en randomisert måte. Muligheten for trapp metoden å være underlagt en læringseffekt ble spesielt testet McGovern og kolleger16. 'Trapp' metoden viste seg å være en robust tilnærming med konsekvente resultater over gjentatte eksperimenter18. Resultatene fra denne tidligere studien ovenfor viste at randomiserte stimuli presentasjon metode gir konsekvent lengre TDT verdier sammenlignet med eksisterende trapp metoden (mener TDTtilfeldig = 55.08 ms, mener TDTtrapp = 30.57 ms for 30 sunn kontroller)18. Mens både presentasjonsmetoder er gyldig, understreker forskjellen i TDT resultatverdiene viktigheten av å opprettholde ensartethet i eksperimentell teknikk utvalg innen og over studier fra en gitt laboratorium. I tillegg må utvises forsiktighet når sammenligne absolutt TDT verdier på tvers av studier (fra pasienter og kontroller), og i beregning av Zscore.

To metoder for dataanalyse har også blitt presentert. Den første, standard analysemetode, resulterer i en enkelt terskelverdi for hver av åtte kjører, der at terskelen er tidsintervallet mellom stimulans som først av tre stimulans identifiseres som asynkrone. Medianen til åtte tersklene er tatt som TDT verdien for deltakeren. Mens dette har vist seg for å være pålitelige, er det likevel en enkeltverdi. For å overvinne den potensielle begrensningen vurdere en persons timelige diskriminering evne til basert på én enkelt verdi, har en mer avansert tilnærming også blitt presentert. I dette tilfellet, en deltaker's data er utstyrt med en kumulativ gauss-fordeling og median og standardavvik utdraget. I tillegg dataene sendes til en ikke-parametriske bootstrapped analyse å få 95% konfidensintervall for hver deltaker's data16. Denne metoden for dataanalyse har potensial til å få større innsikt i forskjeller i visuell persepsjon, spesielt når undersøke forskjeller innenfor og mellom kontrollen og pasientorganisasjoner.

Anvendelse av TDT å forstå i Patofysiologien ved Cervical Dystoni

Mens det er sannsynlig at kortikale behandlingen er relevant i timelige diskriminering20, bevis antyder at cervical Dystoni unormal timelige diskriminering reflekterer hovedsakelig en lidelse i et nettverk med overlegen colliculus og basal ganglia4,21. En unormal TDT kan tolkes som en svekket evne til å oppdage eller diskriminere miljøendringer. Overlegen colliculus, spiller dorsal mellomhjernen, en avgjørende rolle i å oppdage og reagere på fremtredende stimuli22. Selv om en kompleks struktur, kan det være funksjonelt delt inn i to lag22. Visuosensory neurons i overfladisk laget får direkte inngang fra visuelle systemet, mens premotor og cephalomotor neurons i det dype hudlaget har flere anslag, inkludert kontroll av musklene i øynene, nakken og hodet. Overlegen collicular aktivitet er modulert av gamma - aminobutyric acid (GABA), en inhibitory neurotransmitter23. Hemmende GABAergic aktivitet begrenser varigheten av forbigående utbrudd svaret i begge visuosensory neurons i overfladisk laget og premotor neurons i det dype hudlaget overlegen colliculus24. Svar på en visuell stimulans utstilling visuelle neurons i overfladisk laget en forbigående '' svar. GABAergic hemming så stillhet dette svaret, aktivere neurons å være klar til å svare igjen når de oppdager en endring i miljøet som visuelle stimulans er deaktivert. Hvis det er utilstrekkelig GABA, kan disse neurons bli dysfunctionally aktive24. Det er en teori om at utilstrekkelig GABAergic hemming fører til lengre varighet avfyring av visuelle neurons, gir opphav til unormal timelige diskriminering og langvarig TDT verdier. I tillegg er unormal bevegelser karakteristisk for cervical Dystoni hypotese også resultatet fra utilstrekkelig GABAergic hemming, denne gangen ved cephalomotor neurons i de dype lag av overlegen colliculus.

En endophenotype er en subklinisk markør for genetisk vogn som kan hjelpe oss å forstå sykdom pathomechanisms. I TDT foreslås som en potensiell endophenotype for voksen utbruddet fokal Dystoni2,4 og har blitt funnet for å være unormalt i opptil 97% av pasientene og ca 50% av deres klinisk upåvirket slektninger1,3 ,4. I tillegg har unormale TDT vist å følge en alder - og sex-relaterte mønster ligner på livmorhalsen Dystoni14,25. Disse funnene tyder autosomal dominant arv og støtte bruk av i TDT som en endophenotype for voksne utbruddet fokal Dystoni, og i særdeleshet, cervical Dystoni.

Denne artikkelen har gitt en guide på hvordan å måle og analysere en deltakers visuelle timelige diskriminering. I tillegg ved hjelp av animert grafikk i videoen, har anvendelse av TDT til studiet av cervical Dystoni vært skissert både i konteksten av det å være en pålitelig endophenotype, og som en potensiell verktøy å belyse pathomechanisms av denne lidelsen.

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 opplysninger eller interessekonflikt å erklære. Michael Hutchinson mottar forskningsmidler fra Dystoni Irland, helse Research Board of Ireland (CSA-2012-5), grunnlaget for Dystoni forskning (Belgia) og irske Institutt for klinisk nevrovitenskap. Sean O'Riordan rapporter mottar en høyttaler's honorarium fra Abbvie. Richard Reilly mottar støtte fra Science Foundation Irland, Enterprise Irland og Health Research Board of Ireland.

Acknowledgments

Denne forskningen ble støttet av tilskudd fra helse forskning styret, Dystoni Irland, Science Foundation Irland og det irske Institutt for klinisk nevrovitenskap.

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).
Måling og analyse av timelige diskriminering terskelen på livmorhalsen Dystoni
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