Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Neuroscience

Mätning & analys av tröskeln Temporal diskriminering tillämpas på cervikal dystoni

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

Summary

Metoder för mätning och analys av tröskeln temporal diskriminering presenteras, och dess tillämpning till studien av patogenesen vid cervikal dystoni diskuteras.

Abstract

Temporal diskriminering tröskeln (TDT) är det kortaste tidsintervallet som observatör kan diskriminera två sekventiella stimuli som asynkrona (normalt 30-50 ms). Det har visat sig vara onormal (långvarig) i neurologiska sjukdomar, inklusive cervikal dystoni, en fenotyp av vuxen debut idiopatisk isolerade fokal dystoni. TDT är ett kvantitativt mått på förmågan att uppfatta snabba förändringar i miljön och anses vägledande av uppförandet av visuella nervceller i den superior colliculus, en viktig nod i hemliga uppmärksamhet orientera. Denna artikel fastställs analysmetoder för att mäta den TDT (inklusive två maskinvarualternativ och två lägen av stimuli presentation). Vi utforskar också två tillvägagångssätt av dataanalys och TDT beräkning. Tillämpningen av bedömningen av temporal diskriminering till förståelsen av patogenesen av cervikal dystoni och vuxen debut idiopatisk isolerade fokal dystoni behandlas också.

Introduction

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

Temporal diskriminering beskriver en persons förmåga att diskriminera eller uppfattar, snabba förändringar i deras miljö. Temporal diskriminering tröskeln (TDT) är kortaste tidsintervallet som en individ kan uppfatta att två sekventiella sensoriska stimuli är asynkron. Temporal diskriminering har visat sig vara onormalt förlängd vid sjukdomar som påverkar de basala ganglierna, inklusive dystoni1,2,3,4,5,6 , 7.

Dystoni är den tredje vanligaste neurologiska rörelsestörning - efter Parkinsons'sjukdom och essentiell Tremor. Det kännetecknas av ihållande eller återkommande muskelsammandragningar som orsakar onormala ofta upprepade, rörelser eller kroppsställningar8. Dystoni kan påverka någon del av kroppen. När det drabbar en kroppsdel är det känt som fokal dystoni8. Dystoni påverkar nackmusklerna kallas cervikal dystoni, och är den vanligaste fenotypen av vuxen debut idiopatisk isolerade fokal dystoni. 9 , 10 patogenesen av cervikal dystoni är fortfarande okänd; Det anses vara en genetisk sjukdom med autosomal dominant nedärvning och markant reducerad penetrans. Miljömässiga faktorer anses också viktiga i förhållande till sjukdom penetrans och uttryck.

Den superior colliculus, en sensomotorisk struktur som ligger i dorsala mitthjärnan, är viktigt för snabb påvisande av stimuli från omgivningen i färd med att hemliga uppmärksamhet orientering2,11,12. Visuella stimuli åt den superior colliculus snabbt via Retin-tectal magnocellular vägen. TDT är en enkel, objektiva mått tros representera bearbetning av visual (och andra sensoriska stimuli) i de ytliga lagrarna av de superior colliculus. TDT har studerats hos individer med cervikal dystoni, deras opåverkade släktingar och frisk kontrolldeltagare. En onormal TDT jämfört och sex-åldersmatchade kontrolldeltagare, och har hög känslighet (97%, 36 av 37 patienter) och specificitet (98-100%) i cervikal dystoni1. En onormal TDT har hittats i 50% av opåverkad släktingar av kvinnliga patienter med cervikal dystoni (14 25, 48 år eller äldre), demonstrera och sex-åldersrelaterade penetrans med autosomal dominant nedärvning13, 14. en onormal TDT i opåverkade släktingar av cervikal dystoni patienter (jämfört med släktingar med normal TDTs) associeras med ökad putaminal volym (av voxel-baserad morfometri)15 och minskade putaminal aktivitet (fMRI)4 . Den superior colliculus anses vara en betydande nod i den neuronala nätverk, som är dysfunktionellt i cervikal dystoni12. Bedömningen av temporal diskriminering anses ge viktiga ledtrådar till den patomekanism underliggande cervikal dystonin.

Målet med denna artikel är att presentera två metoder för att mäta och analysera temporal diskriminering, samt visar en tillämpning av denna metod att studera patofysiologin av cervikal 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

Medicinsk forskning etikkommittén vid St. Vincent's University Hospital, Dublin gav godkännande för rekrytering av patienter med cervikal dystoni, deras syskon (opåverkad av dystoni) och friska kontroller, att delta i det protokoll som beskrivs nedan.

1. hardware & Software Solutions

Obs: Två maskinvarualternativ har utvecklats för att Visa visuella stimuli med exakt mellan stimulus intervall. Båda var utformade och byggda internt i Trinity centrum för bioteknik, Trinity College Dublin, och har varit tidigare beskrivna5,16. Om du vill replikera de exakta maskinvarulösningar som används häri begära samma genom att kontakta Trinity centrum för bioteknik direkt. Alternativt, en full uppsättning av instruktioner inklusive 3D utskrift filer för headset, instruktioner för medföljande Arduino mikrokontroller, etc. kan hämtas från http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. De stimuli som presenteras i metoden bordsskivan kan genereras med anpassade program i Presentation (t.ex., neurologiska beteendeeffekter system), installerad på en stationär dator och programmeras för att styra de light emitting dioderna (LED) via parallellport datorn. Alternativt, som beskrivs nedan, bordsskivan lysdioder kan styras via en Arduino mikrokontroller. Både Presentation kod och Arduino filer finns också att ladda ner från länken ovan.

  1. TDT hårdvara: bordsskiva metod
    1. Markera ett 'X', som en fixering på en svart matta eller plåt placeras på bordet framför deltagaren.
    2. Be deltagaren att positionera sig så att de sitter direkt framför den fixering punkten.
    3. Placera de gul lysdiod (LED) par (5 mm i diameter, 90 cd/m2 luminans), innesluten i en låda, på bordet framför deltagaren.
    4. Rikta lådan så att lysdioderna är vertikalt i linje och placerad 7 ° från motivets mittpunkt till vänster och höger sida, efter behov.
    5. Genomföra detta experiment i ett mörklagt rum. En liten mängd bakgrund luminans kan krävas för att operatören att se tillräckligt för att köra experimentet.
    6. Instruera deltagaren att fokusera på den fixering punkten hela tiden och inte titta direkt på blinkandet lysdioder.
    7. Anslut mikrokontroller till rutan LED och följ den på skärmen instruktioner som visas på rutan mikrokontroller, t.ex., liquid crystal display Välj presentation metod: 'tillfällig' eller 'trappa' och välj läge: 'vänster topp första', etc .
    8. Be deltagaren att svara ”samma” eller ”annorlunda” följande presentation av varje stimulans par, beroende på huruvida de uppfattar stimuli vara synkron eller asynkron.
    9. Informera deltagaren när varje prövning är på väg att påbörjas, av vocalizing den på skärmen nedräkning från 5-0 s.

Figure 1
Figur 1: (a) Schematisk bild av utformningen av headsetet. Ett par gula lysdioder (5 mm diameter), och den röda fixeringen LED (3 mm diameter), placeras till vänster och höger sida av deltagaren via en huvud-monterad enhet och synliggörs genom reflektion i speglarna framför användaren. (b) Schematisk 3D-modell av headsetet. Headsetet har utvecklats från lasersintrad nylon plast, väger 0.70 kg, har en låg transparens index och är svart färg att minimera ljus penetrans. (en och b) återges, med smärre ändring från Butler et al. 16 med tillstånd från IOP Publishing. (c) LED stimulans rutan för bordsskiva presentation.

  1. TDT hårdvara: Bärbar TDT Headset
    1. Genomföra experimentet i någon lämplig plats.
    2. Anslut mikrokontroller för headsetet och följ den på skärmen instruktioner som visas på rutan mikrokontroller, t.ex., liquid crystal display Välj presentation metod: 'tillfällig' eller 'trappa' och läge: 'vänster topp första', etc.
    3. Direkt deltagaren att positionera sig med armbågarna på ett bord framför dem. Sedan håller enheten i sina händer, rikta dem till tryck försiktigt ansiktet gummi tätningsmedel runt okularet, därmed tätning ut omgivande ljus.
    4. Instruera deltagaren att fokusera på den röda fixeringen LED hela tiden och inte att titta direkt på blinkandet lysdioder.
    5. Be deltagaren att svara ”samma” eller ”annorlunda” följande presentation av varje stimulans par, beroende på huruvida de uppfattar stimuli vara synkron eller asynkron.
    6. Informera deltagaren när varje prövning är på väg att påbörjas, av vocalizing den på skärmen nedräkning från 5-0 s.

2. stimulans Presentation

Obs: Två tillvägagångssätt till stimulans presentation har varit anställd.

  1. Trappan-metoden
    1. Välj 'trappa' presentation; stimuli presenteras varje 5 s med intervallet mellan stimulus börjar på 0 och blir successivt mer asynkrona (ökar med 5 ms) varje gång.
    2. Välj någon av de fyra presentation: första a vänstra övre LED II vänster undre LED första III högra övre LED först eller (iv) höger nedre LED först.
    3. Upprepa steg 2.1.2 så att varje modalitet körs två gånger, vilket resulterar i totalt åtta körningar.
    4. Säga upp rättegången när en deltagare svarar ”annorlunda” för tre på varandra följande par av stimuli.
  2. Slumpmässiga Presentation metod
    1. Välj 'Random' presentation; stimuli par presenteras varje 5 s. Intervallet mellan stimulans varierar, i en randomiserad mode, från 0-100 ms.
    2. Välj någon av de fyra presentation: första a vänstra övre LED II vänster undre LED första III högra övre LED först eller (iv) höger nedre LED först.
    3. Upprepa steg 2.2.2 så att varje modalitet körs två gånger, vilket resulterar i totalt åtta körningar.
      Obs: Varje körning är samma längd och kommer att slutföra automatiskt.

3. dataanalys

  1. Enstaka TDT värde
    1. Med hjälp av data från metoden trappa, Markera först av de sista tre ”annorlunda” Svaren för varje av de åtta körningarna. Dessa är tröskelvärdena för varje körning.
    2. Beräkna tröskeln temporal diskriminering (TDT) för varje deltagare genom att medianen av tröskelvärdena från var och en av deras åtta körningar; vilket resulterar i ett enda TDT-värde (i millisekunder) per individ.
    3. Beräkna den Z-poängen för varje deltagare. Definiera de Z-poängen som skillnaden mellan deltagarens TDT, och den genomsnittliga TDT från befolkningens åldersmatchade kontroll (Equaiton 1, delad med standardavvikelsen för TDT värden för att kontrollera befolkningen Equaiton 2 .
      Equaiton 3
    4. Avgöra om personen har en normal eller onormal TDT. En Z-Poäng ≥ 2,5 anses återspegla en onormal TDT.
  2. Analys
    1. Med hjälp av data från metoden trappa, koda svarsdata sådan att '0' motsvarar ”samma” och '1' som motsvarar ”annorlunda”, tabell 1.
    2. Ladda ner en gratis MATLAB.exe för att utföra den distribution analys beskrivs nedan från http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/. Se Butler et al. 16 för en fullständig beskrivning av denna metod. Alternativt, Fortsätt enligt beskrivningen nedan.
    3. Pad ut uppgifterna för att säkerställa alla körningar är samma längd som den längsta kör. Detta görs genom förutsatt att alla efterföljande svar, efter uppsägning av en körning, är ”annorlunda”, tabell 1 b.
    4. Sisådär över prövningar för varje deltagare, tabell 1 c. Detta kan ritas som en funktion av stimulans communityn.
    5. Passa denna i genomsnitt eller representativa data med en kumulativ Gaussisk funktion. Medelvärdet av denna distribution representerar den punkt där deltagarna är lika benägna att svara ”samma” eller ”annorlunda”. Denna punkt benämns som den ”subjektiva jämställdhet' (PSE). Standardavvikelsen för Gaussisk fördelning, även kallad den 'bara märkbar skillnaden' (JND), anger hur känsligt deltagare är att förändringar i temporal communityn runt deras medelvärde.
    6. Fördjupa analysen genom att skicka data till en icke-parametrisk bootstrapping förfarande för att uppskatta de 95-procentiga konfidensintervallen för TDT och PSE och JND av psykometriska, kumulativa Gaussisk funktion. Gör detta genom att generera nya representativa datamängder genom stickprov med ersättning från de ursprungliga svar, tabell 1 bför varje tidssteg. Beräkna TDT och passa en ny psykometriska funktion för varje representativ datamängd16.
    7. Beräkna godhet passform eller deviance (D), för varje deltagare med hjälp av log-sannolikhetsförhållande,16,17
      Equaiton 4
      där K är antalet tidpunkter, är njag antalet repetitioner vid denna tidpunkt, vanligtvis åtta repetitioner (fyra höger och fyra vänster), yjag är observerade andelen asynkron svaren, p jag är andelen av asynkrona Svaren förutsägs av monterade kurvan. Deviance värdet 0 betyder en perfekt passform.
    8. Rita resultaten.
      Obs: Data från det slumpmässiga presentation tillvägagångssättet kan analyseras för att avgöra den enda eller distribuerade TDT som beskrivs i avsnitt 3 ovan för data som härrör från metoden trappa presentation. Men på grund av slumpmässiga presentation ordning mellan stimuli intervall, måste dessa uppgifter först beställas (från minsta till största mellan stimulus intervall), före påbörjas analysen ovan, tabell 2. Dessutom är det inte nödvändigt att pad data efter slumpmässiga presentation som standard alla körningar är lika långa.

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

Exempel på fylld Poäng ark finns i tabellerna 1 och 2, där dessa respektive representerar resultaten efter trappa och slumpmässiga stimulans presentationsmetoder. Tröskelvärdena för varje körning (tidpunkten för först av tre stimulus par anses vara olika ''), markeras. När det gäller tabell 1beräknas TDT som 25 ms (dvs, medianen av 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40, 10 ms). Dessa data är hämtade från en 35-årig kvinna som deltagit i en tidigare studie18. Medelvärde och standardavvikelse för TDT värden från kvinnor i denna åldersgrupp var 27,48 ms och 10.86 ms, respektive. Z-betyg för denna individ kan därför beräknas som:
Equaiton 5

Detta Z-Poäng är under 2,5, har denna individ en normal TDT.

Svar från samma enskilda följande slumpmässiga stimulans presentation visas i tabell 2. Beställning av dessa uppgifter är ett viktigt steg innan du fortsätter med analys.

Analys

Nyckelstadier i distribution analysen illustreras i tabell 1 (data stoppning och svar genomsnitt) och figur 2. Exempeldata används i denna analys är från samma ämne som diskuterats ovan och visas i tabellerna 1 och 2. Tomterna i figur 2 genereras från den nedladdningsbara MATLAB.exe filen. Till vänster visar den observerade data, de kumulativa Gaussisk funktioner monterade stroppad data (följande 2000 iterationer) och den genomsnittliga kumulativa Gaussiska funktionen. Godhet fit mått illustreras på höger sida. Också visat är de temporal diskriminering tröskelvärdena, parametrarna passform, peka av subjektiva jämlikhet (PSE) och bara märkbar skillnad (JND) värden. Den högra sidan visar godhet fit åtgärd logga sannolikheten förhållandet (avvikelse) för den observerade data (röda horisontella linjen) och Monte-Carlo genererade log sannolikheten baserat på distribution och 95% konfidensintervallen (streckade horisontella linjer).

Den samma MATLAB körbara exporterar TDT, PSE och JND värden och stroppad cut-off av 2,5%, 25%, 50%, 75% och 97,5% konfidensintervall samt godhet passform eller deviance och cutoffs till en excel-fil. Tabell 3 ger de utgångar som genereras för data i tabellerna 1 och 2. Som jämförelse är TDT värdena för trappa och slumpmässiga stimulans presentationsmetoder, erhålls genom standardmetoden (median 8 tröskelvärdena), 25 ms 50 ms respektive; i tabell 3 föreskrivs värden TDT erhålls följande bootstrapping data. Dessa är 23,75 ms och 48.75 ms respektive.

Figure 2
Figur 2: den vänstra kolumnen visar de kumulativa Gaussisk fördelningarna för (a) resultat efter metoden trappa av stimulans presentation, och (b) slumpmässig metod av stimulans presentation. De svarta Prickarna visar ursprungliga data (andelen upplevd 'olika' svaren som en funktion av mellan stimulus intervall, eller temporal communityn). Ljus grå kurvorna representerar 2000 Gaussisk funktioner som utrustades till stroppad data. Den mörka grå kurvan representerar den genomsnittliga kumulativa Gaussiska funktionen. Värden för punkt av subjektiva jämställdhet (PSE) (medelvärde) och bara märkbar skillnad (JND) (standardavvikelse) och TDT värdet, beräknat från full distribution beskrivs i tabell 3. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Table 1
Tabell 1: Exempeldata följande trappa presentation metod, med mellan stimulus intervall (ISI) ökar med 5 ms varje gång. (a) uppgifter visas för var och en av de två villkoren (översta LED först x 2 och botten LED först x 2) för höger - och vänster - begagnade sidorna, vilket ger totalt åtta körningar. 's' representerar ett svar av 'samma', och hade ', 'olika'. I tidsintervall som används för att beräkna TDT är ISI motsvarande till först av tre på varandra följande 'olika' svar. Därför TDT = 25 ms, medianen av 40, 25, 25, 25, 45, 25, 40 och 10. (b) samma data som visas i (a), men kodade så att en '0' representerar ett svar av 'samma' och '1' 'olika'. Data padding (på den längsta kör) illustreras. Detta är en pre-Processing steg innan distribution analys. (c) Averaged Svaren för varje ISI. Observera dessa värden används för att generera den psykometriska distributionen och ritas i figur 2.

Table 1
Tabell 2: Svar från samma deltagare som tabell 1, denna gång som stimuli presenteras med randomiserade Inter stimulans intervall (ISI). (a) uppgifter för två villkor på höger sida (topp ledde första x2 och botten ledde första x2). Kompakthet visas data från vänster sida inte här. Alla åtta körningar används dock i alla analys. (b) samma data sorterade efter uppräkning ISI. Tröskeln för var och en av fyra höger sida löper indikeras med streckad lådor.

Table 1
Tabell 3: Sammanfattning av Gaussisk fördelning och godhet av passar analys för resultaten från trappa presentation metod visas i tabell 1och slumpmässiga presentation metod visas i tabell 2 (alla data för dessa deltagare, t.ex. totalt åtta körningar (4 vänster och 4 rätt) har använts i ovan analys). Punkt i subjektiva jämlikhet, PSE; bara märkbar skillnad, JND; temporal diskriminering, TDT; Godhet passform, 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 mätning och analys

Två former av apparaten (bordsskiva och headset), två metoder för stimulans presentation (trappa och slumpmässiga), och två metoder för att analysera data (traditionella och distribution) har presenterats för att illustrera hur att mäta och kvantifiera en person's temporal diskriminering förmåga. Det bärbara headsetet ger en bekväm hårdvara alternativ som garanterar enhetlighet i avstånd och vinklar mellan deltagaren och LED ljuskällor samtidigt som data ska samlas in i något bekvämt läge. Det, därför tar upp några av de begränsningar som är associerad med metoden bordsskiva, nämligen behovet av kontrollerade allmänbelysning och begränsade överförbarheten som vanligtvis kräver deltagare närvara på en klinik eller research center. Headsetet skyddar också mot möjligheten till variation i avstånd och vinkel mellan stimuli och deltagare under eller mellan prövningar, potentiellt uppkommer positionella justeringar av deltagaren. Molloy et al. jämförde bordsskivan- och headsetet närmar sig för stimulans leverans och hittade headsetet vara tillförlitliga och korrekta5. Två potentiella svagheter i headsetet är dock att den presenterar stimuli monocularly, dvs endast vänster öga kan se de stimuli som presenteras till vänster och vice versa. och den nuvarande utformningen får plats inte att bära glasögon. Synskärpan kan påverka TDT prestanda, och som sådan bör man alltid förvissa sig att deltagarna har normal synskärpa. Detta är desto viktigare när det gäller metoden för headset, där glasögon kan tillgodoses.

Den ' trappa' metod är den vanligaste metoden för stimulans presentation för visuella och taktila temporal diskriminering protokoll6,7,14,15,19. En begränsning av denna teknik, som presenterar icke-randomiserad successivt asynkron stimuli, är att det möjligen kan bidra till en potentiell lärande effekt. Som ett alternativ utvecklades en randomiserad presentation modalitet, så att stimuli presenteras i en randomiserad sätt. Möjligheten att metoden trappa som omfattas av en lärande effekt testades specifikt av McGovern och kollegor16. Metoden trappa' 'visade sig vara en robust metod med konsekventa resultat över upprepade experiment18. Resultaten från denna tidigare studie, som visats ovan, visade att randomiserade stimuli presentation metod ger konsekvent längre TDT värden jämfört med den befintliga trappa-metoden (menar TDTRANDOM = 55.08 ms; menar TDTtrappa = 30.57 ms för 30 friska kontroller)18. Medan båda presentationsmetoder är giltig, betonar skillnaden i TDT resultatvärden vikten av att upprätthålla enhetlighet i experimentell teknik urval inom och över studier från en given laboratorium. Dessutom bör vara försiktig när man jämför absoluta TDT värden över studier (från patienter och kontroller), och i beräkningen av Znoter.

Två metoder för analys av data har även presenterats. Den första, standard analysmetoden, resulterar i ett enda tröskelvärde för var och en av åttana körs, där detta tröskelvärde är intervallet mellan stimulans av först av tre stimulus par fastställts vara asynkron. Medianen av de åtta trösklarna tas som TDT värdet för den deltagaren. Medan detta har visat sig vara pålitlig, är det ändå ett enda värde. För att övervinna potentiella begränsning av bedömningen av en persons temporal diskriminering förmåga utifrån ett enstaka värde, har en mer sofistikerad metod också presenterats. I detta fall, en deltagare's data är utrustad med en kumulativ Gaussisk fördelning och medelvärde och standardavvikelse som utvinns. Dessutom kan data skickas till en icke-parametrisk stroppad analys att få 95% konfidensintervall för varje deltagare's data16. Denna metod för analys av data ger möjligheter att få djupare insikt i skillnaderna i visuell perception, särskilt när att undersöka skillnader inom och mellan kontroll och patientgrupper.

Tillämpningen av TDT att förstå patofysiologin av cervikal dystoni

Det är troligt att kortikala bearbetning är relevanta i temporal diskriminering20, tyder på att onormala temporal diskriminering i cervikal dystoni återspeglar främst en sjukdom i ett nätverk som omfattar den superior colliculus och basala ganglierna4,21. En onormal TDT kan tolkas som en nedsatt förmåga att upptäcka eller diskriminera miljöförändringar. Den superior colliculus, spelar i dorsala mitthjärnan, en avgörande roll i att upptäcka och reagera på salient stimuli22. Även om en komplex struktur, kan det funktionellt delas in i två lager22. Visuosensory nervceller i det ytliga lagret får direkt input från det visuella systemet, medan premotor och cephalomotor nervceller i den djupa lagret har flera prognoser, inklusive kontroll av musklerna i ögon, hals och huvud. Överlägsen collicular aktivitet moduleras av gamma - aminosmörsyra (GABA), en hämmande neurotransmittor23. Hämmande GABAergic aktivitet begränsar varaktigheten av övergående burst svaret i båda visuosensory nervceller i det ytliga lagret och premotor nervceller i den djupa lagret av superior colliculus24. Svar på en visuell stimulans uppvisar visuella nervceller i det ytliga lagret en övergående '' svaret. GABAergic hämning då tystar detta svar, gör det möjligt för nervceller att vara redo att svara igen när de upptäcker en förändring i miljön som den visuella stimulansen är avstängd. Om det finns otillräcklig GABA, kan dessa nervceller bli dysfunctionally active24. Det är en hypotes om att otillräcklig GABAergic hämning leder till förlängd bränning av visuella nervceller, ger upphov till onormala temporal diskriminering och långvarig TDT värden. Dessutom är onormala rörelser kännetecken av cervikal dystoni hypotesen att även resultatet från otillräcklig GABAergic hämning, denna gång genom cephalomotor nervceller i de djupa lagrarna av de superior colliculus.

En Endofenotyp är en subklinisk markör genetiska transportavtal som kan hjälpa oss förstå sjukdomen patomekanism. TDT föreslås som en potentiell Endofenotyp för vuxen debut fokal dystoni2,4 och har befunnits vara onormala i upp till 97% av patienterna och cirka 50% av deras kliniskt opåverkad släktingar1,3 ,4. Onormal TDT har dessutom visat att följa en ålder - och sex-relaterade mönster som liknar cervikal dystoni14,25. Dessa fynd tyder autosomal dominant nedärvning och stödja användningen av TDT som en Endofenotyp för vuxen debut fokal dystoni, och i synnerhet, cervikal dystoni.

Denna artikel har gett en guide om hur att mäta och analysera en deltagares visuell temporal diskriminering. Dessutom, med hjälp av animerad grafik i videon, har tillämpningen av TDT på studiet av cervikal dystoni beskrivits både i samband med det är en pålitlig Endofenotyp, och som ett potentiellt verktyg att belysa patomekanism av denna störning.

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 finansieringskällor, finansiella upplysningar eller intressekonflikt att deklarera. Michael Hutchinson får forskningsanslag från dystoni Irland, hälsa forskning styrelsen Irlands (CSA-2012-5), Stiftelsen för dystoni forskning (Belgien) och den irländska institutionen för klinisk neurovetenskap. Sean O'Olsson rapporterar emot en högtalare's honorar från Abbvie. Richard Reilly får finansiering från Science Foundation Ireland, Enterprise Ireland och hälsa forskning styrelsen Irlands.

Acknowledgments

Denna forskning stöddes av bidrag från forskning hälsovårdsstyrelsen dystoni Irland, Science Foundation Ireland och irländska Institutet för klinisk neurovetenskap.

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).
Mätning & analys av tröskeln Temporal diskriminering tillämpas på cervikal 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