Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

تقييم التغيرات المرتبطة بالتلميذ في الاستثارة بوساطة الإكراه التي اثارها التحفيز الثلاثي التوائم

Published: November 26, 2019 doi: 10.3791/59970
Automatic Translation
*1, *2,3, *1, 4, 5, 1, 6, 1, 2,3, 1,7, 1
1Department of Translational Research and of New Surgical and Medical Technologies, University of Pisa, 2The BioRobotics Institute, Scuola Superiore Sant'Anna, 3Department of Excellence in Robotics & AI, Scuola Superiore Sant'Anna, 4Institut des Maladie Neurodegeneratives, University of Bordeaux, 5Department of Physics, University of Pisa, 6Department of Surgical, Medical, Molecular Pathology and Critical Care Medicine, University of Pisa, 7Department of Developmental Neuroscience, IRCCS Foundation Stella Maris
* These authors contributed equally

Summary

للتحقق ما إذا كانت الآثار ثلاثية التوائم علي الأداء المعرفي تنطوي علي نشاط الإكراه القسري ، يتم تقديم بروتوكولين التي تهدف إلى تقييم العلاقات المحتملة بين الأداء والتغييرات حجم التلميذ المرتبطة بالمهمة الناجمة عن المضغ. ويمكن تطبيق هذه البروتوكولات علي الظروف التي يشتبه فيها في المساهمة القسرية.

Abstract

وتقدم الأدبيات العلمية الحالية أدله علي ان النشاط الحسي الحركي الثلاثي التوائم المرتبط بالمضغ قد يؤثر علي الاستثارة والانتباه والأداء المعرفي. قد تكون هذه الآثار بسبب اتصالات واسعه النطاق من النظام ثلاثي التوائم إلى تصاعدي شبكي تنشيط النظام (اراس), التي ينتمي اليها الخلايا العصبية نورادريرجيك من الإكراه القسري (LC). تحتوي الخلايا العصبية LC علي إسقاطات للدماغ بأكمله ، ومن المعروف ان التصريف الخاص بهم يختلف مع حجم التلميذ. تنشيط LC ضروري للحصول علي المهمة المتعلقة بداء الورم العضلي. إذا تم توسط تاثيرات المضغ علي الأداء المعرفي من قبل LC ، فمن المعقول ان نتوقع ان التغيرات في الأداء المعرفي ترتبط بالتغيرات في الداء العضلي المرتبط بالمهمة. يتم تقديم اثنين من البروتوكولات الجديدة هنا للتحقق من هذه الفرضية والوثيقة التي لا تعزي اثار المضغ إلى تنشيط المحرك الحركي. في كلا البروتوكولين ، يتم تسجيل الأداء وحجم التلميذ التغييرات التي لوحظت خلال مهام محدده من قبل ، وبعد فتره وجيزة ، ونصف ساعة بعد 2 دقيقه من اي اما: ا) اي نشاط ، ب) الإيقاعي ، قبضه الثنائية ، ج) مضغ الثنائية من بيليه لينه ، و d) مضغ الثنائي من بيليه الصلبة. يقيس البروتوكول الأول مستوي الأداء في اكتشاف الأرقام المستهدفة المعروضة ضمن المصفوفات الرقمية. حيث يتم تسجيل التسجيلات حجم التلميذ من قبل مقياس الرطوبة المناسبة التي تعيق الرؤية لضمان مستويات الاضاءه الثابتة ، يتم تقييم المهمة المتعلقة بداء الورم النقوي اثناء مهمة اللمسيه. النتائج من هذا البروتوكول تكشف عن ان 1) التغييرات الناجمة عن المضغ في الأداء والمهام المتعلقة بداء الورم العضلي مرتبطة و 2) لا يتم تعزيز الأداء ولا الداء العضلي بقبضه اليد. في البروتوكول الثاني ، واستخدام مقياس الرطوبة يمكن ارتداؤها يسمح قياس التغييرات حجم التلميذ والأداء خلال نفس المهمة ، مما يسمح حتى اقوي الادله التي يمكن الحصول عليها فيما يتعلق بمشاركه LC في الآثار ثلاثية التوائم علي النشاط المعرفي. وقد تم تشغيل كلا البروتوكولين في المكتب التاريخي للأستاذ جوزيبي Moruzzi ، مكتشف اراس ، في جامعه بيزا.

Introduction

في البشر, ومن المعروف ان مضغ يسرع المعالجة المعرفية1,2 ويحسن الاستثارة3,4, الانتباه5, التعلم, والذاكرة6,7. وترتبط هذه الآثار مع تقصير من القدرات المتعلقة بالاحداث القشرية الاحتمالات8 وزيادة في ترويه من العديد من الهياكل القشرية وتحت القشرية2,9.

داخل الأعصاب القحفيه ، يتم نقل المعلومات الأكثر صله التي تحافظ علي العدم تزامن القشرية والاستثارة من قبل ألياف ثلاثية التوائم10، من المرجح بسبب الاتصالات ثلاثية التوائم قويه إلى تصاعدي شبكي تنشيط النظام (اراس)11. بين الهياكل اراس, الإكراه القسري (LC) يتلقى المدخلات عصب11 وينظم الاستثارة12,13, ويختلف نشاطها مع حجم التلميذ14,15,16,17,18. علي الرغم من ان العلاقة بين النشاط يستريح lc والأداء المعرفي معقده, تعزيز المهام ذات الصلة من النشاط lc يؤدي إلى الاستثارة المرتبطة19 تلميذ حدقة20 وتعزيز الأداء المعرفي21. هناك التباين موثوق بها بين النشاط LC وحجم التلميذ ، وهذا الأخير يعتبر حاليا وكيلا للنشاط المركزي نورادريرجيك22،23،24،25،26.

يؤدي التنشيط غير المتناظر للفروع ثلاثية التوائم الحسية إلى عدم تماثل الحدقتين (التباين)27،28، مما يؤكد قوه الاتصال ثلاثي gemino-الإكراه. إذا كان ال LC يشارك في التاثيرات المحفزة لمضغ الأداء المعرفي ، فانه قد يؤثر علي التهاب العضلي المرتبط بالمهام الموازية ، وهو مؤشر للتنشيط الضوئي LC اثناء المهمة. وقد يؤثر ذلك أيضا علي الأداء ، التالي يمكن توقع وجود ارتباط بين التغييرات الناجمة عن المضغ في الأداء والركود العضلي. وعلاوة علي ذلك ، إذا كانت الآثار الثلاثية التوائم محدده ، ينبغي ان تكون اثار المضغ أكبر من تلك التي تم التاثير عليها من خلال مهمة حركيه إيقاعيه أخرى. ومن أجل اختبار هذه الفرضيات ، يتم ببموجب هذا عرض بروتوكولين تجريبيين. وهي تستند إلى القياسات المشتركة للأداء المعرفي وحجم التلميذ ، التي أجريت قبل وبعد فتره قصيرة من النشاط المضغ. تستخدم هذه البروتوكولات اختبارا يتكون من العثور علي أرقام مستهدفه معروضه في المصفوفات الرقمية المنتبه29، إلى جانب الأرقام غير المستهدفة. يتحقق هذا الاختبار من الأداء اليقظ والمعرفي.

الهدف العام لهذه البروتوكولات هو توضيح ان التحفيز ثلاثي التوائم يثير تغييرات محدده في الأداء المعرفي ، والتي لا يمكن عزواها إلى توليد الأوامر الحركية وترتبط بالتغيرات المرتبطة بالتلميذ في الوساطة المالية الاستثاره. وتمتد تطبيقات البروتوكولات لتشمل جميع الظروف السلوكية التي يمكن فيها قياس الأداء والاشتباه في تورط ال LC.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

جميع الخطوات تتبع المبادئ التوجيهية للجنة الاخلاقيه لجامعه بيزا.

1. توظيف المشاركين

  1. تجنيد عدد من السكان وفقا للهدف المحدد للدراسة (اي الموضوعات العادية و/أو المرضي ، الذكور و/أو الإناث ، الشباب و/أو الشيوخ).

2. اعداد المواد

  1. اعداد بيليه لينه. استخدام العلكة المتاحة تجاريا (جدول المواد؛ صلابة الاوليه = 20 الشاطئ OO).
  2. اعداد بيليه الثابت. استخدامالسيليكون المطاط الكريات (جدول المواد؛ صلابة ثابته = 60 الشاطئ OO)30.
  3. اعداد الكره المضادة للإجهاد لمهمة قبضه. استخدام البولي يوريثين رغوة المصنوعة الكره (جدول المواد؛ صلابة ثابته = 30 الشاطئ OO)30.
  4. اعداد لغز tangram (جدول المواد؛ عدد القطع = سبعه) لأداء المهمة اللمسيه.

3. مخطط انسيابي للتجربة

  1. مخطط انسيابي للبروتوكول 1
    1. تقييم أداء خط الأساس (انظر القسم 4.1) في اختبار المعرفي (المصفوفات) (T0 ، التحكم).
    2. تقييم حجم التلميذ (انظر القسم 4.2) في الراحة (لا يوجد نشاط مطلوب من الموضوع) (T0 ، التحكم).
    3. تقييم حجم التلميذ خلال مهمة لمسيه علي أساس tangram (T0 ، التحكم).
      1. أزاله واحده من القطع من اللغز ووضعه في يد الموضوع.
      2. أسال الموضوع لوضع قطعه مره أخرى في اللغز ، من دون النظر في اللغز.
    4. أسال كل موضوع لتنفيذ ثلاثه أنشطه محدده لمده 2 دقيقه أو للراحة لمده 2 دقيقه ، وفقا للخطوات 3.1.4.1 – 3.1.4.4. اطلب من الأشخاص المعنيين القيام بهذه الانشطه في جلسات منفصلة تحدث في أيام مختلفه (2 – 3 أيام بين الجلسات).
      1. أسال الموضوع لمضغ بيليه لينه تدار ذاتيا لمده 2 دقيقه ، والسماح له/لها تلقائيا اختيار كل من معدل المضغ والجانب من الفم الذي لمضغ. بعد 1 دقيقه من المضغ ، اطلب منه/لها لتغيير الجانب المضغ (وبيليه).
      2. نسال هذا الموضوع لمضغ بيليه الصلبة التي تدار ذاتيا لمده 2 دقيقه. بعد 1 دقيقه ، اطلب منه/لها لتغيير الجانب المضغ (ولكن ليس بيليه).
      3. نسال هذا الموضوع لأداء الضغط الإيقاعي من الكره المضادة للإجهاد (ممارسه قبضه) لمده 2 دقيقه في معدل وعلي يد من اختيارهم. بعد 1 دقيقه ، اطلب من الموضوع للتبديل اليدين.
      4. أسال الموضوع للراحة (لا يوجد نشاط) لمده 2 دقيقه.
    5. فقط بعد نهاية كل خطوه (3.1.4.1 – 3.1.4.4) ، تقييم الأداء في اختبار المصفوفات وحجم التلميذ في الراحة واثناء المهمة اللمسيه (T7).
      ملاحظه: مصطلح "في بقية" يعني ان الموضوع خلال قياس حجم التلميذ هو الاسترخاء. يعني مصطلح "اثناء المهمة اللمسيه" ان الموضوع اثناء قياس حجم التلميذ يؤدي المهمة استنادا إلى tangram.
    6. 30 دقيقه بعد نهاية كل خطوه (3.1.4.1 – 3.1.4.4) ، وتقييم الأداء وحجم التلميذ في بقية واثناء المهمة اللمسيه (T37).
  2. مخطط انسيابي للبروتوكول 2
    1. تقييم حجم التلميذ في حين ان الموضوع يستريح (T0 ، التحكم ؛ انظر القسم 4.3).
    2. تقييم أداء الأساس في الاختبار المعرفي (المصفوفات) اثناء اختبار حجم التلميذ في نفس الوقت (T0 ، التحكم).
    3. أسال كل موضوع لتنفيذ ثلاثه أنشطه محدده لمده 2 دقيقه أو للراحة لمده 2 دقيقه ، وفقا للخطوات 3.2.3.1 – 3.2.3.4. اطلب من الأشخاص المعنيين القيام بهذه الانشطه في جلسات منفصلة تحدث في أيام مختلفه (2 – 3 أيام بين الجلسات).
      1. أسال الموضوع لمضغ بيليه لينه تدار ذاتيا لمده 2 دقيقه ، والسماح له/لها تلقائيا اختيار كل من معدل المضغ والجانب من الفم الذي لمضغ. بعد 1 دقيقه من المضغ ، اطلب منه/لها لتغيير الجانب المضغ (وبيليه).
      2. نسال هذا الموضوع لمضغ بيليه الصلبة التي تدار ذاتيا لمده 2 دقيقه. بعد 1 دقيقه ، اطلب منه/لها لتغيير الجانب المضغ (ولكن ليس بيليه).
      3. أسال الموضوع لأداء الضغط الإيقاعي من الكره المضادة للإجهاد (ممارسه قبضه) لمده 2 دقيقه في معدل وعلي جانب من اختيارهم. بعد 1 دقيقه ، اطلب من الموضوع للتبديل اليدين.
      4. اطلب من الموضوع الاسترخاء (بدون نشاط) لمده 2 دقيقه.
    4. فقط بعد نهاية كل خطوه (الخطوات 3.2.3.1 – 3.2.3.4) ، وتقييم حجم التلميذ في بقية وكل من الأداء وحجم التلميذ في اختبار المصفوفات (T7).
    5. ثلاثين دقيقه بعد نهاية كل خطوه (الخطوات 3.2.3.1 – 3.2.3.4) ، وتقييم حجم التلميذ في بقية وكل من الأداء وحجم التلميذ في اختبار المصفوفات (T37).

4-المتغيرات المقيسة في البروتوكولين 1 و 2

  1. الأداء المعرفي
    ملاحظه: في كلا البروتوكولين 1 و 2 ، قياس الأداء المعرفي باستخدام اختبار استنادا إلى نسخه معدله من المصفوفات الرقمية Spinnler-توغنون اختبار29.
    1. عرض ثلاثه مصفوفات عدديه (10 × 10) مطبوعه علي الورق للموضوع. ثم ، اطلب من الموضوع لمسح خطوط مصفوفة بالتتابع ، في حين تدق مع قلم رصاص أكبر عدد ممكن من الأرقام المستهدفة قدر الإمكان (60 الأهداف من أصل 300 مجموع الأرقام المعروضة) المشار اليها أعلاه كل مصفوفة (الشكل 1) في غضون 15 ثانيه.
    2. استخدام المصفوفات مع مواقع مختلفه من الأرقام المستهدفة في T0 ، T7 ، و T37 لتجنب إدخال المربكة المتعلقة بعمليات التعلم.
    3. تقييم دون اتصال مؤشر الأداء (PI) ومعدل المسح الضوئي (SR) ومعدل الخطا (ER) كما يلي: PI = (الأرقام المستهدفة مسطر في 15 ثانيه)/15 ؛ SR = (الهدف + الأرقام غير المستهدفة الممسوحة ضوئيا في 15 ثانيه)/15 ؛ [ر] = (أرقام مستهدفه يفتقد + أرقام [نون-بدف] يؤكد في 15 [س])/15.
  2. حجم التلميذ في البروتوكول 1
    1. اعداد الموضوع لقياس حجم التلميذ مع مصمم القرنية-مصمم العفن (جدول المواد) ، والذي يمنع رؤية البيئة ، وذلك باستخدام واحده من إجراءات الاستحواذ اثنين التالية.
      1. تسجيل لقطه كاميرا واحده من التلميذ (الشكل 2ا ، ب) مع مستوي الاضاءه الثابتة من 40 لوكس ، والضغط علي زر محدد علي مصمم القرنية-مصمم العفن. الحفاظ علي مسافة العمل الأمثل من 56 مم بين الكاميرا والتلميذ.
        ملاحظه: قياس واحد يكفي ، وذلك بسبب انخفاض مستوي تباين حجم التلميذ يقاس في الاضاءه المستمرة.
      2. اجراء تسجيل مستمر للطالب (معدل أخذ العينات = 5 هرتز; الشكل 2جيم ، دال) في طريقه الاقتناء المستمرة. تجاهل القياسات الاولي 20 – 50 (4 – 10 ثانيه) ، حيث انه خلال هذه الفترة الزمنيه ، ينمو قطر التلميذ (يبدا الاستحواذ بإيقاف أضاءه التلميذ عند 40 لوكس). متوسط القياسات المتبقية.
    2. سجل حجم التلميذ من العينين اليمني واليسرى بشكل منفصل في بقية (الخطوات 3-1-2 ، 3-1-5 ، و 3.1.6).
    3. سجل حجم التلميذ اثناء المهمة اللمسيه (الخطوات 3-1-3 و 3-1-5 و 3.1.6 ؛ اليسار واليمين بشكل منفصل). عند استخدام طريقه طلقه واحده (الخطوة 4.2.1.1) ، والحصول علي الصورة خلال الثانية من اثنين من التكرار المهمة ، في بداية استكشاف السطح لغز. في الوضع المستمر للتسجيل (الخطوة 4.2.1.2) ، بدء الاستحواذ عندما تم وضع قطعه من اللغز في يد الموضوع.
    4. تقييم حاليا اليسار واليمين حجم التلميذ في بقية واثناء المهمة اللمسيه عن طريق الاستحواذ المباشر للقيم (في مم) المعروضة من قبل البرنامج. حساب داء الورم العضلي المرتبط بالمهمة عن طريق طرح حجم التلميذ في الراحة من حجم التلميذ اثناء المهمة اللمسيه ، والحصول علي جميع القيم المتوسطة لليمين اليسرى.
  3. حجم التلميذ في البروتوكول 2
    1. اعداد الموضوع لقياس حجم التلميذ باستخدام مقياس الرطوبة يمكن ارتداؤها/تعقب العين (الشكل 3ا) ، وهبت مع 3d-المطبوعة هيكل الإطار الزجاجي ، وذلك باستخدام الاجراء التالي.
      1. يكون الموضوع ارتداء مقياس العفن يمكن ارتداؤها. ضبط موقف اثنين من كاميرات الاشعه تحت الحمراء (الشكل 3ا-2 ، 3) التي شنت علي القضبان النابعة من الإطار (جدول المواد) ، بحيث تكون العينين في مجال رؤية الكاميرات والتركيز.
      2. الحصول علي صور للتلاميذ (معدل أخذ العينات = 120 هرتز) ، والتي تتم معالجتها عبر الإنترنت بواسطة البرنامج المزود بمقياس الرطوبة القابل للارتداء ويوفر قطر العفن (بالمليمتر) باستخدام نموذج هندسي للعين البشرية "المتوسطة". تجاهل التحف الوميض.
      3. سجل باستمرار مستوي الاضاءه البيئية باستخدام مستشعر الضوء اللوغاريتمي المعاير المثبت علي اطار المقياس القابل للارتداء. استخدم كاميرا إماميه RGB مثبته علي مقياس الرطوبة القابل للارتداء (الشكل 3ا-1) لتسجيل مجال العرض الموضوعي (معدل أخذ العينات = 30 هرتز) المفيد لدراسة سلوك البصر.
    2. تسجل في وقت واحد حجم التلميذين في الراحة لمده 20 ثانيه (الشكل 3ب).
    3. تسجيل حجم التلاميذ في حين ان الموضوع يؤدي اختبار Spinnler-Tognoni ، وذلك ليكون حجم التلميذ والأداء المعرفي سجلت في وقت واحد (الخطوات 3-2-2 ، 3.2.5 ، و).
    4. تقييم دون اتصال اليسار واليمين حجم التلميذ في بقية وخلال اختبار Spinnler-Tognnn ، من خلال متوسط القيم المكتسبة (ن = 2,400) لكل تلميذ. حساب داء الورم العضلي المرتبط بالمهمة عن طريق طرح حجم التلميذ في الراحة من حجم التلميذ اثناء اختبار المصفوفات ، ثم كل القيم المتوسطة لليمين اليسرى.
  4. موقف البصر
    ملاحظه: أعاده بناء نقطه التثبيت عبر الإنترنت باستخدام صور التلميذين المتحصل عليهما من القسم 4.3. معالجه الإطارات المكتسبة في الوقت الحقيقي وتقدير نقطه تثبيت البصر باستخدام وظيفة نقل محسوبة سابقا31 محدده لكل موضوع يرتدي تعقب العين.
    1. إذا لزم الأمر ، عند تنفيذ البروتوكول 2 ، وأعاده بناء موقف البصر من صور التلميذ. للقيام بذلك ، أضافه أربعه الكمبيوتر علامات الرؤية كشف (ArUco أو المكتبات AprilTag من البرمجيات الصك) إلى أربعه أركان ورقه المصفوفات المستخدمة في القسم 4.1.
    2. السماح لنظام المعايرة (جزءا لا يتجزا من برنامج تعقب العين كما لسماعه التلميذ المستخدمة) للحصول علي البيانات ، وتقييم المعلمات من وظيفة النقل التي خريطة نقطه التثبيت ، بدءا من صور التلميذين. علي سبيل المثال ، اطلب من الموضوع النظر في تسلسل محدد مسبقا من النقاط التي تظهر في مجال الرؤية الخاص به (اي الأركان الاربعه لورقه المصفوفات وفي مركز الورقة نفسها) ، والتي يتم تسجيلها في نفس الوقت بواسطة كاميرا RGB الاضافيه المثبتة علي الإطار والتي تواجه مجال الرؤية.
    3. سجل حجم التلميذ اثناء اختبار المصفوفات.
    4. احسب موضع النظرة دون اتصال الذي يظهر كعلامة في كل اطار من مجال عرض الموضوع. استخدم العلامات الأربع لتتبع موضع النظرة علي المصفوفات عبر الإطارات.

5-التحليل الإحصائي

  1. تحليل حجم التلميذ في بقية واثناء المهمة ، والتي يسببها العمل العضلي ، PI ، SR ، و ER تحت أربعه شروط (اي نشاط ، قبضه ، بيليه لينه ، بيليه الثابت) لثلاث مرات (T0 ، T7 ، T37) باستخدام التدابير المتكررة ANOVA والإحصاءات حزمه البرمجيات.
  2. تحليل التغييرات في المتغيرات فيما يتعلق بقيم الأساس (T0) تحت أربعه شروط ، (اي نشاط ، قبضه ، بيليه لينه ، بيليه الصلبة) لمرتين (T7 ، T37) باستخدام التدابير المتكررة ANOVA.
  3. عند تشغيل ANOVA ، إذا كان البرنامج يشير إلى ان توزيع البيانات ليست كرويه ، واتخاذ p-القيمة المقابلة لتصحيح ε الاحتباس الحراري-جيسسر من الجدول الاحصائيه أنتج.
  4. ربط التغييرات في الأداء (PI ، SR ، ER) في T7 و T37 مع تلك التي لوحظت في المهمة المتعلقة بداء الورم العضلي عن طريق تحليل الانحدار الخطي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ويبين الشكل 4 مثالا تمثيليا للنتائج التي تم الحصول عليها عندما طبق البروتوكول الأول علي موضوع واحد (46 سنه من العمر ، إناث). زدت [ب] كان قريبا بعد يتلقى يمضغ (T7) علي حد سواء يستعصي (من 1.73 خدر/[س] إلى 2.27 خدر/ثانيه) ولينه بيليه (من 1.67 خدر/[س] إلى 1.87 خدر/[س]) (شكل 4[ا]). ومع ذلك ، 30 دقيقه في وقت لاحق (T37) ، استمرت زيادة الأداء فقط لبيليه الثابت. من ناحية أخرى ، كان كل من نقص النشاط وممارسه قبضه تاثير سلبي علي الأداء ، والتي انخفضت من 1.73 خدر/ثانيه إلى 1.67 خدر/ثانيه ومن 1.6 خدر/ثانيه إلى 1.53 خدر/ثانيه ، مع الميل إلى استعاده لوحظ 30 دقيقه في وقت لاحق ، خلال التقييم التجريبي الماضي.

وكما لوحظ في الشكل 4(ب) ، لوحظت تغيرات مماثله نوعيا بالنسبة لداء الميدريسيس المتصل بالمهام. وفي هذه الحالة ، كانت القياسات تتالف من عينات فرديه أخذت عشوائيا عندما كان الموضوع يستريح. اثناء المهمة [هتيك], سجلت اثنان عينات كان, غير ان الاولي كان تجاهلت. وبدلا من ذلك ، وفي طريقه الاقتناء المستمرة للصك ، سجلت 100 عينات في 20 ثانيه ، مع تجاهل القياسات الاوليه من 20 إلى 50 ، ومن ثم تم متوسط العدد المتبقي بعد أزاله القطع اليدوية الوميض (الشكل 2جيم ، دال). العينات الفردية تعكس عن كثب القيمة المتوسطة ، ويرجع ذلك إلى حقيقة ان حجم التلميذ يصل إلى مستوي مستقر جدا 4 – 10 ق بعد التحول من الاضاءه العين (الشكل 2ج ، د). وقد تكررت البيانات الموضحة في الشكل 4 والشكل 5 في عدد من المواد يبلغ 30 موضوعا ، وتم التاكيد إحصائيا علي كل من التغييرات الناجمة عن المضغ والقبضة اليدوية. ومن ناحية أخرى ، عندما لم تكن المواضيع المعنية في اي نشاط ، لم تكن هناك تعديلات في الأداء المعرفي وداء الورم العضلي30 علي حد سواء في T7 و T37.

علي الرغم من حقيقة ان 1) تم تسجيل الأداء والاعتلال العضلي في مهام مختلفه و 2) النقاط التجريبية 12 الموضحة في الشكل 5ا ، ب تم تسجيلها في 4 أيام منفصلة ، فمن اللافت انه لوحظ وجود علاقة قويه بين الأداء والمهام المتعلقة بداء الميدريسيس (r = 0.417 0.0005 < 0.939). كما يمكن الاستدلال عليها من الشكل 5ا، كانت هذه العلاقة بسبب التعديلات الناجمة عن مضغ الكريات الصلبة والناعمة. والأكثر دهشة ان الارتباط كان واضحا أيضا عندما تم النظر في التغييرات المناظرة فيما يتعلق بقيم خط الأساس (ص = 0.924 ، ص < 0.001 ، y = 1.210 x + 0.101 ؛ الشكل 5(ب).

من بين 30 المواضيع التي تم تحليلها في دراسة ترامونتي fantozzi et al.30, PI و حدقة كانت مرتبطة بشكل كبير في 26 منها, مع المنحدرات من خطوط الانحدار المقابلة تتراوح بين 0.310-1.327 خدر/s/mm. وكانت التغييرات المناظرة مرتبطة بشكل كبير في 22 موضوعا (مجموعه من المنحدرات: 0.390 – 1.408).

ويمكن الحصول علي أدله اقوي من مشاركه LC في الآثار المحفزة للمضغ علي الأداء المعرفي عن طريق الربط بين التغيرات الناجمة عن المضغ في PI مع التغير في الداء العضلي الذي لوحظ فقط اثناء تنفيذ اختبار المصفوفات. ويمكن تحقيق ذلك في ظل الظروف الطبيعية الأكثر للبروتوكول 2 ، الذي تجري فيه المواضيع اختبار المصفوفات بينما يسجل حجم التلميذ في ان واحد (الشكل 6).

Figure 1
الشكل 1: مثال علي المصفوفات العددية لل Spinnler-Tognoni. ويتمثل الاختبار في تحديد الأرقام المستهدفة المشار اليها أعلاه في كل مصفوفة ، والتي حددها الموضوع. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: مثال لتسجيلات حجم التلميذ من موضوع واحد في البروتوكول 1. (ا) تسجيل حجم التلميذ عند الراحة ، طلقه واحده. (ب) تسجيل حجم التلميذ اثناء المهمة اللمسيه ، طلقه واحده. (ج) التسجيل المستمر لحجم التلميذ عند الراحة لمده 20 ثانيه. (د) التسجيل المستمر لحجم التلميذ اثناء المهمة اللمسيه لمده 20 ثانيه. تشير الأسهم إلى القطع الاثريه الوامضة. في (C) و (D) ، يتم التخلص من البيانات الماخوذه من الوقت 0 إلى الوقت 4 s من التحليل. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: مثال لتسجيلات حجم التلميذ في البروتوكول 2. (ا) صوره لموضوع يرتدي مقياس التعفن. تشير الأرقام 1-3 إلى وضع الكاميرات الثلاث ، التي تسمح بتسجيل السلوك (1) وحجم التلميذ (2-3). (ب) الأثر الأعلى: مستوي البرق البيئي. اثار الأوسط والسفلي: اليسار واليمين حجم التلميذ اثناء أداء المصفوفات Spinnler-Tognoni الاختبار. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: التغيرات في الأداء وداء الورم العضلي المرتبط بالمهام الناجم عن أنشطه حسيه مختلفه في البروتوكول 1. (ا) التغييرات في المؤشر العام. (ب) التغيرات في الداء العضلي المتصل بالمهام. في (A) و (B) ، تمثل النقاط والمربعات السوداء والدوائر والمربعات البيضاء البيانات المتعلقة بمضغ الكريات الصلبة ومضغ الكريات الناعمة وقبضه اليد وعدم النشاط علي التوالي. تم تنفيذ كل نشاط لمده 2 دقيقه من الوقت 5 دقيقه إلى 7 دقيقه. الرجاء انقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: العلاقة بين مؤشر الأداء الذاتي والداء العضلي المرتبط بالمهام. (ا) القيم PI التي يتم الحصول عليها في أوقات مختلفه اثناء الانشطه المختلفة الموضحة في الشكل 4 يتم رسمها كداله للقيم المناظرة لداء الورم العضلي المرتبط بالمهام. (ب) تم رسم التغييرات في مؤشر الأداء العام بالنسبة لT0 (التي تم تقييمها كفرق) كداله للتغيرات المناظرة في الداء العضلي المرتبط بالمهام. في (A) و (B) ، تمثل النقاط والمربعات السوداء والدوائر والمربعات البيضاء البيانات المتعلقة بمضغ الكريات الصلبة ومضغ الكريات الناعمة وقبضه اليد وعدم النشاط علي التوالي. الخطوط المتقطعة هي خطوط انحدار لكافة نقاط البيانات. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6: التسجيل المتزامن للأداء وداء الورم العضلي المرتبط بالمهام. عرض اطار واحد للموضوع الذي يقوم باختبار المصفوفات المنتبه ، ماخوذ من الكاميرا المثبتة علي اطار المقياس. يظهر الجزء الداخلي في الزاوية العلوية اليمني الصور المتزامنة لكلا التلميذين. تمثل الدائرة الخضراء نقطه التثبيت. البقعة الحمراء والدوائر تغرق علي التلميذ هي مركز التلميذ وكفاف ، كما تم تقييمها من قبل نظام التتبع التي تعمل علي أشرطه الفيديو العين. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تتناول البروتوكولات المعروضة في هذه الدراسة التاثيرات الحاده للنشاط الثلاثي التوائم الحسي علي الأداء المعرفي ودور ال LC في هذه العملية. هذا الموضوع له بعض الاهميه ، بالنظر إلى ان 1) اثناء الشيخوخة ، وتدهور النشاط ماستياتوري يرتبط مع تسوس المعرفي32،33،34؛ الناس التي تحافظ علي صحة الفم هي اقل عرضه للظواهر العصبية; 2) الانسداد واستخراج الأسنان يدفع الآثار العصبية في الحيوانية في هيبوكامبال ومستوي القشرية35،36،37،38،39؛ 3) و LC يمارس العمل الغذائي علي الدماغ ، وينظم اقتران الاوعيه العصبية ، ويمنع التهاب العصبي وتراكم بيتا اميلويد11،40؛ 4) هناك أدله علي ان الامراض العصبية يمكن ان تسببها العمليات العصبية في مستوي LC11،40.

ويسمح البروتوكول 1 بتحديد الآثار المحددة للمضغ فيما يتعلق بعمليات التعلم التي تم التعرف عليها بالتكرار المتعاقب للمهمة و (ب) أنواع أخرى من النشاط الحركي العادي. وعلاوة علي ذلك ، فانه يؤسس وجود/عدم وجود علاقة متبادله بين التغيرات في الأداء والركود العضلي ، مع الاخيره تعتبر مؤشرا لتفعيل LC فيزر اثناء المهمة. وتشير هذه الادله بقوة إلى تورط ال LC في اثار التنشيط الثلاثي التوائم. وقد تم تطبيق هذا البروتوكول بنجاح من قبل Tramonti Fantozzi et al.30. وكما يتبين من القسم المتعلق بالنتائج ، يمكن أيضا استخدامه لتقييم درجه اعتماد الأداء علي تغييرات التلاميذ المرتبطة بالاستثارة التي تتم بوساطة ال LC علي مستوي المواضيع الفردية. ويمثل الحصول علي هذا القياس (تنشيط الأداء/LC) متغيرا عصبيا جديدا وهاما يمكن دراسته فيما يتعلق بنوع الجنس والسن وأداره المخدرات وأي حاله سلوكيه.

الحد الرئيسي للبروتوكول 1 هو ان يتم اجراء قياسات حجم التلميذ في البرق المستمر ، وعرقله الرؤية واستبعاد تقييم داء الورم العضلي الذي تم الكشف عنه اثناء مسح المصفوفات. وهذا يلزم تسجيل الداء العضلي اثناء مهمة مختلفه. يتم حل هذه المشكلة عن طريق تنفيذ البروتوكول 2 ، حيث يتم إدخال مقياس الرطوبة يمكن ارتداؤها مع مستشعر الضوء. وبهذه الطريقة ، فمن الممكن ان تسجل الأداء المعرفي والاعتلال العضلي في السياق اثناء نفس المهمة ، مما يوفر أدله أكثر إقناعا حول اثار النشاط الحسي الحركي علي ال سي والأداء. وهذا يساعد أيضا علي معالجه الدراسات الرامية إلى ربط تفعيل LC بالظروف السلوكية. للتطبيق الصحيح للبروتوكول 2 ، يجب توخي الحذر للحفاظ علي مستوي ثابت من الاضاءه البيئية والمعايرة الاوليه للأدوات يمكن ارتداؤها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.

Acknowledgments

ساندت البحث كان بهبات من الجامعة بيزا. نشكر السيد باولو اورسيني ، السيد فرانشيسكو مونتراري ، والسيدة كريستينا بوتشي علي المساعدة الفنية القيمة ، فضلا عن شركه I.A.C.E.R. المسموح لدعم الدكتورة ماريا باولا ترامونتي فانتوتسي مع زمالة. وأخيرا ، نشكر شركه المشاريع OCM لاعداد الكريات الصلبة وأداء صلابة وقياسات ثابته الربيع.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Anti-stress ball Artengo, Decathlon, France TB600
Chewing gum Vigorsol, Perfetti, Italy Commercially available product
Infrared Camera-Wearable pupillometer Pupil Labs, Berlin, Germany Pupil Labs headset
Pupillographer CSO, Florence, Italy MOD i02, with chin support
Silicon rubber Prochima, Italy gls50
Software for pupil detection - wearable pupillometer Pupil Labs, Berlin, Germany Pupil Labs headset
Tangram Puzzle Città del Sole srl, Milano, Italy Tangram Puzzle
Wearable pupillometer Pupil Labs, Berlin, Germany Pupil labs model Dimension of the frame: 13.5 cm x 15.5 cm

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hirano, Y., et al. Effects of chewing on cognitive processing speed. Brain and Cognition. 81 (3), 376-381 (2013).
  2. Hirano, Y., Onozuka, M. Chewing and cognitive function. Brain and Nerve. 66 (1), 25-32 (2014).
  3. Allen, A. P., Smith, A. P. Effects of chewing gum and time-on-task on alertness and attention. Nutritional Neuroscience. 15 (4), 176-185 (2012).
  4. Johnson, A. J., et al. The effect of chewing gum on physiological and self-rated measures of alertness and daytime sleepiness. Physiology & Behavior. 105 (3), 815-820 (2012).
  5. Tucha, O., Mecklinger, L., Maier, K., Hammerl, M., Lange, K. W. Chewing gum differentially affects aspects of attention in healthy subjects. Appetite. 42 (3), 327-329 (2004).
  6. Allen, K. L., Norman, R. G., Katz, R. V. The effect of chewing gum on learning as measured by test performance. Nutrition Bulletin. 33 (2), 102-107 (2008).
  7. Smith, A. Effects of chewing gum on mood, learning, memory and performance of an intelligence test. Nutritional Neuroscience. 12 (2), 81-88 (2009).
  8. Sakamoto, K., Nakata, H., Kakigi, R. The effect of mastication on human cognitive processing: a study using event-related potentials. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 120 (1), 41-50 (2009).
  9. Hirano, Y., et al. Effects of chewing in working memory processing. Neuroscience Letters. 436 (2), 189-192 (2008).
  10. Roger, A., Rossi, G. F., Zirondoli, A. Le rôle des afferences des nerfs crâniens dans le maintien de l'etat vigile de la preparation "encephale isolé". Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 8 (1), 1-13 (1956).
  11. De Cicco, V., et al. Trigeminal, Visceral and Vestibular Inputs May Improve Cognitive Functions by Acting through the Locus Coeruleus and the Ascending Reticular Activating System: A New Hypothesis. Frontiers in Neuroanatomy. 11, 130 (2017).
  12. Samuels, E. R., Szabadi, E. Functional neuroanatomy of the noradrenergic locus coeruleus: its roles in the regulation of arousal and autonomic function part I: principles of functional organisation. Current Neuropharmacology. 6 (3), 235-253 (2008).
  13. Carter, M. E., et al. Tuning arousal with optogenetic modulation of locus coeruleus neurons. Nature Neuroscience. 13 (12), 1526-1533 (2010).
  14. Rajkowski, J., Kubiak, P., Aston-Jones, G. Correlations between locus coeruleus (LC) neural activity, pupil diameter and behaviour in monkey support a role of LC in attention. Society for Neuroscience Abstracts. 19, 974 (1993).
  15. Rajkowski, J., Kubiak, P., Aston-Jones, G. Locus coeruleus activity in monkey: phasic and tonic changes are associated with altered vigilance. Brain Research Bulletin. 35 (5-6), 607-616 (1994).
  16. Alnæs, D., et al. Pupil size signals mental effort deployed during multiple object tracking and predicts brain activity in the dorsal attention network and the locus coeruleus. Journal of Vision. 14 (4), (2014).
  17. Murphy, P. R., O'Connell, R. G., O'Sullivan, M., Robertson, I. H., Balsters, J. H. Pupil diameter covaries with BOLD activity in human locus coeruleus. Human Brain Mapping. 35 (8), 4140-4154 (2014).
  18. Joshi, S., Li, Y., Kalwani, R. M., Gold, J. I. Relationships between Pupil Diameter and Neuronal Activity in the Locus Coeruleus, Colliculi, and Cingulate Cortex. Neuron. 89 (1), 221-234 (2016).
  19. Bradshaw, J. Pupil size as a measure of arousal during information processing. Nature. 216 (5114), 515-516 (1967).
  20. Gabay, S., Pertzov, Y., Henik, A. Orienting of attention, pupil size, and the norepinephrine system. Attention, Perception & Psychophysics. 73 (1), 123-129 (2011).
  21. Usher, M., Cohen, J. D., Servan-Schreiber, D., Rajkowski, J., Aston-Jones, G. The role of locus coeruleus in the regulation of cognitive performance. Science (New York, NY). 283 (5401), 549-554 (1999).
  22. Laeng, B., et al. Invisible emotional expressions influence social judgments and pupillary responses of both depressed and non-depressed individuals. Frontiers in Psychology. 4, (2013).
  23. Silvetti, M., Seurinck, R., van Bochove, M. E., Verguts, T. The influence of the noradrenergic system on optimal control of neural plasticity. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 7, 160 (2013).
  24. Hoffing, R. C., Seitz, A. R. Pupillometry as a glimpse into the neurochemical basis of human memory encoding. Journal of Cognitive Neuroscience. 27 (4), 765-774 (2015).
  25. Kihara, K., Takeuchi, T., Yoshimoto, S., Kondo, H. M., Kawahara, J. I. Pupillometric evidence for the locus coeruleus-noradrenaline system facilitating attentional processing of action-triggered visual stimuli. Frontiers in Psychology. 6, 827 (2015).
  26. Hayes, T. R., Petrov, A. A. Pupil Diameter Tracks the Exploration-Exploitation Trade-off during Analogical Reasoning and Explains Individual Differences in Fluid Intelligence. Journal of Cognitive Neuroscience. 28 (2), 308-318 (2016).
  27. De Cicco, V., Cataldo, E., Barresi, M., Parisi, V., Manzoni, D. Sensorimotor trigeminal unbalance modulates pupil size. Archives Italiennes De Biologie. 152 (1), 1-12 (2014).
  28. De Cicco, V., Barresi, M., Tramonti Fantozzi, M. P., Cataldo, E., Parisi, V., Manzoni, D. Oral Implant-Prostheses: New Teeth for a Brighter Brain. PloS One. 11 (2), e0148715 (2016).
  29. Spinnler, H., Tognoni, G. Italian standardization and classification of Neuropsychological tests. The Italian Group on the Neuropsychological Study of Aging. Italian Journal of Neurological Sciences. 8, 1 (1987).
  30. Tramonti Fantozzi, M. P., et al. Short-Term Effects of Chewing on Task Performance and Task-Induced Mydriasis: Trigeminal Influence on the Arousal Systems. Frontiers in Neuroanatomy. 11, 68 (2017).
  31. Kassner, M., Patera, W., Bulling, A. Pupil: An Open Source Platform for Pervasive Eye Tracking and Mobile Gaze-based Interaction. arXiv.org. , http://arxiv.org/abs/1405.0006 (2014).
  32. Gatz, M., et al. Potentially modifiable risk factors for dementia in identical twins. Alzheimer's & Dementia: The Journal of the Alzheimer's Association. 2 (2), 110-117 (2006).
  33. Okamoto, N., et al. Relationship of tooth loss to mild memory impairment and cognitive impairment: findings from the Fujiwara-kyo study. Behavioral and Brain Functions. 6, 77 (2010).
  34. Weijenberg, R. A. F., Lobbezoo, F., Knol, D. L., Tomassen, J., Scherder, E. J. A. Increased masticatory activity and quality of life in elderly persons with dementia--a longitudinal matched cluster randomized single-blind multicenter intervention study. BMC Neurology. 13, 26 (2013).
  35. Kato, T., et al. The effect of the loss of molar teeth on spatial memory and acetylcholine release from the parietal cortex in aged rats. Behavioural Brain Research. 83 (1-2), 239-242 (1997).
  36. Onozuka, M., et al. Impairment of spatial memory and changes in astroglial responsiveness following loss of molar teeth in aged SAMP8 mice. Behavioural Brain Research. 108 (2), 145-155 (2000).
  37. Watanabe, K., et al. The molarless condition in aged SAMP8 mice attenuates hippocampal Fos induction linked to water maze performance. Behavioural Brain Research. 128 (1), 19-25 (2002).
  38. Kubo, K. Y., Iwaku, F., Watanabe, K., Fujita, M., Onozuka, M. Molarless-induced changes of spines in hippocampal region of SAMP8 mice. Brain Research. 1057 (1-2), 191-195 (2005).
  39. Oue, H., et al. Tooth loss induces memory impairment and neuronal cell loss in APP transgenic mice. Behavioural Brain Research. 252, 318-325 (2013).
  40. Mather, M., Harley, C. W. The Locus Coeruleus: Essential for Maintaining Cognitive Function and the Aging Brain. Trends in Cognitive Sciences. 20 (3), 214-226 (2016).

Tags

العلوم العصبية ، الإصدار 153 ، مدخلات ثلاثية التوائم ، حجم التلميذ ، الأداء المعرفي ، موضع الإكراه ، الاستثارة ، مقياس الرطوبة القابل للارتداء
تقييم التغيرات المرتبطة بالتلميذ في الاستثارة بوساطة الإكراه التي اثارها التحفيز الثلاثي التوائم
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Fantozzi, M. P. T., Banfi, T., De… More

Fantozzi, M. P. T., Banfi, T., De Cicco, V., Barresi, M., Cataldo, E., De Cicco, D., Bruschini, L., d'Ascanio, P., Ciuti, G., Faraguna, U., Manzoni, D. Assessing Pupil-linked Changes in Locus Coeruleus-mediated Arousal Elicited by Trigeminal Stimulation. J. Vis. Exp. (153), e59970, doi:10.3791/59970 (2019).

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