For at kontrollere, om trigeminus effekter på kognitiv ydeevne involverer locus coeruleus aktivitet, to protokoller præsenteres, der har til formål at evaluere mulige korrelationer mellem ydeevne og opgave-relaterede pupilstørrelse ændringer induceret af tygge. Disse protokoller kan anvendes på betingelser, hvorunder der er mistanke om et bidrag fra locus coeruleus.
Aktuel videnskabelig litteratur giver bevis for, at trigeminus sensorimotor aktivitet forbundet med tygge kan påvirke ophidselse, opmærksomhed, og kognitive præstationer. Disse virkninger kan skyldes udbredte forbindelser af trigeminus systemet til det opstigende retikulære aktiveringssystem (ARAS), som noradrenerge neuroner i locus coeruleus (LC) tilhører. LC neuroner indeholder fremskrivninger til hele hjernen, og det er kendt, at deres udledning Co-varierer med pupilstørrelse. LC-aktivering er nødvendig for at fremkalde opgaverelateret mydriasis. Hvis tygge effekter på kognitive præstationer er medieret af LC, er det rimeligt at forvente, at ændringer i kognitiv ydeevne er korrelerede til ændringer i opgave-relaterede mydriasis. To nye protokoller præsenteres her for at verificere denne hypotese og dokumentere, at tygge effekter ikke kan henføres til aspecifik motor aktivering. I begge protokoller registreres de ændringer af ydeevnen og elev størrelsen, der er observeret under specifikke opgaver, før, kort efter og en halv time efter en 2-minutters periode på enten: a) ingen aktivitet, b) rytmisk, bilateralt håndgreb, c) bilateral tygning af blød pellet og d) bilateral tygning af hård pellet. Den første protokol måler præstationsniveauet ved at spotte måltal, som vises i numeriske matricer. Da elev størrelses optagelser registreres af et passende pupillometer, der hæmmer synet for at sikre konstante belysningsniveauer, evalueres opgaverelateret mydriasis under en haptisk opgave. Resultater fra denne protokol afslører, at 1) tygge-induceret ændringer i ydeevne og opgave-relaterede mydriasis er korreleret og 2) hverken ydeevne eller mydriasis forstærkes af håndgreb. I den anden protokol, brug af en wearable pupillometer tillader måling af elev størrelse ændringer og ydeevne under den samme opgave, således at der kan opnås endnu stærkere beviser for LC involvering i trigeminus effekter på kognitiv aktivitet. Begge protokoller er blevet kørt i den historiske afdeling af Prof. Giuseppe Moruzzi, Discoverer af ARAS, ved universitetet i Pisa.
Hos mennesker, det er kendt, at tygge levendegør kognitiv behandling1,2 og forbedrer ophidselse3,4, opmærksomhed5, læring, og hukommelse6,7. Disse virkninger er forbundet med afkortning af latencer af kortikale hændelsesrelaterede potentialer8 og en stigning i perfusion af flere kortikale og subkortikale strukturer2,9.
Inden for kranielle nerver bæres de mest relevante oplysninger, der opretholder kortikale desynkronisering og ophidselse, med trigeminus fibre10, sandsynligvis på grund af kraftige trigeminus forbindelser til det opstigende retikulære aktiveringssystem (ARAS)11. Blandt ARAS strukturer, locus coeruleus (LC) modtager trigeminus indgange11 og modulerer ophidselse12,13, og dens aktivitet covarier med pupilstørrelse14,15,16,17,18. Selvom relationen mellem LC-hvile aktivitet og kognitiv ydeevne er kompleks, fører opgaverelateret forbedring af LC-aktivitet til ophidselse-associeret19 pupil mydriasis20 og forbedret kognitiv ydeevne21. Der er pålidelig covariation mellem LC aktivitet og pupilstørrelse, og sidstnævnte er i øjeblikket betragtes som en proxy af centrale noradrenerge aktivitet22,23,24,25,26.
Asymmetrisk aktivering af sensorimotor trigeminus grene inducerer elev asymmetrier (Anisocoria)27,28, hvilket bekræfter styrken af trigemino-coerulear-forbindelsen. Hvis LC deltager i de stimulerende virkninger af at tygge på kognitiv ydeevne, det kan påvirke parallel opgave-relaterede mydriasis, som er en indikator for LC phasic aktivering under en opgave. Det kan også påvirke ydeevnen, så en korrelation kan forventes mellem tygge-induceret ændringer i ydeevne og mydriasis. Desuden, hvis trigeminus effekter er specifikke, tygge effekter bør være større end dem, der er fremkaldt af en anden rytmisk motorisk opgave. For at afprøve disse hypoteser præsenteres to forsøgsprotokoller hermed. De er baseret på kombinerede målinger af kognitiv ydeevne og pupilstørrelse, udført før og efter en kort periode med tygge aktivitet. Disse protokoller anvender en test, der består i at finde måltal, som vises i numeriske, opmærksomme matricer29sammen med ikke-måltal. Denne test kontrollerer opmærksomme og kognitive præstationer.
Det overordnede mål med disse protokoller er at illustrere, at trigeminus stimulation fremkalder specifikke ændringer i kognitiv ydeevne, som ikke specifikt kan tilskrives generering af motoriske kommandoer og er relateret til elev relaterede ændringer i LC-medierede Ophidselse. Anvendelser af protokollerne strækker sig til alle adfærdsmæssige forhold, hvor ydeevnen kan måles og involvering af LC er mistænkt.
De protokoller, der præsenteres i denne undersøgelse adresse de akutte virkninger af sensorimotor trigeminus aktivitet på kognitive præstationer og rollen af LC i denne proces. Dette emne har en vis relevans, i betragtning af at 1) under aldring, forringelse af mastikatorisk aktivitet korrelerer med kognitiv forfald32,33,34; mennesker, der bevarer oral sundhed er mindre tilbøjelige til neurodegenerative fænomener; 2) malok…
The authors have nothing to disclose.
Forskningen blev støttet af tilskud fra universitetet i Pisa. Vi takker hr. Paolo Orsini, hr. Francesco Montanari, og fru Cristina Pucci for værdifuld teknisk assistance, samt I.A.C.E.R. S.r.L. Company for at støtte Dr. Maria Paola Tramonti Fantozzi med et stipendium. Endelig takker vi OCM projects Company for at forberede hårde pellets og udføre hårdhed og fjeder konstante målinger.
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 x 15.5cm |