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Neuroscience

三叉刺激によって引き起こすローカス・コエルールス媒介性覚醒における瞳孔結合変化の評価

Published: November 26, 2019 doi: 10.3791/59970
* These authors contributed equally

Summary

認知能力に対する三叉効果が遺伝子座のコエルール活動を伴うかどうかを検証するために、咀嚼によって誘発されるパフォーマンスとタスク関連の瞳孔サイズ変化との間の可能な相関関係を評価することを目的とした2つのプロトコルが提示される。これらのプロトコルは、遺伝子座のコエルールの寄与が疑われる条件に適用され得る。

Abstract

現在の科学文献は、咀嚼に関連する三叉感覚運動活動が覚醒、注意、認知能力に影響を与える可能性があるという証拠を提供する。これらの効果は、軌跡性コエルール(LC)が属する上行網活性化システム(ARAS)への三叉系の広範な接続に起因し得る。LCニューロンは脳全体への突起を含み、その分泌物は瞳孔の大きさによって共に変化することが知られている。LC活性化は、タスク関連のミドリアシスを引き出すに必要です。認知能力に対する噛み付き効果がLCによって媒介される場合、認知能力の変化はタスク関連のミドリア症の変化と相関していると考えるのが妥当である。この仮説を検証し、噛み合う効果が特異的な運動活性化に起因しないことを文書化するために、2つの新しいプロトコルがここに提示されます。どちらのプロトコルでも、特定のタスク中に観察されるパフォーマンスと瞳孔サイズの変化は、a)活動なし、b)リズミカル、両側ハンドグリップ、c)ソフトペレットの二国間咀嚼、およびd)の2分の期間の前、直後、および30分後に記録されます。硬いペレットの両側噛み。最初のプロトコルは、数値行列内に表示されるターゲット番号を見つける場合のパフォーマンス レベルを測定します。瞳孔サイズの記録は、一定の照明レベルを確保するために視力を妨げる適切な瞳孔計によって記録されるため、タスク関連のmydriasisは触覚タスク中に評価されます。このプロトコルの結果は、1)噛む誘発性の変化およびタスク関連のmydriasisが相関し、2)パフォーマンスもミドリア症もハンドグリップによって増強されることを明らかにした。第2のプロトコルでは、ウェアラブル瞳孔計を使用すると、同じタスク中に瞳孔サイズの変化とパフォーマンスを測定できるため、認知活動に対する三叉の影響におけるLC関与に関するより強い証拠が得られます。両方のプロトコルは、ピサ大学のARASの発見者であるジュゼッペ・モルッツィ教授の歴史事務所で実行されています。

Introduction

ヒトでは、噛むことは認知処理1、2を速くし、覚醒3、4、注意5、学習、および記憶6、7を改善することが知られている。これらの効果は、皮質事象関連電位8の遅延の短縮およびいくつかの皮質および皮質下構造灌流の増加に関連する2、9である。

脳神経内では、皮質崩壊および覚醒を持続する最も関連性の高い情報は、三叉繊維10によって運ばれ、上昇する網状活性化システム(ARAS)11への強い三叉接続に起因する可能性が高い。ARAS構造の中で、軌跡コエルール(LC)は三叉入力11を受け取り、覚醒12、13を調節し、その活性は瞳孔サイズ14、15、16、17、18と共変性する。LC休息活性と認知能力との関係は複雑であるが、LC活性のタスク関連増強は覚醒関連19瞳孔性乳房症20および認知能力の向上につながる。LC活性と瞳孔サイズとの間には信頼性の高い共変性があり、後者は現在、中央ノルアドレナリン活性22、23、24、25、26の代理と考えられている。

感覚運動三叉枝の非対称活性化は、瞳孔非対称性(アニソコリア)27、28を誘導し、三叉尾体接続の強度を確認する。LCが認知能力に対する噛み付きの刺激効果に関与する場合、タスク中のLCファシック活性化の指標である並列タスク関連のmydriasisに影響を与える可能性があります。また、パフォーマンスに影響を与える可能性があるため、噛み合によるパフォーマンスの変化とミドリア症の間に相関関係が期待できます。さらに、三叉効果が特異的である場合、噛む効果は、別のリズムモータータスクによって引き起こされるものよりも大きくする必要があります。これらの仮説をテストするために、2つの実験プロトコルがここで提示される。それらは認知能力および瞳孔サイズの組み合わせ測定値に基づいており、短期間の咀嚼活動の前後に行われる。これらのプロトコルは、非ターゲット数と共に、数値の注意行列29に表示される目標数値を見つけることに関するテストを利用する。このテストは、注意深く、認知のパフォーマンスを検証します。.

これらのプロトコルの全体的な目標は、三叉刺激が認知能力の特定の変化を引き起こすことを示すものであり、これは運動コマンドの生成に特異的に帰属することができず、LC媒介の瞳孔結合の変化に関連している覚醒。プロトコルの適用は、パフォーマンスを測定し、LCの関与が疑われるすべての行動条件に及びます。

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Protocol

すべてのステップは、ピサ大学の倫理委員会のガイドラインに従います.

1. 参加者募集

  1. 研究の特定の目標に従って被験者集団を募集する(すなわち、正常な被験者および/または患者、男性および/または女性、若者および/または長老)。

2. 材料準備

  1. 柔らかいペレットを準備します。市販のチューインガム(材料表、初期硬度=20ショアOO)を使用してください。
  2. 硬いペレットを準備します。シリコンゴムペレットを使用してください(材料表:一定硬度=60ショアOO)30。
  3. ハンドグリップタスクのための抗ストレスボールを準備します。ポリウレタンフォーム製ボールを使用してください (材料の表; 一定硬度 = 30 ショア OO)30.
  4. 触覚タスクを実行するためのタングラムパズル(材料の表、ピース数=7個)を準備します。

3. 実験のフローチャート

  1. プロトコル 1 のフローチャート
    1. 認知(行列)検定(T0、制御)でベースラインパフォーマンスを評価します(セクション4.1を参照)。
    2. 瞳孔のサイズを評価する (セクション 4.2 を参照) 休息時 (被験者から要求されたアクティビティなし) (T0, 制御)。
    3. タングラム(T0、コントロール)に基づいて触覚タスク中に瞳孔サイズを評価します。
      1. パズルからピースの1つを削除し、被験者の手に置きます。
      2. パズルを見ずに、パズルにピースを戻すために主題に尋ねます。
    4. 手順 3.1.4.1 ~ 3.1.4.4 に従って、各被験者に 2 分間 3 つの特定のアクティビティを実行するか、2 分間休息するように依頼します。異なる日(セッション間の2~3日)に発生する別々のセッションでこれらのアクティビティを実行するように被験者に依頼します。
      1. 被験者に2分間、自己投与された柔らかいペレットを噛み、自発的に噛む速度と口の側面の両方を選択させる。1分噛んだ後、噛む側(とペレット)を変えてもらいましょう。
      2. 被験者に自己投与硬質ペレットを2分間噛むよう依頼する。1分後、彼/彼女に噛む側を変えてもらいなさい(ペレットは変えない)。
      3. 被験者に対し、2分間の抗ストレスボール(ハンドグリップ運動)のリズミカルな絞りを行い、選択の手で行います。1分後、被験者に手を切り替えてもらいます。
      4. 被験者に2分間休息(活動なし)を尋ねます。
    5. 各ステップの終了直後 (3.1.4.1 – 3.1.4.4.4) は、休息時および触覚タスク (T7) の間に行列テストと瞳孔サイズのパフォーマンスを評価します。
      注:「安静時」という用語は、瞳孔サイズ測定中の被験者がリラックスしていることを意味する。「触覚タスク中」という用語は、瞳孔サイズ測定中の被験者がタングラムに基づいてタスクを実行していることを意味する。
    6. 各ステップの終了後 30 分後 (3.1.4.1 – 3.1.4.4.4) は、静止時および触覚タスク (T37) の間にパフォーマンスと瞳孔サイズを評価します。
  2. プロトコル 2 のフローチャート
    1. 被験者が休んでいる間に瞳孔のサイズを評価する(T0、制御;セクション4.3を参照)。
    2. 生徒のサイズ(T0、制御)を同時にテストしながら、認知(行列)テストでベースラインパフォーマンスを評価します。
    3. 手順 3.2.3.1 ~ 3.2.3.4 に従って、各被験者に 2 分間 3 つの特定のアクティビティを実行するか、2 分間休息するように依頼します。異なる日(セッション間の2~3日)に発生する別々のセッションでこれらのアクティビティを実行するように被験者に依頼します。
      1. 被験者に2分間、自己投与された柔らかいペレットを噛み、自発的に噛む速度と口の側面の両方を選択させる。1分噛んだ後、噛む側(とペレット)を変えてもらいましょう。
      2. 被験者に自己投与硬質ペレットを2分間噛むよう依頼する。1分後、彼/彼女に噛む側を変えてもらいなさい(ペレットは変えない)。
      3. 被験者に対し、2分間の抗ストレスボール(ハンドグリップ運動)のリズミカルな絞りを行い、その選択の側に置いてもらう。1分後、被験者に手を切り替えてもらいます。
      4. 被験者に2分間リラックス(活動なし)を依頼します。
    4. 各ステップの終了直後 (ステップ 3.2.3.1 – 3.2.3.4) の直後に、マトリックス テスト (T7) で、休止時の瞳孔サイズとパフォーマンスと生徒サイズの両方を評価します。
    5. 各ステップの終了後30分(ステップ3.2.3.1~3.2.3.4)で、マトリックステスト(T37)で、安静時の瞳孔サイズとパフォーマンスと瞳孔サイズの両方を評価します。

4. プロトコル1および2の測定変数

  1. 認知能力
    注:プロトコル1と2の両方で、スピンラー・トニョーニ数値行列29の修正バージョンに基づくテストを用いて認知性能を測定する。
    1. 紙に印刷された 3 つの数値行列 (10 x 10) を被写体に表示します。次に、被験者にマトリックスラインを順次スキャンしてもらい、15s以内の各行列(図1)の上に示された目標数のできるだけ多くの鉛筆(表示された300個の数字のうち60個のターゲット)を刻みます。
    2. T0、T7、T37でターゲット番号の位置が異なる行列を利用して、学習プロセスに関連するコンファウンダーの導入を回避します。
    3. パフォーマンス インデックス (PI)、スキャン レート (SR)、およびエラー率 (ER) をオフラインで評価します。SR = (ターゲット + 15 s でスキャンされた非ターゲット番号)/15;ER = (見逃されたターゲット番号 + 15 秒で下線が引かれた非ターゲット番号)/15。
  2. プロトコル 1 の瞳孔サイズ
    1. 次の2つの取得手順のいずれかを使用して、環境の視力を妨げる角膜トフォグラファー瞳孔(材料の表)を使用して瞳孔サイズ測定のための被験者を準備します。
      1. 40ルクスの一定の照明レベルで瞳孔の単一のカメラショットを記録し、角膜地形図-瞳孔の特定のボタンを押します。カメラと瞳孔の間に最適な作業距離を56mm維持します。
        注:一定の照明で測定される瞳孔サイズの変動の低レベルのために、単一の測定で十分である。
      2. 瞳孔の連続記録を実行する(サンプリングレート = 5 Hz;図2C,D)を連続集録モダリティで示す。この時間の経過中に瞳孔径が大きくなっていくので、最初の20~50個の測定値(4~10s)を破棄します(取得は40ルクスで瞳孔照明をオフにしてから始まります)。残りの測定値を平均化します。
    2. 安静時に左右の目の瞳孔サイズを別々に記録します(ステップ3.1.2、3.1.5、および3.1.6)。
    3. 触覚タスク中に瞳孔のサイズを記録します(ステップ3.1.3、3.1.5、3.1.6;左右別々)。シングルショットモダリティ(ステップ4.2.1.1)を使用する場合は、パズル表面探査の開始時に、2つのタスクの繰り返しの2回目の間に写真を取得します。連続記録モード(ステップ4.2.1.2)で、パズルのピースが被写体の手に入れられたときに取得を開始します。
    4. ソフトウェアによって表示される値(mm)の直接取得によって、安静時および触覚タスク中にオフラインの左右の瞳孔サイズを評価します。触覚タスク中に瞳孔サイズから瞳孔サイズを差し引いて、タスク関連のミドリア症を計算し、すべての平均左右値を取得します。
  3. プロトコル 2 の瞳孔サイズ
    1. ウェアラブル瞳孔計/アイトラッカー(図3A)を用いて瞳孔サイズ測定用の被験者を準備し、次の手順に従って、3Dプリントガラスフレーム構造に恵まれた。
      1. 被験者にウェアラブル瞳孔計を着用させる。フレーム(材料の表)から生じるバーに取り付けられた2台の赤外線カメラ(図3A-2,3)の位置を調整して、目がカメラの視野内にあり、焦点を合わせるようにします。
      2. ウェアラブル瞳孔計に付属のソフトウェアによってオンラインで処理され、「平均的な」人間の眼の幾何学的モデルを使用して瞳孔径(mm)を提供する瞳孔(サンプリングレート=120 Hz)の画像を取得します。点滅アーティファクトを無視します。
      3. ウェアラブル瞳孔計フレームに取り付けられた校正済み対数光センサーを使用して、環境照明レベルを連続的に記録します。ウェアラブル瞳孔計に取り付けられた正面RGBカメラ(図3A-1)を使用して、視線の挙動を研究するのに役立つ被験者の視野(サンプリングレート= 30 Hz)を記録します。
    2. 20 s の休息中の 2 人の生徒のサイズを同時に記録します (図 3B)。
    3. 被験者がスピンラー・トニョーニ試験を行っている間に生徒のサイズを記録し、生徒のサイズと認知能力を同時に記録するように(ステップ3.2.2、3.2.4、および3.2.5)。
    4. 各瞳孔の取得値(n = 2,400)を平均化することにより、安静時およびスピンラー・トニョーニ試験中にオフラインの左右の瞳孔サイズを評価します。マトリックステスト中に瞳孔サイズから瞳孔サイズを差し引き、その後、すべての平均左右値を減算して、タスク関連のmydriasisを計算します。
  4. 視線位置
    注:セクション4.3から得られた2人の生徒の画像を使用して、固定ポイントをオンラインで再構築します。取得したフレームをリアルタイムで処理し、アイトラッカーを装着した被験者ごとに特異的に以前に計算された伝達関数31を用いて視線固定点を推定する。
    1. 必要に応じて、プロトコル2を実行する際に、瞳孔画像から視線位置を再構成する。これを行うには、セクション4.1で使用されるマトリックスシートの4つのコーナーに4つのコンピュータ検出可能なビジョンマーカー(計測器ソフトウェアのArUcoまたはAprilTagライブラリ)を追加します。
    2. キャリブレーションシステム(使用する瞳ヘッドセットとしてアイトラッカーソフトウェアに埋め込まれたもの)がデータを取得し、2人の生徒の画像から始めて、固定点をマッピングする伝達関数のパラメータを評価します。例として、フレームに取り付けられ、視野に面した追加の RGB カメラによって同時に記録される、自分の視野(マトリックス シートの 4 つのコーナーとシート自体の中心)に表示される定義済みの一連のポイントを対象に質問します。
    3. 行列テスト中に瞳孔サイズを記録します。
    4. 件名の視野のすべてのフレームにマークとして表示されるオフライン視線位置を計算します。4 つのマーカーを使用して、フレーム間のマトリックス上の視線位置を追跡します。

5. 統計分析

  1. 反復測定ANOVAと統計ソフトウェアパッケージを使用して、4つの条件(活動なし、ハンドグリップ、ソフトペレット、ハードペレット)で、タスク誘発性のミドラ症、PI、SR、ERを3回(T0、T7、T37)で分析します。
  2. 4つの条件下でベースライン値(T0)に関する変数の変化を分析し、反復測定ANOVAを使用して2回(T7、T37)のベースライン値(T0)を分析します。
  3. ANOVAを実行しているときに、ソフトウェアがデータ分布が球状ではないことを示す場合は、出力された統計表から温室効果ガイザーε補正に対応するp値を取ります。
  4. T7およびT37のパフォーマンス(PI、SR、ER)の変化を、線形回帰分析によってタスク関連のmydriasisで観察されたものと相関させます。

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Representative Results

図4は、プロトコル1が単一の被験者(46歳、女性)に適用された場合に得られた結果の代表例を示す。PI は、ハード (1.73 numb/s から 2.27 numb/s) とソフト ペレット (1.67 numb/s から 1.87 numb/s) の両方を噛んだ直後に増加しました (図 4A)。しかし、30分後(T37)、ハードペレットに対してのみ性能向上が持続した。一方、活動不足とハンドグリップ運動の両方がパフォーマンスに悪影響を及ぼし、1.73 numb/sから1.67 numb/sに、1.6 numb/sから1.53 numb/sに低下し、最後の実験評価で30分後に観察された回復傾向がありました。

図4Bに観察したように、タスク関連の菌症について定性的に同様の変化が観察された。この例では、測定は被験者が休んでいるときにランダムに採取された個々のサンプルで構成されていました。触覚タスク中に、2つのサンプルが記録されましたが、最初のサンプルは破棄されました。あるいは、器具の連続集録モードでは、100サンプルを20sで記録し、最初の20〜50の測定値は無視され、残りは点滅アーティファクトの除去後に平均化された(図2C,D)。個々のサンプルは、瞳孔のサイズが目の照明のスイッチオフに続いて非常に安定したレベル4〜10sに達するという事実のために、平均値を密接に反映しています(図2C,D)。図4および図5に示すデータは、30人の被験者の集団で複製されており、チューイングおよびハンドグリップによる変化の両方が統計的に確認された。一方、被験者がいかなる活動にも関与していなかった場合、T7およびT37の両方で認知能力およびmydriasis30に改変はなかった。

1)性能とマイドリア症が異なるタスクで記録され、2)図5A、Bに示す12の実験点が4日に別々に記録されたにもかかわらず、性能とタスク関連のミドリア症(r=0.939、p<0.0005、y=1.166x-0.417)との間に強い相関関係が認められたことは注目に値する。図5Aから推測できるように、この関係は、硬くて柔らかいペレットを噛むことによって誘発される改変によるものであった。さらに驚くべきことに、ベースライン値に関する対応する変更が考慮された場合にも相関関係が明らかでした(r = 0.924、p < 0.001、y = 1.210x + 0.101;図 5B) を図 5 に示します。

トラモンティ・ファントッツィらの研究で分析された30人の被験者の中で、PIとミドリア症は、0.310~1.327のしびれ/s/mmの範囲の対応する回帰直線の傾きと、そのうちの26で有意に相関していた。対応する変化は、22の被験者(斜面の範囲:0.390-1.408)で有意に相関した。

認知能力に対する噛み付きの刺激効果にLC関与のさらに強い証拠は、マトリックス試験の実行中にのみ観察される菌症の変化とPIの咀嚼誘発変化を相関させることによって得ることができる。これは、被験者が分位サイズを同時に記録しながら行列テストを行うプロトコル2のより自然な条件下で達成することができる(図6)。

Figure 1
図1:スピンラー・トニョーニ数値行列の例テストは、被験者によってチェックされた各行列の上に示された目標番号を識別することになる。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 2
図2:プロトコル1の単一の被験者からの瞳孔サイズ記録の例。(A)安静時の瞳孔サイズの記録、シングルショット。(B)触覚タスク中の瞳孔サイズの記録、シングルショット。(C)20sのための休息中の瞳孔サイズの連続記録(D)20sのための触覚タスク中の瞳孔サイズの連続記録は、点滅するアーティファクトを示す。(C)及び(D)において、時間0から時間4sまでのデータは分析から廃棄される。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 3
図 3: プロトコル 2 の瞳孔サイズ記録の例(A) 瞳孔計を装着した被験者の写真。数字 1 ~ 3 は、3 台のカメラの位置を示し、動作 (1) と瞳孔サイズ (2~3) の記録を許可します。(B) トップトレース:環境軽量化のレベル。中部および下部のトレース:スピネンラー・トニョーニ行列試験の性能中の左右の瞳孔サイズ。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 4
図4:プロトコル1における異なる感覚運動活動によって引き起こされるパフォーマンスおよびタスク関連のmydriasisの変化。(A) PI の変更。(B) タスク関連のミドラ症の変化(A)と(B)において、ドット、黒い正方形、円および白い正方形は、それぞれ硬いペレットを噛み、柔らかいペレットを噛み、ハンドグリップ、および活動を行っていないに対するデータを表す。各活動は、時間5分から7分までの2分間行われました。

Figure 5
図5:PIとタスク関連のミドラ症の関係図4に示す異なる活動中に異なる時間に得られたPI値は、タスク関連のmydriasisの対応する値の関数としてプロットされる。(B)T0に対するPIの変化(差分として評価)は、タスク関連のmydriasisにおける対応する変化の関数としてプロットされている。(A)と(B)において、ドット、黒い正方形、円、白い正方形は、それぞれ硬いペレットを噛み、柔らかいペレットを噛み、ハンドグリップ、および活動を行っていないに対するデータを表します。破線は、すべてのデータ ポイントの回帰直線です。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 6
図6:パフォーマンスとタスク関連のmydriasisの同時記録注意マトリックス試験を行う被験者の単一フレームビューは、瞳孔計フレームに取り付けられたカメラから撮影した。右上隅の差し込みは、両方の生徒の同時画像を示しています。緑色の円は固定点を表します。瞳孔に溺れる赤い斑点と円は、瞳孔の中心と輪郭であり、眼のビデオで動作する追跡システムによって評価される。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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Discussion

本研究で提示されたプロトコルは、認知能力に対する感覚運動三叉活性の急性影響と、この過程におけるLCの役割に対処する。このトピックは、1)老化中に、肥満活動の悪化が認知崩壊32、33、34と相関することをえると、いくつかの関連性を持っています。口腔の健康を維持する人々は、神経変性現象を起こしにくい;2)マ閉塞および歯の抽出は海馬および皮質レベル35、36、37、38、39の動物の神経変性効果を誘発する;3)LCは、脳に栄養作用を発揮し、神経血管結合を調節し、β-アミロイド11、40の神経炎症および蓄積を阻害する;4)神経変性疾患がLCレベル11、40の神経変性プロセスによって引き起こされ得る証拠がある。

プロトコル1は、タスクおよびb)他の種類の通常の運動活動の連続的な繰り返しによって引き起こされるa)学習プロセスに関して噛むことの特定の効果の定義を可能にする。さらに、パフォーマンスとミドリア症の変化との間の相関関係の有無を確立し、後者はタスク中のファシックLC活性化の指標と見なされます。この証拠は、感覚運動三叉活性化の効果にLCの関与を強く示唆している。このようなプロトコルは、トラモンティ・ファントッツィら30によって正常に適用されました。結果セクションに見られるように、個々の被験者のレベルでLC媒介覚醒にリンクされた瞳孔変化に対するパフォーマンスの依存性の程度を評価するためにも利用され得る。この測定値(パフォーマンス/LC活性化)を得ることは、性別、年齢、薬物投与、および任意の行動状態に関連して研究することができる新しい重要な神経心理学的変数を表す。

プロトコル1の主な制限は、瞳孔サイズ測定が一定の軽量化で行われ、視力を妨げ、マトリックススキャン中に引き起こされるミドリアシスの評価を排除することです。これは、別のタスク中にmydriasisの記録を義務付けます。この問題は、光センサを受けたウェアラブル瞳孔計が導入されたプロトコル2を行うことによって解決される。このようにして、同じタスク中に認知能力とミドリア症の両方を文脈的に記録することができ、LCおよびパフォーマンスに対する感覚運動活動の影響に関するより魅力的な証拠を提供する。これはまた、LC活性化を行動条件に関連付けることを目的とした研究に対処するのに役立ちます。プロトコル2を正しく適用するには、一定のレベルの環境照明とウェアラブル機器の予備キャリブレーションを維持するように注意する必要があります。

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Disclosures

著者たちは何も開示する必要はない。

Acknowledgments

研究はピサ大学の助成金によって支えられた。パオロ・オルシーニ氏、フランチェスコ・モンタナリ氏、クリスティーナ・プッチ夫人の貴重な技術支援に感謝するとともに、マリア・パオラ・トラモンティ・ファントッツィ博士を親睦してくれたI.A.C.E.R.S.R.L.の会社に感謝します。最後に、OCMプロジェクト会社が硬いペレットを準備し、硬さとばね定数測定を行ってくれたことに感謝します。

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

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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).

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神経科学,問題153,三叉入力,瞳孔サイズ,認知性能,軌跡同士,覚醒,ウェアラブル瞳鏡計
三叉刺激によって引き起こすローカス・コエルールス媒介性覚醒における瞳孔結合変化の評価
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Fantozzi, M. P. T., Banfi, T., DeMore

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).

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