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Neuroscience

Evaluación de los cambios vinculados a los alumnos en La estimulación trigéminal mediada por Locus Coeruleus

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

Para verificar si los efectos trigéminos sobre el rendimiento cognitivo implican actividad de locus coeruleus, se presentan dos protocolos que tienen como objetivo evaluar posibles correlaciones entre el rendimiento y los cambios en el tamaño de la pupila relacionados con la tarea inducidos por la masticación. Estos protocolos pueden aplicarse a condiciones en las que se sospeche la contribución de locus coeruleus.

Abstract

La literatura científica actual proporciona evidencia de que la actividad sensorimotor trigémino asociada con la masticación puede afectar la excitación, la atención y el rendimiento cognitivo. Estos efectos pueden deberse a conexiones generalizadas del sistema trigémino al sistema de activación reticular ascendente (ARAS), al que pertenecen las neuronas noradrenérgicas del locus coeruleus (LC). Las neuronas LC contienen proyecciones a todo el cerebro, y se sabe que su secreción varía con el tamaño de la pupila. La activación de LC es necesaria para provocar la midriasis relacionada con tareas. Si los efectos de masticación en el rendimiento cognitivo están mediados por la LC, es razonable esperar que los cambios en el rendimiento cognitivo se correlacionan con los cambios en la midaría relacionada con la tarea. Aquí se presentan dos protocolos novedosos para verificar esta hipótesis y documentar que los efectos de masticación no son atribuibles a la activación del motor específico. En ambos protocolos, los cambios de rendimiento y tamaño de la pupila observados durante tareas específicas se registran antes, poco después, y media hora después de un período de 2 minutos de cualquiera de: a) sin actividad, b) agarre rítmico, bilateral, c) masticación bilateral de pellets blandos, y d) masticación bilateral de pellet duro. El primer protocolo mide el nivel de rendimiento en la detección de números de destino que se muestran en matrices numéricas. Dado que las grabaciones del tamaño de la pupila se registran mediante un pupilómetro adecuado que impide la visión para garantizar niveles de iluminación constantes, la midriasis relacionada con la tarea se evalúa durante una tarea háptica. Los resultados de este protocolo revelan que 1) los cambios inducidos por la masticación en el rendimiento y la midriasis relacionada con tareas están correlacionados y 2) ni el rendimiento ni la midriasis se mejoran con la empuñadura. En el segundo protocolo, el uso de un pupilómetro portátil permite medir los cambios de tamaño de la pupila y el rendimiento durante la misma tarea, permitiendo así obtener pruebas aún más sólidas con respecto a la participación de LC en los efectos trigéminos sobre la actividad cognitiva. Ambos protocolos se han ejecutado en la oficina histórica del profesor Giuseppe Moruzzi, el descubridor de ARAS, en la Universidad de Pisa.

Introduction

En los seres humanos, se sabe que masticar acelera el procesamiento cognitivo1,2 y mejora laexcitación 3,4, atención5, aprendizaje, y la memoria6,7. Estos efectos se asocian con el acortamiento de las latencias de las potencialidades corticales relacionadas con eventos8 y un aumento de la perfusión de varias estructuras corticales y subcorticales2,9.

Dentro de los nervios craneales, la información más relevante que sustenta la desincronización cortical y la excitación se transporta mediante fibras trigéminos10,probablemente debido a fuertes conexiones trigémino al sistema ascendente de activación reticular (ARAS)11. Entre las estructuras ARAS, el locus coeruleus (LC) recibe las entradas trigéminos11 y modula la excitación12,13, y su actividad covarios con pupila tamaño14,15,16,17,18. Aunque la relación entre la actividad de reposo de LC y el rendimiento cognitivo es compleja, la mejora relacionada con las tareas de la actividad lc conduce a la momiasis de19 alumnos asociada a la excitación20 y un rendimiento cognitivo mejorado21. Existe una covariación fiable entre la actividad LC y el tamaño de la pupila, y esta última se considera actualmente un apoderado de la actividad central noradrenérgica22,23,24,25,26.

La activación asimétrica de las ramas trigéminos sensorimotor induce asimetrías pupilas (anisocoria)27,28,confirmando la fuerza de la conexión trigemino-coerulear. Si la LC participa en los efectos estimulantes de masticar en el rendimiento cognitivo, puede afectar a la midriasis paralela relacionada con la tarea, que es un indicador de activación fásica LC durante una tarea. También puede afectar el rendimiento, por lo que se puede esperar una correlación entre los cambios inducidos por masticar en el rendimiento y la midriasis. Por otra parte, si los efectos del trigémino son específicos, los efectos de masticación deben ser mayores que los provocados por otra tarea motora rítmica. Para probar estas hipótesis, se presentan dos protocolos experimentales. Se basan en mediciones combinadas de rendimiento cognitivo y tamaño de la pupila, realizadas antes y después de un corto período de actividad de masticación. Estos protocolos utilizan una prueba que consiste en encontrar los números de destino mostrados en las matrices numéricas atentas29,junto con los números no objetivo. Esta prueba verifica el rendimiento atento y cognitivo.

El objetivo general de estos protocolos es ilustrar que la estimulación trigémino provoca cambios específicos en el rendimiento cognitivo, que no se pueden atribuir específicamente a la generación de comandos motores y están relacionados con los cambios vinculados a los alumnos en Excitación. Las aplicaciones de los protocolos se extienden a todas las condiciones de comportamiento en las que se puede medir el rendimiento y se sospecha la participación de la LC.

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Protocol

Todos los pasos siguen las directrices del Comité Ético de la Universidad de Pisa.

1. Reclutamiento de participantes

  1. Reclutar a una población sujeta de acuerdo con el objetivo específico del estudio (es decir, sujetos normales y/o pacientes, hombres y/o mujeres, jóvenes y/o ancianos).

2. Preparación de materiales

  1. Preparar un pellet suave; utilizar goma de mascar disponible en el uso comercial(Tabla de materiales;dureza inicial 20 Shore OO).
  2. Preparar un pellet duro; utilizar pellets de caucho de silicio(Tabla de materiales;dureza constante á 60 Shore OO)30.
  3. Prepara una bola antiestrés para una tarea de empuñadura. Utilice una bola de poliuretano hecha con espuma(Tabla de materiales;dureza constante 30 Shore OO)30.
  4. Preparar un rompecabezas de tangram(Tabla de materiales; número de piezas de siete) para realizar la tarea háptica.

3. Diagrama de flujo del experimento

  1. Diagrama de flujo del protocolo 1
    1. Evaluar el rendimiento basal (ver sección 4.1) en la prueba cognitiva (matrices) (T0, control).
    2. Evaluar el tamaño de la pupila (ver sección 4.2) en reposo (no se solicita ninguna actividad al sujeto) (T0, control).
    3. Evaluar el tamaño de la pupila durante una tarea háptica basada en el tangram (T0, control).
      1. Retire una de las piezas del rompecabezas y colóquela en la mano del sujeto.
      2. Pídale al sujeto que vuelva a poner la pieza en el rompecabezas, sin mirar el rompecabezas.
    4. Pida a cada sujeto que realice tres actividades específicas durante 2 minutos o que descanse durante 2 min, de acuerdo con los pasos 3.1.4.1–3.1.4.4. Pida a los sujetos que realicen estas actividades en sesiones separadas que ocurren en días diferentes (2-3 días entre sesiones).
      1. Pídale al sujeto que mastique un pellet suave autoadministrado durante 2 minutos, dejándole elegir espontáneamente tanto la tasa de masticación como el lado de la boca en el que masticar. Después de 1 minuto de masticar, pídale que cambie el lado masticador (y el pellet).
      2. Pida al sujeto que mastique un pellet duro autoadministrado durante 2 min. Después de 1 min, pídale que cambie el lado masticador (pero no el pellet).
      3. Pídale al sujeto que realice una compresión rítmica de una bola antiestrés (ejercicio de agarre de la mano) durante 2 minutos a la velocidad y en la mano de su elección. Después de 1 min, pida al sujeto que cambie de manos.
      4. Pregunte al sujeto a descansar (sin actividad) durante 2 min.
    5. Justo después del final de cada paso (3.1.4.1–3.1.4.4), evalúe el rendimiento en la prueba de matrices y el tamaño de la pupila en reposo y durante la tarea háptica (T7).
      NOTA: El término "en reposo" significa que el sujeto durante la medida del tamaño de la pupila es relajante. El término "durante la tarea háptica" significa que el sujeto durante la medición del tamaño de la pupila está realizando la tarea basada en el tangram.
    6. Treinta minutos después del final de cada paso (3.1.4.1–3.1.4.4), evaluar el rendimiento y el tamaño de la pupila en reposo y durante la tarea háptica (T37).
  2. Diagrama de flujo del protocolo 2
    1. Evaluar el tamaño de la pupila mientras el sujeto está en reposo (T0, control; ver sección 4.3).
    2. Evalúe el rendimiento basal en la prueba cognitiva (matrices) mientras prueba simultáneamente el tamaño de la pupila (T0, control).
    3. Pida a cada sujeto que realice tres actividades específicas durante 2 minutos o que descanse durante 2 min, de acuerdo con los pasos 3.2.3.1–3.2.3.4. Pida a los sujetos que realicen estas actividades en sesiones separadas que ocurren en días diferentes (2-3 días entre sesiones).
      1. Pídale al sujeto que mastique un pellet suave autoadministrado durante 2 minutos, dejándole elegir espontáneamente tanto la tasa de masticación como el lado de la boca en el que masticar. Después de 1 minuto de masticar, pídale que cambie el lado masticador (y el pellet).
      2. Pida al sujeto que mastique un pellet duro autoadministrado durante 2 min. Después de 1 min, pídale que cambie el lado masticador (pero no el pellet).
      3. Pídale al sujeto que realice una compresión rítmica de una bola antiestrés (ejercicio de agarre de la mano) durante 2 minutos a la velocidad y en el lado de su elección. Después de 1 min, pida al sujeto que cambie de manos.
      4. Pida al sujeto que se relaje (sin actividad) durante 2 min.
    4. Justo después del final de cada paso (pasos 3.2.3.1–3.2.3.4), evalúe el tamaño de la pupila en reposo y el rendimiento y el tamaño de la pupila en la prueba de matrices (T7).
    5. Treinta minutos después del final de cada paso (pasos 3.2.3.1–3.2.3.4), evaluar el tamaño de la pupila en reposo y el rendimiento y el tamaño de la pupila en la prueba de matrices (T37).

4. Variables medidas en los protocolos 1 y 2

  1. Rendimiento cognitivo
    NOTA: En ambos protocolos 1 y 2, mida el rendimiento cognitivo utilizando una prueba basada en una versión modificada de la prueba29de matrices numéricas Spinnler-Tognoni.
    1. Muestre tres matrices numéricas (10 x 10) impresas en papel al sujeto. A continuación, pida al sujeto que escanee secuencialmente las líneas de la matriz, mientras marca con un lápiz tantos de los números de destino como sea posible (60 objetivos de 300 números totales mostrados) indicados encima de cada matriz(Figura 1) dentro de 15 s.
    2. Utilice matrices con diferentes posiciones de números objetivo en T0, T7 y T37 para evitar la introducción de confundistas relacionados con los procesos de aprendizaje.
    3. Evalúe sin conexión el índice de rendimiento (PI), la tasa de análisis (SR) y la tasa de error (ER) de la siguiente manera: PI (números objetivo subrayados en 15 s)/15; SR (objetivo + números no objetivo escaneados en 15 s)/15; ER (números objetivo perdidos + números no objetivo subrayados en 15 s)/15.
  2. Tamaño de la pupila en el protocolo 1
    1. Preparar la asignatura para la medición del tamaño de la pupila con un topógrafo-alumno corneal(Tabla de Materiales),que impide la visión del medio ambiente, utilizando uno de los dos procedimientos de adquisición siguientes.
      1. Grabe una sola toma de cámara de la pupila(Figura 2A,B)con un nivel de iluminación constante de 40 lux, pulsando el botón específico en el topógrafo corneal-alumno. Mantenga una distancia de trabajo óptima de 56 mm entre la cámara y la pupila.
        NOTA: Una sola medida es suficiente, debido al bajo nivel de variabilidad del tamaño de la pupila medido en iluminación constante.
      2. Realizar un registro continuo de la pupila (velocidad de muestreo de 5 Hz; Figura 2C,D) en la modalidad de adquisición continua. Descarte las primeras 20–50 mediciones (4-10 s), ya que durante este lapso de tiempo, el diámetro de la pupila está creciendo (la adquisición comienza apagando la iluminación de la pupila a 40 lux). Promedio de las mediciones restantes.
    2. Registre el tamaño de las pupilas de los ojos izquierdo y derecho por separado en reposo (pasos 3.1.2, 3.1.5 y 3.1.6).
    3. Registre el tamaño de la pupila durante la tarea háptica (pasos 3.1.3, 3.1.5 y 3.1.6; izquierda y derecha por separado). Cuando utilice la modalidad de disparo único (paso 4.2.1.1), adquiera la foto durante la segunda de las dos repeticiones de tareas, al principio de la exploración de la superficie del rompecabezas. En el modo continuo de grabación (paso 4.2.1.2), iniciar la adquisición cuando la pieza del rompecabezas se ha colocado en la mano del sujeto.
    4. Evaluar el tamaño de la pupila izquierda y derecha sin conexión en reposo y durante la tarea háptica mediante la adquisición directa de los valores (en mm) mostrados por el software. Calcule la midriasis relacionada con la tarea restando el tamaño de la pupila en reposo del tamaño de la pupila durante la tarea háptica y obtenga todos los valores medio izquierda-derecha.
  3. Tamaño de la pupila en el protocolo 2
    1. Prepare el sujeto para la medida del tamaño de la pupila utilizando un pupilómetro portátil/rastreador de ojos(Figura 3A),dotado de una estructura de marco de vidrio impresa en 3D, utilizando el siguiente procedimiento.
      1. Pida al sujeto que use el pupilómetro portátil. Ajustar la posición de las dos cámaras infrarrojas(Figura 3A-2,3) montadas en barras derivadas del marco(Tabla de Materiales),de modo que los ojos estén dentro del campo de visión de las cámaras y en foco.
      2. Adquirir imágenes de las pupilas (velocidad de muestreo a 120 Hz), que son procesadas en línea por el software suministrado con el pupilómetro portátil y proporciona diámetro pupilar (en mm) utilizando un modelo geométrico del "promedio" ocular humano. Ignore los artefactos parpadeante.
      3. Registre continuamente el nivel de iluminación ambiental utilizando un sensor de luz logarítmica calibrado montado en el marco del pupilómetro portátil. Utilice una cámara RGB frontal montada en el pupilómetro portátil(Figura 3A-1)para registrar el campo de visión sujeto (velocidad de muestreo a 30 Hz) útil para estudiar el comportamiento de la mirada.
    2. Registre simultáneamente el tamaño de los dos alumnos en reposo durante 20 s(Figura 3B).
    3. Registre el tamaño de las pupilas mientras el sujeto realiza la prueba Spinnler-Tognoni, para que el tamaño de la pupila y el rendimiento cognitivo se registren simultáneamente (pasos 3.2.2, 3.2.4 y 3.2.5).
    4. Evaluar el tamaño de la pupila izquierda y derecha fuera de línea en reposo y durante la prueba Spinnler-Tognoni, promediando los valores adquiridos (n a 2.400) para cada alumno. Calcule la midriasis relacionada con la tarea restando el tamaño de la pupila en reposo del tamaño de la pupila durante la prueba de matrices y, a continuación, todos los valores medios izquierda-derecha.
  4. Posición de la mirada
    NOTA: Reconstruir en línea el punto de fijación utilizando las imágenes de los dos alumnos obtenidos de la sección 4.3. Procesar los fotogramas adquiridos en tiempo real y estimar el punto de fijación de la mirada utilizando una función de transferencia calculada previamente31 específica para cada sujeto que lleva el rastreador de ojos.
    1. Si es necesario, al realizar el protocolo 2, reconstruya la posición de la mirada a partir de las imágenes de la pupila. Para ello, añada cuatro marcadores de visión detectables por ordenador (bibliotecas ArUco o AprilTag del software de instrumentos) a cuatro esquinas de la hoja de matrices utilizada en la sección 4.1.
    2. Permita que el sistema de calibración (incrustado en el software de seguimiento ocular en cuanto a los auriculares de pupila utilizados) adquiera los datos y evalúe los parámetros de la función de transferencia que mapean el punto de fijación, a partir de imágenes de las dos pupilas. Como ejemplo, pida al sujeto que mire una secuencia predefinida de puntos que se muestran en su campo de visión (es decir, las cuatro esquinas de la hoja de matrices y en el centro de la propia hoja), que se graban simultáneamente por la cámara RGB adicional montada en el marco y orientada hacia el campo de visión.
    3. Registre el tamaño de la pupila durante la prueba de matrices.
    4. Calcule la posición de mirada sin conexión que aparece como una marca en cada fotograma del campo de visión del sujeto. Utilice los cuatro marcadores para realizar un seguimiento de la posición de la mirada sobre las matrices a través de fotogramas.

5. Análisis estadístico

  1. Analice el tamaño de la pupila en reposo y durante la tarea, la midadrlasis inducida por tareas, PI, SR y ER en cuatro condiciones (sin actividad, empuñadura, pellet suave, pellet duro) durante tres veces (T0, T7, T37) utilizando medidas repetidas ANOVA y paquete de software de estadísticas.
  2. Analizar los cambios en las variables con respecto a los valores basales (T0) en cuatro condiciones, (sin actividad, empuñadura, pellet suave, pellet duro) durante dos veces (T7, T37) utilizando medidas repetidas ANOVA.
  3. Al ejecutar ANOVA, si el software indica que la distribución de datos no es esférica, tome el valor p correspondiente a la corrección greenhouse-Geisser de la tabla de estadísticas de salida.
  4. Correlacionar los cambios en el rendimiento (PI, SR, ER) en T7 y T37 con los observados en la midriasis relacionada con tareas mediante análisis de regresión lineal.

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Representative Results

La Figura 4 muestra un ejemplo representativo de los resultados obtenidos cuando el protocolo 1 se aplicó a un solo sujeto (46 años, mujer). La PI se incrementó poco después de haber masticado (T7) tanto un fuerte (de 1,73 numb/s a 2.27 numb/s) como un pellet suave (de 1,67 numb/s a 1,87 numb/s)(Figura 4A). Sin embargo, 30 minutos más tarde (T37), el mayor rendimiento persistió sólo para el pellet duro. Por otro lado, tanto la falta de actividad como el ejercicio de empuñadura tuvieron un efecto negativo en el rendimiento, que disminuyó de 1,73 numb/s a 1,67 numb/s y de 1,6 numb/s a 1,53 numb/s, con tendencia a recuperar se observado 30 minutos después, durante la última evaluación experimental.

Como se observa en la Figura 4B,se observaron cambios cualitativamente similares para la midriasis relacionada con la tarea. En este caso, las mediciones consistían en muestras individuales tomadas aleatoriamente cuando el sujeto estaba descansando. Durante la tarea háptica, se registraron dos muestras, pero la primera fue descartada. Alternativamente, en el modo de adquisición continua del instrumento, se registraron 100 muestras en 20 s, con las primeras 20-50 mediciones ignoradas, y las restantes se promediaron tras la eliminación de artefactos de parpadeo(Figura 2C,D). Las muestras individuales reflejan de cerca el valor medio, debido al hecho de que el tamaño de la pupila alcanza un nivel muy estable 4-10 s después de la desactivación de la iluminación ocular(Figura 2C,D). Los datos ilustrados en la Figura 4 y la Figura 5 se han replicado en una población de 30 sujetos, y se confirmaron estadísticamente los cambios inducidos por la masticación y la empuñadura. Por otro lado, cuando los sujetos no estaban involucrados en ninguna actividad, no hubo modificaciones en el rendimiento cognitivo y la midriasis30 tanto en T7 como T37.

A pesar del hecho de que 1) el rendimiento y la midriasis se registraron en diferentes tareas y 2) los 12 puntos experimentales ilustrados en la Figura 5A,B se registraron en 4 días separados, es notable que se observó una fuerte correlación entre el rendimiento y la midriasis relacionada con las tareas (r - 0,939, p < 0,0005, y - 1,166x - 0,417). Como se puede deducir de la Figura 5A, esta relación se debió a las modificaciones inducidas por masticar pellets duros y blandos. Aún más sorprendentemente, una correlación era evidente también cuando se consideraron los cambios correspondientes con respecto a los valores de referencia (r - 0,924, p < 0,001, y á 1,210x + 0,101; Figura 5B).

Entre los 30 temas analizados en el estudio de Tramonti Fantozzi et al.30,PI y midriasis se correlacionaron significativamente en 26 de ellos, con pendientes de las líneas de regresión correspondientes que van desde 0.310-1.327 numb/s/mm. Los cambios correspondientes se correlacionaron significativamente en 22 sujetos (rango de pendientes: 0.390-1.408).

Se puede obtener evidencia aún más fuerte de la participación de LC en los efectos estimulantes de la masticación en el rendimiento cognitivo correlacionando los cambios inducidos por la masticación en PI con el cambio en la midriasis observado sólo durante la ejecución de la prueba de matrices. Esto se puede lograr en las condiciones más naturales del protocolo 2, en el que los sujetos realizan la prueba de matrices mientras que el tamaño de la pupila se registra simultáneamente(Figura 6).

Figure 1
Figura 1: Ejemplo de matrices numéricas Spinnler-Tognoni. La prueba consiste en identificar los números de destino indicados encima de cada matriz, que han sido marcados por el sujeto. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: Ejemplo de grabaciones de tamaño de pupila de un solo sujeto en el protocolo 1. (A) Grabación del tamaño de la pupila en reposo, de una sola toma. (B) Grabación del tamaño de la pupila durante la tarea háptica, de una sola toma. (C) Grabación continua del tamaño de la pupila en reposo durante 20 s. (D) Grabación continua del tamaño de la pupila durante la tarea háptica para 20 s. Las flechas indican artefactos parpadeantes. En (C) y (D), los datos tomados desde el momento 0 hasta el tiempo 4 s se descartan del análisis. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: Ejemplo de grabaciones de tamaño de pupila en el protocolo 2. (A) Foto de un sujeto que lleva el pupilómetro. Los números 1–3 indican la posición de las tres cámaras, que permiten el comportamiento (1) y el tamaño de la pupila (2-3) grabaciones. (B) Traza superior: nivel del aligeramiento ambiental. Trazas medias y inferiores: tamaño de pupila izquierda y derecha durante el rendimiento de la prueba de matrices Spinnler-Tognoni. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: Cambios en el rendimiento y la midriasis relacionada con tareas inducida por diferentes actividades sensorimotoren en el protocolo 1. (A) Cambios en PI. (B) Cambios en la midriasis relacionada con tareas. En (A) y (B), los puntos, los cuadrados negros, los círculos y los cuadrados blancos representan datos relativos a masticar pellet duro, masticar pellets suaves, empuñaduras y ninguna actividad, respectivamente. Cada actividad se realizó durante 2 minutos desde el tiempo 5 min a tiempo 7 min. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: Relación entre PI y midriasis relacionada con tareas. (A) los valores de PI obtenidos en diferentes momentos durante las diferentes actividades ilustradas en la Figura 4 se trazan en función de los valores correspondientes de la midriasis relacionada con la tarea. (B) Los cambios en el indicador de rendimiento con respecto a T0 (evaluados como una diferencia) se han trazado en función de los cambios correspondientes en la midriasis relacionada con las tareas. En (A) y (B), los puntos, los cuadrados negros, los círculos y los cuadrados blancos representan datos relativos a masticar pellet duro, masticar pellets suaves, empuñaduras y ninguna actividad, respectivamente. Las líneas discontinuas son líneas de regresión de todos los puntos de datos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6: Grabación simultánea del rendimiento y la midriasis relacionada con las tareas. Vista de un solo fotograma de un sujeto que realiza la atenta prueba de matrices, tomada de la cámara montada en el marco del pupilómetro. El retén en la esquina superior derecha muestra las imágenes simultáneas de ambas pupilas. El círculo verde representa el punto de fijación. El punto rojo y los círculos se ahogan en la pupila son el centro de la pupila y el contorno, evaluados por el sistema de seguimiento que opera en los videos del ojo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Los protocolos presentados en este estudio abordan los efectos agudos de la actividad trigémino sensorimotor en el rendimiento cognitivo y el papel de la LC en este proceso. Este tema tiene cierta relevancia, teniendo en cuenta que 1) durante el envejecimiento, el deterioro de la actividad masticatoria se correlaciona con la decadencia cognitiva32,33,34; las personas que preservan la salud bucal son menos propensas a fenómenos neurodegenerativos; 2) la maloclusión y la extracción de dientes induce efectos neurodegenerativos en animales de nivel35,36,37,38,39; 3) la LC ejerce acción trófica sobre el cerebro, regula el acoplamiento neurovascular e inhibe la neuroinflamación y la acumulación de beta-amiloide11,40; 4) hay evidencia de que las enfermedades neurodegenerativas pueden ser desencadenadas por procesos neurodegenerativos en el nivel LC11,40.

El Protocolo 1 permite definir los efectos específicos de la masticación con respecto a a) los procesos de aprendizaje provocados por repeticiones sucesivas de la tarea y b) otros tipos de actividad motora ordinaria. Además, establece la presencia/ausencia de una correlación entre los cambios en el rendimiento y la midriasis, y este último se considera un indicador de activación fásica de LC durante la tarea. Esta evidencia sugiere fuertemente la participación de la LC en los efectos de la activación del trigeminal sensorimotor. Este protocolo ha sido aplicado con éxito por Tramonti Fantozzi et al.30. Como se ve en la sección de resultados, también puede utilizarse para evaluar el grado de dependencia del rendimiento en los cambios de alumnos vinculados a la excitación mediada por LC a nivel de sujetos individuales. La obtención de esta medición (activación de rendimiento/LC) representa una nueva e importante variable neuropsicológica que se puede estudiar en relación con el sexo, la edad, la administración de medicamentos y cualquier condición conductual.

La principal limitación del protocolo 1 es que las mediciones del tamaño de la pupila se realizan a iluminación constante, impidiendo la visión y excluyendo la evaluación de la midriasis obtenida durante el escaneo de matrices. Esto obliga a la grabación de la midriasis durante una tarea diferente. Este problema se resuelve realizando el protocolo 2, en el que se introduce un pupilómetro portátil dotado de un sensor de luz. De esta manera, es posible registrar contextualmente tanto el rendimiento cognitivo como la midriasis durante la misma tarea, proporcionando evidencia aún más convincente sobre los efectos de la actividad sensorimotor en LC y el rendimiento. Esto también ayuda a abordar los estudios dirigidos a relacionar la activación de LC con las condiciones de comportamiento. Para una correcta aplicación del protocolo 2, se debe tener cuidado de mantener un nivel constante de iluminación ambiental y calibración preliminar de instrumentos portátiles.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

La investigación fue apoyada por subvenciones de la Universidad de Pisa. Agradecemos al Sr. Paolo Orsini, al Sr. Francesco Montanari y a la Sra. Cristina Pucci la valiosa asistencia técnica, así como a la compañía I.A.C.E.R. S.r.L. por apoyar a la Dra. Maria Paola Tramonti Fantozzi con una beca. Por último, agradecemos a la empresa OCM Projects por preparar pellets duros y realizar mediciones constantes de dureza y resorte.

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

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Evaluación de los cambios vinculados a los alumnos en La estimulación trigéminal mediada por Locus Coeruleus
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