Bu makale, fizyoloji, patofizyoloji ve derin beyin stimülasyon mekanizmalarını incelemek için derin beynin odak alanlarının uyarılmasıyla birlikte göz hareketlerinin kantitatif ölçümünün kullanımını açıklamaktadır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Derin Beyin Uyarım ile Saccadometry kullanarak normal ve patolojik beyin fonksiyonlarını incelemek için
Bu makalede
Özet
Özet
Okülomotor sistem, bazal ganglionların parçaları da dahil olmak üzere çok sayıda beyin alanını içerir ve Parkinson ve Huntington dahil olmak üzere çeşitli nörodejeneratif hastalıklar bunu bozabilir. Örneğin, Parkinson hastalığı olan kişiler, sakkadik latansların artmış olma eğilimindedir. Sonuç olarak, sakkadik göz hareketlerinin kantitatif ölçümü, nörodejeneratif durumlar için potansiyel bir biyobelirteç olarak büyük ilgi görmüştür. Belirli beyin bölgelerinin işlevi bozulduğunda göz hareketlerine ne olduğunu gözlemleyerek hem sağlık hem de hastalıkta beyin hakkında çok daha fazla şey öğrenilebilir. Derin beyin stimülasyonu, Parkinson hastalığı da dahil olmak üzere bir dizi nörolojik durumun yönetimi için kullanılan ve uyarıcı elektrotların bazal gangliyonlardaki çeşitli bölgeler de dahil olmak üzere belirli beyin bölgelerine yerleştirildiği cerrahi bir müdahaledir. Göz hareketi ölçümleri daha sonra stimülatör sistemleri hem kapalı hem de açıkken yapılabilir ve sonuçlar karşılaştırılabilir. Uygun deneysel tasarımla, bu yaklaşım, tedavi edilen hastalığın patofizyolojisini, DBS'nin yararlı etkilerini uyguladığı mekanizmayı ve hatta normal nörofizyolojinin yönlerini incelemek için kullanılabilir.
Giriş
Son yıllarda 1 yapma nöral karar üst düzey mekanizmaları hakkında bilgi almak için bir nicel ve non-invaziv bir yöntem olarak reaksiyon süreleri ölçümlerinin kullanımı artan ilgi olmuştur. kapsamlı olarak araştırılmıştır reaksiyon süresi bir tipi, Sakkadik gecikme olarak bilinen görsel uyaran, sunumu ile ilgili sakkad başlatmak için gereken zamandır. Sakkadlar hızla başka bir yerden bizim bakışları kayması meydana hızlı göz hareketleri vardır. Bunlar genellikle iki ya da üç saniyede bir frekansta meydana gelen biz yapmak göz hareketleri sık türüdür. Her sakkaddan etkisi başka 2 yerine görsel dünyada bir işaret bakmak için bir karardır.
Göz hareketlerini kontrol nöral yolları yoğun çalışmalar yapılmış ve oldukça iyi 3 belgelenmiştir. Hassas elektronik ekipman kullanılarak, okülomotor fonksiyon yönleri hassas ve objectivel olabilirY miktarı. Bu göz hareketlerinin kendilerini detaylı bir çalışma kolaylaştırır ama aynı zamanda onları nörofizyoloji ve patofizyoloji diğer alanlarını araştırmak için bir araç olarak kullanılmasına izin verir.
Göz hareketleri ölçüm hastalık durumları hakkında yararlı bilgiler sağlayabilir. Sakkadik göz hareketleri son zamanlarda, örneğin, Huntington 4,5 ve Parkinson hastalıkları 6,7 olmak üzere nörodejeneratif hastalıkların potansiyel biyomarkerların olarak çok dikkat aldık ve iyi sakkadik reaksiyon süreleri bu koşullarda normalden daha yavaş olma eğiliminde olduğu saptanmıştır. Sakkadik ölçüm potansiyel kullanımları hastalıkların teşhis ve izlemesi ile AİDS içerir. Sakkadik görevler gibi (görsel uyarana karşı tarafa mümkün olduğunca çabuk bakarak) antisaccade veya Bellek gibi daha karmaşık görevler için (bir aniden beliren görsel uyaranın doğru sağdan sola ya da mümkün olduğunca hızlı bir şekilde bakarak) basit prosaccade aralığı güdümlü sakkaddan (seyir) Artık orada bir hedefin hatırladı konuma doğru.
Derin beyin stimülasyonu birkaç nörolojik durumlar için etkili bir tedavi yöntemidir. En çok titreme, kasılma, bradikinezi ve diskinezi dahil olmak üzere Parkinson hastalığı, motor semptomları tedavi etmek için kullanılır. Aynı zamanda, obsesif kompulsif bozukluk gibi daha az yaygın nöropatik ağrı, epilepsi ve psikiyatrik durumlar için distoni ve temel titreme ve da dahil olmak üzere başka hareket bozukluğu için kullanılmaktadır. Bu bilim adamları, in vivo insan beyninin derin yapılara direkt elektrik erişime sahip ve bu nedenle deneysel nöroloji için değerli bir fırsat sunduğu tek ayardır. hedeflerin çeşitli koşullarına bağlı olarak uyarılır Okülomotor yollarıyla ilgilidir çoğu bazal ganglion birkaç yerle de dahil olmak üzere, tedavi edilen. Bu çalışmalar çeşitli uyarım sunmak için DBS sistemi kullanılarak yapılabilir demektirBelirli bir beyin konumu ve bir göz izleme cihazına kaydetmek ve etkilerini analiz etmek. deneysel paradigma bağlı olarak, bu tür çalışmalar, bölgenin fizyolojisi hakkında bilgi uyarılmış olan hastalık veya hangi DBS o ortamda çalışan mekanizmanın etkilerini verebilir. Bu makalede, Derin Beyin Stimülasyonu hastalarında sakkadik göz hareketi testine genel bir yaklaşım anlatılmaktadır.
göz izleme ekipmanları birkaç farklı türleri vardır. Bu protokol açıklanan araştırma için taşınabilir bir saccadometer yatay sakkadik göz hareketlerini kaydetmek için kullanıldı. Taşınabilir saccadometers oturumları özellikle ağır diskinezi ile muzdarip olanlar için, Parkinson hastalığı olan hastalar için daha rahat olduğu anlamına gelir Baş desteğini (Şekil 1), gerekmeyen avantajına sahiptir. Burada kullanılan saccadometer hafif ve yaklaşık 5 cm genişliğinde ve 10 cm boyunda. saccadometer measudoğrudan kızılötesi oculography kullanılarak res göz hareketleri: medial canthus kullanım ışığın önüne yerleştirilmiş bir kızıl ötesi kaynağı ve sensör milisaniye aralıklarla göz küresinin dönme pozisyonunu kurmak için kornea yansıyan. Analiz için kaliteli veri elde etmek için saccadometer en az 12 bit çözünürlükte en az 1 kHz'lik bir hızda numune gerekir. Burada kullanılan saccadometer görsel uyaranlar tarafından üretilen ışığın üç kırmızı 13 cd m -2 noktalar vardı düşük güç lazerler inşa tek orta hatta spot ve ± 10 derece, diğer ikisi bazı 0,1 derece subtending her nokta (yani ,) sağa sol.
Şekil 1. Saccadometer. Kafa saccadometer bir elastik bant takılı ve burun köprüsü üzerinde dinlenme monte edilebilir. Dört minyatür lazerler görsel hedef projemat yüzeyi ve katılımcının göz hareketlerine ilgili her gözün burun tarafında farklı kızılötesi yansıma dönüştürücüler ile ölçülür. Lazer hedefleri baş hareket ettikçe, kafalıklar gerekli değildir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
yerel etik kurul bu çalışmayı onayladı ve 1. bölümde aşağıda ayrıntılı olarak katılımcıların elde edildi razı bilgilendirir.
1. Katılımcı Onay
- test oturumu içerecektir ayrıntılı olarak açıklayan bir bilgi notunda katılımcılara sunmak.
- Katılımcılar onay formunda her noktayı açıklayan ve onlara herhangi bir soru sormak için fırsat veren, onlarla onay formu geçmesi, okuma ve çalışma onların alarak kısmına ilişkin herhangi bir sorunuz, endişeniz veya diğer konuları görüşmek için fırsat var sonra onlar olabilir. formu doldurmaları katılımcıdan.
2. Saccadometer kurma
- Hastanın kafasına cihazı, ayarlanabilir elastik kayış ile güvenli ve burun köprüsü üzerinde dinlenme yerleştirin. uyaranlara kafa ile tam hareket Çünkü, hiçbir kafa kısıtlama gereklidir ve aygıt wea rahattırr.
- Düz mat ekran 1,5 m oturmak için hasta isteyin.
- uyaranlara (kırmızı ışık lekeler) açıkça görülmektedir ki ortam aydınlatması loş olduğundan emin olun.
3. Sakkadik Oturumu kaydetme
Not: Prosaccades ve Antisaccades 8 hem test standart bir protokol burada açıklanan Örnek olarak. 60 Prosaccades, 40 Antisaccades x 3 ve bloklar arasındaki 1 dakikalık bir mola ile 60 Prosaccades: Bu protokol, beş bloktan oluşmaktadır. oturumu yaklaşık 40 dakika sürer.
- O sönmüş ve periferik hedeflerinden biri rastgele sağa ya da sola 9, görünür sonra 2.0 saniye, - her deneme için merkezi fiksasyon hedef 1.0 rastgele ön-dönem için görüntülenecek şekilde saccadometer ayarlayın.
Not: Üç hedefleri saccadometer yerleşik düşük güç lazerler ile katılımcının önünde ekrana yansıtılan kırmızı ışık lekeler (2.2 bakınız). saccadometer automatically ekrana ve kapalı lazerleri anahtarları / gerekli sırayla hedefleri söndürmek. - test blokları arasında bir dakika ara ile beş bloktan oluşuyor katılımcı bilgilendirin.
- Önce ilk blok bir tarafı ya da diğer orta atlayarak kırmızı nokta takip etmek ve bu 60 kez yapmak talimat mümkün olduğunca hızlı ve doğru bir gözlerini taşımak için katılımcı talimat.
- 60 çalışmaların bir dizi oluşturmak için saccadometer ayarlayın. denemeler (Prosaccades) ilk bloğu başlatmak için saccadometer düğmesine basın.
- ilk blok tamamlandıktan sonra, ikinci bloktan önce bir dakika boşluk bırakın. 40 çalışmaların bir dizi oluşturmak için saccadometer Reset ve bir dakika boşluğu sonuna doğru, kırmızı nokta ters yönde mümkün olduğunca çabuk gözlerini taşımak için bir sonraki blok için katılımcıya talimat ve böyle olacağını açıklamak Bu 40 kere yapmak gerekecektir. sn Başlangıçdenemeler (Antisaccades) ve ond blok.
- İkinci blokta tamamlanmasından sonra, bir daha 1 dk boşluk bırakın adım 3.5 talimatı tekrarlamak ve denemeler (Antisaccades) üçüncü blok başlar.
- Üçüncü blok tamamlandıktan sonra, bir daha 1 dk boşluk bırakın adım 3.5 talimatı tekrarlamak ve denemeler (Antisaccades) dördüncü bloğu başlar.
- Dördüncü blok tamamlandıktan sonra, bir daha 1 dk boşluk bırakın ve testlerin nihai bloğu için açıklamak bir tarafa veya ortadan atlayarak kırmızı nokta takip etmek kadar çabuk ve doğru bir şekilde gözlerini hareket etmelerini isteyin diğer, ilk bloğunda yaptığı tam olarak.
- 60 çalışmaların bir dizi oluşturmak ve denemeler (Prosaccades) son bloğu başlatmak için saccadometer sıfırlayın.
Şekil 2. Eye Movement Görevler. Şematik illustratisakkadik görevlerden iki örnek göstermeye. Katı mavi nokta hedefi temsil ve noktalı mavi daire tespitin alanını temsil eder. SOL konu hedefe doğru bakmak istenir bir prosaccadic görevi gösterir. SAĞ konu görsel uyaranın uzak bakmak istenir bir antisaccade gösterir . Bu ters yönde sakkaddan daha doğal prosaccade tepkisi ve neslin engellenmesini gerektirir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
4. Derin Beyin Stimülatör Ayarları
Not: derin beyin uyarıcıları ile katılımcılar stimülatörü sistemi yani, normal olarak çalışan bugüne kadar testlerini, bir 'uyarılmasına' veri seti elde edilmiştir. Test şimdi stimülatör sistemi (kapalı durumda tekrar edilmesi gerekirDBS sistemleri olmadan sağlıklı kontrol katılımcıları için bu bölümü) geçerli olmayacaktır.
- DBS sistemi kapatın. eğitimli bir klinik personeli tarafından bunu yapın. testten önce 30 dakika bekleyin.
- Tam bir 'stimülasyon kapalı' veri almak için - sakkadik test tekrarlayın (3.9 3.2 adımlar).
- geri DBS sistemi (yine bu uygun şekilde eğitilmiş klinik personeli tarafından yapılmalıdır) açın.
5. Veri Analizi
Not: derin beyin uyarıcıları ile katılımcılar stimülatörü sistemi yani, normal olarak çalışan bugüne kadar testlerini, bir 'uyarılmasına' veri seti elde edilmiştir. Test şimdi stimülatör sistemi (bu bölüm geçerli olmayacaktır DBS sistemleri olmadan sağlıklı kontrol katılımcıları için) kapalı durumda tekrar edilmesi gerekir.
- analiz için bilgisayara saccadometer ham verileri indirin.
- sakkadlar çarp dışlamak için saccadometer yazılım programını kullanınsakkadik gecikmeleri, zirve hızları ve genlikleri de dahil olmak üzere yanıp söner ve baş hareketleri, ve hesaplamak için değişkenler tarafından ted.
Not: Aşırı baş hareketleri veya yanıp kirlenmiş kayıtlar otomatik olarak yazılım tarafından kaldırılır.- gecikme ile az 80 milisaniye veya daha yüksek 1,000 milisaniye sakkadların çıkarın.
Not: Sakkadik gecikme otomatik olarak hız ve ivme dayalı bir sakkaddan algılama algoritması kullanılarak hesaplanacaktır. sakkaddan başlangıcı göz hızı / sn 5 derecelik bir eşiği aştığında noktası olarak tanımlanır.
- gecikme ile az 80 milisaniye veya daha yüksek 1,000 milisaniye sakkadların çıkarın.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Şekil 3, implante subtalamik çekirdeği DBS sistemi ile Parkinson hastalığı hastadan, sakkadik göz hareketi yörüngeleri bir örneğini göstermektedir. stimülatör sistem kapalı (üst grafik) ve (alt grafik) açık olan iki grafik hastanın Prosaccades arsa. Grafikler Her iz uzaklıkta orta hat (Y ekseni) derece göz pozisyonu, zamanın bir fonksiyonu olarak değiştiği, bir tek sakkaddan örneğin, (x ekseni) yörüngesini gösterir. Hem sola ve sağa sakkadlar pozitif derece değe...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
kaliteli sakkadik verilerin elde edilmesinde en önemli faktör katılımcıya verilen talimatlar açık ve kesin olmasını sağlamaktır. antisaccadic görev için talimatları tam olarak açık değildir, örneğin, bir katılımcı yerine Prosaccades çalıştırmak için olasıdır. katılımcı açıkça uyaranlara göremiyorum veya saccadometer doğru göz pozisyonunu ölçmek olamaz eğer kayıtlar da şımarık olabilir. veriler düşük kalitede olması için görünen Böylece eğer deneyci Ortam ışığı çok parlak olmadığını kontrol etmeli ve saccadometer burun k...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.
Teşekkürler
Dr. Antoniades, Ulusal Sağlık Araştırmaları Enstitüsü (NIHR) ve Demans ve Nörodejeneratif Hastalıklar Araştırma Ağı (DENDRON) ve Wellcome Trust tarafından desteklenmiştir. Dr. FitzGerald, Ulusal Sağlık Araştırmaları Enstitüsü (NIHR) Oxford Biyomedikal Araştırma Merkezi tarafından desteklendi.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Sakkadometre cihazı | Ober Consulting Polonya | ||
| Windows ortamlı | |||
| Yazılım, sakkadometreden |
Kaynaklar
- Leigh, R. J., Kennard, C. Using saccades as a research tool in the clinical neurosciences. Brain. 127, 460-477 (2004).
- Carpenter, R. H. The neural control of looking. Curr Biol. 10, 291-293 (2000).
- Leigh, R. J., Zee, D. S. The Neurology of Eye Movements. , Oxford University Press. New York. (2006).
- Antoniades, C. A., Xu, Z., Mason, S. L., Carpenter, R. H., Barker, R. A. Huntington's disease: changes in saccades and hand-tapping over 3 years. Journal of Neurology. 257, 1890-1898 (2010).
- Blekher, T. M., Yee, R. D., Kirkwood, S. C., Hake, A. M., Stout, J. C., Weaver, M. R., Foroud, T. M. Oculomotor control in asymptomatic and recently diagnosed individuals with the genetic marker for Huntington's disease. Vision Research. 44, 2729-2736 (2004).
- Chan, F., Armstrong, I. T., Pari, G., Riopelle, R. J., Munoz, D. P. Deficits in saccadic eye-movement control in Parkinson's disease. Neuropsychologia. 43, 784-796 (2005).
- Antoniades, C. A., Demeyere, N., Kennard, C., Humphreys, G. W., Hu, M. T. Antisaccades and executive dysfunction in early drug-naive Parkinson's disease: The discovery study. Mov Disord. , (2015).
- Antoniades, C., et al. An internationally standardised antisaccade protocol. Vision Res. 84, 1-5 (2013).
- Ober, J. K., et al. Hand-Held system for ambulatory measurement of saccadic durations of neurological patients. . Modelling and Measurement in Medicine. , (2003).
- Temperli, P., et al. How do parkinsonian signs return after discontinuation of subthalamic DBS. Neurology. 60, 78-81 (2003).
- Antoniades, C. A., et al. Deep brain stimulation: eye movements reveal anomalous effects of electrode placement and stimulation. PLoS ONE. 7, e32830(2012).
- Yugeta, A., et al. Effects of STN stimulation on the initiation and inhibition of saccade in Parkinson disease. Neurology. 74, 743-748 (2010).
- Terao, Y., Fukuda, H., Ugawa, Y., Hikosaka, O. New perspectives on the pathophysiology of Parkinson's disease as assessed by saccade performance: a clinical review. Clin Neurophysiol. 124, 1491-1506 (2013).
- Temel, Y., Visser-Vandewalle, V., Carpenter, R. H. Saccadic latency during electrical stimulation of the human subthalamic nucleus. Curr Biol. 18, 412-414 (2008).
- Antoniades, C. A., et al. Deep brain stimulation abolishes slowing of reactions to unlikely stimuli. J Neurosci. 34, 10844-10852 (2014).
- Rivaud-Pechoux, S., et al. Improvement of memory guided saccades in parkinsonian patients by high frequency subthalamic nucleus stimulation. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 68, 381-384 (2000).
- Takikawa, Y., Kawagoe, R., Itoh, H., Nakahara, H., Hikosaka, O. Modulation of saccadic eye movements by predicted reward outcome. Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. 142, 284-291 (2002).
- Dorris, M. C., Munoz, D. P. A neural correlate for the gap effect on saccadic reaction times in monkey. Journal of Neurophysiology. 73, 2558-2562 (1995).
- Hanes, D. P., Schall, J. D. Countermanding saccades in macaque. Visual Neuroscience. 12, 929-937 (1995).
- Opris, I., Barborica, A., Ferrera, V. P. On the gap effect for saccades evoked by electrical microstimulation of frontal eye fields in monkeys. Experimental brain research. Experimentelle Hirnforschung. 138, 1-7 (2001).
- Takagi, M., Frohman, E. M., Zee, D. S. Gap-overlap effects on latencies of saccades, vergence and combined vergence-saccades in humans. Vision Res. 35, 3373-3388 (1995).
- Schall, J. D. Neuronal activity related to visually guided saccades in the frontal eye fields of rhesus monkeys: comparison with supplementary eye fields. Journal of Neurophysiology. 66, 559-579 (1991).
- Pare, M., Hanes, D. P. Controlled movement processing: superior colliculus activity associated with countermanded saccades. J Neurosci. 23, 6480-6489 (2003).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
