Özgürlük Hareket Platformu Six Degrees kullanarak Üç Boyutlu Vestibüler Oküler Refleks Testi
23 Mayıs 2013
Bir yöntem özgürlük altı derece (6DF) hareket simülatörü kullanarak insanlarda üç boyutlu vestibulo göz refleksleri (3D VOR) ölçmek için açıklanmıştır. 3D açısal VOR kazanç ve kaymalar vestibüler fonksiyon kalitesinin doğrudan bir ölçüsü. Sağlıklı konularda Temsilcisi veri sağlanmaktadır
Bu prosedürün genel amacı, vestibüler bozukluğu olan hastalarda üç boyutlu vestibüler fonksiyonu belirlemektir. Bu, önce özneyi bir hareket platformuna oturtarak ve emniyet kemerini bağlayarak gerçekleştirilir. Skleral arama bobinlerini deneğin gözlerine yerleştirin.
Vestibüler oküler refleksi üç boyutlu olarak ölçmek için, konuyu dizginlemek için bir vakum yastığı ve bir ısırma tahtası kullanın. Ardından, platform etkinleştirilir. Bir vestibüler sistemi her üç boyutta da test etmek için rastgele bir sırayla sinüzoidal ve adım uyaranları sunar.
Son adım, vestibüler oküler refleksin büyüklüğünü ve hizalamasını çıkarmak için göz bobini verilerinin çevrimdışı analizidir. Sonuç olarak, vestibüler oküler refleksin kazanılması ve hizalanması, normal ve anormal vestibüler fonksiyonu ayırt etmek için kullanılır. Bu teknik, vestibüler sistemi her üç boyutta da test etmemizi sağlar.
Bu, KBB kliniklerinde kullanılan tek erişimli döner sandalyeler gibi mevcut yöntemlere göre önemli bir avantajdır. Bu yöntem, sağlıklı deneklerde 3D vestibüler fonksiyon hakkında bilgi sağlar. Ek olarak, yöntem Sonoma tümörleri, vestibüler nörit ve birçok hata hastalığı gibi vestibüler hastalıkları incelemek için kullanılır.
Prosedürü göstermek, hem doktora öğrencileri hem de araştırma grubumdaki Johan Pell personeli olan Joyce DIT'lerden Kasper Boer olacak. Bu prosedüre başlamak için, deneği bir hareket platformunun ortasına monte edilmiş bir sandalyeye oturtun ve platformun tabanına sabitlenmiş dört noktalı emniyet kemeri ile onu sabitleyin. Deney sırasında, Robinson'un genlik algılama yöntemine dayanan standart 25 kilohertz iki alanlı bobin sistemi ile 3D skleral arama bobinleri kullanarak her iki gözün göz hareketlerini kaydedin.
Bunu başarmak için, önce deneğin gözlerini her bir göze birkaç damla oksi bütan ile uyuşturun. Ardından, silikona gömülü skleral arama bobinlerini her bir göze yerleştirin. Arama bobinleri yerleştirildikten sonra, deneğin başını, miis eksternasını alt yörünge kanüsü veya sazlık çizgisine bağlayan hayali çizgi dünyadan altı derece uzakta olacak şekilde konumlandırın. Yatay.
Ardından, deneğin boynuna şişirilmiş bir vakumlu yastık kullanarak deneğin başını hareketsiz hale getirin. Ardından, deneğin ayrı ayrı kalıplanmış bir diş ölçüsü ısırma tahtası üzerinde ısırmasını sağlayın. Isırma tahtası, kübik çerçeveye sert bir çubuk aracılığıyla tutturulur ve açısal ve doğrusal ivme yoluyla sahte kafa hareketlerini ölçen iki adet 3D sensör içerir.
Ardından hareket platformunu etkinleştirin ve çalışma konumuna kaldırın. Deneğe her biri beş saniye boyunca bir dizi hedefe sabitlenmesi talimatını vererek her iki skleral arama bobininin yatay ve dikey sinyallerini ayrı ayrı kalibre edin. Ardından önceden programlanmış bir dizi harekete başlayın.
Hareket platformu, burada gösterilen altı bilgisayar kontrollü elektromekanik aktüatörün kullanılmasıyla toplam altı serbestlik derecesinde açısal ve öteleme uyaranları üretme yeteneğine sahiptir. Hareketi tanımlamak için standart bir sağ el koordinat sistemi kullanın. Koordinat sistemi, öznenin kulakları arasındaki bir noktada ortalanır ve öznenin bakış açısından tanımlanır.
İlk olarak, sola dönüşü Z yönünde pozitif hareket olarak tanımlayın. Bu, Y olarak bilinir.Ardından, aşağı doğru hareketi pozitif hareket ve Y yönü olarak tanımlayın. Bu adım olarak bilinir.
Son olarak, X yönünde pozitif hareket olarak doğru bir kelime dönüşü tanımlayın. Bu rulo olarak bilinir. Başlamak için, platformun arkasına monte edilmiş bir lazer ışını kullanarak platform ve göz hareketi verilerini senkronize edin.
Lazer, işlem sırasında izlenen arka duvarda bulunan küçük bir fotosele yansıtıldığında ev pozisyonu tanınır ve hem aydınlık hem de karanlık ortamlarda sinüzoidal uyaranlar verir. Işıkta, deneğin gözlerini karanlıkta her zaman 177 santimetre önünde bulunan sürekli yanan kırmızı bir LED'e sabitlemesini sağlayın. Işık iki saniye boyunca açılır, ardından her hareket başlamadan önce kapatılır.
Ardından, hareket platformu, roc coddle veya dikey eksen, interoral eksen ve nazal oksipital eksen aracılığıyla üç kardinal AE etrafında tüm vücut rotasyonları sağlayın. Kardinal eksenler hakkında stimülasyona ek olarak, rulo ve eğim arasında 22,5 derecelik adımlarla tüm vücut rotasyonları sağlayın. Ardından, LED'i görsel bir hedef olarak kullanarak loş ışıklı bir ortamda dürtü stimülasyonu gerçekleştirin.
Bunu başarmak için, üç ana eksenin her birinde ve ara yatay eksenlerde 45 derecede kısa süreli darbeler verin. Her dürtüyü altı kez tekrarlayın ve rastgele bir sırayla iletin. Ek olarak, hareket başlangıcını 2,5 ila 3,5 saniye arasında rastgele değiştirin.
Stimülasyonlar sırasında her yeni hareketi ayırma 1000 hertz frekansında göz hareketi verilerini elde edin. Bir CED veri toplama sistemi kullanma. Her bir bileşen için örnek göz konumu verileri burada gösterilir.
Ardından, göz bobini sinyallerinin ham verilerini her bir bileşen için açısal hıza dönüştürün. Açısal hız verileri, uygulanan uyarana göre telafi edici göz hareketlerinin büyüklüğü olarak tanımlanan kazancı hesaplamak için kullanılır. Yanlış hizalama, göz hızı ekseninin tersi ile kafa hızı ekseni arasında üç boyutta hesaplanan derece cinsinden sunulan anlık açıdır.
Uyaranın bir fonksiyonu olarak yanlış hizalama örneği. Eksen yönü burada kesikli bir çizgi olarak gösterilir, burada gösterilen kazancın ortalama sonuçları için bir grafiktir. Kontrol grubunun yatay eksen sinüzoidal simülasyonu için, burulma maksimumu sıfır derece azimutta ortaya çıkarken, dikey maksimum hem eksi 90 derece hem de artı 90 derece azimutta idi.
Yatay bileşen yalnızca temel ölçümleri gösterir. Dikey ve burulma bileşenleri birleştirildiğinde, burada noktalı bir çizgi olarak gösterilen üç DI hız kazancı için tahmin edilen değeri elde edersiniz. Gerçek değerler veri noktaları olarak gösterilir.
Uyaran ve tepki ekseni arasındaki yanlış hizalama, burada gösterildiği gibi altı deneğin ortalaması alındı. Noktalı çizgi, gerçek değerlere yakından karşılık gelen tahmin edilen değerleri temsil eder. Yanlış hizalama, perde sırasında en küçüktü ve role doğru kademeli olarak arttı ve 22.5 derece azimutta maksimum 17.33 derecelik bir yanlış hizalama yarattı.
Karanlıkta ve karanlıkta göz hızı kazanımı bileşenleri karşılaştırıldığında önemli bir fark fark edildi. Hem dikey hem de burulma bileşenleri karanlıkta önemli ölçüde daha düşüktü ve bu da genel olarak daha düşük bir 3D göz hızı kazancı ile sonuçlandı. Uyaran ve tepki arasındaki uyumsuzluk, ışıkta sinüzoidal simülasyon sırasında tahmin edilen değerleri takip ederken, karanlıkta tahmin edilen değerlerle eşleşmez.
Bu, esas olarak sıfır olmayan yatay bileşenin etkisinden kaynaklanmaktadır. İmpuls stimülasyonu, görsel bilginin yalnızca kısa süreli bozulmalarına neden olur, ancak karanlıkta sinüzoidal stimülasyona kazanç ve yanlış hizalama açısından niteliksel olarak benzer bir tepkiye sahiptir. Bu yöntemin duyarlılığı, tek taraflı sonomlar gibi beyin anormallikleri olan hastalar kontrol hastalarıyla karşılaştırıldığında gösterilmiştir.
Solda, 14 milimetre beyin tümörü olan bir hastanın kazanç ve yanlış hizalama çizelgeleri gösterilmektedir. Bu çizelgeleri kontrol hastalarınınkilerle karşılaştırırken bariz farklılıklar görülebilir. Bu videoyu izledikten sonra, altıncı derece hareket platformunda vestibüler test prosedürünün nasıl gerçekleştirildiğini iyi anlamış olmalısınız.
Konuların bu platforma nasıl monte edildiğini, arama buklelerinin nasıl eklendiğini ve verilerin nasıl yorumlanacağını anlamak önemlidir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, insanlarda üç boyutlu vestibulo-oküler refleksleri (3D VOR) ölçmek için altı serbestlik derecesi (6DF) hareket simülatörü kullanarak bir yöntem açıklamaktadır. Prosedür, 3D açısal VOR'un kazancı ve yanlış hizalanması yoluyla vestibüler fonksiyon kalitesini değerlendirmeyi amaçlamaktadır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Sinirbilim
- Vestibüler Fonksiyon
- İnsan Fizyolojisi
Arka Plan
- Vestibüler fonksiyonu anlamak, vestibüler bozuklukların teşhisi için kritik öneme sahiptir.
- Vestibülo-oküler refleks, baş hareketleri sırasında görüşü stabilize etmek için gereklidir.
- VOR'u üç boyutta ölçmek, vestibüler sağlık hakkında kapsamlı bilgiler sağlar.
- Geleneksel yöntemler, vestibüler tepkilerin tam karmaşıklığını yakalayamayabilir.
Çalışmanın Amacı
- Vestibüler bozuklukları olan hastalarda üç boyutlu vestibüler fonksiyonu belirlemek.
- Vestibüler fonksiyon kalitesinin doğrudan bir ölçümünü sağlamak.
- Çeşitli koşullarda vestibüler sistem tepkilerinin anlaşılmasını geliştirmek.
Kullanılan Yöntemler
- Denekler, hareket platformuna oturtulur ve emniyet kemeriyle sabitlenir.
- Ölçüm için deneklerin gözlerine skleral arama bobinleri yerleştirilir.
- Denekleri sabitlemek için vakumlu yastık ve ısırma tahtası kullanılır.
- Platform, vestibüler sistemi test etmek için rastgele sırada sinüzoidal ve basamak uyarımları sunar.
Ana Sonuçlar
- Sağlıklı denekler üzerindeki temsili veriler, yöntemin etkinliğini göstermektedir.
- Kazanç ve yanlış hizalama metrikleri, vestibüler fonksiyon kalitesine dair içgörüler sağlar.
- Yöntem, 3D VOR'un kapsamlı bir değerlendirmesine olanak tanır.
- Sonuçlar, vestibüler bozuklukların teşhisinde yardımcı olabilir.
Sonuçlar
- 6DF hareket simülatörü, vestibüler fonksiyonu değerlendirmek için değerli bir araçtır.
- 3D VOR'u ölçmek, vestibüler bozukluklar için tanısal yetenekleri geliştirebilir.
- Daha fazla araştırma, bu yöntemin klinik ortamlarda uygulamasını genişletebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Assessing three-dimensional vestibular function provides critical insights into sensorimotor integration, supporting target validation in neurological and vestibular disorder research. The method enables mechanistic de-risking by quantifying gain and alignment of compensatory eye movements, offering predictive confidence in preclinical models of vestibular dysfunction. This approach supports translational biomarker development by linking functional readouts to underlying neural pathways, informing go/no-go decisions in early discovery pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of vestibular hypotheses by measuring 3D VOR gain and alignment across stimulus orientations.
- Operational Value: Provides quantitative, reproducible outputs for assessing vestibular system integrity in disease models.
- Predictive Value: Supports biological de-risking through detection of abnormal vestibular function via deviations in gain and misalignment.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates standardized sinusoidal and impulse stimulation protocols for consistent vestibular response measurement.
- Quantitative Output: Delivers gain and co-linearity metrics as measurable endpoints for screening vestibular modulators.
- Platform Reuse: The 6DF motion platform supports scalable testing across multiple axes and conditions, enabling assay standardization.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Demonstrated applicability in modeling unilateral vestibular impairment, such as vestibular schwannoma, supporting translational continuity.
- Risk-Adjusted Advancement: Gain and alignment metrics inform preclinical go/no-go decisions by quantifying functional deficits.
- Mechanistic Insight: Reveals how differential gains across eye rotation components (torsion vs. vertical) drive axis misalignment, clarifying sensorimotor integration mechanisms.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation to preclinical evaluation, providing functional vestibular readouts that bridge in vitro findings and in vivo disease modeling.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of vestibular pathways by quantifying 3D VOR responses to controlled angular stimuli.
- Screening: Enables assay development through repeatable delivery of sinusoidal and impulse stimuli across six degrees of freedom.
- Analytics: Generates gain (input-output ratio) and misalignment (co-linearity) as quantifiable, multidimensional readouts for comparative analysis.
- Translational Research: Connects to preclinical validity by detecting functional differences between healthy subjects and vestibular impairment models.
- Enterprise Reuse: The 6DF platform serves as a reusable capability for cross-functional teams studying sensorimotor integration and balance disorders.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides mechanistic de-risking through precise measurement of 3D VOR gain and alignment, reducing ambiguity in vestibular function assessment.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility via calibrated motion platform delivery and scleral search coil eye tracking.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by offering quantitative biomarkers of vestibular health, reducing late-stage biological risk in CNS programs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds targeting vestibular or cerebellar pathways based on functional rescue of gain and alignment.
Implementation Considerations
- Requires expertise in vestibular physiology, eye movement recording, and motion control systems.
- Dependent on six degrees of freedom motion platform and scleral search coil instrumentation with 1 kHz sampling.
- Necessitates cross-team standardization for stimulus protocols, data acquisition, and offline gain/alignment analysis.
- Adaptation considerations include species-specific anatomy and coil sizing for translational model systems.
- Practical limitations include subject discomfort from prolonged immobilization and sensitivity to visual fixation conditions, as gain and alignment vary between light and dark environments.
