Valutazione dei cambiamenti legati agli pupili in Arousal mediato da Locus Coeruleus, suscitato dalla stimolazione trigeminale

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Neuroscience

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Summary

Per verificare se gli effetti trigeminisuli sulle prestazioni cognitive comportano l'attività del locus coeruleus, vengono presentati due protocolli che mirano a valutare le possibili correlazioni tra le prestazioni e i cambiamenti delle dimensioni delle pupille relative ai compiti indotti dalla masticazione. Questi protocolli possono essere applicati a condizioni in cui si sospetta il contributo di locus coeruleus.

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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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Abstract

La letteratura scientifica attuale fornisce la prova che l'attività sensomotoria trigeminale associata alla masticazione può influenzare l'eccitazione, l'attenzione e le prestazioni cognitive. Questi effetti possono essere dovuti a connessioni diffuse del sistema trigemino al sistema di attivazione reticolare ascendente (ARAS), a cui appartengono i neuroni noradrenergici del locus coeruleus (LC). I neuroni LC contengono proiezioni per l'intero cervello, ed è noto che la loro scarica co-varia con la dimensione della pupilla. L'attivazione LC è necessaria per suscitare la mitologia correlata alle attività. Se gli effetti di masticazione sulle prestazioni cognitive sono mediati dalla LC, è ragionevole aspettarsi che i cambiamenti nelle prestazioni cognitive sono correlati ai cambiamenti nella midriasi relativa alle attività. Due nuovi protocolli sono presentati qui per verificare questa ipotesi e documentare che gli effetti di masticazione non sono attribuibili ad una specifica attivazione motoria. In entrambi i protocolli, le variazioni delle prestazioni e delle dimensioni della pupilla osservate durante compiti specifici vengono registrate prima, subito dopo, e mezz'ora dopo un periodo di 2 min di entrambi: a) nessuna attività, b) ritmica, handgrip bilaterale, c) masticazione bilaterale di pellet molle e d) masticazione bilaterale di pellet duro. Il primo protocollo misura il livello di prestazioni nell'avvistamento dei numeri di destinazione visualizzati all'interno di matrici numeriche. Poiché le registrazioni delle dimensioni della pupilla sono registrate da un pupillometro appropriato che impedisce alla visione di garantire livelli di illuminazione costanti, la midriasi correlata all'attività viene valutata durante un'attività aptica. I risultati di questo protocollo rivelano che 1) le variazioni indotte da masticare nelle prestazioni e nella mitologia correlata alle attività sono correlate e 2) né le prestazioni né la midriasi sono migliorate dalla manoa. Nel secondo protocollo, l'uso di un pupillometro indossabile consente di misurare i cambiamenti delle dimensioni delle pupille e delle prestazioni durante lo stesso compito, consentendo così di ottenere prove ancora più solide per quanto riguarda il coinvolgimento di LC negli effetti trigeminici sull'attività cognitiva. Entrambi i protocolli sono stati gestiti nello storico studio del prof.

Introduction

Negli esseri umani, è noto che la masticazione acceleral'elaborazionecognitiva 1,2 e migliora l'eccitazione3,4, attenzione5, apprendimento, e la memoria6,7. Questi effetti sono associati all'accorciamento delle latenze dei potenziali corticali legati agli eventi8 e all'aumento della perfusione di diverse strutture corticali e subcorticali2,9.

All'interno dei nervi cranici, le informazioni più rilevanti che sostengono la dissincronizzazione corticale e l'eccitazione sono trasportate da fibre trigeminee10, probabilmente a causa di forti connessioni trigeminali al sistema di attivazione reticolare ascendente (ARAS)11. Tra le strutture ARAS, il locus coeruleus (LC) riceve ingressi trigeminiali11 e modula l'eccitazione12,13e la sua attività covarie con la dimensione della pupilla14,15,16,17,18. Anche se la relazione tra l'attività a riposo di LC e le prestazioni cognitive è complessa, il miglioramento legato alle attività dell'attività LC porta all'eccitazione19 pupilla midriasi20 e a migliorare le prestazioni cognitive21. Esiste una covariazione affidabile tra l'attività LC e la dimensione della pupilla, e quest'ultima è attualmente considerata un proxy dell'attività noradrenergica centrale22,23,24,25,26.

L'attivazione asimmetrica dei rami trigeminiali sensoriali induce asimmetrie pupille (anisocoria)27,28, confermando la forza della connessione trigemino-coeruleare. Se l'LC partecipa agli effetti stimolanti della masticazione sulle prestazioni cognitive, può influenzare la midriasi parallela legata al task, che è un indicatore dell'attivazione fasica LC durante un'attività. Può anche influire sulle prestazioni, quindi ci si può aspettare una correlazione tra i cambiamenti indotti dalla masticazione nelle prestazioni e la midriasi. Inoltre, se gli effetti trigeminali sono specifici, gli effetti di masticazione dovrebbero essere maggiori di quelli suscitati da un altro compito motorio ritmico. Per testare queste ipotesi, vengono presentati due protocolli sperimentali. Essi si basano su misurazioni combinate delle prestazioni cognitive e delle dimensioni della pupilla, eseguite prima e dopo un breve periodo di attività di masticazione. Questi protocolli utilizzano un test consistente nel trovare i numeri di destinazione visualizzati in matrici numeriche e di attente29, insieme a numeri non di destinazione. Questo test verifica le prestazioni attente e cognitive.

L'obiettivo generale di questi protocolli è quello di illustrare che la stimolazione trigeminale suscita cambiamenti specifici nelle prestazioni cognitive, che non possono essere attribuiti in modo specifico alla generazione di comandi motori e sono correlati ai cambiamenti legati agli pupille in LC mediati Eccitazione. Le applicazioni dei protocolli si estendono a tutte le condizioni comportamentali in cui le prestazioni possono essere misurate e si sospetta il coinvolgimento della LC.

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Protocol

Tutti i passaggi seguono le linee guida del Comitato Etico dell'Università di Pisa.

1. Reclutamento dei partecipanti

  1. Reclutare una popolazione in materia in base all'obiettivo specifico dello studio (ad esempio, soggetti normali e/o pazienti, maschi e/o femmine, giovani e/o anziani).

2. Preparazione del materiale

  1. Preparare un pellet morbido; utilizzare gomma da masticare disponibile in commercio(Tabella dei materiali;durezza iniziale - 20 Shore OO).
  2. Preparare un pellet duro; utilizzare pellet in gomma di silicio (Tabella dei Materiali; durezza costante - 60 Shore OO)30.
  3. Preparare una palla anti-stress per un compito handgrip. Utilizzare una palla in schiuma di poliuretano(Tavolo dei materiali; durezza costante - 30 Shore OO)30.
  4. Preparare un rompicapo tangram(Tabella dei materiali; numero di pezzi - sette) per l'esecuzione del compito aptico.

3. Diagramma di flusso dell'esperimento

  1. Diagramma di flusso del protocollo 1
    1. Valutare le prestazioni di base (vedere la sezione 4.1) nel test cognitivo (matrici) (T0, controllo).
    2. Valutare la dimensione della pupilla (vedere la sezione 4.2) a riposo (nessuna attività richiesta dall'oggetto) (T0, controllo).
    3. Valutare le dimensioni della pupilla durante un'attività aptica basata sul tangram (T0, controllo).
      1. Rimuovere uno dei pezzi dal puzzle e metterlo nella mano del soggetto.
      2. Chiedi al soggetto di rimettere il pezzo nel puzzle, senza guardare il puzzle.
    4. Chiedi a ciascun soggetto di svolgere tre attività specifiche per 2 min o di riposare per 2 min, secondo i passaggi 3.1.4.1–3.1.4.4. Chiedi ai soggetti di svolgere queste attività in sessioni separate che si verificano in giorni diversi (2-3 giorni tra le sessioni).
      1. Chiedi al soggetto di masticare un pellet morbido autosompartito per 2 min, lasciandolo spontaneo scegliere sia il tasso di masticazione che il lato della bocca su cui masticare. Dopo 1 min di masticazione, chiedigli di cambiare il lato masticatore (e il pellet).
      2. Chiedere al soggetto di masticare un hard pellet auto-somministrato per 2 min. Dopo 1 min, chiedigli di cambiare il lato masticatore (ma non il pellet).
      3. Chiedere al soggetto di eseguire una spremitura ritmica di una palla anti-stress (esercizio di handgrip) per 2 min al tasso e sulla mano di loro scelta. Dopo 1 min, chiedere al soggetto di passare da una mano all'altra.
      4. Chiedere al soggetto di riposare (nessuna attività) per 2 min.
    5. Subito dopo la fine di ogni passaggio (3.1.4.1–3.1.4.4), valutare le prestazioni nel test delle matrici e nelle dimensioni della pupilla a riposo e durante l'attività aptica (T7).
      NOT: Il termine "a riposo" significa che il soggetto durante la misurazione della dimensione della pupilla è rilassante. Il termine "durante il compito aptico" significa che il soggetto durante la misurazione delle dimensioni della pupilla sta eseguendo il compito in base al tangram.
    6. Trenta minuti dopo la fine di ogni passaggio (3.1.4.1–3.1.4.4), valutano le prestazioni e le dimensioni della pupilla a riposo e durante l'attività aptica (T37).
  2. Diagramma di flusso del protocollo 2
    1. Valutare la dimensione della pupilla mentre il soggetto è a riposo (T0, controllo; vedere sezione 4.3).
    2. Valutare le prestazioni di base nel test cognitivo (matrici) testando contemporaneamente le dimensioni della pupilla (T0, controllo).
    3. Chiedi a ciascun soggetto di svolgere tre attività specifiche per 2 min o di riposare per 2 min, secondo i passaggi da 3.2.3.1–3.2.3.4. Chiedi ai soggetti di svolgere queste attività in sessioni separate che si verificano in giorni diversi (2-3 giorni tra le sessioni).
      1. Chiedi al soggetto di masticare un pellet morbido autosompartito per 2 min, lasciandolo spontaneo scegliere sia il tasso di masticazione che il lato della bocca su cui masticare. Dopo 1 min di masticazione, chiedigli di cambiare il lato masticatore (e il pellet).
      2. Chiedere al soggetto di masticare un hard pellet auto-somministrato per 2 min. Dopo 1 min, chiedigli di cambiare il lato masticatore (ma non il pellet).
      3. Chiedere al soggetto di eseguire una spremitura ritmica di una palla anti-stress (esercizio di handgrip) per 2 minuti alla velocità e sul lato di loro scelta. Dopo 1 min, chiedere al soggetto di passare da una mano all'altra.
      4. Chiedere al soggetto di rilassarsi (nessuna attività) per 2 min.
    4. Subito dopo la fine di ogni passaggio (passaggi 3.2.3.1–3.2.3.4), valutare le dimensioni della pupilla a riposo e sia le prestazioni che le dimensioni della pupilla nel test delle matrici (T7).
    5. Trenta minuti dopo la fine di ogni passaggio (passaggi 3.2.3.1–3.2.3.4), valutare la dimensione della pupilla a riposo e sia le prestazioni che le dimensioni della pupilla nel test delle matrici (T37).

4. Variabili misurate nei protocolli 1 e 2

  1. Prestazioni cognitive
    NOT: In entrambi i protocolli 1 e 2 misurare le prestazioni cognitive utilizzando un test basato su una versione modificata del test29delle matrici numeriche Spinnler-Tognoni.
    1. Visualizzare tre matrici numeriche (10 x 10) stampate su carta sul soggetto. Quindi, chiedere al soggetto di eseguire la scansione sequenziale delle linee della matrice, mentre ticchettare con una matita il maggior numero possibile di numeri di destinazione (60 bersagli su 300 numeri totali visualizzati) indicato sopra ogni matrice (Figura 1) entro 15 s.
    2. Utilizza matrici con diverse posizioni dei numeri target su T0, T7 e T37 per evitare l'introduzione di confondenti relativi ai processi di apprendimento.
    3. Valutare offline l'indice delle prestazioni (PI), il tasso di scansione (SR) e il tasso di errore (ER) come segue: PI (numeri di destinazione sottolineati in 15 s)/15; SR (destinazione e numeri non bersaglio scansionati in 15 s)/15; ER (numeri di destinazione persi: numeri non bersaglio sottolineati in 15 s)/15.
  2. Dimensioni della pupilla nel protocollo 1
    1. Preparare il soggetto per la misurazione delle dimensioni della pupilla con un topografo-pupillografo corneale (Tabella dei materiali), che impedisce la visione dell'ambiente, utilizzando una delle due procedure di acquisizione seguenti.
      1. Registrare una singola ripresa fotocamera dell'alunno (Figura 2A,B) con un livello di illuminazione costante di 40 lux, premendo il pulsante specifico sul topografo-pupillografo corneale. Mantenere una distanza di lavoro ottimale di 56 mm tra la fotocamera e la pupilla.
        NOT: Una singola misura è sufficiente, a causa del basso livello di variabilità delle dimensioni della pupilla misurato all'illuminazione costante.
      2. Eseguire una registrazione continua della pupilla (frequenza di campionamento è di 5 Hz; Figura 2C,D) nella modalità di acquisizione continua. Scartare le prime 20-50 misurazioni (4-10 s), poiché durante questo lasso di tempo, il diametro della pupilla è in crescita (l'acquisizione inizia con la disattivazione dell'illuminazione della pupilla a 40 lux). Media delle misurazioni rimanenti.
    2. Registrare le dimensioni della pupilla degli occhi sinistro e destro separatamente a riposo (passaggi 3.1.2, 3.1.5 e 3.1.6).
    3. Registrare le dimensioni della pupilla durante l'attività aptica (passaggi 3.1.3, 3.1.5 e 3.1.6; sinistra e destra separatamente). Quando si utilizza la modalità a singola ripresa (passaggio 4.2.1.1), acquisire la foto durante la seconda delle due ripetizioni di attività, all'inizio dell'esplorazione della superficie del puzzle. Nella modalità di registrazione continua (passaggio 4.2.1.2), avviare l'acquisizione quando il pezzo del puzzle è stato inserito nella mano del soggetto.
    4. Valutare le dimensioni della pupilla offline a sinistra e a destra a riposo e durante l'attività aptica con l'acquisizione diretta dei valori (in mm) visualizzati dal software. Calcolare la midriasi correlata all'attività sottraendo la dimensione della pupilla a riposo dalla dimensione della pupilla durante l'attività aptica e ottenere tutti i valori medi di sinistra-destra.
  3. Dimensioni dell'alunno nel protocollo 2
    1. Preparare il soggetto per la misura delle dimensioni della pupilla utilizzando un pupillometro/eye tracker indossabile (Figura 3A), dotato di una struttura di telaio in vetro stampata in 3D, attenendosi alla seguente procedura.
      1. Chiedi al soggetto di indossare il pupillometro indossabile. Regolare la posizione delle due telecamere a infrarossi (Figura 3A-2,3) montate su barre che si scandisce dal fotogramma (Tabella dei materiali), in modo che gli occhi siano all'interno del campo visivo delle telecamere e a fuoco.
      2. Acquisire le immagini delle pupille (frequenza di campionamento - 120 Hz), che vengono elaborate online dal software fornito con il pupilometro indossabile e fornisce diametro pupillare (in mm) utilizzando un modello geometrico dell'oculare umano "medio". Ignora gli artefatti lampeggianti.
      3. Registrare continuamente il livello di illuminazione ambientale utilizzando un sensore di luce logaritmico calibrato montato sul telaio pupillometro indossabile. Utilizzare una telecamera RGB frontale montata sul pupillometro indossabile (Figura 3A-1) per registrare il campo visivo della vista (frequenza di campionamento - 30 Hz) utile per studiare il comportamento dello sguardo.
    2. Registrare contemporaneamente le dimensioni dei due alunni a riposo per 20 s (Figura 3B).
    3. Registrare le dimensioni degli alunni mentre il soggetto esegue il test Spinnler-Tognoni, in modo da registrare contemporaneamente le dimensioni della pupilla e le prestazioni cognitive (passaggi 3.2.2, 3.2.4 e 3.2.5).
    4. Valutare le dimensioni della pupilla offline a sinistra e a destra a riposo e durante il test Spinnler-Tognoni, calcolando la media dei valori acquisiti (n - 2.400) per ogni alunno. Calcolare la midriasi relativa alle attività sottraendo la dimensione della pupilla a riposo dalla dimensione della pupilla durante il test delle matrici, quindi tutti i valori medi sinistra-destra.
  4. Posizione dello sguardo
    NOT: Ricostruire online il punto di fissaggio utilizzando le immagini dei due alunni ottenuti dalla sezione 4.3. Elaborare i fotogrammi acquisiti in tempo reale e stimare il punto di fissaggio dello sguardo utilizzando una funzione di trasferimento calcolata in precedenza31 specifica per ogni soggetto che indossa il tracciatore oculare.
    1. Se necessario, quando si esegue il protocollo 2, ricostruire la posizione dello sguardo dalle immagini della pupilla. Per fare questo, aggiungere quattro indicatori di visione rilevabili al computer (arUco o AprilTag librerie del software strumento) a quattro angoli del foglio matrici utilizzato nella sezione 4.1.
    2. Consentire al sistema di calibrazione (incorporato nel software eye tracker come per l'auricolare della pupilla utilizzato) di acquisire i dati e valutare i parametri della funzione di trasferimento che mappano il punto di fissaggio, a partire dalle immagini dei due alunni. Ad esempio, chiedere al soggetto di guardare una sequenza predefinita di punti che sono mostrati nel suo campo visivo (cioè i quattro angoli del foglio matrici e al centro del foglio stesso), che vengono registrati contemporaneamente dalla telecamera RGB aggiuntiva montata sul telaio e rivolta verso il campo visivo.
    3. Registrare le dimensioni della pupilla durante il test delle matrici.
    4. Calcola la posizione dello sguardo offline che appare come un segno su ogni fotogramma del campo visivo del soggetto. Utilizzate i quattro marcatori per tracciare la posizione dello sguardo sulle matrici tra i fotogrammi.

5. Analisi statistiche

  1. Analizzare le dimensioni della pupilla a riposo e durante l'attività, midriasi indotta dal compito, PI, SR ed ER in quattro condizioni (nessuna attività, manopola, pellet morbido, pellet duro) per tre volte (T0, T7, T37) utilizzando misure ripetute ANOVA e pacchetto software statistiche.
  2. Analizzare le modifiche delle variabili rispetto ai valori di base (T0) in quattro condizioni, (nessuna attività, handgrip, soft pellet, hard pellet) per due volte (T7, T37) utilizzando misure ripetute ANOVA.
  3. Quando si esegue ANOVA, se il software indica che la distribuzione dei dati non è sferica, prendere il valore p corrispondente alla correzione Greenhouse-Geisser dalla tabella statistica uscita.
  4. Correlare i cambiamenti nelle prestazioni (PI, SR, ER) a T7 e T37 con quelli osservati nella mitologia correlata alle attività mediante l'analisi della regressione lineare.

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Representative Results

La figura 4 mostra un esempio rappresentativo dei risultati ottenuti quando il protocollo 1 è stato applicato a un singolo soggetto (46 anni, femmina). PI è stato aumentato subito dopo aver masticato (T7) sia un duro (da 1,73 intorpidimento /s a 2,27 intorpidimento/s) e pellet morbido (da 1,67 intorpiditi/s a 1,87 intorpiditi/s) (Figura 4A). Tuttavia, 30 min più tardi (T37), l'aumento delle prestazioni persistette solo per il pellet duro. D'altra parte, sia la mancanza di attività che l'esercizio della manodopera hanno avuto un effetto negativo sulle prestazioni, che è sceso da 1,73 intorpidimento/s a 1,67 intorpidimento/s e da 1,6 intorpidimento a 1,53 intorpidimento/s, con una tendenza a recuperare osservati 30 minuti più tardi, durante l'ultima valutazione sperimentale.

Come osservato nella figura 4B, sono stati osservati cambiamenti qualitativamente simili per la midriasi relativa all'attività. In questo caso, le misurazioni consistevano in singoli campioni prelevati casualmente quando il soggetto era a riposo. Durante l'attività aptica, sono stati registrati due campioni, ma il primo è stato scartato. In alternativa, nella modalità di acquisizione continua dello strumento, sono stati registrati 100 campioni in 20 s, con le prime 20-50 misurazioni ignorate, e le rimanenti sono state poi mediate a seguito della rimozione degli artefatti lampeggianti (Figura 2C,D). I singoli campioni riflettono da vicino il valore medio, dovuto al fatto che la dimensione della pupilla raggiunge un livello molto stabile 4-10 s a seguito dello spegnimento dell'illuminazione oculare (Figura 2C,D). I dati illustrati nella Figura 4 e nella Figura 5 sono stati replicati in una popolazione di 30 soggetti, e sia i cambiamenti indotti da masticare che a mano sono stati confermati statisticamente. D'altra parte, quando i soggetti non sono stati coinvolti in alcuna attività, non ci sono state modifiche nelle prestazioni cognitive e la midriasi30 sia a T7 e T37.

Nonostante 1) prestazioni e mitologia sono state registrate in compiti diversi e 2) i 12 punti sperimentali illustrati nella Figura 5A,B sono stati registrati in 4 giorni separati, è notevole che sia stata osservata una forte correlazione tra prestazioni e midriasi correlata al compito (r - 0,939, p < 0.0005, y - 1,166x - 0.417). Come si può dedurre dalla Figura 5A, questa relazione era dovuta alle modifiche indotte da masticare pellet duri e morbidi. Ancora più sorprendentemente, una correlazione era evidente anche quando sono state prese in considerazione le modifiche corrispondenti rispetto ai valori di base (r - 0,924, p < 0,001, y - 1,210x - 0,101; Figura 5B).

Tra i 30 soggetti analizzati nello studio di Tramonti Fantozzi et al.30, PI e mydriasis erano significativamente correlati in 26 di essi, con pendenze delle corrispondenti linee di regressione che vanno da 0.310 –1.327 intorpidimento/s/mm. I cambiamenti corrispondenti sono stati significativamente correlati in 22 soggetti (intervallo di pendenze: 0,390–1,408).

È possibile ottenere prove ancora più forti del coinvolgimento di LC negli effetti stimolanti della masticazione sulle prestazioni cognitive correlando i cambiamenti indotti da masticare in PI con il cambiamento nella midriasi osservato solo durante l'esecuzione del test delle matrici. Ciò può essere ottenuto nelle condizioni più naturali del protocollo 2, in cui i soggetti eseguono il test delle matrici mentre la dimensione della pupilla viene registrata contemporaneamente (Figura 6).

Figure 1
Figura 1: Esempio di matrici numeriche Spinnler-Tognoni. Il test consiste nell'identificare i numeri di destinazione indicati sopra ogni matrice, che sono stati spuntati dal soggetto. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Esempio di registrazioni di dimensioni degli pupille da un singolo soggetto nel protocollo 1. (A) Registrazione della dimensione della pupilla a riposo, colpo singolo. (B) Registrazione della dimensione della pupilla durante l'attività aptica, singolo colpo. (C) Registrazione continua delle dimensioni della pupilla a riposo per 20 s. (D) Registrazione continua delle dimensioni della pupilla durante il compito aptico per 20 s. Le frecce indicano artefatti lampeggianti. In (C) e (D), i dati presi dal tempo 0 al tempo 4 s vengono eliminati dall'analisi. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: Esempio di registrazioni delle dimensioni degli pupille nel protocollo 2. (A) Foto di un soggetto che indossa il pupillometro. I numeri da 1 a 3 indicano la posizione delle tre telecamere, che consentono il comportamento (1) e le registrazioni delle dimensioni della pupilla (2-3). (B) Traccia superiore: livello di alleggerimento ambientale. Tracce medio e inferiore: dimensione della pupilla sinistra e destra durante le prestazioni del test delle matrici Spinnler-Tognoni. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Cambiamenti nelle prestazioni e nella mitologia correlata alle attività indotti da diverse attività sensomotorie nel protocollo 1. (A) Cambiamenti in PI. (B) Cambiamenti nella mitologia correlata alle attività. In (A) e (B), punti, quadrati neri, cerchi e quadrati bianchi rappresentano dati relativi a pellet duro masticatore, pellet morbido masticatore, handgrip e nessuna attività, rispettivamente. Ogni attività è stata eseguita per 2 min dal tempo 5 min a tempo 7 min. Si prega di fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5: Relazione tra PI e mydriasi correlata alle attività. (A) I valori PI ottenuti in momenti diversi durante le diverse attività illustrate nella Figura 4 sono tracciati in funzione dei valori corrispondenti della midriasi correlata alle attività. (B) Le modifiche di PI rispetto a T0 (valutate come differenza) sono state tracciate in funzione delle corrispondenti modifiche nella midriasi correlata alle attività. In (A) e (B), i punti, i quadrati neri, i cerchi e i quadrati bianchi rappresentano i dati relativi al pellet duro masticatore, al pellet morbido masticatore, alla manoveta e nessuna attività, rispettivamente. Le linee tratteggiate sono linee di regressione di tutti i punti dati. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Figura 6: Registrazione simultanea delle prestazioni e della midriasi correlata alle attività. Vista singola di un soggetto che esegue il test di matrici attente, presa dalla telecamera montata sul telaio pupilometro. L'insetto nell'angolo in alto a destra mostra le immagini simultanee di entrambe le pupille. Il cerchio verde rappresenta il punto di fissaggio. La macchia rossa e i cerchi annegano sulla pupilla sono il centro e il contorno della pupilla, come valutato dal sistema di tracciamento che opera sui video dell'occhio. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

I protocolli presentati in questo studio affrontano gli effetti acuti dell'attività trigeminale sensomotoria sulle prestazioni cognitive e il ruolo dell'LC in questo processo. Questo argomento ha una certa rilevanza, considerando che 1) durante l'invecchiamento, il deterioramento dell'attività masticatoria è correlato al decadimento cognitivo32,33,34; le persone che preservano la salute orale sono meno inclini a fenomeni neurodegenerativi; 2) l'estrazione della malocclusione e dei denti induce effetti neurodegenerativi negli animali a livello ippocampale e corticale35,36,37,38,39; 3) l'LC esercita un'azione trofica sul cervello, regola l'accoppiamento neurovascolare e inibisce la neuroinfiammazione e l'accumulo di beta-amiloide11,40; 4) ci sono prove che le malattie neurodegenerative possono essere innescate da processi neurodegenerativi a livello LC11,40.

Protocollo 1 consente la definizione di effetti specifici della masticazione rispetto a a) processi di apprendimento suscitati da ripetizioni successive del compito e b) altri tipi di attività motoria ordinaria. Inoltre, stabilisce la presenza/assenza di una correlazione tra le variazioni delle prestazioni e la midriasi, con quest'ultima considerata un indicatore di attivazione fasica LC durante il compito. Questa evidenza suggerisce fortemente il coinvolgimento dell'LC negli effetti dell'attivazione trigeminale sensomotoria. Tale protocollo è stato applicato con successo da Tramonti Fantozzi et al.30. Come si vede nella sezione dei risultati, può anche essere utilizzato per valutare il grado di dipendenza delle prestazioni sui cambiamenti degli aliogni legati all'eccitazione mediata da LC a livello di singoli soggetti. L'ottenimento di questa misurazione (attivazione prestazioni/LC) rappresenta una nuova e importante variabile neuropsicologica che può essere studiata in relazione al sesso, all'età, alla somministrazione di farmaci e a qualsiasi condizione comportamentale.

La limitazione principale del protocollo 1 è che le misurazioni delle dimensioni della pupilla vengono eseguite a costante alleggerimento, impedendo la visione e precludendo la valutazione della midriasi suscitata durante la scansione delle matrici. Questo obbliga la registrazione della midriasi durante un'attività diversa. Questo problema viene risolto eseguendo il protocollo 2, in cui viene introdotto un pupillometro indossabile dotato di un sensore di luce. In questo modo, è possibile registrare contestualmente sia le prestazioni cognitive che la midriasi durante lo stesso compito, fornendo prove ancora più convincenti sugli effetti dell'attività sensomotoria sull'LC e sulle prestazioni. Questo aiuta anche ad affrontare gli studi volti a correlare l'attivazione LC alle condizioni comportamentali. Per una corretta applicazione del protocollo 2, occorre prestare attenzione a mantenere un livello costante di illuminazione ambientale e calibrazione preliminare degli strumenti indossabili.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgments

La ricerca è stata sostenuta da sovvenzioni dell'Università di Pisa. Ringraziamo Paolo Orsini, Francesco Montanari e la signora Cristina Pucci per una preziosa assistenza tecnica, nonché la società I.A.C.E.R. S.r.L. per aver sostenuto la Dott.ssa Maria Paola Tramonti Fantozzi con una borsa di studio. Infine, ringraziamo l'azienda OCM Projects per aver preparato pellet duri ed eseguendo durezza e misurazioni costanti primaverili.

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

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