Utilizzando Saccadometry con stimolazione cerebrale profonda per studiare normali e patologiche funzione cerebrale
Summary
This paper describes the use of quantitative measurement of eye movements in conjunction with stimulation of focal areas of the deep brain in order to study physiology, pathophysiology, and the mechanisms of deep brain stimulation.
Abstract
The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including Parkinson’s and Huntington’s can disrupt it. People with Parkinson’s disease, for example, tend to have increased saccadic latencies. Consequently, the quantitative measurement of saccadic eye movements has received considerable attention as a potential biomarker for neurodegenerative conditions. A lot more can be learned about the brain in both health and disease by observing what happens to eye movements when the function of specific brain areas is perturbed. Deep brain stimulation is a surgical intervention used for the management of a range of neurological conditions including Parkinson’s disease, in which stimulating electrodes are placed in specific brain areas including several sites in the basal ganglia. Eye movement measurements can then be made with the stimulator systems both off and on and the results compared. With suitable experimental design, this approach can be used to study the pathophysiology of the disease being treated, the mechanism by which DBS exerts it beneficial effects, and even aspects of normal neurophysiology.
Introduction
Negli ultimi anni c'è stato un crescente interesse per l'uso di misure di tempi di reazione come un modo quantitativo e non invasivo di ottenere informazioni sui meccanismi alto livello di decisione neurale facendo 1. Un tipo di tempo di reazione che è stato ampiamente studiato è il tempo necessario per avviare un saccade su presentazione di uno stimolo visivo, noto come latenza saccadico. Saccades sono i movimenti oculari rapidi che si verificano quando ci spostiamo rapidamente lo sguardo da un luogo all'altro. Essi sono il tipo più comune di movimenti oculari facciamo, che si verificano ad una frequenza di tipicamente due o tre al secondo. Ogni saccade è in effetti una decisione a guardare uno spunto nel mondo visivo piuttosto che un altro 2.
I percorsi neurali che controllano i movimenti oculari sono stati ampiamente studiati e sono abbastanza ben documentati 3. Utilizzando apparecchiature elettroniche sensibili, aspetti della funzione oculomotor possono essere preciso e objectively quantificato. Questo facilita lo studio dettagliato dei movimenti oculari stessi, ma consente anche loro di essere utilizzati come strumento per indagare su altre aree della neurofisiologia e fisiopatologia.
misura il movimento degli occhi può fornire informazioni utili su stati di malattia. Movimenti oculari saccadici hanno recentemente, per esempio, ha ricevuto molta attenzione come potenziale biomarker in patologie neurodegenerative tra cui il morbo di Huntington e Parkinson 4,5 6,7, ed è ben stabilito che i tempi di reazione saccadici tendono ad essere più lenta del normale in queste condizioni. I potenziali usi di misura saccadico includono un aiuto per la diagnosi e il monitoraggio della malattia. compiti saccadici vanno dal semplice prosaccade (guardando il più rapidamente possibile verso uno stimolo visivo improvvisamente appare a sinistra o destra) per compiti più complessi come la antisaccade (guardando il più rapidamente possibile al lato opposto ad uno stimolo visivo) o Memory saccade guidata (guardandoverso la posizione ricordato di un bersaglio che non c'è più).
la stimolazione cerebrale profonda è un trattamento efficace per diverse condizioni neurologiche. E 'più comunemente usato per trattare i sintomi motori della malattia di Parkinson tra cui tremore, rigidità, bradicinesia, e discinesia. E 'utilizzato anche per altri disturbi del movimento, tra cui distonia e tremore essenziale, e meno comunemente per il dolore neuropatico, epilessia, e condizioni psichiatriche come il disturbo ossessivo compulsivo. E 'l'unico ambiente in cui gli scienziati hanno accesso elettrico diretto alle strutture profonde del cervello umano in vivo e offre quindi una preziosa opportunità per la neurologia sperimentale. Una varietà di obiettivi vengono stimolati a seconda delle condizioni da trattare, tra cui diverse località nei gangli della base, molti dei quali sono coinvolti in percorsi oculomotori. Ciò significa che una vasta gamma di studi può essere effettuato utilizzando il sistema DBS trasportare lo stimoload un determinato luogo del cervello e un dispositivo di tracciamento oculare per registrare e analizzare i suoi effetti. Secondo il paradigma sperimentale, tali studi possono fornire informazioni sulla fisiologia della regione stimolata, gli effetti della malattia, o il meccanismo con cui DBS sta lavorando in quel particolare impostazione. Questo articolo descrive un approccio generale alla saccadico test movimento degli occhi in pazienti stimolazione cerebrale profonda.
Diversi tipi di apparecchiature di tracciamento dell'occhio sono disponibili. Per la ricerca descritta in questo protocollo un saccadometer portatile è stato utilizzato per registrare i movimenti oculari saccadici orizzontali. Saccadometers portatili hanno il vantaggio di non richiedere poggiatesta (vedi figura 1), il che significa che le sessioni sono più confortevoli per i pazienti con malattia di Parkinson, in particolare per coloro che soffrono di gravi discinesie. Il saccadometer usato qui è leggero e larga circa 5 cm e alto 10 cm. Il measu saccadometerres movimenti oculari mediante l'uso di oculografia diretta a infrarossi: una sorgente di raggi infrarossi e sensore posizionato davanti alla luce dell'uso canto mediale riflessa dalla cornea per stabilire la posizione di rotazione del bulbo oculare a intervalli millisecondo. Al fine di acquisire dati di buona qualità per l'analisi del saccadometer dovrebbe campione ad una velocità di almeno 1 kHz con almeno risoluzione a 12 bit. Nella saccadometer qui utilizzato stimoli visivi erano tre rossi 13 cd m -2 macchie di luce prodotta da incasso in laser a bassa potenza, ogni spot sottendono alcuni 0,1 gradi, con un punto sulla linea mediana e le altre due a ± 10 gradi (cioè , a destra ea sinistra).
Figura 1. Il Saccadometer. Testa montata saccadometer collegato a un elastico e di riposo sul ponte del naso. Quattro laser in miniatura progetto di destinazione visivas su una superficie opaca, e movimenti dell'occhio del partecipante è misurato a differenziali trasduttori riflettanza all'infrarosso sul lato nasale ciascun occhio. Come gli obiettivi del laser si muovono con la testa, poggiatesta non sono necessari. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il fattore più critico per ottenere dati di buona qualità saccadico è garantire che le istruzioni date al partecipante sono chiare e precise. Ad esempio, se le istruzioni per l'attività antisaccadic non sono completamente chiare, il partecipante è probabile eseguire prosaccades invece. Le registrazioni possono anche essere viziato, se il partecipante non può vedere chiaramente gli stimoli o il saccadometer non può misurare con precisione la posizione degli occhi. Pertanto, se i dati sembrano essere di bassa q…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dr. Antoniades was supported by the National Institute of Health Research (NIHR) and by the Dementias and Neurodegenerative Diseases Research Network (DENDRON) and by the Wellcome Trust. Dr FitzGerald was supported by the National Institute for Health Research (NIHR) Oxford Biomedical Research Centre.
Materials
| Saccadometer device ( Ober Consulting Poland) |
| Computer with Windows environment |
| Software, Latency Meter for downloading the raw data from the saccadometer. |
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