Mätning & analys av tröskeln Temporal diskriminering tillämpas på cervikal dystoni
Summary
Metoder för mätning och analys av tröskeln temporal diskriminering presenteras, och dess tillämpning till studien av patogenesen vid cervikal dystoni diskuteras.
Abstract
Temporal diskriminering tröskeln (TDT) är det kortaste tidsintervallet som observatör kan diskriminera två sekventiella stimuli som asynkrona (normalt 30-50 ms). Det har visat sig vara onormal (långvarig) i neurologiska sjukdomar, inklusive cervikal dystoni, en fenotyp av vuxen debut idiopatisk isolerade fokal dystoni. TDT är ett kvantitativt mått på förmågan att uppfatta snabba förändringar i miljön och anses vägledande av uppförandet av visuella nervceller i den superior colliculus, en viktig nod i hemliga uppmärksamhet orientera. Denna artikel fastställs analysmetoder för att mäta den TDT (inklusive två maskinvarualternativ och två lägen av stimuli presentation). Vi utforskar också två tillvägagångssätt av dataanalys och TDT beräkning. Tillämpningen av bedömningen av temporal diskriminering till förståelsen av patogenesen av cervikal dystoni och vuxen debut idiopatisk isolerade fokal dystoni behandlas också.
Introduction
Temporal diskriminering beskriver en persons förmåga att diskriminera eller uppfattar, snabba förändringar i deras miljö. Temporal diskriminering tröskeln (TDT) är kortaste tidsintervallet som en individ kan uppfatta att två sekventiella sensoriska stimuli är asynkron. Temporal diskriminering har visat sig vara onormalt förlängd vid sjukdomar som påverkar de basala ganglierna, inklusive dystoni1,2,3,4,5,6 , 7.
Dystoni är den tredje vanligaste neurologiska rörelsestörning – efter Parkinsons‘sjukdom och essentiell Tremor. Det kännetecknas av ihållande eller återkommande muskelsammandragningar som orsakar onormala ofta upprepade, rörelser eller kroppsställningar8. Dystoni kan påverka någon del av kroppen. När det drabbar en kroppsdel är det känt som fokal dystoni8. Dystoni påverkar nackmusklerna kallas cervikal dystoni, och är den vanligaste fenotypen av vuxen debut idiopatisk isolerade fokal dystoni. 9 , 10 patogenesen av cervikal dystoni är fortfarande okänd; Det anses vara en genetisk sjukdom med autosomal dominant nedärvning och markant reducerad penetrans. Miljömässiga faktorer anses också viktiga i förhållande till sjukdom penetrans och uttryck.
Den superior colliculus, en sensomotorisk struktur som ligger i dorsala mitthjärnan, är viktigt för snabb påvisande av stimuli från omgivningen i färd med att hemliga uppmärksamhet orientering2,11,12. Visuella stimuli åt den superior colliculus snabbt via Retin-tectal magnocellular vägen. TDT är en enkel, objektiva mått tros representera bearbetning av visual (och andra sensoriska stimuli) i de ytliga lagrarna av de superior colliculus. TDT har studerats hos individer med cervikal dystoni, deras opåverkade släktingar och frisk kontrolldeltagare. En onormal TDT jämfört och sex-åldersmatchade kontrolldeltagare, och har hög känslighet (97%, 36 av 37 patienter) och specificitet (98-100%) i cervikal dystoni1. En onormal TDT har hittats i 50% av opåverkad släktingar av kvinnliga patienter med cervikal dystoni (14 25, 48 år eller äldre), demonstrera och sex-åldersrelaterade penetrans med autosomal dominant nedärvning13, 14. en onormal TDT i opåverkade släktingar av cervikal dystoni patienter (jämfört med släktingar med normal TDTs) associeras med ökad putaminal volym (av voxel-baserad morfometri)15 och minskade putaminal aktivitet (fMRI)4 . Den superior colliculus anses vara en betydande nod i den neuronala nätverk, som är dysfunktionellt i cervikal dystoni12. Bedömningen av temporal diskriminering anses ge viktiga ledtrådar till den patomekanism underliggande cervikal dystonin.
Målet med denna artikel är att presentera två metoder för att mäta och analysera temporal diskriminering, samt visar en tillämpning av denna metod att studera patofysiologin av cervikal dystoni.
Protocol
Representative Results
Discussion
TDT mätning och analys
Två former av apparaten (bordsskiva och headset), två metoder för stimulans presentation (trappa och slumpmässiga), och två metoder för att analysera data (traditionella och distribution) har presenterats för att illustrera hur att mäta och kvantifiera en person’s temporal diskriminering förmåga. Det bärbara headsetet ger en bekväm hårdvara alternativ som garanterar enhetlighet i avstånd och vinklar mellan deltagaren och LED ljuskällor sa…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning stöddes av bidrag från forskning hälsovårdsstyrelsen dystoni Irland, Science Foundation Ireland och irländska Institutet för klinisk neurovetenskap.
Materials
| TDT head set | Can be supplied by Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin. Alternatively full instructions are available for free download from http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ | 1 | A custom-built, portable device for the presentation of visual stimuli. |
| TDT table top LED box | Can be supplied by Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin. Alternatively full instructions are available for free download from http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ | 2 | A custom-built, table-top device for the presentation of visual stimuli. |
| Microcontroller | Can be supplied by Trinity Centre for Bioengineering, Trinity College Dublin. Alternatively full instructions are available for free download from http://www.dystoniaresearch.ie/temporal-discrimination-threshold/ | 3 | A custom-built microcontroller for the delivery of visual stimuli in staircase or random order, with precise inter-stimulus intervals. |
References
- Bradley, D., et al. Temporal discrimination thresholds in adult-onset primary torsion dystonia: an analysis by task type and by dystonia phenotype. J Neurol. 259 (1), 77-82 (2012).
- Hutchinson, M., et al. The endophenotype and the phenotype: temporal discrimination and adult-onset dystonia. Mov Disord. 28 (13), 1766-1774 (2013).
- Kimmich, O., et al. Sporadic adult onset primary torsion dystonia is a genetic disorder by the temporal discrimination test. Brain. 134 (Pt 9), 2656-2663 (2011).
- Kimmich, O., et al. Temporal discrimination, a cervical dystonia endophenotype: penetrance and functional correlates. Mov Disord. 29 (6), 804-811 (2014).
- Molloy, A., et al. A headset method for measuring the visual temporal discrimination threshold in cervical dystonia. Tremor Other Hyperkinet Mov (N Y). 4, 249 (2014).
- Termsarasab, P., et al. Neural correlates of abnormal sensory discrimination in laryngeal dystonia. Neuroimage Clin. 10, 18-26 (2016).
- Fiorio, M., et al. Defective temporal processing of sensory stimuli in DYT1 mutation carriers: a new endophenotype of dystonia?. Brain. 130 (1), 134-142 (2007).
- Albanese, A., et al. Phenomenology and classification of dystonia: a consensus update. Mov Disord. 28 (7), 863-873 (2013).
- Nutt, J. G., Muenter, M. D., Aronson, A., Kurland, L. T., Melton, L. J. Epidemiology of focal and generalized dystonia in Rochester, Minnesota. Mov Disord. 3 (3), 188-194 (1988).
- Williams, L., et al. Epidemiological, clinical and genetic aspects of adult onset isolated focal dystonia in Ireland. Eur J Neurol. , (2016).
- Bell, A. H., Munoz, D. P. Activity in the superior colliculus reflects dynamic interactions between voluntary and involuntary influences on orienting behaviour. Eur J Neurosci. 28 (8), 1654-1660 (2008).
- Hutchinson, M., et al. Cervical dystonia: a disorder of the midbrain network for covert attentional orienting. Front Neurol. 5, 54 (2014).
- Williams, L. J., et al. Young Women do it Better: Sexual Dimorphism in Temporal Discrimination. Front Neurol. 6, 258 (2015).
- Butler, J. S., et al. Age-Related Sexual Dimorphism in Temporal Discrimination and in Adult-Onset Dystonia Suggests GABAergic Mechanisms. Front Neurol. 6, 258 (2015).
- Bradley, D., et al. Temporal discrimination threshold: VBM evidence for an endophenotype in adult onset primary torsion dystonia. Brain. 132 (Pt 9), 2327-2335 (2009).
- Butler, J. S., et al. Non-parametric bootstrapping method for measuring the temporal discrimination threshold for movement disorders. J Neural Eng. 12 (4), 046026 (2015).
- Wichmann, F. A., Hill, N. J. The psychometric function: I. Fitting, sampling, and goodness of fit. Percept Psychophys. 63 (8), 1293-1313 (2001).
- McGovern, E. M., et al. A comparison of stimulus presentation methods in temporal discrimination testing. Physiol Meas. 38 (2), N57-N64 (2017).
- Scontrini, A., et al. Somatosensory temporal discrimination in patients with primary focal dystonia. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 80 (12), 1315-1319 (2009).
- Nardella, A., et al. Inferior parietal lobule encodes visual temporal resolution processes contributing to the critical flicker frequency threshold in humans. PLoS One. 9 (6), e98948 (2014).
- Pastor, M. A., Macaluso, E., Day, B. L., Frackowiak, R. S. Putaminal activity is related to perceptual certainty. Neuroimage. 41 (1), 123-129 (2008).
- Isa, T., Hall, W. C. Exploring the superior colliculus in vitro. J Neurophysiol. 102 (5), 2581-2593 (2009).
- Isa, T., Endo, T., Saito, Y. The visuo-motor pathway in the local circuit of the rat superior colliculus. J Neurosci. 18 (20), 8496-8504 (1998).
- Kaneda, K., Isa, T. GABAergic mechanisms for shaping transient visual responses in the mouse superior colliculus. Neurosciences. 235, 129-140 (2013).
- Ramos, V. F., Esquenazi, A., Villegas, M. A., Wu, T., Hallett, M. Temporal discrimination threshold with healthy aging. Neurobiol Aging. 43, 174-179 (2016).
