Vurdering av statisk graviceptiv persepsjon i roll-plane ved hjelp av subjektivt visuelt vertikalt paradigme
Summary
Oppfatningen av tyngdekraften bestemmes vanligvis av den subjektive visuelle vertikalen i hodet oppreist stilling. Den ekstra vurderingen ved hodevipper på ± 15° og ± 30° i rulleplanet sikrer økt informasjonsinnhold for påvisning av nedsatt graviceptive persepsjon.
Abstract
Vestibulære lidelser er blant de vanligste syndromene i medisin. De siste årene har det blitt innført nye vestibulære diagnostiske systemer som tillater undersøkelse av alle halvsirkelformede kanaler i den kliniske settingen. Vurderingsmetoder for det otolittiske systemet, som er ansvarlig for oppfatningen av lineær akselerasjon og tyngdeoppfatning, er langt mindre i klinisk bruk. Det er flere eksperimentelle tilnærminger for å måle oppfatningen av tyngdekraften. Den mest brukte metoden er fastsettelsen av den subjektive visuelle vertikalen. Dette måles vanligvis med hodet i oppreist stilling. Vi presenterer her en vurderingsmetode for testing av otolittfunksjon i rulleplanet. Den subjektive visuelle vertikalen måles i hodet oppreist og med hodehelling på ± 15° og ± 30° i rulleplanet. Dette utvidede funksjonelle paradigmet er en lett-å-utføre klinisk test av otolittfunksjon og sikrer økt informasjonsinnhold for påvisning av nedsatt graviceptive oppfatning.
Introduction
Nedsatt otolittfunksjon kan skyldes perifere og sentrale vestibulære forhold1. Perifere vestibulære årsaker inkluderer Menieres sykdom, labyrintinfarkt, samt overlegen eller dårligere vestibulær nevritt. Sentral otolitt dysfunksjon kan forekomme i lesjoner av sentrale otolittiske veier fra hjernestammen via thalamus2 til vestibulær cortex3. I tillegg finnes også reduserte otolittreflekser i cerebellære lidelser4. Mens en rekke standardiserte metoder, for eksempel kaloritesting eller videohodeimpulstest, er tilgjengelige for vurdering av halvsirkelformet kanalfunksjon, finnes det ingen standardisert klinisk målemetode for gravitasjonsestimering og vertikalitetsoppfatning5.
Siden otolittene er ansvarlige for oppfatningen av lineær akselerasjon, kan otolittfunksjonen i prinsippet måles ved lineær akselerasjon ved å registrere den såkalte translasjonelle vestibulo-okulære refleksen (t-VOR). Dette krever imidlertid bruk av spesial- og komplekst utstyr som en parallell sving eller lineære sleder4,6. For vurdering av ensidig saccular og utricular funksjon en bestemt off-center sentrifugering test er utviklet, som kan brukes klinisk i balanse laboratorier med en bestemt rotasjonsstol system7. Når du fortrenger hodet med 3,5–4 cm fra rotasjonsaksen, stimuleres den eksentrisk plasserte utrikkelen ensidig av en resulterende sentrifugalkraft. I denne paradigmeotolittfunksjonen kan bestemmes enten ved å måle den resulterende øyetorsjonen eller den subjektive visuelle vertikale (SVV). Denne prosedyren krever imidlertid også sofistikert utstyr, og metoden viser fortsatt begrensede følsomheter for både SVV og øyetorsjonsvurdering7. Otolittfunksjon kan videre kvantifiseres gjennom øyebevegelsesopptak. Vurdering kan gjøres i horisontal eller lineær akselerasjon, men også under hode- eller kroppstilt i rulleplanet med anvendelse av 3D-videononoografi. Sistnevnte tillater bestemmelse av okulær torsjon. Den kliniske anvendelsen av denne metoden er også begrenset på grunn av sin lave følsomhet8. Oppfatningen av kroppsvertikalitet (dvs. følelsen av at jeg føler kroppen min på linje med den sanne vertikale) kan vurderes ved hjelp av den såkalte subjektive posturalvertikal. I denne eksperimentelle oppgaven sitter pasientene i en stol i en motorisert gimbal og bedt om å indikere når de kom inn og ut av oppreist stilling, mens de ble vippet 15 ° i banen eller rulleplanet. Ulempen med denne teknikken er ikke bare den forseggjorte eksperimentelle tilnærmingen, men også at den måler både otolitt og kroppsproprioceptive signaler9. Hvorvidt vestibulær fremkalt myogene potensialer (VEMPs) er nyttige kliniske screeningverktøy for otolittfunksjon i ulike kliniske lidelser er fortsatt kontroversielt10,11.
Visuelle oppgaver er for tiden de mest brukte kliniske metodene for måling av graviceptive funksjon, som kan vurderes gjennom måling av den subjektive visuelle vertikale (SVV)12. Sett fra et presist fysiologisk perspektiv, er SVV ikke en direkte test av otolittfunksjonen alene, da SVV er et resultat av en vekting mellom flere informasjonskilder (tyngdekraften, proprioceptive og også visuelle når de er tilgjengelige). Men for rask klinisk bruk har en enkel anvendelse av denne SVV-oppgaven, den såkalte bøttetesten, blitt utviklet13 spesielt for nødinnstillingen, noe som muliggjør umiddelbar påvisning av akutte forstyrrelser av gravicepsiv persepsjon. Den mer presise og standardiserte prosedyren består av å la en observatør justere en lysstang eller stang med estimert vertikal. Testet i mørke hos friske individer i oppreist stilling, avvik er begrenset til ± 2° fra jorden vertikal14. Ved hjelp av SVV-oppgaven har graviceptive funksjonen så langt blitt vurdert i en rekke nevrologiske tilstander som hjerneslag15,,16 eller Parkinsons sykdom17. Videre har nedsatt SVV-persepsjon også blitt rapportert i ensidige18,,19 eller bilaterale vestibulære lesjoner20, samt hos pasienter med godartet paroksysmal posisjonsal nystagmus21.
Vi presenterer her en modifisert SVV-vurderingsmetode, som måler SVV-estimater ikke bare i head-upright posisjon, men også ved ± 15° og ± 30° hodevipper i rulleplanet. Dette paradigmet øker informasjonsinnholdet for påvisning av graviceptive underskudd og for systematiske vipper av SVV.
Protocol
Representative Results
Discussion
SVV er en metode for å sikre følelsen av vertikalitet. Det skyldes integrering av flere opplysninger. Det vestibulære systemet er av avgjørende betydning i denne oppfatningen, det har vist seg at en lesjon på alle nivåer av vestibulær informasjonsvei fører til SVV-feil.
Måling av SVV i hodet oppreist stilling anses nå som den kliniske standardmetoden for opptak av otolittfunksjon. Denne metoden er imidlertid hemmet av lav følsomhet, da SVV-avvik i mørket hos friske individer er beg…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne har ingen anerkjennelser.
Materials
| Adjustable plastic goniometer board 7,87" x 7,87", (marked tilt angles of 0°, 15° and 30° ) | self-produced | 6 | for fixation at the backrest and for adjustment of neckrest along the given tilt angles (0°,15°,30°) |
| Elastic head band with adjustable screw on the back | Micromedical Technologies Inc | 4 | modified with attached adhesive strap |
| HD LCD display, 1366 x 768p resolution, 19" | Philips | 5 | for monitoring SVV-adjustments outside the cabin (infrared camera recording) |
| Subjective Visual Vertical Set including infrared video camera (black/white, resolution 0,25°) | Micromedical Technologies Inc | 2 | |
| Sytem 2000 (Rotational Vestibular Chair System with Centrifuge) | Micromedical Technologies Inc., 10 Kemp Dr., Chatham, IL 62629-9769 United States | 1 | |
| Tiltable headrest | Micromedical Technologies Inc | 3 | modified with attached adhesive strap |
References
- Dieterich, M., Brandt, T. Perception of Verticality and Vestibular Disorders of Balance and Falls. Frontiers in Neurology. 10, 172 (2019).
- Elwischger, K., Rommer, P., Prayer, D., Mueller, C., Auff, E., Wiest, G. Thalamic astasia from isolated centromedian thalamic infarction. Neurology. 78 (2), 146-147 (2012).
- Wiest, G., Zimprich, F., Prayer, D., Czech, T., Serles, W., Baumgartner, C. Vestibular processing in human paramedian precuneus as shown by electrical cortical stimulation. Neurology. 62 (3), 473-475 (2004).
- Wiest, G., Tian, J. R., Baloh, R. W., Crane, B. T., Demer, J. L. Otolith function in cerebellar ataxia due to mutations in the calcium channel gene CACNA1A. Brain. 124, 2407-2416 (2001).
- Dakin, C. J., Rosenberg, A. Gravity estimation and verticality perception. Handbook of Clinical Neurology. 159, 43-59 (2018).
- Demer, J. L., Crane, B. T., Tian, J. R., Wiest, G. New tests of vestibular function. Annals of the New Yorc Academy of Science. 942, 428-445 (2001).
- Clarke, A. H., Schonfeld, U., Helling, K. Unilateral examination of utricle and saccule function. Journal of Vestibular Research. 13 (4-6), 215-225 (2003).
- Kingma, H. Clinical testing of the statolith-ocular reflex. ORL Journal for Otorhinolaryngology and its Related Specialties. 59 (4), 198-208 (1997).
- Bisdorff, A. R., Wolsley, C. J., Anastasopoulus, D., Bronstein, A. M., Gresty, M. A. The perception of body verticality (subjective postural vertical) in peripheral and central vestibulardisorders. Brain. 199 (5), 1523-1534 (1996).
- Welgampola, M. S., Colebatch, J. G. Characteristics and clinical applications of vestibular-evoked myogenic potentials. Neurology. 64 (10), 1682-1688 (2005).
- Kingma, H. Function tests of the otolith or statolith system. Current Opinion in Neurology. 19 (1), 21-25 (2006).
- Kheradmand, A., Winnick, A. Perception of Upright: Multisensory Convergence and the Role of Temporo-Parietal Cortex. Frontiers in Neurology. 8, 552 (2017).
- Zwergal, A., Rettinger, N., Frenzel, C., Dieterich, M., Brandt, T., Strupp, M. A bucket of static vestibular function. Neurology. 72 (19), 1689-1692 (2009).
- Bronstein, A. M. The Interaction of Otolith and Proprioceptive Information in the Perception of Verticality: The Effects of Labyrinthine and CNS Disease. Annals of the New York Academy of Science. 871, 324-333 (1999).
- Saeys, W., Herssens, N., Verwulgen, S., Truijen, S. Sensory information and the perception of verticality in post-stroke patients. Another point of view in sensory reweighting strategies. PLOS ONE. 13 (6), 0199098 (2018).
- Baier, B., Thömke, F., Wilting, J., Heinze, C., Geber, C., Dieterich, M. A pathway in the brainstem for roll-tilt of the subjective visual vertical: evidence from a lesion-behavior mapping study. Journal of Neuroscience. 32 (43), 14854-14858 (2012).
- Huh, Y. E., Kim, K., Chung, W., Youn, J., Kim, S., Cho, J. W. Pisa Syndrome in Parkinson’s Disease: Pathogenic Roles of Verticality Perception Deficits. Science Reports. 8 (1), 1804 (2018).
- Ogawa, Y., Otsuka, K., Shimizu, S., Inagaki, T., Kondo, T., Suzuki, M. Subjective visual vertical perception in patients with vestibular neuritis and sudden sensorineural hearing loss. Journal of Vestibular Research. 22 (4), 205-211 (2012).
- Toupet, M., Van Nechel, C., Bozorg, A., Grayeli, Influence of body laterality on recovery from subjective visual vertical tilt after vestibular neuritis. Audiology and Neurootology. 19 (4), 248-255 (2014).
- Lopez, C., Lacour, M., Ahmadi, A. E., Magnan, J., Borel, L. Changes of visual vertical perception: a long-term sign of unilateral and bilateral vestibular loss. Neuropsychologia. 45 (9), 2025-2037 (2007).
- Kitahara, T., et al. Idiopathic benign paroxysmal positional vertigo with persistent vertigo/dizziness sensation is associated with latent canal paresis, endolymphatic hydrops, and osteoporosis. Auris Nasus Larynx. 46 (1), 27-33 (2019).
- Platho-Elwischger, K., et al. Plasticity of static graviceptive function in patients with cervical dystonia. Journal of the Neurological Sciences. 373, 230-235 (2017).
- Aranda-Moreno, C., Jáuregui-Renaud, K. The subjective visual vertical in vestibular disease. Revista de Investigación Clínica. 57 (1), 22-27 (2005).
- Guerraz, M., Luyat, M., Poquin, D., Ohlmann, T. The role of neck afferents in subjective orientation in the visual and tactile sensory modalities. Acta Otolaryngologica. 120 (6), 735-738 (2000).
- Luyat, M., Noël, M., Thery, V., Gentaz, E. Gender and line size factors modulate the deviations of the subjective visual vertical induced by head tilt. BMC Neuroscience. 13, 28 (2012).
- Fraser, L. E., Makooie, B., Harris, L. R. The Subjective Visual Vertical and the Subjective Haptic Vertical Access Different Gravity Estimates. PLOS ONE. 10 (12), 0145528 (2015).
- Otero-Millan, J., Kheradmand, A. Upright Perception and Ocular Torsion Change Independently during Head Tilt. Frontiers in Human Neuroscience. 10, 573 (2016).
- Kim, S. H., Kim, J. S. Effects of Head Position on Perception of Gravity in Vestibular Neuritis and Lateral Medullary Infarction. Frontiers in Neurology. 9, 60 (2018).
- Funk, J., Finke, K., Müller, H. J., Utz, K. S., Kerkhoff, G. Effects of lateral head inclination on multimodal spatial orientation judgments in neglect: Evidence for impaired spatial orientation constancy. Neuropsychologia. 48 (6), 1616-1627 (2010).
- Winnick, A., Sadeghpour, S., Otero-Millan, J., Chang, T. P., Kheradmand, A. Errors of Upright Perception in Patients With Vestibular Migraine. Frontiers in Neurololgy. 9, 892 (2018).
- Deriu, F., Ginatempo, F., Manca, A. Enhancing research quality of studies on VEMP in central neurological disorders: a scoping review. Journal of Neurophysiology. 122 (3), 1186-1206 (2019).
- Rosengren, S. M., Colebatch, J. G., Young, A. S., Govender, S., Welgampola, M. S. Vestibular evoked myogenic potentials in practice: Methods, pitfalls and clinical applications. Clinical Neurophysiology Practice. 4, 47-68 (2019).
