Bedömning av statisk graviceptiv perception i roll-planet med hjälp av subjektiva Visuella vertikala paradigm
Summary
Perceptionen av gravitationen bestäms gemensamt av den subjektiva visuella vertikala i huvudet upprätt läge. Den ytterligare bedömningen vid huvudlutningar på ± 15° och ± 30° i rullplanet säkerställer ökat informationsinnehåll för detektion av nedsatt graviceptiv perception.
Abstract
Vestibulära störningar är bland de vanligaste syndromen inom medicinen. Under de senaste åren har nya vestibulära diagnostiska system införts som gör det möjligt att undersöka alla halvcirkelformade kanaler i den kliniska inställningen. Bedömningsmetoder för det otolitiska systemet, som ansvarar för uppfattningen av linjär acceleration och perception av gravitation, är mycket mindre i klinisk användning. Det finns flera experimentella metoder för att mäta uppfattningen av gravitationen. Den vanligaste metoden är bestämningen av den subjektiva visuella vertikala. Detta mäts vanligtvis med huvudet i upprätt läge. Vi presenterar här en bedömningsmetod för att testa otolitfunktion i rullplanet. Den subjektiva visuella vertikalen mäts i huvudet upprätt läge samt med huvudlutning på ± 15° och ± 30° i rullplanet. Denna utökade funktionella paradigm är ett lätt utfört kliniskt test av otolit funktion och säkerställer ökad information innehåll för detektion av nedsatt graviceptive perception.
Introduction
Försämring av otolitfunktionen kan orsakas av perifera och centrala vestibulära förhållanden1. Perifera vestibulära orsaker inkluderar Meniere sjukdom, labyrint hjärtinfarkt, samt överlägsen eller sämre vestibulära neurit. Central otolit dysfunktion kan förekomma i lesioner av centrala otolitiska vägar från hjärnstammen via thalamus2 till vestibulära cortex3. Dessutom finns minskade otolitreflexer också i cerebellar störningar4. Medan ett antal standardiserade metoder, såsom kaloritestning eller video-head impulstest, finns tillgängliga för bedömning av halvcirkelformad kanalfunktion, finns det ingen standardiserad klinisk mätmetod för gravitationsuppskattning och vertikalitetsuppfattning5.
Sedan otolithsna är ansvariga för föreställningen av linjär acceleration, fungerar otolith kan i princip mätas av linjär acceleration, genom att registrera den so-called translationella vestibulo-ocular reflexen (t-VOR). Detta kräver dock användning av särskild och komplex utrustning såsom en parallell sving eller linjära slädar4,6. För bedömning av ensidig saccular och utricular funktion ett specifikt off-center centrifugeringstest har utvecklats, som kan användas kliniskt i balans laboratorier med en specifik roterande stol system7. Vid förskjutning av huvudet med 3,5–4 cm från rotationsaxeln stimuleras det excentriskt placerade utricleet ensidigt av en resulterande centrifugalkraft. I detta paradigm kan otolitfunktionen bestämmas antingen genom att mäta den resulterande ögonvrålningen eller den subjektiva visuella vertikala (SVV). Detta förfarande kräver dock också sofistikerad utrustning och metoden visar fortfarande begränsad känslighet för både SVV och ögonvrionsbedömning7. Otolit funktion kan ytterligare kvantifieras genom ögonrörelser inspelningar. Bedömning kan göras i horisontell eller linjär acceleration, men också under huvud- eller kroppslutning i rullplanet med tillämpning av 3-D videookulografi. Den senare möjliggör bestämning av okulär vridning. Den kliniska tillämpningen av denna metod är också begränsad på grund av dess låga känslighet8. Uppfattningen av kroppens vertikalitet (dvs. känslan av att jag känner min kropp i linje med den sanna vertikala) kan bedömas med hjälp av den så kallade subjektiva postural vertikal. I denna experimentella uppgift sitter patienterna i en stol i en motoriserad gimbal och uppmanas att ange när de kom in och ut i upprätt läge, samtidigt som de lutas 15 ° i stigningen eller rullplanet. Nackdelen med denna teknik är inte bara dess utarbetade experimentella tillvägagångssätt, men också att den mäter både otolith och kropp proprioceptiva signaler9. Huruvida vestibulära framkallat myogenic potentialer (VEMPs) är användbara kliniska screeningverktyg för otolith funktion i olika kliniska sjukdomar är fortfarande kontroversiell10,11.
Visuella uppgifter är för närvarande de mest använda kliniska metoderna för att mäta graviceptiv funktion, som kan bedömas genom mätning av den subjektiva visuella vertikala (SVV)12. Sett ur ett exakt fysiologiskt perspektiv är SVV inte ett direkt test av otolitfunktionen ensam, eftersom SVV är resultatet av en viktning mellan flera informationskällor (gravitation, proprioceptiv och även visuell när de är tillgängliga). För snabb klinisk användning har dock en enkel tillämpning av denna SVV-uppgift, det så kallade skopan-testet, utvecklats13 speciellt för nödinställningen, vilket möjliggör omedelbar upptäckt av akuta störningar av graviceptiv perception. Det mer exakta och standardiserade förfarandet består i att låta en observatör anpassa en ljusstång eller stång med den uppskattade vertikala. Testat i mörker hos friska individer i upprätt läge, är avvikelser begränsade till ± 2° från jordvertikt14. Med svv-uppgiften har graviceptive funktion hittills bedömts i en mängd olika neurologiska tillstånd såsom stroke15,,16 eller Parkinsons sjukdom17. Dessutom har nedsatt SVV-perception också rapporterats i ensidiga18,,19 eller bilaterala vestibulära lesioner20, samt hos patienter med godartade paroxysmal positional nystagmus21.
Vi presenterar här en modifierad SVV-bedömningsmetod, som mäter SVV-uppskattningar inte bara i huvudhögryggsläge utan även vid ± 15° och ± 30° huvudlutningar i rullplanet. Detta paradigm ökar informationsinnehållet för att upptäcka graviceptiva underskott och för systematiska lutningar av SVV.
Protocol
Representative Results
Discussion
SVV är en metod för att säkerställa känslan av vertikalitet. Det är resultatet av integrationen av flera information. Vestibulära systemet är av största vikt i denna uppfattning, har det visat sig att en lesion på någon nivå av vestibulära informationsvägen leder till SVV fel.
Mätningen av SVV i huvudet upprätt är nu betraktad som den kliniska standardmetoden för registrering av otolitfunktion. Denna metod hämmas dock av låg känslighet eftersom SVV-avvikelser i mörker hos…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna har inga erkännanden.
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).
