Valutazione dei cambiamenti legati agli pupili in Arousal mediato da Locus Coeruleus, suscitato dalla stimolazione trigeminale
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.
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.
Protocol
Representative Results
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 neur…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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 x 15.5cm |
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