Usando Saccadometry con estimulación cerebral profunda para estudiar la función cerebral normal y patológica
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
En los últimos años ha habido un creciente interés en el uso de las mediciones de los tiempos de reacción como una forma cuantitativa y no invasiva de obtención de información acerca de los mecanismos de alto nivel de toma de decisión 1 neural. Un tipo de tiempo de reacción que se ha estudiado ampliamente es el tiempo necesario para iniciar una sacada en la presentación de un estímulo visual, conocido como latencia sacádico. Las sacadas son los movimientos oculares rápidos que se producen cuando nos desplazamos rápidamente la mirada de un lugar a otro. Ellos son el tipo más común de los movimientos oculares que hacemos, que se producen con una frecuencia de por lo general dos o tres por segundo. Cada movimiento sacádico es en efecto una decisión de mirar a una cue en el mundo visual en lugar de otro 2.
Los caminos de los nervios que controlan los movimientos oculares se han estudiado ampliamente y están bastante bien documentado 3. El uso de equipo electrónico sensible, aspectos de la función oculomotora pueden ser precisa y objectively cuantificado. Esto facilita el estudio detallado de los propios movimientos de los ojos, pero también les permite ser usados como una herramienta para investigar otras áreas de la neurofisiología y la fisiopatología.
Ojo medición de movimiento puede proporcionar información útil sobre los estados de enfermedad. Los movimientos oculares sacádicos han recientemente, por ejemplo, recibió tanta atención como posibles marcadores biológicos en los trastornos neurodegenerativos, incluyendo las enfermedades de Huntington y Parkinson 4,5 6,7, y es bien establecido que los tiempos de reacción sacádicos tienden a ser más lenta de lo normal en estas condiciones. Los usos potenciales de medición sacádicos incluyen ayudas para el diagnóstico y seguimiento de la enfermedad. tareas sacádicos van desde la prosaccade sencilla (mirando lo más rápidamente posible hacia un estímulo visual que aparece de repente a la izquierda o la derecha) para tareas más complejas tales como la antisacádica (mirando lo más rápido posible hacia el lado opuesto a un estímulo visual) o memoria- sacada guiada (mirandohacia el lugar acordado de un objetivo que ya no está allí).
La estimulación cerebral profunda es un tratamiento eficaz para varias condiciones neurológicas. Se utiliza más comúnmente para tratar los síntomas motores de la enfermedad de Parkinson incluyendo temblor, rigidez, bradicinesia, y discinesia. También se utiliza para otros trastornos del movimiento incluyendo distonía y el temblor esencial, y con menos frecuencia para el dolor neuropático, epilepsia, y condiciones psiquiátricas como el trastorno obsesivo compulsivo. Es el único escenario en el que los científicos tienen acceso eléctrico directo a las estructuras profundas del cerebro humano in vivo y por lo tanto ofrece una valiosa oportunidad para la neurología experimental. Una variedad de objetivos son estimulados dependiendo de la afección a tratar, incluyendo varios lugares en los ganglios basales, muchos de los cuales están implicados en las vías oculomotores. Esto significa que una amplia gama de estudios puede llevarse a cabo utilizando el sistema de DBS para entregar estimulacióna una ubicación cerebro dado y un dispositivo de seguimiento de los ojos para registrar y analizar sus efectos. Dependiendo del paradigma experimental, estos estudios pueden proporcionar información acerca de la fisiología de la región que está siendo estimulado, los efectos de la enfermedad, o el mecanismo por el cual DBS está trabajando en ese entorno particular. En este artículo se describe un enfoque general de la prueba de movimiento ocular sacádico en pacientes de estimulación cerebral profunda.
Existen varios tipos diferentes de equipos de seguimiento de los ojos están disponibles. Para la investigación descrita en este protocolo se utilizó un saccadometer portátil para registrar los movimientos oculares sacádicos horizontales. Saccadometers portátiles tienen la ventaja de no requerir apoyacabezas (véase la Figura 1), lo que significa que las sesiones son más cómodos para los pacientes con enfermedad de Parkinson, especialmente para aquellos que sufren de discinesias severas. El saccadometer usada aquí es ligero y aproximadamente 5 cm de ancho y 10 cm de altura. El measu saccadometermovimientos oculares cosa por el uso de oculografía infrarroja directa: una fuente de infrarrojos y un sensor colocado en frente de la luz medial uso canto reflejada desde la córnea para establecer la posición de rotación del globo ocular en intervalos de milisegundos. Con el fin de adquirir datos de buena calidad para el análisis de la saccadometer debe muestra a una velocidad de al menos 1 kHz con al menos una resolución de 12 bits. En el saccadometer utilizado aquí los estímulos visuales fueron tres de color rojo 13 cd m-2 puntos de luz producida por el láser construida en baja potencia, cada punto que subtiende unos 0,1 grados, con un punto en la línea media y los otros dos a ± 10 grados (es decir, , a la derecha ya la izquierda).
Figura 1. El Saccadometer. Cabeza montada saccadometer unido a una banda elástica y descansando sobre el puente de la nariz. Cuatro láseres en miniatura proyectan objetivo visuals sobre una superficie mate, y movimientos de los ojos de los participantes se miden por los transductores de reflectancia de infrarrojos diferenciales en el lado nasal de cada ojo. Como los objetivos de láser se mueven con la cabeza, no son necesarios los reposacabezas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Protocol
Representative Results
Discussion
El factor más crítico en la obtención de datos sacádicos buena calidad es asegurar que las instrucciones dadas al participante son claras y precisas. Por ejemplo, si las instrucciones para la tarea antisaccadic no están del todo claras, el participante es probable que ejecute prosaccades lugar. Las grabaciones también pueden estar en mal estado si el participante no puede ver claramente los estímulos o la saccadometer no puede medir con precisión la posición del ojo. Así, si los datos parecen ser de baja calid…
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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