Måling og analyse af den tidsmæssige forskelsbehandling tærskel anvendes til cervikal dystoni
Summary
Metoder til måling og analyse af den tidsmæssige forskelsbehandling tærskel er præsenteret, og dens anvendelse til studiet af patogenesen af cervikal dystoni diskuteres.
Abstract
Den tidsmæssige forskelsbehandling tærskel (TDT) er den korteste tidsinterval på som observatør kan diskriminere to sekventielle stimuli som værende asynkron (typisk 30-50 ms). Det har vist sig at være unormal (langvarig) i neurologiske lidelser, herunder cervikal dystoni, en fænotype af voksne debut idiopatisk isolerede fokal dystoni. TDT er en kvantitativ måling af evnen til at opfatte hurtige ændringer i miljøet og betragtes som vejledende af funktionsmåden for de visuelle neuroner i den overlegne colliculus, en central node i skjult attentional orientering. Denne artikel indeholder metoder til at måle TDT (herunder to hardware indstillinger og to former for stimuli præsentation). Vi også udforske to tilgange til analyse af data og TDT beregning. Anvendelsen af vurderingen af tidsmæssige forskelsbehandling til forståelsen af patogenesen af cervikal dystoni og voksne debut idiopatisk isolerede fokal dystoni er også drøftet.
Introduction
Tidsmæssige diskriminering beskriver en persons evne til at diskriminere, eller opfatter, hurtige ændringer i deres miljø. Den tidsmæssige forskelsbehandling tærskel (TDT) er den korteste tidsinterval på som en person kan opfatte at to sekventielle sensoriske stimuli er asynkron. Tidsmæssige forskelsbehandling har vist sig at være unormalt forlænget i lidelser, der påvirker de basale ganglier, herunder dystoni1,2,3,4,5,6 , 7.
Dystoni er den tredje mest almindelige lidelse, neurologisk bevægelse – efter Parkinsons‘sygdom og væsentlige Tremor. Det er karakteriseret ved vedvarende eller periodisk muskelsammentrækninger forårsager unormal, ofte gentagne bevægelser eller stillinger8. Dystoni kan påvirke nogen del af kroppen. Når det berører en kropsdel er det kendt som fokal dystoni8. Dystoni påvirker nakkemusklerne er kendt som cervikal dystoni, og er den mest almindelige Fænotypen af voksne debut idiopatisk isolerede fokal dystoni. 9 , 10 patogenesen af cervikal dystoni er stadig ukendt; Det anses for at være en genetisk sygdom med autosomal dominant arvegang og markant nedsat penetrans. Miljømæssige faktorer er også anses for vigtigt i forbindelse med sygdom penetrans og udtryk.
Den overlegne colliculus, en sensorimotor struktur ligger i den dorsale midthjernen, er vigtigt for hurtig påvisning af miljømæssige stimuli i skjult attentional orientere2,11,12. Visuelle stimuli adgang den overlegne colliculus hurtigt gennem retino-tectal magnocellular vej. TDT er en enkel, objektive foranstaltning menes at repræsentere behandling af visuelle (og andre sensoriske stimuli) i de overfladiske lag af den overlegne colliculus. TDT er blevet undersøgt hos personer med cervikal dystoni, deres upåvirket pårørende og sund kontrol deltagere. I forhold til alder – og køn-matchede kontrol deltagere, en unormal TDT har høj følsomhed (97%, 36, 37 patienter) og specificitet (98-100%) i cervikal dystoni1. En unormal TDT er blevet fundet i 50% af upåvirket første grads kvindelige slægtninge til patienter med cervikal dystoni (14 25, alderen 48 år eller ældre), demonstrerer alders – og sex-relaterede penetrans med autosomal dominant arvegang13, 14. en unormal TDT i upåvirket pårørende af cervikal dystoni patienter (i forhold til slægtninge med normal TDTs) er forbundet med øget putaminal volumen (af voxel-baseret morfometri)15 og reduceret putaminal aktivitet (med fMRI)4 . Den overlegne colliculus betragtes som en betydelig node i den neuronal netværk, som er dysfunktionelle i cervikal dystoni12. Vurdering af tidsmæssige forskelsbehandling betragtes som giver vigtige fingerpeg om patomekanismer underliggende cervikal dystoni.
Målet med denne artikel er at fremlægge to metoder til at måle og analysere tidsmæssige forskelsbehandling samt demonstrere anvendelsen af denne metode til at studere Patofysiologi af cervikal dystoni.
Protocol
Representative Results
Discussion
TDT måling og analyse
To former for apparater (tabel-top og headset), to metoder af stimulus præsentation (trappe og tilfældige), og to tilgange til analyse af data (traditionel og distribution) er blevet præsenteret til at illustrere, hvordan man kan måle og kvantificere en person’s tidsmæssige forskelsbehandling evne. Den bærbare headset giver en bekvem hardware løsning, der sikrer konsistens i afstand og vinkler mellem deltageren og LED lyskilder samtidig tillader d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskning blev støttet af tilskud fra sundhed Research Board, dystoni Irland, Science Foundation Irland og den irske Institut for klinisk neurovidenskab.
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. 신경과학. 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).
