Inspelning horisontella Saccade föreställningar korrekt i neurologiska patienter som använder Electro-oculogram
Summary
I artikeln beskrivs en praktisk metod för inspelning horisontella ögonrörelser med hög noggrannhet av electro-oculogram neurologiska patienter, med en kopp Ag-Granulatfyllda elektrod med en bred plast Frans. Stabil mätning kräver korrekt val och fixering av elektroder, att ta tillräckligt med tid för ljus anpassning till uppstå och omkalibrering behövs.
Abstract
Electro-oculogram (EOG) har använts för kliniska öga rörelse inspelning, särskilt horisontella saccades, även om de video-oculography (VOG) har till stor del tagit plats i det numera på grund av dess högre rumsliga noggrannhet. Det finns dock situationer där EOG har tydliga fördelar jämfört med VOG, exempelvis patienter med smala ögat klyftor eller som har katarakt linser, och patienter med rörelsestörningar. Denna artikel visar att om korrekt implementerat, EOG kan uppnå en noggrannhet som är nästan lika bra som VOG med betydande stabilitet för inspelning, medan kringgå problem associerade med VOG recording. Detta dokument beskriver en praktisk metod för inspelning horisontella saccades med ögonmuskelförlamningar paradigm med hög noggrannhet och stabilitet av EOG neurologiska patienter. Nödvändiga åtgärder är att använda en Ag-Granulatfyllda elektrod med bred plast Frans kunna minska buller och vänta tillräckligt ljus anpassning ske. Den här vänteperioden bidrar också till att sänka impedansen mellan elektroderna och huden, vilket säkerställer stabil signal registreras allt eftersom tiden går. Dessutom utförs omkalibrering behövs under uppgift prestanda. Med den här metoden att försöksledaren kan undvika drivor av signaler, samt förorening av artefakter och brus från Elektromyogram och elektroencefalogram, och kan samla tillräckligt med data för klinisk utvärdering av saccades. Således när implementerats EOG kan fortfarande vara en metod för hög genomförbarhet som kan i stor utsträckning till neurologiska patienter, men kan vara effektiva även för studier i normala individer.
Introduction
Det finns tre stora sätt att registrera ögonrörelser, den konventionella EOG, den VOG inspelad av den video-baserade eyetracking systemet och metoden skleral Sök spole (SSC). Bland dem, har EOG ofta använts för att registrera ögonrörelser i patienter sedan 1970-talet på grund av dess enkelhet. Allmänt gäller för kliniska befolkningen, denna metod har använts i stor utsträckning för diagnos av neurologiska patienter och har gett användbar information om patofysiologin underliggande sjukdomar1,2, 3,4,5. Dessutom, är det fortfarande den enda teknik som rimligen kan användas för att registrera ögonrörelser under sömn (rapid eye movement under REM-sömn och andra former av ögonrörelser).
Eftersom ögongloben är positivt laddade i dess främre delen inklusive hornhinnan i förhållande till dess bakre aspekten, finns det en spänningsskillnad mellan de främre och bakre aspekterna av ögonen kallas corneo-retinal potential. På grund av närvaron av denna potential, rätt elektroden blir mer positiv än vänster när försökspersonerna vänder blicken åt höger, och bli negativt när de vänder sin blick till vänster. Eftersom spänningen skillnaden mellan vänster och höger elektroderna korrelerar signifikant med rotationsvinkeln för ögonglober för horisontella saccades, kan det användas för att mäta horisontella ögonrörelser. Dock håller inte denna korrelation för vertikal riktning, även om vertikala EOG fortfarande kan användas att mäta ögats rörelser6. Å andra sidan, använder vissa studier huvudsakligen vertikala EOG för övervakning blinkar.
Nyligen har dock VOG har till stor del tagit plats för EOG på grund av dess högre rumsliga noggrannhet når upp till 0,25 – 0,5 grader, och har nu blivit standard metod för saccade inspelning i den kliniska inställningen. Under tiden, EOG har kommit att anses vara ganska föråldrad, eftersom dess rumsliga noggrannhet, högst 0,5 grader, är sämre än det av VOG.
VOG har dock även sina egna nackdelar om de används i den kliniska inställningen. Det finns fall där VOG inte är möjligt; eyetracking blir exempelvis felaktig hos försökspersoner med smala ögon kluven såsom när området större i hornhinnan är ockluderas av ögonlocken. Hos patienter med katarakt linser hämmar avvikande reflektion av det infraröda ljuset pålitlig inspelning av blicken riktningen. EOG kan dessutom erbjuda fördelar för vissa människor för vilka deras rörelsestörning försvårar VOG inspelning. Systemets VOG är dessutom dyrare jämfört med inställningen av EOG, vilket ofta gör tidigare otillgängliga i vanliga medicinska faciliteter.
Däremot, betraktas SSC metoden som den gyllene standarden för mätning av ögonrörelser. Jämfört med VOG och EOG, denna metod ger den högsta rumsliga noggrannheten, ner till 0,1 grader, och är särskilt användbart när inspelningen innebär hög frekvens huvud rörelse6. Denna metod är dock potentiellt invasiva, dvs, smärtsamt och mycket irriterande för ögonen, och tillåter inspelning för endast en kort period, ungefärligt under 30 minuter eller kortare7,8,9,10 . Detta kort varaktighet gör det en metod olämpliga för omfattande klinisk tillämpning, även om det har använts framgångsrikt i vissa specialiserade faciliteter11.
Baserat på tidigare studier inspelning mer än 250 neurologiska patienter och 480 normala individer av samma grupp12,13,14,15,16,17, 18,19, den aktuella studien visar att EOG kan vara tillräckligt noggranna för att fungera som en standardiserad teknik öga rörelse inspelning och allmänt tillämpliga på kliniska befolkningen, medan kringgå olika nackdelar av VOG och SSC. Denna artikel beskriver en stabil EOG inspelning metod, använda en elektrod med bred Frans så att bred och stabil kontakt med huden, liknande till det av en EEG elektrod fäst ordentligt i hårbotten med kollodium för inspelning av en lång tidsperiod. Impedansen i elektroden går ner och inspelningen blir stabil med tiden, därmed effektivt minska artefakter från ansiktsmusklerna och elektroencefalografi. Denna metod är jämfört med samtidigt inspelade VOG. När korrekt förbereds och genomförs, EOG är lika bra som VOG när det gäller noggrannhet för inspelning saccades neurologiska patienter och EOG kan även vara mer mottagliga för saccade inspelning i normala individer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Även om numera förhärskande metoden för att registrera saccades har blivit VOG, visade föreliggande studie att EOG kan uppnå en noggrannhet som är nästan jämförbar med VOG om korrekt implementerat (figur 2). Den nuvarande EOG-metoden har visat att uppnå en god korrelation med VOG när inspelning horisontella saccades och har använts framgångsrikt i många tidigare studier av samma grupp12,13,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dr. Terao stöddes av en forskning projekt bidrag för vetenskaplig forskning från ministeriet för utbildning, kultur, sport, vetenskap och teknik i Japan [16K 09709, 16H 01497]. YU stöddes av en forskning projekt bidrag för vetenskaplig forskning från ministeriet för utbildning, kultur, sport, vetenskap och teknik i Japan [No.25293206, nr 22390181, 15H 05881, 16H 05322]; genom bidrag från utskottet för forskning på den bästa rTMS behandling av Parkinsons sjukdom från hälsoministeriet och välfärd i Japan; och av utskottet för forskning på dystoni av ministeriet för hälsa och välfärd i Japan.
Materials
| Electrode | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | NS111-115 | cup electrode |
| Electrode paste | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | Gelaid Z-101BA | gel electrode paste to fill in the cup electrode |
| Adhesive tape | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | H261 | double-stick tape for fixating the electrode |
| DC-amplifier | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | AN-601G | amplifier for EOG |
| video-based eye tracking system | SR research (Mississauga, Ontario, Canada) | Eyelink II | eye tracking system for recording VOG |
| Filter | NF corporation | MS-521 | filter for the EOG signal |
References
- Braun, D., Weber, H., Mergner, T., Schulte-Mönting, J. Saccadic reaction times in patients with frontal and parietal lesions. Brain. 115, 1359-1386 (1992).
- Sweeney, J. A., Levy, D., Harris, M. S. Commentary: eye movement research with clinical populations. Prog Brain Res. 140, 507-522 (2002).
- Leigh, R. J., Kennard, C. Using saccades as a research tool in the clinical neurosciences. Brain. 127, 460-477 (2004).
- Ramat, S., Leigh, R. J., Zee, D. S., Optican, L. M. What clinical disorders tell us about the neural control of saccadic eye movements). Brain. 130, 10-35 (2007).
- Terao, Y., et al. Initiation and inhibitory control of saccades with the progression of Parkinson’s disease – changes in three major drives converging on the superior colliculus. Neuropsychologia. 49 (7), 1794-1806 (2011).
- Kennard, D. W., Smyth, G. L. The causes of downward eyelid movement with changes of gaze, and a study of the physical factors concerned. J Physiol. 166, 178-190 (1963).
- Houben, M. M., Goumans, J., van der Steen, J. Recording three-dimensional eye movements: scleral search coils versus video oculography. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47 (1), 179-187 (2006).
- Eggert, T. Eye movement recordings: methods. Dev Ophthalmol. 40, 15-34 (2007).
- Frens, M. A., van der Geest, J. N. Scleral search coils influence saccade dynamics. J Neurophysiol. 88 (2), 692-698 (2002).
- Lappe-Osthege, M., Talamo, S., Helmchen, C., Sprenger, A. Overestimation of saccadic peak velocity recorded by electro-oculography compared to video-oculography and scleral search coil. Clin Neurophysiol. 121 (10), 1786-1787 (2010).
- Bhidayasiri, R., Riley, D. E., Somers, J. T., Lerner, A. J., Büttner-Ennever, J. A., Leigh, R. J. Pathophysiology of slow vertical saccades in progressive supranuclear palsy. Neurology. 57 (11), 2070-2077 (2001).
- Terao, Y., et al. Visualization of the information through human oculomotor cortical regions by transcranial magnetic stimulation. J Neurophysiol. 80 (2), 936-946 (1998).
- Terao, Y., Okano, T., Furubayashi, T., Yugeta, A., Inomata-Terada, S., Ugawa, Y. Effects of thirty-minute mobile phone use on saccades. Clin Neurophysiol. 118 (7), 1545-1556 (2007).
- Terao, Y., et al. Initiation and inhibitory control of saccades with the progression of Parkinson’s disease – changes in three major drives converging on the superior colliculus. Neuropsychologia. 49 (7), 1794-1806 (2011).
- Terao, Y., et al. Frontal cortical regions controlling small and large amplitude saccades: a TMS study. Basal Ganglia. 1 (4), 221-229 (2011).
- Terao, Y., et al. Deterioration of horizontal saccades in progressive supranuclear palsy. Clin Neurophysiol. 124 (2), 354-363 (2013).
- Terao, Y., et al. Saccade abnormalities associated with focal cerebral lesions -How cortical and basal ganglia commands shape saccades in humans. Clin Neurophsyiol. 127 (8), 2953-2967 (2016).
- Terao, Y., et al. Is multiple system atrophy with cerebellar ataxia (MSA-C) like spinocerebellar ataxia and multiple system atrophy with parkinsonism (MSA-P) like Parkinson’s disease? -A saccade study on pathophysiology. Clin Neurophysiol. 127 (2), 1491-1502 (2016).
- Terao, Y., et al. Distinguishing spinocerebellar ataxia with pure cerebellar manifestation from multiple system atrophy (MSA-C) through saccade profiles. Clin Neurophysiol. 128 (1), 31-43 (2016).
- Kato, M., Hikosaka, O. Saccade related responses of external pallidal neurons in monkey. Neurosci Res. , 218 (1992).
- Hikosaka, O., Fukuda, H., Kato, M., Uetake, K., Nomura, Y., Segawa, M., Segawa, M. Deficits in saccadic eye movements in hereditary progressive dystonia with marked diurnal fluctuation. Hereditary Progressive Dystonia With Marked Diurnal Fluctuation. , 159-177 (1993).
- Fukuda, H., et al. Development of saccade recording system in humans: simultaneous measurment of electro-oculography and video-oculography. 38th Annual Meeting of Japanese Society of Clinical Neurophysiology. , (2008).
- Constable, P. A., Bach, M., Frishman, L. J., Jeffrey, B. G., Robson, A. G. International Society for Clinical Electrophysiology of Vision. ISCEV Standard for clinical electro-oculography (2017 update). Doc Ophthalmol. 134 (1), 134 (2017).
- Behrens, F., Weiss, L. R. An automated and modified technique for testing the retinal function (Arden test) by use of the electro-oculogram (EOG) for clinical and research use. Doc Ophthalmol. 96 (4), 283-292 (1999).
- Kikawada, N. Variations in the corneo-retinal standing potential of the vertebrate eye during light and dark adaptations. Jpn J Physiol. 18 (6), 687-702 (1968).
- Yuval-Greenberg, S., Tomer, O., Keren, A. S., Nelken, I., Deouell, L. Y. Transient induced gamma-band response in EEG as a manifestation of miniature saccades. Neuron. 58 (3), 429-441 (2008).
