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신경과학

삼차 자극에 의해 유도 된 로커스 Coeruleus 중재 각성에서 동공 연결 변경 평가

Published: November 26, 2019
doi:
10.3791/59970
, , , , , , , , , ,
1Department of Translational Research and of New Surgical and Medical Technologies,University of Pisa, 2The BioRobotics Institute,Scuola Superiore Sant’Anna, 3Department of Excellence in Robotics & AI,Scuola Superiore Sant’Anna, 4Institut des Maladie Neurodegeneratives,University of Bordeaux, 5Department of Physics,University of Pisa, 6Department of Surgical, Medical, Molecular Pathology and Critical Care Medicine,University of Pisa, 7Department of Developmental Neuroscience,IRCCS Foundation Stella Maris

Summary

인지 성능에 대한 삼차 적 영향이 궤적 coeruleus 활동을 포함 여부를 확인하기 위해, 두 프로토콜은 츄잉에 의해 유도 된 성능과 작업 관련 동공 크기 변화 사이의 가능한 상관 관계를 평가하는 것을 목표로 제시된다. 이 프로토콜은 궤적 coeruleus 기여가 의심되는 조건에 적용될 수 있습니다.

Abstract

현재 과학 문헌은 츄잉과 관련된 삼차 감각 운동 활동이 각성, 주의 및 인지 성능에 영향을 미칠 수 있다는 증거를 제공합니다. 이러한 효과는 궤적 코에룰러스(LC)의 노르아드레날린 뉴런이 속하는 오름차순 망상 활성화 시스템(ARAS)에 삼차 시스템의 광범위한 연결 때문일 수 있다. LC 뉴런은 전체 뇌에 대한 돌기를 포함하고 있으며, 그들의 방전은 동공 크기에 따라 동공이 다릅니다. LC 활성화는 작업 관련 mydriasis를 유도하는 데 필요합니다. 인지 성능에 대한 츄잉 효과가 LC에 의해 매개되는 경우, 인지 성능의 변화가 작업 관련 근선증의 변화와 상관관계가 있다고 기대하는 것이 합리적입니다. 이 가설을 확인하고 특정 모터 활성화로 인한 것이 아니라는 두 가지 새로운 프로토콜이 여기에 제시되어 있습니다. 두 프로토콜 에서, 특정 작업 중 관찰 성능 및 동공 크기 변화는 전, 곧 후, 그리고 중 의 2 분 기간 다음 반 시간 기록: a) 활동 없음, b) 리듬, 양측 핸드 그립, c) 부드러운 펠릿의 양측 츄잉, 및 d) 하드 펠릿의 양측 체어링. 첫 번째 프로토콜은 숫자 행렬 내에 표시되는 대상 번호를 찾아내면 성능 수준을 측정합니다. 동공 크기 기록은 일정한 조명 수준을 보장하기 위해 시력을 방해하는 적절한 동공계에 의해 기록되기 때문에, 작업 관련 mydriasis는 햅틱 작업 중에 평가됩니다. 이 프로토콜의 결과는 1) 성능 및 작업 관련 mydriasis에 있는 츄잉 유도한 변경이 상관되고 2) 성과도 mydriasis도 손잡이에 의해 강화된다는 것을 보여줍니다. 두 번째 프로토콜에서 웨어러블 동공계를 사용하면 동일한 작업 중에 동공 크기 변화와 성능을 측정할 수 있으므로 인지 활동에 대한 삼차 효과에 대한 LC 참여에 관한 더 강력한 증거를 얻을 수 있습니다. 두 프로토콜은 피사 대학에서 ARAS의 발견자 인 주세페 모루지 교수의 역사적인 사무실에서 실행되었습니다.

Introduction

인간에서는, 그것은 인지 처리를 빠르게 하는 것으로 알려져 있다1,2 각성3,4,주의5,학습, 그리고 메모리6,7. 이러한 효과는 피질 이벤트 관련 전위8의 대기 시간 단축 및 여러 피질 및 피질 및 피질 구조의 관류 증가2,9와관련이 있다.

두개골 신경 내에서, 피질 비동기화 및 각성을 유지하는 가장 관련성이 높은 정보는 삼차섬유(10)에의해 수행되며, 이는 오름차순 망상 활성화 시스템(ARAS)에 대한 강한 삼차 연결로 인한 것 일 가능성이높다. ARAS 구조 중에서, 궤적 코에룰루스(LC)는 삼차입력(11)을 수신하고 각성12,13,동공 크기14,15,16,17,18을가진 활성 코소를 변조한다. LC 휴식 활동과 인지 성능 사이의 관계는 복잡하지만, LC 활동의 작업 관련 향상은 각성 관련19 동공 mydriasis에 이르게20 향상된 인지 성능21. LC 활동과 동공 크기 사이에 신뢰할 수있는 동시 변이가 있으며, 후자는 현재 중앙 노르 아드레날린 활동22,23,24,25,26의프록시로 간주됩니다.

감각운동 삼차가지의 비대칭 활성화는 동공 비대칭(anisocoria)27,28을유도하여 삼차-코룰러 연결의 강도를 확인한다. LC인지 성능에 대한 츄잉의 자극 효과에 참여하는 경우, 그것은 병렬 작업 관련 mydriasis에 영향을 미칠 수 있습니다, 이는 작업 중 LC 의 단계적 활성화의 지표입니다. 그것은 또한 성능에 영향을 미칠 수 있습니다., 그래서 성능에 츄잉 유발 된 변화 와 mydriasis 사이 상관 관계를 기대할 수 있습니다. 더욱이, 삼차 효과 특정 하는 경우, 츄잉 효과 다른 리듬 모터 작업에 의해 유도 보다 더 큰 해야. 이러한 가설을 테스트하기 위해, 두 개의 실험 프로토콜이 제시된다. 그들은 인지 성능과 동공 크기의 결합 된 측정을 기반으로, 츄잉 활동의 짧은 기간 전후 수행. 이러한 프로토콜은 숫자 세심한 행렬29에표시되는 대상 번호를 비대상 번호와 함께 찾는 것으로 구성된 테스트를 활용합니다. 이 테스트는 세심하고 인지 성능을 확인합니다.

이 프로토콜의 전반적인 목표는 삼차 자극이 인지 성능의 특정 변화를 유도한다는 것을 설명하는 것입니다, 이는 모터 명령의 생성에 구체적으로 분류 할 수 없으며 LC 중재의 동공 연결 변화와 관련이있습니다 흥분. 프로토콜의 응용 프로그램은 성능을 측정할 수 있고 LC의 개입이 의심되는 모든 행동 조건으로 확장됩니다.

Protocol

모든 단계는 피사 대학의 윤리위원회의 지침을 따릅니다. 1. 참가자 모집 연구의 특정 목표에 따라 대상 인구를 모집 (즉, 정상 과목 및 / 또는 환자, 남성 및 / 또는 여성, 젊은 사람 및 / 또는 장로). 2. 재료 준비 부드러운 펠릿을 준비; 상업적으로 이용 가능한 츄잉 껌(재료 표; 초기 경도 = 20 쇼어 OO)를 사용합니다. 단…

Representative Results

도 4는 단일 피험자(46세, 여성)에 프로토콜 1을 적용했을 때 얻어진 결과의 대표적인 예를 나타낸다. PI는 하드 (T7)를 하드 (1.73 마비 / s에서 2.27 마비 / s)와 부드러운 펠릿 (1.67 마비 / s에서 1.87 마비 / s)을 모두 한 후 곧 증가했습니다(그림 4A). 그러나, 30분 후(T37) 증가된 성능은 단단한 펠릿에 대해서만 지속되었다. 다른 한편으로는, 활동의 ?…

Discussion

이 연구에서 제시된 프로토콜은 인지 성능에 대한 감각 운동 삼차 활동의 급성 효과와 이 과정에서 LC의 역할을 다룹니다. 이 항목은 몇 가지 관련성을 가지고, 고려 1) 노화 동안, 매 스틱 활동의 악화는 인지 붕괴와 상관 관계32,33,34; 구강 건강을 보존 하는 사람들은 신경 퇴행 성 현상에 덜 경향이 있다; 2) 부정교합 및 치아 추?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

연구는 피사 대학의 보조금에 의해 지원되었다. 우리는 귀중한 기술 지원을 위해 파올로 오르시니 씨, 프란체스코 몬타나리 씨, 크리스티나 푸치 부인뿐만 아니라 I.A.C.E.R.R.L. 회사가 마리아 파올라 트라몬티 판토치 박사를 후원한 것에 대해 감사드립니다. 마지막으로, 우리는 경도 및 스프링 일정한 측정을 수행하고 경도를 준비하고 OCM 프로젝트 회사에 감사드립니다.

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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Fantozzi, M. P. T., Banfi, T., De Cicco, V., Barresi, M., Cataldo, E., De Cicco, D., Bruschini, L., d’Ascanio, P., Ciuti, G., Faraguna, U., Manzoni, D. Assessing Pupil-linked Changes in Locus Coeruleus-mediated Arousal Elicited by Trigeminal Stimulation. J. Vis. Exp. (153), e59970, doi:10.3791/59970 (2019).
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