La misura e l'analisi della soglia di discriminazione temporale applicata alla distonia cervicale
Summary
Metodi per la misurazione e l’analisi della soglia temporale discriminazione sono presentati e sua applicazione allo studio della patogenesi della distonia cervicale sono discusse.
Abstract
La soglia di discriminazione temporale (TDT) è l’intervallo di tempo minimo in cui un osservatore può discriminare due sequenziali stimoli come essendo asincroni (in genere 30-50 ms). Essa ha dimostrato di essere anormale (prolungati) in disturbi neurologici, tra cui la distonia cervicale, un fenotipo di inizio adulto idiopatico isolato distonia focale. La TDT è una misura quantitativa della capacità di percepire i cambiamenti veloci nell’ambiente ed è considerato indicativo del comportamento dei neuroni visual nel collicolo superiore, un nodo di chiave nell’orientamento attenzionale segrete. Questo articolo definisce metodi per la misurazione la TDT (tra cui due opzioni hardware e due modalità di presentazione di stimoli). Inoltre esploriamo due approcci di analisi dei dati e calcolo di TDT. L’applicazione della valutazione della discriminazione temporale alla comprensione della patogenesi della distonia cervicale e distonia focale isolato idiopatica adulta inoltre è discussa.
Introduction
Discriminazione temporale descrive la capacità di una persona di discriminare, o percepire, rapidi cambiamenti nel loro ambiente. La soglia di discriminazione temporale (TDT) è l’intervallo di tempo minimo in cui un individuo può percepire che due stimoli sensoriali sequenziali sono asincroni. Discriminazione temporale è stato indicato per essere anormalmente prolungata nei disordini che interessano i gangli basali, tra cui la distonia1,2,3,4,5,6 , 7.
La distonia è il terzo più comune disordine di movimento neurologici – dopo Parkinson‘la malattia di s e tremore essenziale. È caratterizzata da contrazioni muscolari continuo o intermittente causando anormali, spesso, movimenti ripetitivi o posture8. La distonia può colpire qualsiasi parte del corpo. Quando colpisce una parte del corpo è noto come distonia focale8. Distonia che interessano i muscoli del collo è conosciuta come distonia cervicale ed è il fenotipo più comune di distonia focale isolato idiopatica adulta. 9 , 10 la patogenesi della distonia cervicale rimane sconosciuta; esso è considerato una malattia genetica autosomica dominante e penetranza marcatamente ridotta. Fattori ambientali sono considerati importanti in relazione alla espressione e penetranza della malattia.
Il collicolo superiore, una struttura sensorimotoria situato nel midbrain dorsale, è importante per la determinazione rapida di stimoli ambientali nel processo di orientamento attenzionale covert2,11,12. Stimoli visivi accedere rapidamente il collicolo superiore attraverso la via magnocellulare retino-tectal. La TDT è una misura semplice, oggettiva, creduta per rappresentare il trattamento di visual (e altri stimoli sensoriali) negli strati superficiali del collicolo superiore. La TDT è stato studiato nei soggetti con distonia cervicale, loro parenti inalterati e i partecipanti sani di controllo. Rispetto ai partecipanti di controllo di pari età e sesso, un anormale TDT ha alta sensibilità (97%, 36 di 37 pazienti) e specificità (98-100%) nella distonia cervicale1. Un TDT anormale è stato trovato nel 50% dei inalterati parenti di primo grado femminili dei pazienti affetti da distonia cervicale (14 di 25, invecchiati 48 anni o più vecchi), dimostrando la penetranza età – e sesso-correlate con l’eredità dominante autosomal13, 14. un anormale TDT in parenti inalterati dei pazienti con distonia cervicale (rispetto ai parenti con TDTs normale) è associato con aumento di volume del putamen (dalla morfometria basata sui voxel)15 e ridotta attività del putamen (mediante fMRI)4 . Il collicolo superiore è considerato un significativo nodo in una rete neuronale, che è disfunzionale nella distonia cervicale12. La valutazione della discriminazione temporale è considerata come fornire importanti indizi per la distonia cervicale sottostante pathomechanisms.
L’obiettivo di questo articolo è di presentare due metodi per la misurazione e l’analisi temporale discriminazione, nonché dimostrando l’applicazione di questo metodo per studiare la fisiopatologia della distonia cervicale.
Protocol
Representative Results
Discussion
Analisi e misurazione di TDT
Due forme di apparato (tavolo e cuffie), due metodi di presentazione dello stimolo (scala e casuale) e due approcci all’analisi dei dati (tradizionale e distribuzione) sono stati presentati per illustrare come misurare e quantificare una persona di temporale capacità di discriminazione. L’auricolare portatile offre un’opzione conveniente hardware che garantisce la coerenza in distanza e angoli tra il partecipante e le fonti di luce LED permettendo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata sostenuta da sovvenzioni da Health Research Board, distonia Irlanda, Science Foundation Ireland e l’Irish Institute per neuroscienza clinica.
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. Neuroscience. 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).
