Optagelse vandrette Saccade forestillinger præcist i neurologiske patienter ved hjælp af elektro-oculogram
Summary
Artiklen beskriver en praktisk metode til optagelse vandrette øjenbevægelser med høj nøjagtighed af elektro-oculogram i neurologiske patienter, ved hjælp af en kop Ag-AgCl-elektrode med en bred plast frynser. Stabil måling kræver korrekt udvælgelse og fiksering af elektroder, tager tilstrækkelig tid til lys tilpasning at forekomme, og fornyet kalibrering efter behov.
Abstract
Elektro-oculogram (EOG) har været meget anvendt til kliniske øje bevægelse optagelse, især vandret saccades, selv om video-oculography (VOG) har i vid udstrækning taget i stedet for det i dag på grund af dets højere rumlig nøjagtighed. Men der er situationer hvor EOG har klare fordele i forhold til VOG, fx fag med snævre øje kløfter eller at have grå stær linser, og patienter med bevægelsesforstyrrelser. Denne artikel viser, at hvis gennemføres korrekt, EOG kan opnå en præcision næsten lige så god som VOG med betydelig stabilitet for optagelse, mens omgå problemer forbundet med VOG optagelse. Den nuværende papir beskriver en praktisk metode til at optage vandret saccades ved hjælp af oculomotor paradigmer med høj nøjagtighed og stabilitet af EOG i neurologiske patienter. De nødvendige foranstaltninger er at bruge en Ag-AgCl-elektrode med en bred plast frynser i stand til at reducere støj og afvente tilstrækkeligt lys tilpasning at forekomme. Denne venteperiode også hjælper med at sænke impedans mellem elektroderne, og huden, at sikre stabile signal registreres som tiden går. Derudover udføres re kalibrering efter behov under opgave ydeevne. Brug denne metode, eksperimentatoren kan undgå driver af signaler samt forurening af artefakter og støj fra electromyogram og elektroencefalografi, og kan indsamle tilstrækkelige data for klinisk evaluering af saccades. Således når det er gennemført, EOG kan stadig være en metode til høj anvendelighed, der kan anvendes bredt til neurologiske patienter, men kan være effektivt også til undersøgelser hos normale forsøgspersoner.
Introduction
Der er tre store måder at registrere øjenbevægelser, den konventionelle EOG, VOG indspillet af den video-baserede eye tracking system, og metoden scleral search coil (SSC). Blandt dem, er EOG ofte bruges til at optage øjenbevægelser hos patienter i 1970 ‘ erne på grund af sin enkelhed. Almindeligt gældende til den kliniske befolkning, denne metode har været flittigt udnyttet til diagnosticering af neurologiske patienter og har givet nyttige oplysninger om patofysiologien bag lidelser1,2, 3,4,5. Derudover er det stadig den eneste teknik, der realistisk kan bruges til at optage øjenbevægelser under søvn (rapid eye bevægelse under REM-søvn og andre former for øjenbevægelser).
Da øjeæblet er positivt ladede i sin forreste del, herunder hornhinden i forhold til dens posterior aspekt, er der en spændingsforskel mellem de forreste og bagerste aspekter af øjnene kaldes corneo-retinal potentiale. På grund af tilstedeværelsen af dette potentiale, den rigtige elektrode vil blive mere positivt end venstre når emnerne vender deres blik mod højre, og blive negativ, når de slår deres blik til venstre. Da spændingsforskel mellem venstre og højre elektroderne korrelerer betydeligt med rotationsvinkel af øjne for vandret saccades, kan det bruges til at måle vandrette øjenbevægelser. Men denne korrelation ikke holde til den lodrette retning, selvom lodret EOG stadig kan bruges til at måle øje bevægelser6. På den anden side bruger nogle undersøgelser primært lodret EOG for overvågning blinker.
For nylig, men VOG i vid udstrækning har fundet sted af EOG på grund af dets højere rumlig nøjagtighed nåede op til 0,25 – 0,5 grader, og er nu blevet standardmetode for saccade optagelse i de kliniske omgivelser. I mellemtiden, EOG er kommet til at blive betragtet som temmelig forældet, da dens rumlig nøjagtighed, højst 0,5 grader, er ringere end VOG.
VOG har imidlertid også sine egne ulemper hvis bruges i de kliniske omgivelser. Der er tilfælde hvor VOG ikke er mulig; for eksempel bliver eyetracking unøjagtige i fag med en smal øje kløft som Hvornår den større område af hornhinden er tilstoppet af øjenlågene. Hos patienter med grå stær linser hæmmer afvigende refleksion af den infrarøde lys pålidelig registrering af blik retning. EOG kan desuden tilbyde fordele for nogle mennesker, for hvem deres bevægelse lidelse gør VOG optagelse vanskeligt. Derudover er VOG system dyrere i forhold til opsætningen af EOG, hvilket ofte gør tidligere utilgængelig i almindelige medicinske faciliteter.
På den anden side betragtes metoden SSC som guldstandarden for måling af øjenbevægelser. Sammenlignet med VOG og EOG, denne metode giver den højeste rumlig nøjagtighed, ned til 0,1 grader, og er især nyttig, når optagelsen indebærer højfrekvente hoved bevægelse6. Men denne metode er potentielt invasive, dvs, smertefulde og meget irriterende for øjnene, og giver mulighed for optagelse i kun en kort periode, cirka under 30 min eller kortere7,8,9,10 . Denne korte varighed gør det en metoden uegnet til omfattende kliniske anvendelse, selv om det har været anvendt med succes i nogle specialiserede faciliteter11.
Baseret på tidligere undersøgelser registrering af mere end 250 neurologiske patienter og 480 normale individer fra den samme gruppe12,13,14,15,16,17, 18,19, den nuværende undersøgelse viser at EOG kan være præcise nok til at tjene som en standard teknik i øjet bevægelse optagelse, og alment gældende til den kliniske befolkning, mens omgå forskellige ulemper af VOG og SSC. Denne artikel beskriver en stabil EOG optagelse metode, ved hjælp af en elektrode med en lang ydergruppe så bred og stabil kontakt med huden, ligner en EEG elektrode tilsluttet korrekt på hovedbunden af Kolloidbomuld til optagelse af en lang tidsperiode. Impedans af elektroden går ned og optagelsen bliver stabil med tid, derved effektivt at reducere artefakter fra ansigtsmuskler og electroencefalografi. Denne metode er sammenlignet med samtidig indspillede VOG. Når ordentligt forberedt og gennemført, EOG er så god som VOG i form af nøjagtighed for optagelse saccades i neurologiske patienter, og EOG kan endda være mere åbne over for saccade optagelse i normale individer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Selv om i dag, er den fremherskende metode til registrering af saccades blevet VOG, viste den nuværende undersøgelse, at EOG kan opnå en nøjagtighed næsten sammenlignes med VOG hvis gennemføres (figur 2). Den nuværende EOG metode har vist sig at opnå en god korrelation med VOG, når du optager vandret saccades og held har været anvendt i mange tidligere undersøgelser af den samme gruppe12,13,14<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dr. Terao blev støttet af en forskning projekt licensbetaling for videnskabelig forskning fra ministeriet for uddannelse, kultur, sport, videnskab og teknologi i Japan [16K 09709, 16H 01497]. YU blev støttet af en forskning projekt licensbetaling for videnskabelig forskning fra ministeriet for uddannelse, kultur, sport, videnskab og teknologi i Japan [No.25293206, No. 22390181, 15H 05881, 16H 05322]; af tilskud fra Forskningsudvalget på den bedste rTMS behandling af Parkinsons sygdom fra the Ministeriet for sundhed og velfærd i Japan; og af Forskningsudvalget på dystoni af Ministeriet for sundhed og velfærd 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).
