Beoordeling van statische graviceptieve perceptie in het roll-plane met behulp van de subjectieve visuele verticale paradigma
Summary
De perceptie van de zwaartekracht wordt vaak bepaald door de subjectieve visuele verticale in het hoofd rechtop positie. De aanvullende beoordeling bij kopkantelen van ± 15° en ± 30° in het rolvlak zorgt voor een verhoogd informatiegehalte voor de detectie van verminderde graviceptieve waarneming.
Abstract
Vestibulaire aandoeningen behoren tot de meest voorkomende syndromen in de geneeskunde. In de afgelopen jaren zijn nieuwe vestibulaire diagnostische systemen geïntroduceerd die het mogelijk maken alle halfronde kanalen in de klinische setting te onderzoeken. Beoordelingsmethoden van het otolithische systeem, dat verantwoordelijk is voor de perceptie van lineaire versnelling en perceptie van de zwaartekracht, zijn veel minder in klinisch gebruik. Er zijn verschillende experimentele benaderingen voor het meten van de perceptie van de zwaartekracht. De meest gebruikte methode is de bepaling van de subjectieve visuele verticale. Dit wordt meestal gemeten met het hoofd in een rechte positie. We presenteren hier een beoordelingsmethode voor het testen van de otolietfunctie in het rolvlak. De subjectieve visuele verticale wordt gemeten in de hoofdrechtpositie en met hoofdhelling van ± 15° en ± 30° in het rolvlak. Dit uitgebreide functionele paradigma is een gemakkelijk uit te voeren klinische test van de otolietfunctie en zorgt voor een verhoogde informatie-inhoud voor de detectie van verminderde graviceptive perceptie.
Introduction
De stoornis van de otolietfunctie kan worden veroorzaakt door zowel perifere als centrale vestibulaire omstandigheden1. Perifere vestibulaire oorzaken zijn de ziekte van Meniere, labyrintinfarct, evenals superieure of inferieure vestibulaire neuritis. Centrale otolietdisfunctie kan optreden bij laesies van centrale otolithische paden van hersenstam via thalamus2 naar de vestibulaire cortex3. Bovendien worden verminderde otolietreflexen ook gevonden bij cerebellar stoornissen4. Hoewel een aantal gestandaardiseerde methoden, zoals calorische testen of video-head impulstest, beschikbaar zijn voor de beoordeling van de halfronde kanaalfunctie, bestaat er geen gestandaardiseerde klinische meetmethode voor zwaartekrachtschatting en verticaliteitsperceptie5.
Aangezien de otolieten verantwoordelijk zijn voor de perceptie van lineaire versnelling, kan de otolietfunctie in principe worden gemeten door lineaire versnelling door de zogenaamde translationele vestibulo-oculaire reflex (t-VOR) vast te stellen. Dit vereist echter het gebruik van speciale en complexe apparatuur, zoals een parallelle schommel of lineaire slee4,6. Voor de beoordeling van eenzijdige saccular en utrculaire functie is een specifieke off-center centrifugatietest ontwikkeld, die klinisch in balans laboratoria met een specifiek rotatiestoelsysteem7kan worden gebruikt. Bij het verplaatsen van het hoofd door 3,5-4 cm van de rotatie-as, de excentrisch gepositioneerde utricle wordt eenzijdig gestimuleerd door een resulterende centrifugale kracht. In dit paradigma otoliet functie kan worden bepaald door het meten van de resulterende oogtorsie of de subjectieve visuele verticale (SVV). Deze procedure vereist echter ook geavanceerde apparatuur en de methode vertoont nog steeds beperkte gevoeligheden voor zowel SVV- als oogtorsiebeoordeling7. Otoliet functie kan verder worden gekwantificeerd door middel van oogbeweging opnames. Beoordeling kan worden gedaan in horizontale of lineaire versnelling, maar ook tijdens het hoofd- of lichaam kantelen in het rolvlak met toepassing van 3-D videooculografie. Dit laatste maakt bepaling van oculaire torsie mogelijk. De klinische toepassing van deze methode is ook beperkt vanwege de lage gevoeligheid8. De perceptie van lichaamsverticaliteit (d.w.z. het gevoel dat ik voel dat mijn lichaam is afgestemd op de echte verticale) kan worden beoordeeld door middel van de zogenaamde subjectieve posturale verticale. In deze experimentele taak zitten patiënten in een stoel in een gemotoriseerde gimbal en wordt gevraagd aan te geven wanneer ze de rechtopstaande positie in- en uitstapten, terwijl ze 15 ° in het toonhoogte- of rolvlak worden gekanteld. Het nadeel van deze techniek is niet alleen de uitgebreide experimentele aanpak, maar ook dat het meet zowel otoliet en lichaam proprioceptieve signalen9. Of vestibulaire opgeroepen myogene potentials (VEMP’s) zijn nuttige klinische screening tools voor otoliet functie in verschillende klinische aandoeningen is nog steeds controversieel10,11.
Visuele taken zijn momenteel de meest gebruikte klinische methoden voor het meten van de graviceptieve functie, die kunnen worden beoordeeld door meting van de subjectieve visuele verticale (SVV)12. Gezien vanuit een nauwkeurig fysiologisch perspectief, svv is niet een directe test van de otoliet functie alleen, zoals de SVV is het resultaat van een weging tussen verschillende bronnen van informatie (zwaartekracht, proprioceptief en ook visueel wanneer ze beschikbaar zijn). Voor snel klinisch gebruik is echter een eenvoudige toepassing van deze SVV-taak, de zogenaamde emmertest, ontwikkeld13 speciaal voor de noodinstelling, waardoor acute verstoringen van de graviceptieve waarneming onmiddellijk kunnen worden gedetecteerd. De preciezere en gestandaardiseerde procedure bestaat uit het laten uitlijnen van een waarnemer een lichtbalk of staaf met de geschatte verticale. Getest in het donker in gezonde individuen in een rechte positie, afwijkingen zijn beperkt tot ± 2 ° van de aarde verticale14. Met behulp van de SVV-taak is de graviceptieve functie tot nu toe beoordeeld in verschillende neurologische aandoeningen, zoals beroerte15,,16 of de ziekte van Parkinson17. Bovendien is ook een verminderde SVV-perceptie gemeld bij eenzijdige18,19 of bilaterale vestibulaire laesies20, evenals bij patiënten met goedaardige paroxysmale positionele nystagmus21.
We presenteren hier een aangepaste SVV-beoordelingsmethode, die SVV-schattingen meet, niet alleen in de kop-rechtop, maar ook bij ± 15° en ± 30° hoofdkantelen in het rolvlak. Dit paradigma verhoogt de informatie-inhoud voor de detectie van graviceptive tekorten en voor systematische kankantelen van de SVV.
Protocol
Representative Results
Discussion
SVV is een methode om het gevoel van verticaliteit te waarborgen. Het vloeit voort uit de integratie van verschillende informatie. Het vestibulaire systeem wordt van het grootste belang in deze perceptie, is aangetoond dat een laesie op elk niveau van vestibulaire informatie route leidt tot SVV fouten.
De meting van SVV in de hoofdrechtpositie wordt nu beschouwd als de klinische standaardmethode voor het registreren van de otolietfunctie. Deze methode wordt echter belemmerd door een lage gevoe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs hebben geen erkenningen.
Materials
| Adjustable plastic goniometer board 7,87" x 7,87", (marked tilt angles of 0°, 15° and 30° ) | self-produced | 6 | for fixation at the backrest and for adjustment of neckrest along the given tilt angles (0°,15°,30°) |
| Elastic head band with adjustable screw on the back | Micromedical Technologies Inc | 4 | modified with attached adhesive strap |
| HD LCD display, 1366 x 768p resolution, 19" | Philips | 5 | for monitoring SVV-adjustments outside the cabin (infrared camera recording) |
| Subjective Visual Vertical Set including infrared video camera (black/white, resolution 0,25°) | Micromedical Technologies Inc | 2 | |
| Sytem 2000 (Rotational Vestibular Chair System with Centrifuge) | Micromedical Technologies Inc., 10 Kemp Dr., Chatham, IL 62629-9769 United States | 1 | |
| Tiltable headrest | Micromedical Technologies Inc | 3 | modified with attached adhesive strap |
References
- Dieterich, M., Brandt, T. Perception of Verticality and Vestibular Disorders of Balance and Falls. Frontiers in Neurology. 10, 172 (2019).
- Elwischger, K., Rommer, P., Prayer, D., Mueller, C., Auff, E., Wiest, G. Thalamic astasia from isolated centromedian thalamic infarction. Neurology. 78 (2), 146-147 (2012).
- Wiest, G., Zimprich, F., Prayer, D., Czech, T., Serles, W., Baumgartner, C. Vestibular processing in human paramedian precuneus as shown by electrical cortical stimulation. Neurology. 62 (3), 473-475 (2004).
- Wiest, G., Tian, J. R., Baloh, R. W., Crane, B. T., Demer, J. L. Otolith function in cerebellar ataxia due to mutations in the calcium channel gene CACNA1A. Brain. 124, 2407-2416 (2001).
- Dakin, C. J., Rosenberg, A. Gravity estimation and verticality perception. Handbook of Clinical Neurology. 159, 43-59 (2018).
- Demer, J. L., Crane, B. T., Tian, J. R., Wiest, G. New tests of vestibular function. Annals of the New Yorc Academy of Science. 942, 428-445 (2001).
- Clarke, A. H., Schonfeld, U., Helling, K. Unilateral examination of utricle and saccule function. Journal of Vestibular Research. 13 (4-6), 215-225 (2003).
- Kingma, H. Clinical testing of the statolith-ocular reflex. ORL Journal for Otorhinolaryngology and its Related Specialties. 59 (4), 198-208 (1997).
- Bisdorff, A. R., Wolsley, C. J., Anastasopoulus, D., Bronstein, A. M., Gresty, M. A. The perception of body verticality (subjective postural vertical) in peripheral and central vestibulardisorders. Brain. 199 (5), 1523-1534 (1996).
- Welgampola, M. S., Colebatch, J. G. Characteristics and clinical applications of vestibular-evoked myogenic potentials. Neurology. 64 (10), 1682-1688 (2005).
- Kingma, H. Function tests of the otolith or statolith system. Current Opinion in Neurology. 19 (1), 21-25 (2006).
- Kheradmand, A., Winnick, A. Perception of Upright: Multisensory Convergence and the Role of Temporo-Parietal Cortex. Frontiers in Neurology. 8, 552 (2017).
- Zwergal, A., Rettinger, N., Frenzel, C., Dieterich, M., Brandt, T., Strupp, M. A bucket of static vestibular function. Neurology. 72 (19), 1689-1692 (2009).
- Bronstein, A. M. The Interaction of Otolith and Proprioceptive Information in the Perception of Verticality: The Effects of Labyrinthine and CNS Disease. Annals of the New York Academy of Science. 871, 324-333 (1999).
- Saeys, W., Herssens, N., Verwulgen, S., Truijen, S. Sensory information and the perception of verticality in post-stroke patients. Another point of view in sensory reweighting strategies. PLOS ONE. 13 (6), 0199098 (2018).
- Baier, B., Thömke, F., Wilting, J., Heinze, C., Geber, C., Dieterich, M. A pathway in the brainstem for roll-tilt of the subjective visual vertical: evidence from a lesion-behavior mapping study. Journal of Neuroscience. 32 (43), 14854-14858 (2012).
- Huh, Y. E., Kim, K., Chung, W., Youn, J., Kim, S., Cho, J. W. Pisa Syndrome in Parkinson’s Disease: Pathogenic Roles of Verticality Perception Deficits. Science Reports. 8 (1), 1804 (2018).
- Ogawa, Y., Otsuka, K., Shimizu, S., Inagaki, T., Kondo, T., Suzuki, M. Subjective visual vertical perception in patients with vestibular neuritis and sudden sensorineural hearing loss. Journal of Vestibular Research. 22 (4), 205-211 (2012).
- Toupet, M., Van Nechel, C., Bozorg, A., Grayeli, Influence of body laterality on recovery from subjective visual vertical tilt after vestibular neuritis. Audiology and Neurootology. 19 (4), 248-255 (2014).
- Lopez, C., Lacour, M., Ahmadi, A. E., Magnan, J., Borel, L. Changes of visual vertical perception: a long-term sign of unilateral and bilateral vestibular loss. Neuropsychologia. 45 (9), 2025-2037 (2007).
- Kitahara, T., et al. Idiopathic benign paroxysmal positional vertigo with persistent vertigo/dizziness sensation is associated with latent canal paresis, endolymphatic hydrops, and osteoporosis. Auris Nasus Larynx. 46 (1), 27-33 (2019).
- Platho-Elwischger, K., et al. Plasticity of static graviceptive function in patients with cervical dystonia. Journal of the Neurological Sciences. 373, 230-235 (2017).
- Aranda-Moreno, C., Jáuregui-Renaud, K. The subjective visual vertical in vestibular disease. Revista de Investigación Clínica. 57 (1), 22-27 (2005).
- Guerraz, M., Luyat, M., Poquin, D., Ohlmann, T. The role of neck afferents in subjective orientation in the visual and tactile sensory modalities. Acta Otolaryngologica. 120 (6), 735-738 (2000).
- Luyat, M., Noël, M., Thery, V., Gentaz, E. Gender and line size factors modulate the deviations of the subjective visual vertical induced by head tilt. BMC Neuroscience. 13, 28 (2012).
- Fraser, L. E., Makooie, B., Harris, L. R. The Subjective Visual Vertical and the Subjective Haptic Vertical Access Different Gravity Estimates. PLOS ONE. 10 (12), 0145528 (2015).
- Otero-Millan, J., Kheradmand, A. Upright Perception and Ocular Torsion Change Independently during Head Tilt. Frontiers in Human Neuroscience. 10, 573 (2016).
- Kim, S. H., Kim, J. S. Effects of Head Position on Perception of Gravity in Vestibular Neuritis and Lateral Medullary Infarction. Frontiers in Neurology. 9, 60 (2018).
- Funk, J., Finke, K., Müller, H. J., Utz, K. S., Kerkhoff, G. Effects of lateral head inclination on multimodal spatial orientation judgments in neglect: Evidence for impaired spatial orientation constancy. Neuropsychologia. 48 (6), 1616-1627 (2010).
- Winnick, A., Sadeghpour, S., Otero-Millan, J., Chang, T. P., Kheradmand, A. Errors of Upright Perception in Patients With Vestibular Migraine. Frontiers in Neurololgy. 9, 892 (2018).
- Deriu, F., Ginatempo, F., Manca, A. Enhancing research quality of studies on VEMP in central neurological disorders: a scoping review. Journal of Neurophysiology. 122 (3), 1186-1206 (2019).
- Rosengren, S. M., Colebatch, J. G., Young, A. S., Govender, S., Welgampola, M. S. Vestibular evoked myogenic potentials in practice: Methods, pitfalls and clinical applications. Clinical Neurophysiology Practice. 4, 47-68 (2019).
