Utilizzando Saccadometry con stimolazione cerebrale profonda per studiare normali e patologiche funzione cerebrale
14 luglio 2016
Questo articolo descrive l'uso della misurazione quantitativa dei movimenti oculari in combinazione con la stimolazione delle aree focali del cervello profondo al fine di studiare la fisiologia, la fisiopatologia e i meccanismi della stimolazione cerebrale profonda.
L'obiettivo generale di questa procedura è misurare gli effetti della stimolazione cerebrale profonda sui movimenti oculari saccadici. La combinazione della stimolazione cerebrale profonda con la misurazione delle saccadi fornisce uno strumento per studiare la funzione cerebrale normale e patologica. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave sulla fisiopatologia delle malattie relative ai gangli della base.
Il vantaggio principale di questa tecnica è che è quantitativa e precisa, consentendo il rilevamento accurato di anomalie sottili. Questi sono alcuni dei tipi di impianti stimolatori utilizzati nella stimolazione cerebrale profonda. Contengono una batteria e un'elettronica per generare un piccolo stimolo elettrico.
Gli impulsi di stimolo vengono inviati a precise posizioni target nel cervello utilizzando i contatti all'estremità di un filo come questo. Inizia spiegando i dettagli dello studio e fornendo al partecipante un modulo di consenso da firmare. Impostare il saccadometro in modo che per ogni prova il bersaglio di fissazione centrale venga visualizzato per un periodo casuale da 1,0 a 2,0 secondi, dopodiché si spegne e uno dei bersagli rossi periferici appare casualmente a destra o a sinistra.
Quindi, chiedi al partecipante di sedersi a 1,5 metri di distanza da uno schermo opaco piatto. Posizionare il saccadometro sulla testa del partecipante in modo che poggi sul ponte del naso e fissarlo con una cinghia elastica regolabile. Assicurarsi che l'illuminazione ambientale sia fioca in modo che gli stimoli siano chiaramente visibili.
Quindi, istruisci il partecipante che la sessione di test di 40 minuti consiste in cinque blocchi con una pausa di un minuto tra ogni blocco. Prima del primo blocco, chiedi al partecipante di muovere gli occhi il più rapidamente e accuratamente possibile per seguire il punto rosso che salta dal centro a un lato o all'altro. Spiega che devono farlo 60 volte.
Impostare il saccadometro per generare una sequenza di 60 prove, quindi premere il pulsante sul dispositivo per avviare il primo blocco di prove. Dopo il completamento del primo blocco, attendere un minuto prima di iniziare il secondo blocco. Reimposta il saccadometro per generare una sequenza di 40 prove.
Verso la fine del intervallo di un minuto, istruisci il partecipante a muovere gli occhi il più rapidamente possibile nella direzione opposta al punto rosso. Informali che dovranno farlo 40 volte. Quindi, inizia il secondo blocco di prove.
Dopo aver completato il secondo blocco, attendi un minuto, quindi ripeti le istruzioni del secondo blocco altre due volte per i blocchi tre e quattro. Infine, dopo aver completato il quarto blocco, attendi un minuto, quindi istruisci i partecipanti a muovere gli occhi il più rapidamente e accuratamente possibile per seguire il punto rosso saltando dal centro da un lato all'altro, esattamente come hanno fatto nel primo blocco. Reimposta il saccadometro per generare una sequenza di 60 prove e avviare il blocco finale di prove.
Nota per i partecipanti con stimolatori cerebrali profondi, o sistemi DBS, condurre il test saccadico due volte. Una volta con il sistema DBS in esecuzione normalmente e una seconda volta con il sistema DBS spento. Per condurre la sessione di stimolazione off, chiedere a uno staff clinico qualificato di spegnere il sistema DBS 30 minuti prima del test.
Quindi, completare il test saccadico. Una volta completata la sessione, riaccendere il sistema DBS. Per analizzare i dati, scaricare i dati grezzi dal saccadometro a un computer.
Successivamente, utilizzare il programma software del saccadometro per escludere le saccadi distorte da battiti di ciglia e movimenti della testa. Calcola variabili tra cui latenze saccadiche, velocità di picco e ampiezze. Qui, i risultati della latenza prosaccadica sono mostrati per un paziente di Parkinson dopo aver subito la DBS del nucleo subtalamico quando la DBS viene attivata e disattivata.
La distribuzione delle saccadi viene alterata all'accensione dello stimolatore, mostrando una riduzione del numero di saccadi a lunga latenza e una corrispondente diminuzione della latenza media. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in circa 70 minuti se eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di assicurarsi che il saccadometro sia posizionato centralmente sul ponte del naso e che le luci della stanza siano fioche.
Seguendo questa procedura, è possibile utilizzare compiti saccadici più avanzati per rispondere a ulteriori domande, come ad esempio come il controllo cognitivo dei movimenti oculari sia influenzato dalla stimolazione cerebrale profonda. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come utilizzare la psicodometria in soggetti con sistemi di stimolazione cerebrale profonda. Non dimenticare che lavorare con i laser può essere pericoloso e dovresti fare attenzione a garantire che sia i partecipanti che lo sperimentatore non guardino direttamente i raggi laser.
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Panoramica
Questo studio analizza gli effetti della stimolazione cerebrale profonda sui movimenti saccadici degli occhi, fornendo informazioni sulle funzioni cerebrali normali e patologiche. Combinando la stimolazione con tecniche di misurazione precise, la ricerca mira a migliorare la comprensione delle malattie correlate ai gangli della base.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Elettrofisiologia
- Patofisiologia
Sfondo
- La stimolazione cerebrale profonda è una tecnica terapeutica utilizzata per vari disturbi neurologici.
- I movimenti oculari saccadici sono movimenti rapidi dell'occhio fondamentali per la percezione visiva.
- Comprendere l'interazione tra questi due elementi può rivelare importanti informazioni fisiologiche.
- Questo metodo consente misurazioni quantitative e precise dei movimenti oculari.
Scopo dello studio
- Misurare gli effetti della stimolazione cerebrale profonda sui movimenti saccadici degli occhi.
- Esplorare la fisiopatologia delle malattie correlate ai gangli della base.
- Sviluppare uno strumento preciso per lo studio della funzione cerebrale.
Metodi Utilizzati
- Misurazione quantitativa dei movimenti oculari.
- Stimolazione di aree focali nel cervello profondo.
- Utilizzo di vari impianti stimolatori che generano stimoli elettrici.
- Combinazione di tecniche di stimolazione e misurazione.
Risultati principali
- La tecnica consente una rilevazione accurata di anomalie sottili nei movimenti oculari.
- Le informazioni ottenute possono aiutare a comprendere le funzioni cerebrali normali e patologiche.
- I risultati contribuiscono alla conoscenza sui meccanismi della stimolazione cerebrale profonda.
Conclusioni
- Questo metodo è utile per lo studio della fisiologia e della patofisiologia del cervello.
- Fornisce un quadro di riferimento per future ricerche sulle malattie correlate ai gangli della base.
- L'analisi quantitativa migliora la comprensione della funzione cerebrale.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La misurazione quantitativa dei movimenti oculari saccadici fornisce un biomarcatore traslazionale per le malattie neurodegenerative correlate ai gangli della base, consentendo una valutazione oggettiva della progressione della malattia e degli effetti delle interazioni terapeutiche. Questo approccio supporta la riduzione del rischio meccanicistico nella validazione dell'obiettivo, collegando gli esiti della stimolazione cerebrale profonda a letture funzionali dell'oculomotricità, migliorando la fiducia predittiva nelle decisioni precliniche e cliniche precoci. Il metodo aumenta la rilevanza del portafoglio offrendo una lettura trasversale e riproducibile applicabile nei disturbi dei gangli della base come il morbo di Parkinson, la corea di Huntington e altre patologie correlate.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Valore scientifico: Consente l'analisi di ipotesi terapeutiche quantificando come la perturbazione dei gangli della base influisca sulla latenza e sulla velocità dei movimenti saccadici.
- Valore operativo: Fornisce un'indicazione quantitativa precisa per la validazione del bersaglio funzionale in circuiti neurali rilevanti per la malattia.
- Valore predittivo: Supporta la riduzione del rischio meccanicistico correlando i parametri di stimolazione con biomarcatori del movimento oculare, riducendo l'ambiguità nell'attivazione del percorso.
Sviluppo di screening e saggi
- Prontezza del saggio: Genera misurazioni standardizzate e riproducibili della latenza saccadica, della velocità di picco e dell'ampiezza per lo screening di composti o interventi.
- Output quantitativo: Permette il rilevamento di anomalie sottili nelle distribuzioni dei movimenti oculari, supportando la sensibilità del saggio per segnali precoci di efficacia.
- Scalabilità della piattaforma: Consente sessioni ripetute di test (stimolazione on/off) per valutare coerenza e affidabilità in diverse condizioni sperimentali.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Rilevanza per la malattia: Modella in modo direttivo caratteristiche fisiopatologiche della malattia di Parkinson, come l'aumento della latenza saccadica, in maniera quantificabile.
- Continuità traslazionale: Collega la scoperta alla validazione preclinica fornendo un biomarcatore traslabile dai modelli animali agli studi sull'uomo.
- Progressione basata sul rischio: Guida le decisioni di avanzamento o interruzione quantificando il recupero funzionale o il deterioramento successivo alla neuromodulazione.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo metodo si inserisce nel percorso di scoperta che va dalla validazione del bersaglio all'identificazione del composto promettente fino alla valutazione preclinica, offrendo un biomarcatore funzionale in grado di monitorare la modulazione della circuitazione dei gangli della base.
- Biologia della Scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi misurando come la stimolazione cerebrale profonda alteri i parametri delle saccadi, chiarificando la fisiopatologia a livello circuitale.
- Screening: Fornisce output quantitativi pronti per il saggio (latenza, velocità, ampiezza) che permettono confronti affidabili tra diversi stati di stimolazione o modelli genetici.
- Analisi: Offre distribuzioni statistiche delle metriche saccadiche, facilitando il confronto tra gruppi e la quantificazione dell'entità dell'effetto ai fini decisionali.
- Ricerca Translazionale: Collega gli effetti della neuromodulazione a endpoint oculomotori clinicamente rilevanti, sostenendo gli sforzi di qualificazione dei biomarcatori.
- Riutilizzo Aziendale: Costituisce una piattaforma riutilizzabile per valutare diverse interazioni neuromodulanti su multipli bersagli dei gangli della base.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva riducendo l'ambiguità meccanicistica su come la neuromodulazione influisce sulla funzione cerebrale.
- Valore operativo: Garantisce standardizzazione e riproducibilità attraverso strutture di prova fisse, tempistiche degli stimoli e tracciamento con dispositivo montato sulla testa.
- Valore strategico: Migliora l'efficienza del capitale consentendo il rilevamento precoce di bersagli inefficaci, riducendo il rischio di fallimento nelle fasi avanzate.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione aggiustata per il rischio quantificando l'interazione con il bersaglio e la modulazione funzionale in sistemi rilevanti per la malattia.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche nei test oculomotori, nei sistemi di neurostimolazione e nella coordinazione di studi clinici su dispositivi impiantabili.
- È dipendente dall'hardware e dal software del saccadometro per la presentazione degli stimoli, il tracciamento oculare e l'esclusione dei dati relativi agli artefatti da battito di ciglia o movimento.
- Necessita di una standardizzazione tra i diversi team di neurologia, neurochirurgia e personale di ricerca per protocolli di test DBS on/off coerenti.
- Comporta considerazioni di adattamento quando applicato a diversi sistemi modello o varianti del compito saccadico (ad esempio, prosaccade vs. antisaccade).
- È limitato dalla disponibilità dei partecipanti, dall'accessibilità dello stimolatore e dalla necessità di condizioni controllate di illuminazione e distanza del sedile per garantire la qualità dei dati.
