フリーダムモーションプラットフォーム度6を使用した三次元前庭眼反射テスト

この手順の全体的な目的は、前庭疾患を持つ患者の三次元的な前庭機能を測定することです。まず、被験者をモーションプラットフォームに座らせ、シートベルトを締めます。その後、被験者の眼球に強膜サーチコイルを挿入します。

前庭眼反射を三次元で測定するため、バキュームピローとバイトボードを使用して被験者を固定します。次に、プラットフォームを作動させます。これにより、三次元すべての方向で前庭系をテストするため、正弦波刺激およびステップ刺激がランダムな順序で提示されます。

最終ステップは、眼球コイルデータのオフライン解析を行い、前庭眼反射の大きさ（ゲイン）とアライメントを抽出することです。最終的に、前庭眼反射のゲインとアライメントを用いて、前庭機能の正常か異常かを判別します。この手法により、前庭系を3次元すべてで検査することが可能になります。

これは、耳鼻咽喉科クリニックで使用されているシングルアクセス回転椅子などの既存の手法に対する大きな利点です。本手法により、健常者の3次元前庭機能に関する知見が得られます。さらに、本手法は、聴神経腫瘍、前庭神経炎、および多くの内耳疾患などの前庭疾患の研究にも用いられています。

本手順のデモンストレーションを行うのは、私の研究グループの博士課程学生であるJoyce DITsとKasper Boer、およびスタッフのJohan Pellです。まず、被験者をモーションプラットフォームの中央に設置された椅子に座らせ、プラットフォームのベースに固定された4点式シートベルトで拘束します。実験中は、Robinsonの振幅検出法に基づく標準的な25 kilohertzの2フィールドコイルシステムを用い、3D強膜サーチコイルを使用して両眼の眼球運動を記録します。

これを達成するために、まず被験者の各眼にオキシブタンを数滴点眼して麻酔をかけます。次に、シリコンに埋め込まれた強膜サーチコイルを各眼に挿入します。サーチコイルの挿入後、外耳道と下眼窩縁（またはリース線）を結ぶ仮想線が水平面から6度以内に収まるように、被験者の頭部を配置します。

次に、被験者の首の周囲に真空枕を膨らませて固定し、頭部を不動にします。その後、被験者に個別に成形された歯科用インプレッションバイトボードを噛ませます。このバイトボードは剛性バーを介して立方体フレームに取り付けられており、角加速度および線形加速度を通じて不随意な頭部運動を測定するための2つの3Dセンサーが組み込まれています。

次にモーションプラットフォームを起動し、動作位置まで上昇させます。被験者に一連のターゲットをそれぞれ5秒間注視するように指示し、両眼の強膜サーチコイルの水平および垂直信号を個別に校正します。その後、あらかじめプログラムされた動作シーケンスを開始します。

このモーションプラットフォームは、ここに示されている6つのコンピュータ制御電磁アクチュエータを使用することで、計6自由度の回転および並進刺激を生成することが可能です。動作を定義するには、標準的な右手座標系を使用します。座標系の中心は被験者の両耳の中間に位置し、被験者の視点から定義されます。

まず、左方向への回転をZ方向の正の運動と定義します。これはYと呼ばれます。次に、下方向への運動を正の運動およびY方向と定義します。これはピッチとして知られています。

最後に、右方向へのワード回転をX方向への正の動きとして定義します。これはロールとして知られています。まず、プラットフォーム背面に取り付けられたレーザービームを使用して、プラットフォームと眼球運動のデータを同期させます。

ホームポジションは、後壁に配置され、手順中にモニタリングされる小型フォトセルにレーザーが投影された際に認識され、明暗両方の条件下で正弦波刺激を与えます。明条件下では、被験者に常に177センチメートル前方に配置された点灯し続ける赤色LEDを注視させます。各動作が始まる前に、ライトを2秒間点灯させ、その後消灯します。

次に、モーションプラットフォームを介して、主要な3つの軸、すなわち垂直軸（roc coddle）、耳間軸、および鼻後頭軸を中心とした全身回転を行います。主要軸による刺激に加えて、ロールとピッチの間の22.5度刻みのステップで全身回転を行います。その後、LEDを視覚標的として使用し、薄暗い環境でパルス刺激を実施します。

これを達成するために、3つの主軸および45度の方向にある中間水平軸のそれぞれに対して、短時間のインパルスを与えます。各インパルスを6回ずつ、ランダムな順序で与えてください。さらに、運動の開始時間を2.5秒から3.5秒の間でランダムに変化させます。

刺激中の各新しい動きを分離します。CEDデータ収集システムを用いて、1000 hertzの周波数で眼球運動データを取得します。個々の成分ごとの眼球位置データのサンプルをここに示します。

次に、眼球コイル信号の生データを各成分の角速度に変換します。この角速度データを用いて、提示された刺激に対する代償性眼球運動の大きさとして定義されるゲインを算出します。アライメントのずれ（Misalignment）は、眼球速度軸の逆ベクトルと頭部速度軸との間で3次元的に算出される、度数で表される瞬時角です。

刺激の関数としてアライメントのずれが生じている例。軸の向きは破線で示されており、ここではゲインの平均結果のグラフを示しています。対照群の水平軸正弦波シミュレーションでは、ねじれ方向の最大値は方位角0度で現れましたが、垂直方向の最大値は方位角-90度と+90度の両方で現れました。

水平成分はベースラインの測定値のみを示しています。垂直成分とねじれ成分を組み合わせると、点線で示されている3つのDI速度ゲインの予測値が得られます。実際の値はデータポイントとして示されています。

ここに示す通り、6名の被験者で平均した刺激軸と反応軸のずれ（misalignment）である。点線は、実測値と密接に一致する予測値を示している。このずれはピッチ（上下方向）の際に最小となり、ロール（回転方向）に向かって徐々に増加し、方位角22.5度において最大17.33度のずれが生じた。

明所と暗所における眼速ゲイン成分を比較したところ、顕著な差が認められました。垂直成分と回旋成分の両方が暗所で有意に低くなっており、その結果、全体的な3D眼速ゲインが低下しました。正弦波シミュレーションにおいて、刺激と応答のズレは明所では予測値に従っていましたが、暗所では予測値と一致しませんでした。

これは主に、ゼロではない水平成分の影響によるものです。インパルス刺激は、視覚情報を短時間しか遮断しませんが、暗闇での正弦波刺激と同様に、ゲインとアライメントのずれにおいて定性的に同様の反応を示します。この手法の感度は、片側視床腫瘍などの脳異常を持つ患者を対照群の患者と比較することで実証されます。

左側に示されているのは、14 mmの脳腫瘍を持つ患者のゲインおよびアライメント誤差のチャートです。これらのチャートを対照群の患者のものと比較すると、明らかな違いが見て取れます。このビデオを視聴することで、6自由度モーションプラットフォームを用いた前庭機能検査の手順について十分に理解できるはずです。

被験体をこのプラットフォームにどのように固定し、探索カールをどのように挿入し、そして得られたデータをどのように解釈するかを理解することが重要です。