Met behulp van Saccadometry met Deep Brain Stimulation voor normale en pathologische hersenfunctie Studie
14 juli 2016
Dit artikel beschrijft het gebruik van kwantitatieve meting van oogbewegingen in combinatie met stimulatie van focale gebieden van de diepe hersenen om fysiologie, pathofysiologie en de mechanismen van diepe hersenstimulatie te bestuderen.
Het algemene doel van deze procedure is om de effecten van diepe hersenstimulatie op saccarische oogbewegingen te meten. De combinatie van diepe hersenstimulatie met saccademeting biedt een hulpmiddel om normale en pathologische hersenfunctie te bestuderen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over de pathofysiologie van ziekten die verband houden met de basale ganglia.
Het grootste voordeel van deze techniek is dat deze kwantitatief en precies is, waardoor subtiele afwijkingen nauwkeurig kunnen worden gedetecteerd. Dit zijn enkele van de soorten stimulator-implantaten die worden gebruikt bij diepe hersenstimulatie. Ze bevatten een batterij en elektronica om een kleine elektrische stimulus te genereren.
De stimuluspulsen worden afgeleverd op precieze doellocatie in de hersenen met behulp van contacten aan het uiteinde van een draad zoals deze. Begin met het uitleggen van de details van het onderzoek en het verstrekken van een toestemmingsformulier aan de deelnemer om te ondertekenen. Stel de saccadometra zo in dat voor elke proef het centrale fixatiedoelwit gedurende een willekeurige periode van 1,0 tot 2,0 seconden wordt weergegeven, waarna het wordt uitgedoofd en een van de randrode doelen willekeurig aan de rechter- of linkerkant verschijnt.
Vraag vervolgens de deelnemer om 1,5 meter van een vlakke matte scherm te zitten. Plaats de saccadometra op het hoofd van de deelnemer zodat deze op de brug van de neus rust en bevestig met een elastische verstelbare riem. Zorg ervoor dat de omgevingsverlichting dim is, zodat de stimuli duidelijk zichtbaar zijn.
Instrueer vervolgens de deelnemer dat de 40 minuten durende test sessie bestaat uit vijf blokken met een pauze van een minuut tussen elk blok. Voorafgaand aan het eerste blok, instrueer de deelnemer om hun ogen zo snel en nauwkeurig mogelijk te bewegen om de rode stip te volgen die van het midden naar de ene of andere kant springt. Leg uit dat ze dit 60 keer moeten doen.
Stel de saccadometra in om een reeks van 60 proeven te genereren en druk vervolgens op de knop op het apparaat om het eerste blok proeven te starten. Na de voltooiing van het eerste blok wacht u een minuut voordat u het tweede blok start. Stel de saccadometra opnieuw in om een reeks van 40 proeven te genereren.
Tegen het einde van de minuut durende pauze, instrueer de deelnemer om hun ogen zo snel mogelijk in de tegenovergestelde richting van de rode stip te bewegen. Informeer hen dat ze dit 40 keer moeten doen. Start vervolgens het tweede blok proeven.
Na de voltooiing van het tweede blok, wacht u een minuut en herhaalt u de instructies van het tweede blok nog twee keer voor blokken drie en vier. Ten slotte, na het voltooien van het vierde blok, wacht u een minuut en instrueert u de deelnemers om hun ogen zo snel en nauwkeurig mogelijk te bewegen om de rode stip te volgen die van het midden naar de ene kant naar de andere springt, precies zoals ze dat in het eerste blok deden. Stel de saccadometra opnieuw in om een reeks van 60 proeven te genereren en start het laatste blok proeven.
Opmerking voor deelnemers met diepe hersenstimulatoren of DBS-systemen: voer saccadisch testen twee keer uit. Een keer met het DBS-systeem dat normaal draait en een tweede keer met het DBS-systeem uitgeschakeld. Om de sessie zonder stimulatie uit te voeren, laat een getraind klinisch personeel het DBS-systeem 30 minuten voorafgaand aan de test uitschakelen.
Voltooi vervolgens het saccadisch testen. Zodra de sessie is voltooid, schakel het DBS-systeem weer in. Om de gegevens te analyseren, downloadt u de ruwe gegevens van de saccadometra naar een computer.
Gebruik vervolgens het softwareprogramma van de saccadometra om saccades uit te sluiten die vervormd zijn door knipperen en hoofdbewegingen. Bereken variabelen, inclusief saccadisch latencies, pieksnelheden en amplituden. Hier worden de prosaccadische latentieresultaten getoond voor een Parkinsonpatiënt na DBS van de nucleus subthalamicus wanneer de DBS is in- en uitgeschakeld.
De verdeling van saccades verandert wanneer de stimulator wordt ingeschakeld, wat een vermindering van het aantal lange latentiesaccades en een overeenkomstige afname van de gemiddelde latentie laat zien. Eenmaal onder de knie, kan deze techniek in ongeveer 70 minuten worden uitgevoerd als deze goed wordt uitgevoerd. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat de saccadometra centraal op de brug van de neus moet zitten en dat de kamerverlichting dim is.
Na dit proces kunnen meer geavanceerde saccarische taken worden gebruikt om aanvullende vragen te beantwoorden, zoals hoe de cognitieve controle van oogbewegingen wordt beïnvloed door diepe hersenstimulatie. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe psychodometrie kan worden gebruikt bij proefpersonen met diepe hersenstimulatorsystemen. Vergeet niet dat het werken met lasers gevaarlijk kan zijn en dat u ervoor moet zorgen dat zowel de deelnemers als de experimentator niet direct in de laserstralen kijken.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie onderzoekt de effecten van diepe hersenstimulatie op saccadische oogbewegingen, wat inzicht biedt in zowel normale als pathologische hersenfuncties. Door stimulatie te combineren met nauwkeurige meettechnieken, beoogt het onderzoek het begrip van ziekten gerelateerd aan de basale ganglia te vergroten.
Belangrijkste onderdelen van de studie
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Elektrofysiologie
- Pathofysiologie
Achtergrond
- Diepe hersenstimulatie is een therapeutische techniek die wordt gebruikt voor diverse neurologische aandoeningen.
- Saccadische oogbewegingen zijn snelle bewegingen van het oog die cruciaal zijn voor de visuele perceptie.
- Het begrijpen van de interactie tussen deze twee kan belangrijke fysiologische inzichten opleveren.
- Deze methode maakt kwantitatieve en precieze metingen van oogbewegingen mogelijk.
Doel van de studie
- Om de effecten van diepe hersenstimulatie op saccadische oogbewegingen te meten.
- Om de pathofysiologie van ziekten gerelateerd aan de basale ganglia te onderzoeken.
- Om een nauwkeurig instrument te ontwikkelen voor het bestuderen van de hersenfunctie.
Gebruikte methoden
- Kwantitatieve meting van oogbewegingen.
- Stimulatie van focale gebieden in de diepe hersenen.
- Gebruik van diverse stimulatorimplantaten die elektrische stimuli genereren.
- Combinatie van stimulatie- en meettechnieken.
Belangrijkste resultaten
- De techniek maakt een nauwkeurige detectie van subtiele abnormaliteiten in oogbewegingen mogelijk.
- De verkregen inzichten kunnen helpen bij het begrijpen van normale en pathologische hersenfuncties.
- De resultaten dragen bij aan de kennis over de mechanismen van diepe hersenstimulatie.
Conclusies
- Deze methode is waardevol voor het bestuderen van de fysiologie en pathofysiologie van de hersenen.
- Het biedt een kader voor toekomstig onderzoek naar ziekten die gerelateerd zijn aan de basale ganglia.
- Kwantitatieve analyse vergroot het begrip van de hersenfunctie.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie
Kwantitatieve meting van saccadische oogbewegingen biedt een translationele biomarker voor neurodegeneratieve aandoeningen gerelateerd aan de basale ganglia, waardoor een objectieve beoordeling van de ziekteprogressie en de effecten van therapeutische interventies mogelijk wordt. Deze benadering ondersteunt mechanistische risicoreductie bij doelwitvalidatie door uitkomsten van diepe hersenstimulatie te koppelen aan functionele oculomotorische resultaten, wat het voorspellende vertrouwen bij preklinische en vroege klinische besluitvorming verbetert. De methode verhoogt de portfolio-relevantie door een crossfunctionele, reproduceerbare readout te bieden die toepasbaar is bij de ziekte van Parkinson, de ziekte van Huntington en andere aandoeningen van de basale ganglia.
Strategische toepassingen in BioPharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door te kwantificeren hoe verstoring van de basale ganglia de saccadische latentie en snelheid beïnvloedt.
- Operationele waarde: Biedt een precieze, kwantitatieve uitlezing voor functionele validatie van targets in ziekterelevante neurale circuits.
- Voorspellende waarde: Ondersteunt mechanistische risicoreductie door stimulatieparameters te correleren met biomarkers van oogbewegingen, waardoor ambiguïteit bij de activatie van pathways wordt verminderd.
Screening & Assayontwikkeling
- Klaarheid van de assay: Genereert gestandaardiseerde, reproduceerbare metingen van de saccadische latentie, piekvelocityX en amplitude voor het screenen van verbindingen of interventies.
- Kwantitatieve output: Maakt detectie van subtiele abnormaliteiten in de verdeling van oogbewegingen mogelijk, wat de sensitiviteit van de assay voor vroege effectiviteitssignalen ondersteunt.
- Schaalbaarheid van het platform: Ondersteunt herhaalde testsessies (met/zonder stimulatie) om de consistentie en betrouwbaarheid over verschillende experimentele condities te beoordelen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Relevantie voor de ziekte: Modelleert direct pathofysiologische kenmerken van de ziekte van Parkinson, zoals een verhoogde saccadische latentie, op een kwantificeerbare manier.
- Translationele continuïteit: Slaat een brug tussen ontdekking en preklinische validatie door een biomarker te bieden die vertaalbaar is van diermodellen naar humane studies.
- Risico-gecorrigeerde voortgang: Informeert go/no-go-beslissingen door functioneel herstel of verslechtering na neuromodulatie te kwantificeren.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode past binnen het ontdekkingscontinuüm van targetvalidatie via leadidentificatie tot preklinische evaluatie, en biedt een functionele biomarker die de modulatie van de circuitry van de basale ganglia volgt.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetesten door te meten hoe diepe hersenstimulatie saccadische parameters beïnvloedt, waardoor de pathofysiologie op circuitniveau wordt verduidelijkt.
- Screening: Levert assay-klare, kwantitatieve output (latentie, snelheid, amplitude) die betrouwbare vergelijkingen mogelijk maakt tussen stimulatietoestanden of genetische modellen.
- Analytics: Biedt statistische distributies van saccadische metrieken, wat groepsvergelijkingen en de kwantificering van effectgrootte voor besluitvorming faciliteert.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt neuromodulatie-effecten met klinisch relevante oculomotorische eindpunten, wat inspanningen voor de kwalificatie van biomarkers ondersteunt.
- Enterprise Hergebruik: Vormt een herbruikbaar platform voor het beoordelen van diverse neuromodulatoire interventies over meerdere doelen in de basale ganglia.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen door mechanistische ambiguïteit te verminderen in de wijze waarop neuromodulatie de hersenfunctie beïnvloedt.
- Operationele waarde: Waarborgt standaardisatie en reproduceerbaarheid via vaste trialstructuren, timing van stimuli en head-mounted tracking.
- Strategische waarde: Verbetert de kapitaalefficiëntie door vroege detectie van ineffectieve targets mogelijk te maken, waardoor het risico op falen in een laat stadium wordt verminderd.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering door target-engagement en functionele modulatie in ziekte-relevante systemen te kwantificeren.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in oculomotore testen, neurostimulatiesystemen en de coördinatie van klinische studies naar geïmplanteerde apparatuur.
- Afhankelijk van saccadometer-hardware en -software voor de toediening van stimuli, eye-tracking en de uitsluiting van data met knipper- of bewegingsartefacten.
- Vereist standaardisatie tussen teams van neurologie, neurochirurgie en onderzoekspersoneel voor consistente protocollen voor DBS on/off-testen.
- Omvat overwegingen voor aanpassing bij toepassing op verschillende modelsystemen of varianten van saccadische taken (bijv. prosaccade versus antisaccade).
- Beperkt door de beschikbaarheid van deelnemers, de toegankelijkheid van de stimulator en de noodzaak van gecontroleerde verlichting en zitafstand om de datakwaliteit te waarborgen.
