Pomiar i analiza progu dyskryminacji czasowej stosowanego w dystonii szyjnej

Pomiar i analiza progu dyskryminacji czasowej stosowanego w dystonii szyjnej. Wykrywanie zmian środowiskowych jest kluczem do przetrwania. Nasza zdolność do dostrzegania takich zmian i szybkiego reagowania zależy od sieci w śródmózgowiu.

Ta ważna sieć wydaje polecenia motoryczne i reaguje na zmiany otoczenia oraz kieruje naszą uwagę w sposób odruchowy. Termin dyskryminacja czasowa opisuje zdolność osoby do rozróżniania lub dostrzegania szybkich zmian w swoim otoczeniu. Celem artykułu jest przedstawienie dwóch metod pomiaru i analizy dyskryminacji czasowej oraz wykazanie zastosowania tej techniki do badania dystonii szyjnej.

Próg dyskryminacji czasowej to najkrótszy przedział czasu, w którym obserwator może rozróżnić dwa bodźce asynchroniczne i postrzega je jako występujące oddzielnie. Wykazano, że dyskryminacja czasowa jest nieprawidłowa lub przedłużona w zaburzeniach wpływających na zwoje podstawy, w tym dystonii. Dystonia jest trzecim najczęstszym zaburzeniem ruchowym po chorobie Parkinsona i drżeniu samoistnym.

Charakteryzuje się utrzymującymi się lub przerywanymi skurczami mięśni powodującymi nieprawidłowe, często powtarzające się ruchy lub postawy. Patogeneza dystonii szyjnej pozostaje nieznana. Dystonia może dotyczyć każdej części ciała.

Kiedy dotyczy jednej części ciała, jest znana jako dystonia ogniskowa. Dystonia wpływająca na mięśnie szyi jest znana jako dystonia szyjna i jest najczęstszą postacią dystonii ogniskowej w wieku dorosłym. Próg dyskryminacji czasowej jest mierzony u osób z dystonią szyjną, ich zdrowych krewnych i zdrowych osób z grupy kontrolnej.

Uważa się, że technika ta może zapewnić wgląd w aktywność wzrokowych neuronów czuciowych w powierzchownych warstwach wzgórka górnego i że ten wgląd może dostarczyć wskazówek co do patomechanizmów leżących u podstaw dystonii szyjnej. Bodźce wizualne, dwie żółte diody LED, są zamknięte w specjalnie zaprojektowanych rozwiązaniach sprzętowych, które umożliwiają prezentację bodźców z pożądanymi milisekundowymi interwałami między bodźcami. Opracowano dwie opcje sprzętowe.

Pierwszą z nich jest tradycyjna laboratoryjna metoda stołowa, w której diody LED są umieszczone siedem stopni od punktu środkowego obiektu po lewej i prawej stronie. Eksperyment ten przeprowadzany jest w zaciemnionym pomieszczeniu. Drugim rozwiązaniem sprzętowym jest przenośny zestaw słuchawkowy, który umożliwia testowanie w dowolnym miejscu.

To rozwiązanie sprzętowe zapewnia spójność odległości i kątów między bodźcami a uczestnikiem. Po prezentacji każdej pary bodźców uczestnik reaguje tak samo lub inaczej w zależności od tego, czy postrzega bodźce jako synchroniczne czy asynchroniczne. Standardowym podejściem do prezentacji bodźców jest podejście schodowe.

Metoda ta polega na prezentowaniu jednostce stopniowo asynchronicznych bodźców. Bodźce są prezentowane co pięć sekund, przy czym interwał między bodźcami zwiększa się za każdym razem o pięć milisekund. Badanie kończy się, gdy uczestnik reaguje inaczej na trzy kolejne pary bodźców.

Eksperyment powtarza się cztery razy po lewej i prawej stronie, co daje w sumie osiem przebiegów. Próg dyskryminacji czasowej oblicza się, biorąc pod uwagę medianę progów z każdego z ośmiu przebiegów dla danej osoby. Ze względu na potencjalny efekt uczenia się w metodzie klatki schodowej, opracowaliśmy metodę losowej kolejności prezentacji.

Pary bodźców są nadal prezentowane co pięć sekund, ale interwał między bodźcami zmienia się w sposób losowy od zera do 100 milisekund. Standardowa metoda analizy danych dyskryminacji czasowej daje w wyniku pojedynczą wartość wyrażoną w milisekundach. Używamy tej wartości do obliczenia wyniku zed dla każdej osoby.

Wynik zed definiuje się jako różnicę między progiem dyskryminacji czasowej uczestnika lub wartością TDT a średnim TDT z populacji kontrolnej w tym samym wieku, podzieloną przez odchylenie standardowe wartości TDT dla tej populacji kontrolnej. Wartości TDT skutkujące wynikami zed powyżej 2,5 są uważane za nieprawidłowe. Chociaż podejście to jest szeroko stosowane i wykazano, że TDT jest silnym i selektywnym endofenotypem, jest to jednak pojedyncza wartość.

Aby w pełni scharakteryzować dane uczestnika, rozszerzyliśmy naszą analizę, aby dopasować jego dane do skumulowanego rozkładu Gaussa. Średnia tego rozkładu reprezentuje punkt, w którym uczestnicy są równie skłonni do udzielenia takiej samej lub różnej odpowiedzi. Punkt ten jest określany jako Punkt Subiektywnej Równości.

Odchylenie standardowe rozkładu Gaussa, określane również jako Just Noticeable Difference, wskazuje, jak wrażliwi są uczestnicy na zmiany asynchroniczności czasowej wokół ich średniej. Metoda jest wzmacniana poprzez przesłanie danych do nieparametrycznej analizy bootstrap w celu uzyskania 95% przedziałów ufności dla każdego uczestnika. Oba wskaźniki są skorelowane z progiem dyskryminacji czasowej, ale są od siebie niezależne.

Ta metoda analizy może ujawnić subtelne różnice między pacjentem a grupą kontrolną, które mogą nie być oczywiste w przypadku metody standardowej. Geny sprawcze zostały zidentyfikowane w mniej niż 1% przypadków dystonii ogniskowej u dorosłych. Endofenotyp jest subklinicznym markerem nosicielstwa genetycznego, który może pomóc nam zrozumieć patomechanizmy choroby.

Próg dyskryminacji czasowej, potencjalny endofenotyp dystonii ogniskowej u dorosłych, jest nieprawidłowy nawet u 97% pacjentów i około 50% ich klinicznie zdrowych krewnych. Ponadto nieprawidłowy TDT przebiega zgodnie ze wzorcem związanym z wiekiem i płcią podobnym do dystonii szyjnej. Wyniki te sugerują dziedziczenie autosomalne dominujące i wspierają stosowanie TDT jako endofenotypu dystonii ogniskowej o początku w wieku dorosłym, a w szczególności dystonii szyjnej.

Nieprawidłowy TDT może być interpretowany jako upośledzona zdolność do wykrywania lub rozróżniania zmian środowiskowych. Górny wzgórek znajdujący się z tyłu śródmózgowia odgrywa kluczową rolę w wykrywaniu i reagowaniu na istotne bodźce. Przyjrzyjmy się bliżej tej strukturze.

Górny wzgórek to sparowana laminowana struktura znajdująca się w grzbietowej części śródmózgowia. Jest to główny ośrodek pnia mózgu do przekształcania informacji przestrzennych o lokalizacji celu oraz do orientowania ruchów głowy i oczu. Wzgórek górny składa się z kilku warstw o wyraźnej organizacji.

Można go jednak funkcjonalnie rozdzielić na warstwę powierzchowną i głęboką. Warstwa powierzchowna otrzymuje bezpośrednie dane wejściowe z systemu wzrokowego i zawiera mapę topograficzną otaczającego świata we współrzędnych retinotopowych. Neurony wzrokowo-czuciowe reagują na istotne bodźce środowiskowe, które z kolei kodują lokalizację obiektów na mapie siatkówkowej.

Neurony przedruchowe w głębokiej warstwie rzutują na inne obszary mózgu, które po wzbudzeniu strzelają z wysokimi częstotliwościami, generując szybkie ruchy gałek ocznych znane jako sakkady w kierunku celu. Warstwa głęboka zawiera również neurony ruchowe, które wystają do górnego rdzenia szyjnego przez szlak tektordzeniowy. Kiedy te neurony są aktywowane, głowa obraca się w kierunku celu.

Doskonała aktywność kolkularna jest modulowana przez kwas gamma-aminomasłowy lub GABA, neuroprzekaźnik hamujący. Hamująca aktywność GABA-ergiczna ogranicza czas trwania przejściowej odpowiedzi zarówno w wzrokowych neuronach czuciowych w warstwie powierzchownej, jak i neuronach przedruchowych w głębokiej warstwie wzgórka górnego. W odpowiedzi na bodziec wzrokowy większość neuronów w warstwie powierzchownej wykazuje przejściową odpowiedź.

Hamowanie GABA-ergiczne następnie wycisza tę reakcję, umożliwiając neuronom gotowość do ponownej odpowiedzi, gdy bodziec wzrokowy jest wyłączony. Jeśli nie ma wystarczającej ilości GABA, neurony te mogą stać się dysfunkcyjnie aktywne. Przypuszcza się, że niewystarczające hamowanie GABA-ergiczne powoduje przedłużone uruchamianie neuronów wzrokowo-czuciowych, powodując nieprawidłową dyskryminację czasową.

Ponadto przypuszcza się, że nieprawidłowe ruchy charakterystyczne dla dystonii szyjnej również powodują niewystarczające hamowanie GABA-ergiczne, powodując przedłużone uruchamianie neuronów ruchowych w głębokich warstwach wzgórka górnego. Wykazaliśmy, że dyskryminacja czasowa może być mierzona w prosty i skuteczny sposób oraz że to proste narzędzie jest wiarygodnym endofenotypem dystonii szyjnej. Ponadto może potencjalnie dostarczyć wglądu w patomechanizmy tego zaburzenia.