Határok a neurológiában

Neuro-otológia

Ez a cikk a kutatási téma része

Kétoldalú vestibulopathia - Jelenlegi ismeretek és jövőbeni irányok a diagnózis és a kezelés javítására Az összes 20 cikk megtekintése

Szerkesztette
Alexander A. Tarnutzer

Zürichi Egyetem, Svájc

Felülvizsgálta
Angelica Perez Fornos

Genfi Egyetemi Kórházak (HUG), Svájc

Mathieu Beraneck

Université Paris Descartes, Franciaország

A szerkesztő és a lektorok kapcsolatai a legfrissebbek a Loop kutatási profiljukban, és nem feltétlenül tükrözik a felülvizsgálat idején fennálló helyzetüket.

értékelése

  • Cikk letöltése
    • PDF letöltése
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Kiegészítő
      Anyag
  • Exportálás
    • EndNote
    • Referencia menedzser
    • Egyszerű TEXT fájl
    • BibTex
OSZD MEG

Tekintse át a CIKKET

  • 1 Radboud University Nijmegen, Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour, Nijmegen, Hollandia
  • 2 Neurológiai osztály, Canisius Wilhelmina Kórház, Nijmegen, Hollandia

Bevezetés

A gravitáció pontos érzékelése fontos a térbeli tájékozódás, az egyensúly fenntartása és a járás szabályozása szempontjából. Míg a vestibularis érzék döntő fontosságú, ismert, hogy vizuális, proprioceptív és szomatoszenzoros jeleket is használnak és integrálnak a gravitációs irány becsléséhez (1–3). Ezen túlmenően a kognitív folyamatok és a beáramlások javasoltak ennek a becslésnek a levezetéséhez (4, 5). Amikor e jelek egyike sérülés, betegség vagy öregedés miatt megszakad, a gravitáció észlelése megzavaródik, ami a tájékozódás képtelenségét, az állási vagy járási képesség csökkenését, sőt leesést eredményezhet (6–8).

Az ilyen érzékszervi károsodások nemcsak hatalmas hatással vannak az életminőségre és a termelékenységre, hanem magas költségeket jelentenek a közegészségügyi szolgálat számára (9, 10). Például Európában a lakosság több mint 20% -a 65 év feletti lesz 2025-ben, a 80 év feletti személyek száma különösen gyorsan növekszik, és közülük sokan az életkorral összefüggő funkcionális érzékszervi veszteséget mutatnak (11). Az érzékszervi diszfunkció a fiatalabb populáció tagjait is érinti, például genetikai hajlam révén [például Usher-szindróma, lásd: Ref. (12)], balesetek következtében vagy a káros érzékszervi ingereknek a munkával kapcsolatos kitettségén keresztül, és ez jelentős gazdasági terhet jelent a társadalom számára. Az érzékszervi károsodások hatásának minimalizálása ezért különböző szempontokból fontos.

A legtöbb szokásos vestibularis teszt a reflexív viselkedésre vonatkozik, nem pedig a természetes viselkedésre, amely a több szenzoros jel integrációjától függ (8). Például az olyan tesztek, mint a fejimpulzus-teszt, a kalóriateszt vagy a VEMP-teszt, csupán a vestibularis rendszert vizsgálják elkülönítve, nyílt hurkú módon. Míg ezek a tesztek fontos hozzájárulást nyújtanak a vestibularis diagnózishoz, hiányzik az érzékenységük és a szelektivitásuk a vestibularis komponens súlyának feltárására a multiszenzoros integráció során. Emellett a Romberg-tesztet és más dinamikus poszturográfiai teszteket nehéz értelmezni, amikor pontos számszerűsítésről van szó, hogy a vestibularis jelek hogyan járulnak hozzá az érzékszervi integrációs folyamathoz (8).

Jelentős lehetőségek rejlenek a multiszenzoros integráció hiányaival kapcsolatos új diagnosztikai és prognosztikai megközelítések terén (16). Az ilyen megközelítéseknek segíteniük kell az érzékszervi rendszerek minőségének nyomon követését az egész életciklus vagy betegség során, a kockázati tényezők kezelését, valamint annak jelzését, hogy (idősebb) embereknek és betegeknek szükségük van-e további gondozási vagy képzési programokra az aktív élet folytatásához. Az alapul szolgáló szenzoros hiány prognosztikai és diagnosztikai markerei segíthetnek olyan programok kidolgozásában, amelyek csökkentik az ezek és más emberek kockázatát.

Jelen cikkünkben újszerű pszichofizikai megközelítést írunk le az érzékszervi súlyozás kétoldalú vestibularis betegek értékelésében. Ez a megközelítés egy olyan modellezési és pszichofizikai tanulmánysorozattal tetőzött, amelyet az elmúlt években végeztünk, hogy megértsük a térbeli orientációhoz kapcsolódó többféle szenzoros jel integrációját (5, 17–22). A közelmúltban ezt a munkát Kheradmand és Winnick (23) alaposan áttekintette, és áttekintés céljából oda utaljuk az olvasót.

Ebben a cikkben a fordított mérnöki megközelítés használatára összpontosítunk a multiszenzoros integráció és az újraszabályozás értékelésére a bilaterális vestibularis betegeknél. Először rövid összefoglalást adunk megközelítésünkről és arról, hogy mit tárt fel az egészséges résztvevők szenzoros integrációja kapcsán. Ezután bemutatjuk ennek a megközelítésnek a klinikai tesztekben való hasznosságát, megmutatva, hogy megmagyarázza a feladattól függő főbb jellemzőket, valamint a kétoldalú vestibularis betegek idioszinkratikus különbségeit a térbeli orientációs feladatokban.

Statisztikai keretrendszer

Az érzékszervek, például azok, amelyek tájékoztatják az agyat a test vagy testrészek helyzetéről vagy helyzetéről, csak korlátozott pontossággal rendelkeznek. Ugyanaz a fizikai helyzet különböző esetekben hasonló, de nem azonos idegi tüzelési mintákhoz vezet. Ezzel szemben az érzékszervek egyik sajátos idegi kilövési mintázata különböző esetekben hasonló, de nem azonos fizikai helyzetekből adódhat. Az ilyen szenzoros zaj mindenütt jelenléte miatt az input-output kapcsolat nem determinisztikus, hanem inkább valószínűségi jellegű, még szenzoros kétértelműségek vagy konfliktusok hiányában is (24).

Ez azt jelenti, hogy a szenzoros bemenetekből az állapotbecslésbe történő információátadás modellezéséhez valószínűségi megközelítést kell alkalmazni. Vagyis az egyes érzékszervi források kimenetét nem egy adott állapotbecslésnek vesszük, hanem az állapotbecslések valószínűségi eloszlását (gyakran Gauss-eloszlást feltételezzük), amely valamilyen állapotra összpontosul, de bizonyos mértékű elterjedéssel. Ez az elterjedés, az eloszlás szórása képviseli az érzékszervi zajszintet. A statisztikailag optimális stratégia a valószínűségi szenzoros jelekből származó állapotbecslés elérésére Bayes-integráció néven ismert. Ebben a keretben az állapottal kapcsolatos bizonytalanság csökkenthető az átfedő érzékszervi információk összeolvasztásával, az egyes érzékszervi jeleket a megbízhatóságuk arányában, azaz fordítottan arányosan a zajszintjével (25–27).

Különböző észlelési tanulmányok bizonyítékot szolgáltattak arra, hogy az agy ilyen Bayes-féle multiszenzoros integrációt hajthat végre. Ezeknek a tanulmányoknak a megközelítése az volt, hogy először megbecsülték az egyes érzékszervi források zajszintjét, majd ezeket az izolált intézkedéseket használták a kombinált állapot teljesítményének előrejelzésére (28). Sajnos ilyen előremutató megközelítés nem alkalmazható, ha a közreműködő jeleket nem lehet elszigetelten értékelni, mint például a térbeli orientációban, amely vizuális, szomatoszenzoros és vestibularis jeleken, valamint kognitív folyamatokon alapul.

Clemens és mtsai. (5), ezért ellentétes szemszögből közelítettük meg ezt a problémát. Feltételeztük, hogy a viselkedési eredmények több szenzoros modalitás optimális integrációs folyamatából származnak, és inverz valószínűségi megközelítést alkalmaztunk arra a következtetésre, hogy ennek a feltételezésnek a következtében az egyes szenzoros modalitások hogyan súlyozódnak. Pontosabban, az egyes szenzoros zajszinteket viselkedési szempontból két állapotbecslés - a test-a-tér és a fej-a-tér orientációjának - vizsgálata, amelyek az optimális integráció feltételezésével az összes rendelkezésre álló szenzoros jelet mérik zajszintjük alapján, miután átalakítják őket a feladat-specifikus referenciakeret.

Az 1A. Ábra szemlélteti a test-az-térben és a fej-a-térben becslés kiszámításához szükséges átalakítási és integrációs lépéseket. A séma három szenzoros rendszerből származó jelek feldolgozásán alapul: (1) az otolitok, amelyek detektálják a fej gravitációs helyzetét; (2) test szomatoszenzoros jelek, amelyek érzékenyek a test-tér irányára; és (3) nyakérzékelők, amelyek a fej és a test közötti szöget jelzik propriocepció alapján. Minden érzékszervi jel elfogulatlannak tekinthető, de független Gauss-zajjal, adott szórással korrumpálva.

A séma szerint a test térbeli orientációjának becslése közvetlenül megszerezhető a test szomatoszenzoros jeleiből, de közvetve a fejközpontú otolitjelből is, kivonva a nyak propriocepciójából származó fej-test jelet (5). Hasonlóképpen, a fej-tér orientáció becslése közvetlenül az otolitokból, de közvetett úton is elérhető, a test szomatoszenzoros szignáljainak és a nyak proprioceptív információinak egyesítésével (5). Mivel a test-tér és a fej-tér becslések különböző koordinátarendszer-transzformációkat igényelnek, a közvetlen és a közvetett útvonal zajszintje, és így súlyozása eltér. Ezenkívül az otolit vagy a szomatoszenzoros bemenetek elvesztése vagy súlyos megzavarása rontja mindkét állapot becslését, de nem szabad teljesen lebontani a teljesítményt a közvetlen és közvetett útvonaltól való multimodális függőség miatt (5).

A két érzékszervi út mellett a séma lehetővé teszi, hogy a két orientációs becslést befolyásolják bizonyos orientációkkal kapcsolatos korábbi hiedelmek. Különösen azt javasolták, hogy az agy az integrációs folyamat során vegye figyelembe, hogy a fej mindennapi életünk nagy részében függőleges helyzetben van (4, 17).

Így az optimalitási elvek alapján a modell az érintett érzékszervi rendszerek zajszintjét becsüli a test-tér és a fej-tér orientációt pszichometrikusan vizsgáló feladatok viselkedési reakcióiból. Ezek a zajszintek viszont meghatározzák az egyes érzékszervi jeleknek tulajdonítandó relatív súlyt az integrációs folyamat során. Ugyanígy kiszámítható, hogy a jeleket hogyan értékelik át, azaz súlyozzák újra az integrációs folyamat során, amikor ezek közül a jelek egyike elveszíti a hűségét (vagyis zajosabbá válik), például vestibulopathiában. Az egyértelműség kedvéért megjegyezzük, hogy az érzékszervi helyettesítés az érzékszervi súlyozás egyik formája abban is, hogy a súly nulla az elveszett értelemben (mert teljesen megbízhatatlan). Az érzékszervi szubsztitúciót teljes veszteség esetén alkalmazzák, sőt arra utalhat, hogy ezt a modalitást nem használták az érzéki veszteség előtt. Ebben az áttekintésben az érzékszervi súlyozást használjuk általánosabb kifejezésként, amely magában foglalja az érzéki helyettesítést.

A térbeli tájolás mérése

Ennek a modellnek a kísérleti teszteléséhez fontos, hogy olyan eredményeket használó feladatokat használjunk, amelyek lehetővé teszik a súlyok visszavezetését. Két fontos feladat, amelyet tipikusan a térbeli orientációk tanulmányozására használnak, a szubjektív vizuális vertikális (SVV) és a szubjektív testdöntési (SBT) feladat [1B. Ábra, (5)]. Az SVV feladatban az alanyoknak beszámolniuk kell a vizuális vonal gravitációs vertikálishoz viszonyított helyzetének észleléséről. Ne feledje, hogy az SVV kiszámításához az agynak nemcsak a fej-tér orientációjának becslésére van szükség, hanem kompenzálnia kell a szem ellenhengerlését (OCR) és annak hatását a retina vonal orientációjára. Az SBT feladatban az alanyoknak jelenteniük kell, hogyan érzékelik testük gravitációhoz vagy más megadott referenciaszöghez viszonyított helyzetét.

Amikor ezeket a feladatokat alkalmazzuk az érzékszervi súlyozás értékelésére, különös figyelmet kell fordítani a válaszok mérésére. A szakirodalomban különféle tanulmányok tesztelték az SVV és SBT feladatot kiigazítási módszerekkel [lásd: Ref. (29) a kiigazítási tanulmányok listájához]. Például a (döntött) alanyoknak addig kell beállítaniuk az előttük lévő vizuális vonal irányát, amíg függőlegesen nem érzékelik azt a térben. Míg az ilyen kiigazítási módszerek egyszerűek és intuitív módon vonzóak, a megfigyelő észlelési kritériumának értelmezésével kapcsolatos kétségek, valamint a válasz esetleges torzítása megzavarhatja az eredmények értelmezését (30).

Ez objektívebb pszichofizikai megközelítések kidolgozását váltotta ki, például a két alternatív kényszerű választás (2AFC) paradigmát. Ezt a paradigmát használva az alanyoknak minden percben bináris döntést kell hozniuk az észlelési kritériumhoz képest, például annak eldöntésére, hogy egy röviden felvillantott vonal orientációja az óramutató járásával ellentétes (CWW) vagy az óramutató járásával megegyező irányú (CW) az észlelt gravitációs irányukhoz képest. Ha nem biztos, akkor az alanyoknak tippelniük kell. Tehát a 2AFC használatával nem közvetlenül mérjük a szubjektív egyenlőség pontját (mint a beállítási feladatoknál), hanem pszichometriai adatokat gyűjtünk, hogy ezt a pontot bináris választás 50% -pontjaként határozzuk meg.

A 2AFC feladat válaszait ezután összefoglalhatjuk egy kumulatív Gauss-függvény beillesztésével. Az SBT feladatban a Gauss-átlag (50% -pont) a referencia-orientáció szubjektív érzékelését jelenti. Az SVV feladatban az SVV kompenzációs szöget jelenti (a látszólagos függőleges vizuális vonal és a test tengelye közötti szöget). A Gauss-féle variancia, amely fordítva kapcsolódik a megbízhatósághoz vagy a pontossághoz, a szubjektum változékonyságának mérésére szolgál a feladatokban. Az SBT és az SVV pontosságával kapcsolatos bőséges szakirodalommal összehasonlítva az észlelési változékonyságukra vonatkozó adatok még mindig elég szűkösek, bár ez az intézkedés kulcsfontosságú az érzékszervi (újra) súlyozás értékelésében.

Téri tájékozódás a sötétségben

Ezt a pszichofizikai megközelítést alkalmaztuk egészséges emberi alanyok tesztelésére az SVV és SBT feladatok felhasználásával, billentéskor. Kulcsszavak: térbeli orientáció, vertikális észlelés, multiszenzoros integráció, szenzoros súlyozás, rod-and-frame, bilaterális vestibularis areflexia, pszichofizika, Bayes-integráció

Idézet: Medendorp WP, Alberts BBGT, Verhagen WIM, Koppen M és Selen LPJ (2018) A szenzoros újraszámítás pszichofizikai értékelése a bilaterális vestibulopathiában. Elülső. Neurol. 9: 377. doi: 10.3389/fneur.2018.00377

Beérkezett: 2018. január 29 .; Elfogadva: 2018. május 08 .;
Publikálva: 2018. május 25

Alexander A. Tarnutzer, Zürichi Egyetem, Svájc

Angelica Perez Fornos, a genfi ​​egyetemi kórházak (HUG), Svájc
Mathieu Beraneck, UMR8119 Neurofiziológiai központ, fiziológia, patológia, Franciaország