用电 oculogram 准确记录神经症患者水平扫视的性能
Summary
本文介绍了一种实用的方法, 用电子 oculogram 在神经系统患者中记录高准确度的水平眼球运动, 使用一个宽塑料边缘的杯银 AgCl 电极。稳定的测量需要正确的电极选择和固定, 有足够的时间来适应光的发生, 并根据需要重新校准。
Abstract
电 oculogram (EOG) 已被广泛应用于临床眼球运动记录, 尤其是水平扫视, 尽管视频 oculography (VOG) 在很大程度上取代了它现在的位置, 因为它的空间准确性较高。然而, 有些情况下, EOG 有明显的优势超过 VOG,例如,主题狭窄的眼睛裂或有白内障镜头, 和患者的运动障碍。本文表明, 如果适当地实现, EOG 可以达到的精度几乎一样好, VOG 具有相当稳定的记录, 同时规避与 VOG 记录相关的问题。本文介绍了一种实用的方法, 用 EOG 在神经质患者中使用高准确度和稳定性的动眼神经范式记录水平扫视。必要的措施是使用 AgCl 电极与宽塑料边缘能减少噪声, 并且等待充足的光适应发生。这个等待期也有助于降低电极和皮肤之间的阻抗, 从而确保稳定的信号记录随着时间的推移。此外, 在任务执行过程中需要重新校准。利用该方法, 实验者可以避免信号的漂移, 以及从肌电和脑电图中产生的工件或噪声的污染, 为扫视的临床评价收集足够的数据。因此, EOG 仍然可以是一种高实用性的方法, 可以广泛应用于神经学患者, 但也可能对正常人的研究有效。
Introduction
有三种主要的方法来记录眼球运动, 传统的 EOG, VOG 记录的视频跟踪系统, 和巩膜搜索线圈 (SSC) 方法。其中, EOG 自二十世纪七十年代以来经常用于记录患者的眼球运动, 因为它的简单性。该方法广泛应用于临床人群, 广泛应用于神经内科患者的诊断, 并提供了有关疾病的病理生理学的有用信息1,2, 3,4,5。此外, 它仍然是唯一的技术, 可用于记录眼球运动在睡眠期间 (快速眼球运动在 REM 睡眠和其他形式的眼球运动)。
由于眼球的前部, 包括角膜相对于其后部的正面充电, 有一个电压差的眼睛的前后方面称为 corneo 视网膜电位。由于这种电位的存在, 当受试者将目光转向右边时, 右电极会变得比左边更积极, 当他们把目光转向左边时, 就会变得消极。由于左、右电极之间的电压差与水平扫视的眼球旋转角度有显著的相关性, 因此可以用来测量水平眼运动。然而, 这种相关性并不能保持垂直方向, 虽然垂直 EOG 仍然可以用来测量眼球运动6。另一方面, 一些研究主要使用垂直 EOG 来监测眨眼。
然而, 最近, VOG 已经在很大程度上取代了 EOG, 因为它的空间准确性达到 0.25-0.5 度, 现在已经成为扫视记录在临床设置的标准方法。同时, EOG 已经被认为相当过时, 因为它的空间精度, 最多0.5 度, 不如 VOG。
然而, VOG 也有它自己的缺点, 如果使用在临床设置。有些情况下, VOG 是不可行的;例如, 眼睛的跟踪变得不准确的主题与狭窄的眼睛裂, 如当大面积的角膜被眼睑遮挡。在白内障晶状体患者中, 红外光的异常反射阻碍了对凝视方向的可靠记录。此外, EOG 可以提供一些人的优势, 他们的运动紊乱使 VOG 记录困难。此外, 与 EOG 的设置相比, VOG 系统更昂贵, 这往往使前者无法在普通医疗设施中使用。
另一方面, SSC 方法被认为是衡量眼球运动的黄金标准。与 VOG 和 EOG 相比, 该方法提供了最高的空间精度, 降低到0.1 度, 并且在录制涉及高频磁头运动6时尤其有用。但是, 此方法可能具有侵入性,即, 疼痛且对眼睛很刺激, 只允许录制一段简短的时间, 大约在30分钟或更短的7,8,9,10.虽然在某些专用设施中成功使用了11, 但这一短时间使其成为不适用于广泛临床应用的方法。
根据以前的研究记录了250多名神经症患者和480例正常人由同一组12,13,14,15,16,17, 18,19, 本研究表明, EOG 可以准确地作为一种标准的眼球运动记录技术, 广泛适用于临床人群, 同时规避 VOG 的各种弊端。和 SSC。本篇文章描述了一种稳定的 EOG 记录方法, 使用一个宽条纹电极, 允许与皮肤广泛和稳定的接触, 类似于脑电图电极安全地连接在头皮上的火棉胶记录了很长一段时间。电极的阻抗下降, 记录随着时间的推移变得稳定, 从而有效地减少了面部肌肉和脑电图的工件。该方法与同步记录 VOG 进行了比较。当适当的准备和实施, EOG 是一样好, VOG 在记录扫视在神经系统病人的准确性方面, EOG 甚至可能更适合扫视记录在正常的主题。
Protocol
Representative Results
Discussion
虽然目前的记录扫视的方法已成为 VOG, 但目前的研究表明, EOG 可以达到与 VOG 如果正确实现 (图 2) 的精度几乎相同。在记录水平扫视时, 目前的 EOG 方法与 VOG 有很好的相关性, 并且已在许多以前的研究中成功地使用了同一组12、13、14、15 ,16,<sup cl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Terao 博士得到了日本教育、文化、体育、科学和技术部 (16K09709,16H01497) 科研项目资助的资助。由日本教育、文化、体育、科技部 (15H05881, 16H05322, 22390181 号) 的科研项目资助资助, 并获资助。由日本卫生部和福利部关于帕金森病最佳 rTMS 治疗研究委员会的赠款;以及日本卫生部和福利部肌张力障碍研究委员会。
Materials
| Electrode | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | NS111-115 | cup electrode |
| Electrode paste | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | Gelaid Z-101BA | gel electrode paste to fill in the cup electrode |
| Adhesive tape | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | H261 | double-stick tape for fixating the electrode |
| DC-amplifier | Nihon-Kohden (Tokyo, Japan) | AN-601G | amplifier for EOG |
| video-based eye tracking system | SR research (Mississauga, Ontario, Canada) | Eyelink II | eye tracking system for recording VOG |
| Filter | NF corporation | MS-521 | filter for the EOG signal |
References
- Braun, D., Weber, H., Mergner, T., Schulte-Mönting, J. Saccadic reaction times in patients with frontal and parietal lesions. Brain. 115, 1359-1386 (1992).
- Sweeney, J. A., Levy, D., Harris, M. S. Commentary: eye movement research with clinical populations. Prog Brain Res. 140, 507-522 (2002).
- Leigh, R. J., Kennard, C. Using saccades as a research tool in the clinical neurosciences. Brain. 127, 460-477 (2004).
- Ramat, S., Leigh, R. J., Zee, D. S., Optican, L. M. What clinical disorders tell us about the neural control of saccadic eye movements). Brain. 130, 10-35 (2007).
- Terao, Y., et al. Initiation and inhibitory control of saccades with the progression of Parkinson’s disease – changes in three major drives converging on the superior colliculus. Neuropsychologia. 49 (7), 1794-1806 (2011).
- Kennard, D. W., Smyth, G. L. The causes of downward eyelid movement with changes of gaze, and a study of the physical factors concerned. J Physiol. 166, 178-190 (1963).
- Houben, M. M., Goumans, J., van der Steen, J. Recording three-dimensional eye movements: scleral search coils versus video oculography. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47 (1), 179-187 (2006).
- Eggert, T. Eye movement recordings: methods. Dev Ophthalmol. 40, 15-34 (2007).
- Frens, M. A., van der Geest, J. N. Scleral search coils influence saccade dynamics. J Neurophysiol. 88 (2), 692-698 (2002).
- Lappe-Osthege, M., Talamo, S., Helmchen, C., Sprenger, A. Overestimation of saccadic peak velocity recorded by electro-oculography compared to video-oculography and scleral search coil. Clin Neurophysiol. 121 (10), 1786-1787 (2010).
- Bhidayasiri, R., Riley, D. E., Somers, J. T., Lerner, A. J., Büttner-Ennever, J. A., Leigh, R. J. Pathophysiology of slow vertical saccades in progressive supranuclear palsy. Neurology. 57 (11), 2070-2077 (2001).
- Terao, Y., et al. Visualization of the information through human oculomotor cortical regions by transcranial magnetic stimulation. J Neurophysiol. 80 (2), 936-946 (1998).
- Terao, Y., Okano, T., Furubayashi, T., Yugeta, A., Inomata-Terada, S., Ugawa, Y. Effects of thirty-minute mobile phone use on saccades. Clin Neurophysiol. 118 (7), 1545-1556 (2007).
- Terao, Y., et al. Initiation and inhibitory control of saccades with the progression of Parkinson’s disease – changes in three major drives converging on the superior colliculus. Neuropsychologia. 49 (7), 1794-1806 (2011).
- Terao, Y., et al. Frontal cortical regions controlling small and large amplitude saccades: a TMS study. Basal Ganglia. 1 (4), 221-229 (2011).
- Terao, Y., et al. Deterioration of horizontal saccades in progressive supranuclear palsy. Clin Neurophysiol. 124 (2), 354-363 (2013).
- Terao, Y., et al. Saccade abnormalities associated with focal cerebral lesions -How cortical and basal ganglia commands shape saccades in humans. Clin Neurophsyiol. 127 (8), 2953-2967 (2016).
- Terao, Y., et al. Is multiple system atrophy with cerebellar ataxia (MSA-C) like spinocerebellar ataxia and multiple system atrophy with parkinsonism (MSA-P) like Parkinson’s disease? -A saccade study on pathophysiology. Clin Neurophysiol. 127 (2), 1491-1502 (2016).
- Terao, Y., et al. Distinguishing spinocerebellar ataxia with pure cerebellar manifestation from multiple system atrophy (MSA-C) through saccade profiles. Clin Neurophysiol. 128 (1), 31-43 (2016).
- Kato, M., Hikosaka, O. Saccade related responses of external pallidal neurons in monkey. Neurosci Res. , 218 (1992).
- Hikosaka, O., Fukuda, H., Kato, M., Uetake, K., Nomura, Y., Segawa, M., Segawa, M. Deficits in saccadic eye movements in hereditary progressive dystonia with marked diurnal fluctuation. Hereditary Progressive Dystonia With Marked Diurnal Fluctuation. , 159-177 (1993).
- Fukuda, H., et al. Development of saccade recording system in humans: simultaneous measurment of electro-oculography and video-oculography. 38th Annual Meeting of Japanese Society of Clinical Neurophysiology. , (2008).
- Constable, P. A., Bach, M., Frishman, L. J., Jeffrey, B. G., Robson, A. G. International Society for Clinical Electrophysiology of Vision. ISCEV Standard for clinical electro-oculography (2017 update). Doc Ophthalmol. 134 (1), 134 (2017).
- Behrens, F., Weiss, L. R. An automated and modified technique for testing the retinal function (Arden test) by use of the electro-oculogram (EOG) for clinical and research use. Doc Ophthalmol. 96 (4), 283-292 (1999).
- Kikawada, N. Variations in the corneo-retinal standing potential of the vertebrate eye during light and dark adaptations. Jpn J Physiol. 18 (6), 687-702 (1968).
- Yuval-Greenberg, S., Tomer, O., Keren, A. S., Nelken, I., Deouell, L. Y. Transient induced gamma-band response in EEG as a manifestation of miniature saccades. Neuron. 58 (3), 429-441 (2008).
