Summary

Opname van horizontale Saccade voorstellingen nauwkeurig bij neurologische patiënten met behulp van Electro-oculogram

Published: March 13, 2018
doi:

Summary

Het artikel beschrijft een praktische methode voor het opnemen van horizontale oogbewegingen met hoge nauwkeurigheid door electro-oculogram bij neurologische patiënten, met behulp van een beker Ag-AgCl-elektrode met een brede kunststof rand. Stabiele meting vereist goede selectie en fixatie van elektroden, met voldoende tijd voor licht aanpassing aan het optreden, en re-kalibratie zoals nodig.

Abstract

Electro-oculogram (EOG) is wijd verbeid gebruikt voor klinische oog verkeer opnemen, met name horizontale saccades, hoewel de video-oculography (VOG) heeft grotendeels de plaats van het tegenwoordig als gevolg van de hogere ruimtelijke nauwkeurigheid ingenomen. Er zijn echter situaties waarin EOG heeft duidelijke voordelen ten opzichte van de VOG, bijvoorbeeld onderwerpen met smalle oog clefts of cataract lenzen, en patiënten met bewegingsstoornissen. Dit artikel toont aan dat indien goed uitgevoerd, EOG een nauwkeurigheid die bijna zo goed als VOG met aanzienlijke stabiliteit voor opname, bereiken kan terwijl de problemen te omzeilen die zijn gekoppeld aan de VOG opname. De huidige paper beschrijft een praktische methode voor het opnemen van horizontale saccades oculomotor paradigma’s met hoge nauwkeurigheid en stabiliteit door EOG in neurologische patiënten. De nodige maatregelen zijn een Ag-AgCl-elektrode met een brede kunststof pony staat voor het verminderen van ruis, en om te wachten op voldoende licht aanpassing aan het optreden. Deze wachttijd helpt ook om te lager de impedantie tussen de elektroden en de huid, waardoor stabiel signaal geregistreerd naarmate de tijd vordert. Bovendien, re-kalibratie wordt uitgevoerd zoals nodig tijdens de uitvoering van de taak. Met behulp van deze methode, de experimentator driften van signalen, alsmede verontreiniging van artefacten en ruis uit de electromyogram en electroencephalogram kunt vermijden en voldoende gegevens voor klinische evaluatie van saccades kunt verzamelen. Dus bij de uitvoering van EOG kan nog steeds een methode van hoge uitvoerbaarheid die kan algemeen worden toegepast op neurologische patiënten, maar ook voor studies in normale onderwerpen effectief kan zijn.

Introduction

Er zijn drie belangrijke manieren om te registreren van oogbewegingen, de conventionele EOG, de VOG opgenomen door de videogebaseerd eye tracking systeem, en de methode scleral search spoel (SSC). Onder hen, is EOG vaak gebruikt voor het vastleggen van de oogbewegingen in patiënten sinds de jaren 1970 vanwege zijn eenvoud. Breed inzetbaar voor de klinische bevolking, deze methode is uitgebreid gebruikt voor de diagnose van neurologische patiënten en heeft nuttige informatie over de pathofysiologie onderliggende aandoeningen1,2, 3,4,5. Bovendien, is het nog steeds de enige techniek die redelijkerwijs kan worden gebruikt voor de registratie van de oogbewegingen tijdens de slaap (rapid eye movement tijdens de REM-slaap en andere vormen van oogbewegingen).

Aangezien de oogbol positief in haar anterior aspect met inbegrip van het hoornvlies ten opzichte van haar achterste aspect geladen is, is er een spanningsverschil tussen de voorste en achterste aspecten van de ogen die het potentieel van corneo-Retina genoemd. Als gevolg van de aanwezigheid van dit potentieel, zal de juiste elektrode worden meer positieve dan links wanneer de proefpersonen hun blik naar rechts draait en worden negatieve wanneer ze hun blik naar links draaien. Aangezien het spanningsverschil tussen de linker en juiste elektroden aanzienlijk met de draaihoek van de oogbollen voor horizontale saccades correleert, kan het worden gebruikt voor het meten van horizontale oogbewegingen. Echter, deze correlatie niet houdt voor de verticale richting, hoewel verticale EOG kan nog steeds worden gebruikt voor het meten van oog bewegingen6. Sommige studies worden aan de andere kant, vooral de verticale EOG gebruiken voor controle knippert.

Onlangs, echter, VOG heeft grotendeels de plaats ingenomen van EOG toe te schrijven aan zijn hogere ruimtelijke nauwkeurigheid bereiken tot 0,25 – 0,5 graden, en is inmiddels de standaardmethode voor saccade opnemen in de klinische setting. Ondertussen is EOG gekomen om te worden beschouwd als nogal verouderde, aangezien haar ruimtelijke nauwkeurigheid, ten hoogste 0,5 graden, inferieur aan die van de VOG is.

VOG heeft echter ook zijn eigen nadelen, indien gebruikt in de klinische setting. Er zijn gevallen waarin VOG niet haalbaar is; eye tracking wordt bijvoorbeeld onjuist in vakken met een smalle oog gespleten zoals wanneer de greater area van het hoornvlies is geroteerd door de oogleden. Bij patiënten met staar lenzen belemmert aberrant weerspiegeling van het infrarood licht betrouwbare registratie van de blik richting. Bovendien is het zo dat EOG voordelen voor sommige mensen voor wie hun bewegingsstoornis bemoeilijkt VOG opname kan bieden. Bovendien, is het VOG-systeem duurder in vergelijking met de installatie van EOG, waardoor vaak de voormalige niet via een programma worden in gewone medische faciliteiten.

Aan de andere kant, wordt de SSC-methode beschouwd als de gouden standaard voor het meten van de oogbewegingen. Vergeleken met de VOG en EOG, deze methode biedt de hoogste ruimtelijke nauwkeurigheid, tot 0.1 graden, en is vooral handig wanneer de opname gaat om hoogfrequente hoofd motion6. Deze methode is echter mogelijk invasief, dat wil zeggen, pijnlijk en zeer irriterend voor de ogen, en opname zorgt voor slechts een korte periode, ongeveer 30 min of kortere7,8,9,10 . Deze korte duur maakt het een methode ongeschikt voor uitgebreide klinische toepassing, hoewel het met succes in sommige gespecialiseerde voorzieningen11 gebruikt heeft.

Gebaseerd op eerdere studies opname van meer dan 250 neurologische patiënten en 480 normale onderwerpen door de dezelfde groep12,13,14,15,16,17, 18,19, de huidige studie toont aan dat EOG kunnen nauwkeurig genoeg om te dienen als een standaard techniek van eye verkeer opname en breed toepasbaar voor de klinische bevolking, terwijl het omzeilen van diverse nadelen van VOG en WS. Dit artikel beschrijft een stabiele EOG opname methode, met behulp van een elektrode met een brede rand om breed en stabiel contact met de huid, vergelijkbaar met die van een EEG-elektrode veilig aangesloten op de hoofdhuid door Collodium voor het opnemen van een lange periode. De impedantie van de elektrode daalt en de opname wordt stabiel met tijd, waardoor effectieve vermindering van de artefacten van de gezichtsspieren en elektro-encefalografie. Deze methode wordt vergeleken met de gelijktijdig opgenomen VOG. Goed voorbereid en uitgevoerd, EOG is zo goed als VOG in termen van nauwkeurigheid voor opname saccades bij neurologische patiënten als EOG kan zelfs worden meer vatbaar voor saccade opnemen in normale onderwerpen.

Protocol

Alle experimentele procedures in deze studie werden goedgekeurd en uitgevoerd volgens de richtlijnen van de instelling menselijke onderzoek ethisch comité na het verkrijgen van de geïnformeerde toestemming. 1. Prepareer het onderwerp en de kamer voor het hercoderen Opname in een kamer met lage ambient verlichting, zodat voldoende licht aanpassing uitvoeren. Zijn onderwerpen zitten voor een zwarte, holle koepel-vormige scherm meet 90 cm in diameter met lichtgevende dioden …

Representative Results

Figuur 2 toont representatieve gelijktijdige records van EOG en VOG in een normale onderwerp. 8 proeven van VGS zijn bovenop voor EOG (grijze curven) en VOG (rode bochten; Figuur 2 A). gekalibreerd door de huidige methode, EOG en VOG gegevens bekend is dat ze lineaire over een bereik van 5-30 graden en de ruimtelijke nauwkeurigheid van de gegevens is 0,5 graden. <p class="jove_content" fo:keep-together.within…

Discussion

Hoewel tegenwoordig de heersende methode voor het opnemen van saccades is geworden de VOG, toonde de huidige studie dat EOG een nauwkeurigheid bijna vergelijkbaar met die van de VOG bereiken kan indien naar behoren uitgevoerd (Figuur 2). De huidige EOG-methode is aangetoond dat het bereiken van een goede correlatie met VOG bij het opnemen van horizontale saccades en is met succes gebruikt in vele eerdere studies door de dezelfde groep12,13…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dr. Terao werd gesteund door een Research Project Grant-in-Aid voor wetenschappelijkonderzoek van het ministerie van onderwijs, cultuur, sport, wetenschap en technologie van Japan [16K 09709, 16H 01497]. YU werd ondersteund door een Research Project Grant-in-Aid voor wetenschappelijkonderzoek van het ministerie van onderwijs, cultuur, sport, wetenschap en technologie van Japan [No.25293206, No. 22390181, 15H 05881, 16H 05322]; door subsidies van de Commissie onderzoek de beste rTMS behandeling van Parkinson’s ziekte van het ministerie van volksgezondheid en welzijn van Japan; en door de Commissie van onderzoek op dystonie van het ministerie van volksgezondheid en het welzijn van Japan.

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

  1. Braun, D., Weber, H., Mergner, T., Schulte-Mönting, J. Saccadic reaction times in patients with frontal and parietal lesions. Brain. 115, 1359-1386 (1992).
  2. Sweeney, J. A., Levy, D., Harris, M. S. Commentary: eye movement research with clinical populations. Prog Brain Res. 140, 507-522 (2002).
  3. Leigh, R. J., Kennard, C. Using saccades as a research tool in the clinical neurosciences. Brain. 127, 460-477 (2004).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Eggert, T. Eye movement recordings: methods. Dev Ophthalmol. 40, 15-34 (2007).
  9. Frens, M. A., van der Geest, J. N. Scleral search coils influence saccade dynamics. J Neurophysiol. 88 (2), 692-698 (2002).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Terao, Y., et al. Visualization of the information through human oculomotor cortical regions by transcranial magnetic stimulation. J Neurophysiol. 80 (2), 936-946 (1998).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Terao, Y., et al. Frontal cortical regions controlling small and large amplitude saccades: a TMS study. Basal Ganglia. 1 (4), 221-229 (2011).
  16. Terao, Y., et al. Deterioration of horizontal saccades in progressive supranuclear palsy. Clin Neurophysiol. 124 (2), 354-363 (2013).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Kato, M., Hikosaka, O. Saccade related responses of external pallidal neurons in monkey. Neurosci Res. , 218 (1992).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).

Play Video

Cite This Article
Terao, Y., Fukuda, H., Sugiyama, Y., Inomata-Terada, S., Tokushige, S., Hamada, M., Ugawa, Y. Recording Horizontal Saccade Performances Accurately in Neurological Patients Using Electro-oculogram. J. Vis. Exp. (133), e56934, doi:10.3791/56934 (2018).

View Video