Невро-отология

Тази статия е част от изследователската тема

Двустранна вестибулопатия - съвременни познания и бъдещи насоки за подобряване на нейната диагностика и лечение Вижте всички 20 статии

Редактиран от
Александър А. Tarnutzer

Университет в Цюрих, Швейцария

Прегледан от
Анжелика Перес Форнос

Университетски болници в Женева (HUG), Швейцария

Матьо Беранек

Университет Париж Декарт, Франция

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

оценка

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Преглед на СТАТИЯ

  • 1 Университет Радбуд в Неймеген, Институт по мозък, познание и поведение на Donders, Неймеген, Холандия
  • 2 Отделение по неврология, болница Canisius Wilhelmina, Неймеген, Холандия

Въведение

Точното възприемане на гравитацията е важно за пространствената ориентация, поддържането на баланса и регулирането на походката. Докато вестибуларният усет е от решаващо значение, известно е, че визуалните, проприоцептивните и соматосензорните сигнали също се използват и интегрират за оценка на гравитационната посока (1–3). В допълнение, когнитивните процеси и притоците се предлагат да допринесат за извеждането на тази оценка (4, 5). Когато един от тези сигнали се разпадне поради нараняване, заболяване или стареене, възприемането на гравитацията се нарушава, което може да доведе до невъзможност за правилна ориентация, намалена способност за изправяне или ходене и дори падане (6-8).

Такива сензорни увреждания не само оказват огромно въздействие върху качеството на живот и производителността, но и налагат високи разходи за общественото здравеопазване (9, 10). Например в Европа над 20% от населението ще бъде над 65 години през 2025 г., с особено бързо нарастване на броя на лицата над 80 години и много от тях показват свързана с възрастта функционална сензорна загуба (11). Сензорната дисфункция засяга и членовете на по-младото население, например чрез генетично разположение [като синдрома на Usher, виж Ref. (12)], в резултат на злополуки или чрез свързано с работата излагане на вредни сензорни стимули и това представлява значителна икономическа тежест за обществото. Следователно минимизирането на въздействието на сензорните увреждания е важно от различни гледни точки.

Повечето стандартни вестибуларни тестове са насочени към рефлексивно поведение, а не към естественото поведение, което зависи от интеграцията на множество сензорни сигнали (8). Например, тестове като тест за импулс на главата, калориен тест или VEMP тестване просто сондират вестибуларната система изолирано, по начин с отворен цикъл. Въпреки че тези тестове имат важен принос за вестибуларната диагностика, те нямат чувствителност и селективност, за да разкрият тежестта на вестибуларния компонент при мултисензорна интеграция. Също така, тестът на Ромберг и други динамични постурографски тестове са трудни за интерпретация, когато става въпрос за точно количествено определяне на това как вестибуларните сигнали допринасят за процеса на сензорна интеграция (8).

Съществува значителен потенциал за нови диагностични и прогностични подходи за дефицити в мултисензорната интеграция (16). Такива подходи трябва да помогнат при проследяването на качеството на сензорните системи през целия живот или заболяване, справяне с рисковите фактори и сигнализиране кога (по-възрастните) хора и пациенти може да се нуждаят от допълнителни грижи или програми за обучение, за да продължат да живеят активен живот. Прогностичните и диагностични маркери на основните сензорни дефицити могат да помогнат при разработването на програми, които намаляват рисковете за тези и други хора.

В настоящата статия ние описваме нов психофизичен подход за оценка на сензорното претегляне при двустранни вестибуларни пациенти. Този подход завърши с поредица от моделиращи и психофизични изследвания, които проведохме през последните години, за да разберем интеграцията на множество сензорни сигнали за пространствена ориентация (5, 17–22). Наскоро цялата тази работа е прегледана подробно от Kheradmand и Winnick (23) и ние насочваме читателя там за преглед.

В настоящата статия се фокусираме върху използването на обратен инженерен подход за оценка на мултисензорна интеграция и претегляне при двустранни вестибуларни пациенти. Първо предоставяме кратко резюме на нашия подход и това, което той разкри за сензорната интеграция при здрави участници. След това ще демонстрираме полезността на този подход за клинично тестване, показвайки, че той обяснява основните характеристики, зависещи от задачата, както и идиосинкратичните различия на двустранните вестибуларни пациенти в задачи за пространствена ориентация.

Статистическа рамка

Чувствените органи, например тези, които информират мозъка за позицията или ориентацията на тялото или частите на тялото, имат само ограничена точност. Една и съща физическа ситуация в различни случаи ще доведе до подобни, но не идентични невронни модели на стрелба. И обратно, един конкретен модел на невронно изстрелване на сетивния орган може, в различни случаи, да е резултат от подобни, но не идентични физически ситуации. Поради вездесъщият такъв сензорен шум, връзката вход-изход не е детерминирана, а по-скоро вероятностна по характер, дори при липса на сензорни неясноти или конфликти (24).

Това означава, че за моделиране на прехвърлянето на информация от сензорни входове към държавната оценка се предполага вероятностен подход. Тоест изходът на отделен сензорен източник не се приема като една конкретна оценка на състоянието, а по-скоро разпределение на вероятността на оценките на състоянието (често се предполага Гаусово разпределение), центрирано в някакво състояние, но с определено количество разпространение. Това разпространение, дисперсията на разпределението, представлява нивото на сетивния шум. Статистически оптималната стратегия за постигане на оценка на състоянието от множество вероятностни сензорни сигнали е известна като байесова интеграция. В тази рамка несигурността относно състоянието се намалява чрез сливане на припокриваща се сензорна информация, претегляне на всеки сензорен сигнал пропорционално на неговата надеждност, т.е. обратно пропорционално на нивото на шума му (25–27).

Различни перцептивни проучвания предоставят доказателства, че мозъкът може да извърши такава мултисензорна интеграция на Байес. Подходът на тези проучвания беше първо да се оценят нивата на шума на отделните сензорни източници и след това да се използват тези изолирани мерки за прогнозиране на ефективността в комбинирано състояние (28). За съжаление, такъв пряк подход не може да се приложи, когато допринасящите сигнали не могат да бъдат оценени изолирано, както при пространствената ориентация, която се основава на зрителни, соматосензорни и вестибуларни сигнали, както и когнитивни процеси.

В Clemens et al. (5), следователно подходихме към този проблем от обратната перспектива. Предположихме, че поведенческите резултати са резултат от оптимален интеграционен процес на множество сензорни модалности и внедрихме обратен вероятностен подход, за да направим заключение, предвид това предположение, как се претеглят отделните сензорни модалности. сондиране на две оценки на състоянието - ориентацията на тялото в пространството и ориентацията на главата в космоса - които, при предположение за оптимална интеграция, претеглят всички налични сензорни сигнали въз основа на нивата на шума им, след като ги преобразуват в специфична за задача референтна рамка.

Фигура 1А илюстрира стъпките на трансформация и интеграция, включени в изчисляването на оценките на тялото в космоса и на главата в космоса. Схемата се основава на обработката на сигнали от три сензорни системи: (1) отолитите, откриващи ориентацията на главата по отношение на гравитацията; (2) телесни соматосензорни сигнали, които са чувствителни към ориентацията на тялото в пространството; и (3) сензори за врата, които сигнализират ъгъла между главата и тялото въз основа на проприоцепцията. Всички сензорни сигнали се приемат за безпристрастни, но повредени с независим гауссов шум с дадена дисперсия.

Съгласно схемата, оценка на ориентацията на тялото в пространството може да бъде получена директно от соматосензорните сигнали на тялото, но също така индиректно от центрирания в главата отолитен сигнал, чрез изваждане на сигнала глава върху тялото, получен от проприоцепция на врата (5). По същия начин, оценката на ориентацията на главата в космоса може да бъде получена директно от отолитите, но също така и чрез непряк път, чрез комбиниране на соматосензорните сигнали на тялото с проприоцептивна информация на врата (5). Тъй като оценките на тялото в космоса и главата в космоса изискват различни трансформации на координатната система, нивата на шума на преките и косвените пътища и по този начин тяхното претегляне се различават. Освен това загубата или тежкото нарушаване на отолита или соматосензорните входове ще влоши и двете оценки на състоянието, но не трябва да нарушава напълно ефективността поради тяхната мултимодална зависимост от преките и косвените пътища (5).

В допълнение към двата сетивни пътя, схемата дава възможност възможността двете оценки за ориентация да бъдат повлияни от предишни вярвания за определени ориентации. По-специално се предполага, че мозъкът взема предвид в процеса на интеграция, че главата е ориентирана в изправено положение през по-голямата част от нашето ежедневие (4, 17).

По този начин, въз основа на принципите на оптималност, моделът оценява нивата на шума на засегнатите сензорни системи от поведенчески реакции при задачи, които психометрично изследват ориентацията на тялото в космоса и главата в космоса. Тези нива на шум от своя страна определят относителното тегло, което се приписва на всеки сензорен сигнал в процеса на интеграция. По същия начин може да се изчисли как сигналите се преоценяват, т.е. претеглят, в процеса на интеграция, когато един от тези сигнали загуби вярност (т.е. стане по-шумен), като при вестибулопатия. За по-голяма яснота отбелязваме, че сензорната субституция е и форма на сензорно претегляне, тъй като теглото е нула за изгубеното чувство (защото е напълно ненадеждно). Сензорна субституция се използва в случай на пълна загуба и дори може да предполага, че тази модалност не е била използвана преди сензорната загуба. В този преглед ние използваме сензорно претегляне като по-общ термин, обхващащ сензорно заместване.

Измерване на пространствена ориентация

За да се тества този модел експериментално, е важно да се използват задачи с измервателни резултати, които позволяват обратно извеждане на тежестите. Две важни задачи, които обикновено се използват за изследване на пространствените ориентации, са субективната визуална вертикала (SVV) и задачата за субективен наклон на тялото (SBT) [Фигура 1B, (5)]. В задачата SVV субектите трябва да докладват възприятието си за ориентацията на визуална линия спрямо гравитационната вертикала. Имайте предвид, че за да се изчисли SVV, мозъкът не само изисква оценка на ориентацията на главата в пространството, но също така трябва да компенсира очния контрарал (OCR) и неговия ефект върху линейната ориентация върху ретината. В задачата SBT субектите трябва да докладват как възприемат ориентацията на тялото си спрямо гравитацията или друг зададен референтен ъгъл.

Когато използвате тези задачи за оценка на сензорното претегляне, трябва да се обърне специално внимание на това как се измерват отговорите. В литературата различни изследвания тестват задачата SVV и SBT, като се използват методи за настройка [виж Ref. (29) за списък на проучванията за корекция]. Например (наклонените) обекти трябва да регулират посоката на визуална линия пред себе си, докато я възприемат вертикално в пространството. Въпреки че такива методи за настройка са лесни и интуитивно привлекателни, съмненията относно интерпретацията на наблюдателния критерий за наблюдение от страна на наблюдателя, както и възможната пристрастност към реакцията, могат да объркат интерпретацията на резултатите (30).

Това предизвика развитието на по-обективни психофизични подходи, като например парадигмата за двуалтернативен принудителен избор (2AFC). Използвайки тази парадигма, субектите трябва да вземат двоично решение по отношение на перцептивния критерий, например, преценявайки дали ориентацията на кратко мигаща линия е обратно на часовниковата стрелка (CWW) или по посока на часовниковата стрелка (CW) спрямо тяхната възприемана посока на гравитацията. Ако не са сигурни, субектите трябва да познаят. Така че, използвайки 2AFC, човек не измерва директно точката на субективното равенство (както при задачите за настройка), а събира психометрични данни, за да определи тази точка като 50% -та точка на двоичен избор.

След това отговорите в задачата 2AFC могат да бъдат обобщени чрез поставяне на кумулативна гауссова функция. В задачата SBT средната стойност на Gaussian (точката 50%) представлява субективното възприемане на референтната ориентация. В задачата SVV той представлява ъгъл на компенсация на SVV (ъгълът между видимата визуална вертикална линия и оста на тялото). Дисперсията на Гаус, обратно свързана с надеждността или точността, служи като мярка за вариативността на субекта в задачите. В сравнение с богатата литература за точността на SBT и SVV, данните за тяхната перцептивна вариабилност все още са доста оскъдни, въпреки че тази мярка е ключова при оценката на сензорното (пре) претегляне.

Пространствена ориентация в мрака

Използвахме този психофизичен подход за тестване на здрави човешки субекти, използвайки SVV и SBT задачи, изпълнявани при накланяния. Ключови думи: пространствена ориентация, вертикално възприятие, мултисензорна интеграция, сензорно претегляне, пръчка и рама, двустранна вестибуларна арефлексия, психофизика, байесова интеграция

Цитиране: Medendorp WP, Alberts BBGT, Verhagen WIM, Koppen M и Selen LPJ (2018) Психофизична оценка на сензорното претегляне при двустранна вестибулопатия. Отпред. Неврол. 9: 377. doi: 10.3389/fneur.2018.00377

Получено: 29 януари 2018 г .; Приет: 08 май 2018 г .;
Публикувано: 25 май 2018 г.

Александър А. Тарнуцер, Университет в Цюрих, Швейцария

Анджелика Перес Форнос, Университетски болници в Женева (HUG), Швейцария
Mathieu Beraneck, UMR8119 Център по неврофизика, физиология, патология, Франция