Запись выступления горизонтальных саккада точно в неврологических больных с помощью электро oculogram

В статье описывается практический метод для записи движений горизонтальных глаз с высокой точностью, электро oculogram в неврологических больных, используя Кубок Ag-AgCl электродов с широким пластиковые бахромой. Стабильное измерение требует правильного подбора и фиксации электродов, принимая достаточное время для адаптации света происходят и повторной калибровки при необходимости.

Электро oculogram (ЭОГ) широко используется для записи, клинической глаз движения особенно горизонтальных саккад, хотя основном видео oculography (VOG) занял место его в настоящее время из-за его более высокой пространственной точности. Однако, существуют ситуации, в которых ЭОГ имеет явные преимущества перед ВОГ, например, предметы с узкие глаза щели или имеющих катаракты линзы и пациентов с двигательными нарушениями. Настоящей статьи показывает, что если правильно выполнены, ЭОГ может достичь почти так же хороша как ВОГ с существенной стабильности для записи, точностью, обойти проблемы, связанные с записью ВОГ. В настоящем документе описывается практический метод для записи горизонтальных саккад, используя глазодвигательные парадигмы с высокой точностью и стабильностью, ЭОГ в неврологических больных. Необходимые меры будут использовать Ag-AgCl электродов с широким пластиковые бахромой способны снизить шум и ждать достаточно света адаптации происходит. Этот период ожидания также помогает снизить сопротивление между электродами и кожей, обеспечивая стабильный сигнал записан как время проходит. Кроме того, повторная калибровка производится при необходимости в ходе выполнения задач. С помощью этого метода, экспериментатор можно избежать сугробы сигналов, а также загрязнение артефактов или шум от ЭЭГ и ЭМГ и можно собрать достаточно данных для клинической оценки саккад. Таким образом, при реализации, ЭОГ может все еще быть методом высокая практичность, которые могут широко применяться для неврологических больных, но может быть эффективным и для исследований в обычные предметы.

Существует три основных способа для записи движений глаз, обычных ЭОГ, ВОГ, записанные видео на основе глаз, системы слежения и метод склеры Поиск катушка (SSC). Среди них ЭОГ часто используются для записи движений глаз у больных с 1970 года из-за своей простоты. Широко применимые к клинической населения, этот метод широко используется для диагностики неврологических больных и предоставляет полезную информацию о патофизиологии, лежащие в основе расстройства^{1,2, 3,4,5}. Кроме того он по-прежнему единственный метод, который может реально использоваться для записи движений глаз во время сна (быстрое движение глаз во время сна и других форм движения глаз).

Так как глазного яблока положительно заряженных в его передней аспект, включая роговицы по отношению к его задней аспект, существует разница напряжения между передней и задней аспекты называют потенциал Корнео сетчатки глаза. Благодаря наличию этого потенциала правый электрода станет более позитивные, чем слева когда субъектов поворачивает свои взоры в сторону права и стать отрицательным, когда они обращают свои взоры к левой стороне. Поскольку разница напряжения между левым и правым электроды значительно коррелирует с угол поворота глаз для горизонтальных саккад, она может использоваться для измерения движения горизонтальных глаз. Однако это соотношение не Задержитесь в вертикальном направлении, хотя вертикальные EOG все еще может быть использован для измерения движений глаз⁶. С другой стороны некоторые исследования главным образом используются вертикальные ЭОГ для мониторинга мигает.

Недавно однако, ВОГ основном занял место ЭОГ из-за его высокую точность пространственной, достигая до 0,25 - 0,5 градуса и теперь стало стандартным методом для саккад, запись в клинических условиях. Тем временем ЭОГ стала рассматриваться довольно устаревшей, так как его пространственная точность, более 0,5 градуса, уступает ВОГ.

Однако ВОГ также имеет свои недостатки, если используется в клинических условиях. Есть случаи, в которых ВОГ не является возможным; к примеру глаз слежения становится неточным по предметам с узкие глаза расщелина например когда большей области роговицы закрыта веки. У пациентов с катарактой линзы аберрантных отражения инфракрасного света препятствует надежной записи направления взгляда. Кроме того ЭОГ может предложить преимущества для некоторых людей, для которых их движения расстройства затрудняет ВОГ записи. Кроме того системе ВОГ является более дорогостоящим по сравнению с установки ЭОГ, что часто делает бывший недоступны в обычных медицинских учреждений.

С другой стороны метод SSC рассматривается как золотой стандарт для измерения движений глаз. По сравнению с Вог и ЭОГ, этот метод обеспечивает самую высокую точность пространственной, вплоть до 0,1 градуса и особенно полезен, когда запись включает в себя⁶ВЧ-головки движения. Однако, этот метод является потенциально инвазивных, т.е., болезненный и очень раздражает глаза и позволяет записывать только короткий период, примерно по 30 мин или короче^7,8,9,10 . Этот короткий срок делает его метод подходит для обширных клинического применения, хотя он успешно используется в некоторых специализированных учреждениях¹¹.

На основе результатов предыдущих исследований, записи более чем 250 неврологических больных и 480 обычные предметы же группа^{12,13,14,,1516,17, 18,19}, настоящее исследование показывает, что ЭОГ может быть достаточно точным, чтобы служить стандартный метод записи движения глаз и широко применимые к клинической населения, при этом обход различных недостатков ВОГ и SSC. В настоящей статье описывается стабильной ЭОГ записи метода, с помощью электрода с широкой каймой разрешить широкий и стабильный контакт с кожей, аналогична электрода ЭЭГ, придает надежно на волосистой части головы коллодионный способ для записи длительного периода времени. Импеданс электрод идет вниз и записи становится стабильным с течением времени, тем самым эффективно уменьшая артефакты из лицевых мышц и электроэнцефалография. Этот метод сравнивается с одновременно зарегистрированных ВОГ. Когда должным образом подготовлены и реализованы, ЭОГ так хорошо, как ВОГ с точки зрения точности для саккад записи в неврологических больных, и ЭОГ может быть даже более пригодным для саккад, записи в обычных предметов.

Все экспериментальные процедуры в этом исследовании были утверждены и проводимых в соответствии с руководящими принципами Комитета по этике исследований человеческого Института после получения осознанного согласия.

1. Подготовьте тему и комната для перекодирования

1. Выполните запись в комнате с низкой окружающего освещения, чтобы позволить достаточно света адаптации.
2. У субъектов сидеть перед черный, вогнутые Куполообразный экран измерения 90 см в диаметре, содержащий светоизлучающие диоды (СИД) встроенный в отверстий, которые служат точками фиксации и саккад задач, используемых для глазодвигательные парадигмы.
   Примечание: Светодиоды расположены в горизонтальные, вертикальные и косые массивов в черный, вогнутые Куполообразный экран, т.е., в 8 направлениях, разделенных на 45 градусов от центра и с интервалом 5 градусов от центра, как была первоначально разработана Като др. ²⁰ для поведенческие и физиологические исследования и модифицированы для использования человеком, Hikosaka и др. ²¹
3. Для контроля глазодвигательные задач, делают каждый предмет удерживайте кнопку микровыключатель, подключенных к микрокомпьютер, который позволяет субъекту начать и завершить задачу судебного разбирательства, нажав и отпустив кнопку.
   Примечание: Задачи и сбора данных управляются на заказ программы, работающие на типичного ПК Windows.
4. Стабилизируйте субъекта положения головы, лоб и подбородок отдыхает, а также руководитель группы.

2. место для ЭОГ электродов

1. Используйте Ag-AgCl Кубок электрода для записи ЭОГ (рис. 1), которая имеет диаметр 1,8 см и толщиной 3,5 мм. В нижней части Кубка включает Ag-AgCl электродов и боковой стенки окружен пластиковых бахрома толщиной 5 мм, что позволяет широкий контакт с кожей.
2. Протрите кожу спиртом.
3. Заполните чашку с электродная.
4. Стабильно фиксировать электрода на коже, поместив двойной антипригарные скотч под пластик и прикрепить челки для кожи.
5. Для записи горизонтальных саккад, ЭОГ, место электроды на двусторонних canthi глаз, тогда как для записи вертикальной саккад, место электроды выше и ниже один глаз.

3. Установите вверх Усилители для записи

1. Использование постоянного тока (DC)-усилитель для записи ЭОГ, с сигналом, оцифровано в 500 Гц.
2. Запись ВОГ одновременно, используя видео на основе глаз слежения системы, которая записывает данные позиции глазной фиксации на дискретизации 500-1000 Гц.
3. Кормить аналоговый выход горизонтальной и вертикальной глаз позиции и задать фильтр система сбора данных, с помощью фильтра НЧ-сигнал частотой 20 Гц.
4. Кроме того установите фильтр, чтобы смягчить шума высокой средней частоты, например электромиография и электроэнцефалография.
   Примечание: Для анализа, дальнейшего сглаживания процесс необходим для вычисления профилей скорости саккада от глаз позиции данных (здесь, 3-точка сглаживания было выполнено три раза).
5. Если возможно измерить сопротивление между электродами и кожей и держать его ниже 20 kΩ.

4. период после размещения электродов для адаптации свет ожидания

1. Подождите 10-20 мин после размещения ЭОГ электродов на кожу, пока происходит адаптация достаточно света.
2. Разрешить запись для стабилизации и импеданс между Электродный гель для уменьшения.

5. Калибровка ЭОГ и ВОГ сигналов

1. Калибровки глаз движения перед каждой сессией тест, имея субъектов взглянуть на 5 предварительно указанных местах.
2. Говоря более конкретно сделайте предметы Просмотр визуальных целей в центре и те, которые появляются 20 градусов влево, вправо, вверх и вниз от точки фиксации, как для ЭОГ и ВОГ.
3. Отрегулируйте усиление ЭОГ как субъектов фиксировать на эти пятна, так что использование система сбора данных по плану для наблюдения за текущее положение глаз, отображается на экране компьютера соответствует целевой позиции на экране.

6. запись саккад, используя глазодвигательные парадигм и перенастроить глаз позиции при необходимости в ходе сессии

1. Указание темы о глазодвигательные парадигмы.
   Примечание: Две глазодвигательные задачи обычно используются для клинических исследований, визуально гидом саккада (ВГС) и antisaccade (как) задачи. Вкратце в ВГС, когда темы нажмите на кнопку, центральное пятно горит в центре купола и субъектов сначала требуется фиксировать на этом месте. 1.5-2 s позднее, цель представлен, случайно на месте 5, 10, 20 или 30 градусов горизонтально слева или справа от него, в то же время как потушили месте центральной фиксации. Предметы поручено сделать саккада к этой цели. В задаче как сделать субъектов сначала нажмите кнопку и затем требуют, чтобы фиксировать на точку Центральной фиксации, как представляется, они. 1.5-2 s позднее, целевой объект переходит слева или справа от него, похож на выше. Предметы обязаны сделать саккада зеркало симметричное положение на месте центральной фиксации.
2. У темы нажмите на кнопку и начать испытания.
3. В ходе сессии Отрегулируйте усиление ЭОГ во время выполнения задач, таким образом, что текущее положение глаз, на мониторе всегда выравнивается с целевой позиции, одновременно отображаются на одном экране. Как для ЭОГ и ВОГ выполняют перекалибровки для регулировки при необходимости на протяжении экспериментов.
4. Чтобы сравнить выступления двух методологий, анализировать отфильтрованных и оцифрованных ЭОГ сигналы от DC-усилитель и ВОГ заказных компьютерной программой и показать сигналов ЭОГ и ВОГ вместе в одной трассировки.

Рисунок 2 показывает представитель одновременной записи ЭОГ и ВОГ в обычный предмет. 8 дел VGS накладываются ЭОГ (серый кривых) и Вог (красный кривых; Рисунок 2 A). Калибровка нынешнего метода, ЭОГ и ВОГ данные известны быть линейными в диапазоне 5-30 градусов, и пространственная точность данных составляет 0,5 градуса.

Записей, полученных двумя методами во многом пересекаются друг с другом. Кроме того, саккад параметры, такие как задержки и амплитуды, сопоставимы почти двух методов записи, хотя скорость немного меньше для ЭОГ (VGS: Рисунок 2B, как: Рисунок 2C).

Для ЭОГ электромиография и электроэнцефалография можно смешивать записи движения глаз, который обычно требует использования НЧ-фильтрации для надлежащего глаз записи. Использование низких частот фильтрации при 20 Гц поступили для уменьшения пиковой скорости и увеличить начала саккад слегка; скорость саккад меньше на 10% для ВГС и MGS, и задержки, измеряемый ЭОГ длиннее, чем измеряется ВОГ 2-3% (или порядка 8-10 мс), тогда как амплитуда саккад основном сопоставимых²². С другой стороны предыдущие исследования других групп сообщили больше саккада скорости для ЭОГ по сравнению с Вог и SSC^7,8,9,10, и несоответствие между исследованиями было сочтено за счет использования сглаживания процедуры для вычисления профиля скорости саккада и НЧ-фильтрация как упоминалось.

Рисунок 1: электрод и клейкая лента используется для записи ЭОГ. Электрод имеет диаметр 1,8 см и толщиной 3,5 мм, где дно включает Ag-AgCl электродов и боковой стенки окружен пластиковых бахрома толщиной 5 мм. Это позволяет широкий контакт с кожей, позволяя тесные и стабильные фиксации и служит для уменьшения сопротивления между электродом и кожи. Благодаря этому запись становится стабильным с течением времени, тем самым эффективно уменьшая артефакты из лицевых мышц и электроэнцефалография. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 2 : Представитель следы саккад, ЭОГ и ВОГ . (A) представитель следы записаны ЭОГ и ВОГ. 8 VGS следы накладываются, время-к морю на сигнал, инструктируя начала саккад. Записываются саккад достижения целей четырех различных эксцентриситеты (5, 10, 20 и 30 градусов) слева и справа от центральной фиксации пятна. По горизонтальной оси дает время и вертикальной оси дает положение глаз (верхняя трассировки) или скорости (Нижняя следы). Красные кривые для Вог и серый кривых для ЭОГ. Клещи ниже отмечены с интервалом 100 мс. Серый кривых для ЭОГ измеряется усилитель постоянного тока, и красные кривые для ВОГ, измеряется на основе видео глаз слежения системы. Когда глаза двигаться вправо, следы отклоняют вверх, и когда глаза двигаться влево, они отклоняют вниз. Обратите внимание на значительное перекрытие между трассировками, за исключением того, что серые следы (ЭОГ) слегка смещается вправо, по сравнению с красные следы (VOG), подразумевая немного длиннее задержки для ЭОГ относительно ВОГ. (B) сравнение ЭОГ и ВОГ следы в задаче VGS. Красные кривые для ЭОГ и черный и синий кривых для ВОГ левого и правого глаза, соответственно. Верхняя трассировки для положения глаз, и Нижняя цифра для глаз скорости. Снова отмечаем значительное совпадение между следы для ЭОГ и ВОГ, но задержка немного длиннее для ЭОГ, и кривая скорости ЭОГ показывает немного ниже пиковой скорости чем ВОГ. (C) сравнение ЭОГ и ВОГ следы в задаче «AS». Подобные ЭОГ и ВОГ следы когда субъектов выполнять задачу AS. Обратите внимание, что снова значительное перекрытие и что задержка немного длиннее для ЭОГ, и кривая скорости для ЭОГ показывает немного ниже пиковой скорости чем для ВОГ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Хотя в настоящее время преобладающей метод для записи саккад стал ВОГ, настоящее исследование показало, что ЭОГ может достичь точностью почти сравнима с ВОГ, если правильно выполнены (рис. 2). Было показано, что нынешний метод ЭОГ добиться хорошей корреляции с ВОГ, когда запись горизонтальных саккады и успешно используется во многих предыдущих исследованиях же группа^{12,13,14,15 ,16,,1718,19}.

По общему признанию ВОГ имеет высокую пространственная точность, чем ЭОГ и основном заменены ЭОГ в клинических условиях, но более высокую точность Вог и SSC не всегда должны приниматься по номинальной стоимости. ЭОГ была записана в сочетании с ВОГ или SSC и показал производительность сопоставима с последний два несмотря на небольшие различия в^7,8,9. Сравнение саккада пиковые скорости одновременно измеряемый ЭОГ, Вог и SSC последовательно показали, что пик скорости, измеряемый ЭОГ незначительно, но постоянно быстрее, чем те измеряется другие два метода^{7,8, 9}. Это быстрее скорости, измеряемый ЭОГ обычно приписывается больший уровень шума для ЭОГ записи, например загрязнения альфа- и бета-версии полосы ЭЭГ⁹. С другой стороны, пик Скорость измеряется ВОГ также выше, чем записано SSC одновременно⁷. Эта разница объясняется нагрузки Поиск катушка, влияющих на динамику саккада; возможно проскальзывание катушки над роговицы, особенно во время мигает, может уменьшить точность измерения движения глаз, приводит к немного больше скорости пик измеряется SSC чем ВОГ. В настоящем исследовании пик скорости был ниже, когда измеряемый ЭОГ по сравнению с ВОГ. Предположительно это потому, что фильтрация НЧ, используется здесь, как правило, уменьшение пик скорости. Таким образом, разница в «точность» каждой методологии может быть связано не только с смешанным шума, но и как сигналы являются обработки (например, фильтрация НЧ) а также ограничений, присущих каждой записи метода (например., проскальзывание Поиск катушка).

Между тем, ЭОГ имеет явное преимущество перед другими движения глаз, запись методы в определенных ситуациях записи, т.е., предметы с узкие глаза расщелины и катаракты линзы. Чтобы настроить метод для узких глаз расщелина, экспериментаторов можно, забинтовывать веки субъектов во время записи, но это может вызвать раздражение глаз и привести к чрезмерной мигать и слезы, которые препятствует надежной записи. В противоположность этому ЭОГ может использоваться у пациентов с катарактой линзы. Для ВОГ сигнал теряется из-за аберрантное отражения связанных с катарактой линзы. Аналогичным образом мигает может практически «усечь» ВОГ записи, потому что сигнал теряется во время мигает. В отличие от горизонтальных ЭОГ является менее пострадавших от мерцания артефакты, хотя небольшие «шипы» соответствует мигает в отчетах может рассматриваться.

ЭОГ требует лишь на короткое время для подготовки и даже могут быть применимы для многих пациентов с двигательными нарушениями, которые являются менее серьезными. Некоторые неврологических больных могут возникнуть трудности в деле стабилизации их ствола. Такие движения может быть пагубным для записи ВОГ также. Учитывая эти аспекты ЭОГ показывает достаточный уровень точности для клинической оценки; Это не что ЭОГ является по своей сути «неточной» как метод для записи движений глаз.

Практические руководства для записи ЭОГ в клинических приложений была опубликована в 2017 году²³. Протокол здесь расширяет это предложение, включая некоторые дополнительные процедуры для дальнейшей стабилизации ЭОГ записи. Корнео ретиналь потенциал может колебаться с течением времени, из-за факторов таких как настороженность предметов или экологических влияет как рассеянный свет. Величина разности потенциалов Корнео ретиналь зависит от различных условий и увеличивается во время адаптации свет, в то время как темно-адаптации вызывает снижение^24,25. С достаточно темно-адаптации, таким образом, потенциал Корнео ретиналь ожидается стабилизации, приводит к сокращению дрейфа. Кроме того, для уменьшения колебаний прирост ЭОГ был непрерывно контролируются на протяжении эксперимента, и перекалибровки также была исполнена для регулировки при необходимости на протяжении экспериментов. Эта повторная калибровка процедура заняла только 10-20 s для выполнения, так что это не вмешался много с процедурами регистрации и уменьшить колебания ЭОГ сигнал. Если экспериментатор ждет 10-20 мин после размещения электродов, достаточно света адаптации будет проходить и сопротивление между электродами и кожей также будет уменьшаться и постепенно асимптотой до низкого уровня (до 20kΩ). Период ожидания позволяет записанные потенциал для стабилизации резко с самого начала записи и стать более стабильным, с течением времени.

Вместо специализированных купола, встраивание светодиодов, как описано в этой статье может быть использован любой доске с светодиода, встроенных в аналогичной договоренности. Переменный ток (AC) усилитель может быть использован вместо усилитель постоянного тока, но в этом случае, амплитуда записанных саккад не будет достаточно надежным для качественной оценки вследствие распада сигнала. Электроды, имея широкий бахромой, который также служит для поддержания закрыть и широкий контакт с кожей, может быть заменен на электрод, описанные в этой статье.

Следует также признать некоторые недостатки ЭОГ. ЭОГ как правило только для записи движений горизонтальных глаз, как поднятые во введении. Кроме того трудно достоверно оценить microsaccades методом ЭОГ, тогда как ВОГ имеет возможность сделать это. Этот вопрос особенно важен ввиду скачкообразных Спайк потенциал и его отпечаток в диапазоне высоких частот²⁶. Хотя эти аспекты могут быть проблематичным в контексте клинических, они не могут быть решены даже с настоящим Протоколом, и предстоит решать в будущем исследования. С другой стороны записан ЭОГ сигнал позиции глаза могут быть загрязнены артефакты и шум, такой как электромиографии от мимических мышц и электроэнцефалография. Кроме того когда используется усилитель постоянного тока, записанные ЭОГ сигнал может дрейф со временем. Эти вопросы могут быть во многом урегулированы с помощью электрода с пластиковой бахрома, что позволяет тесные и стабильные фиксации, а также сокращение импеданс между кожей и электродом, эффективно уменьшая окружающий шум. Во-вторых увеличивая площадь контакта между гелем и кожи с помощью Кубок электрод как описано выше, помогает снизить сопротивление в контакт с кожей. Еще один способ, чтобы избежать смещения является ждать в течение 10-15 мин после размещения электрода, пока происходит адаптация достаточно света. Этот период ожидания также позволяет еще больше снизить сопротивление между электродом (гель) и кожу, и записанные ЭОГ сигнал обычно стабилизирует как истечения времени. Повторяя калибровки и настройки усиления сигнала взгляд надлежащим образом во время выполнения глазодвигательные задач далее может помочь улучшить качество записи. Дрейф сигнал положения глаз может проблемой при записи гладкой преследования, для которой запись обычно делается для длительного периода времени. Однако для записи саккад, продолжительность которого длится всего несколько десятков миллисекунд, это обычно не проблема.

В целом, для достижения «Точная» ЭОГ записи это не сама, что вопросы методологии, но как экспериментатор реализует его. Важным шагом является как справиться с нестабильностью записи. Необходимые меры, чтобы использовать Ag-AgCl электродов с широким пластиковые бахромой, способны эффективно снизить шум и ждать достаточно света адаптации. Этот период ожидания также помогает снизить сопротивление между электродами и кожей, обеспечивая стабильный сигнал записан. Кроме того, повторная калибровка производится при необходимости в ходе выполнения задач. Таким образом реализуется, EOG все еще может быть методом высокой клинической практичности, которые могут широко применяться для неврологических больных, особенно для записи саккад в горизонтальном направлении. Действительно ЭОГ может быть предпочтительным методом, когда только это доступно по экономическим причинам или в практических клинических ситуациях где требуется легко реализованный метод и где отсутствие данных не является допустимым.

Авторы не имеют ничего сообщать в отношении этого исследования.

Д-р Терао поддержал исследовательский проект субсидий для научных исследований от министерства образования, культуры, спорта, науки и технологии Японии [16K 09709, 16H 01497]. Ю. была поддержана исследовательский проект субсидий для научных исследований от министерства образования, культуры, спорта, науки и технологии Японии [No.25293206, № 22390181, 15H 05881, 16H 05322]; на гранты от исследовательского комитета по лучшим rTMS лечение Паркинсона болезнь от министерства здравоохранения и социального обеспечения Японии; и научно-исследовательского комитета по дистония министерства здравоохранения и социального обеспечения Японии.