Vnímání vlastního pohybu u Parkinsonovy choroby (SMP_PD)

Parkinsonova nemoc (PD) je klasicky charakterizována poklesem motorických funkcí, který se vyznačuje charakteristickými příznaky akineze, bradykineze, rigidity a třesu, stejně jako zhoršeného držení těla a rovnováhy. Nemotorické symptomy se však také v poslední době začínají uznávat jako hlavní součást onemocnění. Nemotorické příznaky mohou zahrnovat poruchy spánku, poruchy nálady, halucinace, kognitivní poruchy a různé senzorické a percepční deficity. Na rozdíl od motorických symptomů jsou nemotorické symptomy přirozeně méně pozorovatelné, a proto mohou zůstat bez povšimnutí, pokud nejsou přímo testovány.

Již rané studie odhalily širokou zrakovou dysfunkci u PD. To zahrnuje zpoždění ve vizuálních evokovaných reakcích a abnormality v kontrastu, časoprostorové a barevné citlivosti. Pacienti s PD mají také změněné vnímání zrakové orientace a také komplexní zrakové postižení. Přesto se zdá, že navzdory svým zrakovým deficitům jsou pacienti s PD funkčně více závislí na zraku než kontrolní skupiny. Zdá se, že to odporuje zavedeným principům optimální senzorické integrace, podle nichž by se na narušené podněty mělo méně spoléhat. To však lze měřit pouze v principiálním rámci, který měří, kvantifikuje a porovnává přesnost relevantních vjemových podnětů. Konkrétně jde o relativní spolehlivosti smyslových podnětů, které by podle schémat optimální (Bayesovské) integrace měly určovat míru, do jaké se na podněty spoléhá (související dále níže).

Výzkum prokázal poruchy smyslových systémů jiných než zrak, jako je proprioceptivní a vestibulární funkce. Je zajímavé, že mnoho senzorických deficitů u PD může být úzce spojeno s „klasickými“ motorickými příznaky. Například: i) dysfunkční vestibulární signály mohou vést ke zhoršené kontrole rovnováhy u PD, (ii) proprioceptivní deficity zhoršují dobrovolné a reflexní motorické příkazy, (iii) poruchy prostorového vnímání mohou přispívat ke zmrazení chůze (FOG) a (iv ) Pacienti s PD přeceňují objem své vlastní řeči, což pravděpodobně odráží percepční deficity buď narušenou senzomotorickou integrací, nebo narušeným sebeuvědoměním motorických deficitů. Také vyšší percepční funkce, jako je vnímání emocí z výrazu obličeje, jsou u parkinsonských pacientů narušeny. Vnímání vlastního pohybu vzniká primárně na základě inerciálního pohybu (vestibulárního) a optického toku (vizuální). Když jsou pacienti s PD prezentováni s radiálně se rozšiřujícími vzory optického toku, vykazují změněné navigační vychylování a změněné vnímání egocentrické střední čáry a také sníženou aktivaci ve zrakových oblastech mozku oproti kontrolám. Prahové hodnoty vnímání vlastního pohybu z optického toku však dosud nebyly zkoumány, a proto budou v této studii měřeny.

Vestibulární abnormality mohou také ovlivnit vnímání vlastního pohybu u PD. Nedávno Bertolini et al. (2015) zjistili u PD zhoršené vnímání náklonu, ale ani zde nebyly přímo zkoumány vestibulární prahy lineárního vnímání vlastního pohybu. Prvním cílem této studie je tedy určit prahové hodnoty unisenzorického (vizuálního a vestibulárního) vnímání vlastního pohybu u PD za použití rigorózního a dobře používaného paradigmatu diskriminace směru.

Avšak kromě deficitů ve vizuálním a vestibulárním vnímání vlastního pohybu mohou pacienti s PD trpět neoptimální integrací těchto podnětů. Druhým hlavním cílem je tedy specificky prozkoumat integraci vizuálních a vestibulárních podnětů pro vnímání vlastního pohybu. To bude provedeno v bayesovském rámci multisenzorické integrace.

Integrace informací z různých modalit ("multisenzorická integrace") je životně důležitá pro neporušené vnímání světa. Teoretické studie založené na bayesovských statistikách poskytly rámec pro studium multisenzorické integrace s předpověďmi pro „optimální“ strategii. Za předpokladu gaussovské distribuce a plochého předchozího se optimální integrace více podnětů redukuje na přímou lineární rovnici, podle níž je multisenzorický vjem váženou kombinací základních podnětů. Mnoho studií na lidech a zvířatech skutečně prokázalo téměř optimální integraci podnětu. Přestože je multisenzorická integrace aktivním tématem výzkumu normální mozkové funkce s dobře zavedenými nástroji, nebyla u PD studována. Vyšetřovatelé předpokládají na základě zjevné nadměrné závislosti PD na vizuálních podnětech. Pacienti s PD mohou vykazovat neoptimální multisenzorickou integraci (jmenovitě nadměrnou váhu vizuálních podnětů). To může mít hluboký vliv na základní funkci.

Přidání senzorického šumu ke stimulu snižuje jeho spolehlivost. V optických tokových stimulech vlastního pohybu prostřednictvím 3D oblaku bodů lze spolehlivost ovládat manipulací s koherencí pohybujících se bodů. Pro 100% koherenci (bez přidaného šumu) se všechny body pohybují koherentně podle směru simulovaného vlastního pohybu. Když se přidá hluk, např. do 75% koherence se 75% teček pohybuje koherentně podle směru vlastního pohybu, zatímco zbývajících 25% se pohybuje náhodným směrem. S poklesem koherence se snižuje spolehlivost vizuálního podnětu. Nedávno výzkumníci ukázali, že různé klinické skupiny (např. autismus) může reagovat odlišně na přidání vizuálního šumu. V rámci těchto experimentů tedy budou výzkumníci také porovnávat vizuální vnímání v nepřítomnosti a přítomnosti přidaného vizuálního šumu. Patofyziologie PD je často chápána tak, že odráží zvýšený neuronální šum (např. beta oscilace), proto výzkumníci předpokládají, že vnější senzorický šum by mohl mít silnější účinek na pacienty s PD oproti kontrolám (možná tím, že stimul spíše zhoršuje, než snižuje, neuronální fluktuace v PD).

V této studii mají tedy výzkumníci 3 hlavní cíle: i) sledovat základní (nesenzorické) vizuální a vestibulární vnímání vlastního pohybu u PD, ii) sledovat multisenzorickou integraci u pacientů s PD v rámci Bayesovské inference, a iii) pozorovat účinky snížení zrakové spolehlivosti (přidání šumu vizuálních podnětů) na výkon při PD. Všechny tři cíle budou řešeny stejným experimentem. Všichni účastníci přijedou na dvě návštěvy. Pacienti s PD provedou stejný postup jednou „na“ medikaci a jednou „vypnutou“ medikaci (jejichž pořadí bude mezi pacienty vyváženo; předem náhodně určeno). Pro stav "vypnuto" přestanou pacienti užívat své léky na PD 12 hodin před experimenty (až po experimentu). Kontrolní skupina také provede experiment dvakrát, aby kontrolovala možný artefakt efektů učení.