Itseliikkeen havainnointi Parkinsonin taudissa (SMP_PD)

Parkinsonin taudille (PD) on klassisesti tunnusomaista motoristen toimintojen heikkeneminen, jolle on tunnusomaista akinesian, bradykinesian, jäykkyyden ja vapinan tunnusmerkit sekä heikentynyt ryhti ja tasapaino. Kuitenkin myös ei-motoriset oireet tunnustetaan viime aikoina suureksi osaksi tautia. Ei-motorisia oireita voivat olla unihäiriöt, mielialahäiriöt, hallusinaatiot, kognitiiviset häiriöt ja erilaiset sensoriset ja havaintovammat. Toisin kuin motoriset oireet, ei-motoriset oireet ovat luonnostaan ​​vähemmän havaittavissa ja voivat siksi jäädä huomaamatta, jos niitä ei testata suoraan.

Jo varhaiset tutkimukset paljastivat laajan näköhäiriön PD:ssä. Tämä sisältää viiveet visuaalisissa reaktioissa ja poikkeavuuksia kontrastissa, spatiotemporaalisessa ja väriherkkyydessä. PD-potilailla on myös muuttunut käsitys näkösuunnasta sekä monimutkaisia ​​näkövammoja. Silti näkövajeistaan ​​huolimatta PD-potilaat näyttävät olevan toiminnallisesti riippuvaisempia näöstä verrattuna kontrolleihin. Tämä näyttää olevan ristiriidassa vakiintuneiden optimaalisen sensorisen integraation periaatteiden kanssa, joiden mukaan heikentyneeseen vihjeisiin tulisi luottaa vähemmän. Tämä voidaan kuitenkin mitata vain periaatteellisessa kehyksessä, joka mittaa, kvantifioi ja vertaa asiaankuuluvien havaintovihjeiden tarkkuutta. Nimittäin aistinvaraisten vihjeiden suhteellisten luotettavuuksien pitäisi optimaalisen (bayesilaisen) integraation kaavioiden mukaisesti määrittää, missä määrin vihjeisiin turvataan (liittyy jäljempänä).

Tutkimukset ovat osoittaneet häiriöitä aistijärjestelmissä, lukuun ottamatta näköä, kuten proprioseptiivisiä ja vestibulaaritoimintoja. Mielenkiintoista on, että monet PD:n sensoriset puutteet voivat liittyä läheisesti "klassisiin" motorisiin oireisiin. Esimerkiksi: i) dysfunktionaaliset vestibulaariset signaalit voivat johtaa heikentyneeseen tasapainon hallintaan PD:ssä, (ii) proprioseptiiviset puutteet heikentävät vapaaehtoisia ja refleksiivisiä motorisia käskyjä, (iii) spatiaalisen havainnoinnin heikkeneminen voi myötävaikuttaa kävelyn jäätymiseen (FOG) ja (iv) ) PD-potilaat yliarvioivat oman puheensa äänenvoimakkuuden, mikä todennäköisesti heijastaa havaintohäiriöitä joko heikentyneen sensorimotorisen integraation tai heikentyneen itsetietoisuuden vuoksi motorisista puutteista. Myös korkeammat havaintotoiminnot, kuten tunteiden havainnointi kasvojen ilmeestä, ovat heikentyneet parkinsonipotilailla. Havainto omasta liikkeestä syntyy pääasiassa inertialiikkeen (vestibulaarinen) ja optisen virtauksen (visuaalinen) vihjeistä. Kun PD-potilaille esitetään säteittäisesti laajenevia optisia virtauskuvioita, he osoittavat muuttunutta navigointia ja muuttunutta itsekeskisen keskilinjan käsitystä sekä vähentynyttä aktivaatiota visuaalisilla aivoalueilla verrokkeihin verrattuna. Optisen virtauksen itseliikkeen havaitsemisen kynnysarvoja ei kuitenkaan ole vielä tutkittu, ja siksi niitä mitataan tässä tutkimuksessa.

Vestibulaariset poikkeavuudet voivat myös vaikuttaa itseliikkeen havaitsemiseen PD:ssä. Äskettäin Bertolini et ai. (2015) havaitsivat heikentyneen kallistuksen havaitsemisen PD:ssä, mutta tässäkään ei ole tutkittu suoraan lineaarisen omaliikkeen havainnon vestibulaarisia kynnysarvoja. Tästä syystä tämän tutkimuksen ensimmäinen tavoite on määrittää kynnykset epäsensoriselle (visuaaliselle ja vestibulaariselle) itseliikkeen havainnolle PD:ssä käyttämällä tiukkaa ja hyvin käytettyä otsikkosyrjinnän paradigmaa.

Kuitenkin visuaalisen ja vestibulaarisen omaliikkeen havaitsemisen puutteiden lisäksi PD-potilaat voivat kärsiä näiden vihjeiden suboptimaalisesta integraatiosta. Tästä syystä toinen päätavoite on erityisesti tutkia visuaalisten ja vestibulaaristen vihjeiden integrointia omaliikkeen havaitsemiseen. Tämä tehdään bayesilaisen moniaistisen integraation puitteissa.

Eri modaliteeteista saatavan tiedon integrointi ("moniaistinen integraatio") on elintärkeää koskemattoman maailmankuvan kannalta. Teoreettiset tutkimukset, jotka perustuvat Bayesin tilastoihin, ovat tarjonneet puitteet tutkia multisensorista integraatiota "optimaalisen" strategian ennusteilla. Olettaen Gaussin jakauma ja tasainen priori, useiden vihjeiden optimaalinen integrointi pelkistyy suoraviivaiseksi lineaariseksi yhtälöksi, jonka mukaan multisensorinen havainto on painotettu yhdistelmä taustalla olevista vihjeistä. Monet ihmis- ja eläintutkimukset ovatkin osoittaneet lähes optimaalisen vihjeiden integroinnin. Vaikka multisensorinen integraatio on aktiivinen tutkimusaihe normaalissa aivotoiminnassa vakiintunein työkaluin, sitä ei ole tutkittu PD:ssä. Tutkijat olettavat, että PD:n ilmeinen liiallinen riippuvuus visuaalisista vihjeistä perustuu. PD-potilailla saattaa esiintyä ei-optimaalista multisensorista integraatiota (eli visuaalisten vihjeiden ylipainottamista). Tällä voi olla syvällisiä vaikutuksia perustoimintoihin.

Sensorisen kohinan lisääminen ärsykkeeseen heikentää sen luotettavuutta. Itseliikkeen optisissa virtausärsykkeissä 3D-pistepilven läpi luotettavuutta voidaan hallita manipuloimalla liikkuvien pisteiden koherenssia. 100 % koherenssi (ei lisättyä kohinaa) takaa, että kaikki pisteet liikkuvat koherentisti simuloidun omaliikkeen suunnan mukaan. Kun melua lisätään, esim. 75 % koherenssiin, 75 % pisteistä liikkuu koherentisti itseliikkeen suunnan mukaan, kun taas loput 25 % liikkuvat satunnaiseen suuntaan. Koherenssin pienentyessä visuaalisen ärsykkeen luotettavuus heikkenee. Äskettäin tutkijat osoittivat, että eri kliiniset ryhmät (esim. autismi) voivat reagoida eri tavalla visuaalisen kohinan lisäykseen. Siksi osana näitä kokeita tutkijat vertaavat myös visuaalista havaintoa ilman lisättyä visuaalista kohinaa. PD:n patofysiologian ymmärretään usein heijastavan lisääntynyttä hermosolujen kohinaa (esim. beetavärähtelyt) siksi tutkijat olettavat, että ulkoisella sensorisella melulla saattaa olla voimakkaampi vaikutus PD-potilaisiin verrattuna kontrolleihin (ehkä siksi, että ärsyke pikemminkin pahentaa kuin vähentää neuronaalisia vaihteluita PD:ssä).

Tästä syystä tässä tutkimuksessa tutkijoilla on kolme päätavoitetta: i) tarkkailla visuaalista ja vestibulaarista perushavaintoa itseliikkeestä PD:ssä, ii) tarkkailla multisensorista integraatiota PD-potilailla Bayesin päättelyn puitteissa, ja iii) tarkkailla visuaalisen luotettavuuden heikentämisen (visuaalisen ärsykkeen kohinan lisääminen) vaikutuksia suorituskykyyn PD:ssä. Kaikki kolme tavoitetta saavutetaan samalla kokeella. Kaikki osallistujat tulevat kahdelle vierailulle. PD-potilaat suorittavat saman toimenpiteen kerran "on" lääkityksen ja kerran "off" lääkityksen (jonka järjestys tasapainotetaan potilaiden välillä; määrätään satunnaisesti etukäteen). "Off" lääkitystilassa potilaat lopettavat PD-lääkityksensä ottamisen 12 tuntia ennen kokeita (kokeen jälkeen). Kontrolliryhmä suorittaa kokeen myös kahdesti hallitakseen oppimisvaikutusten mahdollisia artefakteja.