Zelfbewegingsperceptie bij de ziekte van Parkinson (SMP_PD)

De ziekte van Parkinson (PD) wordt klassiek gekenmerkt door een achteruitgang van de motorische functie, gekenmerkt door de kenmerkende symptomen van akinesie, bradykinesie, rigiditeit en tremor, evenals een verminderde houding en balans. Niet-motorische symptomen worden echter recentelijk ook erkend als een belangrijk onderdeel van de ziekte. Niet-motorische symptomen kunnen slaapstoornissen, stemmingsstoornissen, hallucinaties, cognitieve stoornissen en verschillende sensorische en perceptuele stoornissen omvatten. In tegenstelling tot de motorische symptomen zijn niet-motorische symptomen van nature minder waarneembaar en kunnen daarom onopgemerkt blijven als ze niet direct worden getest.

Reeds vroege studies onthulden brede visuele disfunctie bij PD. Dit omvat vertragingen in visueel opgeroepen reacties en afwijkingen in contrast, spatiotemporele en kleurgevoeligheid. PD-patiënten hebben ook een veranderde perceptie van visuele oriëntatie en complexe visuele beperkingen. Toch lijken PD-patiënten, ondanks hun visuele gebreken, functioneel meer afhankelijk te zijn van visie dan controles. Dit lijkt in tegenspraak te zijn met gevestigde principes van optimale sensorische integratie, volgens welke er minder vertrouwd moet worden op gestoorde signalen. Dit kan echter alleen worden gemeten binnen een principieel raamwerk dat de precisie van relevante perceptuele signalen meet, kwantificeert en vergelijkt. Het zijn namelijk de relatieve betrouwbaarheden van sensorische signalen die, volgens schema's van optimale (Bayesiaanse) integratie, de mate moeten bepalen waarin op de signalen wordt vertrouwd (gerelateerd aan verder hieronder).

Onderzoek heeft stoornissen aangetoond in andere sensorische systemen dan het gezichtsvermogen, zoals de proprioceptieve en vestibulaire functie. Interessant is dat veel sensorische stoornissen bij de ziekte van Parkinson nauw verband kunnen houden met 'klassieke' motorische symptomen. Bijvoorbeeld: i) disfunctionele vestibulaire signalen kunnen leiden tot verminderde evenwichtscontrole bij PD, (ii) proprioceptieve tekorten belemmeren vrijwillige en reflexieve motorische commando's, (iii) stoornissen in ruimtelijke perceptie kunnen bijdragen aan freeze of gait (FOG), en (iv ) PD-patiënten overschatten het volume van hun eigen spraak, waarschijnlijk als gevolg van perceptuele tekorten, ofwel door verminderde sensomotorische integratie of door een verminderd zelfbewustzijn van motorische tekorten. Ook hogere perceptuele functies, zoals perceptie van emotie door gezichtsuitdrukking, zijn aangetast bij parkinsonpatiënten. Perceptie van zelfbeweging komt voornamelijk voort uit traagheidsbeweging (vestibulaire) en optische stroom (visuele) signalen. Wanneer ze worden gepresenteerd met radiaal uitzettende optische stromingspatronen, vertonen PD-patiënten veranderde navigatieveering en veranderde perceptie van de egocentrische middellijn, evenals verminderde activering in visuele hersengebieden versus controles. De drempels van perceptie van zelfbeweging door optische stroming zijn echter nog niet onderzocht en zullen daarom in deze studie worden gemeten.

Vestibulaire afwijkingen kunnen ook de perceptie van zelfbeweging bij PD beïnvloeden. Onlangs hebben Bertolini et al. (2015) vond een verminderde perceptie van kantelen bij PD, maar ook hier zijn vestibulaire drempels van lineaire zelfbewegingsperceptie niet direct onderzocht. Daarom is het eerste doel van deze studie om de drempels van unisensorische (visuele en vestibulaire) perceptie van zelfbeweging bij PD te bepalen, met behulp van een rigoureus en veelgebruikt paradigma van kopdiscriminatie.

Naast gebreken in de visuele en vestibulaire perceptie van zelfbeweging, kunnen PD-patiënten echter last hebben van een suboptimale integratie van deze signalen. Daarom is het tweede hoofddoel het specifiek onderzoeken van de integratie van visuele en vestibulaire signalen voor zelfbewegingsperceptie. Dit zal gebeuren in het Bayesiaanse raamwerk van multisensorische integratie.

De integratie van informatie uit verschillende modaliteiten ("multisensorische integratie") is essentieel voor een intacte perceptie van de wereld. Theoretische studies, gebaseerd op Bayesiaanse statistiek, hebben een raamwerk opgeleverd om multisensorische integratie te bestuderen met voorspellingen voor een 'optimale' strategie. Uitgaande van een Gaussiaanse verdeling en een vlakke prior, reduceert optimale integratie van meerdere cues tot een ongecompliceerde lineaire vergelijking, volgens welke de multisensorische waarneming een gewogen combinatie is van de onderliggende cues. Veel studies bij mensen en dieren hebben inderdaad bijna optimale cue-integratie aangetoond. Hoewel multisensorische integratie een actief onderwerp van onderzoek is in de normale hersenfunctie, met gevestigde hulpmiddelen, is het niet bestudeerd in PD. De onderzoekers veronderstellen, gebaseerd op de schijnbare overmatige afhankelijkheid van PD van visuele signalen. PD-patiënten kunnen niet-optimale multisensorische integratie vertonen (namelijk overgewicht van visuele signalen). Dit kan ingrijpende gevolgen hebben voor de basisfunctie.

Het toevoegen van sensorische ruis aan een stimulus vermindert de betrouwbaarheid ervan. In de optische stroomstimuli van zelfbeweging door een 3D-wolk van stippen, kan de betrouwbaarheid worden gecontroleerd door de samenhang van de bewegende stippen te manipuleren. Voor 100% coherentie (geen toegevoegde ruis) bewegen alle punten coherent volgens de richting van gesimuleerde zelfbeweging. Wanneer ruis wordt toegevoegd, b.v. tot 75% coherentie, beweegt 75% van de stippen coherent volgens de richting van zelfbeweging, terwijl de resterende 25% in een willekeurige richting beweegt. Naarmate de coherentie afneemt, neemt de betrouwbaarheid van de visuele stimulus af. Onlangs hebben de onderzoekers aangetoond dat verschillende klinische groepen (bijv. autisme) kunnen anders reageren op de toevoeging van visuele ruis. Daarom zullen de onderzoekers als onderdeel van deze experimenten ook de visuele perceptie vergelijken in afwezigheid en aanwezigheid van toegevoegde visuele ruis. De pathofysiologie van PD wordt vaak gezien als een weerspiegeling van verhoogde neuronale ruis (bijv. bèta-oscillaties) vandaar dat de onderzoekers veronderstellen dat externe sensorische ruis een sterker effect zou kunnen hebben op PD-patiënten versus controles (misschien doordat de stimulus neuronale fluctuaties in PD verergert in plaats van vermindert).

Daarom hebben de onderzoekers in deze studie 3 hoofddoelen: i) het observeren van de basale (unisensorische) visuele en vestibulaire perceptie van zelfbeweging bij PD, ii) het observeren van de multisensorische integratie bij PD-patiënten, binnen het kader van Bayesiaanse gevolgtrekking, en iii) om de effecten te observeren van het verminderen van de visuele betrouwbaarheid (de toevoeging van visuele stimulusruis) op de prestaties bij PD. Alle drie de doelen zullen worden aangepakt met hetzelfde experiment. Alle deelnemers komen twee keer langs. PD-patiënten zullen dezelfde procedure uitvoeren, een keer "met" medicatie en een keer "zonder" medicatie (waarvan de volgorde tussen patiënten zal worden gecompenseerd; vooraf willekeurig bepaald). Voor de "off"-medicatieconditie zullen patiënten 12 uur voor de experimenten (tot na het experiment) stoppen met het innemen van hun PD-medicatie. De controlegroep zal het experiment ook twee keer uitvoeren om het mogelijke artefact van leereffecten te beheersen.