Selvbevegelsesoppfatning ved Parkinsons sykdom (SMP_PD)

Parkinsons sykdom (PD) er klassisk karakterisert ved en nedgang i motorisk funksjon, preget av de kjennetegnende symptomene på akinesi, bradykinesi, rigiditet og skjelving samt nedsatt holdning og balanse. Imidlertid har ikke-motoriske symptomer også nylig blitt anerkjent som en viktig del av sykdommen. Ikke-motoriske symptomer kan omfatte søvnforstyrrelser, humørforstyrrelser, hallusinasjoner, kognitiv svikt og ulike sensoriske og perseptuelle mangler. I motsetning til de motoriske symptomene er ikke-motoriske symptomer mindre observerbare av natur, og kan derfor gå ubemerket hen hvis de ikke testes direkte.

Allerede tidlige studier avslørte bred visuell dysfunksjon ved PD. Dette inkluderer forsinkelser i visuell fremkalte responser og abnormiteter i kontrast, spatiotemporal og fargefølsomhet. PD-pasienter har også endret oppfatning av visuell orientering så vel som komplekse synshemminger. Likevel, til tross for deres synsforstyrrelser, ser PD-pasienter ut til å være funksjonelt mer avhengig av syn, kontra kontroller. Dette ser ut til å motsi etablerte prinsipper for optimal sensorisk integrasjon, ifølge hvilke svekkede signaler bør stoles mindre på. Dette kan imidlertid bare måles innenfor et prinsipielt rammeverk som måler, kvantifiserer og sammenligner presisjonen til relevante perseptuelle signaler. Det er nemlig de relative pålitelighetene til sensoriske signaler som bør, i henhold til skjemaer for optimal (bayesiansk) integrasjon, bestemme i hvilken grad signalene er avhengig av (relatert til videre nedenfor).

Forskning har vist svekkelser i sensoriske systemer, annet enn syn, slik som proprioseptiv og vestibulær funksjon. Interessant nok kan mange sensoriske mangler ved PD være nært forbundet med "klassiske" motoriske symptomer. For eksempel: i) dysfunksjonelle vestibulære signaler kan føre til svekket balansekontroll ved PD, (ii) proprioseptive defekter svekker frivillige og refleksive motoriske kommandoer, (iii) svekkelser i romlig persepsjon kan bidra til frysing av gangart (FOG), og (iv) ) PD-pasienter overvurderer volumet av sin egen tale, noe som sannsynligvis gjenspeiler perseptuelle mangler enten ved svekket sensorimotorisk integrasjon eller svekket selvbevissthet om motoriske mangler. Også høyere perseptuelle funksjoner, slik som oppfatning av følelser fra ansiktsuttrykk, er svekket hos parkinsonpasienter. Persepsjon av selvbevegelse oppstår først og fremst fra treghetsbevegelse (vestibulær) og optisk flyt (visuell) signaler. Når de blir presentert med radialt ekspanderende optiske strømningsmønstre, viser PD-pasienter endret navigasjonsvinging og endret oppfatning av den egosentriske midtlinjen, samt redusert aktivering i visuelle hjerneområder versus kontroller. Terskler for selvbevegelsesoppfatning fra optisk flyt er imidlertid ennå ikke undersøkt, og vil derfor bli målt i denne studien.

Vestibulære abnormiteter kan også påvirke oppfatningen av selvbevegelse ved PD. Nylig har Bertolini et al. (2015) fant svekket tiltpersepsjon ved PD, men heller ikke her er vestibulære terskler for lineær selvbevegelsespersepsjon undersøkt direkte. Derfor er det første målet med denne studien å bestemme terskelene for unisensorisk (visuell og vestibulær) oppfatning av selvbevegelse i PD, ved å bruke et strengt og godt brukt paradigme for overskriftsdiskriminering.

Imidlertid, i tillegg til mangler i visuell og vestibulær oppfatning av selvbevegelse, kan PD-pasienter lide av suboptimal integrering av disse signalene. Derfor er det andre hovedmålet å spesifikt undersøke integreringen av visuelle og vestibulære signaler for persepsjon av selvbevegelse. Dette vil bli gjort i det Bayesianske rammeverket for multisensorisk integrasjon.

Integrering av informasjon fra ulike modaliteter ("multisensorisk integrasjon") er avgjørende for intakt oppfatning av verden. Teoretiske studier, basert på Bayesiansk statistikk, har gitt et rammeverk for å studere multisensorisk integrasjon med spådommer for en "optimal" strategi. Forutsatt gaussisk fordeling og en flat tidligere, reduseres optimal integrasjon av flere signaler til rett frem lineær ligning, ifølge hvilken den multisensoriske persepsjonen er en vektet kombinasjon av de underliggende signalene. Mange studier på mennesker og dyr har faktisk vist tilnærmet optimal cue-integrasjon. Likevel, mens multisensorisk integrasjon er et aktivt tema for forskning på normal hjernefunksjon, med veletablerte verktøy, har det ikke blitt studert i PD. Etterforskerne antar, basert på den tilsynelatende overavhengigheten i PD av visuelle signaler. PD-pasienter kan demonstrere ikke-optimal multisensorisk integrasjon (nemlig overvekt av visuelle signaler). Dette kan ha store effekter på grunnleggende funksjon.

Å legge til sensorisk støy til en stimulus reduserer dens pålitelighet. I de optiske flytstimuliene til selvbevegelse gjennom en 3D-sky av prikker, kan pålitelighet kontrolleres ved å manipulere sammenhengen til de bevegelige prikkene. For 100 % koherens (ingen ekstra støy), beveger alle prikkene seg koherent i henhold til retningen til simulert selvbevegelse. Når støy tilføres, f.eks. til 75 % koherens, beveger 75 % av prikkene seg koherent i henhold til selvbevegelsesretningen, mens de resterende 25 % beveger seg i en tilfeldig retning Når koherensen reduseres, reduseres den visuelle stimulans pålitelighet. Nylig viste etterforskerne at forskjellige kliniske grupper (f.eks. autisme) kan reagere annerledes på tillegg av visuell støy. Derfor, som en del av disse eksperimentene, vil etterforskerne også sammenligne visuell persepsjon i fravær og tilstedeværelse av ekstra visuell støy. Patofysiologien til PD forstås ofte å reflektere økt nevronal støy (f. beta-oscillasjoner) og derfor antar etterforskerne at ekstern sensorisk støy kan ha en sterkere effekt på PD-pasienter sammenlignet med kontroller (kanskje ved at stimulansen forverrer, i stedet for å redusere, nevronale svingninger i PD).

Derfor har etterforskerne i denne studien tre hovedmål: i) å observere den grunnleggende (unisensoriske) visuelle og vestibulære oppfatningen av selvbevegelse i PD, ii) å observere den multisensoriske integrasjonen hos PD-pasienter, innenfor rammen av Bayesiansk inferens, og iii) å observere effektene av å redusere visuell pålitelighet (tillegg av visuell stimulusstøy) på ytelse i PD. Alle tre målene vil bli adressert med det samme eksperimentet. Alle deltakerne kommer på to besøk. PD-pasienter vil utføre den samme prosedyren en gang "på" medisinering og en gang "av" medisinering (rekkefølgen av disse vil bli balansert mellom pasientene; bestemt tilfeldig på forhånd). For "off"-medisineringstilstanden vil pasienter slutte å ta PD-medisinen 12 timer før forsøkene (til etter forsøket). Kontrollgruppen vil også utføre eksperimentet to ganger for å kontrollere mulig artefakt av læringseffekter.