Självrörelseuppfattning vid Parkinsons sjukdom (SMP_PD)

Parkinsons sjukdom (PD) kännetecknas klassiskt av en försämrad motorisk funktion, kännetecknad av kännetecknande symtom som akinesi, bradykinesi, stelhet och tremor samt försämrad hållning och balans. Men icke-motoriska symtom har också nyligen blivit erkända som en viktig del av sjukdomen. Icke-motoriska symtom kan innefatta sömnstörningar, humörstörningar, hallucinationer, kognitiv funktionsnedsättning och olika sensoriska och perceptuella brister. I motsats till de motoriska symtomen är icke-motoriska symtom mindre observerbara av naturen och kan därför gå obemärkt förbi om de inte testas direkt.

Redan tidiga studier avslöjade bred visuell dysfunktion vid PD. Detta inkluderar förseningar i visuellt framkallade svar och abnormiteter i kontrast, spatiotemporal och färgkänslighet. PD-patienter har också förändrad uppfattning om visuell orientering såväl som komplexa synnedsättningar. Ändå verkar PD-patienter, trots sina synfel, vara funktionellt mer beroende av synen, jämfört med kontrollerna. Detta tycks motsäga etablerade principer för optimal sensorisk integration, enligt vilka man i mindre utsträckning bör lita på försämrade signaler. Detta kan dock endast mätas inom ett principiellt ramverk som mäter, kvantifierar och jämför precisionen hos relevanta perceptuella ledtrådar. Det är nämligen de relativa tillförlitligheterna hos sensoriska ledtrådar som bör, enligt scheman för optimal (bayesiansk) integration, avgöra i vilken utsträckning ledtrådarna förlitas på (relaterat till ytterligare nedan).

Forskning har visat försämringar i sensoriska system, andra än syn, såsom proprioceptiv och vestibulär funktion. Intressant nog kan många sensoriska underskott i PD vara nära förknippade med "klassiska" motoriska symtom. Till exempel: i) dysfunktionella vestibulära signaler kan leda till försämrad balanskontroll vid PD, (ii) proprioceptiva brister försämrar frivilliga och reflexiva motoriska kommandon, (iii) försämringar i rumslig perception kan bidra till frysning av gång (FOG) och (iv) ) PD-patienter överskattar volymen av sitt eget tal, vilket sannolikt reflekterar perceptuella brister antingen genom försämrad sensorimotorisk integration eller av nedsatt självmedvetenhet om motoriska brister. Även högre perceptuella funktioner, såsom uppfattning av känslor från ansiktsuttryck, är nedsatt hos parkinsonpatienter. Perception av självrörelse uppstår främst från tröghetsrörelse (vestibulär) och optisk flöde (visuell) signaler. När de presenteras med radiellt expanderande optiska flödesmönster, visar PD-patienter förändrad navigering och förändrad uppfattning av den egocentriska mittlinjen samt minskad aktivering i visuella hjärnområden jämfört med kontroller. Emellertid har trösklar för självrörelseuppfattning från optiskt flöde ännu inte undersökts, och kommer därför att mätas i denna studie.

Vestibulära abnormiteter kan också påverka uppfattningen av självrörelse vid PD. Nyligen har Bertolini et al. (2015) fann försämrad lutningsperception vid PD, men inte heller här har vestibulära trösklar för linjär självrörelseuppfattning undersökts direkt. Därför är det första syftet med denna studie att bestämma trösklarna för unisensorisk (visuell och vestibulär) uppfattning av självrörelse vid PD, med hjälp av ett rigoröst och välanvänt paradigm för rubrikdiskriminering.

Men förutom brister i visuell och vestibulär uppfattning av självrörelse, kan PD-patienter lida av suboptimal integration av dessa signaler. Därför är det andra stora syftet att specifikt undersöka integrationen av visuella och vestibulära ledtrådar för självrörelseuppfattning. Detta kommer att göras inom det Bayesianska ramverket för multisensorisk integration.

Integreringen av information från olika modaliteter ("multisensory integration") är avgörande för intakt uppfattning av världen. Teoretiska studier, baserade på Bayesiansk statistik, har tillhandahållit ett ramverk för att studera multisensorisk integration med förutsägelser för en "optimal" strategi. Om man antar Gauss-fördelning och en platt tidigare, reduceras optimal integration av flera ledtrådar till raka fram linjära ekvationer, enligt vilken den multisensoriska percepten är en viktad kombination av de underliggande ledtrådarna. Många studier på människor och djur har verkligen visat nära optimal cue-integration. Ändå, även om multisensorisk integration är ett aktivt ämne för forskning om normal hjärnfunktion, med väletablerade verktyg, har det inte studerats i PD. Utredarna antar, baserat på det uppenbara överberoendet hos PD av visuella signaler. PD-patienter kan uppvisa icke-optimal multisensorisk integration (nämligen övervikt av visuella signaler). Detta kan ha djupgående effekter på grundläggande funktion.

Att lägga till sensoriskt brus till en stimulans minskar dess tillförlitlighet. I optiska flödesstimuli av självrörelse genom ett 3D-moln av prickar, kan tillförlitlighet kontrolleras genom att manipulera koherensen hos de rörliga prickarna. För 100 % koherens (inget extra brus), rör sig alla prickar koherent enligt riktningen för den simulerade självrörelsen. När buller tillkommer, t.ex. till 75 % koherens, rör sig 75 % av prickarna koherent i enlighet med riktningen för självrörelsen, medan de återstående 25 % rör sig i en slumpmässig riktning När koherensen minskar minskar den visuella stimulans tillförlitlighet. Nyligen visade forskarna att olika kliniska grupper (t.ex. autism) kan reagera olika på tillägg av visuellt brus. Därför, som en del av dessa experiment, kommer utredarna också att jämföra visuell perception i frånvaro och närvaro av extra visuellt brus. Patofysiologin för PD förstås ofta reflektera ökat neuronalt brus (t. beta-oscillationer) och därför antar utredarna att externt sensoriskt brus kan ha en starkare effekt på PD-patienter jämfört med kontroller (kanske genom att stimulansen förvärrar snarare än minskar neuronala fluktuationer i PD).

Därför har utredarna i denna studie tre huvudsyfte: i) att observera den grundläggande (unisensoriska) visuella och vestibulära uppfattningen av självrörelse vid PD, ii) att observera den multisensoriska integrationen hos PD-patienter, inom ramen för Bayesiansk slutledning, och iii) att observera effekterna av att minska visuell tillförlitlighet (tillägg av visuellt stimulusbrus) på prestanda vid PD. Alla tre målen kommer att behandlas med samma experiment. Alla deltagare kommer på två besök. PD-patienter kommer att utföra samma procedur en gång "på" medicinering och en gång "off" medicinering (vars ordning kommer att balanseras mellan patienterna, bestäms slumpmässigt i förväg). För "off" medicineringstillstånd kommer patienter att sluta ta sin PD-medicin 12 timmar före experimenten (tills efter experimentet). Kontrollgruppen kommer också att utföra experimentet två gånger för att kontrollera den möjliga artefakten av inlärningseffekter.