Diese Arbeit wurde vom National Institute of Health, National Institute on Taubheit und andere Communication Disorders, Grant R01DCO09890-02, Canadian Foundation for Innovation (CFI-LOF # 15704), und Connaught-Stiftung, Universität von Toronto unterstützt. Die Autoren bedanken sich bei Cynthia Didion, Mili Kuruvilla, Krista Rudy, und Lori Synhorst für die Unterstützung bei der Datenerhebung und-analyse danken, und Cara Ullman für die Erstellung von Video-Clips. Animationen wurden von Blue Tree Publishing (made <a href="http://www.bluetreepublishing.com/">http://www.bluetreepublishing.com/</a> ) Die SPA-und SMASH Software Matlab und kann durch Kontaktaufnahme mit Jordan Green bei jgreen4@unl.edu eingeholt werden. Besuchen Sie unsere Labore: <ul><li> Bulbäre Funktion Laboratory (Sunnybrook Health Sciences Centre in Toronto, Kanada): <ul><li> <a href="http://www.sunnybrook.ca/research/?page=sri_groups_bulb_home">http://www.sunnybrook.ca/research/?page=sri_groups_bulb_home</a> </li></ul></li><li> Sprachproduktion Laboratory (University Nebraska Lincoln): <ul><li> <a href="http://spl.unl.edu">http://spl.unl.edu</a> </li></ul></li></ul>

I. Subsystem Analysen 1. Respiratory-Subsystem / Breathing für Sprache Die Atemwege Subsystem ist unter Verwendung des phonatorische Aerodynamische System (PAS). Das System ermöglicht die gleichzeitige Aufnahme von oralen Druck, Luftstrom und Sprache Akustik (siehe Tabelle 1 für die Liste der Geräte und Hersteller). Ein Einweg-Gesichtsmaske und eine Einmal-Druck-Sensing-Rohr sind notwendig für die Aufnahmen. Vor der Aufnahme werden die Strömungs-und Druckverhältnisse Kanäle nach den Angaben des Herstellers kalibriert. <ol><li> Vitalkapazität (VC) ist das maximale Luftvolumen, das nach maximaler Einatmung ausgeatmet wird. VC wird mit einem Einweg-Gesichtsmaske, die Pneumotachograph angebracht ist. <ol class="lalpha"><li> Die PAS &quot;Vital Capacity&quot;-Protokoll ist für die Aufnahme ausgewählt. </li><li> Der Teilnehmer wird angewiesen, als maximal wie möglich einatmen und ausatmen maximal in die Maske, die Aufgabe wird dreimal wiederholt. </li><li> Maximale exspiratorische Volumen abgeleitet wird mit PAS-Software. </li></ol></li><li> Subglottischen Druck (Ps) ist der Luftdruck in der Lunge für die Produktion von &quot;Druck&quot; Konsonanten. Ps wird indirekt durch die Messung Spitzendruck in den Mund während der Produktion einer Silbe Zug 2,3 bewertet. <ol class="lalpha"><li> Die PAS &quot;Voicing Efficiency&quot;-Protokoll für die Aufnahme ausgewählt. </li><li> Zur Aufzeichnung der mündlichen Druck während / pa /, der Druck-sensing Rohr im Mund auf der Zunge Oberfläche positioniert. </li><li> Nasengänge sind mit einer Nasenklemme, um potenzielle Nasenatmung Flucht beseitigen verschlossen. </li><li> Der Teilnehmer wird angewiesen, etwa das Doppelte ihres normalen Menge einatmen und sagen / pa / in die Maske. Die Silbe / pa / ist sieben Mal auf einer Ausatmung wiederholt, bei gleich bleibender Tonhöhe und Lautstärke. Die Rate wird auf 1,5 Silben pro Sekunde beibehalten. </li><li> Peak-oral Druck ist für fünf (Mitte) Wiederholungen / pa / gemessen. Ein Durchschnitt von fünf Produktionen erhalten, um Ps beim Sprechen zu vertreten. </li><li> Weil Ps covaries mit Schalldruckpegel (SPL) 4,5, wird der Schalldruckpegel auch für jede Silbe gesammelt. Es ist später als Kovariate in Analysen verwendet. </li></ol></li><li> Speech Atmung während angeschlossen Rede bewertet, während die Teilnehmer lesen einen Standard 60-Wort Absatz (Anlage 1) entwickelt, die speziell für präzise, ​​automatische Pause-Grenze Erkennung 6. <ol class="lalpha"><li> Die PAS &quot;Maximum Phonation&quot;-Protokoll für die Aufnahme ausgewählt. </li><li> Der Luftstrom Signal wird unter Verwendung eines Einweg-Maske, um das Gesicht zu passen. </li><li> Der Teilnehmer wird aufgefordert, den Absatz bei ihren normalen komfortable Sprechgeschwindigkeit und Lautstärke zu lesen. </li><li> Air Flow Spuren werden in einem maßgeschneiderten Sprach-Pause Analysis (SPA) 7 Software-Programm in Matlab exportiert. In diesem Programm werden die Pausen in zusammenhängender Rede identifiziert werden. Die Software berechnet, neben anderen Maßnahmen Prozent Pausenzeit, die ein Maß für Zeit pausieren während der Lesung einer Passage ist. </li></ol></li></ol> 2. Phonatorische Subsystem Die phonatorische Subsystem wird über Sprachaufnahmen mit hochwertigen akustischen Kontrollgeräts (Tabelle 1) ausgewertet. <ol class="lalpha"><li> Das Mikrofon ist ca. 15 cm Abstand vom Mund gelegt. </li><li> Eine Nasenbrille wird verwendet, um die möglichen Auswirkungen der velopharyngeale Unzulänglichkeit auf die Qualität der Phonation zu beseitigen. </li><li> Der Teilnehmer wird gebeten, &quot;Maximum Phonation&quot; zu produzieren. Er oder sie ist angewiesen, um die maximale Menge an Luft einatmen und dann phonieren / a / bei normaler Tonhöhe und Lautstärke so lange wie möglich. Diese Aufgabe wird mindestens einmal vor der Aufnahme praktiziert. Die Bedeutung der Umsetzung her maximaler Anstrengung wird betont. </li><li> Maximale Phonation Dauer wird in Sekunden mit dem akustischen Signal gemessen. </li><li> Die digitalisierten akustische Signal wird in das Mehrdimensionale Voice-Profil (MDVP) Software zur Analyse geladen werden. Maße der zentralen Tendenz und der Variabilität der Grundfrequenz (F0), Lärm-to-harmonischen Verhältnis (NHR) und Prozent-Jitter, sind unter anderem für die mittlere von fünf Sekunden nach der Phonation Intervall erhalten. </li></ol> 3. Resonatory Subsystem Die resonatory Subsystem wird unter Verwendung Nasometer. Dieses Gerät besteht aus einem Kopfhörer mit einer Prallplatte, die unter die Nase positioniert ist und trennt die Mund-und Nasenhöhlen. Zwei Mikrofone, dass die orale und nasale akustische Signale zu erkennen sind an gegenüberliegenden Seiten der Platte befestigt. <ol class="lalpha"><li> Das Gerät ist vor jeder Aufnahme kalibriert. </li><li> Das Headset ist auf den Kopf mit der Prallplatte Ruhe über der Oberlippe gelegt und parallel zu den groun positioniertd. </li><li> Der Teilnehmer ist aufgefordert, einen &quot;nasal&quot; (zB Mama hat etwas Zitrone Marmelade) und ein &quot;non-nasal&quot; (zB Buy Bobby ein Welpe) Satz dreimal an einem gewöhnlichen Sprechgeschwindigkeit und Lautstärke zu wiederholen. </li><li> Die gemessenen Intensitäten der stimmhaften Teil des oralen und nasalen akustischen Signale werden in einen nasalance der Gäste, die als das Verhältnis der nasalen / nasal + mündliche akustische Energie definiert wird umgewandelt und als Prozentsatz ausgedrückt. Die nasalance Partitur spiegelt die relative Anteil der nasal-to-oral akustische Energie in einer Rede Strom 8. </li><li> Die Nasometer Software berechnet zahlreichen deskriptiven Statistik aus dem nasalance Wellenform. </li><li> Nasalance Distanz, die durch Subtrahieren der mittleren nasalance über mündliche Sätze (BBP) aus dem Mittelwert nasalance für die nasale Sätzen (MMJ) 9 berechnet abgeleitet ist, kann auch als ein Index der velopharyngeale nicht angewendet werden. </li></ol> 4. Artikulatorische Subsystem: Face Facial (Lippe und Unterkiefer) Bewegungen in 3D mit hoher Auflösung, optisches Motion-Capture-System 10 registriert. Das Infrarot-Digital-Videokameras erfassen die Positionen von 15 reflektierenden Markern, die für jeden Teilnehmer den Kopf und Gesicht bei bestimmten anatomischen Landmarken angebracht sind. Ein akustisches Sprachsignal wird gleichzeitig mit Rede Kinematik aufgezeichnet. <ol class="lalpha"><li> Das System ist vor die Aufnahmen nach den Angaben des Herstellers kalibriert. </li><li> Vier Marker sind auf die Stirn des Teilnehmers mit einem Stirnband befestigt. Marker sind auch auf der linken und der rechten Augenbraue befestigt, die Brücke und die Nasenspitze, das Lippenrot der Ober-und Unterlippe, den linken und rechten Mundwinkel und an drei verschiedenen Standorten auf dem Kinn. Dies ist die typische Marker-Arrays in dieses Protokoll verwendet, aber eine unbegrenzte Anzahl von Markern können mit diesem System verwendet werden. </li><li> Der Teilnehmer wird gebeten, Sätze und Phrasen (siehe Tabelle 2) bei ihren gewöhnlichen Sprechgeschwindigkeit und Lautstärke zu lesen. </li><li> Ein &quot;Rest&quot;-Datei Aufnahme gewonnen und in der Nachbearbeitung, um die Unterschiede in Markersetzung zwischen den Sitzungen und für die Re-Expression der Daten in Bezug auf die konsequente anatomisch-Koordinatensystem nach Bedarf zu normalisieren. </li><li> Während Post-Processing, sind die Bewegungen der Gesichtsmuskeln Marker für die Verfolgung von Fehlern überprüft und Kopf-korrigiert auf der Grundlage der Subtraktion der beiden translatorischen und rotatorischen Komponenten der Kopfbewegung. </li><li> Die Daten werden in SMASH, eine Matlab-basierte Software-Programm in unserem Labor entwickelt geladen. Innerhalb SMASH, werden die Daten gefiltert und analysiert. Peak-Bewegungsgeschwindigkeit von jeder Spur abgeleitet und als der wichtigste Indikator für artikulatorische Funktion des Kiefers und der Lippen. 3D-Geschwindigkeit ist die erste Ableitung von jedem Artikulator die euklidische Distanz der Zeit der Geschichte in SMASH berechnet. </li></ol> 5. Artikulatorische Subsystem: Tongue Tongue-Tracking erfolgt über ein elektromagnetisches Tracking-Gerät (WAVE), welche die Position und Rotation der Sensoren, die auf der Zunge verbunden sind Aufzeichnungen. Im Gegensatz zu den optischen Motion-Tracking, mit dem externen, Gesichts-Strukturen aufnehmen wird, bietet der elektromagnetischen Technologie eine Möglichkeit, genau zu verfolgen Zungenbewegungen während des Sprechens 11. Das System nutzt eine Kombination aus 5 und 6-Grad-of-Freiheit (5DOF und 6DOF) Sensoren zur artikulatorischen Bewegungen in einem kalibrierten Volumen Rekord (30 x 30 x 30 cm). Movement Daten und akustischen Daten werden gleichzeitig erworben. <ol class="lalpha"><li> Zwei Sensoren sind an der Artikulatoren mit zahnmedizinischen Kleber (PeriAcryl Parodontale Adhesive) befestigt. Eines wird auf der Brücke der Nase an Kopfbewegungen aufzuzeichnen. Ein kleiner 5DOF Sensor (3D-Position und 2D Winkelmessungen) auf die Zunge an der Mittellinie angebracht, etwa 2 cm hinter der Zungenspitze. </li><li> Um Zungenbewegungen, die unabhängig von der zugrunde liegenden Kiefer sind, ist jeder Teilnehmer mit einem vorgefertigten 5 mm Beißblocks ausgestattet. Der Aufbiss ist ungiftig Kondensation putty (Henry Schein) hergestellt. </li><li> Die Aufbiss zwischen Molaren auf der Seite den Mund genommen. Ein String an der Aufbiss ist es, die Teilnehmer von Angesicht zu verhindern Schlucken der Aufbiss gesichert. </li><li> Der Teilnehmer wird gebeten, Sätze und Phrasen (siehe Tabelle 2) zu lesen. </li><li> Tongue Bewegungen aufgezeichnet werden relativ zur Kopfposition. </li><li> Nach der Akquisition, die Daten werden in SMASH, wo es tiefpassgefiltert übertragen, analysiert auf Basis der vertikalen Bewegung zu verfolgen und zur 3D-Geschwindigkeit berechnen. Die durchschnittliche und maximale Geschwindigkeit der Bewegung bei jeder Äußerung wird als Index der krankheitsbedingten Änderung dieser Artikulator berichtet. </li></ol> II. System-Ebene Beurteilung Zusätzlich zu den Subsystem-Level-Variablen sind Sprachverständlichkeit und Sprechgeschwindigkeit gemessen. Diese measind externe Maßnahmen erforderlich, da sie aktuelle klinische &quot;Ziel Standards&quot; Charakterisierung bulbären Sprache Leistung. Sie geben einen Hinweis auf den funktionellen Status der Sprachproduktion System als Ganzes und Quantifizierung der Schwere der Sprachstörungen. Diese Maßnahmen werden unter Verwendung der Satz Verständlichkeit Test (SIT) 12. <ol class="lalpha"><li> Vor der Aufnahme wird eine zufällige Liste von 10 Sätzen von zunehmender Länge (5 bis 15 Wörter) von der SIT-Software erzeugt. </li><li> Ein Mikrofon ist auf den Kopf gestellt, ca. 15 cm aus dem Mund. </li><li> Der Teilnehmer wird gebeten, die Liste an ihren gewöhnlichen Sprechgeschwindigkeit und Lautstärke zu lesen. Die Sätze sind digital am 44.1 mit einem 16-Bit-Auflösung aufgezeichnet. </li><li> Mehrere ausgebildete Richter, die nicht vertraut, die Teilnehmer sind zu transkribieren die Sätze orthographisch und messen Satz Dauer. </li><li> Die SIT Software berechnet automatisch die Sprachverständlichkeit, die als Prozent der Wörter richtig aus der Gesamtzahl der Wörter produziert transkribiert gemeldet wird. Apropos Geschwindigkeit ist auch die Anzahl der Wörter pro Minute lesen gemeldet. </li></ol><table border="1"><tbody><tr><td> Teilsystem </td><td> Equipment / Software </td><td> Signal </td><td> Acquisition Einstellungen </td></tr><tr><td> Atem- </td><td> Phonatorische Aerodynamische System (PAS), KayPENTAX, Lincoln Park, NJ, USA </td><td> Acoustic, Druck und Durchfluss </td><td> Sampling-Rate = 200 Hz, Tiefpass gefiltert = 30Hz </td></tr><tr><td> Phonatorische </td><td> Compact-Flash-Recorder (z. B., PMD660) Professionelle Qualität Mikrofon, SPL-Meter, Extech Instruments Software: MDVP, KAYPentax </td><td> Akustisch </td><td> Sampling-Rate = 44,01 kHz, 16 bit linear PCM </td></tr><tr><td> Resonatory </td><td> Nasometer, Modell 6400, KAYPentax </td><td> Akustisch </td><td> Sampling-Rate = 11025 Hz </td></tr><tr><td> Artikulatorische: Face </td><td> Adler Digital System, Motion Analysis Corp </td><td> Kinematische und akustische </td><td> Sampling-Rate = 120 Hz, Low-pass = 10Hz gefiltert </td></tr><tr><td> Artikulatorische: Tongue </td><td> WAVE, Northern Digital Inc., Kanada </td><td> Kinematische und akustische </td><td> Sampling-Rate = 100 Hz, Tiefpass = 20Hz gefiltert </td></tr></tbody></table> Tabelle 1: Mess-und Übernahme-Einstellungen für Sub-System der Datenerhebung <table border="1"><tbody><tr><td> Ebene </td><td> Aufgabe </td><td> Messungen </td><td> Referenzen &amp; Normen </td></tr><tr><td> Atem- </td><td> VC </td><td> Maximale exspiratorische Lungenvolumen </td><td> 13 </td></tr><tr><td> / Pa / x 7 </td><td> Subglottischen Druck </td><td> 2, 3 </td></tr><tr><td> Bamboo Passage </td><td> % Pausenzeit </td><td> 6, 7, 14 </td></tr><tr><td> Phonatorische </td><td> Maximale Phonation / a / </td><td> Maximale Phonation Dauer bedeuten F0, Jitter, SNR </td><td> 15, 16, 17, 3 </td></tr><tr><td> Resonatory </td><td> Mama hat etwas Zitrone Marmelade; kaufen Bobby einen Welpen </td><td> Nasalance </td><td> 18, 19 </td></tr><tr><td> Artikulatorische: Face </td><td> Kaufen Sie Bobby ein Welpe, Say _ wieder (bat, Gezeiten, halten, Werkzeug) </td><td> Bewegungsgeschwindigkeit </td><td> 20, 21 </td></tr><tr><td> Artikulatorische: Tongue </td><td> / Ta / x 5, Deckchen wieder Say </td></tr><tr><td> System-Ebene </td><td> SIT, Sätze </td><td> Sprachverständlichkeit und Sprechgeschwindigkeit </td><td> 12 </td></tr></tbody></table> Tabelle 2: Messungen für jedes Teilsystem und Aufgabe erhalten Anhang 1: Bamboo Passage Bamboo Wände sind immer sehr beliebt zu sein. Sie sind stark, leicht zu bedienen und gut aussehend. Sie bieten einen guten Hintergrund und erstellen Sie die Stimmung in der japanischen Gärten. Bambus ist ein Gras, und ist eine der am schnellsten wachsenden Gräsern in der Welt. Viele Sorten von Bambus sind in Asien angebaut, obwohl es auch in Amerika aufgewachsen. Im vergangenen Jahr kauften wir ein neues Zuhause und haben die Blumengärten gearbeitet. In ein paar Tagen werden wir mit dem Bambus-Wand in einem unserer Gärten durchgeführt werden. Wir haben wirklich das Projekt genossen.

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Hier haben wir gezeigt, ein umfassendes Protokoll für die Beurteilung der bulbären (Sprach-) Dysfunktion bei ALS. Die Daten aus diesem Protokoll erhalten werden verwendet, um ein tieferes Verständnis davon, wie ALS betrifft Sprachproduktion zu gewinnen. Diese Daten werden auch verwendet, um die empfindlichsten Maßnahmen der Progression der Erkrankung zu identifizieren. Obwohl dieses Protokoll wird derzeit für die Forschung eingesetzt wird, werden die Erkenntnisse aus dieser Forschung genutzt werden, um kostengünstiger und klinisch praktikable Ansätze zu entwickeln, die bulbären Beteiligung zu quantifizieren.

<ul><li> Equipment / Software </li><li> Phonatorische Aerodynamische System (PAS), KayPENTAX, Lincoln Park, NJ, USA </li><li> Compact-Flash-Recorder (z. B., PMD660) </li><li> Professionelle Qualität Mikrofon, </li><li> SPL-Meter, Extech Instruments </li><li> MDVP, KAYPentax </li><li> Nasometer, Modell 6400, KAYPentax </li><li> Adler Digital System, Motion Analysis Corp </li><li> WAVE, Northern Digital Inc., Kanada </li></ul>

a protocol for comprehensive assessment of bulbar dysfunction in amyotrophic lateral sclerosis (als)

Verbesserte Methoden zur Beurteilung der bulbären Beeinträchtigung notwendig sind zur Beschleunigung Diagnose bulbäre Dysfunktion bei ALS, für die Vorhersage Fortschreiten der Erkrankung in Rede Subsysteme und für die Bewältigung der dringenden Notwendigkeit für sensible Ergebnis Maßnahmen zur laufenden experimentellen Therapiestudien. Um diesen Bedarf sind wir zu erhalten Längsprofile der bulbären Beeinträchtigung in 100 Individuen auf eine umfassende Instrumentierung-basierte Einschätzung, dass Ertrag Ziel Maßnahmen. Mit instrumentalen Ansätze zur Rede Verhaltensweisen zu quantifizieren ist sehr wichtig, in einem Feld, das in erster Linie auf subjektive, auditive Wahrnehmungs-Redeformen Bewertung 1 hat geltend gemacht. Unsere Einschätzung Protokoll Maßnahmen Performance über alle Sprach-Subsysteme, die Atemwege, phonatorische (Kehlkopf) gehören, resonatory (velopharyngeale) und artikulatorischen. Die artikulatorische Subsystem ist in den Gesichts-Komponenten (Kiefer und Lippe), und die Zunge verteilt. Vor Forschung hat vorgeschlagen, dass jede Rede Subsystem anders reagiert auf neurologische Erkrankungen wie ALS. Das derzeitige Protokoll wurde entwickelt, um die Leistung der einzelnen Rede-Subsystem als unabhängig Test von anderen Teilsystemen wie möglich. Die Rede Subsysteme sind im Rahmen der umfassenderen Änderungen zur Rede Leistung bewertet. Diese Rede Systemebene Variablen gehören Sprechgeschwindigkeit und Verständlichkeit von Sprache. Das Protokoll erfordert spezielle Instrumente, sowie kommerzielle und kundenspezifische Software. Die Atemwege, phonatorische und resonatory Subsysteme werden anhand Druck-flow (aerodynamisch) und akustische Methoden. Die artikulatorische Subsystem wird anhand 3D-Motion-Tracking-Techniken. Die objektive Maßnahmen, die zur bulbären Beeinträchtigung zu quantifizieren sind, wurden auch in der Rede der Literatur etabliert und zeigen Sensibilität für Veränderungen in bulbäre Funktion mit Fortschreiten der Erkrankung. Das Ergebnis der Prüfung ist eine umfassende, über-Subsystem Performance-Profil für jeden Teilnehmer. Das Profil, wenn sie die gleichen Maßnahmen von gesunden Kontrollpersonen verglichen, ist für diagnostische Zwecke verwendet. Derzeit testen wir die Sensitivität und Spezifität dieser Maßnahmen für die Diagnose von ALS und für die Vorhersage der Rate der Krankheitsprogression. Auf lange Sicht ist die verfeinerte Endophänotyps der bulbären ALS aus dieser Arbeit abgeleitet voraussichtlich künftiger Bemühungen um eine genetische Loci von ALS zu identifizieren und zu verbessern Diagnostik und Behandlung Spezifität der Erkrankung als Ganzes zu stärken. Die objektive Beurteilung, dass in diesem Video gezeigt wird, kann verwendet werden, um eine breite Palette von Sprach motorischen Beeinträchtigungen, einschließlich derjenigen im Zusammenhang mit Schlaganfall, Schädel-Hirn-Verletzungen, Multiple Sklerose und Parkinson-Krankheit zu beurteilen.

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A Protocol for Comprehensive Assessment of Bulbar Dysfunction in Amyotrophic Lateral Sclerosis ALS

Ziel Beurteilung der physiologischen Mechanismen, die Rede-Unterstützung sind nötig, um dem Ausbruch der Krankheit und die Progression bei Personen mit ALS zu überwachen und die Behandlung Effekte in klinischen Studien zu quantifizieren. In diesem Video stellen wir Ihnen eine umfassende, Instrumentierung-basiertes Protokoll für die Quantifizierung Rede Motorleistung in klinischen Populationen.

Ein Protokoll für eine umfassende Beurteilung der bulbären Dysfunction in Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)

Improved methods for assessing bulbar impairment are necessary for expediting diagnosis of bulbar dysfunction in ALS, for predicting disease progression ...

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A Protocol for Comprehensive Assessment of Bulbar Dysfunction in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)

33.9K Aufrufe.  University of Toronto. Ziel Beurteilung der physiologischen Mechanismen, die Rede-Unterstützung sind nötig, um dem Ausbruch der Krankheit und die Progression bei Personen mit ALS zu überwachen und die Behandlung Effekte in klinischen Studien zu quantifizieren. In diesem Video stellen wir Ihnen eine umfassende, Instrumentierung-basiertes Protokoll für die Quantifizierung Rede Motorleistung in klinischen Populationen.

Serie: A Protocol for Comprehensive Assessment of Bulbar Dysfunction in Amyotrophic Lateral Sclerosis ALS

Intraspinal Cell Transplantation for Targeting Cervical Ventral Horn in Amyotrophic Lateral Sclerosis and Traumatic Spinal Cord Injury

Respiratory compromise due to phrenic motor neuron loss is a debilitating consequence of a large proportion of human traumatic spinal cord injury (SCI) cases 1 and is the ultimate cause of death in patients with the motor neuron disorder, amyotrophic laterals sclerosis (ALS) 2.
ALS is a devastating neurological disorder that is characterized by relatively rapid degeneration of upper and lower motor neurons. Patients ultimately succumb to the disease on average 2-5 years following diagnosis because of respiratory paralysis due to loss of phrenic motor neuron innnervation of the diaphragm 3. The vast majority of cases are sporadic, while 10% are of the familial form. Approximately twenty percent of familial cases are linked to various point mutations in the Cu/Zn superoxide dismutase 1 (SOD1) gene on chromosome 21 4. Transgenic mice 4,5 and rats 6 carrying mutant human SOD1 genes (G93A, G37R, G86R, G85R) have been generated, and, despite the existence of other animal models of motor neuron loss, are currently the most highly used models of the disease.
Spinal cord injury (SCI) is a heterogeneous set of conditions resulting from physical trauma to the spinal cord, with functional outcome varying according to the type, location and severity of the injury 7. Nevertheless, approximately half of human SCI cases affect cervical regions, resulting in debilitating respiratory dysfunction due to phrenic motor neuron loss and injury to descending bulbospinal respiratory axons 1. A number of animal models of SCI have been developed, with the most commonly used and clinically-relevant being the contusion 8.
Transplantation of various classes of neural precursor cells (NPCs) is a promising therapeutic strategy for treatment of traumatic CNS injuries and neurodegeneration, including ALS and SCI, because of the ability to replace lost or dysfunctional CNS cell types, provide neuroprotection, and deliver gene factors of interest 9.
Animal models of both ALS and SCI can model many clinically-relevant aspects of these diseases, including phrenic motor neuron loss and consequent respiratory compromise 10,11. In order to evaluate the efficacy of NPC-based strategies on respiratory function in these animal models of ALS and SCI, cellular interventions must be specifically directed to regions containing therapeutically relevant targets such as phrenic motor neurons. We provide a detailed protocol for multi-segmental, intraspinal transplantation of NPCs into the cervical spinal cord ventral gray matter of neurodegenerative models such as SOD1G93A mice and rats, as well as spinal cord injured rats and mice 11.

Neural precursor transplantation is a promising strategy for protecting and/or replacing lost/dysfunctional cervical phrenic motor neurons in spinal cord injury (SCI) and the motor neuron disorder, amyotrophic laterals sclerosis (ALS). We provide a protocol for cell delivery to cervical spinal cord ventral horn in rodent models of ALS and SCI.

Intraspinale Cell Transplantation für Targeting Cervical Vorderhorn in Amyotrophe Lateralsklerose und traumatische Rückenmarksverletzungen

Respiratory compromise due to phrenic motor neuron loss is a debilitating consequence of a large proportion of human traumatic spinal cord injury (SCI) ...

Forschung

Medizin

Clinical Testing and Spinal Cord Removal in a Mouse Model for Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disorder resulting in progressive degeneration of motoneurons. Peak of onset is around 60 years for the sporadic disease and around 50 years for the familial disease. Due to its progressive course, 50% of the patients die within 30 months of symptom onset. In order to evaluate novel treatment options for this disease, genetic mouse models of ALS have been generated based on human familial mutations in the SOD gene, such as the SOD1 (G93A) mutation. Most important aspects that have to be evaluated in the model are overall survival, clinical course and motor function. Here, we demonstrate the clinical evaluation, show the conduction of two behavioural motor tests and provide quantitative scoring systems for all parameters. Because an in depth analysis of the ALS mouse model usually requires an immunohistochemical examination of the spinal cord, we demonstrate its preparation in detail applying the dorsal laminectomy method. Exemplary histological findings are demonstrated. The comprehensive application of the depicted examination methods in studies on the mouse model of ALS will enable the researcher to reliably test future therapeutic options which can provide a basis for later human clinical trials.

Clinical Testing and Spinal Cord Removal in a Mouse Model for Amyotrophic Lateral Sclerosis ALS

A mouse model for amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is examined clinically and behaviorally. As a prerequisite for an accompanying immunohistological analysis the preparation of the spinal cord is depicted in detail.

Klinische Tests und Rückenmark Removal in einem Mausmodell für Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disorder resulting in progressive degeneration of motoneurons. Peak of onset is around 60 ...

Utility of Dissociated Intrinsic Hand Muscle Atrophy in the Diagnosis of Amyotrophic Lateral Sclerosis

The split hand phenomenon refers to predominant wasting of thenar muscles and is an early and specific feature of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). A novel split hand index (SI) was developed to quantify the split hand phenomenon, and its diagnostic utility was assessed in ALS patients. The split hand index was derived by dividing the product of the compound muscle action potential (CMAP) amplitude recorded over the abductor pollicis brevis and first dorsal interosseous muscles by the CMAP amplitude recorded over the abductor digiti minimi muscle. In order to assess the diagnostic utility of the split hand index, ALS patients were prospectively assessed and their results were compared to neuromuscular disorder patients. The split hand index was significantly reduced in ALS when compared to neuromuscular disorder patients (P&#60;0.0001). Limb-onset ALS patients exhibited the greatest reduction in the split&#160;hand index, and a value of 5.2 or less reliably differentiated ALS from other neuromuscular disorders. Consequently, the split&#160;hand index appears to be a novel diagnostic biomarker for ALS, perhaps facilitating an earlier diagnosis.

Dissociated atrophy of intrinsic hand muscles, termed the split hand, appears to be a specific feature of amyotrophic lateral sclerosis (ALS).&#160;Consequently, a novel neurodiagnostic test, termed the split hand&#160;index, was developed to quantify the clinical phenomenon of the split hand, which differentiated ALS from mimic disorders.

Nutzen der Dissoziierte Eigen Hand Muskelatrophie in der Diagnose von Amyotrophe Lateralsklerose

The split hand phenomenon refers to predominant wasting of thenar muscles and is an early and specific feature of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). A ...

The Multiple Sclerosis Performance Test (MSPT): An iPad-Based Disability Assessment Tool

Precise measurement of neurological and neuropsychological impairment and disability in multiple sclerosis is challenging. We report a new test, the Multiple Sclerosis Performance Test (MSPT), which represents a new approach to quantifying MS related disability. The MSPT takes advantage of advances in computer technology, information technology, biomechanics, and clinical measurement science. The resulting MSPT represents a computer-based platform for precise, valid measurement of MS severity. Based on, but extending the Multiple Sclerosis Functional Composite (MSFC), the MSPT provides precise, quantitative data on walking speed, balance, manual dexterity, visual function, and cognitive processing speed. The MSPT was tested by 51 MS patients and 49 healthy controls (HC). MSPT scores were highly reproducible, correlated strongly with technician-administered test scores, discriminated MS from HC and severe from mild MS, and correlated with patient reported outcomes. Measures of reliability, sensitivity, and clinical meaning for MSPT scores were favorable compared with technician-based testing. The MSPT is a potentially transformative approach for collecting MS disability outcome data for patient care and research. Because the testing is computer-based, test performance can be analyzed in traditional or novel ways and data can be directly entered into research or clinical databases. The MSPT could be widely disseminated to clinicians in practice settings who are not connected to clinical trial performance sites or who are practicing in rural settings, drastically improving access to clinical trials for clinicians and patients. The MSPT could be adapted to out of clinic settings, like the patient&#8217;s home, thereby providing more meaningful real world data. The MSPT represents a new paradigm for neuroperformance testing. This method could have the same transformative effect on clinical care and research in MS as standardized computer-adapted testing has had in the education field, with clear potential to accelerate progress in clinical care and research.

The Multiple Sclerosis Performance Test MSPT: An iPad-Based Disability Assessment Tool

Precise measurement of neurological and neuropsychological impairment and disability in multiple sclerosis is challenging. We report methodologic details on a new test, the Multiple Sclerosis Performance Test (MSPT). This new approach to the objective of quantification of MS related disability provides a computer-based platform for precise, valid measurement of MS severity.

Die Multiple-Sklerose-Performance-Test (MSPT): Ein iPad-Based Disability Assessment Tool

Precise measurement of neurological and neuropsychological impairment and disability in multiple sclerosis is challenging. We report a new test, the ...

A Method of Trigonometric Modelling of Seasonal Variation Demonstrated with Multiple Sclerosis Relapse Data

This report describes a novel Stata-based application of trigonometric regression modelling to 55 years of multiple sclerosis relapse data from 46 clinical centers across 20 countries located in both hemispheres. Central to the success of this method was the strategic use of plot analysis to guide and corroborate the statistical regression modelling. Initial plot analysis was necessary for establishing realistic hypotheses regarding the presence and structural form of seasonal and latitudinal influences on relapse probability and then testing the performance of the resultant models. Trigonometric regression was then necessary to quantify these relationships, adjust for important confounders and provide a measure of certainty as to how plausible these associations were. Synchronization of graphing techniques with regression modelling permitted a systematic refinement of models until best-fit convergence was achieved, enabling novel inferences to be made regarding the independent influence of both season and latitude in predicting relapse onset timing in MS. These methods have the potential for application across other complex disease and epidemiological phenomena suspected or known to vary systematically with season and/or geographic location.

Combining plot analysis with trigonometric regression is a robust method for exploring complex, cyclical phenomena such as relapse onset timing in multiple sclerosis (MS). This method enabled unbiased characterisation of seasonal trends in relapse onset permitting novel inferences around the influence of seasonal variation, ultraviolet radiation (UVR) and latitude.

Eine Methode der trigonometrischen Modellierung der saisonalen Schwankungen mit Multipler Sklerose Relapse Daten zeigten,

This report describes a novel Stata-based application of trigonometric regression modelling to  55 years of multiple sclerosis relapse data from 46 ...

A Quick Phenotypic Neurological Scoring System for Evaluating Disease Progression in the SOD1-G93A Mouse Model of ALS

The SOD1-G93A transgenic mouse is the most widely used animal model of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). At ALS TDI we developed a phenotypic screening protocol, demonstrated in video herein, which reliably assesses the neuromuscular function of SOD1-G93A mice in a quick manner. This protocol encompasses a simple neurological scoring system (NeuroScore) designed to assess hindlimb function. NeuroScore is focused on hindlimb function because hindlimb deficits are the earliest reported neurological sign of disease in SOD1-G93A mice. The protocol developed by ALS TDI provides an unbiased assessment of onset of paresis (slight or partial paralysis), progression and severity of paralysis and it is sensitive enough to identify drug-induced changes in disease progression. In this report, the combination of a detailed manuscript with video minimizes scoring ambiguities and inter-experimenter variability thus allowing for the protocol to be adopted by other laboratories and enabling comparisons between studies taking place at different settings. We believe that this video protocol can serve as an excellent training tool for present and future ALS researchers.

This video protocol describes a sensitive, reliable, and quick method for evaluating the neuromuscular deficits in a transgenic mouse model of amyotrophic lateral sclerosis.

A Quick Phänotypische Neurologische Scoring System zur Bewertung der Krankheitsprogression im SOD1 G93A-Mausmodell der ALS

The SOD1-G93A transgenic mouse is the most widely used animal model of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). At ALS TDI we developed a phenotypic screening ...

A Protocol for the Use of Remotely-Supervised Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) in Multiple Sclerosis (MS)

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses low amplitude direct currents to alter cortical excitability. With well-established safety and tolerability, tDCS has been found to have the potential to ameliorate symptoms such as depression and pain in a range of conditions as well as to enhance outcomes of cognitive and physical training. However, effects are cumulative, requiring treatments that can span weeks or months and frequent, repeated visits to the clinic. The cost in terms of time and travel is often prohibitive for many participants, and ultimately limits real-world access. 
Following guidelines for remote tDCS application, we propose a protocol that would allow remote (in-home) participation that uses specially-designed devices for supervised use with materials modified for patient use, and real-time monitoring through a telemedicine video conferencing platform. We have developed structured training procedures and clear, detailed instructional materials to allow for self- or proxy-administration while supervised remotely in real-time. The protocol is designed to have a series of checkpoints, addressing attendance and tolerability of the session, to be met in order to continue to the next step. The feasibility of this protocol was then piloted for clinical use in an open label study of remotely-supervised tDCS in multiple sclerosis (MS). This protocol can be widely used for clinical study of tDCS.

A Protocol for the Use of Remotely-Supervised Transcranial Direct Current Stimulation tDCS in Multiple Sclerosis MS

The goal of this pilot study is to describe a protocol for the remotely-supervised delivery of transcranial direct current stimulation (tDCS) so that the procedure maintains standards of in-clinic practice, including safety, reproducibility, and tolerability. The feasibility of this protocol was tested in participants with multiple sclerosis (MS).

Ein Protokoll für den Einsatz von Remote-Betreute Transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) bei Multipler Sklerose (MS)

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses low amplitude direct currents to alter cortical ...

Robotic Lateral Pancreaticojejunostomy for Chronic Pancreatitis

Lateral pancreaticojejunostomy (LPJ) has shown good postoperative outcomes in patients with painful, morphine dependent, chronic pancreatitis (CP). The recent rise of robotic and laparoscopic pancreatic surgery has found benefits such as reduced time to functional recovery. Few studies have reported on the feasibility, technique and outcome of robotic LPJ, especially including transection of the gastroduodenal artery. The present study describes the main steps for robotic LPJ in a patient with painful chronic pancreatitis with a dilated main pancreatic duct. The patient underwent robotic LPJ. The LPJ anastomosis is performed using a running suture technique in a longitudinal side-to-side manner. Routinely, the gastroduodenal artery is transected to drain the entire length of the main pancreatic duct. The patient is in French position; 7 trocars are placed (4 robotic, 2 laparoscopic assistants, 1 liver-retractor). After docking of the robot system, the omental bursa is opened, and the right gastroepiploic artery and vein are ligated at their base at the lower border of the pancreas. Intraoperative ultrasonography is performed in order to determine trajectory of the dilated main pancreatic duct which is opened for its entire length after the gastroduodenal artery has been suture ligated both cranially and caudally from the main pancreatic duct. A Roux limb is created, and a latero-lateral PJ is fashioned using several 3-0 barbed sutures. A stapled jejuno-jejunostomy is created at sufficient distance from the pancreatic anastomosis, aided by a 50 cm suture. The described technique for robotic LPJ is a complex but feasible operation for patients with treatment refractory CP and a dilated main pancreatic duct. Due to its complexity, implementation in high volume centers with extensive experience with CP surgery may improve outcomes.

Robotic lateral pancreaticojejunostomy (RLPJ) may be used in patients with painful, morphine dependent, chronic pancreatitis and a dilated main pancreatic duct. We describe a standardized and reproducible technique for RLPJ, which includes transection of the gastroduodenal artery.

Roboter Lateral Pancreaticojejunostomie für chronische Pankreatitis

Lateral pancreaticojejunostomy (LPJ) has shown good postoperative outcomes in patients with painful, morphine dependent, chronic pancreatitis (CP). The ...

Using a Chemical Biopsy for Graft Quality Assessment

Kidney transplantation is a life-saving treatment for a large number of people with end-stage renal dysfunction worldwide. The procedure is associated with an increased survival rate and greater quality of patient&#8217;s life when compared to conventional dialysis. Regrettably, transplantology suffers from a lack of reliable methods for organ quality assessment. Standard diagnostic techniques are limited to macroscopic appearance inspection or invasive tissue biopsy, which do not provide comprehensive information about the graft. The proposed protocol aims to introduce solid phase microextraction (SPME) as an ideal analytical method for comprehensive metabolomics and lipidomic analysis of all low molecular compounds present in kidneys allocated for transplantation. The small size of the SPME probe enables performance of a chemical biopsy, which enables extraction of metabolites directly from the organ without any tissue collection. The minimum invasiveness of the method permits execution of multiple analyses over time: directly after organ harvesting, during its preservation, and immediately after revascularization at the recipient&#8217;s body. It is hypothesized that the combination of this novel sampling method with a high-resolution mass spectrometer will allow for discrimination of a set of characteristic compounds that could serve as biological markers of graft quality and indicators of possible development of organ dysfunction.

The protocol presents utilization of the chemical biopsy approach followed by comprehensive metabolomic and lipidomic analysis for quality assessment of kidney grafts allocated for transplantation.

Verwendung einer chemischen Biopsie zur Graft-Qualitätsbewertung

Kidney transplantation is a life-saving treatment for a large number of people with end-stage renal dysfunction worldwide. The procedure is associated ...

Magnetic Resonance Imaging of Multiple Sclerosis at 7.0 Tesla

The overall goal of this article is to demonstrate a state-of-the-art ultrahigh field (UHF) magnetic resonance (MR) protocol of the brain at 7.0 Tesla in multiple sclerosis (MS) patients. MS is a chronic inflammatory, demyelinating, neurodegenerative disease that is characterized by white and gray matter lesions. Detection of spatially and temporally disseminated T2-hyperintense lesions by the use of MRI at 1.5 T and 3 T represents a crucial diagnostic tool in clinical practice to establish accurate diagnosis of MS based on the current version of the 2017 McDonald criteria. However, the differentiation of MS lesions from brain white matter lesions of other origins can sometimes be challenging due to their resembling morphology at lower magnetic field strengths (typically 3 T). Ultrahigh field MR (UHF-MR) benefits from increased signal-to-noise ratio and enhanced spatial resolution, both key to superior imaging for more accurate and definitive diagnoses of subtle lesions. Hence, MRI at 7.0 T has shown encouraging results to overcome the challenges of MS differential diagnosis by providing MS-specific neuroimaging markers (e.g., central vein sign, hypointense rim structures and differentiation of MS grey matter lesions). These markers and others can be identified by other MR contrasts other than T1 and T2 (T2*, phase, diffusion) and substantially improve the differentiation of MS lesions from those occurring in other neuroinflammatory conditions such as neuromyelitis optica and Susac syndrome. In this article, we describe our current technical approach to study cerebral white and grey matter lesions in MS patients at 7.0 T using different MR acquisition methods. The up-to-date protocol includes the preparation of the MR setup including the radio-frequency coils customized for UHF-MR, standardized screening, safety and interview procedures with MS patients, patient positioning in the MR scanner and acquisition of dedicated brain scans tailored for examining MS.

Here, we present a protocol to acquire magnetic resonance (MR) images of multiple sclerosis (MS) patient brains at 7.0 Tesla. The protocol includes preparation of the setup including the radio-frequency coils, standardized interview procedures with MS patients, subject positioning in the MR scanner and MR data acquisition.

Magnetresonanztomographie der Multiplen Sklerose bei 7,0 Tesla

The overall goal of this article is to demonstrate a state-of-the-art ultrahigh field (UHF) magnetic resonance (MR) protocol of the brain at 7.0 Tesla in ...