<p class="jove_content"&gt; ממומן על ידי הולנדים מענקי NWO / ZonMW 912-03-037 ו911-02-004.</p

1. פלטפורמת Motion 6DF גירויי שיווי המשקל נמסרו עם פלטפורמת תנועה (ראה איור 1) מסוגלת לייצר גירויים זוויתיים וtranslational בסך של שש דרגות חופש (FCS-מוג, Nieuw-Vennep, הולנד). הפלטפורמה מועברת על ידי שישה מפעילים אלקטרו מכאניות המחוברים למחשב אישי עם תוכנת שליטה ייעודית. זה יוצר תנועות מדויקות עם שש דרגות חופש. חיישנים להציב את המפעילים ברציפות פיקוח פרופיל תנועת הפלטפורמה. יש המכשיר &lt;דיוק 0.5 מ&quot;מ ליניארי ו&lt; 0.05 ° לתנועות זוויתי. רעידות בזמן הגירוי היו 0.02 מעלות. תדר תהודה של המכשיר היה&gt; 75 הרץ. פרופיל תנועת פלטפורמה שוחזר מהמידע בחיישן מפעיל באמצעות דינמיקה הפוכה ונשלח למחשב אוסף נתונים. כדי לסנכרן את הנתונים של הפלטפורמה ותנועות עיניים, קרן לייזר הייתה רכוב על הישבן של PLAtform ומוקרן על תא פוטואלקטרי קטן (1 מ&quot;מ, זמן התגובה 10 μsec). מתח המוצא של תא פוטואלקטרי נדגמה בקצב של 1 קילוהרץ יחד עם נתוני תנועת העין וסיפק חיווי בזמן אמת של תחילת תנועה עם דיוק אלפיות 1. במהלך הניתוח לא מקוון באמצעות Matlab (MathWorks, Natick, MA), את פרופיל התנועה המשוחזר של הפלטפורמה מבוססת על מידע החיישן של המפעילים בפלטפורמה היה מיושר במדויק עם תחילתה של תנועת פלטפורמה. 2. נושאים ישיבה א הנבדקים ישבו על כיסא רכוב במרכז הפלטפורמה (איור 2). גופו של הנבדק היה מאופק עם חגורת בטיחות ארבע נקודות כמו בשימוש במכוניות מירוץ. חגורות הבטיחות עוגנו לבסיס של פלטפורמת התנועה. הכיסא היה מוקף במסגרת מעוקב PVC ושימש כתמיכה לסלילי השדה. מערכת סליל השדה הייתה מתכוונן בגובה, כך שSubjעיניו של ect היו במרכזו של השדה המגנטי. קיבוע ראש B. הראש משותק באמצעות יצוק בנפרד לוח נשיכת שיניים-רושם, שהיה מחובר למסגרת מעוקב באמצעות סרגל נוקשה. כרית ואקום מקופלת סביב הצוואר וannulus מחובר לכיסא נוסף הבטיח קיבעון של הנושא (איור 1). בנוסף, כדי לפקח על תנועות ראש מזויפות במהלך הגירוי, אנחנו מחוברים שני חיישני 3D (Analog Devices Inc, נורווד, מסצ&#39;וסטס) ישירות ללוח הביס, אחד להזווית ואחד לתאוצות ליניאריות. 3. לתאם מערכת סיבובים עיניים מוגדרים במערכת צירים ימנית ראש קבוע (איור 3). במערכת זו מנקודת מבטו של הנושא של צפייה בסיבוב שמאלה על ציר ה-Z (לסבסב), סיבוב כלפי מטה על ציר ה-Y (המגרש) והרוטציה ימינה על ציר ה-X (גליל) מוגדרים כpositiיש. המטוסים מאונך לX, Y ו-Z הם ציר סיבוב בהתאמה מטוסי רול, המגרש וסבסב (איור 3). 4. הקלטות תנועת העין תנועות עיניים של שתי העיניים נרשמו עם סלילי 3D scleral חיפוש (Skalar, דלפט, הולנד) 4 באמצעות מערכת סטנדרטית 25 קילוהרץ שתיים תחום סליל המבוססת על שיטת זיהוי המשרעת של רובינסון (EMP3020 דגם, Skalar רפואי, דלפט, הולנד) 5. את אותות הסליל הועברו דרך מסנן נמוך לעבור אנלוגי עם תדר ניתוק של 500 הרץ ודגמו באופן מקוון ומאוחסנים בדיסק קשיח בתדר של 1 קילוהרץ עם 16 דיוק קצת (מערכת הפעלת CED Spike2 V6, עיצוב אלקטרוני קיימברידג&#39; , קיימברידג&#39;). 5. כיול קויל חיפוש לפני הניסויים, הרגישות ולא אורטיגונאליות של סלילי כיוון ופיתול אומתה במבחנה על ידי הרכבה על סליל GI פיקמערכת mbal ממוקמת במרכזו של השדה המגנטי. על ידי החלפה של מערכת gimbal על כל צירי רוחותינו וידאנו שכל הסלילים המשמשים בניסויים היו סימטריים לכל הכיוונים בתוך 2%. In vivo, את האותות האופקיים ואנכיים של שני הסלילים היו מכוילים בנפרד על ידי מורה כפוף ללקבע סדרה של חמישה יעדים (יעד מרכזי ויעד ב 10 מעלות שמאלה, ימינה, למעלה ולמטה) לחמש שניות כל אחד ברציפות. מטרות כיול היו מוקרנת על מסך שקוף במרחק 186 ס&quot;מ. ניתוח ניסוי הודעה של נתוני הכיול הסתיים ברגישות ובקיזוז ערכים עבור כל חיפוש הסלילים. ערכים אלה שמשו לאחר מכן בהליכי האנליזה הכתובים ב-Matlab 3. 6 גירוי גירוי סינוסי א סיבובים סינוסי כל גוף הפלטפורמה נמסרה (1 הרץ, = 4 מעלות) כשלושה Cardiצירים: ציר nal מקורי, הזנב או אנכי (סבסוב), ציר interaural (המגרש) וציר האף-העורפי (גליל), וצירים אופקיים על incremented ביניים בצעדים של 22.5 מעלות בין גליל ואת המגרש. גירויי סינוסי נמסרו באור וחושך. באור, נושאים מקובעים על יעד חזותי ברציפות מוארת (LED אדום, בקוטר 2 מ&quot;מ) ממוקם 177 ס&quot;מ בחזית את הנושא בגובה עיניים (פנל שמאלי איור 1 ג). הראש היה בעמדה כזו שהשורה של ריד הייתה בסיס (הקו הדמיוני המחבר את פנימית וחיצוני meatus עם קנטוס מסלולית התחתון) היה במרחק 6 מעלות מהאדמה אופקית). במהלך גירוי סינוסי בחושך, היעד החזותי הוצג בקצרה (2 שניות), כאשר הפלטפורמה הייתה נייחת בכל מרווח שבין שני גירויים רצופים. כדי להימנע מתנועות עיניים ספונטניות במהלך הגירוי, נבדקים קבלו הנחיה לקבע את המיקום הדמיוני של היעד הקבוע החלל במהלך סינוסואידהגירוי לאחר אל היעד היה כבוי זמן קצר לפני תחילת תנועה. אנחנו וידאנו שהסוג זה של הוראה בעיקר הפחית את תנועות העיניים שנעשו בחשכה, והייתה רק השפעה קטנה על רווח (&lt;10%). השתנות זו חלה בכל הרכיבים (אופקי, אנכי ופיתול) בו זמנית. גירוי ב &#39;אימפולס כל דחפי גוף משך זמן קצרים נמסרו בסביבה מוארת באור קלוש. הגירוי הגלוי רק לנושא היה יעד חזותי הממוקם ב177 ס&quot;מ בחזית את הנושא בגובה עיניים. כל דחף חזר על עצמו שש פעמים ונמסר בסדר אקראי ובעיתוי של תחילת תנועה (מרווחים נעו בין 2.5 ל -3.5 שניות) אקראי. הפרופיל של הדחפים היה תאוצה קבועה של 100 ° -2 שניות במהלך 100 אלפיות השני הראשון של הדחף, ואחריו ירידה הדרגתית בהאצה ליניארית. גירוי זה גרם לעלייה ליניארית במהירות והגיעה לvelocity של 10 ° שניות לאחר 100 אלפיות שני -1. תנועות ראש חריגות בזמן גירוי שיווי משקל שנמדדו על ידי קצב זוויתי ומכשירי ההאצה ליניארית היו פחות מ -4% ממשרעת גירוי. מהירות שיא של תנועות העיניים בתגובה לדחפים אלה הייתה פי 100 מעל לרמת הרעש של אותות הסליל. 7. ניתוח נתונים אותות קויל הוסבו זוויות פיק ולאחר מכן הביעו כוקטורי סיבוב 6,7. מנתוני הקיבעון של היעד קדימה קבענו חוסר התיאום של הסליל בעין ביחס לסלילי השדה המגנטיים העיקריים מאונך. אותות תוקנו לחוסר תיאום זה קוזז על ידי סיבוב נגד תלת ממדים. כמו כן, וידא שאין זליגה סליל שהתרחשה במהלך הניסוי על ידי אימות פלט העמדה בקיבעון של היעד לפני כל תחילת תנועה. כדי להביע את תנועות עיניים 3D בתחום המהירות,אנו יומרו נתוני וקטור סיבוב בחזרה למהירות זוויתית. לפני המרה של וקטור סיבוב למהירות זוויתית, אנו החליקו את הנתונים על ידי אפס שלב עם מסנן דיגיטלי קדימה ולאחור עם חלון גאוס 20 נקודות (אורך 20 אלפיות שני). 8. תגובות סינוסי רווח. הרווח של כל רכיב ועלייה במהירות העין 3D היה מחושב על ידי התאמת סינוסואידה עם תדר שווה לתדר הפלטפורמה דרך הרכיבים האופקיים, האנכיות ופיתול זוויתי המהירות. הרווח עבור כל רכיב מוגדר כיחס בין מהירות שיא רכיב העין ומהירות שיא פלטפורמה חושבה בנפרד לכל עין. חוסר תיאום ב &#39;. חוסר התיאום בין ציר מהירות העין 3D וציר מהירות ראש חושב באמצעות הגישה של אוי ועמיתים 8,9. מהמוצר סקלר של שני וקטורי חוסר התיאום חושב כתוספותזווית tantaneous בשלושה ממדים בין ההופכי של ציר מהירות העין ואת ציר מהירות הראש. רווח 3D הזוויתי המהירות וחוסר התיאום לכל כיוון azimuthal הושוו לרווח וחוסר התיאום הצפוי מסיכום וקטור של 0 מעלות (גליל) ו90 ° (המגרש) אזימוט הרכיבים 10. מסיכום הווקטור כאן נובע שכאשר רווחים מהירים לגליל ומגרש הם שווים, את הכיוון של ציר סיבוב עין מתיישר עם ציר סיבוב הראש, כאשר שתיים הם שונים, הסטייה המרבית בין גירוי וציר סיבוב עין צפויה ב 45 ° אזימוט. 9. תגובות דחף עקבות נתונים עין שמאל וימין של שש מצגות לכל כיוון תנועה נותחו בנפרד. בגלל ערכי עין שמאל וימין היו כמעט זהים, את הנתונים מעין שמאל וימין היו בממוצע כדי לקבוע את הרווח של מהירות העין בתגובה לגירוי דחפים. כל העקבות היונבדק בנפרד על מסך המחשב. כאשר הנושא נעשה מצמוץ או saccade בדחף שהעקבות היו מושלכות באופן ידני. רכיבי מהירות זוויתית (N = 5 עד 6) במהלך 100 אלפיות השני הראשון לאחר תחילתה של התנועה היו בממוצע בפחי זמן של 20 אלפיות שנייה (בתנאי נמוך לעבור סינון יעיל) וזממו כפונקציה של מהירות פלטפורמת 11,12.

<ol>
	<li>Houben, M. M. J., Goumans, J., Dejongste, A. H., Van der Steen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Angular+and+linear+vestibulo-ocular+responses+in+humans.">Angular and linear vestibulo-ocular responses in humans.</a> Ann. N.Y. Acad. Sci. 1039, 68-80 (2005).</li><li>Collewijn, H., Van der Steen, J., Ferman, L., Jansen, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+ocular+counterroll:+assessment+of+static+and+dynamic+properties+from+electromagnetic+scleral+coil+recordings.">Human ocular counterroll: assessment of static and dynamic properties from electromagnetic scleral coil recordings.</a> Exp. Brain Res. 59, 185-196 (1985).</li><li>Goumans, J., Houben, M. M., Dits, J., Van der Steen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peaks+and+troughs+of+three-dimensional+vestibulo-ocular+reflex+in+humans.">Peaks and troughs of three-dimensional vestibulo-ocular reflex in humans.</a> J. Assoc. Res. Otolaryngol. 11, 383-393 (2010).</li><li>Ferman, L., Collewijn, H., Jansen, T. C., Vanden Berg, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+gaze+stability+in+the+horizontal,+vertical+and+torsional+direction+during+voluntary+head+movements,+evaluated+with+a+three-dimensional+scleral+induction+coil+technique.">Human gaze stability in the horizontal, vertical and torsional direction during voluntary head movements, evaluated with a three-dimensional scleral induction coil technique.</a> Vision Res. 27, 811-828 (1987).</li><li>Robinson, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Method+of+Measuring+Eye+Movement+Using+a+Scleral+Search+Coil+in+a+Magnetic+Field.">A Method of Measuring Eye Movement Using a Scleral Search Coil in a Magnetic Field.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 10, 137-145 (1963).</li><li>Haustein, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Considerations+on+Listing's+Law+and+the+primary+position+by+means+of+a+matrix+description+of+eye+position+control.">Considerations on Listing's Law and the primary position by means of a matrix description of eye position control.</a> Biol. Cybern. 60, 411-420 (1989).</li><li>Haslwanter, T., Moore, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+theoretical+analysis+of+three-dimensional+eye+position+measurement+using+polar+cross-correlation.">A theoretical analysis of three-dimensional eye position measurement using polar cross-correlation.</a> IEEE Trans. Biomed. Eng. 42, 1053-1061 (1995).</li><li>Aw, S. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+vector+analysis+of+the+human+vestibuloocular+reflex+in+response+to+high-acceleration+head+rotations.+II.+responses+in+subjects+with+unilateral+vestibular+loss+and+selective+semicircular+canal+occlusion.">Three-dimensional vector analysis of the human vestibuloocular reflex in response to high-acceleration head rotations. II. responses in subjects with unilateral vestibular loss and selective semicircular canal occlusion.</a> J. Neurophysiol. 76, 4021-4030 (1996).</li><li>Aw, S. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+vector+analysis+of+the+human+vestibuloocular+reflex+in+response+to+high-acceleration+head+rotations.+I.+Responses+in+normal+subjects.">Three-dimensional vector analysis of the human vestibuloocular reflex in response to high-acceleration head rotations. I. Responses in normal subjects.</a> J. Neurophysiol. 76, 4009-4020 (1996).</li><li>Crawford, J. D., Vilis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axes+of+eye+rotation+and+Listing's+law+during+rotations+of+the+head.">Axes of eye rotation and Listing's law during rotations of the head.</a> J. Neurophysiol. 65, 407-423 (1991).</li><li>Tabak, S., Collewijn, H., Boumans, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deviation+of+the+subjective+vertical+in+long-standing+unilateral+vestibular+loss.">Deviation of the subjective vertical in long-standing unilateral vestibular loss.</a> Acta. Otolaryngol. 117, 1-6 (1997).</li><li>Tabak, S., Collewijn, H., Boumans, L. J., Van der Steen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gain+and+delay+of+human+vestibulo-ocular+reflexes+to+oscillation+and+steps+of+the+head+by+a+reactive+torque+helmet.+II.+Vestibular-deficient+subjects.">Gain and delay of human vestibulo-ocular reflexes to oscillation and steps of the head by a reactive torque helmet. II. Vestibular-deficient subjects.</a> Acta. Otolaryngol. 117, 796-809 (1997).</li><li>Van der Steen, J., Collewijn, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ocular+stability+in+the+horizontal,+frontal+and+sagittal+planes+in+the+rabbit.">Ocular stability in the horizontal, frontal and sagittal planes in the rabbit.</a> Exp. Brain Res. 56, 263-274 (1984).</li><li>Seidman, S. H., Leigh, R. J., Tomsak, R. L., Grant, M. P., Dell'Osso, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+properties+of+the+human+vestibulo-ocular+reflex+during+head+rotations+in+roll.">Dynamic properties of the human vestibulo-ocular reflex during head rotations in roll.</a> Vision Res. 35, 679-689 (1995).</li><li>Seidman, S. H., Leigh, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+human+torsional+vestibulo-ocular+reflex+during+rotation+about+an+earth-vertical+axis.">The human torsional vestibulo-ocular reflex during rotation about an earth-vertical axis.</a> Brain Res. 504, 264-268 (1989).</li><li>Tweed, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rotational+kinematics+of+the+human+vestibuloocular+reflex.+I.+Gain+matrices.">Rotational kinematics of the human vestibuloocular reflex. I. Gain matrices.</a> J. Neurophysiol. 72, 2467-2479 (1994).</li><li>Tabak, S., Collewijn, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+vestibulo-ocular+responses+to+rapid,+helmet-driven+head+movements.">Human vestibulo-ocular responses to rapid, helmet-driven head movements.</a> Exp. Brain Res. 102, 367-378 (1994).</li><li>Paige, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Linear+vestibulo-ocular+reflex+(LVOR)+and+modulation+by+vergence.">Linear vestibulo-ocular reflex (LVOR) and modulation by vergence.</a> Acta. Otolaryngol. Suppl. 481, 282-286 (1991).</li><li>Halmagyi, G. M., Aw, S. T., Cremer, P. D., Curthoys, I. S., Todd, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impulsive+testing+of+individual+semicircular+canal+function.">Impulsive testing of individual semicircular canal function.</a> Ann. N.Y. Acad. Sci. 942, 192-200 (2001).</li><li>Tabak, S., Collewijn, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+the+human+vestibulo-ocular+reflex+at+high+frequencies+with+a+helmet,+driven+by+reactive+torque.">Evaluation of the human vestibulo-ocular reflex at high frequencies with a helmet, driven by reactive torque.</a> Acta. Otolaryngol. Suppl. 520 Pt. 1, 4-8 (1995).</li><li>Crawford, J. D., Vilis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axes+of+eye+rotation+and+Listing's+law+during+rotations+of+the+head.">Axes of eye rotation and Listing's law during rotations of the head.</a> J. Neurophysiol. 65, 407-423 (1991).</li><li>Migliaccio, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+three-dimensional+vestibulo-ocular+reflex+evoked+by+high-acceleration+rotations+in+the+squirrel+monkey.">The three-dimensional vestibulo-ocular reflex evoked by high-acceleration rotations in the squirrel monkey.</a> Exp. Brain Res. 159, 433-446 (2004).</li></ol>

יש לנו מה למסור.

מאמר זה מתאר שיטה למדידת VOR הזוויתי 3D במדויק בתגובה לסיבובים שלמים בגוף בבני אדם. היתרון בשיטה הוא שהיא נותנת מידע כמותי על רווח וחוסר תיאום של VOR זוויתי 3D בכל שלושת הממדים. השיטה שימושית למחקר בסיסי ויש לו גם פוטנציאל לדוגמא ערך קליני לבדיקת חולים עם בעיות תעלה א?...

<table border="1">
 <tbody>
		<tr>
			<td>Electric Motion Base MB-E-6DOF/24/1800KG * (Formerly E-CUE 624-1800)</td>
			<td>FCS-MOOG, Nieuw-Vennep, The Netherlands</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic field with detector, Model EMP3020</td>
			<td>Skalar Medical, Delft, The Netherlands</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CED power 1401, running Spike2 v6</td>
			<td>Cambridge Electronic Design, Cambridge</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electromagnetic search coils</td>
			<td>Chronos Vision, Berlin, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
 </tbody>
	</table>

three dimensional vestibular ocular reflex testing using a six degrees of freedom motion platform

The vestibular organ is a sensor that measures angular and linear accelerations with six degrees of freedom (6DF). Complete or partial defects in the vestibular organ results in mild to severe equilibrium problems, such as vertigo, dizziness, oscillopsia, gait unsteadiness nausea and/or vomiting. A good and frequently used measure to quantify gaze stabilization is the gain, which is defined as the magnitude of compensatory eye movements with respect to imposed head movements. To test vestibular function more fully one has to realize that 3D VOR ideally generates compensatory ocular rotations not only with a magnitude (gain) equal and opposite to the head rotation but also about an axis that is co-linear with the head rotation axis (alignment). Abnormal vestibular function thus results in changes in gain and changes in alignment of the 3D VOR response.
Here we describe a method to measure 3D VOR using whole body rotation on a 6DF motion platform. Although the method also allows testing translation VOR responses 1, we limit ourselves to a discussion of the method to measure 3D angular VOR. In addition, we restrict ourselves here to description of data collected in healthy subjects in response to angular sinusoidal and impulse stimulation.
Subjects are sitting upright and receive whole-body small amplitude sinusoidal and constant acceleration impulses. Sinusoidal stimuli (f = 1 Hz, A = 4&deg;) were delivered about the vertical axis and about axes in the horizontal plane varying between roll and pitch at increments of 22.5&deg; in azimuth. Impulses were delivered in yaw, roll and pitch and in the vertical canal planes. Eye movements were measured using the scleral search coil technique 2. Search coil signals were sampled at a frequency of 1 kHz.
The input-output ratio (gain) and misalignment (co-linearity) of the 3D VOR were calculated from the eye coil signals 3.
Gain and co-linearity of 3D VOR depended on the orientation of the stimulus axis. Systematic deviations were found in particular during horizontal axis stimulation. In the light the eye rotation axis was properly aligned with the stimulus axis at orientations 0&deg; and 90&deg; azimuth, but gradually deviated more and more towards 45&deg; azimuth.
The systematic deviations in misalignment for intermediate axes can be explained by a low gain for torsion (X-axis or roll-axis rotation) and a high gain for vertical eye movements (Y-axis or pitch-axis rotation (see Figure 2). Because intermediate axis stimulation leads a compensatory response based on vector summation of the individual eye rotation components, the net response axis will deviate because the gain for X- and Y-axis are different.
In darkness the gain of all eye rotation components had lower values. The result was that the misalignment in darkness and for impulses had different peaks and troughs than in the light: its minimum value was reached for pitch axis stimulation and its maximum for roll axis stimulation.
Case Presentation
Nine subjects participated in the experiment. All subjects gave their informed consent. The experimental procedure was approved by the Medical Ethics Committee of Erasmus University Medical Center and adhered to the Declaration of Helsinki for research involving human subjects.
Six subjects served as controls. Three subjects had a unilateral vestibular impairment due to a vestibular schwannoma. The age of control subjects (six males and three females) ranged from 22 to 55 years. None of the controls had visual or vestibular complaints due to neurological, cardio vascular and ophthalmic disorders.
The age of the patients with schwannoma varied between 44 and 64 years (two males and one female). All schwannoma subjects were under medical surveillance and/or had received treatment by a multidisciplinary team consisting of an othorhinolaryngologist and a neurosurgeon of the Erasmus University Medical Center. Tested patients all had a right side vestibular schwannoma and underwent a wait and watch policy (Table 1; subjects N1-N3) after being diagnosed with vestibular schwannoma. Their tumors had been stabile for over 8-10 years on magnetic resonance imaging.

אור גירוי סינוסי איור 4 (פנל עליון) מראה לקבוצת ביקורת רווח הממוצע של רכיבי מהירות זוויתית האופקיות, אנכיים ופיתול לכל הגירויים סינוסי נבדקו במישור האופקי באור. הפיתול היה מקסימאלי ב 0 ° אזימוט, ואילו היה לי אנכי המרבי שלו ע...

Watch this Scientific Journal Video about Three Dimensional Vestibular Ocular Reflex Testing Using a Six Degrees of Freedom Motion Platform at JoVE.com

Three Dimensional Vestibular Ocular Reflex Testing Using a Six Degrees of Freedom Motion Platform

שיטה מתוארת למדוד רפלקסים עיניים vestibulo תלת ממדי (3D VOR) בבני אדם באמצעות שש דרגות חופש (6DF) סימולטור התנועה. הרווח וחוסר התיאום של VOR הזוויתי 3D מספקים מדד ישיר לאיכות תפקוד שיווי משקל. נציגי נתונים על נבדקים בריאים מסופקים

שלוש בדיקות שיווי משקל ממדית Ocular Reflex שימוש בשש דרגות חופש תנועה של פלטפורמה

The vestibular organ is a sensor that measures angular and linear accelerations with six degrees of freedom (6DF). Complete or partial defects in the ...

three-dimensional-vestibular-ocular-reflex-testing-using-six-degrees

Research

JoVE Journal

Neuroscience

15.8K Views.  Erasmus MC. שיטה מתוארת למדוד רפלקסים עיניים vestibulo תלת ממדי (3D VOR) בבני אדם באמצעות שש דרגות חופש (6DF) סימולטור התנועה. הרווח וחוסר התיאום של VOR הזוויתי 3D מספקים מדד ישיר לאיכות תפקוד שיווי משקל. נציגי נתונים על נבדקים בריאים מסופקים

Video: Three Dimensional Vestibular Ocular Reflex Testing Using a Six Degrees of Freedom Motion Platform

MPI CyberMotion Simulator: Implementation of a Novel Motion Simulator to Investigate Multisensory Path Integration in Three Dimensions

Path integration is a process in which self-motion is integrated over time to obtain an estimate of one's current position relative to a starting point 1. Humans can do path integration based exclusively on visual 2-3, auditory 4, or inertial cues 5. However, with multiple cues present, inertial cues - particularly kinaesthetic - seem to dominate 6-7. In the absence of vision, humans tend to overestimate short distances (&lt;5 m) and turning angles (&lt;30&deg;), but underestimate longer ones 5. Movement through physical space therefore does not seem to be accurately represented by the brain.
Extensive work has been done on evaluating path integration in the horizontal plane, but little is known about vertical movement (see 3 for virtual movement from vision alone). One reason for this is that traditional motion simulators have a small range of motion restricted mainly to the horizontal plane. Here we take advantage of a motion simulator 8-9 with a large range of motion to assess whether path integration is similar between horizontal and vertical planes. The relative contributions of inertial and visual cues for path navigation were also assessed.
16 observers sat upright in a seat mounted to the flange of a modified KUKA anthropomorphic robot arm. Sensory information was manipulated by providing visual (optic flow, limited lifetime star field), vestibular-kinaesthetic (passive self motion with eyes closed), or visual and vestibular-kinaesthetic motion cues. Movement trajectories in the horizontal, sagittal and frontal planes consisted of two segment lengths (1st: 0.4 m, 2nd: 1 m; &plusmn;0.24 m/s2 peak acceleration). The angle of the two segments was either 45&deg; or 90&deg;. Observers pointed back to their origin by moving an arrow that was superimposed on an avatar presented on the screen.
Observers were more likely to underestimate angle size for movement in the horizontal plane compared to the vertical planes. In the frontal plane observers were more likely to overestimate angle size while there was no such bias in the sagittal plane. Finally, observers responded slower when answering based on vestibular-kinaesthetic information alone. Human path integration based on vestibular-kinaesthetic information alone thus takes longer than when visual information is present. That pointing is consistent with underestimating and overestimating the angle one has moved through in the horizontal and vertical planes respectively, suggests that the neural representation of self-motion through space is non-symmetrical which may relate to the fact that humans experience movement mostly within the horizontal plane.

An efficient way to gain insight into how humans navigate themselves in three dimensions is described. The method takes advantage of a motion simulator capable of moving observers in ways unattainable by traditional simulators. Results confirm that movement in the horizontal plane is underestimated, while vertical movement is overestimated.

MPI Simulator CyberMotion: יישום Simulator תנועה חדשנית לחקר האינטגרציה נתיב רב חושיים בשלושה ממדים

Path integration is a process in which self-motion is integrated over time to obtain an estimate of one's current position relative to a starting point 1. ...

Protocol for Three-dimensional Confocal Morphometric Analysis of Astrocytes

As glial cells in the brain, astrocytes have diverse functional roles in the central nervous system. In the presence of harmful stimuli, astrocytes modify their functional and structural properties, a condition called reactive astrogliosis. Here, a protocol for assessment of the morphological properties of astrocytes is presented. This protocol includes quantification of 12 different parameters i.e. the surface area and volume of the tissue covered by an astrocyte (astrocyte territory), the entire astrocyte including branches, cell body, and nucleus, as well as total length and number of branches, the intensity of fluorescence immunoreactivity of antibodies used for astrocyte detection, and astrocyte density (number/1,000 &#181;m2). For this purpose three-dimensional (3D) confocal microscopic images were created, and 3D image analysis software such as Volocity 6.3 was used for measurements. Rat brain tissue exposed to amyloid beta1-40 (A&#946;1-40) with or without a therapeutic&#160;intervention was used to present the method. This protocol can also be used for 3D morphometric analysis of other cells from either in vivo or in vitro conditions.

Astrocytes in the CNS change their functional and structural properties in response to harmful stimuli. This report presents a protocol for assessment of three-dimensional astrocyte morphology in diseased conditions or after therapeutic interventions.

פרוטוקול לConfocal ניתוח morphometric תלת ממדי של האסטרוציטים

As glial cells in the brain, astrocytes have diverse functional roles in the central nervous system. In the presence of harmful stimuli, astrocytes modify ...

A Rat Model of Central Fatigue Using a Modified Multiple Platform Method

In this article, we introduced a rat model of central fatigue using the modified multiple platform method (MMPM). The Multiple Platform box was designed as a water tank with narrow platforms on the bottom. The model rats were put into the tank and stood on the platforms for 14 h (18:00 - 8:00) per day for a consecutive 21 days, with a blank control group set for contrast. At the end of modeling, rats in the model group showed an obvious fatigued appearance. To assess the model, we performed several behavioral tests, including the open field test (OFT), the elevated plus maze (EPM) test, and the exhaustive swimming (ES) test. The results showed that anxiety, spatial cognition impairment, poor muscle performance, and declined voluntary activity presented in model rats confirm the diagnosis of&#160;central fatigue. Changes of the central neurotransmitters also verified the result. In conclusion, the model successfully simulated central fatigue, and future study with the model may help reveal the pathological mechanism of the disease.

Here, we present a protocol to introduce a rat model of central fatigue using the modified multiple platform method (MMPM).

חולדה מודל מרכזי עייפות בעזרת ששונה שיטת פלטפורמה מרובים

In this article, we introduced a rat model of central fatigue using the modified multiple platform method (MMPM). The Multiple Platform box was designed ...

Large-scale Three-dimensional Imaging of Cellular Organization in the Mouse Neocortex

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical properties, synaptic connections, and in vivo functions, but their basic functional and anatomical organization from cellular to network scale is poorly understood. Here we describe a method for the three-dimensional imaging of fluorescently-labeled neurons across large areas of the brain for the investigation of the cortical cellular organization. Specific types of neurons are labeled by the injection of fluorescent retrograde neuronal tracers or expression of fluorescent proteins in transgenic mice. Block brain samples, e.g., a hemisphere, are prepared after fixation, made transparent with tissue clearing methods, and subjected to fluorescent immunolabeling of the specific cell types. Large areas are scanned using confocal or two-photon microscopes equipped with large working distance objectives and motorized stages. This method can resolve the periodic organization of the cell type-specific microcolumn functional modules in the mouse neocortex. The procedure can be useful for the study of three-dimensional cellular architecture in the diverse brain areas and other complex tissues.

Here we describe a procedure for tissue clearing, fluorescent labeling, and large-scale imaging of mouse brain tissue which, thereby, enables visualization of the three-dimensional organization of cell types in the neocortex.

הדמיה תלת מימדי בקנה מידה גדול של ארגון הסלולר קליפת העכבר

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical ...

Three-Dimensional Shape Modeling and Analysis of Brain Structures

Statistical shape analysis of brain structures has been used to investigate the association between their structural changes and pathological processes. We have developed a software package for accurate and robust shape modeling and group-wise analysis. Here, we introduce an pipeline for the shape analysis, from individual 3D shape modeling to quantitative group shape analysis. We also describe the pre-processing and segmentation steps using open software packages. This practical guide would help researchers save time and effort in 3D shape analysis on brain structures.

We introduce a semi-automatic protocol for shape analysis on brain structures, including image segmentation using open software, and further group-wise shape analysis using an automated modeling package. Here, we demonstrate each step of the 3D shape analysis protocol with hippocampal segmentation from brain MR images.

מידול צורה תלת מימדי וניתוח מבני המוח

Statistical shape analysis of brain structures has been used to investigate the association between their structural changes and pathological processes. ...

In Vivo Three-Dimensional Two-Photon Microscopy to Study Conducted Vascular Responses by Local ATP Ejection Using a Glass Micro-Pipette

Maintenance of normal brain function requires a sufficient and efficient supply of oxygen and nutrition by a complex network of vessels. However, the regulation of cerebral blood flow (CBF) is incompletely understood, especially at the capillary level. Two-photon microscopy is a powerful tool widely used to study CBF and its regulation. Currently, this field is limited by the lack of in vivo two-photon microscopy studies examining (1) CBF responses in three-dimensions, (2) conducted vascular responses, and (3) localized interventions within the vascular network. Here, we describe a 3D in vivo method using two-photon microscopy to study conducted vascular responses elicited by&#160;local ejection of ATP with a glass micro-pipette. Our method uses fast and repetitive hyperstack two-photon imaging providing precise diameter measurements by maximal intensity projection of the obtained images. Furthermore, we show that this method can also be used to study 3D astrocytic calcium responses. We also discuss the advantages and limitations of glass micro-pipette insertion and two-photon hyperstack imaging.

We present an optimized local ejection procedure using a glass micro-pipette and a fast two-photon hyperstack imaging method, which allows precise measurement of capillary diameter changes and investigation of its regulation in three dimensions.

בVivo תלת מימדי 2-פוטון מיקרוסקופית למחקר שנערכו תגובות כלי דם על ידי הוצאה ATP מקומי באמצעות זכוכית מיקרו פיפטה

Maintenance of normal brain function requires a sufficient and efficient supply of oxygen and nutrition by a complex network of vessels. However, the ...

Three-Dimensional Motor Nerve Organoid Generation

A fascicle of axons is one of the major structural motifs observed in the nervous system. Disruption of axon fascicles could cause developmental and neurodegenerative diseases. Although numerous studies of axons have been conducted, our understanding of formation and dysfunction of axon fascicles is still limited due to the lack of robust three-dimensional in vitro models. Here, we describe a step-by-step protocol for the rapid generation of a motor nerve organoid (MNO) from human induced pluripotent stem (iPS) cells in a microfluidic-based tissue culture chip. First, fabrication of chips used for the method is described. From human iPS cells, a motor neuron spheroid (MNS) is formed. Next, the differentiated MNS is transferred into the chip. Thereafter, axons spontaneously grow out of the spheroid and assemble into a fascicle within a microchannel equipped in the chip, which generates an MNO tissue carrying a bundle of axons extended from the spheroid. For the downstream analysis, MNOs can be taken out of the chip to be fixed for morphological analyses or dissected for biochemical analyses, as well as calcium imaging and multi-electrode array recordings. MNOs generated with this protocol can facilitate drug testing and screening and can contribute to understanding of mechanisms underlying development and diseases of axon fascicles.

This protocol provides a comprehensive procedure to fabricate human iPS cell-derived motor nerve organoid through spontaneous assembly of a robust bundle of axons extended from a spheroid in a tissue culture chip.

דור אורגנואיד עצבי מוטורי תלת מימדי

A fascicle of axons is one of the major structural motifs observed in the nervous system. Disruption of axon fascicles could cause developmental and ...

Measuring the Influence of Magnetic Vestibular Stimulation on Nystagmus, Self-Motion Perception, and Cognitive Performance in a 7T MRT

Strong magnetic fields induce dizziness, vertigo, and nystagmus due to Lorentz forces acting on the cupula in the semi-circular canals, an effect called magnetic vestibular stimulation (MVS). In this article, we present an experimental setup in a 7T MRT scanner (MRI scanner) that allows the investigation of the influence of strong magnetic fields on nystagmus as well as perceptual and cognitive responses. The strength of MVS is manipulated by altering the head positions of the participants. The orientation of the participants&#39; semicircular canals with respect to the static magnetic field is assessed by combining a 3D magnetometer and 3D constructive interference in steady-state (3D-CISS) images. This approach allows to account for intra- and inter-individual differences in participants&#8217; responses to MVS. In the future, MVS can be useful for clinical research, for example, in the investigation of compensatory processes in vestibular disorders. Furthermore, it could foster insights into the interplay between vestibular information and cognitive processes in terms of spatial cognition and the emergence of self-motion percepts under conflicting sensory information. In fMRI studies, MVS can elicit a possible confounding effect, especially in tasks influenced by vestibular information or in studies comparing vestibular patients with healthy controls.

In this article, we describe the experimental setup, material, and procedures to assess reflexive eye movements, self-motion perception, and cognitive tasks under magnetic vestibular stimulation, as well as the anatomical orientation of the vestibular organs, in a 7 Tesla Magnetic resonance tomography (7T-MRT) scanner.

מדידת ההשפעה של גירוי שיווי משקל מגנטי על ניסטגמוס, תפיסת תנועה עצמית וביצועים קוגניטיביים ב- MRT 7T

Strong magnetic fields induce dizziness, vertigo, and nystagmus due to Lorentz forces acting on the cupula in the semi-circular canals, an effect called ...

Production of Human Neurogenin 2-Inducible Neurons in a Three-Dimensional Suspension Bioreactor

The derivation of neuronal lineage cells from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) marked a milestone in brain research. Since their first advent, protocols have been continuously optimized and are now widely used in research and drug development. However, the very long duration of these conventional differentiation and maturation protocols and the increasing demand for high-quality hiPSCs and their neural derivatives raise the need for the adoption, optimization, and standardization of these protocols to large-scale production. This work presents a fast and efficient protocol for the differentiation of genetically modified, doxycycline-inducible neurogenin 2 (iNGN2)-expressing hiPSCs into neurons using a benchtop three-dimensional (3D) suspension bioreactor.
In brief, single-cell suspensions of iNGN2-hiPSCs were allowed to form aggregates within 24 h, and neuronal lineage commitment was induced by the addition of doxycycline. Aggregates were dissociated after 2 days of induction and cells were either cryopreserved or replated for terminal maturation. The generated iNGN2 neurons expressed classical neuronal markers early on and formed complex neuritic networks within 1 week after replating, indicating an increasing maturity of neuronal cultures. In summary, a detailed step-by-step protocol for the fast generation of hiPSC-derived neurons in a 3D environment is provided that holds great potential as a starting point for disease modeling, phenotypic high-throughput drug screenings, and large-scale toxicity testing.

This article describes a protocol for the generation of human induced pluripotent stem cell-derived neurons in a benchtop 3D suspension bioreactor.

ייצור נוירוגנין אנושי 2-Inducible Neurons בביוריאקטור תרחיף תלת ממדי

The derivation of neuronal lineage cells from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) marked a milestone in brain research. Since their first ...

ב Vivo הדמיה מוחית שלמה של זחלי דגי זברה

In Vivo Whole-Brain Imaging of Zebrafish Larvae Using Three-Dimensional Fluorescence Microscopy

As a vertebrate model animal, larval zebrafish are widely used in neuroscience and provide a unique opportunity to monitor whole-brain activity at the cellular resolution. Here, we provide an optimized protocol for performing whole-brain imaging of larval zebrafish using three-dimensional fluorescence microscopy, including sample preparation and immobilization, sample embedding, image acquisition, and visualization after imaging. The current protocol enables in vivo imaging of the structure and neuronal activity of a larval zebrafish brain at a cellular resolution for over 1 h using confocal microscopy and custom-designed fluorescence microscopy. The critical steps in the protocol are also discussed, including sample mounting and positioning, preventing bubble formation and dust in the agarose gel, and avoiding motion in images caused by incomplete solidification of the agarose gel and paralyzation of the fish. The protocol has been validated and confirmed in multiple settings. This protocol can be easily adapted for imaging other organs of a larval zebrafish.

מחבר זרקור: In Vivo הדמיה של המוח כולו של זחלי זברה באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי תלת מימדי  

Presented here is a protocol for in vivo whole-brain imaging of larval zebrafish using three-dimensional fluorescence microscopy. The experimental procedure includes sample preparation, image acquisition, and visualization.

ב Vivo הדמיה מוחית שלמה של זחלי דגי זברה באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי תלת מימדי

As a vertebrate model animal, larval zebrafish are widely used in neuroscience and provide a unique opportunity to monitor whole-brain activity at the ...