<p class="jove_content"&gt; Finanziato dal olandesi NWO / ZonMw sovvenzioni 912-03-037 911-02-004 e.</p

1. 6DF piattaforma di movimento Stimoli vestibolari sono state consegnate con una piattaforma di movimento (vedi Figura 1) in grado di generare stimoli angolare e traslazionale ad un totale di sei gradi di libertà (FCS-MOOG, Nieuw-Vennep, Paesi Bassi). La piattaforma è mosso da sei attuatori elettromeccanici collegati ad un personal computer con software di controllo dedicato. Esso genera movimenti precisi con sei gradi di libertà. Sensori posti negli attuatori controllare continuamente il profilo di movimento della piattaforma. Il dispositivo è dotato di precisione &lt;0.5 mm per lineare e &lt;0,05 ° per movimenti angolari. Vibrazioni durante la stimolazione erano 0,02 °. Frequenza di risonanza del dispositivo era&gt; 75 hertz. Profilo di movimento della piattaforma è stata ricostruita dalle informazioni sensore negli attuatori con dinamica inversa e inviato al computer di raccolta dati. Per sincronizzare piattaforma e dati movimento degli occhi, un fascio laser è stato montato sul retro del plaTForm e proiettato su una piccola fotocellula (1 mm tempo di reazione 10 msec). La tensione di uscita della fotocellula è stato campionato ad una frequenza di 1 KHz insieme ai dati di movimento degli occhi e fornito un indicatore reale tempo di insorgenza moto con accuratezza 1 msec. Durante l&#39;analisi offline utilizzando Matlab (Mathworks, Natick, MA), il profilo di movimento della piattaforma ricostruito sulla base delle informazioni del sensore degli attuatori in piattaforma era precisamente allineato con l&#39;inizio del movimento della piattaforma. 2. Soggetti A. Seating I soggetti sono seduti su una sedia montata al centro della piattaforma (Figura 2). Il corpo del soggetto è stato trattenuto con la cintura di sicurezza a quattro punti come quello usato in auto da corsa. Le cinture di sicurezza erano ancorate alla base della piattaforma di movimento. La sedia è stata circondata da una cornice cubica PVC e servito come supporto per le bobine di campo. Il sistema di bobine di campo era regolabile in altezza, tale che il subjGli occhi di ect erano nel centro del campo magnetico. B. fissazione Capo La testa è immobilizzato con un modellato individualmente dentale-impressione bordo morso, che è stata allegata al telaio cubico tramite una barra rigida. Un cuscino vuoto piegata intorno al collo e un anello fissato alla poltrona ulteriormente conseguito fissazione del soggetto (Figura 1). Inoltre, per monitorare i movimenti della testa spuri durante la stimolazione, abbiamo attaccato due sensori 3D (Analog Devices Inc, Norwood, MA) direttamente alla scheda morso, uno per angolare e uno per le accelerazioni lineari. 3. Sistema di coordinate Rotazioni degli occhi sono definiti in un sistema di coordinate destrorso testa fissa (Figura 3). In questo sistema dal punto di vista una rotazione verso sinistra sulla Z (imbardata), una rotazione verso il basso sulla asse Y (pitch) e la rotazione verso destra sulla asse X (rullo) del soggetto sono definiti come positive. I piani ortogonali X, Y e Z assi di rotazione sono rispettivamente i rollio, di beccheggio e imbardata piani (Figura 3). 4. Eye Movement Recordings I movimenti oculari di entrambi gli occhi sono stati registrati con bobine di ricerca sclerali 3D (Skalar, Delft, Paesi Bassi) 4 utilizzando un sistema standard di 25 kHz due campo bobina sulla base del metodo di rilevamento dell&#39;ampiezza di Robinson (Modello EMP3020, Skalar medica, Delft, Paesi Bassi) 5. I segnali della bobina sono stati passati attraverso un filtro passa-basso analogico con frequenza di taglio di 500 Hz e campionati on-line e memorizzate sul disco fisso a una frequenza di 1 kHz con 16 bit di precisione (sistema CED esecuzione Spike2 v6, Cambridge Electronic Design , Cambridge). 5. Cerca Coil Calibrazione Prima degli esperimenti, la sensibilità e la non ortogonalità di direzione e torsione bobine stata verificata in vitro montando la bobina su un Fick giSistema MBAL posto al centro del campo magnetico. Ruotando il sistema di sospensione cardanica su tutti gli assi cardinali abbiamo verificato che tutte le bobine utilizzate negli esperimenti erano simmetrici per tutte le direzioni all&#39;interno di 2%. In vivo, i segnali orizzontali e verticali di entrambe le bobine sono state calibrate individualmente istruendo il soggetto a fissarsi successivamente una serie di cinque obiettivi (obiettivo centrale e di un bersaglio a 10 gradi a sinistra, destra, su e giù) per cinque secondi ciascuno. Target di calibrazione sono state proiettate su uno schermo trasparente in 186 cm di distanza. Analisi post esperimento dei dati di calibrazione provocato sensibilità e valori per ciascuna ricerca le bobine offset. Questi valori sono stati poi utilizzati nelle procedure di analisi scritte in Matlab 3. 6 Stimolazione A. stimolazione sinusoidale La piattaforma consegnato al corpo intero rotazioni sinusoidali (1 Hz, A = 4 °) circa i tre cardinali assi: l&#39;asse rostro-caudale o verticale (imbardata), l&#39;asse interaurale (pitch) e l&#39;asse naso-occipitale (rotolo), e assi orizzontali circa intermedie incrementato a passi di 22,5 ° tra rollio e beccheggio. Stimoli sinusoidali sono stati consegnati in luce e le tenebre. Nella luce, soggetti fissati su un bersaglio visivo continuo luminosi (LED rosso, 2 mm di diametro) posta 177 centimetri di fronte al soggetto all&#39;altezza degli occhi (Figura 1C pannello di sinistra). Testa è stato posizionato in modo tale che la linea di Reid era di base (la linea immaginaria che collega il externa meato con il cantus orbitale inferiore) era entro 6 gradi da terra-orizzontale). Durante la stimolazione sinusoidale al buio, il punto visivo è stato presentato brevemente (2 sec) quando la piattaforma era stazionaria durante ciascun intervallo tra due stimoli consecutivi. Per evitare movimenti oculari spontanei durante la stimolazione, i soggetti sono stati istruiti a fissare la posizione immaginaria del bersaglio fisso spazio durante sinusoideAl stimolazione dopo il target era stato spento poco prima dell&#39;inizio del movimento. Abbiamo verificato che il tipo di istruzione ha ridotto soprattutto i movimenti oculari effettuati nel buio, e aveva solo un piccolo effetto sul guadagno (&lt;10%). Questa variabilità si è verificato in tutti i componenti (orizzontale, verticale e torsione) simultaneamente. B. stimolazione Impulse Breve durata degli impulsi del corpo intero sono stati consegnati in un ambiente poco illuminato. L&#39;unico stimolo visibile disposizione del soggetto era un bersaglio visivo situato a 177 cm di fronte al soggetto all&#39;altezza degli occhi. Ciascun impulso è stato ripetuto sei volte e consegnato in ordine casuale e con tempismo casuale di movimento insorgenza (intervalli variavano tra 2,5 e 3,5 sec). Il profilo degli impulsi era una accelerazione costante di 100 ° sec -2 durante i primi 100 msec dell&#39;impulso, seguito da una graduale diminuzione lineare in accelerazione. Questo stimolo ha determinato un aumento lineare della velocità di raggiungere un velocitylità del 10 ° sec-1 dopo 100 msec. Movimenti della testa aberranti durante la stimolazione vestibolare misurata dal tasso angolare e dispositivi di accelerazione lineare erano meno del 4% di ampiezza dello stimolo. Velocità di picco dei movimenti oculari in risposta a questi impulsi era 100 volte superiore al livello di rumore dei segnali bobina. 7. Analisi dei dati Segnali Coil sono stati convertiti in angoli di Fick e quindi espressi come vettori di rotazione 6,7. Dai dati fissazione del target dritto abbiamo determinato il disallineamento della bobina nell&#39;occhio rispetto alle ortogonali primari bobine di campo magnetico. Segnali sono stati corretti per questo disassamento da contro rotazione tridimensionale. Si è anche verificato che si fosse verificato alcun slittamento della bobina durante l&#39;esperimento verificando l&#39;uscita di posizione durante la fissazione del target prima di ogni insorgenza movimento. Per esprimere movimenti oculari 3D nel dominio della velocità,abbiamo convertito i dati vettoriali di rotazione di nuovo in velocità angolare. Prima della conversione del vettore di rotazione a velocità angolare, si lisciò i dati da zero fase con un filtro digitale in avanti e indietro con una finestra gaussiana 20 punti (lunghezza 20 msec). 8. Risposte sinusoidali Un guadagno. Il guadagno di ciascun componente e 3D velocity guadagno occhio è stato calcolato montando una sinusoide con una frequenza pari alla frequenza piattaforma attraverso le componenti di velocità angolare, verticali e orizzontali di torsione. Il guadagno per ogni componente definita come il rapporto tra velocità di picco componente occhio e velocità di picco piattaforma è stata calcolata separatamente per ciascun occhio. B disallineamento. Il disallineamento tra l&#39;asse della velocità occhio 3D e la testa dell&#39;asse di velocità è stato calcolato utilizzando l&#39;approccio di Aw e colleghi 8,9. Dal prodotto scalare di due vettori del disallineamento è stato calcolato come insAngolo tantaneous in tre dimensioni tra l&#39;inverso della velocità dell&#39;asse dell&#39;occhio e l&#39;asse velocity testa. Il 3D guadagno di velocità angolari e di allineamento per ogni orientamento azimutale sono stati confrontati con il guadagno e di allineamento previsto dal vettore somma del 0 ° (rollio) e 90 ° (passo) azimut 10 componenti. Da questo vettore somma ne consegue che quando guadagni velocity per rollio e beccheggio sono uguali, l&#39;orientamento dell&#39;asse di rotazione dell&#39;occhio allinea con l&#39;asse di rotazione della testa, quando i due sono differenti, la deviazione massima tra stimolo e asse di rotazione dell&#39;occhio è previsto al 45 ° azimut. 9. Risposte all&#39;impulso Occhio le tracce di dati a destra ea sinistra di sei presentazioni per ogni direzione di movimento sono stati analizzati separatamente. Poiché i valori occhio destro e sinistro erano quasi identici, i dati da occhio destro e sinistro sono stati mediati per determinare il guadagno di velocità dell&#39;occhio in risposta alla stimolazione impulso. Tutte le tracce sono stateispezionati singolarmente sullo schermo del computer. Quando il soggetto ha fatto un batter o saccade durante l&#39;impulso che la traccia è stata scartata manualmente. Componenti di velocità angolare (n = 5-6) durante i primi 100 msec dopo l&#39;inizio del movimento sono stati mediati in bidoni di tempo di 20 msec (fornendo un efficace filtraggio passa-basso) e tracciate in funzione della velocità piattaforma di 11,12.

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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. 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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>

Non abbiamo nulla da rivelare.

Questo documento descrive un metodo per misurare accuratamente 3D VOR angolare in risposta alle rotazioni del corpo intero in esseri umani. Il vantaggio del metodo è che dà informazioni quantitative guadagno e disallineamento angolare del 3D VOR nelle tre dimensioni. Il metodo è utile per la ricerca di base e ha anche il potenziale valore di esempio clinico per testare i pazienti con problemi di canale verticale o in pazienti con mal-capito problemi vestibolari centrali. Un altro vantaggio del dispositivo è...

<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

L&#39;organo vestibolare è un sensore che misura accelerazioni angolari e lineari con sei gradi di libertà (6DF). Difetti complete o parziali nei risultati di organi vestibolari a lievi a gravi problemi di equilibrio, come vertigini, capogiri, oscillopsia, andatura instabilità nausea e / o vomito. Una misura buona e frequentemente usato per quantificare la stabilizzazione sguardo è il guadagno, che è definito come l&#39;ampiezza dei movimenti oculari compensative rispetto ai movimenti della testa imposti. Per testare funzione vestibolare più pienamente bisogna rendersi conto che il 3D VOR genera idealmente rotazioni oculari compensativi non solo con una grandezza (guadagno) uguale ed opposta alla rotazione della testa, ma anche attorno ad un asse che è co-lineare con l&#39;asse di rotazione della testa (allineamento ). Funzione vestibolare anormale traduce quindi in variazioni di guadagno e variazioni allineamento della risposta VOR 3D. Qui si descrive un metodo per misurare 3D VOR utilizzando tutto il corpo di rotazione su un 6DF motisulla piattaforma. Anche se il metodo permette anche di testare traduzione VOR risposte 1, ci limitiamo a una discussione del metodo per misurare 3D VOR angolare. In aggiunta, ci limitiamo qui a descrizione dei dati raccolti in soggetti sani in risposta ad angolare stimolazione sinusoidale e impulso. I soggetti sono seduti in posizione verticale e ricevono tutto il corpo piccole ampiezza sinusoidali e costante impulsi di accelerazione. Stimoli sinusoidali (f = 1 Hz, A = 4 °) sono state consegnate attorno all&#39;asse verticale e circa assi del piano orizzontale variabile tra rollio e beccheggio a incrementi di 22,5 ° in azimut. Gli impulsi sono stati consegnati in imbardata, rollio e beccheggio e nei piani del canale verticale. I movimenti oculari sono stati misurati utilizzando la ricerca tecnica sclerale bobina 2. Segnali bobina di ricerca sono stati campionati ad una frequenza di 1 kHz. Il rapporto input-output (gain) e di allineamento (co-linearità) del 3D VOR sono stati calcolati from bobina segnala l&#39;occhio 3. Guadagno e co-linearità del 3D VOR dipendevano orientamento dell&#39;asse stimolo. Scostamenti sistematici sono stati trovati, in particolare, durante la stimolazione asse orizzontale. Alla luce di rotazione occhio è stato correttamente allineato con l&#39;asse stimolo a orientamenti 0 ° e 90 ° azimut, ma gradualmente deviato sempre più verso azimut 45 °. Le deviazioni sistematiche disallineamento degli assi intermedi possono essere spiegate con un guadagno basso per torsione (asse X o di rotazione roll-axis) e un alto guadagno per i movimenti verticali degli occhi (asse Y o rotazione nick (vedi Figura 2). Poiché la stimolazione dell&#39;asse intermedio conduce una risposta compensatoria basata su vettore somma dei singoli componenti di rotazione dell&#39;occhio, l&#39;asse di risposta netta si discostano perché il guadagno per X e Y sono diversi. Al buio, il guadagno di tutti i componenti di rotazione dell&#39;occhio aveva bassavalori di Er. Il risultato è stato che il disallineamento nelle tenebre e per impulsi avuto diversi alti e bassi rispetto alla luce: il valore minimo è stato raggiunto per l&#39;asse stimolazione passo e il suo massimo per la stimolazione asse di rollio. Presentazione del caso Nove soggetti hanno partecipato all&#39;esperimento. Tutti i soggetti hanno dato il loro consenso informato. La procedura sperimentale è stato approvato dal Comitato Etico Medico dell&#39;Erasmus University Medical Center e ha aderito alla Dichiarazione di Helsinki per la ricerca che coinvolge soggetti umani. Sei soggetti serviti come controlli. Tre soggetti avevano una compromissione vestibolare unilaterale a causa di un schwannoma vestibolare. L&#39;età dei soggetti di controllo (sei maschi e tre femmine) variava 22-55 anni. Nessuno dei controlli ha avuto lamentele visiva o vestibolare a causa di disturbi neurologici, cardio-vascolari e oftalmico. L&#39;età dei pazienti con schwannoma variava tra 44 e 64 anni (due maschi e una femmina). Tutti i soggetti schwannoma erano sotto sorveglianza medica e / o avevano ricevuto un trattamento da un team multidisciplinare composto da un othorhinolaryngologist e un neurochirurgo della Erasmus University Medical Center. Pazienti esaminati avevano tutti una destra schwannoma vestibolare e subito una politica di aspettare e guardare (Tabella 1; soggetti N1-N3) dopo la diagnosi di schwannoma vestibolare. Loro tumori erano stati stabili per più di 8-10 anni sulla risonanza magnetica.

Luce stimolazione sinusoidale Figura 4 (pannello superiore) mostra per il gruppo di controllo del guadagno medio delle componenti di velocità angolari orizzontali, verticali e torsione per tutte stimolazioni sinusoidali testati nel piano orizzontale nella luce. Torsione è massima a 0 ° azimuth, mentre verticale aveva il suo massimo a 90 °. Figura 5 mostra il 3D guadagno velocità occhio nella luce. Plusvalenza varia tra 0,99 ± 0,12 (pitch) e 0.54 ± 0.16 (...

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

Un metodo è descritto per misurare tridimensionali riflessi oculari vestíbulo VOR (3D) nell&#39;uomo utilizzando un sei gradi di libertà (6DF) simulatore di movimento. Il guadagno e disallineamento angolare del VOR 3D forniscono una misura diretta della qualità della funzione vestibolare. Dati rappresentativi su soggetti sani sono forniti

Tridimensionale vestibolare oculare test riflesso Utilizzando un sei gradi di libertà di movimento della piattaforma

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. Un metodo è descritto per misurare tridimensionali riflessi oculari vestíbulo VOR (3D) nell'uomo utilizzando un sei gradi di libertà (6DF) simulatore di movimento. Il guadagno e disallineamento angolare del VOR 3D forniscono una misura diretta della qualità della funzione vestibolare. Dati rappresentativi su soggetti sani sono forniti

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 CyberMotion Simulator: Implementazione di un simulatore di movimento Novel per Indagare l&#39;integrazione multisensoriale Percorso in tre dimensioni

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. ...

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Neuroscienze

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.

Protocollo per tridimensionale confocale morfometrica Analisi di astrociti

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).

Un ratto di modello di affaticamento centrale utilizzando una versione modificata più piattaforma metodo

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.

Formazione immagine tridimensionale su larga scala di organizzazione cellulare nella neocorteccia Mouse

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.

Modellazione tridimensionale delle forme e analisi delle strutture cerebrali

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.

In Vivo microscopia bidimensionale bidimensionale per studiare le risposte vascolari mediante l'espulsione locale dell'ATP utilizzando una micropipetta di vetro

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.

Generazione organoide nervosa motoria tridimensionale

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.

Misurare l'influenza della stimolazione vestibolare magnetica sul nistagmo, sulla percezione del movimento e sulle prestazioni cognitive in una 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.

Produzione di neuroni umani 2-inducibili in un bioreattore tridimensionale a sospensione

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

In vivo Imaging dell'intero cervello delle larve di pesce zebra

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.

Autore in primo piano: Imaging in vivo dell'intero cervello di larve di pesce zebra mediante microscopia a fluorescenza tridimensionale  

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.

In vivo Imaging dell'intero cervello delle larve di zebrafish mediante microscopia a fluorescenza tridimensionale

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