<p class="jove_content"&gt;オランダのNWO / ZonMW助成912-03-037と911-02-004から研究助成を受けた。</p

1。 6DFモーションプラットフォーム前庭刺激は6自由度（FCS-MOOG、ニーウ-Vennep、オランダ）との合計で角度と並進刺激を生成することが可能なモーションプラットフォーム（ 図1を参照）で配信されていました。プラットフォームは、専用の制御​​ソフトウェアをパーソナルコンピュータに接続された6つの電気機械式アクチュエータによって移動される。それは6自由度を有する精密な動きを生成する。アクチュエータに配置されたセンサは、連続的にプラットフォーム·モーション·プロファイルを監視した。デバイスは、角度の動きのための線形および&lt;0.05°のための&lt;0.5ミリの精度を持っています。刺激時の振動は0.02°であった。デバイスの共振周波数は&gt; 75 Hzであった。プラットフォームの動作プロファイルは、逆動力学を用いてアクチュエータ内のセンサ情報から再構成とデータ収集コンピュータに送られた。プラットフォームおよび眼球運動データを同期させるには、レーザ光がナンプラーの裏面に装着したTFORM、小規模光電池上に投影する（1 mm、反応時間は10マイクロ秒）。光電池の出力電圧は、眼球運動データとともに1キロヘルツの速度でサンプリングし、1ミリ秒の精度で動き発現のリアルタイムインジケータを設けた。 Matlabの（Mathworks社、ナティック、MA）を使用してオフラインで解析中に、プラットフォームにおけるアクチュエータのセンサー情報に基づいてプラットフォームの再構築されたモーションプロファイルを正確プラットフォーム運動の開始に合わせていた。 2。被験者 A.座席被験者は、プラットフォームの中心（ 図2）にマウントされた椅子に座っている。被検者の身体がレーシングカーに用いられるように4点式シートベルトで拘束した。シートベルトは、動きプラットフォームのベースに固定した。椅子はPVCキュービック枠に囲まれており、フィールドコイルのサポートを務めた。界磁コイルシステムは、高さが調節可能なだった首題電気ショック療法の目は磁場の中心にあった。 B.ヘッド固定ヘッドはリジッドバー経由立方フレームに取り付けられた個別に成形歯科印象一口ボードを使用して固定化される。真空枕は首の周りに折り畳まれ、椅子に取り付ける弁輪はさらに被写体の固定（ 図1）を確保。また、刺激中スプリアス頭の動きを監視するために、我々は直接一口ボードには2つの3Dセンサー（アナログ·デバイセズ社、ノーウッド、マサチューセッツ州）、角用とリニア加速度のための1つを添付。 3。座標系眼の回転はヘッド固定右手座標系（ 図3）で定義されている。 X軸（ロール）の周り、Z軸（ヨー）、Y軸（ピッチ）約下方に回転及び右方向の回転についての左方向に回転する表示の対象の観点から本システムでPOSITIのように定義されるVE。 X、Y及びZの回転軸に直交する平面はそれぞれ、ロール、ピッチおよびヨー面（ 図3）である。 4。眼球運動の録音両眼の眼球運動は、ロビンソンの振幅検出方法（モデルEMP3020、Skalar医療、デルフト、オランダ）に基づく標準的な25 kHzの2つのフィールドコイルシステムを使用して3D強膜サーチコイル（Skalar、デルフト、オランダ）4で記録した5。コイル信号は、500Hzでのカットオフ周波数を有するアナログローパスフィルタを通過したオンラインでサンプリングされ、Spike2バージョン6を実行する16ビット精度（CEDシステム、ケンブリッジ電子設計で周波数1kHzハードディスクに保存した。 、ケンブリッジ）。 5。サーチコイルキャ実験に先立って、感度と方向およびねじりコイルの非直交性がフィックGI上にコイルを装着することにより、in vitroで確認したmbalシステムは、磁場の中心に置いた。すべての枢機卿軸の周りジンバルシステムを回転させることによって、我々は、実験に使用されるすべてのコイルが2％以内のすべての方向について対称であることを確認した。 生体内では 、両方のコイルの水平方向および垂直方向の信号が個別に連続5秒ごとに5ターゲット（中央のターゲットと右、左10度のターゲット、上下）の一連を固定するために、被写体を指示することにより較正した。キャリブレーションターゲットは186センチメートル距離で半透明のスクリーンに投影された。校正データのポスト実験解析は、感度をもたらし、各サーチコイル用のオフセット値。これらの値は、Matlabの3で記述された分析手順を用いた。 6刺激 A.正弦波刺激 3カルディについて配信プラットフォームは、全身正弦回転（1 Hzで、= 4°）NAL軸：吻側 - 尾または垂直軸（ヨー）、耳軸（ピッチ）と鼻の後頭軸（ロール）、ロールとピッチの間に22.5°のステップでインクリメント中間水平軸について。 正弦波刺激は光と闇の中に配信されていました。光では、被験者は目の高さ（ 図1C左パネル）で、被験者の前に177センチメートルに位置し、連続点灯視標（赤色LED、直径2mm）に執着。ヘッドはリードのラインがベース（下軌道旋律と道外耳を結ぶ仮想線）が地球の水平から6度の範囲内であった）であったように配置された。プラットフォームは、2つの連続した​​刺激間の各間隔の間に静止していたとき、暗闇の中で正弦波刺激の間、視覚的な目標を簡単に（2秒）発表された。刺激中自発的な眼球運動を回避するために、被験者は正弦波の間にスペース、固定ターゲットの架空の場所を固定するように指示されたターゲットの後にアルの刺激は運動開始直前にスイッチを切っていた。我々は、命令の種類は主に暗闇の中で作られた眼球運動を減少させることを検証し、ゲイン（&lt;10％）にわずかな影響を与えた。この変動は、同時にすべてのコンポーネント（水平、垂直とねじれ）が発生しました。 B.インパルス刺激短期間全身インパルスは薄暗い環境で配信されていました。被写体に利用できる唯一の​​目に見える刺激が目の高さの被写体の前に177センチメートルに位置視標だった。各インパルスを6回繰り返し、ランダムな順序で、モーション開始（間隔は2.5と3.5秒の間で変化）のランダムなタイミングで配信されました。インパルスのプロファイルは、加速が徐々に線形減少が続いてインパルスの最初の100ミリ秒の間、100℃秒-2の一定の加速度であった。この刺激は、ベロシティに達する速度で直線的に増加した100ミリ秒後に10°秒-1の性。角速度と直線加速装置によって測定された前庭刺激時の異常な頭の動きは、刺激振幅の4％未満であった。これらの衝動に応答して眼球運動のピーク速度は100倍コイル信号のノイズレベルを超えていた。 7。データ解析コイル信号はフィック角に変換された後、回転ベクトル6,7として表した。ターゲットの固定データから直進我々は直交する一次磁場コイルに対して眼におけるコイルの位置ずれを決定した。信号は、3次元逆回転することによって、このオフセットずれを補正した。また、全くコイル滑りが各運動開始前に対象の固定時に位置出力を検証することにより、実験中に発生しなかったことが確認された。 速度ドメインで3D目の動きを表現するために、我々は、角速度に戻す回転ベクトルデータを変換する。速度を角速度する回転ベクトルの変換の前に、我々は20点のガウス窓（長さ20ミリ）と順方向と逆方向のディジタルフィルタと零相してデータを平滑化。 8。正弦波応答 ゲイン 。各成分のゲインと3D眼球速度ゲインは、水平、垂直及びねじり角速度成分を介してプラットフォーム周波数に等しい周波数で正弦波をフィッティングにより算出した。眼の成分ピーク速度とプラットフォームピーク速度との比として定義される各成分のゲインは、各眼に対して別々に計算した。 Bのずれ。3D眼球速度軸とヘッド速度軸との間のずれをアウら8,9のアプローチを用いて計算した。 2つのベクトルの内積からずれをインとして算出した。眼球速度軸とヘッド速軸の逆数との間に三次元でtantaneous角度。各方位角方向のための3D角速度ゲインとずれが0°（ロール）と90°（ピッチ）方位コンポーネント10のベクトル和から予測ゲインおよびミスと比較した。このベクトル和から、ロールおよびピッチのベロシティ利得が等しい場合、眼球回転軸の方向は、ヘッド回転軸と整列することに、二つの異なる場合、刺激や眼の回転軸との間の最大偏差は、45℃期待されている°方位。 9。インパルス応答各運動方向に6プレゼンテーションの左と右眼用データトレースを別々に分析した。左と右眼値がほぼ同じであったため、左右の眼からのデータはインパルス刺激に応答して眼球速度の利得を決定するために平均した。すべての痕跡があった個別にコンピュータの画面上で検査。対象者は、トレースを手動で破棄されたことを衝動時に点滅やサッカーをしたとき。最初の100ミリ秒の間の角速度成分（N = 5〜6）の移動開始後20ミリ秒（有効ローパスフィルタリングを提供する）の時間ビンにおいて平均速度およびプラットフォーム11,12の関数としてプロットした。

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	<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. 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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. 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>

我々は、開示することは何もありません。

本論文では、正確にはヒトの全身の回転に応じて3D角度VORを測定する方法を説明しています。本方法の利点は、すべての3つの次元で立体角VORの利得とずれに関する定量的な情報を与えることである。メソッドは、基礎研究のために有用であり、垂直方向の運河の問題や病気に理解中枢前庭に問題のある患者の患者をテストするため、潜在的な臨床的価値の例を持っています。デバイス?...

<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

前庭器官は、6自由度（6DF）と角度および線形加速度を計測するセンサである。このようなめまい、めまい、動揺、歩行不安定悪心および/または嘔吐などの重篤な均衡の問題にマイルドで前庭器官の結果の完全または部分的な欠陥。注視安定化を定量化するのは良いと頻繁に使用される指標は、課せられた頭の動きに対する代償性眼球運動の大きさとして定義されているゲインです。前庭機能をテストするために、より完全に一つの3D VORは、理想的には等しく反対頭部回転にもヘッド回転軸と同一直線上にある軸の周り（アラインメント振幅（ゲイン）だけではなく代償眼球回転を生成することを実現しています）。異常な前庭機能は、このように3D VOR応答の整列でゲインと変化の変化をもたらす。 ここでは、6DF意欲に全身のローテーションを使用して3D VORを測定するための方法を説明プラットフォーム上。この方法はまた、翻訳VOR応答1をテストできますが、我々は、3D角度VORを測定する方法の議論に自分自身を制限します。また、正弦波とインパルス刺激を角速度に応じて健常者で収集したデータの説明をここに自分自身を制限します。 被験者は直立座って全身小振幅の正弦波と一定の加速度インパルスを受ける。正弦波刺激は（F = 1 Hzで、= 4°）垂直軸の周りと方位で22.5°の増分でロールとピッチの間で変化する水平面内で軸の周りの配信されていました。インパルスはヨー、ロール、ピッチおよび垂直運河面で配信されていました。眼球運動は、強膜サーチコイル法2を用いて測定した。サーチコイル信号は、1kHzの周波数でサンプリングした。 3D VORの入出力比（ゲイン）およびミスアライメント（共直線性）が往復算出したM目コイル信号3。 3D VORのゲインと共同直線性は、刺激軸の向きに依存していた。系統的な偏差を横軸刺激中、特に見出された。光の中で目の回転軸が正しく方位0°と90°の方位角で刺激軸と整列が、徐々に45に向かってますます°の方位角を外れた。 中間軸のずれ系統的な偏差は、トーションための低利得（X軸、ロール軸の回転角）、縦眼球運動（Y軸方向又はピッチ軸の回転角（ 図2参照）が高利得によって説明することができる。中間軸刺激は、個々の眼球回転成分のベクトル和をもとにして代償性反応をもたらすため、X軸とY軸のゲインが異なるため、正味の応答軸がずれるする。 暗闇の中ですべての眼球回転成分の利得が低くていたER値。その最小値は、ピッチ軸刺激とロール軸の刺激のための最大のために到達しました：結果は、暗闇の中でと衝動のためにずれが光よりも異なるピークと谷を持っていたことだった。 症例提示ナイン被験者が実験に参加した。すべての被験者は、彼らのインフォームドコンセントを与えた。実験手順は、エラスムス大学医療センターの医療倫理委員会によって承認され、ヒトを対象とする研究のためのヘルシンキ宣言に付着していた。 六被験者は対照とした。 3人の被験者は、前庭神経鞘腫のために一方的な前庭障害を持っていた。対照被験者の年齢（6人の男性と3人の女性）は22から55歳の範囲であった。コントロールのいずれも、神経学、心臓血管や眼科疾患に起因する視覚や前庭苦情がありませんでした。 schwanno患者の年齢MAは44と64歳（2人の男性と一人の女性）の間で変化した。すべての神経鞘腫の被験者は、医学的監視下にあった、および/またはothorhinolaryngologistとエラスムス大学医療センターの神経外科医から成る学際的なチームによる治療を受けていた。テストした患者はすべて右側前庭神経鞘腫を持っていて、待ち時間を受け、政策（ 表1;科目N1-N3）を見る前庭神経鞘腫と診断された後。彼らの腫瘍は、磁気共鳴イメージングに8-10​​年以上にわたって安定していた。

正弦波刺激光 図4（上部パネル）は、対照群に照らして、水平面内のすべてのテストされた正弦波の刺激のために、水平垂直方向とねじれ角速度成分の平均利得を示しています。垂直方向が90°で最大を持っていたのに対し、ねじれは、0°方位で最大だった。 図5は、光で3D眼球速度ゲインを示しています。 150±0.12（ピッチ）と0.54±0.16（ロール）の?...

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

方法は、6自由度（6DF）モーションシミュレータを用いて、ヒトにおける三次元前庭眼用反射を（3D VOR）を測定するために記載されている。 3D角度VORの利得とずれが前庭機能の品質の直接測定を提供します。健常者で代表的なデータが提供されています

フリーダムモーションプラットフォーム度6を使用した三次元前庭眼反射テスト

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 ビュー.  Erasmus MC. 方法は、6自由度（6DF）モーションシミュレータを用いて、ヒトにおける三次元前庭眼用反射を（3D VOR）を測定するために記載されている。 3D角度VORの利得とずれが前庭機能の品質の直接測定を提供します。健常者で代表的なデータが提供されています

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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 Cyber​​Motionシミュレータ：三次元的に多感覚パスの統合を調査するための新しいモーションシミュレータの実装

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. ...

神経科学

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.

アストロサイトの三次元共焦点形態学的分析のためのプロトコル

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).

ラット モデル改良を使用して中枢性疲労の複数プラットフォーム メソッド

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.

マウス大脳皮質における細胞組織の大規模三次元イメージング

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.

脳構造の3次元形状モデリングと解析

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.

ガラスマイクロピペットを用いて局所ATP吐出による血管応答を研究する生体内3次元2光子顕微鏡検査

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.

三次元運動神経オルガノイド発生

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.

磁気前庭刺激が眼振,自己運動知覚,認知能力に及ぼす影響の測定(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 ...

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.

3次元浮遊バイオリアクターにおけるヒトニューロゲニン2誘導性ニューロンの生産

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

インビボ ゼブラフィッシュ幼生の全脳イメージング

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.

著者スポットライト:三次元蛍光顕微鏡を用いたゼブラフィッシュ幼生のin vivo全脳イメージング  

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.

インビボ 3次元蛍光顕微鏡を用いたゼブラフィッシュ幼生の全脳イメージング

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