Name: assessing pupil-linked changes in locus coeruleus-mediated arousal elicited by trigeminal stimulation
Uploaded: 2019-11-26T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assessing Pupil-linked Changes in Locus Coeruleus-mediated Arousal Elicited by Trigeminal Stimulation at JoVE.com

Forskningen blev støttet af tilskud fra universitetet i Pisa. Vi takker hr. Paolo Orsini, hr. Francesco Montanari, og fru Cristina Pucci for værdifuld teknisk assistance, samt I.A.C.E.R. S.r.L. Company for at støtte Dr. Maria Paola Tramonti Fantozzi med et stipendium. Endelig takker vi OCM projects Company for at forberede hårde pellets og udføre hårdhed og fjeder konstante målinger.

Alle trin følger retningslinjerne fra det etiske udvalg på universitetet i Pisa.
1. deltagerrekruttering
<ol><li>Rekruttere en population i henhold til undersøgelsens specifikke mål (dvs. normale forsøgspersoner og/eller patienter, mænd og/eller kvinder, unge og/eller ældre).</li>
</ol>2. materiale forberedelse
<ol><li>Forbered en blød pille; Brug kommercielt tilgængelige tyggegummi (tabel over materialer; Initial hårdhed = 20 Shore oO).</...

<ol>
	<li>Hirano, Y., 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=Effects+of+chewing+on+cognitive+processing+speed.">Effects of chewing on cognitive processing speed.</a> Brain and Cognition. 81 (3), 376-381 (2013).</li><li>Hirano, Y., Onozuka, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chewing+and+cognitive+function.">Chewing and cognitive function.</a> Brain and Nerve. 66 (1), 25-32 (2014).</li><li>Allen, A. P., Smith, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+chewing+gum+and+time-on-task+on+alertness+and+attention.">Effects of chewing gum and time-on-task on alertness and attention.</a> Nutritional Neuroscience. 15 (4), 176-185 (2012).</li><li>Johnson, A. J., 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+effect+of+chewing+gum+on+physiological+and+self-rated+measures+of+alertness+and+daytime+sleepiness.">The effect of chewing gum on physiological and self-rated measures of alertness and daytime sleepiness.</a> Physiology &amp; Behavior. 105 (3), 815-820 (2012).</li><li>Tucha, O., Mecklinger, L., Maier, K., Hammerl, M., Lange, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chewing+gum+differentially+affects+aspects+of+attention+in+healthy+subjects.">Chewing gum differentially affects aspects of attention in healthy subjects.</a> Appetite. 42 (3), 327-329 (2004).</li><li>Allen, K. L., Norman, R. G., Katz, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+chewing+gum+on+learning+as+measured+by+test+performance.">The effect of chewing gum on learning as measured by test performance.</a> Nutrition Bulletin. 33 (2), 102-107 (2008).</li><li>Smith, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+chewing+gum+on+mood,+learning,+memory+and+performance+of+an+intelligence+test.">Effects of chewing gum on mood, learning, memory and performance of an intelligence test.</a> Nutritional Neuroscience. 12 (2), 81-88 (2009).</li><li>Sakamoto, K., Nakata, H., Kakigi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+mastication+on+human+cognitive+processing:+a+study+using+event-related+potentials.">The effect of mastication on human cognitive processing: a study using event-related potentials.</a> Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 120 (1), 41-50 (2009).</li><li>Hirano, Y., 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=Effects+of+chewing+in+working+memory+processing.">Effects of chewing in working memory processing.</a> Neuroscience Letters. 436 (2), 189-192 (2008).</li><li>Roger, A., Rossi, G. F., Zirondoli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Le+r&#244;le+des+afferences+des+nerfs+cr&#226;niens+dans+le+maintien+de+l'etat+vigile+de+la+preparation+"encephale+isol&#233;".">Le r&#244;le des afferences des nerfs cr&#226;niens dans le maintien de l'etat vigile de la preparation "encephale isol&#233;".</a> Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 8 (1), 1-13 (1956).</li><li>De Cicco, V., 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=Trigeminal,+Visceral+and+Vestibular+Inputs+May+Improve+Cognitive+Functions+by+Acting+through+the+Locus+Coeruleus+and+the+Ascending+Reticular+Activating+System:+A+New+Hypothesis.">Trigeminal, Visceral and Vestibular Inputs May Improve Cognitive Functions by Acting through the Locus Coeruleus and the Ascending Reticular Activating System: A New Hypothesis.</a> Frontiers in Neuroanatomy. 11, 130 (2017).</li><li>Samuels, E. R., Szabadi, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+neuroanatomy+of+the+noradrenergic+locus+coeruleus:+its+roles+in+the+regulation+of+arousal+and+autonomic+function+part+I:+principles+of+functional+organisation.">Functional neuroanatomy of the noradrenergic locus coeruleus: its roles in the regulation of arousal and autonomic function part I: principles of functional organisation.</a> Current Neuropharmacology. 6 (3), 235-253 (2008).</li><li>Carter, M. E., 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=Tuning+arousal+with+optogenetic+modulation+of+locus+coeruleus+neurons.">Tuning arousal with optogenetic modulation of locus coeruleus neurons.</a> Nature Neuroscience. 13 (12), 1526-1533 (2010).</li><li>Rajkowski, J., Kubiak, P., Aston-Jones, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlations+between+locus+coeruleus+(LC)+neural+activity,+pupil+diameter+and+behaviour+in+monkey+support+a+role+of+LC+in+attention.">Correlations between locus coeruleus (LC) neural activity, pupil diameter and behaviour in monkey support a role of LC in attention.</a> Society for Neuroscience Abstracts. 19, 974 (1993).</li><li>Rajkowski, J., Kubiak, P., Aston-Jones, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Locus+coeruleus+activity+in+monkey:+phasic+and+tonic+changes+are+associated+with+altered+vigilance.">Locus coeruleus activity in monkey: phasic and tonic changes are associated with altered vigilance.</a> Brain Research Bulletin. 35 (5-6), 607-616 (1994).</li><li>Aln&#230;s, 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=Pupil+size+signals+mental+effort+deployed+during+multiple+object+tracking+and+predicts+brain+activity+in+the+dorsal+attention+network+and+the+locus+coeruleus.">Pupil size signals mental effort deployed during multiple object tracking and predicts brain activity in the dorsal attention network and the locus coeruleus.</a> Journal of Vision. 14 (4), (2014).</li><li>Murphy, P. R., O'Connell, R. G., O'Sullivan, M., Robertson, I. H., Balsters, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pupil+diameter+covaries+with+BOLD+activity+in+human+locus+coeruleus.">Pupil diameter covaries with BOLD activity in human locus coeruleus.</a> Human Brain Mapping. 35 (8), 4140-4154 (2014).</li><li>Joshi, S., Li, Y., Kalwani, R. M., Gold, J. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationships+between+Pupil+Diameter+and+Neuronal+Activity+in+the+Locus+Coeruleus,+Colliculi,+and+Cingulate+Cortex.">Relationships between Pupil Diameter and Neuronal Activity in the Locus Coeruleus, Colliculi, and Cingulate Cortex.</a> Neuron. 89 (1), 221-234 (2016).</li><li>Bradshaw, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pupil+size+as+a+measure+of+arousal+during+information+processing.">Pupil size as a measure of arousal during information processing.</a> Nature. 216 (5114), 515-516 (1967).</li><li>Gabay, S., Pertzov, Y., Henik, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Orienting+of+attention,+pupil+size,+and+the+norepinephrine+system.">Orienting of attention, pupil size, and the norepinephrine system.</a> Attention, Perception &amp; Psychophysics. 73 (1), 123-129 (2011).</li><li>Usher, M., Cohen, J. D., Servan-Schreiber, D., Rajkowski, J., Aston-Jones, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+locus+coeruleus+in+the+regulation+of+cognitive+performance.">The role of locus coeruleus in the regulation of cognitive performance.</a> Science (New York, NY). 283 (5401), 549-554 (1999).</li><li>Laeng, B., 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=Invisible+emotional+expressions+influence+social+judgments+and+pupillary+responses+of+both+depressed+and+non-depressed+individuals.">Invisible emotional expressions influence social judgments and pupillary responses of both depressed and non-depressed individuals.</a> Frontiers in Psychology. 4, (2013).</li><li>Silvetti, M., Seurinck, R., van Bochove, M. E., Verguts, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+the+noradrenergic+system+on+optimal+control+of+neural+plasticity.">The influence of the noradrenergic system on optimal control of neural plasticity.</a> Frontiers in Behavioral Neuroscience. 7, 160 (2013).</li><li>Hoffing, R. C., Seitz, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pupillometry+as+a+glimpse+into+the+neurochemical+basis+of+human+memory+encoding.">Pupillometry as a glimpse into the neurochemical basis of human memory encoding.</a> Journal of Cognitive Neuroscience. 27 (4), 765-774 (2015).</li><li>Kihara, K., Takeuchi, T., Yoshimoto, S., Kondo, H. M., Kawahara, J. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pupillometric+evidence+for+the+locus+coeruleus-noradrenaline+system+facilitating+attentional+processing+of+action-triggered+visual+stimuli.">Pupillometric evidence for the locus coeruleus-noradrenaline system facilitating attentional processing of action-triggered visual stimuli.</a> Frontiers in Psychology. 6, 827 (2015).</li><li>Hayes, T. R., Petrov, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pupil+Diameter+Tracks+the+Exploration-Exploitation+Trade-off+during+Analogical+Reasoning+and+Explains+Individual+Differences+in+Fluid+Intelligence.">Pupil Diameter Tracks the Exploration-Exploitation Trade-off during Analogical Reasoning and Explains Individual Differences in Fluid Intelligence.</a> Journal of Cognitive Neuroscience. 28 (2), 308-318 (2016).</li><li>De Cicco, V., Cataldo, E., Barresi, M., Parisi, V., Manzoni, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensorimotor+trigeminal+unbalance+modulates+pupil+size.">Sensorimotor trigeminal unbalance modulates pupil size.</a> Archives Italiennes De Biologie. 152 (1), 1-12 (2014).</li><li>De Cicco, V., Barresi, M., Tramonti Fantozzi, M. P., Cataldo, E., Parisi, V., Manzoni, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oral+Implant-Prostheses:+New+Teeth+for+a+Brighter+Brain.">Oral Implant-Prostheses: New Teeth for a Brighter Brain.</a> PloS One. 11 (2), e0148715 (2016).</li><li>Spinnler, H., Tognoni, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Italian+standardization+and+classification+of+Neuropsychological+tests.+The+Italian+Group+on+the+Neuropsychological+Study+of+Aging.">Italian standardization and classification of Neuropsychological tests. The Italian Group on the Neuropsychological Study of Aging.</a> Italian Journal of Neurological Sciences. 8, 1 (1987).</li><li>Tramonti Fantozzi, M. P., 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=Short-Term+Effects+of+Chewing+on+Task+Performance+and+Task-Induced+Mydriasis:+Trigeminal+Influence+on+the+Arousal+Systems.">Short-Term Effects of Chewing on Task Performance and Task-Induced Mydriasis: Trigeminal Influence on the Arousal Systems.</a> Frontiers in Neuroanatomy. 11, 68 (2017).</li><li>Kassner, M., Patera, W., Bulling, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pupil:+An+Open+Source+Platform+for+Pervasive+Eye+Tracking+and+Mobile+Gaze-based+Interaction.">Pupil: An Open Source Platform for Pervasive Eye Tracking and Mobile Gaze-based Interaction.</a> arXiv.org. , (2014).</li><li>Gatz, M., 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=Potentially+modifiable+risk+factors+for+dementia+in+identical+twins.">Potentially modifiable risk factors for dementia in identical twins.</a> Alzheimer's &amp; Dementia: The Journal of the Alzheimer's Association. 2 (2), 110-117 (2006).</li><li>Okamoto, N., 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=Relationship+of+tooth+loss+to+mild+memory+impairment+and+cognitive+impairment:+findings+from+the+Fujiwara-kyo+study.">Relationship of tooth loss to mild memory impairment and cognitive impairment: findings from the Fujiwara-kyo study.</a> Behavioral and Brain Functions. 6, 77 (2010).</li><li>Weijenberg, R. A. F., Lobbezoo, F., Knol, D. L., Tomassen, J., Scherder, E. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+masticatory+activity+and+quality+of+life+in+elderly+persons+with+dementia--a+longitudinal+matched+cluster+randomized+single-blind+multicenter+intervention+study.">Increased masticatory activity and quality of life in elderly persons with dementia--a longitudinal matched cluster randomized single-blind multicenter intervention study.</a> BMC Neurology. 13, 26 (2013).</li><li>Kato, 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=The+effect+of+the+loss+of+molar+teeth+on+spatial+memory+and+acetylcholine+release+from+the+parietal+cortex+in+aged+rats.">The effect of the loss of molar teeth on spatial memory and acetylcholine release from the parietal cortex in aged rats.</a> Behavioural Brain Research. 83 (1-2), 239-242 (1997).</li><li>Onozuka, M., 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=Impairment+of+spatial+memory+and+changes+in+astroglial+responsiveness+following+loss+of+molar+teeth+in+aged+SAMP8+mice.">Impairment of spatial memory and changes in astroglial responsiveness following loss of molar teeth in aged SAMP8 mice.</a> Behavioural Brain Research. 108 (2), 145-155 (2000).</li><li>Watanabe, K., 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+molarless+condition+in+aged+SAMP8+mice+attenuates+hippocampal+Fos+induction+linked+to+water+maze+performance.">The molarless condition in aged SAMP8 mice attenuates hippocampal Fos induction linked to water maze performance.</a> Behavioural Brain Research. 128 (1), 19-25 (2002).</li><li>Kubo, K. Y., Iwaku, F., Watanabe, K., Fujita, M., Onozuka, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molarless-induced+changes+of+spines+in+hippocampal+region+of+SAMP8+mice.">Molarless-induced changes of spines in hippocampal region of SAMP8 mice.</a> Brain Research. 1057 (1-2), 191-195 (2005).</li><li>Oue, H., 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=Tooth+loss+induces+memory+impairment+and+neuronal+cell+loss+in+APP+transgenic+mice.">Tooth loss induces memory impairment and neuronal cell loss in APP transgenic mice.</a> Behavioural Brain Research. 252, 318-325 (2013).</li><li>Mather, M., Harley, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Locus+Coeruleus:+Essential+for+Maintaining+Cognitive+Function+and+the+Aging+Brain.">The Locus Coeruleus: Essential for Maintaining Cognitive Function and the Aging Brain.</a> Trends in Cognitive Sciences. 20 (3), 214-226 (2016).</li></ol>

De protokoller, der præsenteres i denne undersøgelse adresse de akutte virkninger af sensorimotor trigeminus aktivitet på kognitive præstationer og rollen af LC i denne proces. Dette emne har en vis relevans, i betragtning af at 1) under aldring, forringelse af mastikatorisk aktivitet korrelerer med kognitiv forfald32,33,34; mennesker, der bevarer oral sundhed er mindre tilbøjelige til neurodegenerative fænomener; 2) malok...

Hos mennesker, det er kendt, at tygge levendegør kognitiv behandling1,2 og forbedrer ophidselse3,4, opmærksomhed5, læring, og hukommelse6,7. Disse virkninger er forbundet med afkortning af latencer af kortikale hændelsesrelaterede potentialer8 og en stigning i perfusion af flere kortikale og subkortikale strukturer2,9.
Inden for kranielle nerver bæres de mest relevante oplysninger, der opretholder kortikale desynkronisering og ophidselse, med trigeminus fibre10, sandsynligvis på grund af kraftige trigeminus forbindelser til det opstigende retikulære aktiveringssystem (ARAS)11. Blandt ARAS strukturer, locus coeruleus (LC) modtager trigeminus indgange11 og modulerer ophidselse12,13, og dens aktivitet covarier med pupilstørrelse14,15,16,17,18. Selvom relationen mellem LC-hvile aktivitet og kognitiv ydeevne er kompleks, fører opgaverelateret forbedring af LC-aktivitet til ophidselse-associeret19 pupil mydriasis20 og forbedret kognitiv ydeevne21. Der er pålidelig covariation mellem LC aktivitet og pupilstørrelse, og sidstnævnte er i øjeblikket betragtes som en proxy af centrale noradrenerge aktivitet22,23,24,25,26.
Asymmetrisk aktivering af sensorimotor trigeminus grene inducerer elev asymmetrier (Anisocoria)27,28, hvilket bekræfter styrken af trigemino-coerulear-forbindelsen. Hvis LC deltager i de stimulerende virkninger af at tygge på kognitiv ydeevne, det kan påvirke parallel opgave-relaterede mydriasis, som er en indikator for LC phasic aktivering under en opgave. Det kan også påvirke ydeevnen, så en korrelation kan forventes mellem tygge-induceret ændringer i ydeevne og mydriasis. Desuden, hvis trigeminus effekter er specifikke, tygge effekter bør være større end dem, der er fremkaldt af en anden rytmisk motorisk opgave. For at afprøve disse hypoteser præsenteres to forsøgsprotokoller hermed. De er baseret på kombinerede målinger af kognitiv ydeevne og pupilstørrelse, udført før og efter en kort periode med tygge aktivitet. Disse protokoller anvender en test, der består i at finde måltal, som vises i numeriske, opmærksomme matricer29sammen med ikke-måltal. Denne test kontrollerer opmærksomme og kognitive præstationer.
Det overordnede mål med disse protokoller er at illustrere, at trigeminus stimulation fremkalder specifikke ændringer i kognitiv ydeevne, som ikke specifikt kan tilskrives generering af motoriske kommandoer og er relateret til elev relaterede ændringer i LC-medierede Ophidselse. Anvendelser af protokollerne strækker sig til alle adfærdsmæssige forhold, hvor ydeevnen kan måles og involvering af LC er mistænkt.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Anti-stress ball</td>
			<td>Artengo, Decathlon, France</td>
			<td>TB600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chewing gum</td>
			<td>Vigorsol, Perfetti, Italy</td>
			<td>Commercially available product</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared Camera-Wearable pupillometer</td>
			<td>Pupil Labs, Berlin, Germany</td>
			<td>Pupil Labs headset</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pupillographer</td>
			<td>CSO, Florence, Italy</td>
			<td>MOD i02, with chin support</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon rubber</td>
			<td>Prochima, Italy</td>
			<td>gls50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software for pupil detection - wearable pupillometer</td>
			<td>Pupil Labs, Berlin, Germany</td>
			<td>Pupil Labs headset</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tangram Puzzle</td>
			<td>Citt&#224; del Sole srl, Milano, Italy</td>
			<td>Tangram Puzzle</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wearable pupillometer</td>
			<td>Pupil Labs, Berlin, Germany</td>
			<td>Pupil labs model</td>
			<td>Dimension of the frame: 13.5 x 15.5cm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessing pupil-linked changes in locus coeruleus-mediated arousal elicited by trigeminal stimulation

Aktuel videnskabelig litteratur giver bevis for, at trigeminus sensorimotor aktivitet forbundet med tygge kan påvirke ophidselse, opmærksomhed, og kognitive præstationer. Disse virkninger kan skyldes udbredte forbindelser af trigeminus systemet til det opstigende retikulære aktiveringssystem (ARAS), som noradrenerge neuroner i locus coeruleus (LC) tilhører. LC neuroner indeholder fremskrivninger til hele hjernen, og det er kendt, at deres udledning Co-varierer med pupilstørrelse. LC-aktivering er nødvendig for at fremkalde opgaverelateret mydriasis. Hvis tygge effekter på kognitive præstationer er medieret af LC, er det rimeligt at forvente, at ændringer i kognitiv ydeevne er korrelerede til ændringer i opgave-relaterede mydriasis. To nye protokoller præsenteres her for at verificere denne hypotese og dokumentere, at tygge effekter ikke kan henføres til aspecifik motor aktivering. I begge protokoller registreres de ændringer af ydeevnen og elev størrelsen, der er observeret under specifikke opgaver, før, kort efter og en halv time efter en 2-minutters periode på enten: a) ingen aktivitet, b) rytmisk, bilateralt håndgreb, c) bilateral tygning af blød pellet og d) bilateral tygning af hård pellet. Den første protokol måler præstationsniveauet ved at spotte måltal, som vises i numeriske matricer. Da elev størrelses optagelser registreres af et passende pupillometer, der hæmmer synet for at sikre konstante belysningsniveauer, evalueres opgaverelateret mydriasis under en haptisk opgave. Resultater fra denne protokol afslører, at 1) tygge-induceret ændringer i ydeevne og opgave-relaterede mydriasis er korreleret og 2) hverken ydeevne eller mydriasis forstærkes af håndgreb. I den anden protokol, brug af en wearable pupillometer tillader måling af elev størrelse ændringer og ydeevne under den samme opgave, således at der kan opnås endnu stærkere beviser for LC involvering i trigeminus effekter på kognitiv aktivitet. Begge protokoller er blevet kørt i den historiske afdeling af Prof. Giuseppe Moruzzi, Discoverer af ARAS, ved universitetet i Pisa.

Figur 4 viser et repræsentativt eksempel på de resultater, der blev opnået, da protokol 1 blev anvendt på et enkelt emne (46 år gammel, kvinde). PI blev forøget hurtigt efter at have tygget (T7) både en hård (fra 1,73 Numb/s til 2,27 Numb/s) og blød pellet (fra 1,67 Numb/s til 1,87 Numb/s) (figur 4a). Men, 30 min senere (T37), den øgede ydeevne varede kun for den hårde pellet. På den anden side havde både en mangel på aktivitet og ...

Watch this Scientific Journal Video about Assessing Pupil-linked Changes in Locus Coeruleus-mediated Arousal Elicited by Trigeminal Stimulation at JoVE.com

Assessing Pupil-linked Changes in Locus Coeruleus-mediated Arousal Elicited by Trigeminal Stimulation

For at kontrollere, om trigeminus effekter på kognitiv ydeevne involverer locus coeruleus aktivitet, to protokoller præsenteres, der har til formål at evaluere mulige korrelationer mellem ydeevne og opgave-relaterede pupilstørrelse ændringer induceret af tygge. Disse protokoller kan anvendes på betingelser, hvorunder der er mistanke om et bidrag fra locus coeruleus.

Vurdering af elev-linkede ændringer i locus Coeruleus-medieret ophidselse, fremkaldt af trigeminal stimulation

Current scientific literature provides evidence that trigeminal sensorimotor activity associated with chewing may affect arousal, attention, and cognitive ...

Locus coeruleus er en dyb hjernestruktur, der regulerer adfærdsmæssig ophidselse, opmærksomhed, og kognitive præstationer. Dens aktivitet kan registreres indirekte ved at måle elevens størrelse. Denne tilgang gør det muligt at kontrollere, hvor de stimuli, der øger kognitive præstationer, såsom gemina stimulation, modulere LC aktivitet som diameteren ændringer i pupillens størrelse.Eksperimentelle beviser tyder på, at neurodegenerative sygdomme er forbundet med locus coeruleus dysfunktion. Den nuværende tilgang vil bane vejen for graduering af geminale input til locus coeruleus til terapeutiske formål. Demonstrere proceduren med Tommaso Banfi vil blive Vincenzo De Cicco, en professionel læge og odontologist.For at udføre forsøget, et kommercielt tilgængeligt stykke tyggegummi, benævnt en blød pellet, og en silicium gummi pellet, benævnt den hårde pellet, er nødvendige. En tangram puslespil skal også være forberedt til den haptiske opgave. For protokol et, give et papir, der viser tre 10 af 10 numeriske matricer til emnet, og bede emnet til sekventielt scanne matrix linjer, mens du bruger en blyant til at sætte kryds så mange måltal angivet over hver matrix inden for 15 sekunder til at måle motivets baseline kognitive ydeevne.Derefter skal du manuelt evaluere ydelsesindekset, scanningshastigheden og fejlprocenten. For at måle den oprindelige elevstørrelse skal motivet sidde i en optimal arbejdsafstand på 56 millimeter fra en hornhindetopograf pupillographer og anskaffe enkelt, separate kamerabilleder af venstre og højre pupil under en konstant belysning på 40 lux. For at evaluere pupilens størrelse under en tangram haptisk opgave skal du placere en af brikkerne fra puslespillet i motivets hånd og bede emnet om at returnere brik til tangram, mens du optager motivets elevstørrelse.For at måle pupilens størrelse under den haptiske opgave, erhverve fotos, mens motivet udfører den anden af to opgave gentagelser i begyndelsen af puslespillet overflade udforskning. Evaluering af venstre og højre elevstørrelse ved direkte erhvervelse af de værdier, der vises af softwaren i millimeter. Træk derefter elevstørrelsen i hvile fra elevstørrelsen under den haptiske opgave for at beregne den opgaverelaterede mydriasis og opnå den gennemsnitlige værdi for både højre- og venstre elever.Dernæst bede emnet til at tygge en selvforringet blød pellet, lade emnet spontant vælge både satsen for at tygge og den foretrukne mund-tygge side. Efter et minut, give emnet med en ny blød pellet, og bede emnet om at skifte tygge side for endnu et minut af tygge. Umiddelbart efter, afslutte tygge øvelse, evaluere forsøgspersonens præstationer i matricer test som påvist, mens måling af pupillens størrelse både i hvile og under den haptiske opgave.30 minutter efter afslutningen af tygge øvelse, evaluere emnet ydeevne og elev størrelse, både i hvile og under den haptiske opgave. For protokol to, udstyre emnet med wearable pupillometer øjentracker udstyret med en 3D-printet glasramme struktur, og justere placeringen af de to infrarøde kameraer monteret på rammen, så motivets øjne er i fokus med synsfeltet af kameraerne. Ved hjælp af en kalibreret logaritmisk lyssensor monteret på den bærbare pupillometerramme til kontinuerligt og samtidig registrering af miljøbelysningsniveauet, skal du anskaffe billeder af fagets elever i hvile ved en prøvetagningsfrekvens på 120 Hertz inden for den bærbare pupillometersoftware i 20 sekunder.For at opnå baseline kognitive præstationsdata, registrere størrelsen af eleverne, mens emnet udfører Spinnler-Tognoni test. Løft manuelt venstre og højre pupilstørrelser i hvile og under Spinnler-Tognoni-testen ved at beregne gennemsnittet af de erhvervede værdier for hver elev. Beregn derefter den opgaverelaterede mydriasis som påvist for at opnå gennemsnitsværdierne for både venstre og højre pupiller.Dernæst bede emnet til at tygge en selvforringet blød pellet, lade emnet spontant vælge både satsen for at tygge og mund-tygge side. Efter et minut, give emnet med en ny blød pellet, og bede emnet om at skifte tygge side for et ekstra minut af tygge. Umiddelbart efter tyggeøvelsen vurderes pupilens størrelse i hvile i både præstations- og pupilstørrelsen under matricertesten.30 minutter efter afslutningen af tygge øvelse, evaluere både elevstørrelse i hvile og både ydeevne elev størrelse under matricer test. I dette repræsentative eksempel blev præstationsindekset øget kort tid efter at have tygget enten en hård eller en blød pellet. Men efter 30 minutter fortsatte den øgede ydeevne kun for den hårde pellet.To kontrolbetingelser, såsom manglende aktivitet og håndgrebsøvelsen, havde en negativ effekt på ydeevnen med en tendens til at komme sig efter 30 minutter. Kvalitativt lignende ændringer blev observeret for opgave-relaterede mydriasis i samme emne vises i det foregående plot. I instrumentets kontinuerlige anskaffelsestilstand er de endelige enkeltprøver repræsentative for den endelige gennemsnitsværdi, da eleven når en stabil størrelse inden for fem sekunder fra slukket lyset.Hos enkelte forsøgspersoner blev der observeret en stærk korrelation mellem præstationen og den opgaverelaterede mydriasis efter at have tygget hårde og bløde pellets. En korrelation er også tydelig, når de tilsvarende ændringer normaliseres for grundlinjeværdierne. Endnu stærkere beviser for LC engagement i de stimulerende virkninger af tygge på kognitive præstationer kan opnås ved at korrelere tygge-induceret ændringer i ydeevne indeks med ændringen i mydriasis observeret under udførelsen af samme matricer test.Ved hjælp af proceduren er det meget vigtigt omhyggeligt at kontrollere miljøbelysningen, da det eksterne lys kan være en vigtig faktor for elevens størrelse, hvilket forvirrer resultaterne. Denne procedure kan finde flere ansøgninger, for eksempel, er vi i øjeblikket ved at undersøge, om korrektionen af en okklusal assymetri kan øge ydeevnen ved at påvirke locus coeruleus aktivitet.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS ...

Assessing Neurodegenerative Phenotypes in Drosophila Dopaminergic Neurons by Climbing Assays and Whole Brain Immunostaining

Assessing Neurodegenerative Phenotypes in Drosophila Dopaminergic Neurons by Climbing Assays and Whole Brain Immunostaining

Vurdere Neurodegenerative fænotyper i<em&gt; Drosophila</em&gt; Dopaminerge neuroner ved at klatre assays og Whole Brain-immunfarvning

Drosophila melanogaster is a valuable model organism to study aging and pathological degenerative processes in the nervous system. The advantages of the ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

Dyb Brain Stimulation med samtidig fMRI i Gnavere

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

Analysis of Gene Expression Changes in the Rat Hippocampus After Deep Brain Stimulation of the Anterior Thalamic Nucleus

Analyse af genekspression Ændringer i rottehippocampus Efter Deep Brain Stimulation af den forreste thalamiske Nucleus

Deep brain stimulation (DBS) surgery, targeting various regions of the brain such as the basal ganglia, thalamus, and subthalamic regions, is an effective ...

Generation of Local CA1 &#947; Oscillations by Tetanic Stimulation

Generation of Local CA1 ÃƒÅ½Ã‚Â³ Oscillations by Tetanic Stimulation

Generation af Lokale CA1 γ Svingninger ved tetanisk Stimulation

Neuronal network oscillations are important features of brain activity in health and disease and can be modulated by a range of clinically used drugs. A ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

Virkningerne af transkranial vekselstrøm Stimulation på den primære Motor Cortex af Online kombineret tilgang med transkranial magnetisk Stimulation

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Ocular Kinematics Measured by In Vitro Stimulation of the Cranial Nerves in the Turtle

Ocular Kinematics Measured by In Vitro Stimulation of the Cranial Nerves in the Turtle

Okulær kinematik målt ved In Vitro Stimulation af hjernenerver i skildpadden

After animals are euthanized, their tissues begin to die. Turtles offer an advantage because of a longer survival time of their tissues, especially when ...

Localization of the Locus Coeruleus in the Mouse Brain

Lokalisering af Locus Coeruleus i hjernen, mus

The locus coeruleus (LC) is a major hub of norepinephrine producing neurons that modulate a number of physiological functions. Structural or functional ...

Assessing Early Stage Open-Angle Glaucoma in Patients by Isolated-Check Visual Evoked Potential

Vurdering af tidlig fase Open-Angle Glaukom hos patienter ved Isolated-Check Visual Fremkaldte Potentiale

Recently, the isolated-check visual evoked potential (icVEP) technique was designed and has been reported to detect glaucomatous damage earlier and ...

Establishment of Acute Pontine Infarction in Rats by Electrical Stimulation

Etablering af akut Pontine Infarkt hos rotter ved elektrisk stimulation

Pontine infarction is the most common stroke subtype in the posterior circulation, while there lacks a rodent model mimicking pontine infarction. Provided ...