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

Die Forschung wurde durch Stipendien der Universität Pisa unterstützt. Wir danken Herrn Paolo Orsini, Herrn Francesco Montanari und Frau Cristina Pucci für wertvolle technische Unterstützung sowie der Firma I.A.C.E.R. S.r.L. für die Unterstützung von Dr. Maria Paola Tramonti Fantozzi mit einem Stipendium. Abschließend danken wir der Firma OCM Projects für die Zubereitung von harten Pellets und die Durchführung von Härte- und Federkonstantmessungen.

Alle Schritte folgen den Richtlinien des Ethikausschusses der Universität Pisa.
1. TeilnehmerRekrutierung
<ol><li>Rekrutieren Sie eine Fachpopulation gemäß dem spezifischen Ziel der Studie (d. h. normale Probanden und/oder Patienten, Männer und/oder Frauen, Jugendliche und/oder Ältere).</li>
</ol>2. Materialaufbereitung
<ol><li>Bereiten Sie ein weiches Pellet vor; verwenden Sie handelsübliche Kaugummi (Tabelle der Materialien; Anfangshärte = ...

<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>

Die in dieser Studie vorgestellten Protokolle befassen sich mit den akuten Auswirkungen der sensorimotorischen trigeminalen Aktivität auf die kognitive Leistungsfähigkeit und die Rolle des LC in diesem Prozess. Dieses Thema hat eine gewisse Relevanz, wenn man bedenkt, dass 1) während des Alterns, die Verschlechterung der Kauaktivität korreliert mit kognitiven Zerfall32,33,34; Menschen, die Mundgesundheit bewahren, sind wenig...

Beim Menschen, Es ist bekannt, dass Kauen beschleunigt kognitive Verarbeitung1,2 und verbessert Erregung3,4, Aufmerksamkeit5, Lernen, und Gedächtnis6,7. Diese Effekte sind mit der Verkürzung der Latenzen kortikaler ereignisbezogener Potentiale8 und einer Zunahme der Perfusion mehrerer kortikaler und subkortikaler Strukturenverbunden 2,9.
Innerhalb der Hirnnerven werden die relevantesten Informationen zur aufrechterhaltung der kortikalen Desynchronisation und Erregung von Trigeminusfasern10getragen, wahrscheinlich aufgrund starker trigeminaler Verbindungen zum aufsteigenden Retikuliv-Aktivierungssystem (ARAS)11. Unter arAS Strukturen erhält der locus coeruleus (LC) trigeminale Eingänge11 und moduliert Erregung12,13, und seine Aktivität kovariiert mit Pupillengröße14,15,16,17,18. Obwohl der Zusammenhang zwischen LC-Ruheaktivität und kognitiver Leistungsfähigkeit komplex ist, führt die aufgabenbedingte Verbesserung der LC-Aktivität zu erregungsassoziierter 19-Schüler-Mydriasis20 und verbesserter kognitiver Leistung21. Es gibt eine zuverlässige Kovariation zwischen LC-Aktivität und Pupillengröße, und letztere wird derzeit als Stellvertreter der zentralen noradrenergen Aktivität22,23,24,25,26betrachtet.
Die asymmetrische Aktivierung sensorimotorischer trigeminaler Zweige induziert Pupilleasymmetrien (Anisocoria)27,28, was die Stärke der Trigemino-Coerulear-Verbindung bestätigt. Wenn der LC an den stimulierenden Auswirkungen des Kauens auf die kognitive Leistungsfähigkeit teilnimmt, kann es eine parallele aufgabenbedingte Mydriasis beeinflussen, die ein Indikator für die phasische Aktivierung von LC während einer Aufgabe ist. Es kann auch die Leistung beeinflussen, so dass eine Korrelation zwischen Kau-induzierten Veränderungen in der Leistung und Mydriasis erwartet werden kann. Darüber hinaus, wenn trigeminale Effekte spezifisch sind, Kaueffekte sollten größer sein als die, die durch eine andere rhythmische motorische Aufgabe ausgelöst werden. Um diese Hypothesen zu testen, werden zwei experimentelle Protokolle vorgestellt. Sie basieren auf kombinierten Messungen der kognitiven Leistungsfähigkeit und der Pupillengröße, die vor und nach einer kurzen Phase der Kauaktivität durchgeführt werden. Diese Protokolle verwenden einen Test, der darin besteht, Zielnummern zu finden, die in numerischen aufmerksamen Matrizen29angezeigt werden, zusammen mit Nicht-Zielzahlen. Dieser Test überprüft aufmerksame und kognitive Leistungsfähigkeit.
Das übergeordnete Ziel dieser Protokolle ist es, zu veranschaulichen, dass die trigeminuste Stimulation spezifische Veränderungen in der kognitiven Leistungsfähigkeit hervorruft, die nicht speziell auf die Generierung von Motorbefehlen zugeschrieben werden können und mit schülergebundenen Veränderungen in LC-vermittelten Erregung. Anwendungen der Protokolle erstrecken sich auf alle Verhaltensbedingungen, unter denen die Leistung gemessen werden kann und die Beteiligung des LC vermutet wird.

<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

Aktuelle wissenschaftliche Literatur liefert Beweise dafür, dass trigeminale sensorimotorische Aktivität im Zusammenhang mit DemKauen Erregung beeinflussen kann, Aufmerksamkeit, und kognitive Leistungsfähigkeit. Diese Effekte können auf weit verbreitete Verbindungen des Trigeminussystems mit dem aufsteigenden retikulären Aktivierungssystem (ARAS) zurückzuführen sein, zu dem noradrerge Neuronen des Locus coeruleus (LC) gehören. LC-Neuronen enthalten Projektionen auf das gesamte Gehirn, und es ist bekannt, dass ihre Entladung mit der Pupillengröße variiert. Die LC-Aktivierung ist notwendig, um eine aufgabenbezogene Mydriasis auszulösen. Wenn Kaueffekte auf die kognitive Leistung durch den LC vermittelt werden, ist es vernünftig zu erwarten, dass Veränderungen in der kognitiven Leistungsfähigkeit mit Veränderungen der aufgabenbezogenen Mydriasis korrelieren. Zwei neuartige Protokolle werden hier vorgestellt, um diese Hypothese zu überprüfen und zu dokumentieren, dass Kaueffekte nicht auf eine bestimmte motorische Aktivierung zurückzuführen sind. In beiden Protokollen werden Leistungs- und Pupillengrößenänderungen, die bei bestimmten Aufgaben beobachtet wurden, vor, kurz darauf und eine halbe Stunde nach einer 2-min-Periode von entweder: a) keine Aktivität, b) rhythmischer, bilateraler Handgriff, c) bilaterales Kauen von weichem Pellet und d) bilaterales Kauen von hartem Pellet. Das erste Protokoll misst die Leistung beim Erkennen von Zielnummern, die in numerischen Matrizen angezeigt werden. Da Schülergrößenaufzeichnungen von einem geeigneten Pupillenmesser aufgezeichnet werden, das das Sehen behindert, um eine konstante Beleuchtung simatiert zu haben, wird die aufgabenbedingte Mydriasis während einer haptischen Aufgabe ausgewertet. Die Ergebnisse dieses Protokolls zeigen, dass 1) kauende Veränderungen der Leistung und aufgabenbedingte Mydriasis korreliert sind und 2) weder Leistung noch Mydriasis durch Handgrip verbessert werden. Im zweiten Protokoll ermöglicht die Verwendung eines tragbaren Pupillometers die Messung von Änderungen der Pupillengröße und der Leistung während der gleichen Aufgabe, wodurch noch stärkere Beweise für die LC-Beteiligung an den trigeminalen Auswirkungen auf die kognitive Aktivität gewonnen werden können. Beide Protokolle wurden im historischen Büro von Prof. Giuseppe Moruzzi, dem Entdecker von ARAS, an der Universität Pisa betrieben.

Abbildung 4 zeigt ein repräsentatives Beispiel für die Ergebnisse, die bei der Anwendung von Protokoll 1 auf ein einzelnes Subjekt (46 Jahre alt, weiblich) erzielt wurden. PI wurde kurz nach dem Gekauten (T7) sowohl ein hartes (von 1,73 Taubung/s auf 2,27 Numb/s) als auch ein weiches Pellet (von 1,67 numb/s auf 1,87 numb/s) erhöht (Abbildung 4A). 30 min später (T37) hielt die Leistungssteigerung jedoch nur für das harte Pellet an. Andererse...

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

Um zu überprüfen, ob trigeminale Auswirkungen auf die kognitive Leistungsfähigkeit eine Locus coeruleus-Aktivität beinhalten, werden zwei Protokolle vorgestellt, die darauf abzielen, mögliche Korrelationen zwischen der Leistung und aufgabenbezogenen Pupillengrößenänderungen, die durch Das Kauen induziert werden, zu bewerten. Diese Protokolle können auf Bedingungen angewandt werden, unter denen der Beitrag des Locus coeruleus vermutet wird.

Beurteilung von schülergebundenen Veränderungen in Locus Coeruleus-vermittelter Erregung, die durch Trigeminusstimulation ausgelöst wird

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

Der Locus coeruleus ist eine tiefe Gehirnstruktur, die Verhaltenserregung reguliert, Aufmerksamkeit, und kognitive Leistungsfähigkeit. Seine Aktivität kann indirekt durch Messung der Pupillengröße aufgezeichnet werden. Dieser Ansatz ermöglicht die Überprüfung, wo die Reize, die die kognitive Leistungsfähigkeit steigern, wie die Gemina-Stimulation, die LC-Aktivität modulieren, wenn sich der Durchmesser in der Pupillengröße ändert.Experimentelle Beweise deuten darauf hin, dass neurodegenerative Erkrankungen mit Locus Coeruleus Dysfunktion verbunden sind. Der derzeitige Ansatz wird den Weg für die Modulation des geminalen Inputs zum Locus coeruleus zu therapeutischen Zwecken ebnen. Demonstriert wird das Verfahren mit Tommaso Banfi von Vincenzo De Cicco, einem professionellen Arzt und Odontologen.Um das Experiment durchzuführen, werden ein kommerziell erhältliches Stück Kaugummi, das als weiches Pellet bezeichnet wird, und ein Siliziumkautschukpellet, das als hartes Pellet bezeichnet wird, benötigt. Auch ein Tangram-Puzzle muss für die haptische Aufgabe vorbereitet werden. Geben Sie für Protokoll 1 ein Papier an, das drei 10 mal 10 numerische Matrizen zum Thema anzeigt, und bitten Sie den Betreffenden, die Matrixlinien sequenziell zu scannen, während sie einen Bleistift verwenden, um so viele Zielzahlen, die über jeder Matrix angegeben sind, innerhalb von 15 Sekunden anzukreuzen, um die kognitive Ausgangsleistung des Subjekts zu messen.Bewerten Sie dann den Leistungsindex, die Scanrate und die Fehlerrate manuell. Um die Grundpupillengröße zu messen, setzen Sie das Motiv in einem optimalen Arbeitsabstand von 56 Millimetern von einem Hornhaut-Topographen-Schüler und erfassen Sie einzelne, separate Kameraaufnahmen der linken und rechten Pupillen unter einer konstanten Beleuchtung von 40 Lux. Um die Pupillengröße während einer tangram haptischen Aufgabe zu bewerten, legen Sie eines der Teile aus dem Puzzle in die Hand des Subjekts, und bitten Sie das Subjekt, das Stück an den Tangram zurückzugeben, während sie die Pupillengröße des Motivs aufzeichnen.Um die Pupillengröße während der haptischen Aufgabe zu messen, erfassen Sie die Fotos, während das Subjekt die zweite von zwei Aufgabenwiederholungen zu Beginn der Rätseloberflächenerkundung durchführt. Bewertung der linken und rechten Pupillengröße durch direkte Erfassung der von der Software angezeigten Werte in Millimetern. Subtrahieren Sie dann die ruhende Pupillengröße von der Pupillengröße während der haptischen Aufgabe, um die aufgabenbezogene Mydriasis zu berechnen und den Durchschnittswert für den rechten und linken Schüler zu erhalten.Als nächstes bitten Sie das Subjekt, ein selbstverwaltetes weiches Pellet zu kauen, so dass das Subjekt spontan sowohl die Rate des Kauens als auch die bevorzugte Mundkauseite wählen kann. Nach einer Minute, stellen Sie dem Thema ein neues weiches Pellet, und bitten Sie das Subjekt, die Kauseite für eine weitere Minute des Kauens zu wechseln. Unmittelbar danach, beenden Sie die Kauübung, bewerten Sie die Leistung des Probanden im Matrizentest, wie gezeigt, während die Pupillengröße sowohl im Ruhezustand als auch während der haptischen Aufgabe gemessen wird.30 Minuten nach dem Ende der Kauübung, bewerten Sie die Leistung des Themas und die Pupillengröße, sowohl im Ruhezustand als auch während der haptischen Aufgabe. Für Protokoll zwei statten Sie das Motiv mit dem tragbaren Pupillometer-Eyetracker aus, der mit einer 3D-gedruckten Glasrahmenstruktur ausgestattet ist, und passen Sie die Position der beiden auf dem Rahmen montierten Infrarotkameras so an, dass die Augen des Motivs mit dem Sichtfeld der Kameras im Fokus stehen. Mit einem kalibrierten logarithmischen Lichtsensor, der auf dem tragbaren Pupillometerrahmen montiert ist, um kontinuierlich und gleichzeitig die Umgebungsbeleuchtung aufzuzeichnen, erfassen Sie Bilder der ruhenden Schüler des Fachs mit einer Abtastrate von 120 Hertz innerhalb der tragbaren Pupillometer-Software für 20 Sekunden.Um die Basisdaten über die kognitive Leistung zu erhalten, erfassen Sie die Größe der Schüler, während das Fach den Spinnler-Tognoni-Test durchführt. Erhöhen Sie die linke und rechte Pupillengröße im Ruhezustand und während des Spinnler-Tognoni-Tests manuell, indem Sie die erworbenen Werte für jeden Schüler durchschnittlich mittelisieren. Berechnen Sie dann die aufgabenbezogene Mydriasis, wie gezeigt, um die Durchschnittswerte für die linken und rechten Schüler zu erhalten.Als nächstes bitten Sie das Subjekt, ein selbstverwaltetes weiches Pellet zu kauen, so dass das Subjekt spontan sowohl die Rate des Kauens als auch die Mundkauseite wählen kann. Nach einer Minute, stellen Sie dem Thema ein neues weiches Pellet, und bitten Sie das Subjekt, die Kauseite für eine zusätzliche Minute des Kauens zu wechseln. Bewerten Sie unmittelbar am Ende der Kauübung die ruheruhe Pupillengröße sowohl in der Leistung als auch in der Pupillengröße während des Matrizentests.30 Minuten nach dem Ende der Kauübung, bewerten Sie sowohl die Pupillengröße im Ruhezustand als auch die Leistungspupillengröße während des Matrizentests. In diesem repräsentativen Beispiel wurde der Leistungsindex kurz nach dem Kauen eines harten oder eines weichen Pellets erhöht. Nach 30 Minuten hielt die Leistungssteigerung jedoch nur für das harte Pellet an.Zwei Kontrollbedingungen, wie z. B. mangelnde Aktivität und Handgriffübungen, wirkten sich negativ auf die Leistung aus, wobei die Tendenz zur Erholung nach 30 Minuten bestand. Qualitativ ähnliche Veränderungen wurden für die aufgabenbezogene Mydriasis in demselben Thema beobachtet, das im vorherigen Diagramm angezeigt wurde. Im kontinuierlichen Erfassungsmodus des Instruments sind die einzelnen Einzelproben repräsentativ für den endgültigen Durchschnittswert, da der Pupille innerhalb von fünf Sekunden eine stabile Größe erreicht, wenn das Licht ausgeschaltet ist.Bei einzelnen Probanden wurde eine starke Korrelation zwischen der Leistung und der aufgabenbedingten Mydriasis nach dem Kauen von harten und weichen Pellets beobachtet. Eine Korrelation ist auch sichtbar, wenn die entsprechenden Änderungen für die Basiswerte normalisiert werden. Noch stärkere Beweise für eine LC-Beteiligung an den stimulierenden Wirkungen des Kauens auf die kognitive Leistungsfähigkeit können gewonnen werden, indem die kaueninduzierten Veränderungen im Leistungsindex mit der Veränderung der Mydriasis korreliert werden, die während der Durchführung desselben Matrizentests beobachtet wurde.Mit dem Verfahren ist es sehr wichtig, die Umgebungsbeleuchtung sorgfältig zu kontrollieren, da das externe Licht ein wichtiger Determinant für die Größe des Schülers sein kann, was die Ergebnisse verwirrt. Dieses Verfahren könnte mehrere Anwendungen finden, zum Beispiel, wir untersuchen derzeit, ob die Korrektur einer okklusalen Assymmetrie die Leistung steigern kann, indem sie die Locus coeruleus Aktivität beeinflusst.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

TMS: Mit dem Theta-Burst-Protokoll zu Mechasnism der Plastizität in Individuen sich mit Fragile X-Syndrom und Autismus

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 ...

Forschung

Neurowissenschaften

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

Beurteilung Neurodegenerative Phänotypen in<em&gt; Drosophila</em&gt; Dopaminergen Neuronen durch Klettern Assays und Whole Brain Immunostaining

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

Deep Brain Stimulation mit gleichzeitiger fMRT in Nagetiere

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

Die Analyse der Genexpression Veränderungen im Hippocampus Ratte nach Tiefenhirnstimulation des Anterior Thalamuskern

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 of Local CA1 γ Schwingungen durch tetanische 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

Effekte der transkraniellen Wechselstrom Stimulation auf Primärbewegungsrinde durch Online-kombinierter Ansatz mit Transcranial magnetische Anregung

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

Okuläre Kinematik gemessen durch In-vitro- Stimulation der Hirnnerven in die Schildkröte

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

Lokalisierung von Locus Coeruleus im Gehirn Maus

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

Beurteilung des Frühstadiums des Offenen Winkelglaukoms bei Patienten durch isoliertes visuelles Evokiertes Potenzial

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

Einrichtung eines akuten Pontininfarkts bei Ratten durch elektrische Stimulation

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