Physiologische Grundlagen der Neuro-Otologie

Transkript

1 Physiologische Grundlagen der Neuro-Otologie

2 Betrachtungsweisen anatomisch Funktionen neuraler Strukturen phänomenologisch Beschreibung & Erklärung von Phänomenen bei gesunden Personen & bei Patienten

3 Viele Themen Frequenzabhängigkeit des vestibulo-okulären Reflexes Oszillationen & Geschwindigkeitsstufen Velocity-Storage-Mechanimus vestibuläre Ruherate & Tonusasymmetrie Velocity-to-Position-Integrator Alexander-Gesetz Vestibulärer Push-Pull-Mechanismus 2. Gesetz von Ewald & Kopfimpuls-Test linearer vestibulo-okulärer Reflex Tilt-versus-Translation-Dilemma, okuläre Gegenrollung Coriolis-Stimulation

4 angulärer Vestibulo-Okulärer Reflex (avor)

5 Blickstabilisierung im Raum

6 Kopf Augenmuskel N. III N. VI Ncl. vestibularis semizirkulärer Kanal

7 Kopf, Auge, Gaze 2 perfekter VOR Kopf [º] Auge [º] Zeit [s] 2 Gaze [º] Zeit [s] Time [s] Gaze = Kopf + Auge ( Auge-im-Raum )

8 Geschwindigkeit, Gain perfekter VOR Kopf [º/s] Auge [º/s] Zeit [s] Zeit [s] Gain Zeit [s] Gain = Augengeschwindigkeit Kopfgeschwindigkeit

9 Frequenzabhängigkeit.3 Hz Geschw. [º/s] Zeit [s] -Kopf Auge Gain 1 Phase.5 Hz Geschw. [º/s] Zeit [s].1 Hz Geschw. [º/s] Zeit [s] Gain Phase lead

10 Bode plot Gain Frequenz [Hz] Hendrik Wade Bode Phase [º] Frequenz [Hz]

11 Horizontale VOR-Testung Horizontale Rotation Horizontaler Nystagmus

12 Horizontale VOR-Testung Horizontale Augenposition [ ] Zeit [s] Horizontaler Nystagmus

13 Geschwindigkeitsstufe Drehstuhl [º/s] Time [s] im Dunkeln! Auge [º/s] Geschw. der langsamen Phase tc time constant (tc) = 15 s Zeitkonstante (tc) = 1 s Time [s]

14 Antwort auf Geschwindigkeitsstufe Auge [º/s] Auge [º/s] 1 8 tc tc = 4 s Zeit [s] nur Labyrinth-Signal tc tc = 1 s velocity storage Zeit [s]

15 Velocity-Storage-Modelle a / (st + 1). + h sc +. h vs feedforward leaky integrator (Raphan, Cohen). + h sc + k / (st + 1). h vs positive feedback (Robinson). h sc. : Signal von Bogengängen h vs : Signal von Velocity Storage

16 Bode plot Velocity Storage Gain tc = 1 s tc = 4 s Gain bei tiefen Frequenzen Phase [º] Frequenz [Hz] Phase bei tiefen Frequenzen

17 tc = 1 s tc = 4 s Geschw. [º/s] Zeit [s].3 Hz Zeit [s] -Kopf Auge Geschw. [º/s] Zeit [s].5 Hz Zeit [s] Geschw. [º/s] Zeit [s].1 Hz Zeit [s]

18 Spontane Ruheaktivität links 6 Hz 6 Hz rechts Kopfdrehung Hz Hz

19 vestibuläre Asymmetrie links 6 Hz 6 Hz rechts Bewegungsillusion Hz 6 Hz

20 Spontannystagmus Bewegungsillusion 6 Hz Hz sakkadische schnelle Phase Bewegung nach links

21 Alexander-Gesetz 5 Tage nach vestibulärer Neuritis

22 Mechanik des Auges Elastizität Kraft ~ Exzentrizität Viskosität Kraft ~ Geschwindigkeit

23 Feuerrate ~ Muskel-Länge 5 Hz 1 Hz Motoneuron 2 Hz 1 ms

24 Feuerrate ~ Augenposition Feuerrate [Hz] Augenposition [ ]

25 2 15 Augenposition [ ] 1 5 Stufe = step Feuerrate Zeit [ms]

26 2 Augenposition 15 [ ] 1 5 step + pulse Feuerrate Zeit [ms]

27 Superior rectus Motoneuron vertikale Augenposition 1 1 ms

28 Velocity-to-Position- Integrator Motoneuron Burst- Neuron

29 [ ] zentripetaler Drift Augenposition pulse Zeit [ms] Feuerrate

30 positionsunabhängiger Nystagmus (vestibulär) rechts geradeaus links

31 positionsunabhängiger Nystagmus (vestibulär) + Blickrichtungsnystagmus (leaky integrator)

32 positionsunabhängiger Nystagmus (vestibulär) + Blickrichtungsnystagmus (leaky integrator) = Spontannystagmus gemäss dem Alexander-Gesetz

33 Alexander-Gesetz bei Downbeat-Nystagmus

34 vestibulärer Drift Blickrichtungsnystagmus Downbeat- Nystagmus up center down

35 Downbeat-Nystagmus (DBN) Drift [ /s] 5-5 vestibulär Blickrichtungsnystagmus DBN -2 oben 2 unten Position [ ]

36 Push-pull-Bogengänge Aufsicht horizontal anterior posterior Ampulla Rechts Horizontal Links Horizontal (RHLH) Kopf Exzitation Inhibition

37 Push-pull-Bogengänge Rechts Anterior Links Posterior (RALP) Ampulla Kopf Left Anterior - Rechts Posterior (LARP) Exzitation Inhibition head

38 2. Gesetz von Ewald Für den VOR ist Exzitation effektiver als Inhibition (1892). Lineare Verschaltung Exzitation -Inhibition kein Cutoff (immer > Hz) Nonlineare Verschaltung nur Exzitation! für hohe Beschleunigungen linear nonlinear h Eye NI e nonlinear linear h e head velocity eye velocity NI neural integrator Plant Lasker et al. 2 (modified)

39 Normaler Kopfimpuls-Test* *Halmagyi G.M., Curthoys I.S (1988) Archives of Neurology

40 Horizontale Kopfimpulse

41 Magnetokulographischer Kopfimpulstest David A. Robinson: dual search coil technique 3D Magnetfeld modifizierter Silicon-Anulus, Collewijn et al.

42 normal 3 2 Kopf Position [ ] Auge Zeit [ms]

43 Kopf in Ruhe Kopfimpuls nach rechts linear 9 linear non-linear non-linear 2 57 % h = h = 2 º/s 14 non-linear non-linear 43% linear linear

44 Kopfimpuls nach rechts Kopfimpuls nach rechts linear non-linear h = 2 º/s 14 h = 2 º/s 6 non-linear non-linear linear linear

45 vestibuläres Defizit links Position [ ] Auge Kopf Time Zeit [ms]

46 Kopfimpuls nach rechts Kopfimpuls nach links h = 2 º/s h = 2 º/s 6-8 non-linear non-linear linear linear Gain-Abnahme ist grösser bei Kopfbeschleunigung auf die kranke Seite.

47 Kopfimpuls nach rechts Kopfimpuls nach links h = 2 º/s h = 2 º/s non-linear non-linear linear 3 linear 15 Zentrale Hochregulierung der kontraläsionellen non-linearen Verschaltung. kontraläsioneller Gain Gain-Asymmetrie

48 horizontaler Kopfimpulstest ipsilateral kontralateral Gain akut chronisch akut chronisch akut: < 3 Tage chronisch: > 2 Monate Schmid-Priscoveanu et al. 21

49 linksseitiges vestibuläres Defizit Korrektursakkade

50 pathologischer Kopfimpuls-Test

51 Rotation Translation Bewegungssimulator Drehstuhl

52 Linearer vestibulo-okulärer Reflex

53 SWAY HEAVE SURGE

54 Otolithen-Organe Beschleunigung

55 Tilt-Translation-Dilemma Äquivalenzprinzip: Ein Akzelerometer kann nicht zwischen Schwerkraft und Linearbeschleunigung unterscheiden. (197)

56 or acc tilt-translation dilemma

57 Horizontaler linearer VOR 2 15 Horizontal [º] Zeit [s]

58 Statische okuläre Gegenrollung Intorsion re Auge Extorsion li Auge re Auge li Auge okuläre Torsion [ ] re Ohr unten Verrollung des Körpers mit 2 /s

59

60 Coriolis-Experiment

61 Bockisch et al. 23

62 Akzelerometer Keine Rotation. Rotation um schräge Achse. Tilt Rotation um interaurale Achse. Keine Rotation. 1 Minute konstante Geschwindigkeit

63 Gaspard-Gustave de Coriolis (Paris, ) Syd Mead

64 Danke für die Aufmerksamkeit!