解放军总医院/北师大合作研究发现多步眼跳可以作为帕金森疾病早期诊断的生物标志物

供稿 | 马文博北京师范大学博士生

排版 | AiBrain 编辑团队

背景介绍

帕金森疾病（Parkinson’s Disease，PD）目前是世界上第二大常见的神经退行性疾病，其病理表现主要是神经基底节（Basal ganglia）内的黑质密部（Substaintial nigra pars compacta）的多巴胺能神经元的凋亡。黑质密布多巴胺能神经元的减少直接影响到基底节内部以及与外部（包括皮层（cortex）、丘脑（thalamus）和上丘（superior colliculus）等的功能。其中基底节与上丘的连接通路在眼跳的控制中扮演着极为重要的角色。

由于PD病人基底节内多巴胺减少，影响了与上丘的连接通路，因此PD病人在眼跳运动方面会表现出异常。大量研究也表明，PD病人会表现出眼跳运动的异常（包括反射性眼跳错误率升高、记忆眼跳落点不精准、记忆眼跳潜伏期增加等）（White et al., 1983; Crawford et al., 1989; Lueck et al., 1990, 1992; Van Gisbergen et al., 1992）。前人研究也发现在记忆眼跳任务中提取分析多步眼跳（multiple step saccades）可以作为帕金森疾病诊断的生物标记物（Blekher et al., 2009）。但是记忆眼跳任务难度较大，很多PD病人的完成情况并不好，因此记忆眼跳任务的难度限制了多步眼跳在帕金森疾病诊断中的应用。

基于此背景，解放军总医院神经外科学部和北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室合作研究，探究是否可以在简单地反射性眼跳任务中提取多步眼跳帮助诊断帕金森疾病？该合作团队于2022年7月27日在神经退行性疾病著名杂志Frontiers in Aging Neurosciences上在线发文，题为“Multiple step saccades in simply reactive saccades could serve as a complementary biomarker for the early diagnosis of Parkinson’s Disease”(Ma et al., 2022)。该文章的第一作者为北京师范大学的博士生马文博，通讯作者为解放军总医院神经外科学部的徐欣副主任医师（直接通讯人）、凌至培主任医师和李雪梅主任医师。北京师范大学博士生李敏、吴俊儒、张芝豪、贾方芳以及北京师范大学张鸣沙教授和以色列著名专家Hagai Bergman教授对本研究也做出了重要贡献。该研究得到了自然科学基金（32061143004, 31871078, and 32030045）的支持。

原文链接：

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnagi.2022.912967/full

眼跳任务范式

本研究采用简单地反射性眼跳（reactive saccades）任务，受试者只需看向屏幕上呈现的视觉刺激（白色十字与圆点，如下图A）。白色十字为屏幕中心注视点，圆点为目标靶点，圆点会在白色十字中心的上下左右随机出现。受试者完成该任务只需3-5分钟。并且大部分PD病人都可以很好地完成该任务（平均正确率＞85%）。

受试者

该研究涉及两部分研究，包括PD病人和早期单侧PD猕猴实验研究。

病人研究受试者：年轻健康对照组（Young Healthy Control, YHC）、老年健康对照组(Elderly Healthy control, EHC)、轻度认知障碍病人(Mild Cognitive Impairment patients, MCI)、帕金森病人(PD patients)四组。四组参与该研究的受试者都完成了认知功能量表测试，PD病人完成了帕金森运动功能量表评分。受试者的具体相关信息如下表TABLE 1。

猕猴研究受试者：四只早期单侧PD模型猕猴和三只健康猕猴参与本研究。我们利用单侧颈内动脉注射MPTP（神经毒素，特异性的杀伤黑质密布内的多巴胺神经元）构建早期单侧帕金森猕猴模型。其中四只早期单侧PD猕猴未表现出静止性震颤、运动迟缓、肌强直等运动症状。

研究主要发现

该团队通过在反射性眼跳任务中提取分析多步眼跳，发现（1）PD病人多步眼跳的发生率显著地高于年轻对照组、老年对照组和轻度认知障碍病人，并可以利用多步眼跳的特征区分PD病人与老年对照组和轻度认知障碍病人（下图C）；（2）早期单侧PD猕猴在执行简单的反射性眼跳过程中，也会表现出较高比率的多步眼跳。

该研究表明，在简单地、只需四分钟即可完成的眼跳任务范式中提取分析多步眼跳，可以为帕金森疾病的早期诊断做出重要的参考。

参考文献

Blekher, T., Weaver, M., Rupp, J., Nichols, W. C., Hui, S. L., Gray, J., et al. (2009). Multiple step pattern as a biomarker in Parkinson disease. Park. Relat. Disord. 15, 506–510. doi:10.1016/j.parkreldis.2009.01.002.

Crawford, T. J., Henderson, L., and Kennard, C. (1989). Abnormalities of nonvisually-guided eye movements in parkinson’s disease. Brain 112, 1573–1586. doi:10.1093/brain/112.6.1573.

Lueck, C. J., Tanyeri, S., Crawford, T. J., Henderson, L., and Kennard, C. (1990). Antisaccades and remembered saccades in Parkinson’s disease. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 53, 284–288. doi:10.1136/jnnp.53.4.284.

Lueck, C. J., Tanyeri, S., Crawford, T. J., Henderson, L., and Kennard, C. (1992). Saccadic Eye Movements in Parkinson’s Disease: I. Delayed Saccades. Q. J. Exp. Psychol. Sect. A 45, 193–210. doi:10.1080/14640749208401324.

Ma, W., Li, M., Wu, J., and Zhang, Z. (2022). Multiple step saccades in simply reactive saccades could serve as a complementary biomarker for the early diagnosis of Parkinson ’ s disease. 1–14. doi:10.3389/fnagi.2022.912967.

Van Gisbergen, J. A. M., Duysens, J., Henderson, L., and Kennard, C. (1992). Saccadic Eye Movements in Parkinson’s Disease: II. Remembered Saccades-Towards a Unified Hypothesis? Q. J. Exp. Psychol. Sect. A 45, 211–233. doi:10.1080/14640749208401325.

White, O. B., Saint-cyr, J. A., Tomlinson, R. D., and Sharpe, J. A. (1983). Ocular motor deficits in parkinson’s disease: II. Control of the saccadic and smooth pursuit systems. Brain 106, 571–587. doi:10.1093/brain/106.3.571.

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