脳震盪は世界中で深刻な公衆衛生上の懸念を引き起こします。軽度外傷性脳損傷 (mTBI) に分類され、入院中の脳損傷全体の 70% ～ 90% を占めます。目先の医療費を超えて、脳震盪は人々の生活の質に重大な影響を与えます。脳震盪患者の 15% ～ 45% が脳震盪後症候群 (PCS) の形で長期にわたる後遺症を発症すると推定されており、世界中の何百万人もの人々が罹患しています。一般的な症状には、中枢神経系の損傷によってもたらされる疲労、認知障害、視覚症状、めまいなどが含まれます。いくつかの研究では、この非前庭型のめまいは主に視覚運動によって引き起こされることが示されており、調査によると、脳震盪を起こした人の 80% が、しばしば視覚性めまいと呼ばれる視覚運動過敏症を経験している可能性があることが示されています。びまん性軸索損傷は、PCS における損傷の主要なメカニズムとして機能すると長い間推定されてきました。
動作処理と姿勢制御は、視覚、前庭、固有受容情報の細かく調整された神経統合に依存しています。脳震盪は、大脳基底核からいくつかの皮質領域に至るまで、脳全体の視覚情報経路を変化させることが示されています。脳震盪は不適応な視線制御を引き起こし、自発的視線移動 と視運動学的視線安定化の両方に影響を与えることも知られています 。これは、基本的な皮質下運動統合と高次レベルの感覚処理の両方に影響を与える損傷のメカニズムを示しています。視覚的な手がかりに対するこの反応性の増加が感覚の再重み付けにつながり、不一致の前庭入力と比較して視覚的な動きの関連性が高まることが提案されています。近年、脳震盪の眼球運動バイオマーカーへの関心が高まっています。脳梁や上丘などの眼球運動制御に重要な神経構造は、mTBI 後の損傷を受けやすいことが示されていますが 、これらのメカニズムの重要性は依然としてよく理解されていません。

私たちは最近、視線を安定させる眼球運動に向けて視覚情報と前庭情報を統合する基本的な神経経路の概要を説明することができました。視覚と前庭の誤処理が非前庭性めまいの症状の根底にある可能性が高いため 、この経路がPCSで影響を受ける可能性が高いと思われます。視線の安定化は、刺激と同じ方向に目を動かすことによって網膜の滑りを最小限に抑える働きをする視運動性反射（OKR）と、反射的に眼球を動かすことによって頭の動きを補償する前庭眼球反射（VOR）で構成されています。目は反対方向に。これらの目の動きは、脊椎動物の黎明期に私たちの神経テンプレートに埋め込まれており 、ニューロンレベルでの相互接続性を介した私たちの空間的および姿勢的処理の明確な指標を表しています。それらの統合が損傷すると、視線を安定させるモーターの出力に明らかな変化が生じます。これは、OKR、VOR、およびそれらの関節統合を体系的に調査することで、視覚誘発性めまいの根底にある損傷のメカニズムを推測できる可能性があることを意味します。
最近、視線安定化を使用して人間の感覚運動処理を評価する方法を確立し、この反応を皮質下神経ネットワークの活動と相関させる方法  を確立し、我々はこれらの発見を臨床集団に実装し、文脈化することを目的としました。
本研究は、PCS および健康な対照における受動的視覚、前庭、および視覚前庭運動に対する視線安定化反応を評価することを目的としました。 OKR と VOR は、視覚前庭感覚運動処理の文脈の中で分析され、議論されました。動物実験からの関連する所見との比較をもとに、PCSにおける視覚誘発性めまいの中枢機構の可能性と、視覚前庭感覚再計量の皮質下基盤を調査した。最後に、PCS のバイオマーカーとしての視線を安定させる眼球運動と、それがリハビリテーションの取り組みをどのように導く可能性があるかを調査しました。

アイトラッキングによる視覚および前庭運動感度

生理学的反応の確認
この研究の最初の目的は、実験設定によって皮質下の運動統合の測定が可能であることを確認することでした 。すべての参加者に対して統計分析を実行し、モダリティと加速度を比較し、その結果が皮質下の視線安定化について以前に概要を示した反応パターンに一致するかどうかを調査しました。
視線安定化反応は、刺激様式 (視覚、前庭、または視覚前庭刺激) と加速度の両方によって大きく影響されました。これはすべての参加者にわたって観察され、すべての加速度において、視覚トライアルでは最も遅い徐相速度が取得され、視覚前庭トライアルでは最も高い速度が取得されました 。同様に、最も遅い反応は最も低い刺激加速度で観察され、最も高い加速度ではすべてのモダリティで最も速い遅い段階が生成されました。ただし、これは三重相互作用効果で観察されたため、統計的検出力は低くなります。この効果はねじれ応答で最も顕著でしたが、垂直方向の輻輳でも非常に顕著でした。

これは、加速度が増加すると VOR が OKR よりも優先されるという基本的な神経機能を反映して、応答が予想どおりに動作したことを意味します。垂直方向の輻輳が視野の加速度に敏感であることが示されていますが、この研究では、同じことが眼のねじれにも当てはまることも示しました。

PCSにおける光運動学的感受性の増加
方法論的枠組みが予想される反応に対応していることを確立したことで、脳震盪を起こした個人の多感覚運動処理がどのような影響を受けるかを調査することができました。患者と健康な対照の間の視線安定化反応を比較した代表的なトレースを示します。結果は、刺激モダリティとの相互作用効果において、患者は健康な対照と比較してより速い緩徐相を発現したことを示しています。これは、この反応が視覚および視覚前庭試験においてのみ影響を受けたことを示している。これは、対照と患者が同等の方法で前庭運動を統合したが、脳震盪を起こした人の視線安定化は視覚運動により敏感であり、前庭運動基準が導入されたときに維持されたことを意味する。

眼球運動の増加に対する視運動学の影響

視線安定化反応は網膜上に像を固定することを目的としているため、それらは眼刺激の増加によって評価される可能性があります。これは、刺激に対して目がどれだけ動くかを示し、その結果、特定の種類の動きに対する脳の感度を示します。各刺激の開始からピークまでの遅い段階の間の加速度を定量化することで、このゲインを定量化することができました。眼球のねじれはよりダイナミックな可動範囲を持っているため、この応答がこの分析に選択されました。

眼球運動利得は、視覚、前庭、および視前庭の試験間で有意に異なりました（F 1.47、34 = 154.821; P < 0.001; η p 2 = 0.901）。最も高い利得は視覚前庭刺激で観察され（平均 = 0.65; 95% 信頼区間 [CI]、0.59 ～ 0.70）、続いて前庭試験中に観察されたものでした（平均 = 0.39; 95% CI、0.34 ～ 0.45; P < 0.001） ）。最も低い利得は視覚刺激で観察され（平均 = 0.16; 95% CI、0.12-0.21）、これは前庭刺激（P < 0.001）および視覚前庭刺激（P < 0.001）の両方と比較して有意に異なりました。
これは、追加の感覚情報によって視線安定性の向上が可能になり、網膜滑りの影響が軽減されたことを意味します。脳震盪を起こした患者は、視覚および視覚前庭試験中の利得の増加で明らかなように、視運動入力に対するこの利得を調整する能力が大幅に変化したことを示しました。これは、脳震盪を起こした患者は、単独でも、視覚前庭試験中に前庭の自己運動と組み合わせても、視覚運動の増加の影響を受けやすいことを意味します。

視覚と前庭運動の統合における感覚の寄与の測定

視線の安定化に向けた堅牢な多感覚統合
視覚前庭反応に対する視覚および前庭のねじれ遅相速度の堅牢な総和的性質を考慮すると、複合反応に対する各感覚系の寄与率を計算することができました。当初、我々は、視覚および前庭の遅相速度の合計値を個別の視覚前庭の結果と比較することにより、視覚および前庭の反応が対照と患者の両方でしっかりと統合されたままであることを確認することを目的としました。これは、有意な差がないことを明らかにし、感覚入力が視覚運動と前庭運動の間で比較可能かつロバストに合計される方法で統合されたことを意味する( F 1, 17 = 0.806; P = 0.382)。これは、各加速度強度 ( F 2, 16 = 1.066; P = 0.368)に当てはまり、これは神経細胞および臨床研究の両方によって以前に概説されたものと同様です。ねじれ反応 ( F 1,17 = 148.105; P < 0.001; η p 2 = 0.897) とよせ転反応 ( F 1,17 = 47.506; P < 0.001; η p 2 = 0.736) の両方の反応は、前庭のすべての参加者および試験全体で、影響力は一般に視覚的な貢献よりも高かった。これは、視覚系と前庭系の相対的な寄与により、すべての参加者において加速度が増加すると視覚入力が不利になることを意味します

PCS における視覚依存性の神経基盤

統計モデルにより、脳震盪を起こした患者は、ねじり反応によって示されるように、運動の感覚運動処理において視覚的影響が増加していることが明らかになりました 。強力な視覚前庭統合が保持されていたため、これは、脳震盪患者においては神経統合が視覚情報に有利に働いたことを意味します。まとめると、この発見は、脳震盪で頻繁に説明される視覚依存性と過敏症の神経細胞の基盤を強調しています。

眼振の頻度と経時分布の分析

眼振の拍動 (つまり、速い位相) が記録され、その分布が経時的にプロットされました 。 26 件の試験ではそのような拍動は発生せず、残り 145 件の試験が含まれ、対照では合計 191 件の眼振拍動、患者では 270 件の眼振拍動が含まれていました。含まれるビートの数は、まばたきのために含まれるスローフェーズよりも少ないことに注意してください。眼振頻度に関しては、モダリティとグループ間に有意差はありませんでした。これは、視覚、前庭、および視前庭からの入力が、このニューロンレベルで異なる運動強度として記録されなかったことを意味します。
本研究は、PCS における視線安定化の視覚前庭機構を調査することを目的としました。結果は、脳震盪による視線安定化の一貫した変化を明らかにし、OKRが視覚および視覚前庭試験中のより速い緩相速度と視運動学的感度の早期分布の両方を通じて、患者グループの視線安定化を促進する駆動因子として機能したため、視運動学的感度が向上したことを示しています。これらの視運動反応の分布を、無傷の前庭の視線安定化反応と比較すると、外傷性脳損傷後の視覚性めまいの根底にある考えられるメカニズムについての新たな洞察が得られます。

脳震盪時の視線の安定性の変化

共同の視線安定化反応に対する視覚情報と前庭情報の統合的な性質により、各システムの相対的な重要性を定量化することができます。我々は以前にこの方法論を実装して、視覚コンテンツとモーション加速度に基づいて感覚の寄与がどのようにシフトするかを測定しました。これらの研究は、視覚情報密度の変化によって視覚寄与は変わらないが、加速度の増加により前庭寄与に有利なシフトが引き起こされることを示しました。感覚の誤処理が感覚情報の再評価につながる可能性があることが知られています。たとえば、前庭機能障害により、視覚的な手がかりに依存するようになる可能性があります。この研究は、脳震盪により感覚の重みが大幅に重くなり、前庭情報に対する視覚入力の相対的な影響が増大する可能性があることを示しています。この変化した比率は、脳が数値的かつ客観的な方法で運動情報をどのように統合し、優先順位を付けるかを示しており、依然として診断が難しい深刻だがとらえどころのない訴えに対して重要な臨床的観点を提供する可能性があります。現在の設定では、広く入手可能ではない専用の機器が必要ですが、この研究は、この方法論を使用して集団の官能計量を客観的に評価する方法を例示しています。
この研究では、脳震盪を起こした人は視覚および視覚前庭運動に対するねじれの増加が顕著に増加していることがわかりました。これらの発見の根底にある潜在的な神経メカニズムを議論するとき、結果として生じる運動出力の機能と進化上の利点を考慮することが役立つかもしれません。視線を安定させる眼球運動の目的は、OKR を介した網膜滑りを軽減するか、VOR を介した視覚運動を防止することによって、網膜上の視覚シーンを維持することです。ゲイン 1 は、視覚的なシーンまたは頭の動きを完全に補償するため、網膜上に相対的な動きがないことを意味します。動的ねじりゲインは、視覚運動の速度と振幅が増加すると減少し、神経統合における視運動感度の低下を示します。結果として、脳震盪を起こしたグループでは視運動の増加が強力に増加したことがわかります。この研究では速度と加速度が分離され、ゲインは刺激の加速度に対する眼球運動の加速度として定量化されました。これにより、遅相速度の平均増加に加えて、経時的な眼球運動の応答性を調査することができました。この研究で見つかった増加は、脳震盪を起こした患者の視運動刺激に対する感覚運動反応性の増加を示唆しています。これは、PCS の視運動処理システムが視覚運動に対する応答性の向上を示していることを意味します。この活動の亢進が運動過敏症の症状を引き起こすのか、それとも自覚症状と眼球運動所見が損傷の関節機構の別個の存在なのかを仮説を立てるのは困難である。

視覚性めまいの推奨されるメカニズム

めまいは主に、基本的な脳幹回路を介して視線安定化反応を共同で駆動する視覚入力と前庭入力の統合の不一致から生じます 。したがって、我々は、今回の発見が、視覚性めまいの根底にあるメカニズムが、視線の安定化に向けた視覚前庭統合の皮質下階層に見出され得ることを示していると提案する。前庭系は、前庭装置を介して慣性を検出します。頭が一定の速度で動くとき、慣性変化がないということは、前庭系が動いているにもかかわらず信号伝達を停止することを意味します。この適応は、運動を統合する脳の能力を拡張する働きをする前庭記憶機構 (VSM) によって緩和されます。眼振周波数の増加は、このシステムの活動がより活発であることを示します。この研究は、前庭運動によって引き起こされる VSM が PCS では大きな影響を受けないことを示しました。対照的に、視運動刺激に対する OKN の開始の加速は、視覚運動情報の伝達が促進されたことを示しています。この発見は、増幅された視覚情報の皮質下シグナル伝達の枠組みによく適合します。なぜなら、このようなメカニズムは、VSM での運動情報の完全な統合を通じて全体の周波数が保持されながら、OKN の分布が時間的に前方に移動した理由を説明することになるからです。損傷のメカニズムは、皮質下の階層の早い段階（つまり、視運動入力が前庭データと統合される前）にある必要があります。この統合変化の具体的な原因は、特定するのが難しい複雑な損傷に起因する可能性がありますが、脳震盪患者に頻繁に見られるびまん性軸索損傷が関与している可能性があり、視運動性経路の脱抑制につながる中枢神経系全体の経路の損傷が関与している可能性があります。視覚性めまい、または視覚的に引き起こされるめまいは、伝統的に視覚運動によって引き起こされる前庭症状によって分類されます。これは、伝統的に前庭機能の喪失によって引き起こされる、感覚の再計量後の視覚依存に依存すると長い間理論化されてきました。また、視覚性めまいを伴う脳震盪患者は、VSM の視覚過敏症を反映して視運動性後眼振が増加する可能性があり 、視覚運動過敏症は、脳震盪、前庭損傷、パーキンソン病、片頭痛など。患者群における視線安定化反応に対する視覚入力の相対的寄与の増加は、視覚性めまいの理論的枠組みおよび広範な文献に概括的によく適合し、脳震盪患者の視覚依存性の客観的な説明を提供する。

本研究の参加者の数は限られており、患者の臨床歴も多岐にわたるため、これらの所見の根底にある特定のレベルの傷害について正確な結論に達することは困難です。脳震盪はびまん性全脳損傷を引き起こすため、いくつかの広範囲に広がった損傷が、以前に議論された視運動性阻害の減少に寄与している可能性があると考えられます。しかし、視線の安定化は、皮質または小脳の入力によって変更される可能性のある脳幹のいくつかの重要なノードに依存していると考える人もいるかもしれません。この研究での所見が、哺乳類の上丘である蓋が損傷された動物実験での同等の刺激プロトコル中に観察された所見とほぼ同じであることは注目に値します。したがって、本研究の発見は、上丘による蓋前部の抑制の減少に起因すると推測されるかもしれません。また、上丘はびまん性軸索損傷を受けやすいことや、サッカード、追跡、輻輳などの上丘に由来する随意眼球運動が脳震盪の際に頻繁に影響を受けることも知られています。
所見の解釈におけるさらなる制限に関して、本研究の効果量では、主効果と 2 つの変数間の相互作用効果については十分な統計検出力が認められましたが、三重効果については検出力が不足していました。これは、提示されているグループと感覚モダリティ間の加速効果が意味するものです。
動的視線安定化ゲインを使用して、関節眼球運動反応に対する視覚と前庭入力の相対的な影響が計算されています。統計分析では、十分な統計的検出力を使用してこれらの重複を説明します。ただし、単一モダリティを比較する事後解析（例、14°/s 2の加速度での視覚応答と 28°/s 2での視覚応答の比較）は、将来の研究でさらなる調査に値する一般的な傾向として見なされるべきです。

PCS および視覚性めまいを患う患者は、前庭処理を保持していましたが、視線安定化反応に対する視覚的寄与の増大を示しました。動物実験での同等の発見から導き出されたこれらの発見は、視運動情報を中継する神経経路の阻害が減少し、視覚運動に対する相対的な過敏性を引き起こし、これが視線安定性の変化と視覚性めまいで現れるめまいの症状の両方に寄与する可能性があることを示しています。前庭機能は影響を受けていないため、これは視覚前庭統合の皮質下階層の初期に発生すると考えられます。この研究では限られた規模の集団が対象となったが、これらの発見はリハビリテーションの指針を定める上で臨床的な意味を持つ可能性があり、視線の安定化が脳震盪や運動処理障害の有望なバイオマーカーであることを示す可能性がある。それにもかかわらず、参加者の数が限られているため、視覚誘発性めまいに苦しむかなり広範な患者グループに研究結果を一般化することは困難であり、今後の研究はより結束力のある研究集団から恩恵を受ける可能性があります。

ハイライト
脳震盪後症候群 (PCS) は、一般的にめまいや視覚動作過敏症と関連しています。この症例対照研究は、動きを統合する脳の能力を反映する視線の安定化を測定することによって、PCS における動作処理の変化を調査することを目的とし、侵襲的な皮質下記録が実行できない損傷のメカニズムを明らかにすることを目的としていました。
参加者は、期待される視線の安定化と一致する眼球運動反応を発現しました。遅い段階は、視覚前庭トライアルでは最も速く、視覚刺激では最も遅く（P < 0.001）、刺激の加速とともに増加しました（P < 0.001）。脳震盪を起こした患者は、視覚入力から視線安定化までの増加（P = 0.005）、緩徐期の高速化（P = 0.013）、眼振拍動の早期化（P = 0.003）、および視線安定化反応に対する相対的な視覚的影響の増加（P = 0.001）を示しました。人口規模が限られているにもかかわらず、強力な効果量を示しています。