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Wall-Eyed Internuclear Ophthalmoplegia: History and Hypothesis

Published online by Cambridge University Press:  11 November 2024

Janine L. Johnston*
Affiliation:
Departments of Medicine and Ophthalmology, University of Manitoba, Winnipeg, MB, Canada CIADS Research, Winnipeg, Manitoba, Canada
James A. Sharpe
Affiliation:
Neuro-Ophthalmology Section, Division of Neurology, Departments of Medicine, Ophthalmology and Vision Sciences, University Health Network, University of Toronto, Toronto, ON, Canada
*
Corresponding author: Janine L. Johnston; Email: novl@shaw.ca
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract:

Background:

Most patients with internuclear ophthalmoplegia (INO) are orthotropic, although a subset is exotropic. When INO is bilateral, this is termed wall-eyed bilateral internuclear ophthalmoplegia (WEBINO). In 1979, Sharpe described his “first case” of wall-eyed monocular internuclear ophthalmoplegia (WEMINO) as “a unique clinical syndrome” characterized by unilateral INO and ipsilateral exotropia.

Methods:

WEMINO was clinically identified in seven patients, with oculographic correlation in six and neuropathological confirmation in one. Oculographic features of exotropic INO patients were compared with those of six orthotropic INO patients using magnetic search coil and infrared oculography.

Results:

All clinically defined WEMINO patients showed slowed, hypometric ipsilateral saccades by oculography. Six patients had ipsilateral exotropia, and three had ipsilateral hypertropia. Ipsilateral abducting saccades had faster peak velocities for smaller saccades, more so for orthotropic patients. Exotropic patients had normal sinusoidal mean vestibulo-ocular reflex (VOR) gains and phases; orthotropic patients had subnormal mean VOR gains and phase leads.

Conclusion:

WEMINO is a clinical ocular motor syndrome characterized by unilateral slow, hypometric adducting saccades with exotropia and hypertropia of the ipsilateral eye. We propose that it results from discrete unilateral damage to burst-tonic fibers in the medial longitudinal fasciculus (MLF) with sparing of the adjacent extrafascicular pathways. Paradoxically, orthotropic INO results from more extensive damage to ascending pathways lateral, ventral and caudal to the MLF. Direct injury to the medial rectus subnucleus is not required. This manuscript was in preparation at the time of Dr Sharpe’s death in 2013 and is an acknowledgement of his forward-thinking, as his hypotheses have stood the test of time.

Résumé :

RÉSUMÉ :

L’ophtalmoplégie internucléaire caractérisée par une exotropie : histoire et hypothèse

Contexte :

La plupart des patients souffrant d’ophtalmoplégie internucléaire (OIN) sont orthotropes, bien qu’un certain nombre d’entre eux soit exotrope. Lorsque ce type particulier d’OIN est bilatérale, on parle alors d’OIN bilatérale exotrope (ou « wall-eyed »). En 1979, le Dr Sharpe a décrit son « premier cas » d’OIN monoculaire exotrope comme « un syndrome clinique unique » caractérisé par une OIN unilatérale ainsi qu’une exotropie ipsilatérale.

Méthodes :

L’OIN monoculaire exotrope a été identifiée cliniquement chez sept patients, avec une corrélation oculographique chez six d’entre eux et une confirmation neuro-pathologique chez un. Les caractéristiques oculographiques des patients atteints d’une OIN exotrope ont été ainsi comparées à celles de six patients atteints d’une OIN orthotrope à l’aide d’une bobine magnétique et d’un appareil d’électro-oculographie à infrarouge.

Résultats :

Tous les patients atteints d’OIN monoculaire exotrope identifiés sur le plan clinique présentaient des saccades ipsilatérales ralenties et hypométriques lors d’un examen électro-oculographique. Six patients présentaient par ailleurs une exotropie ipsilatérale et trois une hypertropie ipsilatérale. Les saccades ipsilatérales en abduction présentaient des vitesses maximales plus rapides pour les petites saccades, surtout chez les patients dont l’OIN était orthotrope. De leur côté, les patients dont l’OIN était exotrope présentaient des gains et des phases moyennes subnormales du réflexe vestibulo-oculaire (RVO) ; les patients dont l’OIN était orthotrope donnaient à voir des gains moyens subnormaux du RVO et des avancées de phase (phase leads).

Conclusion :

L’OIN monoculaire exotrope est un syndrome clinique de la motricité oculaire caractérisé par des saccades unilatérales lentes, hypométriques et adductrices avec exotropie et hypertropie de l’œil ipsilatéral. Nous proposons que ce syndrome résulte d’une lésion unilatérale discrète des fibres toniques en rafale dans le faisceau longitudinal médial (FLM), les voies extra-fasciculaires adjacentes étant épargnées. Paradoxalement, l’OIN orthotrope résulte d’une atteinte plus importante des voies ascendantes latérales, ventrales et caudales du FLM. Une lésion directe du sous-noyau droit médian n’est donc pas nécessaire. Ce manuscrit était en préparation au moment du décès du Dr Sharpe en 2013 et constitue une reconnaissance de sa pensée visionnaire, ses hypothèses ayant résisté à l’épreuve du temps.

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© The Author(s), 2024. Published by Cambridge University Press on behalf of Canadian Neurological Sciences Federation
Figure 0

Figure 1. Neuroimaging of exotropic INO patients. (A) MRI scan of Patient 2 shows small hyperintensity in the right pontine tegmentum. (B) MRI of Patient 3 shows T2 hyperintensity in right pontine tegmentum.

Figure 1

Table 1. Demographics

Figure 2

Figure 2. Histological examination of Patient 7’s brainstem; hatched areas show regions of infarction. (A) Upper midbrain shows focal infarcts lateral to the right MLF and dorsal to the periaqueductal gray matter with no involvement of either oculomotor nerve nuclei. (B and C) Lower midbrain cuts show infarction adjacent to the right MLF and involving brachium conjunctivum (BC). (D) Upper to mid-pons shows infarction of the right MLF and basis pontis.

Figure 3

Table 2. Horizontal saccade gains and velocities

Figure 4

Figure 3. Graphic representation of saccade peak velocity versus saccade amplitude for ipsilateral adducting saccades for internuclear ophthalmoplegia (INO) patients versus control subjects (solid line). Both exotropic and orthotropic INO patients had normal peak velocities for ipsilateral adducting saccades less than 5 degrees and reduced peak velocities for larger ipsilateral adducting saccades compared with control subjects. x are exotropic patients; o are orthotropic patients.

Figure 5

Figure 4. Ocular motor scleral search coil gaze position recording of the right eye of Patient 2 with right internuclear ophthalmoplegia. Rightward saccades are ipsilateral abducting saccades showing a series of four small, hypometric saccades for a 20-degree center-crossing target. Insert shows velocity tracing for the same saccade indicating multiple saccades used to acquire target.

Figure 6

Figure 5. Graphic representation of saccade peak velocity versus saccade amplitude for ipsilateral abducting saccades for internuclear ophthalmoplegia (INO) patients versus control subjects (solid line). For orthotropic patients, 97% of 10-degree ipsilateral abducting saccades had velocities greater than two standard deviations above the mean for control subjects (193 deg/sec), compared with 48% of ipsilateral abducting saccades for exotropic patients. x are exotropic patients; o are orthotropic patients.

Figure 7

Table 3. Horizontal vestibulo-ocular reflex (VOR) gains and phases