Vurdering af kikkert central visuelt felt og kikkert øjenbevægelser i en Dichoptic Viewing Condition

Summary

Præsenteret her er en protokol til vurdering af kikkert øjenbevægelser og gaze-kontrollerede centrale synsfelt screening hos deltagere med centrale synstab.

Abstract

Makuladegeneration resulterer typisk i heterogene kikkert centrale visuelle defekter. I øjeblikket tilgængelige tilgange til at vurdere centrale synsfelt, ligesom mikroperimetry, kan teste kun ét øje ad gangen. Derfor kan de ikke forklare, hvordan fejlene i hvert øje påvirker kikkertinteraktionen og den virkelige verden. Dichoptic stimulus præsentation med et blik-kontrolleret system kunne give et pålideligt mål for monokulære / kikkert visuelle felter. Men dichoptic stimulus præsentation og samtidig eye-tracking er udfordrende, fordi optiske enheder af instrumenter, der præsenterer stimulus dichoptically (f.eks haploscope) altid forstyrre eye-trackers (f.eks infrarød video-baserede eye-trackers). Derfor var målene 1) at udvikle en metode til dichoptic stimulus præsentation med samtidig eye-tracking, ved hjælp af 3D-lukkerbriller og 3D-klar skærme, der ikke er påvirket af interferens og 2) til at bruge denne metode til at udvikle en protokol til vurdering af centrale synsfelt i emner med centrale synstab. Resultaterne viste, at dette setup giver en praktisk løsning til pålidelig måling af øjenbevægelser i dichoptic visningstilstand. Derudover blev det også påvist, at denne metode kan vurdere blikstyret kikkert centralt synsfelt hos forsøgspersoner med centralt synstab.

Introduction

Makuladegeneration er generelt en bilateral tilstand, der påvirker det centrale syn, og mønstret for synstab kan være heterogent. Det centrale visuelle tab kan være enten symmetrisk eller asymmetrisk mellem to øjne¹. I øjeblikket er der flere teknikker til rådighed til at vurdere det centrale synsfelt i makuladegeneration. Amsler-gitterdiagrammet indeholder et gittermønster, der kan bruges til manuelt at screene det centrale synsfelt. Automatiserede omkredse (f.eks Humphrey synsfelt analysator) præsentere lys blinker af varierende lysstyrke og størrelser i en standardiseret ganzfeld skål til sonde synsfeltet. Gaze-kontingent mikroperimetry præsenterer visuel stimulus på en LCD-skærm. Mikro-perimeters kan kompensere mikro-øje bevægelser ved at spore en region af interesse på nethinden. Mikro-perimeters kan sonde lokale regioner i den centrale nethinden for ændringer i funktion, men kan teste kun ét øje ad gangen. Derfor kan mikroperimetrisk test ikke forklare, hvordan de heterogene defekter i hvert øje påvirker kikkertinteraktionen og den virkelige verdens funktion. Der er et uopfyldt behov for en metode til pålidelig vurdering af visuelle felter i en visningstilstand, der ligger tæt op ad visning i den virkelige verden. En sådan vurdering er nødvendig for at forstå, hvordan synsfeltfejlen på det ene øje påvirker/bidrager til den kikkert synsfelt defekt. Vi foreslår en ny metode til vurdering af det centrale synsfelt hos personer med centralt synstab under dichoptisk visningstilstand (dvs. når visuelle stimuli præsenteres uafhængigt for hvert af de to øjne).

For at måle visuelle felter pålideligt skal fikseringen opretholdes på et givet sted. Derfor er det vigtigt at kombinere eye-tracking og dichoptic præsentation for kikkert vurdering. Det kan imidlertid være en udfordring at kombinere disse to teknikker på grund af interferens mellem eye trackerens lyssystemer (f.eks. infrarøde LED'er) og de optiske elementer i dichoptiske præsentationssystemer (f.eks. spejle af haploskop eller prismer af stereoskoper). Alternative muligheder er at bruge en eye-tracking teknik, der ikke forstyrrer synsvidde (f.eks scleral spole teknik) eller en eye-tracker, der er integreret med beskyttelsesbriller². Selvom hver metode har sine egne fordele, er der ulemper. Den tidligere metode betragtes som invasiv og kan forårsage betydelig ubehag^3, og sidstnævnte metoder har lave tidsmæssige opløsninger (60 Hz)⁴. For at løse disse problemer brugte Brascamp & Naber (2017)⁵ og Qian & Brascamp (2017)⁶ et par kolde spejle (som transmitterede infrarødt lys, men reflekterede 95% af det synlige lys) og et par skærme på hver side af de kolde spejle for at skabe en dichoptic præsentation. Infrarød videobaseret eye-tracker blev brugt til at spore øjenbevægelser i haploscope setup^7,8.

Men ved hjælp af en haploscope-type dichoptic præsentation har en ulempe. Instrumentets rotationscentrum (haploskop) er forskelligt fra øjets rotationscentrum. Derfor kræves der yderligere beregninger (som beskrevet i tillæg – A af Raveendran (2013)⁹) til korrekte og nøjagtige målinger af øjenbevægelser. Desuden skal flyene for indkvartering og vergence afstemmes (dvs. efterspørgslen efter indkvartering og vergence skal være den samme). For eksempel, hvis arbejdsafstanden (samlet optisk afstand) er 40 cm, er efterspørgslen efter indkvartering og vergence henholdsvis 2,5 dioptere og 2,5 meter vinkler. Hvis vi justere spejlene perfekt ortogonale, så haploscope er justeret for fjern visning (dvs. krævede vergence er nul), men den nødvendige indkvartering er stadig 2,5 D. Derfor skal et par konvekse linser (+2,50 diopters) placeres mellem øjet og spejlarrangementet af haploskop for at skubbe indkvarteringsplanet til uendeligt (dvs. krævet indkvartering er nul). Dette arrangement kræver mere plads mellem øjet og spejlet arrangement af haploscope er påkrævet, hvilket tager os tilbage til forskellen i centre for rotation. Spørgsmålet om tilpasning af planer for indkvartering og vergence kan minimeres ved at tilpasse haploscope til den nærmeste visning, således at begge fly er justeret. Dette kræver dog måling af afstanden mellem eleverne for hver deltager og den tilsvarende tilpasning af haplospejle/stimulus-præsentationsmonitorer.

I dette papir introducerer vi en metode til at kombinere infrarød videobaseret eye-tracking og dichoptic stimulus præsentation ved hjælp af trådløse 3D-lukkerbriller og 3D-klar skærme. Denne metode kræver ingen yderligere beregninger og/eller antagelser som dem, der anvendes med den haploskopiske metode. Shutter briller er blevet brugt i forbindelse med øje trackere til forståelse kikkert fusion¹⁰, saccadic tilpasning¹¹, og eye-hand koordinering¹². Det skal dog bemærkes, at stereo-shutter briller, der anvendes af Maiello og kolleger^10,11,12 var den første generation lukkerbriller, som blev forbundet via en ledning til at synkronisere med skærmen opdateringshastighed. Desuden er den første generation lukkerbriller kommercielt utilgængelige nu. Her demonstrerer vi brugen af kommercielt tilgængelige andengenerations trådløse lukkerbriller(Table of Materials)til at præsentere dichoptic stimulus og pålideligt måle monokulære og kikkert øjenbevægelser. Derudover demonstrerer vi en metode til vurdering af monokulære/kikkertvise visuelle felter hos emner med centralt synsfelttab. Mens dichoptic præsentation af visuelle stimulus muliggør monokulær og kikkert vurdering af visuelle felter, kikkert øjensporing under dichoptic visning tilstand letter visuelle felter test i et blik-kontrolleret paradigme.

Protocol

Alle de procedurer og protokol, der er beskrevet nedenfor, blev gennemgået og godkendt af det institutionelle bedømmelsesudvalg for Wichita State University, Wichita, Kansas. Der blev indhentet informeret samtykke fra alle deltagerne.

1. Valg af deltager

1. Rekrutterede deltagere med normalt syn (n=5, 4 kvinder, middel ± SE: 39,8 ± 2,6 år) og med centralt synstab (n=15, 11 kvinder, 78,3 ± 2,3 år) på grund af makuladegeneration (aldersrelateret/ung). Bemærk, at de to gruppers meget forskellige alder var sekundær i forhold til demografien hos forsøgspersonerne med centralt synstab (aldersrelateret makuladegeneration påvirker ældre forsøgspersoner og er mere udbredt hos kvinder). Desuden var målet med denne undersøgelse ikke at sammenligne de to kohorter.

2. Forberedelse af forsøget

1. Brug en trådløs 3D-aktive lukkerbriller(Table of Materials ),der kan synkroniseres med enhver 3D-klar skærm. For at lukkerbrillerne skal være aktive, bør der ikke være nogen interferens mellem den infrarøde sender (en lille pyramideformet sort boks) og den infrarøde modtager (sensor) på næsebroen på lukkerbrillerne.
2. Vis alle de visuelle stimuli på en 3D-skærm (1920 x 1080 pixel, 144 Hz). For at skærmen og 3D-brillerne kan fungere problemfrit, skal du sikre dig, at der er installeret passende drivere.
3. Brug en bordmonteret infrarød videobaseret eye-tracker (Table of Materials), der er i stand til at måle øjenbevægelser ved prøveudtagning af 1000 Hz til denne protokol. Adskil den infrarøde belysning og kameraet i eye-tracker bruge ethvert stativ med justerbar højde og vinkel (Table of Materials) til at holde dem fast på plads. Placer kameraet i en afstand af 20-30 cm fra deltageren, og placer skærmen i en afstand af 100 cm fra deltageren.
4. Brug et infrarødt reflekterende plaster (Tabel over materialer) for at undgå interferens mellem infrarød belysning af øje-trackeren og det infrarøde system af lukkerbrillerne ( Figur1, Højre).
5. Brug kommercielt tilgængelig software (Table of Materials) til at integrere lukkerbriller og 3D-klar skærm til dichoptic præsentation af visuelle stimuli til at styre eyetracker.
6. For at stabilisere hovedbevægelserne skal du bruge en høj og bred hage- og pandestøtte(Materialetabel)og klemme den fast til et justerbart bord. Den brede dimension af hagen og panden hvile giver behagelig positionering af deltagerne med lukkerglas på.
   BEMÆRK: Figur 1 viser opsætningen til eye-tracking med dichoptic stimulus præsentation ved hjælp af 3D-lukkerbriller og 3D-klar skærm. Den infrarøde reflekterende plaster blev strategisk placeret under den infrarøde sensor på næsebroen af 3D-lukkerbriller(Figur 1, Højre).
7. Minimer lækagen af luminansoplysninger ved at deaktivere lysboostindstillingen i den 3D-klar skærm. Lækagen af luminansoplysninger fra det ene øje til det andet øje er kendt som luminanslækage eller krydstale¹³. Dette er tilbøjeligt til at forekomme med stereoskopiske skærme i de høje luminansforhold.
8. På grund af skodderne kan mængden af infrarød belysning (fra øjesporingssystemet), der når eleven, reduceres betydeligt¹³ – i gennemsnit blev ca. 65% af luminansen reduceret (Supplerende tabel 1). For at overvinde dette skal du øge styrken af eyetrackerens infrarøde lysdioder til 100% eller (den maksimale indstilling) fra standardeffektindstillingen. Når du bruger den infrarøde videobaserede eye-tracker (Table of Materials), skal du ændre denne indstilling i indstillingerne for "Belysningseffekt" på venstre nederste skærm som vist i figur 2.

3. Kørsel af eksperimentet

BEMÆRK: Hovedeksperimentet i denne undersøgelse var kikkert eye tracking og screening af det centrale synsfelt ved hjælp af dichoptic stimulus. Den centrale screening af synsfeltet kunne sammenlignes med synsfelttest af kommercielt tilgængelige instrumenter (Tabel over materialer). De fysiske egenskaber ved den visuelle stimulus såsom målets luminans (~22 cd/m^2),baggrunds luminans (~10 cd/m^2),målets størrelse (Goldmann III – 4 mm²), synsfeltgitteret (Polar 3-gitter med 28 punkter, figur 3) og stimulusvarighed (200 ms) var identiske med synsfelttesten af kommercielt tilgængelige instrumenter. Bemærk, at disse luminansværdier blev målt gennem lukkerbriller, da lukkeren var tændt(supplerende tabel 1). Med henblik på test diskuteret her, luminansen af stimulus var konstant i modsætning til synsfelt test, hvor luminansen af stimulus er ændret for at opnå en detektion tærskel. Med andre ord anvendte eksperimentet overtærskelscreening og ikke tærskelværdi. Derfor var resultaterne af screeningen binære svar (stimuli set eller ikke set) og ikke numeriske værdier.

1. Kontrol før eksperiment
   1. Et par minutter før deltageren ankommer til testen, skal du sikre dig, at både øjesporing og værtscomputeren (der kører eksperimentet) er tændt, og bekræfte, at værtscomputeren er tilsluttet eyetrackeren.
   2. Som regel skal du bekræfte skærmens synkroniseringsnøjagtighed (ved hjælp af platformspecifikke kommandoer), før du starter eksperimentet.
2. Start af hovedeksperimentet
   BEMÆRK: Nedenstående trin er meget platformspecifikke og er betinget af det script, der kører hovedeksperimentet. Se Supplerende materiale, der indeholder eksemplerne på de koder, der bruges til at designe og køre eksperimentet.
   1. Start programmet (Se supplerende materiale - 'ELScreeningBLR.m'), der kører hovedeksperimentet fra den relevante grænseflade. Når og hvis programmet bliver bedt om det, skal du angive de deltageroplysninger (f.eks. deltager-id, testafstand), der er nødvendige for at gemme outputdatafilen i datamappen med et entydigt filnavn.
   2. En grå skærm med instruktioner som "Tryk på Enter for at skifte kamera; Tryk på C for at kalibrere, tryk på V for at validere" vises på skærmen. På dette tidspunkt skal du justere kameraet på eye-trackeren, så det flugter med deltagerens elev som vist i figur 2.
3. Kalibrering og validering af eye-tracker
   1. Start kalibreringen af eye-trackeren. Bed deltagerne om at følge målet ved at flytte øjnene (og ikke hovedet) og se på midten af målet.
   2. Når kalibreringen er fuldført, skal du starte valideringen. Giv de samme instruktioner som kalibreringen.
   3. Læs resultaterne af valideringstrinnet (vises normalt på skærmen). Gentag kalibreringen og valideringen, indtil der opnås "god/fair" (som anbefalet i eyetracker-manualen).
4. Korrektion af drift
   1. Når kalibreringen og valideringen af eye-trackeren er færdig, skal du starte driftkorrektionen.
   2. Bed deltagerne om at "se på det centrale fikseringsmål og holde øjnene så stabile som muligt".
      BEMÆRK: Efter kalibreringen, valideringen og afdriftskorrektionen påbegyndes eye-tracking samtidig med hovedeksperimentet.
5. Screening af visuelle felter
   1. Anvis/mind deltageren om den opgave, han/hun skal udføre under eksperimentet. Bed forsøgspersonerne om at holde begge øjne åbne under hele testen.
   2. Til dette synsfelteksperiment skal du instruere dem i at holde fikseringen på det centrale fikseringsmål, mens de reagerer på "ethvert hvidt lys set" ved at trykke på knappen "enter" i svarknappen (Figur 1, Tabel over materialer). Bed dem om ikke at bevæge øjnene og søge efter de nye hvide lys. Mind dem også om, at de korte hvide lys kan vises hvor som helst på skærmen.
      BEMÆRK: Under screening af synsfeltet kan lukkerbrillers funktion undersøges ved hjælp af monokulære mål, der kan sammensmeltes for at danne en komplet percept (Se supplerende figur 2 – fangstforsøg).
   3. Ret instruktionen om at "holde fiksering" flere gange under hele eksperimentet for at sikre, at fikseringen falder inden for det ønskede område.
      BEMÆRK: En lydfeedback (f.eks. en fejltone) kan bruges til at advare om tab af fiksering (f.eks. øjne, der flyttes uden for et tolerancevindue). Når fikseringen bortfalder, skal du genindsætte deltageren til kun at fiksere på tværssmålet. Den visuelle stimulipræsentation kan stoppes midlertidigt, indtil deltageren bringer fikseringen tilbage i tolerancevinduet (f.eks. central 2°).
   4. I slutningen af synsfelteksperimentet viser skærmen resultatet af testen, der fremhæver de sete og ikke-sete steder forskelligt (som for eksempel figur 6).
6. Gemme datafilen
   1. Alle synsfeltdata (f.eks. gemt som ". mat"-fil) og data om øjenbevægelser (f.eks. gemt som ".edf"-fil) gemmes automatisk til post-hoc-analyse. Kontroller dog, at filerne er gemt, før du afslutter det program/den platform, der kører eksperimentet.

4. Analyse

BEMÆRK: Analysen af øjenbevægelser og synsfeltdata kan udføres på flere måder og er betinget af den software, der bruges til at køre eksperimentet og dataformatet for eye trackers output. Nedenstående trin er specifikke for opsætningen og programmet (Se Supplerende materialer).

1. Analyse af øjenbevægelser (post-hoc)
   BEMÆRK: Den gemte datafil til øjenbevægelser (EDF) er et meget komprimeret binært format, og den indeholder mange typer data, herunder øjenbevægelser, meddelelser, knaptryk og blikpositionseksempler.
   1. Konverter EDF til ASC-II-filer ved hjælp af et oversætterprogram (EDF2ASC).
   2. Kør 'PipelineEyeMovementAnalysisERI.m' for at initialisere analyse af øjenbevægelser og følge instruktionerne som angivet i koden (Se Supplerende materialer til kodescriptet).
   3. Kør »EM_plots.m«, for at udtrække vandrette og lodrette øjenstillinger og for at afbilde som vist i figur 4 og figur 5.
      BEMÆRK: Data om øjenbevægelser kan analyseres yderligere for at beregne fikseringsstabilitet, detektere mikrosalkafler osv. Dette ligger imidlertid uden for det aktuelle papirs anvendelsesområde.
2. Visuelle felter
   1. Hvis du vil have rapporterne om synsfelttest, skal du køre 'VF_plot.m'.
      BEMÆRK: Alle datasæt vedrørende synsfelteksperimentet, f.eks. Hvis et punkt blev set, så vil det blive afbildet som "grøn" fyldt firkant, ellers en rød fyldt firkant vil blive afbildet. Der kræves ingen post-hoc-analyse for synsfeltdata.

Representative Results

De repræsentative kikkert eye-movement spor af en observatør med normal kikkertsyn under to forskellige visningsforhold er vist (Figur 4). Kontinuerlig sporing af øjenbevægelser var mulig, når begge øjne så stimulus (Figur 4A), og når venstre øje set stimulus med højre øje under en aktiv lukker (Figur 4B). Som det fremgår af disse spor, påvirker den foreslåede metode ikke kvaliteten af øjenbevægelsesmålingen og kan måle øjenbevægelserne for selv langvarige eksperimenter. Vi demonstrerede derefter, at metoden kan bruges til pålideligt at måle øjenbevægelser selv hos udfordrende deltagere med centralt synstab (Figur 5). En vigtig anvendelse af metoden er screening af det centrale synsfelt hos forsøgspersoner med (figur 6) og uden (supplerende figur 1) centralt synstab. Metoden giver en måde at dokumentere virkningen af centrale synstab i den virkelige verden visning med begge øjne åbne. I denne repræsentative observatør (S7 i supplerende tabel 2)blev der observeret en kikkertfordel (dvs. at se et større antal punkter med begge øjne sammenlignet med højre/venstre øjne). Foreløbig analyse (supplerende tabel 2) af synsfelttestresultaterne for alle deltagere med centralt synstab viser fordelen ved kikkertvisning (sammenlignet med ikke-dominerende øjenvisningstilstand). Envejs-ANOVA afslørede, at der er en betydelig hovedvirkning af visningstilstanden [F (2,28) =6,51, p=0,004]. Post-hoc (Tukey HSD) viste, at deltagere med centralt synstab oplevede et større antal punkter i kikkertvisningstilstanden sammenlignet med ikke-dominerende visningstilstand (p<0,01), men ikke dominerende øjenvisningstilstand (p=0,43).

Figur 1: Opsætning af eye tracking og dichoptic præsentation.
Venstre - Udstyrsopsætning, der viser(a)3D-klar skærm,(b)hage/pandestøtte, (c & d) EyeLink eyetracker-kamera og infrarød belysningskilde (bordmonteret), (e & f) 3D-lukkerbriller og dens infrarøde sender og(g)responsknap. Højre-3D lukkerbriller med (h) infrarød sensor på næse-broen og (i) Infrarød reflekterende plaster strategisk placeret under sensoren og holdes på plads af en tynd ledning. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2: Skærmgreb af indstillingerne for øjesporing.
Figuren viser, at den infrarøde belysningseffektindstilling (nederste venstre hjørne) kan skiftes mellem 50%, 75% og 100%. Dette tal viser også den korrekte tilpasning af elev. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3: Illustration af synsfelttestgitter.
Billedrepræsentation, der viser Polar 3-gitter (N = 28, i 3 koncentriske ringe på henholdsvis 2,3°, 6,6° og 11° i diameter) synsfelttestdesign. Testparametrene svarede til kommercielt tilgængelige instrumenter. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4: Kikkert eye tracking i et emne med normalt syn.
Repræsentative kikkert eye-bevægelse spor af en kontrol deltager: (A) vandret og lodret øjenpositioner i venstre øje (top) og højre øje (nederst), når de visuelle stimuli blev præsenteret dichoptically til begge øjne; og (B) vandrette og lodrette øjenpositioner i venstre øje og højre øje, når de visuelle stimuli kun blev præsenteret dichoptically for venstre øje. Hver enhed på x-aksen og y-aksen repræsenterer henholdsvis et sekund og en grad. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5: Kikkert eye tracking i et emne med centrale synstab.
Repræsentative kikkert øjenbevægelser spor af en deltager med makuladegeneration: (A) vandret og lodret øjenpositioner i venstre øje (øverst) og højre øje (nederst), når de visuelle stimuli blev præsenteret dichoptically til begge øjne, og (B) vandret og lodret øjenpositioner i venstre øje og højre øje, når de visuelle stimuli blev præsenteret dichoptically kun til venstre øje. Hver enhed på x-aksen og y-aksen repræsenterer henholdsvis et sekund og en grad. Det skal bemærkes, at på trods af større fikseringsmæssige øjenbevægelser hos patienten med centralt synstab (sammenlign det med figur 4), var pålidelig øjensporing mulig. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 6: Screeningstestresultater for synsfeltet for et forsøgsperson med centralt synstab.
Resultater af screening af synsfeltet (N=28) hos en repræsentativ deltager med centralt synstab (S7 i supplerende tabel 2). Visuel stimulus præsenteret for begge øjne (venstre), kun for venstre øje (midten) og kun for højre øje (højre). Fikseringskors er vist i midten, og synsfeltplaceringerne, hvor den korte hvide stimulus blev set, vises som grønne fyldte firkanter. De steder, der ikke så stimulus, vises som røde fyldte firkanter. Andelen set i de tre visningsforhold var 0,50 (14/28, begge øjne visning, venstre); 0,29 (8/28, LE visning, midten); og 0,14 (4/28, RE visning, højre). Klik her for at se en større version af dette tal.

Supplerende figur 1: Screeningstestresultater for synsfeltet for et kontrolemne. Resultater af screening af synsfeltet (N=28) hos en repræsentativ kontroldeltager. Visuel stimulus præsenteret for begge øjne (øverst), kun for venstre øje (midten) og kun for højre øje (nederst). Fikseringskors er vist i midten, og synsfeltplaceringerne, hvor den korte hvide stimulus blev set, vises som grønne fyldte firkanter. De steder, der ikke så stimulus, vises som røde fyldte firkanter. Andelen set i de tre visningsforhold var 1,00 (28/28, begge øjne visning, top); 1,00 (28/28, LE visning, midten); og 0,93 (26/28, RE visning, bund). Klik her for at downloade dette tal.

Supplerende figur 2: Fangstforsøg - Sondering af lukkerbrillernes funktion. Catch forsøg konstateret uafbrudt kommunikation af stereoskopiske briller med IR emitter og synkronisering med stereoskærmen. Det centrale billede illustrerer en opfattelse, der skal rapporteres efter emne (røde kryds og en rød/grøn/gul firkant), hvis synkroniseringen virker. Krydsmålets dimensioner (og de enkelte stænger) var identiske med det fikseringskryds, der blev brugt til screening af synsfeltet, og den ydre kvadratiske kant svarer til tolerancevinduet på 4°. Bemærk, at undertrykkelse af værre at se øje, hvilket er mere sandsynligt hos forsøgspersoner med groft forskellige synsskarpheder, kan forvirre de subjektive indsigtsfulde rapporter. Til fangstforsøgene (hver 10 forsøg) blev der anvendt rød vandret bjælke i en rød firkant, der kun ses af venstre øje og rød lodret bjælke omgivet af en grøn firkant, der kun ses af højre øje (2° x 0,4°). De monokulære mål kunne smeltes sammen for at opfatte et rødt centralt kors, hvis stereoskopisk tilstand var tændt hele vejen igennem, og hvis lukkerbrillerne fungerede korrekt. Dette trin konstaterede, at de to infrarøde lyskilder ikke forstyrrede, og lukkerbrillerne blev synkroniseret med den 3D-klar skærm. Klik her for at downloade dette tal.

Supplerende tabel 1: Baggrunds luminans og stimulans. Luminansen af den grå baggrund og den hvide stimulus målt med og uden lukkerglas i øjenhøjde af formodede emne. Lukkerbrillerne reducerer luminansen med ca. 65%. Det er vigtigt at tage højde for transmissionstabet, når man præsenterer visuel stimulus af sæt luminans og kontrast. Bemærk, at den infrarøde belysningseffekt fra øjesporingen (altid indstillet til 100% i vores test) ikke har nogen rolle i disse målinger. Klik her for at downloade denne tabel.

Supplerende tabel 2: Oversigt over synsfelttest hos deltagere i det centrale felttab. Synsfelt ydeevne af deltagere med centrale synstab i dominerende øje, ikke-dominerende øje, og kikkert visning betingelser. Forkortelser: DE – dominerende øje; NDE – ikke-dominerende øje; BE – begge øjne. Kikkertforholdet for DE blev beregnet ved at finde forholdet mellem den andel af punkter, der blev set under BE- og DE-visningsbetingelserne. På samme måde blev kikkertforholdet for NDE også beregnet. Forholdet mellem >1 antyder kikkertfordel (dvs. bedre ydeevne under kikkertvisningstilstand). Samlet set blev der set et større antal punkter i BE-visningstilstand sammenlignet med NDE-visningstilstand. Klik her for at downloade denne tabel.

Supplerende materialer. Klik her for at downloade disse materialer.

Discussion

Den foreslåede metode til måling af øjenbevægelser i dichoptic visning tilstand har mange potentielle anvendelser. Vurdering kikkert visuelle felter hos deltagere med centrale synstab, der er demonstreret her, er en sådan anvendelse. Vi brugte denne metode til at vurdere kikkert synsfelt i femten deltagere med centralt synstab til at studere, hvordan kikkert visning påvirker heterogene centrale synsfelt tab.

Det vigtigste skridt i protokollen er positionering (afstand fra øje og vinkel) den infrarøde kilde til øjet tracker for optimal belysning. Dette er afgørende for øjet tracker at fange både hornhinde refleks og elev center konsekvent. Når dette er opnået, skal sporingen være kontinuerlig selv hos forsøgspersoner med receptglas og hos personer med centralt synstab. Det er vigtigt at holde øje med posturale ændringer i forsøgspersoner, især hovedhældninger (med hoved og hage udhvilet) under langvarig test, da det kan forstyrre øjensporing. Posturale ændringer og træthed kan minimeres ved at reducere den samlede testvarighed. I udfordrende forsøgspersoner er testens varighed primært drevet af den tid, det tager at opnå en vellykket kalibrering/validering. Den samlede test varighed for proceduren var omkring 45 minutter hos forsøgspersoner med makuladegeneration. Placeringen af den infrarøde reflekterende plaster, emitter, og den infrarøde kilde til øjet tracker er afgørende for uafbrudt funktion af lukkerglas. Standardkalibreringen (f.eks. 9-punkts eller HV 9) kan bruges til deltagere med normalt syn. Til vurdering af forsøgspersoner med centralt synstab kan det dog være nødvendigt at anvende alternativer (f.eks. 5-punktskalibrering eller HV 5) og/eller store skræddersyede kalibreringsmål (f.eks. sort firkant ≈2° i størrelse). Disse ændringer af kalibreringsmålet kan håndteres i de scripts, der bruges til at køre eksperimentet (Se supplerende materialer - 'ELScreeningBLR.m'). For meget udfordrende deltagere kan kalibreringsmålet peges ved hjælp af fingre for at hjælpe dem med at finde og pege mod målet. Ligesom kalibreringsprocessen kan drift check/correction udføres ved hjælp af indbygget mål for deltagere med normalt syn og specialbygget større mål for deltagere med centralt synstab. Vi fulgte producentens anbefaling om at udføre drift check i begyndelsen af hver session. Blikforskydningen i grader af visuel vinkel (eller pixels) kan tilgås fra den endelige outputfil. Vi har dog ikke anvendt nogen af disse data til vores analyser. Som et indbygget mål for kvalitet gentager EyeLink-øjesporingen kalibreringen, når afdriftskontrollen mislykkes.

Stimulusdesignet, præsentationen og kontrollen i opsætningen var gennem MATLAB-baserede programmer. Python eller lignende programmer kan bruges til at nå målene for vores undersøgelse. En vigtig forudsætning for at køre tidsfølsomme vision videnskabelige eksperimenter er god synkronisering mellem den lodrette retrace af displayet og stimulus debut. Før hver session kørte vi kontrol af synkronisering før eksperimentet ved hjælp af platformspecifikke kommandoer. En homogen flimrende skærm indikerer god synkronisering, mens en uopmærknet flimmer indebærer dårlig synkronisering, sandsynligvis på grund af en fejl eller begrænsning af grafikhardwaren eller dens driver. Ud over flimmer, et spirende mønster af gule vandrette linjer vil også blive set i de fleste computere. Disse linjer skal være tæt koncentreret/grupperet i skærmens øverste område. Problemer med signaltid for distribuerede gule linjer, der kan skyldes baggrundsprogrammer som antivirusprogrammer eller andre i værtscomputeren. Vi anbefaler, at du afslutter alle unødvendige applikationer og slår flytilstand til (eller slår Wi-Fi fra) for at minimere timingrelaterede genstande.

I lighed med tidligere undersøgelser^10,12 brugte vi videobaseret bordmonteret øje tracker i høj opløsning. Vi mener dog, at den metode, der er beskrevet her, skal fungere lige så godt sammen med andre kommercielt tilgængelige øje trackere. Kvaliteten af data om øjenbevægelser med henblik på den metode, der er påvist i denne undersøgelse, bør ikke påvirkes af eye trackerens tidsmæssige opløsning. Endnu lavere opløsning øje trackere (så lavt som 60 Hz¹⁵) er blevet brugt til at vurdere og træne emner med makuladegeneration. Visningsafstanden bestemmes af flere faktorer, herunder skærmopløsningen og stimulusparametrene. Enhver praktisk plan afstand inden for raseri af trådløse sender (<15 fod) kan bruges. Størrelsen af det synsfelt, der kan vurderes, afhænger af testafstanden og skærmstørrelsen. I opsætningen her var det maksimalt mulige ~30° x 17° (W x H). Det standardfeltgitter (Polar 3), der anvendes i denne undersøgelse, tester synsfeltets centrale 11° (diameter). De stereoskopiske lukkerbriller kan erstattes med polariserende briller. Passende ændringer i opsætningen (f.eks. skærm med højere opløsning eller længere arbejdsafstand) vil være nødvendige for at minimere virkningen af reduceret opløsning sekundær til brug af polariserende briller. Desuden er den nuværende metode billigere end at bygge et haploscope til dichoptic præsentation, hvis forskere allerede har en video-baseret eye tracker.

Vi anvendte et 'gaze controlled' paradigme i denne undersøgelse. Gazestyrede systemer indsamler øjeblikkelige oplysninger om blikposition (og kasserer derfor forsøg, hvor blikket ikke var inden for et ønsket tolerancevindue), men kompenserer ikke for det. Opsætningen her kan dog bruges til en gaze contingent test, hvor den øjeblikkelige blikposition ikke kun overvåges, men også kompenseres ved passende ændring af stimuluspræsentation. For eksempel, hvis blikket flyttet fra det ønskede sted til højre med 'x' grad, så stimulus kan opvejes af 'x' grad til højre. Undersøgelser af simuleret synstab og scotomas bruge blik kontingent paradigmer^16,17. Sådanne paradigmer kan være ekstremt tidsfølsomme , og deres effektivitet afhænger af flere faktorer , herunder eye-trackerens tidsmæssige opløsning¹⁸. For eksempel vil en eye-tracker med en tidsmæssig opløsning på 500 Hz (eller en prøve hver 2 ms) indføre en tidsmæssig forsinkelse på mindst 2 ms. Selvom dette er trivielt, er der normalt yderligere forsinkelser på grund af opdateringshastigheden af stimulusdisplayet, beregningsmæssige forsinkelser af programmeringssprog osv. Desuden kan den foreslåede metode medføre en yderligere forsinkelse på grund af tidssynkron synkronisering mellem 3D-skærme og 3D-lukkerbriller.

Forsøgspersoner med betydeligt asymmetrisk synstab (f.eks. med store interokulære forskelle i synsskarphed, eller hvis scotoma i det ene øje er relativt stort) kan være effektivt monokulært, når man ser kikkert. Forsøgspersoner med stort forskelligt synstab, nystagmus, høj brydningsfejl og strabismus kan ikke vurderes ved hjælp af denne opsætning. Forsøgspersoner med systemiske tilstande som hoved rystelser og Parkinsons sygdom vil ikke være gode kandidater til eye tracking. Forsøgspersoner med nakke- eller rygproblemer har brug for hyppige pauser og kortere testprotokoller. Reduktionen i luminans gennem de aktive skodder kræver brug af skærme med bredere luminansområde. Opnå optimal infrarød belysning og kontinuerlig sporing af hornhinde refleks og pupillary center kan være udfordrende i med receptpligtig briller.

Flere undersøgelser har brugt dichoptic stimulus præsentation, der præsenterer to separate billeder til deltagerens to øjne til at studere kikkert funktioner såsom stereopsis¹⁴, undertrykkelse¹⁸. Men disse undersøgelser mangler øjenbevægelser oplysninger på grund af de tekniske vanskeligheder med at kombinere dichoptic visuel stimulus præsentation og eye-tracking. Øjenbevægelser giver afgørende indsigt i kognitive funktioner som skjult / åbenlys rumlig opmærksomhed. Den foreslåede metode til måling af øjenbevægelser i en dichoptisk visningstilstand vil forbedre forståelsen af kikkertfunktionen hos forsøgspersoner med normalt syn og hos forsøgspersoner med centralt synstab. Amsler-gitterdiagrammet indeholder kun kvalitative oplysninger om synsfeltet, og nethinden-sporingsørene kan ikke vurdere placeringsfelterne. Opsætningen her indarbejde eye tracking og dichoptic test giver en måde at pålideligt skærmen centrale synsfelt i makuladegeneration. En potentiel anvendelse af den foreslåede metode er inden for virtual reality. Alle de kommercielt tilgængelige virtual reality headsets bruger begrebet dichoptic præsentation af visuel stimulus. Mange asthenopic symptomer har været forbundet med dysfunktionelle øjenbevægelser (f.eks vergence øjenbevægelser), mens du bruger virtual reality miljø^10,15. Den foreslåede metode vil hjælpe os med at studere øjenbevægelser og visuel funktion under dichoptic præsentation, som kan være relateret til virtual reality miljø.

Sammenfattende har vi detaljeret en metode til at vurdere 1) kikkert øjenbevægelser og 2) monokulære / kikkert synsfelt, mens dichoptically præsentere visuelle stimulus ved hjælp af trådløse 3D-lukker briller og 3D-klar skærm. Vi viste, at vores metode er mulig selv i udfordrende deltagere som dem med centralt synstab.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D monitor	Benq	NA	Approximate Cost (in USD): 500 https://zowie.benq.com/en/product/monitor/xl/xl2720.html
3D shutter glass	NVIDIA	NA	Approximate Cost (in USD): 300 https://www.nvidia.com/object/product-geforce-3d-vision2-wireless-glasses-kit-us.html
Chin/forehead rest	UHCO	NA	Approximate Cost (in USD): 750 https://www.opt.uh.edu/research-at-uhco/uhcotech/headspot/
Eyetracker	SR Research	NA	Approximate Cost (in USD): 27,000 https://www.sr-research.com/eyelink-1000-plus/
IR reflective patch	Tactical	NA	Approximate Cost (in USD): 10 https://www.empiretactical.org/infrared-reflective-patches/tactical-infrared-ir-square-patch-with-velcro-hook-fastener-1-inch-x-1-inch
MATLAB Software	Mathworks	NA	Approximate Cost (in USD): 2150 https://www.mathworks.com/pricing-licensing.html
Numerical Keypad	Amazon	CP001878 (model), B01E8TTWZ2 (ASIN)	Approximate Cost (in USD): 15 https://www.amazon.com/Numeric-Jelly-Comb-Portable-Computer/dp/B01E8TTWZ2
Psychtoolbox - Add on	Freeware	NA	Approximate Cost (in USD): FREE http://psychtoolbox.org/download.html
Tripod (Dekstop)	Manfrotto	MTPIXI-B (model), B00D76RNLS (ASIN)	Approximate Cost (in USD): 30 https://www.amazon.com/dp/B00D76RNLS