مقالة منهجية

تقييم اختبارات الإدراك باستخدام جهاز لوحي حساس باللمس محوسب، وتتبع العين، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي

1.2K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/67871

⸱

يناير 30, 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Physical Sciences Platform, Sunnybrook Research Institute, Sunnybrook Health Sciences Centre, 2Keenan Research Centre for Biomedical Science, the Li Ka Shing Knowledge Institute, St. Michael's Hospital, 3Department of Psychiatry, Temerty Faculty of Medicine, University of Toronto, 4Division of Neurosurgery, Temerty Faculty of Medicine, University of Toronto, 5Department of Medical Biophysics, Temerty Faculty of Medicine, University of Toronto

في هذه المقالة

ملخص

بروتوكول لتسجيل السلوك الحراكي البصري ونشاط الدماغ في نفس الوقت خلال الاختبارات المعرفية القياسية الورقية باستخدام جهاز لوحي متوافق مع الرنين المغناطيسي وتقنية تتبع العين إلى جانب الرنين المغناطيسي الوظيفي، بهدف تحسين استخدام مثل هذه الفحوصات. تعرض النتائج الأولية من شاب بالغ سليم يجري اختبار صنع المسارات.

الملخص

لطالما استخدمت اختبارات الإدراك الورقية (مثل اختبار Trail-Making أو TMT) في البيئات السريرية والبحثية لتقييم كيفية دعم الدماغ السليم أو الضعيف للأداء السلوكي. على الرغم من الاستخدام الواسع، فإن الارتباطات العصبية لهذه الاختبارات غير مفهومة جيدا، وتتميز الاختبارات بحساسية وخصوصيات أقل من المرغوب فيها. لمعالجة هذه النواقص، يقترح بروتوكول بحثي متعدد الوسائط يجمع في الوقت نفسه بين تقنيات الأجهزة اللوحية الجديدة، وتتبع العين، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي لاستكشاف العلاقات بين السلوك الحركي والبصري والنشاط العصبي المرتبط بأداء الاختبارات المعرفية. تقدم مبررات البروتوكول، ومنهجية خطوة بخطوة، ونتائج من مشارك ممثل لإثبات صحة البروتوكول وتوضيح إمكانية استكشاف الارتباطات الحركية والبصرية والعصبية لاختبار تمثيلي للإدراك. يمكن للبروتوكول الحالي توسيع حدود أبحاث علم الأعصاب السريرية القائمة في الرنين المغناطيسي، مع تداعيات على تشخيص وإدارة اضطرابات معرفية مختلفة في المستقبل.

المقدمة

تم تعميم اختبارات الإدراك (ToC) لأول مرةفي القرن العشرين للتحقيق وتوصيف السلوك المعرفي الطبيعي وغير الطبيعي أو المرضي. منذ ظهورها، أصبحت هذه الاختبارات معتمدة على نطاق واسع في البحث والبيئات السريرية1. تم تطوير العديد من قواعد الكتابة بصيغ استجابة بسيطة، مثل التحدث أو الكتابة/الرسم باستخدام قلم وورقة. كمثال على الفئة الأخيرة، يعد اختبار بناء المسارات (TMT) نموذجا ممثلا شائعا ويعتبر مفضلا بسبب حساسيته للضعف الإدراكي2. يتكون الاختبار من جزأين، TMT-A (أرقام فقط) وTMT-B (أرقام وأحروف)، ويتطلب من المشاركين استخدام قلم لربط (ربط) 25 حرفا مرتبة بشكل شبه عشوائي على الصفحة، بترتيب تصاعدي متسلسل (وفي حالة TMT-B، أيضا بالتناوب) (أي TMT-A: 1-2-3-4-5-6...؛ TMT-B: 1-A-2-B-3-C...). لتقييم الأداء المعرفي في اختبار TMT، يتم حساب الوقت المنتهي والأخطاء ومقارنتها بالقيم المعيارية، بناء على الفئة العمرية وحالة التعليم2. يعتقد أن TMT يستعين باستقطاب وتقييم العمليات الإدراكية المعقدة، بما في ذلك تبديل المهام، والبحث البصري، والذاكرة، والتحكم في الحركة البصرية، والانتباه—وكلها جوانب مهمة لوظيفة الفص الجبهي التنفيذي 1,3.

يظهر TMT حساسية عالية بين التوزيعات المعتمدة، ولكن من حيث التشخيصات، فإن ضعف تخصصه معترف به جيدا كحد4. بشكل عام، تعد مخاوف الحساسية والخصوصية عائقا في تطبيق وصلاحية ToC، خاصة في البيئات السريرية4. كان الحل التقليدي لتخفيف هذا القلق هو إعطاء ToC في "بطاريات اختبار" (غالبا بما في ذلك TMT) لتحسين التمييز بين المجموعات الضعيفة الإدراكية والمجموعات السليمة معرفيا. ومع ذلك، فإن بطاريات الاختبار تستغرق وقتا طويلا، ومكلفة، وتتطلب خبرة كبيرة لإدارة وتحليل5. أدت هذه المخاوف اللوجستية بدورها إلى تطوير أدوات "التقييم المعرفي": بطاريات اختبار مبسطة بشكل كبير (وأصبحت أكثر محوسبة) للإدارة السريعة في بيئات محدودة الموارد (مثل العيادات الطبية)، على حساب بعض الحساسية وزيادة الخصوصية. أحد أمثلة هذه الأداة هو تقييم مونتريال المعرفي (MoCA)6.

تم التحقق من صحة التقييمات المحوسبة، مثل MoCA المعدلة، بنجاح من خلال المقارنة مع النظائر7 التي تستخدم بالقلم والورق، ولاختبار بطاريات ToC8. ومع ذلك، لا تزال هناك قيود أساسية في جميع هذه الأدوات لاختبار السلوك، بما في ذلك عدم التمييز الكافي بين الأداء المناسب وغير الصحيح، والتركيز على نتائج الاختبار بأكمله بدلا من التأثيرات داخل الاختبار، وقلة الفهم للاستراتيجيات السلوكية المختلفة والنشاط الدماغي المرتبط بها التي تدعم أداء ToC 4,9. ومع ذلك، يمكن التغلب على هذه القيود من خلال أبحاث تجمع بين التسجيلات السلوكية التفصيلية، والتقييم السلوكي داخل المهمة10، والتصوير العصبي الوظيفي (مثل تخطيط الدماغالكهربائي 10، التحليل الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراءالقريبة 11، والتصوير بالرنين المغناطيسيالوظيفي 12).

ينتج التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) صورا عالية الدقة لنشاط الدماغ من خلال رسم خرائط الاستجابة الديناميكية الدموية كبديل لتنشيط الأعصاب. على الرغم من تكلفته، فإن الدقة المكانية المتفوقة للرنين المغناطيسي الوظيفي مقارنة بالتصوير الكهربائي للدماغ (EEG) والتحليل الطيفي الوظيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء تسمح بتحديد موقع النشاط في جميع أنحاء الدماغ. وبناء عليه، يصف العمل الحالي طريقة جديدة لإدارة ToC باستخدام TMT كمثال تمثيلي، حيث تربط التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي مع تسجيل سلوكي مفصل ومستمر ومتزامن باستخدام أجهزة لوحية وتتبع عين متوافقة مع الرنين المغناطيسي. يقدم هذا البروتوكول متعدد الوسائط تقييما معينا بشكل كبير للعلاقة بين أداء المهام الإدراكية والنشاط العصبي المقدرة بالرنين المغناطيسي الوظيفي، وهو مفيد لتحسين فهم شروط المهمة الحالية وربما توفير رؤى لتطوير موسيقى المراقبة المحسنة في المستقبل.

قبل تقديم وصف تفصيلي لإعداد التجربة لجمع بيانات الجهاز اللوحي، وتتبع العين، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي في نفس الوقت، من المفيد تلخيص التخطيط المفاهيمي والنهج (الشكل 1). لأسباب تتعلق بالتوافق مع الرنين المغناطيسي والراحة النفسية، يختلف نظام الأجهزة اللوحية قليلا عن الأجهزة اللوحية المتوفرة تجاريا. تتميز الأجهزة اللوحية الشهيرة بشاشة شفافة حساسة للمس مثبتة فوق شاشة الكمبيوتر، مما يتيح للمستخدم النظر مباشرة إلى الجهاز واستقبال مدخلات بصرية تتضمن بسلاسة ردود الكتابة والرسم باستخدام القلم. في السيناريو الحالي، لا توجد شاشة كمبيوتر تحت الشاشة الحساسة للمس. يتجنب هذا التصميم الحاجة إلى تشغيل إلكترونيات شاشات الكمبيوتر المعقدة بأمان في المجال المغناطيسي الشديد في مركز قطر المغناطيس دون التأثير السلبي على صور الرنين المغناطيسي. من منظور مرح، المساحة في فتحة المغناطيس محدودة أيضا، مما يجعل من غير العملي للمشارك في البحث رؤية يده مباشرة أثناء الكتابة والرسم.

لذا فإن الإعداد التجريبي يجعل المشاركين يتفاعلون مع الأجهزة اللوحية على حامل دعم عند خصرهم، بينما يتم دمج جميع المعلومات البصرية (محفزات اختبار، استجابات القلم، فيديو لأيديهم وهي تتحكم في القلم) معا للمشاهدة عند فتحة المغناطيس الخلفية عبر مرآة. تعرض المعلومات البصرية على شاشة عرض خلفية باستخدام جهاز عرض متوافق مع الرنين المغناطيسي متوفر تجاريا (التفاصيل موفقة أدناه). وبالمثل، يتم تركيب نظام تتبع العين التجاري (التفاصيل المقدمة أدناه أيضا) في فتحة المغناطيس الخلفية لتسجيل الفيديو السريع لحركات العين من خلال نفس المرآة. يجب ترتيب جهاز العرض والشاشة وجهاز تتبع العين بعناية بحيث لا تتداخل فعليا مع بعضها البعض. وأخيرا، يتم توصيل الطاقة والبيانات من وإلى الجهاز اللوحي، وجهاز العرض، ونظام تتبع العين باستخدام كابلات محمية مختلفة، تمر عبر "لوحة الاختراق" في درع الترددات الراديوية التي تحمي غرفة المغناطيس ونظام الرنين المغناطيسي من التداخل الكهرومغناطيسي المحيط. كابلات البيانات تحت سيطرة الحاسوب، كما هو موضح بشكل مفهومي في الشكل 1 كجهاز واحد تحت سيطرة المشغل في منطقة وحدة تحكم الرنين المغناطيسي (تختلف عن وحدة التحكم المستخدمة لتشغيل نظام الرنين المغناطيسي). كما هو موضح أدناه، هناك عدة حواسيب تشارك في الإعداد التجريبي الحالي.

نظام الأجهزة اللوحية

يتكون نظام الجهاز اللوحي المحوسب المصمم خصيصا من مكونات متوافقة مع الرنين المغناطيسي (سطح حساس للمس، منصة دعم مرتفعة قابلة للتعديل، قلم حساس للقوة، نظام عرض)، بما في ذلك كاميرا فيديو بعدسة 4.3 مم (تسمى "كاميرا اللوح" في المختبر) ومضيء ثنائي الإضاءة الصادر عن الضوء (LED) مخصصرقم 13، مما يتيح إدارة ToC وتسجيل استجابات الكتابة أو الرسم الطبيعية داخل قطر المغناطيس أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (الشكل 2A,ب). يقع في منطقة وحدة التحكم، يستخدم جهازان كمبيوتر مرتبطان للتحكم في النظام: أحدهما مرتبط باستقبال ومعالجة بيانات الفيديو من كاميرا الفيديو ("كمبيوتر كاميرا الفيديو اللوحي")، والآخر لإدارة الاختبارات، وتسليم المحفزات البصرية، وتسجيل بيانات الجهاز اللوحي، وإنشاء ملف فيديو يتكون من المحفزات البصرية المدارة حسب الوقت مع كتابة ورسم القلم ("كمبيوتر المنبه/الاستجابة"؛ الشكل 2C). يتم اختيار نهج الحاسوبتين لتحقيق الأداء الحقيقي غير المعوق لكل مجموعة من الوظائف الحساسة للزمن؛ الوحدة النمطية للبحث الذي يتطلب تكوينات مختلفة (مثل مهام سلوكية مختلفة تعتمد على الأجهزة اللوحية، استخدام اختياري لكاميرا الفيديو)؛ وسهولة التوافق (الشرط الوحيد هو صيغة إخراج فيديو متوافقة).

تم استخدام نظام الأقراص سابقا في عدة دراسات fMRI لمادة ToC، والتي تشير جميعها إلى صلاحيته البيئية القوية14. تمت إضافة كاميرا الفيديو الاختيارية إلى تكوين الجهاز اللوحي الأصلي لتزويد المشارك بتغذية راجعة بصرية حول وضع اليد (VFHP) أثناء أداء المهمة، في بيئة واقع معزز تفاعلية (AR)، مما يتيح مشاهدة محفزات المهام بالإضافة إلى استجابات القلم وحركات اليد المتراكبة في الوقت الحقيقي13 (الشكل 2D). في التطبيق الأصلي لمعالجة بيانات كاميرا الفيديورقم 13، تم عزل اليد والقلم من كل إطار فيديو باستخدام خوارزمية كشف لون الجلد، مع تطبيق القلم باللون الأحمر ليقع ضمن توزيع الأحمر-الأخضر-الأزرق (RGB) للون البشرة. مؤخرا، تم اعتماد نهج "الشاشة الزرقاء" لبساطته ومزاياه الأخرى. يتم إنشاء خلفية زرقاء بتغطية سطح الجهاز اللوحي الحساس للمس بشريط رسام أزرق. بعد ذلك يمكن تقسيم اليد والقلم من الخلفية في كل إطار فيديو بناء على توزيع الألوان المختلف بشكل كبير للشريط. وفي الوقت نفسه، تتيح هذه العملية أيضا إنشاء قناع ثنائي بقيمة "واحد" في كل مكان تشغله اليد أو القلم، و"صفر" في أماكن أخرى. يتم بعد ذلك دمج فيديو المنبه/الاستجابة وفيديو الكاميرا من خلال إنشاء إطارات تتكون من أ) بيانات فيديو المحفز/الاستجابة في كل مكان يساوي فيه القناع صفرا، و ب) بيانات فيديو الكاميرا (اليد والقلم القتالي) في كل مكان يساوي فيه القناع واحد. شريط الرسام له ميزة إضافية تتمثل في إضافة احتكاك إضافي عند تحريك رأس القلم عبر سطح القلم، أقرب إلى تجربة الكتابة بالقلم أو القلم على الورق، مقارنة بالإحساس منخفض الاحتكاك "البلاستيك على البلاستيك" عند إزالة الشريط. بشكل عام، تعزز بيئة الواقع المعزز التفاعلية الناتجة الصلاحية البيئية لتصميم الجهاز اللوحي، مع تقليل الاعتماد على الإحساس الذاتي لتنفيذ الحركات الحركية الدقيقة (كما يحدث عند غياب VFHP)13،15.

يستخدم إعداد الجهاز اللوحي مع جهاز عرض متوافق مع الرنين المغناطيسي (الشكل 2E) وشاشة عرض خلفية مخصصة في الجزء الخلفي من قطر المغناطيس. يشاهد المشاركون الشاشة من خلال مرآة مائلة مثبتة على ملف الرأس. باستخدام طرف إصبع أو قلم (والذي يتضمن أيضا حساسا لتسجيل قوة التلامس)، يتفاعل المشارك مع السطح الحساس للمس المثبت على منصة الدعم، والذي يقع عند الخصر ويمكن تعديله لكل فرد. تمر إشارات الجهاز اللوحي التناظري عبر مرشح تداخل كهرومغناطيسي (EMI) عند لوحة اختراق الترددات الراديوية، ثم تتحول إلى بيانات لمس (بيانات موقع السطح وبيانات القوة) بواسطة صندوق واجهة لوحي خارج غرفة المغناطيس، ثم يتم تسجيلها وتفسيرها لتمثيل رسومي لاستجابات اللمس على كمبيوتر المنبه/الاستجابة، ثم تدمج مع المحفزات البصرية وفيديو اليد والقلم المجزأ؛ وتعرض للمشارك باستخدام جهاز العرض.

تصميم كتلة TMT

يتم تنفيذ TMT بتصميم كتلة ثابتة يتكون من فترات متناوبة من أداء المهام TMT-A وTMT-B، بالإضافة إلى تثبيت بصري على مؤشر تصويب أسود مركزي يعرض على خلفية بيضاء. تم تكييف تصميم المهام العام من أدبيات TMTالقائمة 1,16,17,18، حيث يتضمن TMT-A ربط الأرقام الدائرية (1 إلى 25) موزعة عشوائيا شبه عبر الشاشة، بترتيب تصاعدي. وبالمثل، يتضمن TMT-B أرقاما مترابطة بدائرة (1–13) والحروف (A-L) بالتناوب والتصاعد. يتم تضمين حالة التثبيت البصري بحيث يمكن تحليل النشاط الدماغي المرتبط بTMT-A، وبشكل منفصل مع TMT-B، كمقارنة إحصائية بين التفعيلات المهمة وحالة بسيطة ومستقرة ذات طلب معرفي منخفض. نظرا لانخفاض نسبة التباين بين الإشارة إلى الضوضاء التي لوحظت في تجارب التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي، يتم تكرار كل حالة سلوكية (TMT-A، TMT-B، التثبيت البصري) في عدة تجارب، مما يعزز القدرة الإحصائية على اكتشاف نشاط الدماغ عند تحليل بيانات التصوير الوظيفي الجماعية. تم تعديل مخططات TMT لكل تجربة من تخطيطات TMT القياسية إما عن طريق تدوير توزيع المحفز بمقدار 180°، أو تبديل المنبهات العددية فقط مع محفزات الحروف الرقمية، أو كلاهما—مما يقلل من الارتباك البصري والحركي بسبب اختلافات في توزيع الشخصية والأرقام في مخططي TMT-A وTMT-Bرقم 18.

يتم تنفيذ المهام التجريبية والتدريب الحالية في برامج عرض المحفزات التجارية المتاحة لأبحاث السلوك والتصوير العصبي، لتنفيذها على حاسوب المنبه/الاستجابة. عمليا، يتم إجراء اختبار TMT على "جولتين"، كل منهما مدته 4 دقائق و50 ثانية. يتكون كل تشغيل من كتلة أولية مدتها 10 ثوان من التثبيت أثناء الراحة، تليها تجربتان لمهمة TMT-A (40 ثانية)، وتثبيت الراحة (20 ثانية)، ومهمة TMT-B (60 ثانية)، وتثبيت الراحة (20 ثانية) (الشكل 3). في بداية كل جولة، يعطى المشاركون تعليمات تعكس تلك المستخدمة في اختبارات TMT الورقيةالموحدة 16، 17، 18، 19: ربط الدوائر من "ابدأ" إلى "النهاية" بأسرع وأدق طريقة ممكنة، دون رفع القلم عن السطح الحساس للمس. على عكس التوزيع التقليدي على الورق في TMT، لا يتوقف مسؤول الاختبار (عضو في مختبر الأبحاث) عن أداء TMT ثم يعيد بدء أداء TMT في حال ارتكب المشارك أخطاء. بدلا من ذلك، يطلب من المشاركين ببساطة الاستمرار إلى رابط الشخصية التالي في التسلسل. هذا التعديل يلغي أي مشاكل تحليل البيانات المرتبطة بإيقاف وإعادة بدء جمع بيانات تتبع العين والرنين المغناطيسي الوظيفي داخل تجربة TMT معينة. ومع ذلك، فإن هذا يتطلب تنفيذ طرق اكتشاف الأخطاء وتصنيفها بعد جمع البيانات (انظر أقسام البروتوكول والنقاش). بالإضافة إلى ذلك، يراقب مسؤول الاختبار استجابات القلم بصريا في الوقت الحقيقي أثناء أداء TMT لتسجيل ما إذا كانت هناك أخطاء، ولضمان بقاء السطح الحساس للمسس معايرة جيدا. في حالات أخطاء معايرة الجهاز اللوحي وأخطاء الأجهزة الأخرى (مثل انقطاع الكهرباء أو المعدات)، يقرر مسؤول الاختبار أيضا ما إذا كان سيكرر عملية جمع بيانات TMT الحالية، والتي قد تشمل إعادة معايرة السطح الحساس للمس، أو إيقاف واستبعاد استخدام بيانات المشاركين في التحليل اللاحق.

تتبع العين

عندما يعالج النظام البصري البشري مشهد، كما حدث أثناء أداء TMT، تسبق وتتبع حركات العين الباليستية (الساكادات) فترات من الاستقرار الزمني (التثبيتات). لذا يستخدم نظام تتبع عين عالي السرعة متوافق مع الرنين المغناطيسي في السياق الحالي لإجراء تتبع العين أحادية العين بعيد المدى للثبيتات والساكايدات مع إضاءة تحت الحمراء (طول موجي 910 نانومتر) وتردد أخذ عينات 1 كيلوهرتز (الشكل 4A). من موقع كاميرا تتبع العين تحت شاشة الإسقاط، يتم تحديد عين المشارك في مرآة ملف الرأس (الشكل 4B-D). لاحظ أن مرآة الرأس الملفوفة التي تم شحنها مع نظام الرنين المغناطيسي تم استبدالها بمرآة أمامية مقدمة من الشركة المصنعة لجهاز تتبع العين، لتمكين تتبع عالي الجودة. يتم اكتشاف البؤبؤ باستخدام خوارزمية قياسية لتناسب مركز الدماغ التي تتبع انعكاس القرنية (الشكل 4D)، ويتم قياس المقاييس التالية: الثباتات، الساكادات، بالإضافة إلى معدل الوميض وحجم البؤبؤ، وهما مقدارتان إضافيتان مرتبطتان بالمعالجة الإدراكية (انظر النقاش). يستخدم نبضة المحفز التي يصدرها نظام الرنين المغناطيسي في بداية التصوير الوظيفي لمزامنة تسجيلات تنشيط الدماغ مع أ) مهمة TMT، وتوصيل المنبهات واستجابات القلم (كما يتحكم بها حاسوب المنبه/الاستجابة)؛ و ب) بيانات تتبع العين مع أداء TMT. لتسهيل تحليل البيانات، يتم أيضا "ختم زمني" بيانات تتبع العين لتوفير تسميات مرتبطة بالأحداث الرئيسية أثناء التجربة، بما في ذلك أوقات بداية ونهاية كل كتلة TMT-A وTMT في كل جولة معينة.

عضو مختبر إضافي مسؤول بشكل أساسي عن إعداد تتبع العين مع المشارك، ومعايرة تتبع العين، والفحص البصري في الوقت الحقيقي لجمع بيانات تتبع العين. يتم إجراء معايرة والتحقق من صحة نظام تتبع العين قبل أول تشغيل TMT (الشكل 4E)، وفي إجراء "فحص الانحراف" بين أول وثاني عملية TMT، لضمان اتساق النتائج مع مراعاة التغيرات الطفيفة المحتملة في موقع الرأس (انظر البروتوكول أدناه للمعلومات الدقيقة والتسلسل). تتكون المعايرة من اختبار تتبع عين مكون من تسع نقاط، حيث يطلب من المشارك في كل حالة تثبيت هدفه في مركز الشاشة، يليه ثمانية أهداف طرفية مختلفة بترتيب شبه عشوائي. للتحقق من الصحة، يتتبع المشارك نفس الأهداف التسعة مرة أخرى، ويستخدم نموذج المعايرة لتقدير موقع النظرة. يتيح ذلك جمع مجموعة من قياسات الأخطاء، مما يشكل الفرق بين النظرة المقدر والموقع المستهدف الفعلي. يتم الإبلاغ عن الخطأ المكاني بدرجات زاوية الرؤية عند إتمام الاختبار. المعايرة والتحقق الأوليين مقبولين إذا كان متوسط الخطأ <0.5o وأقصى خطأ هو <1.0o، وهو ما يتوافق مع التصنيف "GOOD" الذي يوفره برنامج تتبع العين. يتم تصنيف الفئات الأخرى التي تشهد أخطاء أسوأ تدريجيا على أنين، مثل "عادل"، "ضعيف"، أو "فاشل"، مما يستلزم إعادة المعايرة والتحقق. يمكن لعضو المختبر أيضا التحقق من أخطاء القيم الشاذة، والتي قد تشير إلى خطأ في التثبيت في نقطة ما، أو أنماط أخطاء منهجية تشير إلى وجود مشكلة في الإعداد في متتبع العين. بين التشغيلات، يتضمن إجراء فحص الانجراف إجراء اختبار تحقق مع تثبيت الهدف المركزي فقط. يسمح الفحص الناجح (الخطأ الأقصى < 2.00) بالاستمرار في الجولة الثانية من TMT؛ وإلا، يجب على عضو المختبر إجراء المعايرة تليها التحقق حتى يكون متوسط الخطأ <1.0O، وأقصى خطأ هو <2.0O. يتم تسجيل جميع قيم الخطأ للتقييم لاحقا. تستخدم الإعدادات القياسية لبرنامج تتبع العين لتصنيف بيانات تتبع العين إلى مشاكل. تصنف الساكادات حسب عتبات الكشف التالية: الحركة 0.1o؛ السرعة 30O/S; وتسارع 8,000O/S. جميع بيانات تتبع العين الأخرى مصنفة كثبوسات.

التصوير العصبي

يستخدم نظام تصوير بالرنين المغناطيسي من 3-تسلا مع ملف رأس ب 64 قناة للحصول على بيانات تصوير عصبي عالية الجودة. يبدأ الاكتساب التشريحي بتسلسل صدى تدرج سريع (MPRAGE) عالي الدقة ثلاثي الأبعاد، موزون بوزن T1 مقاس للسهمية (زمن التكرار/وقت الصدى/زمن الانعكاس/زاوية الانقلاب TR/TE/TI/FA=2,500 مللي ثانية/4.37 مللي ثانية/1,100 مللي ثانية/7O، عامل 2 من الاكتساب المتوازي الجزئي المعير ذاتيا المعرفي (GRAPPA)، مصفوفة 256 × 256، 192 شريحة، فوكسلات متساوية الخواص 1 مم، وقت تصوير 3 دقائق:45 ثانية). يتم بعد ذلك الحصول على قياس غير مباشر لنشاط الدماغ بواسطة الرنين المغناطيسي الوظيفي لتباين إشارة الدم المعتمد على مستوى الأكسجين (BOLD) الناتج عن الترابط العصبيالوعائي 21. بالنسبة للتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي، يستخدم الاكتساب النموذجي BOLD المرجح بوزن T2* التصوير المستوي الصدى (EPI، TR/TE/FA = 1,750 مللي ثانية/30 مللي ثانية/40O، تسريع الشريحة 2، تسريع الطور 2، مصفوفة 80 × 80، 60 شريحة، فوكسل متساوي الخواص 2.5 مم، 165 نقطة زمنية، زمن تصوير 4 دقائق:49 ثانية). تم إجراء عمليتين من هذا النوع للتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي لعلاج TMT (الموصوف أعلاه).

البروتوكول

تم اختبار وتطوير بروتوكول التجربة من خلال مشاركين متطوعين قدموا موافقتهم المكتوبة المجانية للمشاركة في الدراسة. تمت مراجعة هذه الدراسة والموافقة عليها من قبل مجلس أخلاقيات البحث (REB) في مركز سانيبروك للعلوم الصحية في تورونتو، كندا.

1. الإجراء التجريبي

ملاحظة: تحدث الخطوات من 1 إلى 5 قبل إعداد المشارك على طاولة المريض في نظام الرنين المغناطيسي. تشمل مواقع أنظمة الرنين المغناطيسي ذات الصلة منطقة وحدة التحكم، غرفة المغناطيس، وغرفة المعدات المجاورة. أجهزة الكمبيوتر والاتصالات في منطقة الكونسول عند لوحة الاختراق موضحة في الشكل 5.

  1. الإعداد العام
    ملاحظة: تم وصف البروتوكول لنظام الرنين المغناطيسي المحدد وبيئة المختبر التي يستخدمها المؤلفان المشاركان في معهد سانيبروك للأبحاث. قد تكون هناك حاجة إلى اختلافات في البروتوكولات لأنظمة وبيئات الرنين المغناطيسي الأخرى. راجع جدول المواد للحصول على قائمة كاملة بالأجهزة والبرمجيات. تم توفير نسخ مختلفة من الجهاز اللوحي الحساس للمس للباحثين بناء على ظروف موقعهم المحلي.
    1. جهز الجهاز اللوحي للتغذية الراجعة البصرية لوضع اليد (VFHP).
    2. تأكد من تثبيت الجهاز اللوحي بإحكام على إطاره وأن كاميرا الفيديو المتوافقة مع الرنين المغناطيسي متصلة.
    3. ضع شريط أزرق جديد على سطح الجهاز اللوحي، مع التأكد من تغطية مساحة سطح اللمس بالكامل، دون وجود تجاعيد كبيرة قد تعيق الرسم أو تشوه المعايرة. أزل الشريط اللاصق الزائد من حواف سطح الجهاز اللوحي.
  2. إعداد نظام الجهاز اللوحي (منطقة الكونسول)
    1. في جانب غرفة المعدات (ERS) من لوحة اختراق الترددات الراديوية (RF)، قم بتوصيل محول طاقة كاميرا الفيديو اللوحي وتوصيله بصندوق فلتر الكاميرا.
    2. وصل كابل الفيديو الخاص ب Baonet Nut Coupling (BNC) من صندوق الفلتر بمدخل الفيديو اليدوي في كمبيوتر كاميرا الفيديو اللوحي.
    3. قم بتوصيل كابل تمديد موصل D-subminiature (DB9) ذو 9 دبابيس من صندوق واجهة الجهاز اللوحي إلى الفلتر الموجود في ERS في لوحة اختراق الترددات الراديوية.
    4. بمجرد تشغيل أجهزة الكمبيوتر Stimulus/Response وكاميرا الفيديو اللوحي، قم بتوصيل كابلين USB التسلسلي العالمي من صندوق الواجهة بجهاز التحفيز/الاستجابة، وربط صندوق واجهة الجهاز اللوحي بالطاقة.
    5. استخدم كابل واجهة وسائط متعددة عالية الدقة (HDMI) لتوصيل مخرج عرض الحاسوب Stimulus/Response بمدخل فيديو التحفيز/الاستجابة في كاميرا الفيديو اللوحي.
    6. لإرسال شاشة كاميرا الفيديو المعالجة في الجهاز اللوحي إلى نظام العرض بالرنين المغناطيسي الوظيفي، قم بتوصيل كابل مصفوفة رسومات الفيديو (VGA) بين الجهازين. شغل جهاز العرض المتوافق مع MRI.
    7. قم بتوصيل جهاز الاستجابة USB (URB) BNC بنظام إخراج نبضات الزناد بالرنين المغناطيسي. قم بتوصيل طرف USB من الكابل بجهاز التحفيز/الاستجابة قبل بدء تجربة الرنين المغناطيسي الوظيفي.
  3. إعداد نظام الجهاز اللوحي (غرفة المغناطيس)
    1. أحضر كابلات اللوحة، القلم، رابط الجهاز اللوحي (DB9)، وكابلات رابط كاميرا الفيديو في الجهاز اللوحي إلى غرفة المغناطيس.
    2. قم بتوصيل كابل رابط الجهاز اللوحي وكابلات ربط كاميرا الفيديو من نظام الجهاز اللوحي إلى جانب غرفة المغناطيس (MRS) في لوحة اختراق الترددات اللاسلكية.
      ملاحظة: تأكد من عدم وجود أي انحناء أو حلقات في أي من كابلات MRS، لأن ذلك قد يسبب تسخين الترددات الراديوية.
    3. ثبت نظام الجهاز اللوحي على طاولة المرضى عن طريق إدخال مشابك الجهاز اللوحي المتوافقة مع الرنين المغناطيسي في قضبان طاولة المرضى، مع وجود مشابك لكل جانب.
    4. ضع جهاز العرض المتوافق مع الرنين المغناطيسي خلف الطرف الخلفي للمغناطيس، على بعد حوالي متر واحد من فتحة المغناطيس. قم بتركيب شاشة العرض الخلفية المتوافقة مع الرنين المغناطيسي داخل قطر المغناطيس، على بعد حوالي 2 متر من جهاز العرض (انظر الشكل 4B,C).
  4. إعداد نظام تتبع العين (غرفة المغناطيس، بدون مشارك)
    ملاحظة: تعليمات تركيب التصوير بالرنين المغناطيسي بنظام التركيب بعيد المدى مفصلة متوفرة في دليل تركيب نظام تتبع العين (انظر جدول المواد). يجب أن يعتمد وضع كاميرا تتبع العين في غرفة المغناطيس توصيات نظام تتبع العين لوضع المكونات والأسلاك في بيئة الرنين المغناطيسي، والتي قد تختلف حسب الموقع (دليل تركيب نظام تتبع العين - تركيب تركيب الكاميرا بعيدة المدى - تركيب الرنين المغناطيسي ص. 47-57)22.
    1. ضع كاميرا تتبع العين المتوافقة مع الرنين المغناطيسي داخل فتحة المغناطيس، بين شاشة جهاز العرض وحافة التجويف، بحيث يكون حامل الكاميرا على مستوى الحافة الخارجية للفتحة. ثبت نظام الكاميرا على التجويف عن طريق ضبط البراغي البلاستيكية على حامل الكاميرا.
    2. قم بتوصيل كابل الألياف الضوئية (FO) بكاميرا تتبع العين المتوافقة مع الرنين المغناطيسي. وجه كابل FO إلى منطقة الكونسول عبر دليل الموجة في الكونسول لتوصيله بواجهة كاميرا العين غير الآمنة بالرنين المغناطيسي.
    3. أحضر كابل الطاقة الخاص بجهاز تتبع العين إلى غرفة المغناطيس، ووصل طرف DB9 بفلتر لوحة الاختراق، ووصل الطرف الآخر بكاميرا تتبع العين المتوافقة مع الرنين المغناطيسي وجهاز الإضاءة الكهربائي. أزل غطاء عدسة الكاميرا.
      ملاحظة: قد يكون طرف كابل الطاقة في DB9 غير آمن لجهاز MR؛ توصيل هذا الطرف بلوحة الاختراق بأمان فور دخوله إلى بيئة الرنين المغناطيسي، مع الحفاظ على أقصى مسافة من المغناطيس. بالإضافة إلى ذلك، أبق كابل FO وكابل الطاقة بتتبع العين بعيدا عن بعضهما البعض وبعيدا عن أي كابلات أخرى على أرضية غرفة المغناطيس، لتجنب التشابك المحتمل وتداخل الإشارة.
  5. إعداد نظام تتبع العين (منطقة وحدة التحكم، بدون مشارك)
    1. عند ERS في لوحة الاختراق، قم بتوصيل محول طاقة متتبع العين بمخرج وإلى منفذ فلتر DB9 المقابل.
    2. لالتقاط مشغلات الحاسوب المحفز/الاستجابة على جهاز تتبع العين، قم بتوصيل منافذ التحفيز المتوازية بكابل DB25.
    3. للتواصل بين نظام تتبع العين وجهاز الكمبيوتر اللوحي لكاميرا الفيديو، قم بتوصيل الاثنين عبر كابل شبكة إيثرنت من الفئة 5e (CAT5e). شغل كمبيوتر تتبع العين.
  6. إعداد المشاركين (داخل غرفة المغناطيس)
    1. جهز طاولة المريض مع ملف الرأس ذو 64 قناة واطلب من المشارك الاستلقاء على الطاولة مع وضع رأسه في الملف قدر الإمكان. لمنع الحركة، أضف حشوة حول الرأس لتثبيت الوضع. استخدم ليزر العلامة للتحقق من أن الرأس في المنتصف داخل ملف الرأس.
    2. قم بضبط وضع مرآة ملف الرأس حتى يحصل المشارك على رؤية واضحة وخالية من العوائق لشاشة العرض الخلفية.
    3. ضع حامل الجهاز اللوحي فوق خصر المشارك بحيث يكون السطح الحساس للمس في وضع مريح لتسهيل مناورات الكتابة والرسم.
    4. ضع قلم الجهاز اللوحي في اليد المسيطرة للمشارك واطلب منه أن يمسك القلم كما لو كان يمسك قلما. اطلب من المشارك لمس جميع زوايا سطح اللمس الأربع باستخدام القلم لتقييم الراحة. عدل وضعية الجهاز اللوحي وأضف حشوة تحت الكوع حسب الحاجة لتقليل الإجهاد أو الانسداد.
    5. بمجرد الحصول على وضعية مريحة، ثبت نظام الجهاز اللوحي بإحكام على سرير المريض باستخدام أحزمة الفيلكرو. حرك الجهاز اللوحي والجهاز اللوحي بحذر إلى فتحة المغناطيس ببطء. تأكد من أن نظام الجهاز اللوحي لا يصطدم بحافة التجويف، وأن كابلات الجهاز اللوحي لا تتشابك (الشكل 2A).
  7. إعداد برنامج تتبع العين (منطقة الكونسول وغرفة المغناطيس)
    ملاحظة: يتم تنفيذ جميع إعداد البرمجيات على جهاز الكمبيوتر اللوحي أو كمبيوتر التحفيز/الاستجابة بواسطة أعضاء مختبر البحث باستخدام ضغطات لوحة المفاتيح ونقرات الفأرة المناسبة.
    1. على جهاز الكمبيوتر اللوحي لكاميرا الفيديو، افتح برنامج camera.exe الفيديو. أثناء تهيئة النظام، انتظر ظهور مربع الأحجار في الإعدادات ، ثم اضغط موافق باستخدام فأرة الكمبيوتر.
      ملاحظة: في هذه المرحلة، يجب أن يكون المشارك قادرا على رؤية تغذية راجعة الفيديو بملء الشاشة لوضعية يده/قلم القلم (الشكل 2D).
    2. على جهاز الكمبيوتر اللوحي لكاميرا الفيديو، افتح برنامج Screen Recorder .
    3. أنشئ جلسة تصوير شاشة جديدة لبيانات تتبع العين من المشارك باستخدام معرف المشارك.
    4. اتبع توصيات دليل المستخدم لنظام تتبع العين لضبط عتبات انعكاس البؤبؤ والقرنية، ومعايرة والتحقق من كاميرا تتبع العين (دليل المستخدم لنظام تتبع العين - الدرس التعليمي: تشغيل تجربة ص. 81 - 91)23.
      1. قم بضبط منظور كاميرا تتبع العين اليمنى للمشارك عن طريق التبديل بين وجهات نظر مختلفة للكاميرا، وتركيز العدسة، وضبط الإضاءة (الإضاءة).
      2. بمجرد تكوين قيم عتبة البؤبؤ وانعكاس القرنية (CR) المقبولة، سجل القيم، والمضي قدما في معايرة 9 نقاط (اضغط C).
      3. تحقق من المعايرة (اضغط V). سجل متوسط وأقصى قيم زاوية التحقق قبل الانتقال إلى تجربة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. إذا تم تحقيق نتائج معايرة دون المستوى (عادل أو ضعيف)، يكرر المعايرة/التحقق حتى تحقق نتائج جيدة ، مما يعادل متوسط خطأ <0.5o وخطأ أقصى <1.0o (الشكل 4D,E).
  8. معايرة الألواح
    1. استخدم جهاز التحفيز/الاستجابة لمعايرة سطح اللمس في الجهاز اللوحي.
    2. افتح معايرة ELO بثلاث نقاط لبدء معايرة الجهاز اللوحي.
    3. أمر المشارك باستخدام القلم الكهربائي للمس وتحرير الأهداف الثلاثة التي تظهر على الشاشة بشكل متتالي ضمن الوقت المحدد.
    4. بعد اكتمال المعايرة، افتح تطبيق تحرير الرسومات المشار إليه (انظر جدول المواد) وطلب من المشارك الرسم بحرية للتأكد من أن القلم يتتبع بشكل صحيح. كرر الخطوات 8.1–8.4 حسب الحاجة.
      ملاحظة: الحركات المتكررة أو القفزات في رسومات استجابة الجهاز اللوحي تشير إلى أن القلم لا يتتبع جيدا ويحتاج إلى إعادة معايرة.
  9. بروتوكول التدريب
    1. لتعريف المشارك بالكتابة والرسم على واجهة الجهاز اللوحي، اطلب منه اتباع التعليمات الإرشادية من خلال مهمة تدريبية ذاتية من دراسة أساسية للاهتزازات24. يشمل ذلك توقيع المشارك باسمه وأداء مهمة فاهن-تولوسا-مارين ريمور، التي تتضمن رسم خطوط حلزونية وأفقية بين إرشادات أضيق بشكل متزايد.
    2. لتعريف المشارك ب TMT، وجهه خلال مهمة تدريبية ذاتية الوتيرة تتكون من نسخ مبسطة من TMT-A و TMT-B، مع 12 عنصرا فقط. بعد هذا التدريب، وجههم عبر نسخ بديلة كاملة الحجم من TMT-A و TMT-B، مع إعادة ترتيب العناصر باستخدام نفس توقيت المهمة التجريبية. راقب أداء المشاركين لضمان بقاء الجهاز اللوحي معايرا جيدا وأن المشارك ينفذ مهمة TMT وفقا للتعليمات.
  10. النموذج التجريبي
    ملاحظة: ينفذ هذا السير تصميم كتلة TMT الموضح أعلاه.
    1. ابدأ تسجيل جهاز تتبع العين. على جهاز الكمبيوتر اللوحي لكاميرا الفيديو، اختر بدء التسجيل في برنامج مسجل الشاشة .
    2. على كمبيوتر المنبه/الاستجابة، افتح ملف السكريبت TMT-Run1_slow.ebs2 E-Prime (E-Run).
    3. قم بالاتصال النهائي بمخرج الزناد لنظام الرنين المغناطيسي: قم بتوصيل جهاز URB بجهاز التحفيز/الاستجابة.
    4. أدخل معرف المشارك ورقم الجلسة عند طلب ذلك من سكريبت E-Run.
    5. أعط المشارك تعليمات شفهية لإكمال TMT باستخدام جهاز الاتصال الداخلي لنظام الرنين المغناطيسي (الشكل 6). تأكد من أن المشارك جاهز للمضي قدما.
    6. سيقدم سكريبت E-Run للمشارك تعليمات TMT. سيبدأ تنفيذ أول عملية من شروط التثبيت البصري وTMT-A وTMT-B بمجرد إرسال نبضة محفز من نظام الرنين المغناطيسي في بداية fMRI عبر URB.
    7. راقب بيانات جهاز تتبع العين أثناء التشغيل لضمان استقرار الإشارة (عضو مختبر واحد). بالإضافة إلى ذلك، راقب أداء TMT (ردود القلم) للمشارك للتأكد من اتباعه للتعليمات المعطاة وعدم وجود مشاكل في الإعداد (مثل عرض الفيديو غير الموثوق، تتبع القلم بشكل سيء، إلخ؛ عضو المختبر الثاني). اطلب من العضو الثاني أيضا ملاحظة وجود أي أخطاء أداء ل TMT-A أو TMT-B، ورقم التجربة.
    8. بعد انتهاء الجري، أوقف تسجيل العين وقم بتصحيح الانحراف، وفقا لتوصيات دليل المستخدم لنظام تتبع العين (ص. 91-92)23. إذا أدى اختبار الانجراف إلى خطأ < 2.0°، استمر. إذا كان الخطأ هو ≥2.0، قم بمعايرة/التحقق حتى يكون متوسط الخطأ <1.0° وأقصى خطأ <2.0°.
    9. في الجولة الثانية، أعد تشغيل جلسة تسجيل العين، وافتح ملف السكريبت E-Run TMT-Run2_slow.ebs2 على كمبيوتر Stimulus/Response. أدخل نفس معرف المشارك ورقم الجلسة كما في الجولة الأولى. كرر تعليمات المهمة (الشكل 6). مرة أخرى، ستبدأ نبضة الزناد المهمة بمجرد بدء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. أما بالنسبة لأول تجربة TMT، فدع العضو الثاني في المختبر يلاحظ وجود أي أخطاء أداء في TMT.
    10. بمجرد الانتهاء من التجربة، أكمل عملية تحقق أخير لتتبع العين (الخطوة 7.4.3) وسجل متوسط وأقصى قيم للخطأ. ثم اضغط على ملف | أغلق برنامج تتبع العين لتصدير البيانات. أخرج المشارك من المغناطيس، وابدأ في تفكيك المعدات.
  11. تفكيك المعدات وحفظ البيانات
    1. سيتم حفظ بيانات TMT تلقائيا على كمبيوتر المنبه/الاستجابة في نفس المجلد الذي يحتوي عليه سكريبتات TMT.
    2. سيتم حفظ بيانات تتبع العين بمجرد إغلاق جلسة التسجيل.
    3. في برنامج SR Research Screen Recorder على جهاز كاميرا الفيديو اللوحي، انتقل إلى ملف واختر إغلاق – سيقوم هذا بنقل الملفات من كمبيوتر تتبع العين إلى كمبيوتر كاميرا الفيديو اللوحي.
      ملاحظة: مجرد الخروج من نافذة البرنامج لن يؤدي إلى نقل/حفظ البيانات التجريبية بشكل صحيح.
    4. بمجرد اكتمال نقل البيانات، أغلق جميع أجهزة الكمبيوتر ومعدات التخزين.

2. التحليل

  1. مشارك
    1. لإثبات البروتوكول وتأثيره المحتمل، تم جمع بيانات TMT المعتمدة على الأقراص، وتتبع العين، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي من مشارك في الفوونتر (امرأة سليمة تبلغ من العمر 22 عاما تستخدم اليد اليمنى) دون أي تاريخ مبلغ عنه من اضطرابات عصبية أو نفسية أو كتابية.
  2. مقاييس الحركة اللوحية
    1. تحليل بيانات اللوح الحركي الخام (موقع القلم في إحداثيات x,y) باستخدام سكريبتات مخصصة مكتوبة ب MATLAB المتوفرة على GitHub25. تتم معالجة البيانات الخام باستخدام السكريبت المخصص NPTF2F_CompleteAnalysis.m، الذي يستدعي سكريبتات مخصصة إضافية: NPTF2F_RemoveErrors.m; NPTF2F_SpeedData م؛ NPTF2F_SignalData مساء؛ getAverageForce.m; getTotalDistance.m; sigfilt1.m; spikeRemoval.m; و zeroX.m. لتشغيل NPTF2F_CompleteAnalysis.m، يتم تحديد اسم المشاركين المدخل، وتاريخ جمع البيانات، وترتيب تسلسل النبضات (EPI/INI أو INI/EPI)، حيث يشير INI إلى التصوير العكسي26.
      ملاحظة: يمكن إجراء جمع بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي المرتبط ب TMT في مؤسسة المؤلفين في أي من وضعي التصوير، مع اختيار EPI هنا (انظر التصوير العصبي أعلاه). يسجل استحواذ التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي للمعهد الهندي نشاط الدماغ بدقة زمنية أعلى وهو خارج نطاق العمل الحالي. عند تشغيل السكريبت، يتم التحليل في عدة أقسام. القسمان 0 و1 يملأان مساحة عمل MATLAB ويقرأان ويخزنان البيانات من ملفات النص المدخلة على التوالي.
      1. يطلب القسم 2 من المستخدم إدخال عدد الروابط الكلية والصحيحة والخاطئة من التحليل البصري لأداء تجارب TMT-A. تأكد من أن التحليل البصري يميل إلى التساهل في الحكم؛ إذا لم يلمس المشارك دائرة ولكن تم محاولة واضحة في اتجاه الدائرة، يعتبر الرابط صحيحا. وبالمثل، إذا تجاوز المشارك دائرة واصطدم بدائرة مجاورة أثناء إعادة توجيه القلم إلى الدائرة الصحيحة التالية، فلا تعتبر هذا رابطا إضافيا (وغير صحيح).
        ملاحظة: نطاق التحليل الحالي يفحص فقط التجارب الصحيحة بالكامل أو الروابط الصحيحة التي تم إجراؤها داخل التجربة. يسمح القسم 3 بإزالة أخطاء الربط في كل تجربة. لا حاجة لإزالة البطاقات في هذه الحالة لأن المشارك لم يرتكب أي أخطاء في الربط.
      2. انتظر حتى يقوم القسم 4 بحساب الإحصائيات من بيانات التجربة عن طريق استدعاء دالة NPTF2F_SpeedData().
      3. انتظر حتى يتصل القسم 5 ب NPTF2F_SignalsData().
      4. راقب القسم 6 وهو يخرج بيانات الحركة اللوحية بصيغة مناسبة لمعالجة البيانات الإضافية (16 تجربة × 15 معاملة).
  3. جمع البيانات لقياس ميزات الأداء والإحصاءات الوصفية على أساس كل تجربة.
    1. حدد وقت الإكمال بأنه الوقت الذي يستغرقه المشارك للوصول إلى الحرف التسلسلي النهائي من بداية تجربة TMT، مع تحديد حد أعلى بأقصى مدة كتلة 40 ثانية (تجارب TMT-A) أو 60 ثانية (تجارب TMT-B).
    2. احسب السرعة (بكسل في الثانية، [px/s]) كتغير في إحداثيات x,y (كدالة لحركة القلم) مع مرور الوقت. مساحة نشاط لوحة اللمس هي 129 مم × 97 مم، ومساحة عرض التحفيز هي 103 مم × 77 مم (1,024 × 768 بكسل، زاوية بصرية 9.0° × 6.7°، دون احتساب المنطقة المحيطة في الفيديو المباشر الذي يظهر الجهاز اللوحي وأيدي المشارك).
    3. وبالنظر إلى احتمال حدوث تأثيرات سقف نتيجة لفترات الكتل الثابتة (أي الفشل في إكمال TMT-A أو TMT-B ضمن أقصى مدة زمنية)، احسب مقياسا آخر، ثوان لكل وصلة (SPL)15، عن طريق قسمة وقت الإكمال (الثواني) على عدد الروابط (استجابات القلم الصحيحة التي تربط بين عنصرين).
      ملاحظة: تشير قيم SPL الأعلى إلى أداء ربط أبطأ والعكس صحيح.
    4. استخدم ملف تسجيل الفيديو الخاص بشاشة تتبع العين لتأكيد إكمال المهمة بشكل عام وتسجيل أي سلوك خاطئ (مثل الربط غير الصحيح، رفع القلم).
      ملاحظة: لم يكن لدى المشارك في هذه الحالة أداء خاطئ في TMT.
    5. استخدم قيم سرعة المتوسط والربع الأول والثالث للتمييز بين فترات الربط وعدم الربط لكل تجربة، كما هو موضح أدناه.
    6. حدد فترات الربط (قيم السرعة فوق الربع الأول) من خلال التسارع السريع إلى قيم السرعة القصوى متبوعا بتباطؤ بنفس القدر.
    7. عرف السرعات تحت الرباعي الأول كفترات غير ربط، وتتميز بسلوك البحث البصري قبل سلوك الربط المقصود.
      ملاحظة: تم توصيف هذه السلوكيات المرتبطة وغير المتصلة، وارتباطاتها العصبية، مؤخرا في دراسة حول أداء TMT المعتمد على الأقراص لدى الشباب خلال تخطيط كهربائي الدماغ10.
    8. استخدم فترات الربط وفترات عدم الربط لتحديد مدة الربط (متوسط الوقت المستغرق في ربط رابط، [ms])، ومدة عدم الربط (متوسط الوقت المستغرق في البحث عن الاتصال التالي، [ms])، على التوالي.
    9. احسب المسافة الكلية (D) لاستجابات القلم خلال التجربة بالبكسل كمؤشر آخر للتباين بين المحاولات. احسب متوسط النسبة المئوية للمسافة الإضافية المقطوعة (EDT) لكل تجربة، معبرا عنها كنسبة مئوية من المسار الأمثل (الأقصر).
    10. احسب المسافة لكل وصلة (DPL، px/link) كمتوسط المسافة المقطوعة لتشكيل وصلة واحدة في كل تجربة.
    11. احسب القوة المتوسطة (وحدات عشوائية، [au]) عبر فترات الربط وغير الربط فقط، مع حذف البيانات بين التجارب.
  4. مقاييس تتبع العين
    1. عرض ومعالجة بيانات تتبع العين على أساس كل تجربة، باستخدام البرنامج الأصلي لنظام تتبع العين (انظر جدول المواد).
    2. يتم إثبات المفهوم والإمكانات لبيانات تتبع العين مع متوسط الوقت بشكل منفصل لكامل ظروف أداء TMT-A وTMT-B. تحليل وفصل البيانات عن تدفق البيانات المستمر المسجل لكل تشغيل، بناء على رموز المحفزات الزمنية التي يولدها كمبيوتر المنبه/الاستجابة، مع الإشارة إلى بداية ونهاية كل كتلة مهمة TMT-A وTMT-B ضمن ملفات بيانات EDF التي تتبع العين.
    3. أبلغ عن الإحصائيات الوصفية، بما في ذلك عدد الساكادا، وعدد التثبيت، ووقت التثبيت (مللي ثانية)، ونسبة التثبيت، وعدد الرمش، ومعدل الومش (رمش/ث)، وحجم البؤبؤ (بوحدات عشوائية [au]).
      ملاحظة: تعريفات محددة لكل معلمة مدرجة في الجدول 1. يتم إنتاج الإحصائيات المتعلقة بالتثبيت والسكاد عبر مولدات التقارير المدمجة في البرنامج باستخدام قيم العتبة والسعة الافتراضية.
  5. التقارير الإحصائية
    1. نظرا لطبيعة إثبات المفهوم للتجربة، التي تشمل مشاركا واحدا في البحث، قم بإجراء اختبارات إحصائية بسيطة دون تصحيح للمقارنات المتعددة. احسب متوسط مقاييس تتبع الأجهزة اللوحية والعين ل TMT-A و TMT-B عبر تجربتي الاختبار (بمجموع أربع مرات لكل حالة اختبار).
    2. لكل قرص ومقياس تتبع العين، استخدم اختبار t ثنائي الذيل لتقييم ما إذا كانت هناك فروق ذات دلالة إحصائية بين جزئي TMT-A (TMT-B مقابل TMT-A).
  6. بيانات التصوير العصبي
    1. إنشاء خرائط إثبات المفهوم للتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي لنشاط الدماغ باستخدام تحليل التصوير العصبي الوظيفي (AFNI) المجاني27، الذي يعتمد على نطاق واسع في مجتمع البحث.
      ملاحظة: يتم توفير سكريبت يوضح خطوط تحليل الصور المحددة وخيارات المعلمات على GitHub25. باختصار، تسلسل خطوات معالجة الصور في AFNI لتقييم نشاط الدماغ في كل موقع من عناصر الحجم (فوكسل) في الدماغ هو كما يلي:
      1. قم بدمج بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي من جرحتي TMT.
      2. قم بتنفيذ خطوات المعالجة المسبقة قبل توليد خريطة التفعيل، بما في ذلك التصحيحات حسب الفوكسل للارتفاعات (الشاذة) في سعة إشارة fMRI كدالة للزمن، والتأثيرات الفسيولوجية المتعلقة بالتنفس ونبض القلب28، زمن اكتساب شريحة الصورة، والحركة.
      3. محاذاة بيانات الرنين المغناطيسي التشريحي المرجحة بوزن T1 مع قالب أطلس دماغي قياسي29,30 باستخدام إجراء تشوه غير خطي.
      4. طبق معلمات الانتقال على بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي.
      5. تقوم بتصفية بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي مكانيا باستخدام نواة غاوسية بعرض كامل بعرض 5 مم عند نصف الحد الأقصى (FWHM).
      6. اقسم مسار الزمن للتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي عند كل فوكسل على القيمة المتوسطة ثم اضرب في 100 لإعادة تكبير إشارات الرنين المغناطيسي الوظيفي إلى وحدات نسبية.
      7. أدخل بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي في نموذج خطي عام (GLM) يشمل موجات الصندوق التي تمثل أوقات نشطة خلال كتل المهام TMT-A وTMT-B (المستمدة من بيانات اللوح) مع دالة استجابة هيموديناميكية معيارية، بالإضافة إلى منحكرات لتقلبات التردد المنخفض، ومشتقات الحركة والحركة، ومنحدات فسيولوجية لإزالة التأثيرات المتبقية لدورات القلب والتنفس.
      8. حساب الخرائط الأولية المقابلة لتنشيط الدماغ (معاملات بيتا من تحليل GLM على مستوى الفوكسل) لأ) متوسط أداء TMT-A بالإضافة إلى TMT-B مقابل التثبيت؛ و ب) متوسط أداء TMT-B – TMT-A. أبلغ عن كل خريطة عند p < 0.0005 ثم طبق عتبة حجم العنقود لتصحيح مقارنات متعددة عند p < 0.05.

النتائج

باستخدام ملف تسجيل شاشة تتبع العين، تعرض الأداءات التمثيلية ل TMT-A و TMT-B في نقطة زمنية واحدة في بيئة الواقع المعزز في الشكل 7A,B على التوالي. تظهر أداءات TMT-A وTMT-B (الخط الأزرق) وبيانات النظرة (الخط الأحمر) على فترات متتالية مدتها 2.5 ثانية في الشكل 7C,D على التوالي. تم اختيار هذه الفترة الزمنية لتسهيل تصور عدة حالات متتالية من سلوك الربط في رسم بياني واحد. الفترة الزمنية الأقصر تظهر فقط رابطا واحدا (أو لا شيء)، بينما الفترة الزمنية الأطول تظهر روابط أكثر وفوضى ويكون من الصعب تفسيرها بصريا. عند فحص الشكل 7C,D بشكل خاص، يتضح أنه خلال الثواني الأولى من أداء TMT-A و TMT-B، يبحث المشارك بصريا ويشفرغ عن أول الروابط التي يجب إنشاؤها قبل تحريك القلم. هناك أيضا مؤشرات على أنه طوال أداء TMT-A وTMT-B للفواصل الزمنية المعروضة، يسبق النظرة (وسلوك البحث البصري) الحركات المناسبة لربط القلم الموسيقي.

يلخص الجدول 1 متوسط مقاييس الحركة وتتبع العين للمشارك لأداء TMT عبر جميع التجارب (أربع حالات من TMT-A، وأربع حالات TMT-B، عبر جولتين منفصلتين). كانت أوقات إكمال TMT-B (31.3 ثانية ± 6.0 ثانية) أكبر من TMT-A (24.0 ثانية ± 5.7 ثانية) (p = 0.06). وهذا يتوافق مع المعالجة الذهنية الأكثر تعقيدا المطلوبة لأداء TMT-B. لم يكن متوسط سرعة أداء سحب الروابط أبطأ بشكل ملحوظ ل TMT-A (0.35 ± 0.04 بكسل/مللي ثانية) مقارنة ب TMT-B (0.36 ± 0.13 بكسل/مللي ثانية) (p = 0.91)، بينما اتجه SPL أكثر ل TMT-B (1.31 ± 0.25 ثانية) مقارنة بTMT-A (1.00 ± 0.24 ثانية) (p = 0.06). لم تكن فترات الربط المتوسطة مختلفة بشكل ملحوظ (702 ± 299 مللي ثانية (TMT-B) و729 ± 221 مللي ثانية (TMT-A) (p = 0.92))، وكذلك فترات غير الربط (576 ± 451 مللي ثانية (TMT-B) و260 ± 29 مللي ثانية (TMT-A) (p = 0.23)). لم تكن المسافة الكلية (D) مختلفة بشكل ملحوظ ل TMT-B (10,300 ± 1,270 بكسل) مقارنة ب TMT-A (10,600 ± 1,930 بكسل) (p = 0.52). كانت نسبة المسافة الإضافية المقطوعة (EDT) بالنسبة لأقصر مسافة ممكنة 27.1 ± 7.1٪ ل TMT-A و24.2 ± 6.3٪ ل TMT-B (p = 0.59). كانت المسافة لكل وصلة (DPL) ل TMT-A 442 ± 80 بكسل/رابط و429 ± 53 بكسل/وصلة ل TMT-B (p = 0.52). اتجهت قوة القلم إلى ارتفاع طفيف في المتوسط ل TMT-B (9.3 ± 1.8) مقارنة ب TMT-A (5.5 ± 3.5) (p = 0.11). لم تحدث أي أخطاء خلال أي من الحالتين في أي من الحالتين. تتوافق هذه النتائج مجتمعة مع التفسير القائل بوجود تفاوت كبير في الأداء الحركي بين كل من TMT-A وTMT-B، بحيث يتم تجاهل أي اختلافات محتملة بين جزئي TMT بسبب التعقيد المعرفي في متوسط سرعة رسم الروابط، مدة فترة الربط، فترة عدم الربط، D، EDT، DPL وقوة القلم في التحليل على مستوى المشارك الفردي بسبب العرض العشوائي شبه العشوائي للمحفزات على الشاشة. ومع ذلك، كما هو متوقع، فإن الاتجاه في زيادة نسبة الارتفاع في نسبة الاستهلاك العالية ل TMT-B مقارنة ب TMT-A يتفق جيدا مع النتائج المتعلقة بزمن الإنجاز، مما يعكس الارتباط القوي بين المقياسين.

أظهرت بيانات تتبع العين اتجاها نحو المزيد قليلا من الساكادات في TMT-B (90 ± 24) مقارنة ب TMT-A (71 ± 22) (p = 0.10). كانت النتائج المماثلة للتثبيتات متطابقة تقريبا، نظرا لأن الساكاد والتثبيتات مرتبطة ارتباطا وثيقا. كان متوسط وقت التثبيت في TMT-A 308 ± 40 مللي ثانية، بينما كان متوسط زمن التثبيت في TMT-B 314 ± 32 مللي ثانية (p = 0.32). كان متوسط نسبة الوقت الذي يقضى في التثبيت (نسبة التثبيت ٪) ل TMT-A 90.0 ± 2.3٪، وهو اختلاف كبير عن القيمة 88.7 ± 2.1٪ ل TMT-B (p = 0.01). كان عدد الرمش لكل تجربة أعلى بشكل ملحوظ في TMT-B (5.0 ± 2.6) مقارنة ب TMT-A (2.0 ± 1.2) (p = 0.04). عند أخذ الفرق في متوسط وقت الإكمال بين الاختبارات في الاعتبار، كان معدل الوميض لا يزال أكبر بشكل ملحوظ ل TMT-B (0.15 ± 0.06 ومضات/ثانية) مقارنة ب TMT-A (0.08 ± 0.05 ومضات/ثانية) (p = 0.03)، كما هو متوقع للمهمة الأولى، لأنها أكثر تطلبا معرفيا. ظل متوسط حجم البؤبؤ متشابها جدا عبر الحالات (1,588 ± 140 ل TMT-A؛ 1,648 ± 59 ل TMT-B) (p = 0.29).

عند تحليل نشاط الدماغ خلال كلا الحالتين للمهمة (TMT-A وTMT-B مقابل التثبيت البصري)، لوحظ تنشيط إيجابي واسع الانتشار بشكل كبير، إلى جانب عدة مجموعات نشطة سلبية (والتي كانت تميل لأن تكون أصغر). شملت أعلى 25 مجموعة من حيث الحجم التنشيط الإيجابي في أجزاء المخيخ الإنسي والجانبي، واللولب الأيسر قبل الخصم، والفصوص الجداري العلوي والسفلي، والتلفيف القذالي الأوسط الأيسر، والتلفة ما قبل المركزية، والتلفيف الأيسر بعد المركزي، والتلفيف الجبهي العلوي الأيسر، والتلفيف القذالي العلوي الأيمن، والمناطق الحركية الإضافية، والقشرة الحزامية الوسطى اليسرى، والتلفيف فوق الهامشي الأيمن، والتلويف الجبهي الأوسط الأيسر، والتلفيف الكالكاريني الأيمن. تظهر مجموعة فرعية من هذه التفعيلات في صور تمثيلية في الشكل 8. كان هناك تنشيط سلبي في التلفيف الزاوي، التلفيف الجبهي العلوي الأيسر، التلفيف الصدغي الأوسط، التلفيف الجداري السفلي الأيمن، التلفيف الصدغي العلوي الأيمن، التلفيف الأيمن بعد الوسط، التلفيف العلوي الأيمن، التلفيف الجبهي السفلي الأيسر (pars orbitalis)، الفص شبه المركزي الأيمن، والتلفيف الأيمن قبل المركزي. ومع ذلك، لم تلاحظ أي فعاليات إيجابية أو سلبية ذات دلالة إحصائية في التباين بين TMT-B وTMT-A. كما ذكر في النقاش (انظر أدناه)، فإن هذه الملاحظات الجماعية للتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي تتوافق مع نتائج التصوير السابق التي تم الحصول عليها في المختبر.

figure-results-1
الشكل 1: مخطط مفاهيمي للجهاز التجريبي. (أ) يستخدم جهاز الكمبيوتر للتحكم في الجهاز وإدارة الاختبارات المعرفية، ولتصوير النتائج كما ينفذها (ب) الحاسوب. تمر كابلات الطاقة والتحكم وتسجيل البيانات عبر لوحة اختراق الترددات الراديوية (C). تشمل الأجهزة الرئيسية جهاز لوحي محوسب متوافق مع الرنين المغناطيسي (D) يتكون من سطح حساس للمس وقلم إبرالي، ومضيء دايود يصدر الضوء، وكاميرا فيديو "كاميرا فيديو لوحي" تلتقط حركات اليد والقلم القلم. (ه) مرآة عاكسة مثبتة على ملف الرأس تتيح تتبع عين المشارك المستلقى على (و) طاولة المريض في نظام الرنين المغناطيسي، باستخدام (ز) نظام تسجيل فيديو عن بعد. كما تتيح المرآة للمشارك مشاهدة محفزات الاختبار، واستجابات الجهاز اللوحي، وحركات اليد أو القلم المرتبطة بها على (H) شاشة عرض خلفية كما هو مقدم من (I) نظام إسقاط متوافق مع الرنين المغناطيسي عن بعد. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-2
الشكل 2: القرص اللوحي (الجهاز). (أ) تخطيط الجهاز اللوحي على طاولة المريض مع مشارك متطوع. (ب) صورة مقربة للجهاز اللوحي، والحامل، والقلم (أصفر) في اتجاهين مختلفين تظهر ترتيب "كاميرا الفيديو اللوحي" ومضيء الصمام الثنائي الصادر عن الضوء. (ج) كاميرا فيديو لوحية وحواسيب محفز/استجابة للتحكم في نظام الجهاز اللوحي، من منطقة وحدة تحكم الرنين المغناطيسي. (د) وجهة نظر تمثيلية لبيئة الواقع المعزز أثناء أداء المشارك لاختبار TMT-A. تشير النقطة الحمراء إلى موقع النظرة الفورية ولا تظهر للمشارك. (ه) نظام إسقاط متوافق مع الرنين المغناطيسي لعرض بيئة الواقع المعزز للمشارك، على شاشة العرض الخلفية. الشاشة مركبة في فتحة المغناطيس ولا ترى في هذا المشهد؛ انظر الشكل 4 لتوضيح واضح. الاختصار: TMT = اختبار رسم المسارات. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-3
الشكل 3: اختبار صنع المسارات كيميائي. مخطط توقيت إعطاء TMT أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. الأعلى: مخطط توقيت يوضح مدة كتل TMT-A وTMT-B وكتل التثبيت، التي تنفذ في كل من جولتين. الأسفل: عرض صور نموذجية لكل حالة. لاحظ أن تجارب TMT-A وTMT-B تتضمن أنماط تحفيز مختلفة لكل تجربة بحيث لا يقوم المشاركون بالأداء بناء على الذاكرة المكانية. جميع تجارب التثبيت البصري تتضمن نفس عرض الصورة. الاختصارات: TMT = اختبار رسم المسار؛ fMRI = الرنين المغناطيسي الوظيفي; TMT-A = الجزء A; TMT-B = الجزء B; تثبيت = تثبيت بصري. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-4
الشكل 4: متتبع العين. (أ) صورة لكاميرا فيديو للعين المتوافقة مع الرنين المغناطيسي، وجهاز إضاءة، وحامل. (ب) صورة من فتحة فتحة المغناطيس الأمامية، تظهر العلاقة المكانية بين جهاز تتبع العين والجهاز اللوحي، وملف الرأس والمرآة، وشاشة الإسقاط. (ج) صورة من فتحة المغناطيس الأمامية مع إزالة ملف اللوح والرأس، موضحة العلاقة بين جهاز العرض وشاشة العرض المستخدمة مع الجهاز اللوحي، وكاميرا تتبع العين والإضاءة الكهربائية. (د) بيئة برنامج تتبع العين التي تعرض تسجيل فيديو لمشارك في مجال رؤية واسع وحقل مقصوص ومكبير حيث يتم اكتشاف انعكاسات القرنية لتمكين تتبع العين، ويتم اكتشاف البؤبؤ لتسجيل قطر البؤبؤ. (ه) أمثلة على لقطات شاشة أثناء معايرة والتحقق من جهاز تتبع العين. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-5
الشكل 5: وحدة التحكم والتصوير pو.p. (A) منطقة تحكم الرنين المغناطيسي التي تعرض الشاشات الأربع المستخدمة في التجارب. من اليسار إلى اليمين: متتبع العين؛ كاميرا فيديو لوحي؛ المحفز/الاستجابة عبر الحوية؛ ووحدة تحكم نظام الرنين المغناطيسي. (ب) صورة لجانب غرفة المغناطيس من لوحة الاختراق تظهر جميع الاتصالات المادية ذات الصلة. (ج) وصلات مماثلة على جانب غرفة المعدات. الاختصار: BNC = اقتران صامولة الحربة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-6
الشكل 6: اللفظي يسأل عنالبنيات. تتضمن مهمة التدريب استخدام المشاركين للجهاز اللوحي والقلم لرسم خط سلس بين الإرشادات، وتعريفهم بالجهاز قبل الاختبار المعرفي. يتكون TMT من جزأين: الجزء A يتطلب ربط الدوائر المرقمة بترتيب تصاعدي، بينما يتناوب الجزء B بين الأرقام والحروف بترتيب تصاعدي. الاختصار: TMT = اختبار رسم المسار. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-7
الشكل 7: تعديل TMT p. عينات زمنية من (أ) أداء TMT-A و(ب) أداء TMT-B في الواقع المعزز من منظور المشارك. النقطة الحمراء في كل صورة تمثل نقطة النظرة. الصور هي إطارات من شاشة تتبع العيون لتسجيل ملف الفيديو؛ لاحظ أن المشارك لا يمكنه رؤية نقطة النظرة أثناء أداء الاختبار. (C,D) فترات زمنية متتالية مدتها 2.5 ثانية لأداء TMT-A وTMT-B (خطوط زرقاء)، بما في ذلك بيانات النظرة المعتمدة على الزمن (الخطوط الحمراء)، على التوالي. تظهر الساكاد كخطوط حمراء رفيعة، بينما تظهر "العقد" أيضا حيث لا يتحرك النظرة بسرعة، مما يشير إلى التثبيت. الاختصار: TMT = اختبار رسم المسار. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-8
الشكل 8: الرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI activation maps). التنشيط (تباين إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي) ل (TMT-A و TMT-B) مقابل التثبيت. مواقع القطع تفصل بينها 14 مم عند إحداثيات Z المحددة في فضاء الأطلس المجسم. يمثل شريط اللون نسبة تباين إشارة BOLD في المناطق التي تم تنشيطها بشكل كبير، مع القيم الموجبة التي تظهر تفعيل أعلى من الأساسي. الاختصارات: fMRI = تصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي؛ TMT = اختبار رسم المسار؛ L = يسار؛ R = يمين؛ BOLD = يعتمد على مستوى أكسجة الدم. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

المعاملالتعريفTMT ATMT Bقيمة P (ذيلة ذيلين، مزدوجة)
وقت الإكمالمتوسط الوقت (بالثواني) المستغرق لإكمال كل تجربة24.0 (± 5.7)31.3 (± 6.0)0.06
السرعة (px/ms)متوسط السرعة (بالبكسل في الميلي ثانية) لحركة القلم
خلال كل محاكمة		0.35 (± 0.04)0.36 (± 0.13)0.91
الثواني لكل رابط، SPL
(رابط)		متوسط الوقت (بالثواني) الذي يستغرقه إكمال كل رابط في كل تجربة1.00 (± 0.24)1.31 (± 0.25)0.06
مدة الربط (ms)متوسط الوقت (بالملي ثانية) الذي يقضيه في توصيل كل رابط طوال الوقت
كل محاكمة		729 (± 221)702 (± 299)0.92
مدة عدم الربط
(موسيقى)		متوسط الوقت (بالملي ثانية) الذي يقضى في البحث عن الاتصال التالي
خلال كل محاكمة		260 (± 29)576 (± 451)0.23
المسافة الكلية (px)متوسط المسافة (بالبكسل) التي قطعها القلم في كل تجربة10600 (± 1930)10300 (± 1270)0.52
مسافة إضافية
سافروا، بتوقيت شرق الولايات المتحدة (٪)		متوسط المسافة الإضافية المقطوعة لكل تجربة، معبرا عنها ك
نسبة المسار الأمثل (الأقصر) الممكنة		27.1 (± 7.1)24.2 (± 6.3)0.59
المسافة لكل رابط، DPL
(px/link)		تم قطع متوسط المسافة (بالبكسل) لتشكيل رابط واحد في كل تجربة441 (± 80)429 (± 53)0.52
القوة (وحدات التحويل)القوة المتوسطة (بوحدات عشوائية) التي تمارس على شاشة الجهاز اللوحي في كل تجربة5.5 (± 3.5)9.3 (± 1.8)0.11
كونت الساكادمتوسط عدد الساكاد في كل تجربة71 (± 22)90 (± 24)0.10
عدد التثبيتمتوسط عدد الاهتمامات في كل تجربة71 (± 22)90 (± 24)0.09
وقت التثبيت (ms)متوسط الوقت (بالملي ثانية) لكل تثبيت في كل تجربة308 (± 40)315 (± 32)0.32
نسبة التثبيت
(%)		متوسط نسبة الوقت الذي يقضيه في الهوس طوال كل تجربة90.0 (± 2.3)88.7 (± 2.1)0.01
عد الوميضمتوسط عدد الرمش في كل تجربة2.0 (± 1.2)5.0 (± 2.6)0.04
معدل الوميض (رمش/ثانية)متوسط عدد الرميضات التي يتم تنفيذها في الثانية خلال كل تجربة0.08 (± 0.05)0.15 (± 0.06)0.03
حجم البؤبؤ (التفتيش
الوحدات)		متوسط حجم البؤبؤ خلال كل تجربة1588 (± 140)1648 (± 59)0.29

الجدول 1: إحصائيات ملخصة لمقاييس الحركة اللوحية ومقاييس تتبع العين، تم جدولها لأداء TMT-A وTMT-B من قبل امرأة شابة سليمة. تعطى تعريفات كل مقياس مع الانحراف المعياري الموضح بين قوسين. المقاييس المعروضة بالخط المائل تتضمن المتوسط عبر أداء الربط في كل تجربة ثم المتوسط لاحقا عبر جميع التجارب، ل TMT-A وTMT-B على التوالي. تذكر قيم P لاختبار t ثنائي الطرفين للفروق في القيم المترية بين TMT-A وTMT-B. تشير قيم P الظاهرة بالخط العريض إلى تأثيرات ذات دلالة كبيرة للاختبار ذو الذيلين عند p < 0.05. المائل = متوسط المتوسطات لكل اختبار. مخطط بالخط العريض = يجتاز اختبار الثنائي الزوجي.

المناقشة

يعرض العمل الحالي بروتوكولا شاملا لجمع بيانات تتبع العين والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي في الوقت نفسه أثناء أداء ToC المعتمد على الأجهزة اللوحية. تقيم المناقشة التالية أولا جوانب مختلفة من البروتوكول، ثم تركز على النتائج المعروضة لمشارك ممثل. كما تم ذكر التطبيقات المستقبلية للبروتوكول طوال الكتاب.

تم تصميم البروتوكول بعناية على مدى سنوات عديدة بناء على خبرة طويلة مكتسبة في تطوير نظام الأقراص وإجراء أبحاث الرنين المغناطيسي الوظيفي التي تشمل إما الجهاز اللوحي أو تتبع العين (ولكن دون دمج المكونين الأخيرين). على وجه الخصوص، تضمن جميع الخطوات المتعلقة بالمعايرة أن البيانات التي تم الحصول عليها تعكس أداء المشاركين بدقة. تضمن معايرة الجهاز اللوحي في بداية الجلسة أن القلم (والمؤشر) يتتبعان سلوك الكتابة والرسم بدقة في شاشة الواقع المعزز، بغض النظر عن أي تغيير في رؤية الكاميرا قد حدث أثناء التعامل. لضمان عدم إرباك حركة الرأس بشكل كبير في النتائج، يتم تنفيذ معايرة تتبع العين وتصحيح الانحرافات والتحقق منها بناء على توصيات الشركة المصنعة وبرمجيات النظام المتاحة، بالإضافة إلى المراقبة المستمرة لتدفق بيانات تتبع العين طوال التجارب. قد يؤدي المعايرة غير الصحيحة أو غير المجازية سواء للجهاز اللوحي أو نظام تتبع العين إلى نتائج متحيزة. ومع ذلك، تشير نتائج الأقراص وتتبع العين المعروضة هنا، وغيرها من النتائج التي تم إنتاجها في المختبر، إلى أن البيانات ذات الجودة العالية يمكن الحصول عليها لدى البالغين الأصحاء. قد تكون هناك حاجة لمعالجة بيانات إضافية في المستقبل في حالة فئات دراسية أخرى، مثل كبار السن أو المرضى الذين يعانون من حالات عصبية أو نفسية. على سبيل المثال، قد تحتاج البيانات إلى استبعاد من التحليل بسبب فترات متقطعة من حركة الرأس المفرطة (كما هو محدد من تقديرات الحركة التي تم الحصول عليها في القسم 2.6.1.2 من البروتوكول). قد تحتاج أيضا إلى استبعاد الأجزاء الأولية من البيانات في الجولة الأولى بسبب تأثيرات التعلم أو التعود (مستمرة حتى بعد التدريب الأولي)، رغم أن مدة التصوير سيكون من المثير للاهتمام توصيفه في أبحاث مستقبلية، وقد توفر آلية إضافية لتمييز أداء TMT في هذه المجموعات عن أداء الشباب الأصحاء.

تعد نبضات التحفيز مهمة للبروتوكول، حيث تتيح تسجيل البيانات المتزامن مع الوقت للجهاز اللوحي، وتتبع العين، وتدفقات بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي. بينما تعتمد إشارة الرنين المغناطيسي الوظيفي على استجابات ديناميكية دموية BOLD، والتي تختلف عادة حسب مقياس الثواني، تظهر بيانات تتبع العين وبيانات الحركة اللوحية محتوى ذو معنى في نطاق 10-100 مللي ثانية. يوفر التزامن الزمني لمجموعة البيانات الجماعية فرصة فريدة لدراسة آليات الإدراك والإدراك والعمل أثناء أداء TMT بتفاصيل زمنية غير مسبوقة. يمكن للتحقيقات الأولية أن تحدد العلاقة بين نشاط الدماغ في مناطق دماغية محددة ومعايير تتبع العين التي تم المتوسط فيها زمنيا خلال تجارب TMT-A وTMT-B. بالنسبة لمجموعة من المشاركين، سيمكن هذا من البحث في الارتباطات المحتملة بين نشاط منطقة دماغية معينة وكل معلمة تتبع العين، باستخدام الانحدار الخطي البسيط وحساب معاملات الترابط. كما أن استكشاف ما إذا كان يمكن حل ميزات إضافية للتنشيط الزماني المكاني في بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي باستخدام التقلبات السريعة في بيانات الجهاز اللوحي وبيانات تتبع العين، أمر يهم أيضا في المستقبل. تظهر الأعمال الناشئة أن معلمات اكتساب بيانات fMRI يمكن تعديلها لقياس إشارات BOLD باستخدام عينات أدق بكثير؛ على سبيل المثال، فترة أخذ عينات بلغت 100 مللي ثانية باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي للدماغ أدت إلى تحسين الكشف عن ديناميكيات تنشيط الدماغ31. أظهرت الأعمال الحديثة التي بحثت في TMT القائم على الأقراص باستخدام تخطيط الدماغ الكهربائي أن فترات الربط داخل المهمة وفترات عدم الربط مرتبطة بأنماط مكانية مختلفة لقوة نطاقالتردد 10، مما يحفز استخدام البروتوكول للبحث عن ارتباطات إشارة الرنين المغناطيسي الوظيفي المشابهة. التعرف على الاستجابة الديناميكية الدموية الكامنة وراء إشارات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أبطأ بكثير من مقياس الزمن للساكايدات والتثبيتات، ومع ذلك، فإن الخطوات الأولى في هذا الاتجاه من المرجح أن تتضمن توصيف الفروق المحتملة في أداء TMT-A وTMT-B التي تشمل سلوكا يحدث مبكرا مقابل متأخرا في تسلسل الربط (مع تمثال الأخير بشكل خاص في TMT-B)؛ والفروق المحتملة بين الروابط التي يصعب تنفيذها مقابل تلك الأقل تحديا، بناء على الفحص البصري لتتبع العين وبيانات الحركة البصرية.

يتضمن البروتوكول وحدة تدريبية تتيح للمشاركين التعرف على كيفية إجراء الاستجابات اللوحية وأداء حركات الربط اللازمة لأداء TMT. هذا التدريب (بما في ذلك التعديلات المستقبلية المصممة لمهام أخرى أو شروط عمل أخرى قيد الدراسة) مصمم لتطوير الكفاءة لدى من لديهم خبرة قليلة في التفاعل مع الأجهزة اللوحية، مثل بعض كبار السن، وأولئك الذين قد يواجهون تحديات في هذا النمط بسبب خلل في وظائف الدماغ. بيئة الواقع المعزز، بما في ذلك VFHP من تغذية الفيديو من كاميرا الفيديو اللوحي، تتيح تفاعلات الأجهزة اللوحية ذات صلاحية بيئية عالية لكنها لا توفر تجربة مطابقة تماما للكتابة والرسم باستخدام القلم والورقة. على سبيل المثال، يجب على المشارك تقديم ردوده وهو مستلق في المغناطيس ويشاهد الرسومات الحاسوبية، بما في ذلك عرض غير جسدي ليده دون المدخلات الطبيعية والإحداثيات المكانية المتمركزة على الجسم. بينما يمكن التفكير في دراسات مستقبلية تستكشف عواقب التلاعب بالعاملين الأخيرين، تشير الأدلة القصصية الحالية إلى أنه مع التدريب البسيط، يصبح الأفراد الأصحاء بسرعة وسهولة في استخدام هذه التقنية اللوحية بارعة، بحيث يمكن تجاهل تأثيرات التعلم في دراسات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي الوظيفي المعتمدة على الأجهزة اللوحية بعد وحدة تدريب قصيرة.

يمكن استخدام البروتوكول الحالي في المستقبل، مع إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أثناء وحدة التدريب، لتقديم أدلة علمية كمية تدعم أو تعارض البيان الأخير. (في دراسات سابقة باستخدام الأقراص باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي للعلاج المغناطيسي المغناطيسي ولم تتضمن التدريب، تم التخلص من بيانات التصوير العصبي من التجربة الأولى ل TMT-A وTMT-B لتجنب تأثيرات التعلم10,19.) سيكون من المثير أيضا استكشاف تأثيرات التعلم المعتمدة على الأجهزة اللوحية وToC في مختلف فئات المرضى (مثل ذوي الإعاقات الإدراكية)، والتي قد تتطلب تحسين وحدة التدريب. في تحقيقات أخرى خارج المغناطيس، يمكن أيضا تعديل وحدة التدريب لتكون أداة فحص مفيدة، تسمح للمشاركين غير الملتزمين بالتعليمات أو غير القادرين على أداء المهام بشكل كاف من الدراسات التصويرية مستبعدة.

كنقطة أخيرة للنقاش المتعلقة بمهمة التدريب، من المهم ملاحظة أن التصوير العصبي الوظيفي لمهمة التنشيط الدماغي غالبا ما يكون محدودا بسبب الطبيعة الضوضاء لإشارات تنشيط الدماغ والحاجة إلى تحليل بيانات السلاسل الزمنية الطويلة عبر تكرارات متعددة للمهام للحصول على خرائط تنشيط الدماغ ذات الدلالة الإحصائية32. هذا الإجراء يتعارض مع العرض النموذجي ل ToC، حيث يجرى الاختبار مرة واحدة. مع تحسن قدرات التصوير العصبي الوظيفي في المستقبل (مثل إجراء الرنين المغناطيسي الوظيفي عند مجالات مغناطيسية فائقة الارتفاع تبلغ 7 طن وما فوق)، قد يكون من الممكن مقارنة تنشيط الدماغ من اختبار إدراكي واحد مع ذلك المستحق من عدة تجارب. ومع ذلك، في الوقت الحالي، ثبت أن أداء TMT القائم على الأقراص متعددة التجارب له صلاحية متقاربة معقولة مع أداء اختبار القلم والورقة الفعلي15.

على الرغم من تصميمه لتسهيل تقييمات ToC باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي، إلا أن البروتوكول مرن بطبيعته وقابل للتعديل لتلبية أهداف بحثية واسعة النطاق. على سبيل المثال، أضيفت كاميرا الفيديو اللوحية خصيصا لتمكين VFHP من تعزيز الصلاحية البيئية، ولكن قد يتم استبعادها إذا لم تكن مطلوبة، أو تشغيلها وإيقافها لظروف مهام مختلفة (مثل الدراسات التي تستكشف التكامل بين المعالجة البصرية والحسية والحركية). بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الجهاز اللوحي بسهولة بشكل متزامن مع نظام تتبع العين في بيئة غير الرنين المغناطيسي فقط للاختبارات السلوكية، أو مع وسائل تصوير عصبي وظيفية أخرى مثل تخطيط الدماغ الكهربائي، والتحليل الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة، والتصوير المقطعي بانبعاث البوزيترون. قد تكون هناك حاجة إلى تعديلات في الأجهزة في حالة الدراسات المتعلقة بعلم الدماغ المغناطيسي (MEG)، لقمع المجال المغناطيسي الهامبي للجهاز اللوحي إلى أقل بكثير من فيمتوتيسلا عند حساسات المجال المغناطيسي MEG. اعتمادا على الاحتياجات التجريبية، يمكن أيضا تعزيز البروتوكول ليشمل معدات أخرى لعرض المحفزات الحسية وتسجيل الاستجابة. على سبيل المثال، قد يشمل ذلك سماعات متوافقة مع الرنين المغناطيسي لعرض المحفزات السمعية، وصناديق الأزرار لتسجيل ردود الضغط على الأزرار، مما يسمح في النهاية بمقارنة إشارات تنشيط الدماغ الناتجة عن ToC عشوائي مع تلك الناتجة عن مهام التصميم المتعلقة بالكتلة أو الأحداث التي يعتمدها مجتمع التصوير العصبي الوظيفي. يمكن إجراء تغييرات أخرى في البروتوكول لمراعاة الإعاقات الحركية أو البصرية في مجموعات المرضى المختلفة. على سبيل المثال، يمكن إضافة مهام تحكم إضافية تشمل حركات رسم بسيطة (مثل ربط محفزين بشكل متكرر مع طلب معرفي أقل بكثير)، مما يمكن تقدير مساهمة الإعاقة الحركية في الأداء العام ل TMT (أي من خلال فحص تباينات تنشيط الدماغ (TMT-A مقابل الراحة؛ الرسم البسيط مقابل الراحة؛ TMT-A مقابل الرسم البسيط؛ وكذلك بالنسبة ل TMT-B). يمكن تقليل عدد الوصلات المطلوبة في TMT-A وTMT-B لتقليل احتمالية إجهاد العضلات. يمكن استيعاب ضعف البصر من خلال تقديم محفزات بصرية أكبر أو محفزات ذات تباين عرض أقوى. ومع ذلك، يجب إجراء تصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي الوظيفي الإضافي لمجموعات الضابط مع هذه التعديلات لتوفير تقييم غير متحيز لنشاط دماغ المرضى مقارنة بمجموعة الضوابط.

على الرغم من متانته، كان من الممكن أن يخضع البروتوكول لعدة تحسينات. على وجه الخصوص، تنفيذها تتطلب جهدا كبيرا: فاستخدام ثلاثة أو أكثر من موظفي المختبر (بما في ذلك فني واحد لتشغيل نظام الرنين المغناطيسي) مرغوب فيه لتحقيق كفاءة عالية أثناء إعداد المعدات وإزالتها، وأثناء جمع البيانات (شخص لمراقبة أجهزة الكمبيوتر اللوحية وآخر لمراقبة جهاز تتبع العين). مع وجود طاقمين مدربين في موقعنا، يتطلب حاليا 10 دقائق قبل وبعد التصوير بالرنين المغناطيسي للإعداد والتفكيك، رغم أنه يمكن تقصير هذه الأوقات بإشراك عضو مختبر آخر للمساعدة. في المستقبل، يمكن تحقيق تحقيق كفاءة زمنية من خلال "تكوين" بعض مكونات الأجهزة مسبقا واستخدام عربات المعدات بشكل أكثر كفاءة لتسهيل النقل وإنشاء اتصالات الكابلات. التركيب الدائم (جزئي أو كامل) في جناح الرنين المغناطيسي سيكون الخيار الأسهل إذا سمحت المساحة وتوفر المعدات.

بعد ذلك، تم عرض البروتوكول من خلال الحصول على نتائج القرص الممثل، وتتبع العين، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي من متطوع شاب وسليم واحد. وقد لبى النتائج إلى حد كبير التوقعات كما هو موضح أدناه، ولكن يجب التأكيد منذ البداية على أن القيم التي تم الحصول عليها للمقاييس السلوكية المختلفة ومناطق الدماغ المنشطة قد تم تقييمها إحصائيا على مستوى المشاركين ولا تأخذ في الاعتبار المتوسط والتغير على مستوى المجموعة. سيكون من الضروري إجراء اختبارات متعددة الوسائط مستقبلا لمجموعة كبيرة من الأفراد الأصحاء للحصول على معلومات على مستوى المجموعة كبيانات "معيارية"، والتي يمكن في النهاية مقارنتها بالنتائج التي تم الحصول عليها من اختبارات مماثلة لمجموعات مرضى يعانون من خلل دماغي. من المرجح أن تعتمد حسابات حجم العينة في مثل هذه الدراسات على نسبة التباين إلى الضوضاء المنخفضة في إشارات الرنين المغناطيسي الوظيفي، بالإضافة إلى تكلفة جمع هذه البيانات. تتوفر بعض الأدوات في الأدبيات العلمية لتقدير حجم العينة بالرنين المغناطيسي الوظيفي32. وبهذا الشرط، يركز السرد الحالي بشكل أساسي على تفسير موجز للاتجاهات والتأثيرات الملحوظة التي تم رصودها.

أظهر المشارك وقت إكمال أكبر قليلا ومدة عدم ربط أكبر لTMT-B مقارنة ب TMT-A، مكررا نتائج سابقة قائمة على الأقراص ومتوافقا مع الأداء المثبت ل TMT في الأوراق 2,18,33. قد تعكس هذه النتائج الحاجة إلى مزيد من الوقت لمعالجة والبحث وتحديد الهدف الصحيح التالي في TMT-B مقابل TMT-A، نظرا لأن TMT-B يعتقد أنه أكثر تحديا ذهنيا. لم يتم تسجيل أي أخطاء في أي من الحالتين للمهمة، وتم إكمال جميع تجارب TMT خلال الوقت المخصص، بما يتوافق مع إكمال TMT القياسي من قبل بالغين شباب ومتعلمين وأصحاء2. كانت قيمة SPL أكبر ل TMT-B مقارنة ب TMT-A كما هو متوقع، نظرا لأن كلا من TMT-B و-A لهما نفس عدد الروابط الإجمالي، وكان وقت إكمال TMT-B أطول. على الرغم من زيادة تعقيد البحث البصري في TMT-B، لوحظت قيم D وEDT أكبر قليلا في TMT-A. كلا المقياسين تم تطويرهما حديثا للعمل الحالي، لذا لا يمكن إجراء مقارنات محددة مع التقارير في الأدبيات السابقة المعتمدة على TMT المعتمدة على الأدوية. ومع ذلك، يعتقد أن الأداء الأبطأ في TMT-B قد يكون غير موقع الفرد على مخطط "السرعة-الدقة" 34 مقارنة بأدائه الأسرع في TMT-A—مما أدى إلى ربط أكثر دقة مع انخفاض قيم D و EDT المرتبطة به. يجب تأكيد هذا التفسير في اختبارات مستقبلية.

نتائج مقياس تتبع العين لهذا المشارك مثيرة للاهتمام. تم العثور على عدد أكبر قليلا من الحركات والتثبيتات، وعدد الرمشوش، ومعدل الرمش عندما أجرى المشارك TMT-B مقارنة ب TMT-A. قد يشير عدد الساكاد والتثبيت الأكبر إلى زيادة تأثيرات البحث البصري عبر المنبهات البصرية في الحالة B. لدعم هذا الاحتمال، أظهرت أبحاث سابقة أن كلا العدين يزدادان مع زيادة التكلفة الذهنية لمعالجة مصفوفة بحث أكثر تعقيدا35. قد يمثل زيادة عدد الرمش ومعدل الرمش في TMT-B مقارنة بتلك المستخدمة في TMT-A زيادة في التحكم المعرفي في حالة المهمة السابقة. ومن المثير للاهتمام أن العديد من الدراسات تدعم أن معدل رمشات العين التلقائية (وعدد الرمش خلال فترة تجربة محددة، كما درست هنا) هو مؤشرات مفيدة لنشاط الدوبامين36. الدوبامين هو ناقل عصبي مهم يشارك في التعلم والذاكرة العاملة والسلوك الموجه نحو الهدف، وكلها تدعم الأداء الناجح للعلاج بالTMT ومطلوبة بشكل أكبر في TMT-B مقارنة ب TMT-A. تظهر العديد من الدراسات التي تحقق رمشات العين العفوية والمحفزة بالمهام أن كلا المقياسين حساسان لتعديلات التحكم المعرفي38. وأخيرا، لوحظ متوسط حجم حدقة متشابه جدا لكلا جزئي TMT، مما يشير إلى أن المشارك كان قادرا على أداء كلا الجزأين بمستويات متشابهة من الجهد الذهني دون أن يجهد قدرة معالجته38. هذه التفسيرات تتوافق مرة أخرى مع الأدبيات حول أداء TMT2 وأن المشارك أدى كلا الجزأين بكفاءة دون أخطاء. سيكون من الضروري إجراء أعمال مستقبلية للتحقيق في خصائص النظرة التفصيلية المرتبطة بسلوك TMT داخل المهمة. سيكون هذا العمل مثيرا للغاية، حيث يوفر وسائل لتقييم مدى ما يسبق سلوكيات البحث البصري أ) استجابات الأجهزة اللوحية؛ ب) يتم تعديلها لتناسب الروابط التي يصعب تنفيذها مقارنة بتلك السهلة التنفيذ بسبب التوزيع المكاني للمحفزات العددية والحرف، وج) تتغير عند حدوث أخطاء أداء TMT.

فيما يتعلق بموضوع الأخطاء في أداء TMT، سيكون تسجيل الأخطاء والقياس جانبا مهما في الأبحاث المستقبلية التي تقع خارج نطاق دراسة إثبات المفهوم الحالية لشاب بالغ صحي عالي الأداء. يقتصر البروتوكول الحالي على تسجيل أخطاء أداء TMT وقت جمع البيانات، لكنه يمكن توسيعته بسهولة ليشمل عدد الأخطاء التي ارتكبت في تجارب TMT-A وTMT-B، بالإضافة إلى مقاييس إحصائية للميل المركزي والتفاوت لمشارك معين، بناء على تقييم يدوي لملفات الفيديو الرقمية لتفاعلات القلم. بعيدا عن ذلك، هناك حاجة إلى معيار لتصنيف أنواع أخطاء أداء TMT. بمجرد جمع بيانات كافية من الأخطاء من خلال الفحص اليدوي، يجب أن يكون من الممكن أيضا تطوير طرق ذكاء اصطناعي لاكتشاف وتصنيف الأخطاء بدقة، مما يجعل عملية تقييم الأخطاء أقل استهلاكا للوقت.

كشف تحليل التصوير العصبي عن تنشيط واسع الانتشار بشكل كبير (لكل من مهام TMT-A وTMT-B التي تم تحليلها معا مقابل حالة الراحة) في مناطق الدماغ، بما في ذلك تلك المسؤولة عن معالجة البصر، والوظيفة الحركية، والإدراك الحسي والتكامل. يشبه تنشيط هذه المناطق تنشيط التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي الذي شوهد في دراسات تصوير TMT السابقة15,19. كمثال بسيط على التنشيط المرتبط بالوظيفة الحركية، تم تنشيط المنطقة المقابلة (اليسرى) لليد التلفيفية قبل المركزية إيجابية بواسطة الاستجابة الحركية لليد اليمنى، وكان هناك أيضا مجموعة صغيرة من التنشيط السلبي في نفس الجانب (غير موضح في الشكل 8)، وهي أنماط تنشيط مميزة للمناطق الحسية الحركية الأولية أثناء الحركة ذات الصلةبالمهمة 39,40. حتى مع عتبة وتصحيح محافظين نسبيا، تشير قوة تنشيط الرنين المغناطيسي الوظيفي لهذا المشارك إلى أن المهمة هي فحص جيد للوظيفة البصرية الحركية، بما في ذلك المخيخ والدماغ الأوسط. ومع ذلك، لا ينبغي استخلاص استنتاجات محددة حول مناطق الدماغ التي تدعم أداء TMT من بيانات هذا المشارك الوحيد، والتي تم تضمينها فقط للعرض. لاحظ أيضا أن نقص النشاط الملحوظ بين التباين بين TMT-B وTMT-A لم يكن مفاجئا لمشارك واحد. هذا التباين بالتحديد معروف بأنه "ضعيف"، وعادة ما يتطلب تحليل بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي من مجموعة عينة أكبر بالإضافة إلى خط معالجة صور محسن بعناية للكشف الموثوق عن إشارات التفعيل41. تؤكد هذه النقاط الأخيرة مرة أخرى أن العمل الحالي في التصوير العصبي يثبت المفهوم في تصميم التجارب، وتسجيل الرنين المغناطيسي الوظيفي، والتحليل، لكن ستكون هناك حاجة إلى دراسات مستقبلية تشمل مجموعة أو أكثر من المشاركين (مثل الأفراد المصابين بأمراض عصبية وأفراد أصحاء في الضابطة) للحصول على نتائج قابلة للتعميم على مستوى السكان.

من المهم التأكيد على أن المقاييس المطورة لهذا البروتوكول (لقياس استجابات الأقراص وتتبع العين المرتبطة بTMT، وتنشيط الدماغ أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي) ليست شاملة. بدلا من ذلك، يبنون على خبرتهم في إجراء دراسات TMT-fMRI باستخدام الأقراص ودراسات تتبعها للعين خلال السنوات الماضية. مقاييس تتبع الجهاز اللوحي والعين ليست بالضرورة مستقلة وقد تحتوي على تبعيات متبادلة معينة، مما يشير إلى أن التحليل متعدد المتغيرات لارتباطهما ببيانات TMT-fMRI سيكون مفيدا، على سبيل المثال، باستخدام طريقة المربعات الصغرى الجزئية42. في المستقبل، ستكون مقاييس جديدة تقيس جوانب مسار النظرة مفيدة، كجزء من توصيف التباين داخل وبين الأفراد في الأداء الصحيح للاختبار (وفي الأخطاء)، بما في ذلك بين مجموعات من الأفراد الأصحاء وكذلك المرضى. التوقع هو أن يكشف مثل هذا العمل عن مكاسب كبيرة في حساسية وخصوصية TMT للتمييز بين المرضى والضبطين باستخدام بيانات TMT المعتمدة على الأقراص، وتتبع العين، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) والمقاييس الكمية المرتبطة بها، مقارنة بإعطاء TMT بالقلم والورقة والتقييم القياسي للTMT. إذا كان هذا التوقع صحيحا، فستكون هناك أيضا فرص لاستكشاف ما إذا كان يمكن تحسين التمييز بشكل أكبر من خلال مناهج الذكاء الاصطناعي المختلفة ومن خلال تطوير شروط شروط التحول الحديثة والجديدة، باستخدام الرؤى المستخلصة من هذا البرنامج البحثي الشامل.

في الختام، تم تقديم بروتوكول متعدد الوسائط جديد لتقييم أداء الإنسان لتقنية ToC باستخدام تقنية الأجهزة المحوسبة، وتتبع العين، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. عند مقارنتها ببروتوكولات البحث ذات الصلة ولكن الأبسط 20,43,44,45، يعتقد أن البروتوكول الحالي أكثر إفادة بسبب تضمين تقنية الألواح ذات الصلاحية البيئية العالية إلى جانب تتبع العين، مع الحفاظ على تصميم دراسة مريح وفعال. يوفر البروتوكول فرصة لربط سلس بين أداء المهمة، والنشاط العصبي، ومقاييس حركة العين في أطر متعددة المتغيرات وأطر التعلم الآلي المختلفة لاستكشاف الأسس العصبية للعبة ToC. البيانات التجريبية، التي تشمل شابا ممثلا للصحة البالغة التي أجريت علاج TMT القائم على الأقراص، واعدة جدا. يفتح البروتوكول بذلك الباب أمام برنامج بحثي كبير يشمل تطوير فهم أكثر تعقيدا للأسس العصبية لاختبار الدماغ، بالإضافة إلى دراسة إمكانية استخدام ToC الحالية والمطورة حديثا مع تتبع العين والتصوير العصبي الوظيفي لتوصيف أكثر حساسية وتحديدا للمرضى الذين يعانون من اضطرابات دماغية مختلفة. مقارنة بالأفراد الأصحاء.

الإفصاحات

لا يوجد لدى المؤلفين تضارب مصالح للكشف عنها.

شكر وتقدير

يشكر المؤلفون المعاهد الكندية لأبحاث الصحة، ومؤسسة القلب والسكتة الدماغية الكندية، والمؤسسة الكندية للابتكار على دعمهم المالي وتمويلهم لهذا البحث.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
نظام تصوير بالرنين المغناطيسي 3T مع ملف رأس ب 64 قناةسيمنز هيلثتينيرز (إرلانغن، ألمانيا)منشور مغناطيسييسجل بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي.
مرشح التداخل الكهرومغناطيسيشركة سبيكتروم كنترول. (فيرفيو، بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية)56-705-005-LIيمرر إشارات الجهاز اللوحي والقلم من غرفة المغناطيس إلى صندوق واجهة الجهاز اللوحي.
برنامج تتبع العيونشركة SR Research Ltd. (أوتاوا، أونتاريو، كندا)مستكشف EyeLink (الإصدار 4.3.1، 64 بت)يتيح تصور البيانات ومعالجتها عبر متتبع العين.
تطبيق تحرير الرسوماتشركة مايكروسوفت (ريدموند، واشنطن، الولايات المتحدة الأمريكية)الطلاءيستخدم لتعريف المشاركين بالكتابة والرسم عبر الأجهزة اللوحية.
MATLAB شركة ماث ووركس إنك؛ (ناتيك، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية)  R2022aيستخدم لتحليل بيانات الألواح الحركية وإجراء تحليلات إحصائية.
متتبع العين المتوافق مع الرنين المغناطيسيشركة SR Research Ltd. (أوتاوا، أونتاريو، كندا)آي لينك 1000 بلسيسجل بيانات تتبع العين أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.
جهاز عرض متوافق مع الرنين المغناطيسيشركة أفوتويك، إنك. (ستيوارت، فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية)الرؤية الصامتةيقدم للمشارك محفزات بصرية بالواقع المعزز.
مكونات لوحية متوافقة مع الرنين المغناطيسي (بما في ذلك سطح حساس للمس، منصة دعم مرتفعة قابلة للتعديل، قلم حساس للقوة، ومضيء دايود يصدر الضوء)غير قابل للتطبيقغير قابل للتطبيقمصممة وتجميعها خصيصا في المختبر. انظر المراجع 12، 13 لمزيد من التفاصيل.
برنامج عرض التحفيزأدوات برمجيات علم النفس (شاربسبيرغ، بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية)E-Prime، الإصدار 2.0برمجيات لتطوير وإدارة جميع تدريبات وتنفيذ المهام المعتمدة على الأجهزة اللوحية.
حاسوب المنبه/الاستجابةغير قابل للتطبيقغير قابل للتطبيقتصميم متعدد المكونات. راجع المرجع 13 لمزيد من التفاصيل.
تطبيق برنامج تشغيل السطح الحساس للمسشركة ELO Touch Solutions Inc. (ميلبيتاس، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية)محرك اللمسة الواحدةيستخدم لمعايرة السطح الحساس للمس عندما يقوم المشاركون بمهام اللمس إلى الهدف.
جهاز المشغلة والاستجابةمعهد رولاند (كامبريدج، ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية)صندوق استجابة USB من رولانديستخدم لمزامنة المهام القائمة على الأجهزة اللوحية، وتتبع العين، وتدفقات بيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI).
كاميرا الفيديوشركة MRC Instruments GmbH (هايدلبرغ، ألمانيا)12M-iيسجل فيديو لتفاعلات اليد والقلم على سطح الجهاز اللوحي الحساس للمس.
كمبيوتر كاميرا الفيديوغير قابل للتطبيقغير قابل للتطبيقتصميم متعدد المكونات. راجع المرجع 13 لمزيد من التفاصيل.

المراجع

  1. Lezak, M. D., Howieson, D. B., Bigler, E. D., Tranel, D. Neuropsychological assessment. , 5th ed, Oxford University Press. (2012).
  2. Tombaugh, T. N. Trail making test A and B: normative data stratified by age and education. Arch Clin Neuropsychol. 19 (2), 203-214 (2004).
  3. Stuss, D. T., et al. The trail making test: a study in focal lesion patients. Psychol Assess. 13 (2), 230-239 (2001).
  4. Korakas, N., Tsolaki, M. Cognitive impairment in multiple sclerosis: a review of neuropsychological assessments. Cogn Behav Neurol. 29 (2), 55-67 (2016).
  5. Woodford, H. J., George, J. Cognitive assessment in the elderly: a review of clinical methods. QJM. 100 (8), 469-484 (2007).
  6. Nasreddine, Z. S., et al. The Montreal cognitive assessment, MoCA: a brief screening tool for mild cognitive impairment. Am Geriatr Soc. 53 (4), 695-699 (2005).
  7. Berg, J. -L., et al. Comparing the electronic and standard versions of the Montreal cognitive assessment in an outpatient memory disorders clinic: a validation study. Alzheimers Dis. 62 (1), 93-97 (2018).
  8. Freedman, M., et al. The Toronto cognitive assessment (TorCA): normative data and validation to detect amnestic mild cognitive impairment. Alzheimers Res Ther. 10 (1), 65(2018).
  9. Woods, D. L., Wyma, J. M., Herron, T. J., Yund, E. W. The effects of aging, malingering, and traumatic brain injury on computerized trail-making test performance. PLoS One. 10 (6), e0124345(2015).
  10. Lin, Z., et al. Trail making test performance using a touch-sensitive tablet: behavioral kinematics and electroencephalography. Front Hum Neurosci. 15, 663463(2021).
  11. Herold, F., Wiegel, P., Scholkmann, F., Müller, N. G. Applications of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) neuroimaging in exercise-cognition science: a systematic, methodology-focused review. J Clin Med. 7 (12), 466(2018).
  12. Tam, F., Churchill, N. W., Strother, S. C., Graham, S. J. A new tablet for writing and drawing during functional MRI. Hum Brain Mapp. 32 (2), 240-248 (2011).
  13. Karimpoor, M., et al. A computerized tablet with visual feedback of hand position for functional magnetic resonance imaging. Hum Neurosci. 9, 150(2015).
  14. Lin, Z., Tam, F., Churchill, N. W., Schweizer, T. A., Graham, S. J. Tablet technology for writing and drawing during functional magnetic resonance imaging: a review. Sensors. 21 (2), 401(2021).
  15. Karimpoor, M., et al. Tablet-based functional MRI of the trail making test: effect of tablet interaction mode. Front Hum Neurosci. 11, 496(2017).
  16. Reitan, R. M. Trail making test results for normal and brain-damaged children. Percept Mot Skills. 33 (2), 575-581 (1971).
  17. Corrigan, J. D., Hinkeldey, N. S. Relationships between parts A and B of the trail making test. J Clin Psychol. 43 (4), 402-409 (1987).
  18. Gaudino, E. A., Geisler, M. W., Squires, N. K. Construct validity in the trail making test: what makes Part B harder. J Clin Exp Neuropsychol. 17 (4), 529-535 (1995).
  19. Talwar, N., et al. Functional magnetic resonance imaging of the trail-making test in older adults. PLoS One. 15 (5), e0232469(2020).
  20. Linari, I., Juantorena, G. E., Ibáñez, A., Petroni, A., Kamienkowski, J. E. Unveiling trail making test: visual and manual trajectories indexing multiple executive processes. Sci Rep. 12 (1), 14265(2022).
  21. Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Natl Acad Sci U S A. 87 (24), 9868-9872 (1990).
  22. SR Research EyeLink EyeLink®. 1000 Plus Installation Guide. , SR Research Ltd. Oakville, Ontario, Canada. (2024).
  23. EyeLink 1000 Research Ltd. EyeLink 1000 Plus user manual. , SR Research Ltd. https://www.sr-research.com/eyelink-1000-plus (2024).
  24. Tam, F., Huang, Y., Schwartz, M. L., Schweizer, T. A., Hynynen, K., Graham, S. J. A computerized tablet system for evaluating treatment of essential tremor by magnetic resonance guided focused ultrasound. BMC Neurol. 17 (1), 74(2017).
  25. Graham, S., Tam, F. GitHub - SRI-Graham-Lab/JoVE-paper. , https://github.com/SRI-Graham-Lab/JoVE-paper (2025).
  26. Hsu, Y. -C., et al. Simultaneous multi-slice inverse imaging of the human brain. Sci Rep. 7 (1), 17019(2017).
  27. Cox, R. W. AFNI: what a long strange trip it’s been. Neuroimage. 62 (2), 743-747 (2012).
  28. Glover, G. H., Li, T. Q., Ress, D. Image-based method for retrospective correction of physiological motion effects in fMRI: RETROICOR. Magn Reson Med. 44 (1), 162-167 (2000).
  29. Fonov, V., et al. Unbiased average age-appropriate atlases for pediatric studies. Neuroimage. 54 (1), 313-327 (2011).
  30. Fonov, V., Evans, A., McKinstry, R., Almli, C., Collins, D. Unbiased nonlinear average age-appropriate brain templates from birth to adulthood. Neuroimage. 47, S102(2009).
  31. Lin, F. -H., et al. Relative latency and temporal variability of hemodynamic responses at the human primary visual cortex. Neuroimage. 164, 194-201 (2018).
  32. Desmond, J. E., Glover, G. H. Estimating sample size in functional MRI (fMRI) neuroimaging studies: statistical power analyses. J Neurosci Methods. 118 (2), 115-128 (2002).
  33. Bowie, C. R., Harvey, P. D. Administration and interpretation of the trail making test. Nat Protoc. 1 (5), 2277-2281 (2006).
  34. Heitz, R. The speed-accuracy tradeoff: history, physiology, methodology, and behavior. Front Neurosci. 8, 150(2014).
  35. Vlaskamp, B. N. S., Hooge, I. T. C. Crowding degrades saccadic search performance. Vision Res. 46 (3), 417-425 (2006).
  36. Jongkees, B. J., Colzato, L. S. Spontaneous eye blink rate as predictor of dopamine-related cognitive function—a review. Neurosci Biobehav Rev. 71, 58-82 (2016).
  37. Westbrook, A., Braver, T. S. Dopamine does double duty in motivating cognitive effort. Neuron. 89 (4), 695-710 (2016).
  38. Eckstein, M. K., Guerra-Carrillo, B., Miller Singley, A. T., Bunge, S. A. Beyond eye gaze: what else can eye-tracking reveal about cognition and cognitive development. Dev Cogn Neurosci. 25, 69-91 (2016).
  39. Hamzei, F., et al. Reduction of excitability (“inhibition”) in the ipsilateral primary motor cortex is mirrored by fMRI signal decreases. Neuroimage. 17 (1), 490-496 (2002).
  40. Staines, W. R., Graham, S. J., Black, S. E., McIlroy, W. E. Task-relevant modulation of contralateral and ipsilateral primary somatosensory cortex and the role of a prefrontal-cortical sensory gating system. Neuroimage. 15 (1), 190-199 (2002).
  41. Churchill, N. W., et al. Optimizing preprocessing and analysis pipelines for single-subject fMRI. I. Standard temporal motion and physiological noise correction methods. Hum Brain Mapp. 33 (3), 609-627 (2012).
  42. McIntosh, A. R., Lobaugh, N. J. Partial least squares analysis of neuroimaging data: applications and advances. Neuroimage. 23 (Suppl 1), S250-S263 (2004).
  43. Longcamp, M., et al. Functional specificity in the motor system: evidence from coupled fMRI and kinematic recordings during letter and digit writing. Hum Brain Mapp. 35 (12), 6077-6087 (2014).
  44. Vinci-Booher, S., Sturgeon, J., James, T., James, K. The MRItab: a MR-compatible touchscreen with video display. J Neurosci Methods. 306, 10-18 (2018).
  45. Reitz, F., et al. A low-cost, computer-interfaced drawing pad for fMRI studies of dysgraphia and dyslexia. Sensors. 13 (4), 5099-5108 (2013).

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

الاختبار المعرفيالتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفياختبار صنع المساراتتنشيط الدماغالتحليل الكينماتيالسلوك البصريالتقييم القائم على الأجهزة اللوحيةالارتباطات العصبية
تقييم اختبارات الإدراك باستخدام جهاز لوحي حساس باللمس محوسب، وتتبع العين، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.