虚拟棱镜适应疗法：在健康成人中验证的方案

摘要

本实验方案演示了虚拟棱镜适应疗法（VPAT）在健康成年人中的应用，以及VPAT与功能性近红外光谱技术联合使用以确定VPAT对皮层激活影响的方法。结果表明，VPAT可能具有可行性，并能诱导出与传统棱镜适应疗法相似的行为适应效应。

摘要

偏侧空间忽略是中风后常见的功能障碍，常导致不良的功能和社交预后。因此，采取适当的干预措施对于成功管理偏侧空间忽略至关重要。然而，在实际临床实践中，各类干预方法的应用仍存在局限性。棱镜适应疗法是目前治疗偏侧空间忽略证据最充分的康复手段之一。为克服棱镜疗法可能存在的局限性，我们开发了一种结合沉浸式虚拟现实与深度感知摄像头的新系统，用于实现虚拟棱镜适应疗法（VPAT）。为验证该VPAT系统的有效性，我们设计了一项实验方案，通过该系统评估行为误差及皮层激活的变化情况，并采用功能性近红外光谱成像（fNIRS）测量皮层激活水平。实验共包含四个阶段，均针对惯用右手的健康个体实施，内容包括点击、指向或静息任务。其中，“点击”与“指向”用于探究与粗大运动任务相关的皮层区域，而“使用VPAT指向”与“不使用VPAT指向”则用于探究与视觉空间感知相关的皮层区域。来自四名健康受试者的初步结果显示，VPAT系统引起的指向误差与传统棱镜适应疗法相似。未来仍需纳入更多受试者并结合fNIRS数据进行深入分析，同时在中风患者中开展相关研究。

引言

偏侧空间忽略是一种中风后常见的功能障碍，会影响对对侧半侧空间视野的感知能力^1,4。尽管偏侧空间忽略后的康复治疗至关重要，因其与不良的功能恢复和社会预后密切相关，但在实际临床实践中，康复治疗往往未被充分应用^3,4。

在针对偏侧空间忽略症的各种现有康复方法中，棱镜适应（PA）疗法已被证明对亚急性期或慢性期脑卒中患者的偏侧空间忽略症具有显著的恢复和改善效果^5,6,7,8。然而，由于存在多种局限性，传统的PA疗法尚未得到充分应用^9,10。这些局限性包括：1）由于需要更换棱镜镜片以适应不同的偏移程度，导致成本较高且耗时较长；2）需要额外设置供指向的目标材料，并需遮蔽手部运动轨迹；3）仅适用于能够保持坐姿并控制头部位置的患者。

最近....

方案

所有操作均经首尔国立大学盆塘医院机构审查委员会（IRB）审查并批准。为招募健康参与者，通过在医院周围张贴海报进行宣传。

1. 实验设置

1. 受试者招募
   1. 采用以下纳入标准进行受试者筛选：1）健康，年龄在18至50岁之间；2）右利手，通过爱丁堡利手量表评估¹⁴；3）能够佩戴用于虚拟现实（VR）的头戴式显示器，并能在虚拟现实中识别物体；4）无影响大脑功能的疾病史，如中风、帕金森病或创伤性脑损伤。
      注：这些标准旨在筛选具备参与实验能力的受试者，并控制可能影响实验结果的因素。
   2. 招募受试者，并详细说明整个研究内容及预期的临床问题。纳入前必须获得知情同意。
2. 实验系统
   注：本研究使用了一套定制的VPAT系统，结合沉浸式虚拟现实系统和深度感知摄像头。同时采用功能性近红外光谱成像（fNIRS）技术检测皮层激活情况。VPAT系统与fNIRS系统在实验中相互连接（图1）。
   1. VPAT系统
      注：VPAT系统包括用于实现虚拟现实的头戴式显示器、可识别手势以实现用户直观输入的手部追踪传感器，以及一个硬件按钮。整体构成如图1所示。
      1. 确保....

结果

采用四名健康参与者（1 名男性和 3 名女性）的数据作为代表性结果。图 5A 展示了指向误差，数据为每次持续 30 秒的指向任务各子阶段中 10 次试验中位数的平均值。各阶段第一区块的中位指向误差平均值分别为 0.45 ± 0.92（VPAT 前）、4.69 ± 3.08（VPAT 10°）、5.43 ± 2.22（VPAT 20°）和 -5.17 ± 1.60（VPAT 后）。通过重复测量方差分析，指向误差变化趋势具有统计学显著性（p = 0.001）。图 5B 展示了每位受试者的指向误差，体现了 VPAT 阶段期间的适应过程以及棱镜适应后的表现（负向指向误差）。

讨论

本研究在虚拟现实（VR）环境中采用平移手部运动的方式实施了棱镜适应疗法。研究探讨了所实施的偏移是否会引起角度过度校正及行为适应，如同传统棱镜适应疗法中所观察到的现象。

在中位指向误差结果（图5）和首次指向误差结果中，当相位切换时，指向误差发生了显著变化。尽管部分手部识别错误被消除，但仍可能存在误检。采用中位数消除系统误差（如错误跟踪）后，平均指向误差结果低于预期。每位受试者均持续表现出棱镜后适应现象（图5B）。这些结果显示出与传统棱镜适应疗法相似的行为适应特征。

实验中出现了一些问题。在指向任务中，手部的误检情况频繁发生。在某些情况下，尽管手已到达目标位置，但由于Leap Motion识别错误，虚拟手未能被成功追踪。此外，在点击任务中，由于参与者佩戴了头戴式显示器（HMD），他们难以准确定位按钮，实验人员不得不持续提供协助。HMD的重量及其长时间使用还可能导致与fNIRS光极接触部位产生不适或疼痛。因此，有时.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
EASYCAP	Easycap	C-SAMS	用于容纳功能性近红外光谱成像探头的平台
Leap Motion 3D 动作控制器	超触觉	FBA_LM-C01-US	头戴式显示器连接的手部检测装置
Leap Motion VR 开发者支架，用于 VR 头显	超触觉	VR-UAZ
Matlab R2015a	Mathworks		使用 NIRStar 运行的编程语言
NIRScout	医疗技术有限责任公司	NSC-CORE	fNIRS 系统
nirsLAB v201605	医疗技术有限责任公司		用于分析 NIRScout 采集数据的软件
NIRStar 14.1	医疗技术有限责任公司		NIRScout 采集软件
Occulus Rift DK2	奥克勒斯		VR头戴式显示器
PowerMate USB 多媒体控制器	Griffin Technology	NA16029	任务中的按钮操作
SuperLab 5.0	Cedrus Corp.		同步刺激呈现与NIRScout