驾驶模拟诊所:测试视觉与视野缺损的患者在日常活动中的探索行为
September 18th, 2012
患者中风后的报告在日常生活中不同的约束最有可能是由于变量的补偿策略，这是很难区分在临床常规视觉赤字。我们提出了一个临床的设置可以测量不同的代偿头位和眼动战略，并评估其对驾驶性能的影响。
以下实验的总体目标是区分大脑后动脉梗死后视野缺损患者视觉探查的代偿策略。这是通过在驾驶模拟器中定位和指导患者来实现的，以便在真实的测试情况下检查行为。头戴式眼动追踪相机通过为个体患者进行调整和校准来确保准确性。
接下来，驾驶模拟开始，同时将凝视行为和驾驶性能记录为替代模式，可以打开叠加图片，以便可视化并允许快速评估补偿性凝视行为。通过评估 secod 和头部运动参数，例如秒数、秒振幅、注视、分布和持续时间，以及对外围物体的反应时间，揭示了不同的策略。这种模拟驾驶设置的主要优点是它允许在临床环境中快速轻松地评估视觉探索行为。
现在我们可以记录定义明确的参数，例如眼睛和头部运动以及反应时间。该技术的含义延伸到康复和治疗，因为通过叠加控制即时可视化凝视行为可能提供一种反馈机制来提高患者的注意力并协助学习补偿策略。它还可以通过提供针对患者当前代偿行为水平的更个性化的康复计划来提高康复效率。
我的同事 bur 我们实验室的博士生，将演示开始此协议的程序。首先，让患者坐在模拟屏幕前两米的仿汽车座椅上，帮助患者调整靠背以及座椅与踏板的距离。一旦患者舒适地定位，就提供有关使用模拟车的说明，包括制动器、转向信号和方向盘。
然后提供任务说明。指导患者，就像在实际驾驶情况下一样，应根据相应的驾驶情况适当使用制动器和/或转向信号。此外，请务必告知患者有关模拟病的信息，并让患者知道，如果出现不适、恶心或出汗，可以中断测试过程。
接下来，进行低任务密度的试驾，让患者适应模拟汽车和刺激。这也可以通过在第二次测试中提供时间来适应模拟器来防止模拟病。在患者正确坐下并获得足够的练习时间后，将眼动仪放在患者的头上，并通过拉动灵活的带子进行调整，为软件和患者准备校准。
头部摄像头激光应指向模拟屏幕的中间，并调整摄像头以聚焦在瞳孔上。然后指导患者按照鼠标箭头的引导依次查看屏幕上的五个点，并开始校准眼动追踪设备。接下来，完成水平校准。
指导患者注视左侧屏幕上的眼睛叠加图片。然后跟随叠加层在屏幕上移动，并在右侧再次注视它。通过要求患者注视屏幕上的特定物体，然后将此注视与叠加眼图匹配来测试校准，该图片指示软件计算的注视位置。
如果患者的视线和叠加图片在屏幕上的同一位置相遇，则校准成功。如果需要，请重复校准。校准完成后，关闭叠加图片。
一旦患者在模拟器中感到舒适并且眼动仪已经成功校准，就可以继续进行模拟。在此示例中，患者正在有障碍物的单向单车道道路上行驶。患者应尽快对接近道路的移动物体（如野蛮孔或球）做出反应，但也应对道路两侧出现的路牌或抛锚的汽车做出反应。
请注意，在踩下油门时，除非使用休息时间，否则汽车可以加速到每小时 70 公里的恒定速度。让患者在几条不同的路线上行驶，每条路线 6， 500 米，持续时间约为 10 分钟，由于周围环境的分心程度不同，任务难度不同。作为替代测试模式，打开叠加眼部图片，一张显示注视位置，另一张显示患者的头部位置。
这允许通过软件可视化凝视位置，在测试的同时快速评估凝视运动的代偿行为。在这里，我们可以看到右侧 Hemi Opia 患者的典型驾驶性能，具有补偿性凝视行为。凝视行为通过叠加眼图可视化，从而可以快速评估头部和眼球运动位置、向视觉缺陷所在一侧的代偿性精神病运动，从而检测到出现在盲区中的物体。
请注意右侧 Hemi Opia 患者的模范表现，在这里我们可以看到右侧偏盲患者的典型驾驶表现和可视化的凝视行为，而没有补偿行为导致与盲区中出现的物体发生碰撞。请注意右侧偏盲患者的模范表现，无需补偿。MATLAB 软件可用于分析仿真中记录的实验数据。
将秒定义为凝视轨迹中凝视速度超过每秒 30 度且凝视振幅大于 1 度的部分。秒之间的部分应定义为注视，头部运动定义为每秒超过 6 度的运动和超过 3 度的振幅。在实验过程中，可以使用平板软件来记录使用转向信号时的速度反应时间，并且应将休息和车道位置对象固定定义为注视位置与 x 轴上的对象最大距 1.24 度，在 Y 轴上与 1.66 度相距的物体上看到。
以下是两名右侧不完全性偏盲患者的结果，有和没有代偿行为的驾驶患者 A 表现出对视觉缺陷所在一侧的代偿性精神病运动，导致与健康对照组相比，驾驶模拟表现正常。然而，患者 B 没有表现出代偿性精神病运动，并且由于在盲区中缺少外围，导致反应时间延长或碰撞，因此在驾驶模拟中表现不佳。在这里，我们看到患者 A、患者 B 和健康受试者患者在第一次驾驶期间屏幕上的注视点分布，A 表现出对视觉缺陷所在一侧的代偿性精神病运动，而患者 B 探索较少。
与患者 A 相比，患者 B 执行的精神病运动减少了 3.4 倍，覆盖了患者 A 振幅的一半.与健康对照和患者 A 相比，患者 B 也表现出更长的注视持续时间.该图显示了物体位置相对于 GA 位置的偏心率对分别显示的左侧和右侧反应时间的影响。对于患者 A 和健康对照，通过手动检测或将物体固定在左侧或右侧视野中，对接近物体的反应时间没有显著差异。然而，在患者 B 中，盲区和视力区域之间的反应时间明显不同。
在尝试此程序时，需要告知患者无法从该实验中得出适合驾驶的结论，以阐明当从安全模拟情况转移到实际驾驶情况时，代偿行为是否会崩溃。需要进行真实的驾驶研究。这种刺激可以在 10 分钟内完成，如果执行得当。
它可以给人一种视觉探索行为的第一印象，看完这个视频后，你会很好地理解这种技术如何快速方便地揭示自然情况下的视觉探索行为。
概述
本研究探讨了后大脑动脉梗塞后视野缺损患者在视觉探索中的补偿策略。研究使用驾驶模拟器评估头部和眼睛移动策略及其对驾驶表现的影响。
研究的关键组成部分
科学领域
- 神经科学
- 临床康复
- 视觉感知
背景
- 视觉缺损患者在日常活动中经常面临挑战。
- 补偿策略各不相同，在临床环境中难以评估。
- 驾驶表现可能受到这些视觉缺损的影响。
- 眼动追踪技术可以提供补偿性注视行为的洞察。
研究目的
- 区分视野缺损患者的补偿策略。
- 评估这些策略对驾驶表现的影响。
- 利用驾驶模拟器对视觉探索进行真实评估。
使用的方法
- 患者在驾驶模拟器中定位。
- 为个别患者校准眼动追踪技术。
- 进行驾驶模拟以记录注视行为和表现。
- 分析头部和眼睛移动等参数以寻找补偿策略。
主要结果
- 通过注视和头部运动分析，识别出不同的补偿策略。
- 即时的注视行为可视化为患者提供反馈。
- 结果表明个性化康复计划的潜力。
- 驾驶表现根据补偿行为显著变化。
结论
- 驾驶模拟器有效评估视觉探索行为。
- 实时反馈可增强患者在康复中的参与度。
- 个性化方法可能改善视觉缺损患者的康复结果。
常见问题
Executive Industry Relevance
Assessing compensatory visual exploration strategies in patients with visual field defects supports target validation in neurorehabilitation by linking oculomotor behavior to functional outcomes. This approach enables mechanistic de-risking of rehabilitation interventions through rapid, quantitative evaluation of gaze behavior in ecologically valid conditions. The driving simulator platform provides predictive confidence for prioritizing therapeutic strategies that improve daily life activities in neurological populations.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Differentiates compensatory strategies of visual exploration to interrogate therapeutic hypotheses about neurorecovery mechanisms.
- Operational Value: Enables rapid assessment of oculomotor behavior in a clinical setting using head-mounted eye tracking and driving simulation.
- Predictive Value: Links gaze and head movement parameters to driving performance, supporting target confidence in rehabilitation pathways.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides quantitative measurements of eye and head movement dynamics, including saccade frequency, amplitude, fixation duration, and reaction times.
- Operational Value: Uses dynamic overlay visualization for real-time feedback during testing, enhancing assay standardization and reproducibility.
- Scalability: Supports repeated testing sessions to evaluate training effects and compensatory strategy development over time.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects laboratory-based oculomotor measurements to real-world functional performance in daily life activities.
- Mechanistic De-risking: Evaluates whether compensatory strategies observed in simulation transfer to improved driving performance, reducing uncertainty in rehabilitation efficacy.
- Disease-Relevant System: Models homonymous hemianopia posterior cerebral artery infarction to study visual exploratory behavior in a clinically meaningful context.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from target validation through preclinical validation by enabling quantitative assessment of neurorehabilitation mechanisms.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of compensatory oculomotor strategies as a mechanism for functional recovery in visual field defects.
- Screening: Delivers assay readiness through standardized calibration, real-time gaze visualization, and quantifiable movement parameters.
- Analytics: Generates objective readouts on saccade dynamics, fixation patterns, and reaction times to peripheral stimuli for cross-condition comparison.
- Translational Research: Bridges discovery to preclinical continuity by linking visual exploration behavior to driving performance as a functional endpoint.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform for evaluating multiple neurorehabilitation interventions across patient subgroups.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in visual compensation strategies.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through calibrated eye tracking and controlled simulation environments.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions in neurorehabilitation by identifying patients most likely to benefit from compensatory training.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of therapeutic approaches based on individual compensatory behavior profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurology, ophthalmology, and vision rehabilitation for proper patient selection and instruction.
- Depends on head-mounted eye tracking systems and driving simulator software with calibration capabilities.
- Necessitates cross-team standardization between clinical, technical, and rehabilitation staff for consistent protocol execution.
- Involves adaptation considerations for varying levels of visual field defect severity and patient tolerance to simulation.
- Limited to assessing compensatory behavior in simulated environments; real-world validation remains necessary for clinical translation.
