虚拟棱镜适应疗法:健康成人验证协议
February 12th, 2020
该实验方案演示了虚拟棱镜适应疗法（VPAT）在健康成人中的应用，以及VPAT与功能近红外光谱学之间的关联，以确定VPAT对皮质活化的影响。结果表明，VPAT是可行的，可以诱导类似的行为适应作为传统的棱镜适应疗法。
我们的实验方案可以解决棱镜适应疗法是否对肝空间忽视患者有效，以及我们的虚拟棱镜适应治疗系统是否促进空间调整和皮质激活。与传统的棱镜适应疗法相比，虚拟棱镜适应疗法的成本更低、设置更快、更容易调整。这种技术可以用来取代传统的棱镜疗法在患者的半空间忽视，因为它可以模仿传统的棱镜适应的影响。
这种方法暗示了将虚拟现实用于中风治疗的潜力，并可能深入了解虚拟康复领域的肝空间忽视康复。虽然该系统是基于虚拟现实游戏引擎，因此很容易使用。一定要做好准备。
对于功能性近红外光谱测量设置，请让学员坐在一张直背的椅子上，确认参与者的手在伸出手时不会撞到桌子。接下来，根据参与者的头部周长选择适当的功能近红外光谱大小，并在参与者的头上放置盖，使顶点位于 inion 和 nasion 之间的中点和左前线区域和右前线区域之间的中点交汇处。在屏幕上显示蒙太奇，将 15 个源和 24 个探测器连接到蒙太奇。
在插入视光器之前，使用导电凝胶改善光源的增益（如果关键的话）并将固定盖放在参与者上。要设置软件，运行功能近红外光谱系统软件，并加载忽略蒙太奇。屏幕上显示蒙太奇时，根据蒙太奇设置 15 个源和 24 个探测器，然后单击校准。
要校准虚拟棱镜自适应治疗系统，首先将虚拟现实头安装显示屏安装在功能近红外光谱帽上，注意避免干扰盖。当显示屏就位时，打开虚拟棱镜适应治疗软件并输入参与者的信息。单击"开始"并确认显示屏中虚拟手的可视化效果。
启动两步校准，并指示学员观看屏幕中央的红色十字标记。然后按 R 键校准屏幕。指示学员用右手指向目标。
然后按 O 键校准手部位置。应提供足够的空间用于手部范围内的校准，并且手不应拉伸得太远，无法设定目标位置。在校准结束时，确认参与者是否准备好开始实验，并在没有棱镜模式的情况下启动系统。
单击开始键以启动具有四个阶段的实验，同时进行功能性近红外光谱记录，并指示参与者在出现或休息相应图标的三秒内用右手食指指向或单击。在虚拟棱镜自适应模式下，设置的偏差角度会导致虚拟手部偏差。绿色手是实际的手识别位置，不显示给用户。
蓝色手是向用户显示的偏离手。在偏差模式下，用户的手向左伸展，以保持用户的手越来越接近目标。对于单击块，指示参与者按下按钮。
每个阶段将由用于指向、单击或休息的块组成。在此代表性图表中，显示四个健康参与者的指向误差，每个指向任务持续 30 秒的子阶段中 10 个试验的中位数平均值。在这里，每个主题的指向误差被呈现在虚拟棱镜适应治疗阶段和后棱镜适应阶段演示适应。
使用屏幕校准将虚拟空间放在用户的视觉范围前面，并使用目标距离校准将目标放在用户触手可及的位置。我们研究了健康的成人志愿者，但这项技术可以用于临床患者。此外，将数据与实棱镜类进行比较可能很有意义。
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概述
本实验协议展示了虚拟棱镜适应疗法（VPAT）在健康成人中的应用及其模仿传统棱镜适应疗法的潜力。该研究探索了VPAT与功能性近红外光谱的关联，以评估其对皮层激活的影响。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 康复
- 虚拟现实
背景
- 棱镜适应疗法用于治疗半空间忽视症患者。
- 虚拟棱镜适应疗法旨在更具成本效益且更容易实施。
- 这种技术可能为中风患者的康复策略提供洞见。
- 利用虚拟现实游戏引擎以提高可及性。
研究目的
- 评估VPAT对空间重新对齐的有效性。
- 确定VPAT对皮层激活的影响。
- 探索使用VPAT作为传统疗法替代的可行性。
使用的方法
- 实施虚拟棱镜适应疗法。
- 使用功能性近红外光谱测量皮层激活。
- 比较VPAT和传统疗法之间的行为适应性。
- 评估系统设置和用户体验。
主要结果
- VPAT可能会诱导与传统疗法类似的行为适应性。
- 在健康成人中展示了VPAT的可行性。
- VPAT相关的皮层激活变化的证据。
- VPAT在临床康复环境中应用的潜力。
结论
- VPAT是传统棱镜适应疗法的一个有前景的替代方案。
- 需要进一步研究来验证其在临床人群中的有效性。
- 这种方法可能会增强半空间忽视症的康复方法。
常见问题
Executive Industry Relevance
Virtual prism adaptation therapy (VPAT) offers a cost-effective, scalable approach to assess spatial realignment and cortical activation in neurorehabilitation research. By leveraging virtual reality and fNIRS, VPAT enables mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses related to visuospatial motor integration. This supports target validation and predictive confidence in early discovery for stroke-related cognitive deficits.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses on spatial realignment mechanisms in hemispatial neglect models.
- Operational Value: Enables functional target validation through quantifiable behavioral error reduction and cortical activation patterns.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by providing measurable biomarkers of visuospatial adaptation prior to clinical investment.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated neurobehavioral readouts (pointing error, deviation angle) for high-throughput compound or intervention screening.
- Reproducibility: Standardized calibration protocols (screen and hand position) ensure consistent quantitative outputs across operators and sites.
- Scalability: VR-based system allows rapid deployment and adaptation across diverse participant pools without physical prism hardware constraints.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Bridges discovery-phase mechanistic insights with preclinical validity via fNIRS-measured cortical activation in dorsolateral prefrontal and parietal regions.
- Risk-Adjusted Advancement: Enables go/no-go decisions based on convergent behavioral and neurophysiological adaptation thresholds.
- Disease-Relevant System: Models visuospatial dysfunction relevant to stroke-induced hemispatial neglect, supporting biomarker-aligned preclinical validation.
Pipeline & Workflow Integration
VPAT fits within the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis-driven assessment of neurorepair mechanisms before lead optimization.
- Discovery Biology: Tests pathway-specific hypotheses involving visuomotor integration and attentional reorienting networks.
- Screening: Delivers standardized, quantitative behavioral readouts (pointing error median) suitable for intervention comparison.
- Analytics: Generates fNIRS-derived cortical activation maps that inform target engagement and mechanistic de-risking.
- Translational Research: Alters with preclinical validity through homologous cortical activation patterns in healthy models predictive of patient response.
- Enterprise Reuse: Platform-agnostic VR/fNIRS framework supports reuse across cognitive motor domains beyond neglect.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by linking behavioral adaptation to prefrontal-parietal cortical activation.
- Operational Value: Eliminates physical prism constraints, enabling faster setup, lower cost, and easier parameter adjustment.
- Strategic Value: Improves go/no-go confidence through multimodal validation (behavioral + neuroimaging), reducing late-stage failure risk.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization of neurorehabilitation candidates using objective neurobehavioral thresholds.
Implementation Considerations
- Requires expertise in VR system calibration, fNIRS montage placement, and neurobehavioral task design.
- Dependent on functional near infrared spectroscopy hardware, VR head-mounted display, and depth-sensing camera integration.
- Necessitates cross-team standardization of calibration protocols (screen and hand position) for reproducible multi-site deployment.
- Adaptation considerations include adjusting deviation angles and target distances for varied motor abilities and visual fields.
- Practical limitation: Current validation limited to healthy adults; clinical translation requires stroke patient data.
