2021年3月10日
本研究旨在设计、构建并初步验证一种新型虚拟现实任务,用于检测和表征单侧空间忽略症(一种影响23%-46%急性期脑卒中幸存者的综合征),从而拓展虚拟现实在神经系统疾病研究与管理中的应用。
通过本方案,研究人员可设计并验证新型虚拟现实工具,以辅助单侧空间忽略的诊断与特征分析。该技术为单侧空间忽略的研究提供了丰富的数据集,同时避免了在获得性脑损伤患者研究中可能出现的混杂效应。
对单侧空间忽略进行更精确的表征,有助于向存在轻微但仍有致残性缺陷的患者提供治疗,并可能改善其整体康复效果。演示该操作流程的将是来自我实验室的研究人员 Sam Cason 和 Peter Schwab。进行线段平分测试时,应让受试者坐在桌子一侧,正对测试者,并向受试者提供书写工具和刺激图卡,确保将图卡直接放置在受试者正前方。
指导受试者在尽量保持头部和肩部居中的情况下,快速而准确地将刺激纸上每条线的中点尽可能精确地一分为二。进行Bells测试时,向受试者提供Bells测试刺激纸,并指导其尽快且准确地圈出或划掉纸上的所有铃铛,同时尽量保持头部和肩部居中。进行星形消去测试时,向受试者出示刺激纸,确保其正对受试者放置,并指导受试者在保持头部和肩部居中的前提下,尽快且准确地圈出或划掉刺激纸上的所有星形。
进行Otas圆圈消去测试时,向受试者提供Otas圆圈消去刺激表,并指导受试者在保持头部和肩部居中的情况下,尽快且准确地划掉或圈出所有开口的不完整圆圈。在首次经颅磁刺激(TMS)会话前,将受试者的3TT1 MRI扫描图像上传至神经导航软件,并构建受试者大脑的三维模型。在第一次会话期间,让受试者坐在光学追踪摄像头前方,并使用头带或眼镜将追踪器固定在受试者头部。
将一个一次性盘状电极贴在受试者右手背侧骨间肌,另一个盘状电极贴在受试者右手示指第二指节,再将一个接地电极贴在受试者右手腕部。将电极插入输入至运动诱发电位(MEP)追踪软件程序的电极适配器中,并在神经导航软件中选择“新建在线会话”,以打开受试者的项目。选择本会话中需要刺激的目标区域,并使用已注册至神经导航软件的指针触碰受试者面部,位置应与之前放置解剖标志点的部位相同。
在软件中打开验证选项卡,使用指针触碰受试者头部的不同位置,确保屏幕上的十字线与指针所指的受试者位置对齐。将手持式经颅磁刺激(TMS)线圈插入TMS设备,并打开TMS设备电源。将仪器设置为单脉冲模式,并设定适当的刺激强度。
将手持式经颅磁刺激(TMS)线圈置于受试者头部左侧,使用单脉冲 TMS 对运动皮层施加刺激。通过调整刺激强度,确定能够引出第一背侧骨间肌反应的位置,并使刺激在10次中有恰好5次诱发出至少50毫伏的运动诱发电位(MEP)。
该强度被视为静息运动阈值。将手持线圈更换为带有内置冷却系统的气冷式经颅磁刺激线圈,针对主动刺激会话中的缘上回(SMG)或颞上回(STG),或假刺激会话中的头顶点(vertex),并将刺激参数设置为以静息运动阈值强度的110%进行频率为1赫兹、持续20分钟的重复经颅磁刺激。随后开始对目标脑区进行刺激。
进行虚拟现实行为测试时,将虚拟现实头戴设备戴在受试者头部,并用绑带牢固但舒适地固定。将两个控制器交给受试者,并通过视觉确认其双眼在瞳孔核心软件的摄像头画面中居中可见。在 Unity 编辑器中,打开虚拟现实任务并点击播放按钮。
要求受试者直视前方,然后点击泪膜相机按钮。点击开始教程按钮,等待受试者完成教程。当受试者完成后,点击校准眼动追踪按钮,然后点击下一个试验以开始第一次试验。
当受试者完成试验后,再次点击播放按钮以结束任务。在本项分析中,通过考察平均头部角度,以确定虚拟现实任务是否具有足够的敏感性来识别SMG组与STG组之间的差异。对组间头部角度差异的协方差分析(ANCOVA)结果显示,经颅磁刺激(TMS)前后的组别在头部角度变化得分上存在显著差异。
虚拟现实任务的这一发现与传统的纸笔任务结果一致,两者均显示出一种模式:SMG组可能存在轻微的忽视现象,且相较于STG组更倾向于向右侧注视。为了在单个目标水平上专门评估异位性忽视的迹象,可根据花朵缺陷花瓣所在的一侧对花朵进行分类。在此分析中,当寻找花朵右侧的短花瓣时,SMG组参与者在搜索位于花朵右侧的短花瓣时,其视线更偏向右侧,花朵与头部的角度显著高于短花瓣位于花朵左侧时所观察到的角度。
当分析参与者注视每朵花的平均秒数时,SMG组与STG组之间的平均头部角度变化得分未观察到显著差异。该方法受限于重复经颅磁刺激所产生的细微临床效应,因此,针对皮层区域的适当刺激参数至关重要。
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本研究聚焦于设计和验证一种新型的虚拟现实任务,旨在检测和表征卒中幸存者中常见的单侧空间忽略症状。该方法旨在增进对这种神经系统综合征的理解与管理。
本研究展示了如何利用虚拟现实技术来建模和评估单侧空间忽略,这是一种与中风康复相关的神经功能障碍。通过将虚拟现实与靶向经颅磁刺激(TMS)相结合,研究人员能够在受控环境中分离并量化特定的视觉空间缺陷。该方法有助于在临床前神经科学研究中进行机制层面的风险评估,同时为评估潜在治疗干预措施提供了一个可扩展的平台。
VR-TMS 范式适用于从早期发现到临床前转化的研究阶段,为靶点参与和功能读出验证提供了平台。