Eye-Tracking-Steuerung zur Beurteilung kognitiver Funktionen bei Patienten mit amyotropher Lateralsklerose

Das übergeordnete Ziel dieses Eye-Tracking-Paradigmas besteht darin, eine auf okulomotorischen Verfahren basierende Technik zur Beurteilung kognitiver Funktionen bei Patienten mit Amyotropher Lateralsklerose oder ALS einzusetzen, die nicht sprechen oder schreiben können. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen zum Thema möglicher kognitiver Defizite bei Patienten mit schweren körperlichen Beeinträchtigungen wie ALS zu beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass sie Augenbewegungen nutzt, um neuropsychologische Tests bei ALS-Patienten durchzuführen, und sich deshalb besonders für Patienten eignet, die nicht sprechen oder schreiben können.

Obwohl diese Methode für Patienten mit ALS entwickelt wurde, kann sie auch auf andere Patientenproben angewendet werden, die nicht sprechen und schreiben können, aber eine intakte okulomotorische Kontrolle besitzen. Verwenden Sie für dieses Experiment ein tragbares Gerät zur Aufzeichnung von Augenbewegungen mit einer Brille. Optimieren Sie die Erfassung von Augenbewegungen, indem Sie die Kameras in allen sechs Freiheitsgraden anpassen.

Als Nächstes richten Sie ein standardisiertes okulomotorisches Testparadigma ein, beispielsweise eine Reihe von Sakkaden-Aufgaben, um Defizite in der Augenbewegungssteuerung zu erkennen. Verwenden Sie eine Software, um diese Aufgaben mittels eines Projektors, der oberhalb der Sitzposition des Probanden montiert ist, auf einem halbzylindrischen Bildschirm darzustellen. Überprüfen Sie abschließend, im Hinblick auf den zweiten Teil des Experiments, ob ein roter Laserpunkt, der für die augenverfolgungsbasierte Version des D2-Tests verwendet wird, korrekt auf dem Bildschirm erscheint.

Bitten Sie den Teilnehmer zunächst, alle potenziell störenden Geräte wie Mobiltelefone oder Pager auszuschalten. Führen Sie einen Teilnehmer, der keine erheblichen Sehbeeinträchtigungen aufweist, in den Testraum. Setzen Sie ihn auf einen erhöhten Stuhl vor eine verstellbare Kinnauflage, die 150 Zentimeter vom Computerbildschirm entfernt ist.

Bitten Sie den Teilnehmer, den Kopf auf die Kinnstütze zu legen. Anschließend setzen Sie die Video-Okulographie-Brille auf den Kopf. Passen Sie die Brille so an, dass sie der Kopfform und -größe richtig angepasst ist.

Stellen Sie sicher, dass beide Augen auf dem Bildschirm des Versuchsleiters sichtbar sind, und justieren Sie die Kameras in der Brille so, dass die Bilder beider Augen mittig auf dem Bildschirm erscheinen. Überprüfen Sie anschließend, ob das System durchgängig Augenbewegungen aufzeichnet, indem Sie die Versuchsperson anweisen, in jede Ecke des halbzylindrischen Bildschirms zu blicken. Starten Sie das standardisierte oculomotorische Testparadigma und lassen Sie die Versuchsperson eine zweite Kalibrierung durchführen.

Bitten Sie den Probanden, einen einzelnen Punkt auf dem Bildschirm zu verfolgen, der sich mit einer Frequenz von 0,125 Hertz horizontal und anschließend vertikal bewegt, um die nicht kalibrierten orthogonalisierten Rohdaten des Augenbewegungs-Aufzeichnungsgeräts der tatsächlichen orthogonalisierten Augenposition zuzuordnen. Überprüfen Sie abschließend, ob die Kalibrierung akzeptabel ist, das heißt, ob die tatsächliche Augenbewegung und die Rohdaten räumlich und zeitlich synchronisiert sind. Ist dies der Fall, weisen Sie den Probanden an, den Kopf so still wie möglich zu halten.

Für den ersten Teil des Experiments zeigt der farbige progressive Matrizentest nach Raven, oder CPM-Test, eine Reihe von Matrizen an, die 22 Grad lang und 15 Grad hoch sind und auf dem Bildschirm eine ausgeschnittene freie Stelle aufweisen. Weisen Sie den Probanden an, das fehlende Stück unter jeder Matrix zu identifizieren. Nach der Auswahl soll der Proband mindestens 250 Millisekunden lang die Augen schließen, woraufhin ein grüner Rahmen erscheint, der nacheinander jedes der sechs möglichen Alternativenstücke für jeweils 1500 Millisekunden umrandet.

Bitten Sie den Teilnehmer, die Alternative, von der er glaubt, dass sie korrekt ist, dadurch zu kennzeichnen, dass er mindestens 250 Millisekunden lang die Augen schließt, während sich seine Auswahl innerhalb des grünen Rahmens befindet. Projizieren Sie die Wahl des Teilnehmers getrennt auf den halbzylindrischen Bildschirm, um sie zu bestätigen, und weisen Sie ihn an, die Augen erneut mindestens 250 Millisekunden lang zu schließen. Lassen Sie den Teilnehmer eine weitere Schulung absolvieren, indem er in den nächsten drei Matrizen das fehlende Element auswählt.

Beantworten Sie alle Fragen des Teilnehmers zur Durchführung des Verfahrens. Anschließend führt der Teilnehmer die vollständige CPM-Aufgabe durch. Für den zweiten Teil des Experiments, den D2-Test, weisen Sie den Teilnehmer an, seinen Blick auf die Mitte des Bildschirms zu richten.

Sagen Sie ihnen, dass sie nacheinander in der Mitte des Bildschirms jeweils einen der 47 Buchstaben beobachten sollen, die eine Höhe von 11 Grad und eine Breite von 2,5 Grad aufweisen, wobei jeder Reiz 2000 Millisekunden andauert. Sobald der Buchstabe d mit zwei Strichen angezeigt wird, weisen Sie den Teilnehmer an, auf den roten Laserpunkt zu schauen, der oberhalb des Buchstabens positioniert ist, bis der nächste Reiz erscheint. Schließlich soll der Teilnehmer nach Abschluss des Trainings den kompletten D2-Test durchführen, der aus fünf Blöcken mit jeweils 47 Reizen besteht.

Bei einer Stichprobe von Patienten mit Amyotropher Lateralsklerose, oder ALS, zeigte sich eine gute Übereinstimmung zwischen der Eye-Tracking- und der Standardversion des CPM-Tests. Darüber hinaus ergeben sich signifikante Gruppenunterschiede im CPM-Test und im D2-Test, was darauf hinweist, dass diese Technik zuverlässig zwischen stärker und weniger kognitiv beeinträchtigten ALS-Patienten unterscheidet. Wenn die Technik einmal beherrscht ist, kann sie bei korrekter Durchführung in 25 Minuten abgeschlossen werden.

Für ALS-Patienten mit unzureichender okulomotorischer Kontrolle können andere Methoden, wie beispielsweise die Gehirn-Computer-Schnittstelle, genutzt werden, um ihre kognitiven Funktionen zu beurteilen. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man neuropsychologische Tests basierend auf Augenbewegungen bei ALS-Patienten durchführt.