Virtuelle Prismenanpassungstherapie: Protokoll zur Validierung bei gesunden Erwachsenen
12. Februar 2020
Dieses experimentelle Protokoll demonstriert den Einsatz der virtual prism adaptation therapy (VPAT) bei gesunden Erwachsenen und die Assoziation zwischen VPAT und funktioneller Nahinfrarotspektroskopie, um die Wirkung von VPAT auf die kortikale Aktivierung zu bestimmen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass VPAT machbar sein könnte und eine ähnliche Verhaltensanpassung wie eine konventionelle Prismenanpassungstherapie induzieren könnte.
Unser experimentelles Protokoll kann sich damit auseinandersetzen, ob die Prismenanpassungstherapie für Patienten mit hemispatialer Vernachlässigung wirksam ist und ob unser virtuelles Prismenanpassungstherapiesystem die räumliche Neuausrichtung und kortikale Aktivierung fördert. Die Anpassungstherapie für virtuelle Prismen wurde entwickelt, um kostengünstiger, schneller einzurichten und einfacher einzustellen als herkömmliche Prismenanpassungen. Diese Technik kann verwendet werden, um konventionelle Prismentherapie bei Patienten mit hemispatial Vernachlässigung zu ersetzen, weil es die Auswirkungen der konventionellen Prismenanpassung imitieren kann.
Diese Methode schlägt ein Potenzial für den Einsatz virtueller Realität für die Schlaganfalltherapie vor und kann Einblicke in die hemispatiale Vernachlässigungsrehabilitation im Bereich der virtuellen Rehabilitation geben. Obwohl das System auf einer Virtual-Reality-Gaming-Engine basiert und daher leicht verwendet werden kann. Achten Sie darauf, mit der Vorbereitung vorsichtig zu sein.
Lassen Sie den Teilnehmer für die funktionelle Nahinfrarot-Spektroskopie-Messung in einem Stuhl mit geradem Rücken sitzen und bestätigen, dass die Hand des Teilnehmers beim Ausstrecken nicht auf den Tisch kommt. Als Nächstes wählen Sie die entsprechende funktionelle Nahinfrarot-Spektroskopiegröße entsprechend dem Kopfumfang des Teilnehmers aus und legen Sie die Kappe auf den Kopf des Teilnehmers, so dass sich der Scheitelpunkt am Schnittpunkt zwischen Inion und Nasion und dem Mittelpunkt zwischen dem linken präauricularen und rechten präauricularen Bereich befindet. Zeigen Sie die Montage auf dem Bildschirm an und verbinden Sie 15 Quellen und 24 Detektoren mit der Montage.
Verwenden Sie leitfähiges Gel, um die Verstärkung von der Lichtquelle zu verbessern, wenn kritisch, bevor Sie die Optode einfügen und legen Sie die Haltekappe auf den Teilnehmer. Um die Software einzurichten, führen Sie die funktionale Nahinfrarot-Spektroskopie-Systemsoftware aus und laden Sie die Vernachlässigungsmontage. Wenn die Montage auf dem Bildschirm angezeigt wird, stellen Sie 15 Quellen und 24 Detektoren entsprechend der Montage ein und klicken Sie auf Kalibrieren.
Um das virtuelle Prismaanpassungstherapiesystem zu kalibrieren, montieren Sie zunächst das Virtual-Reality-Kopf-Display über die funktionelle Nahinfrarot-Spektroskopiekappe, um eine Störung der Kappe zu vermeiden. Wenn das Display vorhanden ist, öffnen Sie die Software für die Anpassung spriges virtuelles Prisma und geben Sie die Informationen des Teilnehmers ein. Klicken Sie auf Starten und bestätigen Sie die Visualisierung der virtuellen Hand im Display.
Initiieren Sie die zweistufige Kalibrierung, und weisen Sie den Teilnehmer an, das rote Kreuz in der Mitte des Bildschirms zu sehen. Drücken Sie dann die R-Taste, um den Bildschirm zu kalibrieren. Weisen Sie den Teilnehmer an, mit der rechten Hand auf das Ziel zu zeigen.
Drücken Sie dann die O-Taste, um die Handposition zu kalibrieren. Für die Kalibrierung im Handbereich sollte ausreichend Platz zur Verfügung gestellt werden und die Hand sollte nicht zu weit gestreckt werden, um die Zielposition festzulegen. Bestätigen Sie am Ende der Kalibrierung die Bereitschaft des Teilnehmers, das Experiment zu starten und das System ohne Prismamodus zu starten.
Klicken Sie auf die Starttaste, um ein Experiment mit vier Phasen gleichzeitig mit funktioneller Nahinfrarot-Spektroskopieaufzeichnung zu starten, und weisen Sie den Teilnehmer an, innerhalb von drei Sekunden mit dem rechten Zeigefinger zu zeigen oder zu klicken, nachdem das entsprechende Symbol angezeigt wird oder sich ausruhen soll. Im virtuellen Prismenanpassungsmodus ergibt der eingestellte Abweichungswinkel eine virtuelle Handabweichung. Die grüne Hand ist die tatsächlich handerkannte Position, die dem Benutzer nicht angezeigt wird.
Die blauen Hände sind abweichende Hände, die dem Benutzer gezeigt werden. Im Abweichungsmodus erstreckt sich die Hand des Benutzers in die linke Richtung, um die Hand des Benutzers immer näher am Ziel zu halten. Weisen Sie den Teilnehmer an, für den Klickblock die Taste drücken zu lassen.
Jede Phase besteht aus Blöcken zum Zeigen, Klicken oder Ausruhen. In diesem repräsentativen Diagramm wird der Zeigefehler für vier gesunde Teilnehmer mit dem Mittelwert des Medianwertes aus 10 Versuchen in der Teilphase jeder 30 Sekunden dauernden Zeigeaufgabe angezeigt. Hier wird der Zeigefehler für jedes Thema vorgestellt, der eine Anpassung während der virtuellen Prismenanpassungstherapiephasen und die postprismatische Anpassung demonstriert.
Verwenden Sie die Bildschirmkalibrierung, um den virtuellen Raum vor dem visuellen Bereich des Benutzers zu platzieren, und verwenden Sie die Zielentfernungskalibrierung, um das Ziel in Reichweite des Benutzers zu platzieren. Wir haben gesunde erwachsene Freiwillige untersucht, aber die Technologie könnte bei klinischen Patienten verwendet werden. Darüber hinaus könnte ein Vergleich der Daten mit realen Prismenklassen sinnvoll sein.
Sehen Sie sich das vollständige Transkript an und erhalten Sie Zugang zu Tausenden wissenschaftlicher Videos
Übersicht
Dieses experimentelle Protokoll demonstriert die Anwendung der virtuellen Prismen-Anpassungstherapie (VPAT) bei gesunden Erwachsenen und ihr Potenzial, die konventionelle Prismen-Anpassungstherapie nachzuahmen. Die Studie untersucht den Zusammenhang zwischen VPAT und funktioneller nahinfraroter Spektroskopie, um deren Effekte auf die kortikale Aktivierung zu bewerten.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Rehabilitation
- Virtuelle Realität
Hintergrund
- Die Prismenadaptationstherapie wird bei Patienten mit hemispatialer Vernachlässigung eingesetzt.
- Die virtuelle Prismenadaptationstherapie zielt darauf ab, kostengünstiger und einfacher zu implementieren zu sein.
- Diese Technik könnte Erkenntnisse für Rehabilitationsstrategien bei Schlaganfallpatienten liefern.
- Nutzt eine Virtual-Reality-Spiele-Engine, um die Zugänglichkeit zu verbessern.
Zweck der Studie
- Beurteilung der Wirksamkeit von VPAT bezüglich der räumlichen Neuausrichtung.
- Bestimmung des Einflusses von VPAT auf die kortikale Aktivierung.
- Untersuchung der Machbarkeit des Einsatzes von VPAT als Ersatz für die konventionelle Therapie.
Verwendete Methoden
- Durchführung einer virtuellen Prismen-Anpassungstherapie.
- Funktionelle Nahinfrarotspektroskopie zur Messung kortikaler Aktivierung.
- Vergleich der Verhaltensanpassungen zwischen VPAT und herkömmlicher Therapie.
- Beurteilung des Systemaufbaus und der Nutzererfahrung.
Hauptergebnisse
- VPAT kann ähnliche Verhaltensanpassungen wie eine konventionelle Therapie hervorrufen.
- Die Durchführbarkeit von VPAT wurde bei gesunden Erwachsenen nachgewiesen.
- Hinweise auf Veränderungen der kortikalen Aktivierung im Zusammenhang mit VPAT.
- Potenzial für den Einsatz von VPAT in klinischen Umgebungen zur Rehabilitation.
Schlussfolgerungen
- VPAT ist eine aussichtsreiche Alternative zur herkömmlichen Prismen-Anpassungstherapie.
- Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Wirksamkeit bei klinischen Populationen zu validieren.
- Diese Methode könnte die Rehabilitationsansätze bei hemispatialer Vernachlässigung verbessern.
Häufig gestellte Fragen
Aussagekräftige Branchenrelevanz
Die virtuelle Prismen-Anpassungstherapie (VPAT) bietet einen kosteneffizienten und skalierbaren Ansatz, um die räumliche Neuorientierung und kortikale Aktivierung in der neurorehabilitativen Forschung zu untersuchen. Mithilfe der virtuellen Realität und der fNIRS ermöglicht die VPAT eine mechanistische Absicherung therapeutischer Hypothesen im Zusammenhang mit der visuospatialen motorischen Integration. Dies unterstützt die Zielvalidierung und erhöht die Vorhersagesicherheit in der frühen Entdeckungsphase für kognitive Defizite nach Schlaganfall.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Untersucht therapeutische Hypothesen zu räumlichen Neuordnungsmechanismen in Modellen der hemisphärischen Raumachtsamkeitsstörung.
- Operativer Wert: Ermöglicht die funktionelle Validierung von Zielstrukturen durch quantifizierbare Reduktionen von Verhaltensfehlern und Muster kortikaler Aktivierung.
- Predictive Value: Unterstützt die Portfolio-Priorisierung, indem messbare Biomarker der visuospazialen Anpassung vor klinischer Investition bereitgestellt werden.
Screening und Assay-Entwicklung
- Testbereitschaft: Bereitet validierte neurobehaviorale Messgrößen (Zeigefehler, Ablenkwinkel) für das Hochdurchsatz-Screening von Wirkstoffen oder Interventionen vor.
- Reproduzierbarkeit: Standardisierte Kalibrierungsprotokolle (Bildschirm- und Handposition) gewährleisten konsistente quantitative Ergebnisse über verschiedene Bediener und Standorte hinweg.
- Skalierbarkeit: Das auf virtueller Realität basierende System ermöglicht einen schnellen Einsatz und eine Anpassung an unterschiedliche Teilnehmergruppen, ohne auf physische Prismen-Hardware angewiesen zu sein.
Translationale und präklinische Forschung
- Translationale Kontinuität: Verbindet mechanistische Erkenntnisse aus der Entdeckungsphase mit präklinischer Validität mittels fNIRS-gemessener kortikaler Aktivierung in dorsolateral präfrontalen und parietalen Regionen.
- Risikoadjustierte Weiterentwicklung: Ermöglicht Go/No-Go-Entscheidungen basierend auf konvergierenden Verhaltens- und neurophysiologischen Anpassungsschwellen.
- Krankheitsrelevante Systematik: Modelliert visuospatiale Dysfunktionen, die für die durch Schlaganfall verursachte hemispatiale Vernachlässigung relevant sind, und unterstützt biomarkerbasierte präklinische Validierung.
Pipeline- und Workflow-Integration
VPAT fügt sich in die Kontinuum von der Entdeckung bis zur präklinischen Phase ein, indem es eine hypothesengeleitete Bewertung von Neuroreparaturmechanismen vor der Optimierung des Leitwirkstoffs ermöglicht.
- Entdeckungsbiologie: Prüft hypothesenbasierte Fragestellungen zu spezifischen Signalwegen, die visuomotorische Integration und Aufmerksamkeitsumlenkung betreffen.
- Screening: Liefert standardisierte, quantitative Verhaltensparameter (Median der Zeigefehler), die für den Vergleich von Interventionen geeignet sind.
- Analytik: Erzeugt aus fNIRS-Daten abgeleitete kortikale Aktivierungskarten, die Aufschluss über die Zielinteraktion und mechanistische Risikoreduktion geben.
- Translationale Forschung: Zeigt durch präklinische Validität, dass homologe kortikale Aktivierungsmuster in gesunden Modellen die Patientenreaktion vorhersagen können.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Der plattformunabhängige VR/fNIRS-Ansatz ermöglicht die Wiederverwendung über kognitive und motorische Bereiche hinaus, auch jenseits von Neglect-Syndromen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Verringert mechanistische Unschärfen, indem Verhaltensanpassung mit der Aktivierung des präfrontal-parietalen Kortex verknüpft wird.
- Operationaler Wert: Beseitigt physische Prismenbeschränkungen und ermöglicht dadurch eine schnellere Einrichtung, geringere Kosten und einfachere Anpassung von Parametern.
- Strategischer Wert: Verbessert die Entscheidungssicherheit bei Go/No-Go-Entscheidungen durch multimodale Validierung (verhaltensbasiert + neurobildgebend) und reduziert das Risiko spätzeitiger Fehlschläge.
- Portfolio-Wirkung: Erleichtert die risikoadjustierte Priorisierung von Kandidaten für die Neurorehabilitation anhand objektiver neuroverhaltensbezogener Schwellenwerte.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Kalibrierung von VR-Systemen, der Platzierung von fNIRS-Montagen und der Gestaltung neurobehavioraler Aufgaben.
- Abhängig von der Integration der Hardware für funktionelle Nahinfrarotspektroskopie, eines VR-Kopfdisplays und einer tiefensensiblen Kamera.
- Erfordert die standardisierte Abstimmung von Kalibrierungsprotokollen (Bildschirm- und Handposition) über Teamgrenzen hinweg, um eine reproduzierbare Anwendung an mehreren Standorten zu ermöglichen.
- Bei der Anpassung sind Faktoren wie die Modifikation von Abweichungswinkeln und Zielentfernungen für unterschiedliche motorische Fähigkeiten und Sehfelder zu berücksichtigen.
- Praktische Einschränkung: Die bisherige Validierung beschränkt sich auf gesunde Erwachsene; für die klinische Übertragung sind Daten von Schlaganfallpatienten erforderlich.
