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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Aquí, presentamos un protocolo para estudiar la relación entre los parámetros de movimiento ocular y las funciones cognitivas en pacientes con enfermedad de Parkinson no demente. El experimento utilizó un rastreador de ojos para medir la amplitud sacádica y la duración de fijación en una tarea de búsqueda visual. La correlación con el rendimiento en tareas cognitivas multidominio se midió posteriormente.
El deterioro cognitivo es un fenómeno común en la enfermedad de Parkinson que tiene implicaciones en el pronóstico. Una medición simple, no invasiva y objetiva de la función cognitiva en la enfermedad de Parkinson será útil para detectar el deterioro cognitivo temprano. Como métrica fisiológica, el parámetro de movimiento ocular no se confunde por los atributos y la inteligencia del sujeto y puede funcionar como un marcador proxy si se correlaciona con las funciones cognitivas. Con este fin, este estudio exploró la relación entre los parámetros de movimiento ocular y el rendimiento en las pruebas cognitivas en múltiples dominios. En el experimento, se estableció una tarea de búsqueda visual con seguimiento ocular, donde se pidió a los sujetos que buscaran un número incrustado en una matriz de alfabetos dispersos aleatoriamente en la pantalla de un ordenador. La diferenciación entre el número y el alfabeto es una tarea sobreaprendida de tal forma que se minimiza el efecto de confunción de la capacidad cognitiva en los parámetros de movimiento ocular. La amplitud sacádica media y la duración de fijación se capturaron y calcularon durante la tarea de búsqueda visual. La batería de evaluación cognitiva cubría dominios de funciones frontal-ejecutivas, atención, memoria verbal y visual. Se encontró que la duración prolongada de la fijación se asoció con un rendimiento más pobre en fluidez verbal, memoria visual y verbal, lo que permite una mayor exploración en el uso de parámetros de movimiento ocular como marcadores proxy para la función cognitiva en la enfermedad de Parkinson Pacientes. El paradigma experimental se ha encontrado para ser altamente tolerable en nuestro grupo de pacientes con enfermedad de Parkinson y podría aplicarse transdiagnóstico a otras entidades de la enfermedad para preguntas de investigación similares.
La enfermedad de Parkinson es clásicamente un trastorno motor; sin embargo, la enfermedad también está asociada con déficits cognitivos, y la progresión a la demencia es común1. La fisiopatología del deterioro cognitivo en la enfermedad de Parkinson no se entiende bien. Se cree que está relacionado con la deposición de alfa-sinucleína en el área cortical basada en la puesta en escena de Braak2. También se propuso que un síndrome dual de degeneración del sistema dopaminérgico y colinérgico conduce a diferentes déficits cognitivos con implicación pronóstico3. Se necesita más investigación para dilucidar aún más los mecanismos exactos involucrados en el deterioro cognitivo en la enfermedad de Parkinson. En el aspecto clínico, la presencia de deterioro cognitivo tiene un impacto significativo en el pronóstico4,5. La evaluación de la función cognitiva en la práctica clínica es, por lo tanto, esencial. Sin embargo, una evaluación cognitiva prolongada está limitada por las condiciones mentales y motoras de los pacientes. Por lo tanto, se necesita una medición simple y no invasiva que pueda reflejar la carga de la enfermedad en la función cognitiva.
Las anomalías del movimiento ocular son ampliamente descritos signos detectables de la enfermedad de Parkinson desde sus primeras etapas6,sin embargo, la fisiopatología es incluso menos bien caracterizada que la del deterioro cognitivo. La generación del movimiento ocular es a través de una transformación de la entrada sensorial visual, subvida por una red cortical y subcortical entrelazada, en señales a los núcleos oculomotores en el tronco cerebral para el efecto7. La afectación de las patologías de la enfermedad de Parkinson en estas redes puede conducir a anomalías observables en el movimiento ocular. Hay, tal vez superposición de estructuras neuroanatómicas que gobiernan el control del movimiento ocular y la función cognitiva. Además, ha habido estudios que examinan la relación entre el movimiento ocular sacádico y la función cognitiva en otros trastornos neurodegenerativos8. Por estos motivos, vale la pena explorar el uso de parámetros de movimiento ocular como un marcador proxy de funciones cognitivas en la enfermedad de Parkinson. Un estudio transversal9 mostró que la reducción de la amplitud sacádica y la mayor duración de la fijación se asoció con la gravedad del deterioro cognitivo global en la enfermedad de Parkinson. Sin embargo, hay una falta de datos sobre la correlación entre los parámetros de movimiento ocular y dominios cognitivos específicos. La importancia y necesidad de medición de dominios cognitivos específicos, en lugar de un estado cognitivo general, es que el dominio cognitivo individual informa información de pronóstico diferencial en la enfermedad de Parkinson3 y son diferentes redes neuronales. El objetivo de este estudio es explorar la relación específica entre las métricas de movimiento ocular y las diferentes funciones cognitivas. Este es el primer paso para establecer una base sobre la cual se podría construir el desarrollo de biomarcadores de deterioro cognitivo en la enfermedad de Parkinson utilizando tecnología de seguimiento ocular.
El paradigma experimental presentado se compone de 2 partes principales: la evaluación cognitiva y la tarea de seguimiento ocular. La batería de evaluación cognitiva abarcaba una gama de funciones cognitivas, incluyendo la atención y la memoria de trabajo, función ejecutiva, lenguaje, memoria verbal y función visuospatial. La elección de estos 5 dominios cognitivos se basa en las Directrices del Grupo de Trabajo de la Sociedad de Trastornos del Movimiento para el deterioro cognitivo leve en la enfermedad de Parkinson10,y se seleccionó un conjunto de pruebas cognitivas disponibles localmente para construir la evaluación Batería. En un estudio de seguimiento ocular similar anterior sobre la cognición de la enfermedad de Parkinson mencionado9, el autor extrajo los parámetros de movimiento ocular mientras los sujetos estaban involucrados en tareas cognitivas visuales, donde los parámetros pueden ser potencialmente influenciados por el capacidad cognitiva del sujeto. Como este estudio tenía como objetivo evaluar la correlación entre los parámetros de movimiento ocular y diferentes dominios cognitivos, se debe abordar el potencial efecto de confunción de las capacidades cognitivas en los parámetros oculares. En este sentido, se empleó una tarea de búsqueda visual, adaptada de otro estudio de seguimiento ocular sobre la enfermedad de Alzheimer11,para capturar los parámetros de movimiento ocular de los sujetos. Durante la tarea, los sujetos tuvieron que buscar un solo número en la pantalla de una computadora entre varios distractores del alfabeto. Esta tarea supondría el uso alternativo del movimiento ocular sacádico y la fijación visual, cuyos anomalías se describen ampliamente en la enfermedad de Parkinson. La identificación y diferenciación del número y el alfabeto es una tarea sobreaprendida donde la demanda de funciones cognitivas es sólo mínima y, por lo tanto, sería adecuado para responder a la pregunta de investigación de este estudio. Se desarrolló un programa informático basado en las especificaciones y el diseño indicados por Rósler etal. en su estudio original para ser ejecutado dentro del software incorporado de nuestro rastreador de ojos. Un algoritmo interno para la clasificación y el análisis de los datos de seguimiento ocular también fue desarrollado para este estudio.
Este proyecto de investigación fue aprobado por el Comité de ética de la investigación clínica del clúster oriental de la Universidad China Conjunta de Hong Kong-Nuevos Territorios (CREC Ref. No.: 2015.263).
1. Reclutamiento de participantes y evaluación de línea de base
2. Configuración experimental
3. El flujo de la evaluación cognitiva y la tarea de búsqueda visual
4. Tarea de búsqueda visual
5. Procesamiento y análisis de datos de seguimiento ocular
El resultado completo de este estudio está disponible en el artículo original publicado23. Los sujetos de la enfermedad de Parkinson (n.o 67) fueron reclutados y completaron la evaluación. Sin embargo, 5 casos no pudieron completar la tarea de búsqueda visual, ya que llevaban lentes progresivas incompatibles con el rastreador de ojos y sus datos fueron descartados. La edad media de los sujetos fue de 58,9 años (SD a 7,5 años) con una relación entre hombres y mujeres de 1,7:1. Se contrataron 62 controles saludables de edad, sexo y educación para su comparación.
Parámetros de movimiento cognitivo y ocular
De acuerdo con otros estudios anteriores24,el grupo de la enfermedad de Parkinson mostró un rendimiento más bajo en múltiples tareas cognitivas en comparación con el grupo de control(Tabla 1). Utilizando el algoritmo interno para la clasificación de los datos de la tarea de búsqueda visual, las fijaciones y saccades se identifican y extraen para el cálculo y el análisis. Se encontró que el grupo de la enfermedad tenía una amplitud sacádica media más pequeña (16,36o a 2,36) en comparación con los controles (17,27o a 2,49; p a 0,037). La duración media de la fijación no fue significativamente diferente entre los grupos (216,58 ms a 31,64 frente a 211,59 ms a 24,90; p a 0,331) (Tabla 2).
Correlación entre los parámetros de movimiento ocular y la función cognitiva
Después de ajustar para covariables, se encontraron correlaciones negativas entre la duración media de la fijación y el rendimiento en la puntuación de memoria de reconocimiento verbal (puntuaciones de reconocimiento y discriminación; F a 5,843, t a -2,417, p a 0,017 y F a 12,771, t -3.574, p a 0,001, respectivamente), memoria de reconocimiento de patrones (F a 5.505, t a -2.346, p a 0,021) y prueba categórica de fluidez verbal en las categorías de fruta (F a 5.647, t a -2.376, p a 0,009) y vegetales (F a 9,744, t -3.122, p a 0,002). (Tabla 3). Sin embargo, no se encontró ninguna interacción significativa en estas correlaciones entre la enfermedad y el grupo de control, lo que sugiere que las correlaciones no son específicas del grupo de la enfermedad. Se especula que como el control de la fijación visual y las funciones cognitivas correlacionadas comúnmente involucran regiones temporales y parietales del cerebro con una base predominantemente colinérgica, cambios patológicos a estos neuroanatómicos y bioquímicos mecanismos pueden explicar los hallazgos.

Figura 1 : Una gráfica de calibración del rastreador de ojos. El trazado muestra el resultado de la calibración. La longitud de cada línea verde indica la diferencia entre el punto de mirada calculado por el rastreador de ojos y la posición real del punto. Como todas las líneas verdes caen dentro de los círculos grises y no falta punto, la calidad de esta calibración es aceptable. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2 : un ejemplo de una prueba de la tarea de búsqueda visual. Visualización de una matriz no lineal de 80 elementos de estímulo, de los cuales hay 1 número entre 79 alfabetos de distracción. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3 : La interfaz para comprobar el porcentaje de muestreo global. En la sección Reproducción del programa informático, el Porcentaje de muestras, que indica el porcentaje de tiempo que el rastreador de ojos encuentra con éxito durante la tarea de búsqueda visual, se puede comprobar para cada sujeto. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4 : un ejemplo de una ruta de exploración visualizada desde la tarea de búsqueda visual. Se visualizó la trayectoria de escaneo durante este ensayo, con las líneas rectas rojas que representan el movimiento sacádico del ojo y los puntos rojos para fijaciones visuales. Tenga en cuenta que el final de cada fijación visual va seguido de una saccade y viceversa en una ruta de exploración normal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5 : Un ejemplo de una ruta de exploración visualizada gravemente errónea. Este ejemplo de una ruta de escaneo manifiestamente errónea se toma de un sujeto que lleva un par de lentes progresivas incompatibles. A diferencia de la ruta de exploración normal en la Figura 4, las líneas rojas (saccade) se ejecutan en zigzag y caen fuera de la pantalla del ordenador. Los puntos de fijación no están ni en los alfabetos ni en el número. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6 : La interfaz de exportación de datos en el programa informático. Esto muestra la interfaz donde se pueden seleccionar el sujeto y el tipo de datos de seguimiento ocular capturados para la exportación de datos. En nuestro paradigma experimental, la coordenada x e y, en píxeles, de la posición de los ojos en la pantalla en cada punto de tiempo se utilizará para el análisis de datos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7 : la interfaz del Analizador de búsqueda visual. Esto muestra la interfaz del programa de análisis interno para los datos de seguimiento ocular. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Grupo de control | Grupo de Parkinson | valor p | |
| Escalas cognitivas globales | |||
| Mmse | 28.53 (1.63) | 28 (1.84) | 0.09 |
| Moca | 27.10 (2.25) | 26 (2.34) | 0.009* |
| Pruebas cognitivas específicas – Frontal ejecutivo y frontal-temporal | |||
| Medias de Cambridgea | 1.16 (0.14) | 1.24 (0.19) | 0.018* |
| Stroop pruebab | 1.24 (1.77) | 1.36 (1.65) | 0.697 |
| Fluidez verbal - animalb | 0.92 (1.47) | 0.26 (1.31) | 0.01* |
| Fluidez verbal - frutab | -0.71 (0.74) | -1.01 (0.79) | 0.028* |
| Fluidez verbal - vegetalb | -0.66 (1.04) | -1.11 (0.90) | 0.011* |
| Pruebas cognitivas específicas – Memoria verbal (Prueba de aprendizaje de la lista de Hong Kong) | |||
| Aprendizaje totalb | 0.03 (0.90) | -0.30 (0.87) | 0.037* |
| 10 minutos de recuperación sin retardob | -0.17 (0.90) | -0.44 (1.10) | 0.131 |
| 30 minutos de recuperación sin retardob | -0.19 (0.90) | -0.39 (1.04) | 0.206 |
| Puntuación de reconocimientob | 0.10 (1.00) | 0.15 (0.73) | 0.722 |
| Puntuación de discriminaciónb | -0.05 (1.02) | -0.13 (0.97) | 0.636 |
| Pruebas cognitivas específicas – Memoria espacial visual | |||
| Memoria de reconocimiento de patrónc | 91.33 (9.40) | 87.77 (10.20) | 0.045* |
| Pruebas cognitivas específicas – Atención/Memoria de trabajo | |||
| Span espaciald | 6.15 (1.10) | 5.65 (1.17) | 0.016* |
Tabla 1: Comparación de puntuaciones cognitivas entre dos grupos utilizando una prueba t de muestra independiente. MMSE, Mini-Examen del Estado Mental; MoCA, Evaluación Cognitiva de Montreal; *– p<0.05 a – opciones medias para corregir; b – puntuaciones transformadas en puntuación z; c – porcentaje correcto; d – longitud del intervalo. Esta tabla se ha reproducido a partir de23.
| Grupo de control | Grupo de la enfermedad de Parkinson | valor p | |
| Duración media de la fijación, en milisegundos (SD) [Rango] | 211.59 (24.90) [165.77 - 264.63] | 216.58 (31.64) [145.43-312.68] | 0.331 |
| Amplitud sacádica media, en grados (SD) [Rango] | 17.27 (2.49) [13.34 - 22.99] | 16.36 (2.36) [11.66-23.20] | 0.037* |
Tabla 2: Comparación de los parámetros de seguimiento ocular entre dos grupos mediante la prueba t de muestra independiente. * - p < 0.05. Esta tabla se ha modificado a partir de23.
| Fuente | Variable dependiente | Df | F | B | Beta | Error de Std. | T | valor p |
| Duración media de la fijación | Fluidez verbal - fuit | 1 | 5.647 | -0.006 | -0.227 | 0.002 | -2.376 | 0.009* |
| Fluidez verbal - vegetal | 1 | 9.744 | -0.009 | -0.288 | 0.003 | -3.122 | 0.002* | |
| Puntuación de reconocimiento | 1 | 5.843 | -0.007 | -0.215 | 0.003 | -2.417 | 0.017* | |
| Puntuación de discriminación | 1 | 12.771 | -0.011 | -0.314 | 0.003 | -3.574 | 0.001* | |
| Memoria de reconocimiento de patrones | 1 | 5.505 | -0.071 | -0.215 | 0.03 | -2.346 | 0.021* |
Tabla 3: Correlaciones entre las puntuaciones cognitivas y los parámetros de seguimiento ocular utilizando el Modelo Lineal General: Solo hallazgos significativos. * - p < 0.05. Esta tabla se ha reproducido a partir de23.

Archivo Suplementario 1: Códigos relacionados con el diseño de la imagen de prueba. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Archivo Suplementario 2: Códigos relacionados con la ejecución real de la tarea de búsqueda visual. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Archivo Suplementario 3: Códigos relacionados con el software (por ejemplo, programa analizador). Haga clic aquí para descargar este archivo.

Archivo Suplementario 4: Códigos relacionados con el algoritmo ST-DBSCAN utilizado para clasificar las métricas de movimiento ocular. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Los autores no tienen nada que revelar.
Aquí, presentamos un protocolo para estudiar la relación entre los parámetros de movimiento ocular y las funciones cognitivas en pacientes con enfermedad de Parkinson no demente. El experimento utilizó un rastreador de ojos para medir la amplitud sacádica y la duración de fijación en una tarea de búsqueda visual. La correlación con el rendimiento en tareas cognitivas multidominio se midió posteriormente.
Los autores quieren agradecer al Dr. Harvey Hung por su consejo sobre el manuscrito.
| Computadora | Herramienta de evaluación cognitiva computarizada Intel | ||
| CANTAB CANTAB | Research Suite | Contiene memoria de reconocimiento de patrones, span espacial y medias de Cambridge | |
| Eye Movement Analyzer | Lab Viso Limited | https://github.com/lab-viso-limited/visual-search-analyzer | |
| Eye tracker | Tobii | Tx300 | Pantalla de computadora de 23 pulgadas con resolución de 1920 x 1080, Frecuencia de muestreo a 300 Hz |
| Hong Kong Lista Prueba de Leanrning | Departamento de Psicología, Universidad China de Hong Kong Lista de | Hong Kong Prueba de aprendizaje (HKLLT) 2ª edición | |
| Prueba de Stroop | Laboratorio de Neuropsicología, Universidad de Hong Kong | Medidas neuropsicológicas: datos normativos para chinos, segunda edición (revisada) | |
| Tobii Studio | Tobii | Tobii Studio versión 3.2.2 | Programa informático para ejecutar la tarea de búsqueda visual |
| Visual Search Task Lab | Viso Limited https://www.labviso.com/#products |