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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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 se presenta un protocolo para evaluar los movimientos binoculares de los ojos y la detección del campo visual central controlado por la mirada en los participantes con pérdida central de la visión.
La degeneración macular suele producir defectos visuales centrales binoculares heterogéneos. Actualmente, los enfoques disponibles para evaluar el campo visual central, como la microperimetría, solo pueden probar un ojo a la vez. Por lo tanto, no pueden explicar cómo los defectos en cada ojo afectan la interacción binocular y la función del mundo real. La presentación de estímulos dicopticos con un sistema controlado por la mirada podría proporcionar una medida fiable de los campos visuales monoculares/binoculares. Sin embargo, la presentación de estímulos dicopticos y el seguimiento simultáneo de los ojos son desafiantes porque los dispositivos ópticos de instrumentos que presentan estímulos dicopéticamente (por ejemplo, haploscopio) siempre interfieren con los rastreadores oculares (por ejemplo, rastreadores oculares infrarrojos basados en vídeo). Por lo tanto, los objetivos eran 1) desarrollar un método de presentación de estímulo dicoptico con seguimiento ocular simultáneo, utilizando gafas de obturador 3D y monitores listos para 3D, que no se ve afectado por interferencias y 2) utilizar este método para desarrollar un protocolo para evaluar el campo visual central en sujetos con pérdida de visión central. Los resultados mostraron que esta configuración proporciona una solución práctica para medir de forma fiable los movimientos oculares en condiciones de visualización dicopticas. Además, también se demostró que este método puede evaluar el campo visual central binocular controlado por la mirada en sujetos con pérdida de visión central.
La degeneración macular es generalmente una condición bilateral que afecta la visión central y el patrón de pérdida visual puede ser heterogéneo. La pérdida visual central podría ser simétrica o asimétrica entre dos ojos1. Actualmente, hay varias técnicas disponibles para evaluar el campo visual central en la degeneración macular. El gráfico de cuadrícula de Amsler contiene un patrón de cuadrícula que se puede utilizar para proyectar manualmente el campo visual central. Los perímetros automatizados (por ejemplo, el analizador de campo visual Humphrey) presentan destellos de luz de diferentes brillos y tamaños en un tazón de ganzfeld estandarizado para sondear el campo visual. La microperimetría contingente de miradas presenta estímulo visual en una pantalla LCD. Los micro-perímetros pueden compensar los movimientos de los micro-ojos mediante el seguimiento de una región de interés en la retina. Los micro-perímetros pueden sondear regiones locales en la retina central para detectar cambios en la función, pero solo pueden probar un ojo a la vez. En consecuencia, las pruebas micro-perimétricas no pueden explicar cómo los defectos heterogéneos en cada ojo afectan la interacción binocular y la función del mundo real. Existe una necesidad insatisfecha de un método para evaluar de forma fiable los campos visuales en una condición de visualización que se aproxima estrechamente a la visualización en el mundo real. Tal evaluación es necesaria para entender cómo el defecto del campo visual de un ojo afecta/contribuye al defecto del campo visual binocular. Proponemos un método novedoso para evaluar el campo visual central en personas con pérdida visual central bajo condición de visualización dicoptica (es decir, cuando los estímulos visuales se presentan de forma independiente a cada uno de los dos ojos).
Para medir los campos visuales de forma fiable, la fijación debe mantenerse en un locus determinado. Por lo tanto, es importante combinar el seguimiento ocular y la presentación dicopética para la evaluación binocular. Sin embargo, la combinación de estas dos técnicas puede ser difícil debido a la interferencia entre los sistemas de iluminación del rastreador de ojos (por ejemplo, LED infrarrojos) y los elementos ópticos de los sistemas de presentación dicopética (por ejemplo, espejos de haploscopio o prismas de estereoscopios). Las opciones alternativas son utilizar una técnica de seguimiento ocular que no interfiera con la línea de visión (por ejemplo, técnica de bobina escleral) o un eye-tracker integrado con gafas2. Aunque cada método tiene sus propios beneficios, hay desventajas. El método anterior se considera invasivo y puede causar molestias considerables3 y estos últimos métodos tienen bajas resoluciones temporales (60 Hz)4. Para superar estos problemas, Brascamp & Naber (2017)5 y Qian & Brascamp (2017)6 utilizaron un par de espejos fríos (que transmitieron luz infrarroja pero reflejaron el 95% de la luz visible) y un par de monitores a ambos lados de los espejos fríos para crear una presentación dicopética. Rastreador de ojos infrarrojo basado en vídeo se utilizó para rastrear los movimientos oculares en la configuración del haploscopio7,8.
Sin embargo, el uso de una presentación dicopética tipo haploscopio tiene un inconveniente. El centro de rotación del instrumento (haploscopio) es diferente del centro de rotación del ojo. Por lo tanto, se requieren cálculos adicionales (como se describe en el Apéndice – A de Raveendran (2013)9) para mediciones adecuadas y precisas de los movimientos oculares. Además, los planos de alojamiento y vergencia deben estar alineados (es decir, la demanda de alojamiento y vergüenza debe ser la misma). Por ejemplo, si la distancia de trabajo (distancia óptica total) es de 40 cm, la demanda de alojamiento y vergencia es de 2,5 dioptrías y ángulos de 2,5 metros, respectivamente. Si alineamos los espejos perfectamente ortogonales, entonces el haploscopio está alineado para la visualización distante (es decir, la vergencia requerida es cero), pero el alojamiento requerido sigue siendo 2.5D. Por lo tanto, se debe colocar un par de lentes convexas (+2,50 dioptrías) entre el ojo y la disposición del espejo del haploscopio para empujar el plano de alojamiento hasta el infinito (es decir, el alojamiento requerido es cero). Este arreglo requiere más espacio entre el ojo y la disposición del espejo del haploscopio es necesario, lo que nos lleva de vuelta a la diferencia en los centros de rotación. La cuestión de alinear los planos de alojamiento y vergencia se puede minimizar alineando el haploscopio con la visión cercana de tal forma que ambos aviones estén alineados. Sin embargo, esto requiere la medición de la distancia inter-pupillaria para cada participante y la alineación correspondiente de espejos de haploscopio / monitores de presentación de estímulo.
En este artículo, presentamos un método para combinar el seguimiento ocular infrarrojo basado en vídeo y la presentación de estímulos dicopticos utilizando gafas inalámbricas de obturador 3D y monitores listos para 3D. Este método no requiere ningún cálculo adicional y/o suposiciones como las utilizadas con el método haploscópico. Las gafas de obturador se han utilizado junto con los rastreadores oculares para entender la fusión binocular10,la adaptación sacádica11y la coordinación ojo-mano12. Sin embargo, cabe señalar que las gafas de obturador estéreo utilizadas por Maiello y sus colegas10,11,12 eran las gafas de obturador de primera generación, que estaban conectadas a través de un cable para sincronizarse con la frecuencia de actualización del monitor. Además, las gafas de obturador de primera generación no están disponibles comercialmente ahora. Aquí, demostramos el uso de gafas inalámbricas de obturador de segunda generación disponibles comercialmente(Tabla de Materiales)para presentar estímulos dicopticos y medir de forma fiable los movimientos oculares monoculares y binoculares. Además, demostramos un método para evaluar los campos visuales monoculares/binoculares en sujetos con pérdida de campo visual central. Mientras que la presentación dicopética de estímulo visual permite la evaluación monocular y binocular de los campos visuales, el seguimiento ocular binocular bajo condición de visualización dicoptica facilita las pruebas de campos visuales en un paradigma controlado por la mirada.
Todos los procedimientos y protocolos descritos a continuación fueron revisados y aprobados por la junta de revisión institucional de la Universidad Estatal de Wichita, Wichita, Kansas. Se obtuvo el consentimiento informado de todos los participantes.
1. Selección de participantes
2. Preparación del experimento
3. Ejecutar el experimento
NOTA: El experimento principal de este estudio fue el seguimiento ocular binocular y la detección del campo visual central utilizando estímulos dicopticos. La detección central del campo visual era comparable a las pruebas de campo visual de los instrumentos disponibles comercialmente (Tabla de materiales). Las propiedades físicas del estímulo visual como la luminancia del objetivo (~22 cd/m2),la luminancia del fondo (~10 cd/m2),el tamaño del objetivo (Goldmann III – 4 mm2),la cuadrícula de campo visual (cuadrícula Polar 3 con 28 puntos, figura 3)y la duración del estímulo (200 ms) eran idénticas a las pruebas de campo visual de los instrumentos disponibles comercialmente. Tenga en cuenta que estos valores de luminancia se midieron a través de gafas de obturador cuando el obturador estaba encendido(Tabla suplementaria 1). A los efectos de las pruebas analizadas aquí, la luminancia del estímulo fue constante a diferencia de las pruebas de campo visual donde se altera la luminancia del estímulo para obtener un umbral de detección. En otras palabras, el experimento empleó la detección supra-umbral y no el umbral. Por lo tanto, los resultados de la proyección fueron respuestas binarias (estímulos vistos o no vistos) y no valores numéricos.
4. Análisis
NOTA: El análisis del movimiento ocular y los datos de campo visual se puede realizar de varias maneras y está supeditado al software utilizado para ejecutar el experimento y el formato de datos de la salida del rastreador ocular. Los pasos siguientes son específicos de la configuración y el programa (Ver materiales suplementarios).
Se muestran los rastros representativos de movimiento ocular binocular de un observador con visión binocular normal durante dos condiciones de visualización diferentes (Figura 4). El seguimiento continuo de los movimientos oculares fue posible cuando ambos ojos vieron el estímulo(Figura 4A),y cuando el ojo izquierdo vio el estímulo con el ojo derecho debajo de un obturador activo(Figura 4B). Como se desprende de estos rastros, el método propuesto no afecta a la calidad de la medición del movimiento ocular y puede medir los movimientos oculares incluso durante experimentos de larga duración. Luego demostramos que el método se puede utilizar para medir de forma fiable los movimientos oculares incluso en los participantes desafiantes con pérdida central de la visión (Figura 5). Una aplicación importante del método es la detección del campo visual central en sujetos con (Figura 6) y sin (Figura Suplementaria 1) pérdida de visión central. El método proporciona una manera de documentar el impacto de la pérdida de visión central en la visualización del mundo real con ambos ojos abiertos. En este observador representativo (S7 en el Cuadro Complementario 2),se observó una ventaja binocular (es decir, ver un mayor número de puntos con ambos ojos en comparación con los ojos derecho/izquierdo). El análisis preliminar(Tabla complementaria 2)de los resultados de las pruebas de campo visual de todos los participantes con pérdida central de la visión demuestra el beneficio de la visualización binocular (en comparación con la condición de visualización ocular no dominante). ANOVA unidireccional reveló que hay un efecto principal significativo de la condición de visualización [F (2,28) =6.51, p=0.004]. Post-hoc (Tukey HSD) mostró que los participantes con pérdida de visión central vieron un mayor número de puntos en la condición de visualización binocular en comparación con la condición de visualización no dominante (p<0.01), pero no la condición dominante de visualización ocular (p=0.43).

Figura 1: Seguimiento ocular y configuración de presentación dicopética.
Izquierda - Configuración del equipo que muestra (a) monitor listo para 3D, (b) reposo de barbilla / frente, (c & d) cámara de eyetracker EyeLink y fuente de iluminación infrarroja (montada en la mesa), ( e& f) gafas de obturador 3D y su transmisor IR y (g) botón de respuesta. Derecha –Gafas de obturador 3D con (h) sensor infrarrojo en el puente de la nariz y (i) Parche reflectante infrarrojo estratégicamente colocado debajo del sensor y sostenido en su lugar por un alambre delgado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Captura de pantalla de la configuración del rastreador ocular.
La cifra muestra que el ajuste de potencia de iluminación infrarroja (esquina inferior izquierda) se puede alternar entre el 50%, el 75% y el 100%. Esta figura también muestra la alineación adecuada de la pupila. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Ilustración de la cuadrícula de prueba de campo visual.
Representación pictórica que muestra la cuadrícula Polar 3 (N = 28, en 3 anillos concéntricos de 2,3°, 6,6° y 11° de diámetro, respectivamente) diseño de prueba de campo visual. Los parámetros de ensayo eran similares a los instrumentos disponibles comercialmente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Seguimiento ocular binocular en un sujeto con visión normal.
Trazas representativas de movimiento ocular binocular de un participante de control: (A) posiciones oculares horizontales y verticales del ojo izquierdo (superior) y el ojo derecho (parte inferior) cuando los estímulos visuales se presentaron dicopéticamente a ambos ojos; y (B) posiciones oculares horizontales y verticales del ojo izquierdo y el ojo derecho cuando los estímulos visuales se presentaron dicopéticamente sólo al ojo izquierdo. Cada unidad en el eje x y el eje y representa un segundo y un grado, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Seguimiento ocular binocular en un sujeto con pérdida central de la visión.
Rastros representativos de movimiento ocular binocular de un participante con degeneración macular: (A) posiciones oculares horizontales y verticales del ojo izquierdo (superior) y el ojo derecho (parte inferior) cuando los estímulos visuales se presentaron dicopéticamente a ambos ojos, y (B) posiciones oculares horizontales y verticales del ojo izquierdo y el ojo derecho cuando los estímulos visuales se presentaron dicopéticamente sólo al ojo izquierdo. Cada unidad en el eje x y el eje y representa un segundo y un grado, respectivamente. Cabe señalar que a pesar de los movimientos oculares fijacionales más grandes en el paciente con pérdida central de la visión (compárese con la Figura 4),el seguimiento ocular confiable era factible. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Resultados de las pruebas de detección de campo visual de un sujeto con pérdida central de la visión.
Resultados de la detección de campo visual (N=28) en un participante representativo con pérdida de visión central (S7 en la Tabla Suplementaria 2). Estímulo visual presentado a ambos ojos (izquierda), solo al ojo izquierdo (centro) y al ojo derecho solamente (derecha). La cruz de fijación se muestra en el centro y las ubicaciones de campo visual donde se vio el breve estímulo blanco se muestran como cuadrados rellenos verdes. Los lugares que no vieron el estímulo se muestran como cuadrados rellenos de rojo. La proporción observada en las tres condiciones de visualización fue de 0,50 (14/28, ambos ojos viendo, a la izquierda); 0.29 (8/28, visualización de LE, centro); y 0.14 (4/28, RE visualización, derecha). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura complementaria 1: Resultados de pruebas de detección de campo visual de un sujeto de control. Resultados de la detección de campos visuales (N=28) en un participante de control representativo. Estímulo visual presentado a ambos ojos (arriba), solo al ojo izquierdo (centro) y solo al ojo derecho (abajo). La cruz de fijación se muestra en el centro y las ubicaciones de campo visual donde se vio el breve estímulo blanco se muestran como cuadrados rellenos verdes. Los lugares que no vieron el estímulo se muestran como cuadrados rellenos de rojo. La proporción observada en las tres condiciones de visualización fue 1,00 (28/28, ambos ojos viendo, arriba); 1.00 (28/28, visualización de LE, centro); y 0,93 (26/28, re visualización, abajo). Haga clic aquí para descargar esta figura.
Figura suplementaria 2: Ensayos de captura - Sondeo del funcionamiento de las gafas de obturador. Los ensayos de captura determinaron la comunicación ininterrumpida de gafas estereoscópicas con emisor IR y sincronización con la pantalla estéreo. La imagen central ilustra una percepción que debe ser notificada por el sujeto (cruz roja y un cuadrado rojo / verde / amarillo) si la sincronización funciona. Las dimensiones del objetivo cruzado (y las barras individuales) eran idénticas a la cruz de fijación utilizada para la proyección de campos visuales y el borde cuadrado exterior corresponde a la ventana de tolerancia de 4°. Tenga en cuenta que la supresión de ojos peores, que es más probable en sujetos con agudezas visuales manifiestamente diferentes, puede confundir los informes perceptivos subjetivos. Para las pruebas de captura (cada 10 ensayos), se utilizó barra horizontal roja encerrada en un cuadrado rojo visto sólo por el ojo izquierdo y una barra vertical roja encerrada en un cuadrado verde visto sólo por el ojo derecho (2° x 0,4°). Los objetivos monoculares podrían fusionarse para percibir una cruz central roja, si el modo estereoscópico estaba encendido en todo y si las gafas de obturador funcionaban correctamente. Este paso comprobó que las dos fuentes de luz infrarroja no interfirieron, y las gafas del obturador se sincronizaron con el monitor listo para 3D. Haga clic aquí para descargar esta figura.
Tabla complementaria 1: Luminancia de fondo y el estímulo. La luminancia del fondo gris y el estímulo blanco medido con y sin las gafas de obturación a la altura de los ojos del presunto sujeto. Las gafas de obturador reducen la luminancia en aproximadamente un 65%. Es importante tener en cuenta la pérdida de transmisión al presentar estímulo visual de luminancia y contraste establecidos. Tenga en cuenta que la potencia de iluminación infrarroja del rastreador de ojos (siempre ajustado al 100% en nuestras pruebas) no tiene ningún papel en estas mediciones. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
Tabla complementaria 2: Resumen de las pruebas de campo visual en participantes de pérdida de campo central. Rendimiento del campo visual por parte de los participantes con pérdida central de la visión en las condiciones dominantes de visualización ocular, ocular no dominante y binocular. Abreviaturas: DE – ojo dominante; NDE – ojo no dominante; BE – ambos ojos. Las relaciones binoculares para DE se calcularon encontrando la relación entre la proporción de puntos observada durante las condiciones de visualización DE y DE. Del mismo modo, también se calculó la relación binocular para NDE. La relación de >1 sugiere una ventaja binocular (es decir, un mejor rendimiento en condiciones de visualización binoculares). En general, se observó un mayor número de puntos en la condición de visualización BE en comparación con la condición de visualización NDE. Haga clic aquí para descargar esta tabla.
Materiales suplementarios. Haga clic aquí para descargar estos materiales.
Los autores no tienen nada que revelar. Partes del estudio presentado aquí fueron presentadas como abstracta titulada "Función Visual Central Binocular en Degeneración Macular" en la reunión anual de la Academia Americana de Optometría 2019.
Aquí se presenta un protocolo para evaluar los movimientos binoculares de los ojos y la detección del campo visual central controlado por la mirada en los participantes con pérdida central de la visión.
Esta investigación fue financiada por la beca de investigación postdoctoral de LC Industries a la beca de investigación postdoctoral RR y Bosma Enterprises a AK. Los autores quisieran agradecer a los Drs. Laura Walker y Donald Fletcher por sus valiosas sugerencias y ayuda en el reclutamiento de temas.
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