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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Ici, nous présentons un protocole pour étudier la relation entre les paramètres de mouvement d'oeil et les fonctions cognitives dans les patients non-déments de la maladie de Parkinson. L'expérience a utilisé un traqueur oculaire pour mesurer l'amplitude saccadienne et la durée de fixation dans une tâche de recherche visuelle. La corrélation avec la performance dans les tâches cognitives multi-domaines a été plus tard mesurée.
L'affaiblissement cognitif est un phénomène commun dans la maladie de Parkinson qui a des implications sur le pronostic. Une mesure proxy simple, non invasive et objective de la fonction cognitive dans la maladie de Parkinson sera utile en détectant le déclin cognitif tôt. En tant que mesure physiologique, le paramètre de mouvement oculaire n'est pas confondu par les attributs et l'intelligence du sujet et peut fonctionner comme marqueur proxy s'il est en corrélation avec les fonctions cognitives. À cette fin, cette étude a exploré la relation entre les paramètres du mouvement oculaire et la performance dans les tests cognitifs dans de multiples domaines. Dans l'expérience, une tâche de recherche visuelle avec suivi des yeux a été mis en place, où les sujets ont été invités à chercher un nombre intégré dans un tableau d'alphabets dispersés au hasard sur un écran d'ordinateur. La différenciation entre le nombre et l'alphabet est une tâche surappris de telle sorte que l'effet de confusion de la capacité cognitive sur les paramètres du mouvement oculaire est minimisé. L'amplitude saccadienne moyenne et la durée de fixation ont été capturées et calculées au cours de la tâche de recherche visuelle. La batterie d'évaluation cognitive couvrait les domaines des fonctions frontales-exécutives, de l'attention, de la mémoire verbale et visuelle. On l'a constaté que la durée prolongée de fixation a été associée à la performance plus pauvre dans la fluidité verbale, la mémoire visuelle et verbale, permettant davantage d'exploration sur l'utilisation des paramètres de mouvement d'oeil comme marqueurs proxy pour la fonction cognitive dans la maladie de Parkinson Patients. Le paradigme expérimental s'est avéré très tolérable dans notre groupe de patients de maladie de Parkinson et pourrait être appliqué transdiagnostically à d'autres entités de la maladie pour des questions de recherche semblables.
La maladie de Parkinson est classiquement un trouble moteur; pourtant, la maladie est également associée à des déficits cognitifs, et la progression dans la démence est commune1. La pathophysiologie de l'affaiblissement cognitif dans la maladie de Parkinson n'est pas bien comprise. On pense qu'il est lié au dépôt d'alpha-synucléine dans la zone corticale basée sur la mise en scène de Braak2. Il a également été proposé qu'un double syndrome de dégénérescence du système dopaminergique et cholinergique mène à différents déficits cognitifs avec implication pronostique3. D'autres recherches sont nécessaires pour élucider davantage les mécanismes exacts impliqués dans l'affaiblissement cognitif dans la maladie de Parkinson. Sur l'aspect clinique, la présence de troubles cognitifs a un impact significatif sur le pronostic4,5. L'évaluation de la fonction cognitive dans la pratique clinique est, par conséquent, essentielle. Cependant, une longue évaluation cognitive est limitée par les conditions mentales et motrices des patients. Par conséquent, une mesure non invasive et simple qui peut refléter le fardeau de la maladie sur la fonction cognitive est nécessaire.
Les anomalies de mouvement d'oeil sont des signes détectables largement décrits de la maladie de Parkinson de ses premiers stades6,pourtant la pathophysiologie est encore moins bien caractérisée que celle de l'affaiblissement cognitif. La génération du mouvement des yeux est par une transformation de l'entrée sensorielle visuelle, subservie par un réseau cortical et subcortical entrelacés, en signaux aux noyaux oculomoteurs dans le tronc cérébral pour l'effet7. La participation des pathologies de la maladie de Parkinson dans ces réseaux peut mener aux anomalies observables de mouvement d'oeil. Il y a, peut-être chevauchement des structures neuroanatomiques qui régissent le contrôle du mouvement d'oeil et de la fonction cognitive. En outre, il y a eu des études examinant la relation entre le mouvement saccadidique d'oeil et la fonction cognitive dans d'autres désordres neurodegenerative8. Pour de telles raisons, il est intéressant d'explorer l'utilisation des paramètres de mouvement oculaire comme marqueur proxy des fonctions cognitives dans la maladie de Parkinson. Une étude transversale9 a montré que l'amplitude saccadienne réduite et la durée de fixation plus longue étaient associées à la sévérité de l'affaiblissement cognitif global dans la maladie de Parkinson. Cependant, il y a un manque de données sur la corrélation entre les paramètres du mouvement oculaire et des domaines cognitifs spécifiques. L'importance et le besoin de mesurer des domaines cognitifs spécifiques, plutôt qu'un état cognitif général, est que le domaine cognitif individuel informe l'information pronostique différentielle dans la maladie de Parkinson3 et ils sont subservis par différents réseaux neuronaux. Le but de cette étude est d'explorer la relation spécifique entre les mesures du mouvement oculaire et les différentes fonctions cognitives. Il s'agit de la première étape pour établir une base sur laquelle le développement de biomarqueurs du déclin cognitif de la maladie de Parkinson à l'aide de la technologie de suivi des yeux pourrait être construit.
Le paradigme expérimental présenté est composé de 2 parties principales : l'évaluation cognitive et la tâche de suivi oculaire. La batterie d'évaluation cognitive englobait une gamme de fonctions cognitives, y compris l'attention et la mémoire de travail, la fonction exécutive, le langage, la mémoire verbale et la fonction visuospatiale. Le choix de ces 5 domaines cognitifs est basé sur les lignes directrices du Groupe de travail de la Société des troubles du mouvement pour la déficience cognitive légère dans la maladie de Parkinson10, et un ensemble de tests cognitifs disponibles localement ont été sélectionnés pour construire l'évaluation batterie. Dans une étude similaire précédente de suivi d'oeil sur la cognition de la maladie de Parkinson a mentionné9, l'auteur a extrait les paramètres de mouvement d'oeil tandis que les sujets étaient engagés dans des tâches cognitives visuelles, où les paramètres peuvent potentiellement être influencés par le capacité cognitive du sujet. Comme cette étude visait à évaluer la corrélation entre les paramètres du mouvement oculaire et les différents domaines cognitifs, l'effet de confusion potentiel des capacités cognitives sur les paramètres oculaires doit être abordé. À cet égard, une tâche de recherche visuelle, adaptée d'une autre étude de suivi oculaire sur la maladie d'Alzheimer11, a été utilisée pour capturer les paramètres de mouvement oculaire des sujets. Pendant la tâche, les sujets ont dû rechercher un seul numéro sur un écran d'ordinateur parmi plusieurs distrayants d'alphabet. Cette tâche susciterait l'utilisation alternative du mouvement saccadique d'oeil et de fixation visuelle, les anomalies dont sont décrites largement dans la maladie de Parkinson. L'identification et la différenciation du nombre et de l'alphabet sont une tâche surappris où la demande de fonctions cognitives n'est que minime et serait donc appropriée pour répondre à la question de recherche de cette étude. Un programme informatique a été élaboré en fonction des spécifications et de la conception, comme l'ont indiqué rsler et coll.11. dans leur étude originale à exécuter dans le logiciel intégré de notre eye tracker. Un algorithme interne de classification et d'analyse des données de suivi oculaire a également été développé pour cette étude.
Ce projet de recherche a été approuvé par le Joint Chinese University of Hong Kong-New Territories East Cluster Clinical Research Ethics Committee (CREC Ref. No.: 2015.263).
1. Recrutement des participants et évaluation de base
2. Configuration expérimentale
3. Le flux de l'évaluation cognitive et de la tâche de recherche visuelle
4. Tâche de recherche visuelle
5. Traitement et analyse de données de suivi des yeux
Le résultat complet de cette étude est disponible dans l'article original publié23. Des sujets de maladie de Parkinson (n - 67) ont été recrutés et ont terminé l'évaluation. Cependant, 5 cas n'ont pas terminé la tâche de recherche visuelle car ils portaient l'objectif progressif incompatible avec le traqueur d'oeil et leurs données ont été jetées. L'âge moyen des sujets était de 58,9 ans (DD à 7,5 ans) avec un rapport homme-femme de 1,7:1. 62 contrôles sains adaptés à l'âge, au sexe et à l'éducation ont été recrutés pour comparaison.
Paramètres cognitifs et de mouvement oculaire
Conformément à d'autres études antérieures24, le groupe de la maladie de Parkinson a montré des performances plus faibles dans les tâches cognitives multiples par rapport au groupe témoin (tableau 1). L'utilisation de l'algorithme interne pour la classification des données de la tâche de recherche visuelle, des fixations et des saccades sont identifiés et extraits pour le calcul et l'analyse. On a constaté que le groupe de la maladie avait une amplitude saccadienne moyenne plus petite (16,36 ' - 2,36) par rapport aux témoins (17,27 degrés et 2,49; p - 0,037). La durée moyenne de fixation n'était pas significativement différente entre les groupes (216,58 ms 31,64 contre 31,64 contre 211,59 ms et 24,90; p 0,331) (tableau 2).
Corrélation entre les paramètres du mouvement oculaire et la fonction cognitive
Après ajustement pour des covariates, il y avait des corrélations négatives trouvées entre la durée moyenne de fixation et la performance dans le score verbal de mémoire de reconnaissance (scores de reconnaissance et de discrimination ; F 5.843, t -2.417, p '0.017 et F '12.771, t - -3.574, p - 0,001, respectivement), mémoire de reconnaissance de modèle (F - 5.505, t -2.346, p - 0.021) et test de fluidité verbale catégorique dans les catégories de fruits (F - 5.647, t -2.376, p - 0.009) et légumes (F -9.744, t -3.122, p 0,002). (Tableau 3). Cependant, il n'y avait aucune interaction significative trouvée dans ces corrélations entre la maladie et le groupe témoin, suggérant que les corrélations ne sont pas spécifiques au groupe de la maladie. Il est spéculé que le contrôle de la fixation visuelle et les fonctions cognitives corrélées impliquent généralement des régions temporelles et pariétuales du cerveau avec une base principalement cholinergique, changements pathologiques à ces neuroanatomical et biochimique mécanismes peuvent expliquer les résultats.

Figure 1 : Une parcelle d'étalonnage du traqueur oculaire. L'intrigue montre le résultat de l'étalonnage. La longueur de chaque ligne verte indique la différence entre le point de regard calculé par le traqueur oculaire et la position réelle du point. Comme toutes les lignes vertes tombent dans les cercles gris et qu'il n'y a pas de point manquant, la qualité de cet étalonnage est acceptable. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2 : Exemple d'essai de la tâche de recherche visuelle. Affichage d'un tableau non linéaire de 80 éléments de stimulus, dont il y a 1 numéro parmi 79 alphabets de distraction. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3 : L'interface pour vérifier le pourcentage global d'échantillonnage. Dans la section Replay du programme informatique, le pourcentage d'échantillons, qui indique le pourcentage de temps que les yeux sont localisés avec succès par le traqueur oculaire pendant la tâche de recherche visuelle, pourrait être vérifié pour chaque sujet. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4 : Exemple d'un chemin d'analyse visualisé à partir de la tâche de recherche visuelle. Le chemin d'analyse au cours de cet essai a été visualisé, avec les lignes droites rouges représentant le mouvement des yeux saccadiques et les points rouges pour les fixations visuelles. Notez que la fin de chaque fixation visuelle est suivie d'une saccade et vice versa dans un chemin d'analyse normal. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 5 : Exemple d'un chemin d'analyse visuelle grossièrement erroné. Cet exemple d'un chemin d'analyse grossièrement erronée est pris à partir d'un sujet portant une paire de lentilles progressives incompatibles. Contrairement au chemin d'analyse normal de la figure 4, les lignes rouges (saccade) s'exécutent en zigzag et tombent de l'écran de l'ordinateur. Les points de fixation ne sont pas sur les alphabets ou le nombre. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 6 : L'interface d'exportation de données dans le programme informatique. Cela montre l'interface où le sujet et le type de données de suivi oculaire capturées peuvent être sélectionnés pour l'exportation de données. Dans notre paradigme expérimental, le x et le y coordonnent, en pixels, la position des yeux sur l'écran à chaque moment sera utilisée pour l'analyse des données. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 7 : L'interface de l'analyseur de recherche visuelle. Cela montre l'interface du programme d'analyse interne pour les données de suivi oculaire. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
| groupe | Groupe de Parkinson | p-valeur | |
| Échelles cognitives mondiales | |||
| MMSE MMSE MMSE | 28.53 (1.63) | 28 (1.84) | 0.09 |
| Moca | 27.10 (2.25) | 26 (2.34) | 0.009* |
| Tests cognitifs spécifiques - Frontal executive et Frontal-temporal | |||
| Stockage de Cambridgea | 1.16 (0.14) | 1.24 (0.19) | 0.018* |
| Test Stroopb | 1.24 (1.77) | 1.36 (1.65) | 0.697 |
| Aisance verbale - animalb | 0.92 (1.47) | 0.26 (1.31) | 0.01* |
| Aisance verbale - fruitb | -0.71 (0.74) | -1.01 (0.79) | 0.028* |
| Aisance verbale - légumeb | -0.66 (1.04) | -1.11 (0.90) | 0.011* |
| Tests cognitifs spécifiques - Mémoire verbale (Hong Kong List Learning Test) | |||
| Total de l'apprentissageb | 0.03 (0.90) | -0.30 (0.87) | 0.037* |
| Rappel sans délai de 10 minutesb | -0.17 (0.90) | -0.44 (1.10) | 0.131 |
| Rappel sans délai de 30 minutesb | -0.19 (0.90) | -0.39 (1.04) | 0.206 |
| Score de reconnaissanceb | 0.10 (1.00) | 0.15 (0.73) | 0.722 |
| Score de discriminationb | -0.05 (1.02) | -0.13 (0.97) | 0.636 |
| Tests cognitifs spécifiques - Mémoire spatiale visuelle | |||
| Mémoire de reconnaissance de modèlec | 91.33 (9.40) | 87.77 (10.20) | 0.045* |
| Tests cognitifs spécifiques - Attention/Mémoire de travail | |||
| Durée spatialed | 6.15 (1.10) | 5.65 (1.17) | 0.016* |
Tableau 1 : Comparaison des scores cognitifs entre deux groupes à l'aide d'un test t de l'échantillon indépendant. MMSE, Mini-Mental State Examination; MoCA, Évaluation cognitive de Montréal; -p-lt;0.05 a - choix moyen de corriger; b - scores transformés en z-score; c - pourcentage correct; d longueur d'envergure. Ce tableau a été reproduit à partir de23.
| groupe | Groupe de la maladie de Parkinson | p-valeur | |
| Durée moyenne de fixation, en milisecondes (SD) [Range] | 211.59 (24.90) [165.77 - 264.63] | 216.58 (31.64) [145.43-312.68] | 0.331 |
| Amplitude saccadienne moyenne, en degrés (SD) [Range] | 17.27 (2.49) [13.34 - 22.99] | 16.36 (2.36) [11.66-23.20] | 0.037* |
Tableau 2 : Comparaison des paramètres de suivi oculaire entre deux groupes à l'aide d'un test t d'échantillon indépendant. - p lt; 0,05. Ce tableau a été modifié à partir de23.
| source | Variable dépendante | Df | F | B | Bêta | Erreur de Std. | T | p-valeur |
| Durée moyenne de fixation | Aisance verbale - fuit | 1 | 5.647 | -0.006 | -0.227 | 0.002 | -2.376 | 0.009* |
| Aisance verbale - légume | 1 | 9.744 | -0.009 | -0.288 | 0.003 | -3.122 | 0.002* | |
| Score de reconnaissance | 1 | 5.843 | -0.007 | -0.215 | 0.003 | -2.417 | 0.017* | |
| Score de discrimination | 1 | 12.771 | -0.011 | -0.314 | 0.003 | -3.574 | 0.001* | |
| Mémoire de reconnaissance de modèle | 1 | 5.505 | -0.071 | -0.215 | 0.03 | -2.346 | 0.021* |
Tableau 3 : Corrélations entre les scores cognitifs et les paramètres de suivi oculaire à l'aide du modèle linéaire général : résultats significatifs seulement. - p lt; 0,05. Ce tableau a été reproduit à partir de23.

Dossier supplémentaire 1: Codes liés à la conception de l'image d'essai. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Dossier supplémentaire 2 : Codes liés à l'exécution réelle de la tâche de recherche visuelle. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Dossier supplémentaire 3 : Codes liés au logiciel (p. ex., programme d'analyseur). Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Dossier supplémentaire 4: Codes liés à l'algorithme ST-DBSCAN utilisé pour classer les mesures de mouvement oculaire. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Ici, nous présentons un protocole pour étudier la relation entre les paramètres de mouvement d'oeil et les fonctions cognitives dans les patients non-déments de la maladie de Parkinson. L'expérience a utilisé un traqueur oculaire pour mesurer l'amplitude saccadienne et la durée de fixation dans une tâche de recherche visuelle. La corrélation avec la performance dans les tâches cognitives multi-domaines a été plus tard mesurée.
Les auteurs tenons à remercier le Dr Harvey Hung pour ses conseils sur le manuscrit.
| Ordinateur  ; | L’outilinformatisé d’évaluation cognitive INFORMATISÉ | ||
| CANTAB | CANTAB Research Suite | contient une mémoire de reconnaissance de formes, une portée spatiale et des bas de Cambridge | |
| Eye Movement Analyzer | Lab Viso Limited | https://github.com/lab-viso-limited/visual-search-analyzer | |
| Eye tracker | Tobii | Tx300 | Écran d’ordinateur de 23 pouces avec une résolution de 1920 x 1080, Taux d’échantillonnage à 300 Hz |
| Hong Kong List Leanrning Test | Département de psychologie, Université chinoise de Hong Kong Test d’apprentissage de | la liste de Hong Kong (HKLLT) 2e édition | |
| de Stroop Laboratoire de neuropsychologie, Université de Hong Kong | Mesures neuropsychologiques : données normatives pour le chinois, deuxième édition (révisée) | ||
| Tobii Studio | Tobii | Tobii Studio version 3.2.2 | Programme d’ordinateur pour l’exécution de la tâche de recherche |
| visuelle Tâche de recherche visuelle | Lab Viso Limited | https://www.labviso.com/#products |