הערכת בדיקות קוגניציה באמצעות טאבלט ממוחשב רגיש למגע, מעקב עיניים ודימות תהודה מגנטית פונקציונלית

Summary

פרוטוקול לתיעוד סימולטני של התנהגות ויזומוטורית ופעילות מוחית במהלך בדיקות קוגניטיביות סטנדרטיות מבוססות נייר באמצעות טאבלט תואם MRI וטכנולוגיית מעקב עיניים לצד MRI פונקציונלי, במטרה לשפר את השימוש בבדיקות אלו. התוצאות הראשוניות מוצגות על ידי צעיר ובריא שמבצע מבחן Trail-Making.

Abstract

מבחני קוגניציה מבוססי נייר (כגון מבחן יצירת השביל, או TMT) משמשים זמן רב בהקשרים קליניים ומחקריים להערכת האופן שבו המוח הבריא או הפגוע תומך בביצועים התנהגותיים. למרות השימוש הנרחב, הקורלציות העצביות של מבחנים כאלה אינן מובנות היטב, ולבדיקות יש רגישויות וספציפיות שאינן רצויות. כדי להתמודד עם ליקויים אלו, מוצע פרוטוקול מחקר רב-מודלי המשלב בו זמנית טכנולוגיית טאבלטים חדשנית, מעקב עיניים ודימות תהודה מגנטית פונקציונלית כדי לחקור את הקשרים בין התנהגות קינמטית וחזותית לבין פעילות עצבית הקשורה לביצועי מבחנים קוגניטיביים. נימוק הפרוטוקול, מתודולוגיה שלב אחר שלב ותוצאות של משתתף מייצג מסופקים כדי להוכיח את תוקף הפרוטוקול ולהמחשת הפוטנציאל של חקירת הקורלציות הקינמטיות, החזותיות והעצביות של מבחן מייצג של קוגניציה. הפרוטוקול הנוכחי יכול להרחיב את גבולות המחקר הקליני הקיים במדעי המוח ב-MRI, עם השלכות על האבחון והניהול העתידי של הפרעות קוגניטיביות שונות.

Introduction

מבחני קוגניציה (ToC) הפכו לפופולריים^{לראשונה} במאה ה-20 כדי לחקור ולאפיין התנהגות קוגניטיבית נורמלית, לא תקינה או פתולוגית. מאז הופעתן, בדיקות אלו אומצו באופן נרחב במחקרים ובסביבות קליניות.¹. רבים מ-ToC פותחו עם פורמטים פשוטים של תגובה, כמו דיבור או כתיבה/ציור באמצעות עט ונייר. כדוגמה לקטגוריה השנייה, מבחן יצירת השביל (TMT) הוא מבחן ToC ייצוגי נפוץ המועדף בשל רגישותו לפגיעה קוגניטיבית². המבחן מורכב משני חלקים, TMT-A (מספרים בלבד) ו-TMT-B (מספרים ואותיות), ודורש מהמשתתפים להשתמש בעט כדי לקשר (קישר) 25 תווים המסודרים באופן פסאודו-אקראי על הדף, בסדר עולי עולי (ובמקרה של TMT-B, גם הוא לסירוגין) (למשל, TMT-A: 1-2-3-4-5-6...; TMT-B: 1-A-2-B-3-C...). כדי להעריך ביצועים קוגניטיביים ב-TMT, זמן ההשלמה והטעויות נסבלים ומושווים לערכים נורמטיביים, בהתבסס על טווח גילאים ומצב השכלה². נחשב כי ה-TMT מגייס ומעריך תהליכים קוגניטיביים מורכבים, כולל החלפת משימות, חיפוש חזותי, זיכרון, שליטה ויזואומוטורית ותשומת לב — כל אלה הם היבטים חשובים בתפקוד האונה המצחית^{הביצועית 1,3}.

ה-TMT מפגין רגישות גבוהה בקרב ToC, אך מבחינת אבחנות, הספציפיות הנמוכה שלו מוכרת היטב כמגבלה⁴. באופן כללי, חששות לרגישות ולספציפיות מהווים חיסרון ביישום ובתוקף של ToC, במיוחד בסביבות קליניות⁴. הדרך המסורתית להקל על דאגה זו הייתה מתן ToC ב"סוללות בדיקה" (לעיתים כולל TMT) כדי לשפר את ההבחנה בין קבוצות עם לקות קוגניטיבית לקבוצות שלמות קוגניטיבית. עם זאת, סוללות בדיקה גוזלות זמן, יקרות ודורשות מומחיות רבה לניהול וניתוח⁵. דאגות לוגיסטיות אלו, בתורן, הובילו לפיתוח כלים ל"הערכה קוגניטיבית": סוללות בדיקה שהיו יעילות (ויותר ויותר ממוחשבות) למתן מהיר בסביבות מוגבלות משאבים (למשל, מרפאות רפואיות), במחיר חלק מהרגישות והרווח הספציפי. דוגמה לכלי כזה היא Montreal Cognitive Assessment (MoCA)⁶.

הערכות ממוחשבות, כמו ה-MoCA המותאמת, אומתו בהצלחה באמצעות השוואה לאנלוגים בעט ונייר⁷, ולבדיקת סוללות של ToC⁸. עם זאת, מגבלות יסודיות נותרו בכל כלי הבדיקה ההתנהגותיים הללו, כולל חוסר הבחנה מספקת בין ביצועים מתאימים לביצועים שגויים, התמקדות בציוני המבחן לאורך כל המבחן ולא בהשפעות בתוך המבחן, ותובנה מוגבלת לגבי אסטרטגיות ההתנהגות השונות והפעילות המוחית הנלווית שמאחורי ביצועי ToC ^4,9. עם זאת, ניתן להתגבר על מגבלות אלו באמצעות מחקר המשלב הקלטות התנהגותיות מפורטות, הערכת התנהגות תוך משימה¹⁰, ודימות נוירוגרפי פונקציונלי (למשל, אלקטרואנצפלוגרפיה¹⁰, ספקטרוסקופיה תפקודית קרובה לאינפרא-אדום¹¹, ודימות תהודה מגנטית פונקציונלית¹²).

הדמיית תהודה מגנטית פונקציונלית (fMRI) יוצרת תמונות ברזולוציה גבוהה של פעילות מוחית על ידי מיפוי תגובה המודינמית כתחליף להפעלה עצבית. למרות היקרות, הרזולוציה המרחבית הגבוהה יותר של fMRI על פני אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) וספקטרוסקופיה תפקודית קרובה לאינפרא-אדום מאפשרת מיקום פעילות בכל המוח. בהתאם לכך, העבודה הנוכחית מתארת שיטת ניהול חדשנית ל-ToC תוך שימוש ב-TMT כדוגמה מייצגת, המחברת fMRI עם הקלטה התנהגותית מפורטת, רציפה וסימולטנית באמצעות טאבלט ומערכות מעקב עיניים תואמות MRI ממוחשבות. פרוטוקול רב-מודלי זה מציע הערכה משופרת משמעותית של הקשר בין ביצועי משימות קוגניטיביות לפעילות עצבית המוערכת על ידי fMRI, שימושי לשיפור ההבנה של ToC הקיים ואולי לספק תובנות לפיתוח ToC משופר בעתיד.

לפני מתן תיאור מפורט של מבנה הניסוי לרכישת נתוני טאבלט, מעקב עיניים ו-fMRI בו-זמנית, מומלץ לסכם את הפריסה והגישה המושגית (איור 1). מסיבות תאימות ל-MRI וארגונומיה, מערכת הטאבלטים שונה במקצת מהטאבלטים המסחריים. טאבלטים פופולריים כוללים מסך שקוף רגיש למגע המותקן מעל מסך מחשב, המאפשר למשתמש להסתכל ישירות על הטאבלט ולקבל קלט חזותי הכולל בצורה חלקה את תגובות הכתיבה והציור המבוססות על עט הסטיילוס. בתרחיש הנוכחי, אין תצוגת מחשב מתחת למסך הרגיש למגע. עיצוב זה מונע את הצורך באלקטרוניקה מורכבת של תצוגות מחשב לפעול בבטחה בשדה המגנטי העז במרכז קדח המגנט וללא פגיעה בתמונות MR. מבחינה ארגונומית, המקום בקוטר המגנט מוגבל למדי, מה שהופך את זה לבלתי מעשי עבור משתתף מחקר לראות את ידו ישירות בזמן כתיבה וציור.

ההתקנה הניסיונית מאפשרת למשתתפים לבצע אינטראקציות עם טאבלט על מעמד תמיכה במותן, בעוד שכל המידע הוויזואלי (גירויים לבדיקה, תגובות סטיילוס, וידאו של ידם המניעה את העט) משולב יחד לצפייה בפתח האחורי של קדרת המגנט דרך מראה. המידע הוויזואלי מוצג על מסך הקרנה אחורי באמצעות מקרן מסחרי תואם MRI (פרטים בהמשך). באופן דומה, מערכת מעקב עיניים מסחרית זמינה (פרטים נוספים מובאים גם בהמשך) מותקנת בקוטר המגנט האחורי להקלטת וידאו מהירה של תנועות עיניים דרך אותה מראה. המקרן, המסך ומכשיר מעקב העיניים חייבים להיות מסודרים בקפידה כך שלא יפריעו פיזית זה לזה. לבסוף, חיבורי חשמל ונתונים אל ומהטאבלט, המקרן ומערכת מעקב העיניים נעשים באמצעות כבלים מוגנים שונים, העוברים דרך "לוח החדירה" של מגן התדר הרדיו שמגן על חדר המגנטים ומערכת ה-MRI מפני הפרעות אלקטרומגנטיות מסביב. כבלי הנתונים נמצאים תחת שליטת מחשב, כפי שמוצג באופן רעיוני באיור 1 כמכשיר יחיד תחת שליטת המפעיל באזור קונסולת ה-MRI (שונה מקונסולת המחשב המשמשת להפעלת מערכת ה-MRI). כמתואר להלן, מספר מחשבים מעורבים במערכת הניסוי הנוכחית.

מערכת טאבלטים

מערכת הטאבלט הממוחשבת שנבנתה בהתאמה אישית מורכבת מרכיבים תואמי MRI (משטח רגיש למגע, פלטפורמת תמיכה מוגבהת מתכווננת, סטיילוס רגיש לכוח, מערכת ^מקרן), כולל מצלמת וידאו עם עדשה בקוטר 4.3 מ"מ (המכונה במעבדה "TabletCam") ומאיר דיודה פולטת אור (LED) מותאם אישית¹³, המאפשר ניהול ToC והקלטת תגובות כתיבה או ציור טבעיות בתוך קנה המגנט במהלך fMRI (איור 2A,B). הממוקמים באזור הקונסולה, שני מחשבים מקושרים משמשים לבקרת מערכת: אחד הקשור לקבלת ועיבוד נתוני וידאו ממצלמת הווידאו ("מחשב מצלמת וידאו טאבלט"), והשני לניהול בדיקות, העברת גירויים חזותיים, רישום נתוני טאבלט, ויצירת קובץ וידאו הכולל גירויים ויזואליים תלויים בזמן, המונחים על גבי כתיבה וציור בסטיילוס ("מחשב גירוי/תגובה"; איור 2C). הגישה של שני מחשבים נבחרת לביצוע בזמן אמת ללא הפרעה של כל קבוצת פונקציות רגישות להשהיה; מודולריות למחקר שדורש תצורות שונות (למשל, משימות התנהגותיות שונות מבוססות טאבלט, שימוש אופציונלי במצלמת וידאו); וקלות תאימות (הדרישה היחידה היא פורמט וידאו תואם).

מערכת הטבליות שימשה בעבר במספר מחקרי fMRI של ToC, שכולם מצביעים על תקפות אקולוגית חזקה¹⁴. מצלמת הווידאו האופציונלית נוספה לקונפיגורציית הטאבלט המקורית כדי לספק למשתתף משוב חזותי על מיקום היד (VFHP) במהלך ביצוע המשימה, בסביבת מציאות רבודה אינטראקטיבית (AR), המאפשרת צפייה בגירויים למשימה וכן תגובות סטיילוס ותנועות ידיים המונחות בזמן אמת¹³ (איור 2D). ביישום המקורי של עיבוד נתוני מצלמת הווידאו¹³, היד והעט בודדו מכל פריים וידאו באמצעות אלגוריתם זיהוי צבע עור, כאשר העט יושם באדום כדי להתאים להתפלגות אדום-ירוק-כחול (RGB) לצבע עור. לאחרונה, אומצה גישת "מסך כחול" בשל פשטותה ויתרונותיה הנוספים. רקע כחול נוצר על ידי כיסוי המשטח הרגיש למגע של הטאבלט בסרט צבע כחול. לאחר מכן ניתן לחלק את היד והעט מהרקע בכל פריים וידאו בהתבסס על התפלגות הצבעים השונה במידה ניכרת של הסרט. במקביל, תהליך זה מאפשר גם יצירת מסכה בינארית עם ערך "אחד" בכל מיקום שבו היד או העט תפוס, ו"אפס" במקום אחר. וידאו הגירוי/תגובה ווידאו המצלמה מונחים על זה על ידי יצירת פריימים הכוללים א) נתוני וידאו גירוי/תגובה בכל מקום שבו מסכה מסוימת שווה אפס, וב) נתוני וידאו של מצלמה (יד ועט עט) בכל מקום שבו המסכה שווה לאחד. לסרט של הצייר יש יתרון נוסף של יצירת חיכוך נוסף כאשר קצה הסטיילוס מוזז על פני פני השטח, קרוב יותר לחוויית הכתיבה בעט או עיפרון על נייר, בהשוואה לתחושת החיכוך הנמוכה של "פלסטיק על פלסטיק" כאשר הסרת הסרט. בסך הכל, סביבת AR האינטראקטיבית שנוצרת משפרת עוד יותר את התוקף האקולוגי של עיצוב הטאבלט, תוך הפחתת התלות בפרופריוספציה לביצוע תנועות מוטוריות עדינות (כפי שקורה כאשר VFHP נעדר)^13,15.

מערכת הטאבלט משמשת יחד עם מקרן תואם MRI (איור 2E) ומסך הקרנה אחורי מותאם אישית מאחורי קדר המגנט. המשתתפים צופים במסך דרך מראה בזווית המותקנת על סליל הראש. באמצעות קצה אצבע או עט (שכולל גם חיישן לרישום כוח המגע), המשתתף מתקשר עם המשטח הרגיש למגע המותקן על פלטפורמת התמיכה, הממוקם במותן וניתן לכוונון לכל אדם. אותות טאבלט אנלוגיים עוברים דרך מסנן הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) בלוח חדירת תדר הרדיו, מומרת לנתוני מגע (מיקום משטח ונתוני כוח) על ידי תיבת ממשק טאבלט מחוץ לחדר המגנט, מתעדים ומפורשים לייצוג גרפי של תגובות מגע במחשב הגירוי/תגובה, ואז מתמזג עם גירויים ויזואליים ווידאו ידני וסטיילוס מקוטעים; ומוצגים למשתתף באמצעות המקרן.

עיצוב בלוק TMT

ה-TMT מנוהל בעיצוב בלוק קבוע הכולל תקופות מתחלפות של ביצוע משימות TMT-A ו-TMT-B, וקיבוע חזותי לכוונת שחורה מרכזית המוצג על רקע לבן. עיצוב המשימה הכולל הותאם מהספרות הקיימת של TMT 1,16,17,18, שבה TMT-A כולל קישור מספרים מעוגלים (1 עד 25) המפוזרים באופן פסאודו-אקראי על המסך, בסדר עולה. באופן דומה, TMT-B כולל מספרים מקושרים בעיגולים (1–13) ואותיות (A-L) באופן מתחלף ועולה. תנאי הקיבוע הוויזואלי נכלל כך שניתן לנתח פעילות מוחית הקשורה ל-TMT-A, ובנפרד עם TMT-B, כהבדלה סטטיסטית בין ההפעלה המעניינת לבין מצב פשוט ויציב עם דרישה קוגניטיבית נמוכה. עקב יחס הניגודיות-לרעש הנמוך במהותו שנצפה בניסויי fMRI, כל מצב התנהגותי (TMT-A, TMT-B, קיבוע חזותי) חוזר על עצמו במספר ניסויים, מה שמגביר את הכוח הסטטיסטי לזהות פעילות מוחית בעת ניתוח נתוני ה-fMRI הקולקטיביים. גרפים של TMT לכל ניסוי מותאמים מפריסות TMT סטנדרטיות על ידי סיבוב התפלגות הגירוי ב-180°, החלפת גירויים מספריים בלבד וגירויים-אותיות מספר, או שניהם—ובכך ממזערים בלבולים ויזואליים ומוטוריים עקב הבדלים בהתפלגות האופי והמספרים בגרפים¹⁸ של TMT-A ו-TMT-B.

משימות הניסוי וההכשרה הנוכחיות מיושמות בתוכנות הצגת גירויים מסחריות למחקר התנהגותי ודימות מוחי, לביצוע במחשב גירוי/תגובה. מעשית, ה-TMT ניתנת בשתי "ריצות", כל אחת באורך 4 דקות ו-50 שניות. כל ריצה כוללת בלוק ראשוני של 10 שניות של קיבוע מנוחה, ואחריו שני ניסויים של משימת TMT-A (40 שניות), קיבוע מנוחה (20 שניות), משימת TMT-B (60 שניות), וקיבוע מנוחה (20 שניות) (איור 3). בתחילת כל ריצה, המשתתפים מקבלים הוראות המשקפות את אלו ששימשו במבחני TMT הסטנדרטיים 16,17,18,19: לחבר את המעגלים מ"התחלה" ל"סיום" במהירות ובדיוק המרבי, מבלי להרים את הסטיילוס מהמשטח הרגיש למגע. בניגוד לניהול TMT מנייר רגיל, מנהל הבדיקה (חבר במעבדת המחקר) אינו מפסיק ומפעיל מחדש את ביצוע ה-TMT במקרה שהמשתתף עושה טעויות. במקום זאת, המשתתפים מתבקשים פשוט להמשיך לקישור התוויות הבא ברצף. שינוי זה מבטל כל בלבול בניתוח הנתונים הקשורים להפסקה והתחלה מחדש של מעקב עיניים ואיסוף נתוני fMRI בתוך ניסוי TMT נתון. עם זאת, הדבר מחייב יישום שיטות לזיהוי שגיאות וסיווג לאחר איסוף הנתונים (ראו את סעיפי הפרוטוקול והדיון). בנוסף, מנהל הבדיקה עוקב ויזואלית אחרי תגובות העט בזמן אמת במהלך ביצועי TMT כדי לתעד האם נעשו טעויות כלשהן, ולוודא שהמשטח הרגיש למגע נשאר מכויל היטב. במקרים של שגיאות כיול טאבלט ושגיאות חומרה אחרות (למשל, כשל חשמל או ציוד), מנהל הבדיקה גם מחליט האם לחזור על ריצת איסוף הנתונים הנוכחית של TMT, שעשויה לכלול כיול מחדש של המשטח הרגיש למגע, או להפסיק ולשלול את השימוש בנתוני המשתתפים בניתוח הבא.

מעקב עיניים

כאשר מערכת הראייה האנושית מעבדת סצנה, כמו במהלך הופעת TMT, תנועות עיניים בליסטיות (סקאדות) מקדימות ואחריהן תקופות של יציבות זמנית (קיבועות)²⁰. מערכת מעקב עיניים במהירות גבוהה התואמת ל-MRI משמשת בהקשר הנוכחי לביצוע מעקב עיניים מונוקולרי ארוך טווח של קיבועים וסאקאדות עם תאורה אינפרא-אדומה (אורך גל 910 ננומטר) ותדר דגימה של 1 קילוהרץ (איור 4A). מהמיקום של מצלמת מעקב העיניים מתחת לתצוגת ההקרנה, עין המשתתף ממוקמת במראה סליל הראש (איור 4B-D). יש לציין כי מראת הראש-סליל שהגיעה עם מערכת ה-MRI הוחלפה במראה חזיתית שסופקה על ידי יצרן מעקב העיניים, כדי לאפשר מעקב איכותי. האישון מזוהה באמצעות אלגוריתם סטנדרטי להתאמה מרכזית שעוקב אחר השתקפות הקרנית (איור 4D), ונמדדים המדדים הבאים: קיבועות, סקאדות, וכן קצב מצמוץ וגודל האישון, שני כמויות נוספות הקשורות לעיבוד קוגניטיבי (ראו דיון). פולס טריגר הנפלט על ידי מערכת ה-MRI בתחילת ה-fMRI משמש לסנכרון זמן של הקלטות ההפעלה המוחיות עם א) מסירת גירוי משימת TMT ותגובות סטיילוס (כפי שנשלט על ידי מחשב הגירוי/תגובה); וב) נתוני מעקב עיניים עם ביצועי TMT. כדי להקל על ניתוח הנתונים, נתוני מעקב העין גם "חותמים בזמן" כדי לספק תוויות הקשורות לאירועים מרכזיים במהלך הניסוי, כולל זמני ההתחלה והסיום של כל בלוק TMT-A ו-TMT בריצה נתונה.

חבר מעבדה נוסף אחראי בעיקר על הגדרת מעקב עיניים עם המשתתף, כיול מעקב עיניים ובדיקה ויזואלית בזמן אמת של איסוף נתוני מעקב עיניים. כיול ואימות מערכת מעקב העיניים מתבצעים לפני הרצת TMT הראשונה (איור 4E), ובהליך "בדיקת דריפט" בין הריצה הראשונה לשנייה של TMT, כדי להבטיח עקביות בתוצאות תוך התחשבות בשינויים קלים אפשריים במיקום הראש (ראו פרוטוקול למטה לפרטים מדויקים ורצף). הכיול כולל מבחן מעקב עיניים בן תשע נקודות, כאשר המשתתף נדרש בכל מקרה להתמקד במטרה במרכז התצוגה, ואחריו שמונה מטרות היקפיות שונות, בסדר פסאודו-אקראי. לצורך אימות, המשתתף עוקב שוב אחרי אותן תשעת מטרות, ומודל הכיול משמש להערכת מיקום המבט. זה מאפשר איסוף סט של מדידות שגיאות, המהווות את ההפרש בין המבט המשוער למיקום היעד בפועל. טעות מרחבית מדווחת בדרגות זווית ראייה בסיום הבדיקה. הכיול והאימות הראשוניים מקובלים אם השגיאה הממוצעת היא <0.5^o והשגיאה המקסימלית היא <1.0^o, בהתאם לדירוג "GOOD" שמספקת תוכנת מעקב העיניים. קטגוריות אחרות עם טעויות גרועות יותר מדורגות, למשל, כ"FAIR", "UNDER" או "FAILED", מה שמצריך כיול מחדש ואימות. חבר המעבדה יכול גם לבדוק שגיאות חריגות, שעשויות להעיד על טעות בשלב מסוים, או דפוסי שגיאה שיטתיים שמרמזים על בעיית הגדרה במעקב העיניים. בין הרצות, הליך בדיקת הסחיפה כולל ביצוע בדיקת אימות עם קיבוע רק במטרה המרכזית. בדיקה מוצלחת (שגיאה מקסימלית < 2.0^o) מאפשרת את הריצה השנייה של TMT להתקדם; אחרת, חבר המעבדה חייב לבצע כיול ואחריו אימות עד שהשגיאה הממוצעת היא <1.0^O, והשגיאה המקסימלית היא <2.0^O. כל ערכי השגיאה מתועדים להערכה מאוחרת יותר. ההגדרות הסטנדרטיות של תוכנת מערכת מעקב העיניים משמשות לסיווג נתוני מעקב העין לסאקדות וקיבועים (fixations). הסאקדות מסווגות לפי ספי הגילוי הבאים: תנועה 0.1^o; מהירות 30^O/S; ותאוצה של 8,000^O/S. כל שאר נתוני מעקב העיניים מסווגים כקיבועים.

הדמיה מוחית

מערכת MRI 3-Tesla משמשת עם סליל ראש בעל 64 ערוצים לקבלת נתוני הדמיה מוחית באיכות גבוהה. רכישת אנטומית מתחילה ברזולוציה גבוהה, תלת-ממדית, הסגיטלית, המוכנה על ידי הד גרדיאנט מהיר (MPRAGE) (זמן חזרה/זמן הד/זמן היפוך/זווית הפיכה TR/TE/TI/FA=2,500 ms/4.37 ms/1,100 ms/7^o, רכישות חלקית מקביליות כלליות (GRAPPA) פקטור 2, מטריצה בגודל 256 x 256, 192 פרוסות, ווקסלים איזוטרופיים של 1 מ"מ, זמן הדמיה של 3 דקות:45 שניות). מדידה עקיפה של פעילות המוח מתקבלת באמצעות fMRI של ניגוד אות תלויה ברמת חמצון הדם (BOLD) הנובעת מקישור נוירו-וסקולרי²¹. ל-fMRI, רכישת BOLD משוקללת T2* טיפוסית משתמשת בהדמיית אקו-פלנר (EPI, TR/TE/FA = 1,750 ms/30 ms/40^o, האצת slice 2, האצת פאזה 2, מטריצה 80x80, 60 פרוסות, ווקסלים איזוטרופיים בגודל 2.5 מ"מ, 165 נקודות זמן, זמן הדמיה של 4 דקות:49 שניות). שני ריצות fMRI כאלה נערכו עבור TMT (שתוארו לעיל).

Protocol

הבדיקות והפיתוח של פרוטוקול הניסוי התקיימו באמצעות משתתפים מתנדבים, שכל אחד מהם סיפק הסכמתו הכתובה והחינמית להשתתף במחקר. מחקר זה נבדק ואושר על ידי מועצת האתיקה המחקרית (REB) במרכז מדעי הבריאות סאניברוק, טורונטו, קנדה.

1. הליך ניסויי

הערה: שלבים 1–5 מתרחשים לפני הגדרת המשתתף בטבלת המטופלים במערכת ה-MRI. מיקומי מערכת ה-MRI הרלוונטיים כוללים את אזור הקונסולה, חדר המגנטים וחדר הציוד הסמוך. מחשבי אזור הקונסולה והחיבורים בלוח החדירה מוצגים באיור 5.

1. הגדרה כללית
   הערה: הפרוטוקול מתואר עבור מערכת ה-MRI הספציפית וסביבת המעבדה שבה השתמשו שותפי המחברים במכון המחקר סאניברוק. ייתכן שיידרשו שינויים בפרוטוקול עבור מערכות MRI וסביבות אחרות. ראו את טבלת החומרים לרשימה מלאה של חומרה ותוכנה. גרסאות שונות של הטאבלט הרגיש למגע הוצגו לחוקרים בהתאם לתנאי האתר המקומיים שלהם.
   1. הכן את הטאבלט למשוב חזותי של מיקום היד (VFHP).
   2. ודא שהטאבלט מחובר היטב למסגרת שלו ושמצלמת הווידאו התואמת ל-MRI מחוברת.
   3. מרחו סרט דבק כחול טרי על משטח הטאבלט, וודאו שכל שטח המגע מכוסה, ללא קמטים משמעותיים שעלולים להפריע לציור או לעוות את הכיול. הסר את הסרט העודף מקצוות משטח הטאבלט.
2. הגדרת מערכת טאבלט (אזור קונסולה)
   1. בצד חדר הציוד (ERS) של לוח החדירה לתדר רדיו (RF), חבר את מתאם הכוח של מצלמת הווידאו של הטאבלט וחבר אותו לקופסת המסנן של המצלמה.
   2. חבר את כבל הווידאו Baonet Nut Coupling (BNC) מתיבת הסינון לקלט הווידאו הידני של מחשב מצלמת הווידאו של הטאבלט.
   3. חבר כבל הארכה D-subminiature (DB9) עם 9 פינים מקופסת הממשק של הטאבלט למסנן ב-ERS של לוח החדירה RF.
   4. לאחר שמחשבי Stimulus/Response ו-Tablet Video Picture Camera פועלים, חברו את שני כבלי האוטובוס הסידורי האוניברסלי (USB) מתיבת הממשק למחשב הגירוי/תגובה, וחברו את קופסת הממשק של הטאבלט לחשמל.
   5. השתמש בכבל HDMI באיכות גבוהה (HDMI) כדי לחבר את יציאת תצוגת המחשב Stimulus/Response לקלט וידאו גירוי/תגובה של מחשב מצלמת הווידאו.
   6. כדי לשלוח את תצוגת מצלמת הווידאו של הטאבלט המעובד למערכת ההקרנה fMRI, חבר כבל מערך גרפיקה וידאו (VGA) בין שני המכשירים. הפעל את המקרן התואם ל-MRI.
   7. חבר את תיבת התגובה של USB (URB) BNC למערכת יציאת הפולסים של הטריגר MRI. חבר את קצה ה-USB של הכבל למחשב הגירוי/תגובה ממש לפני תחילת ניסוי ה-fMRI.
3. הגדרת מערכת טאבלט (חדר מגנט)
   1. הביאו את הטאבלט, הסטיילוס, קישור הטאבלט (DB9) וכבלי הקישור למצלמת הווידאו של הטאבלט אל חדר המגנט.
   2. חבר את כבל הקישור של הטאבלט ומצלמת הווידאו ממערכת הטאבלט לצד חדר המגנט (MRS) של לוח חדירת ה-RF.
      הערה: ודא שאין עיקולים או לולאות באף אחד מהכבלים של ה-MRS, שכן זה עלול לגרום לחימום RF.
   3. אבטח את מערכת הטאבלט לשולחן המטופל על ידי החלקת קליפסי הטאבלט התואמים ל-MRI, לתוך מסילות שולחן המטופלים, שני קליפסים בכל צד.
   4. מקם את המקרן התואם ל-MRI מאחורי הקצה האחורי של המגנט, כ-1 מטר מהקידוח של המגנט. התקן את מסך ההקרנה האחורי התואם ל-MRI בתוך קנה המגנט, במרחק של כ-2 מטר מהמקרן (ראו איור 4B,C).
4. מערכת מעקב עיניים (חדר מגנט, ללא משתתף)
   הערה: הוראות מפורטות להתקנת MRI לטווח ארוך מסופקות במדריך ההתקנה של מערכת מעקב העיניים (ראו טבלת החומרים). מיקום מצלמת מעקב העיניים בחדר המגנט צריך לאמץ את המלצות מערכת מעקב העיניים למיקום רכיבים וחיווט בסביבת MRI, שעשויה להשתנות בהתאם לאתר (מדריך התקנת מערכת מעקב עיניים - התקנה לטווח ארוך - התקנת MRI עמ' 47-57)²²).
   1. הניחו את מצלמת מעקב העיניים התואמת ל-MRI בתוך קדר המגנט, בין מסך המקרן לשפת הקנה, כך שמתקן המצלמה יהיה בקו אחד עם הקצה החיצוני של הקנה. אבטח את מערכת המצלמה לקוח על ידי כוונון הברגים הפלסטיים על מתקן המצלמה.
   2. חבר את כבל הסיבים האופטיים (FO) למצלמת מעקב עיניים התואמת MRI. נתב את כבל ה-FO החוצה לאזור הקונסולה דרך מדריך הגל בקונסולה כדי להתחבר לממשק מצלמת העיניים הלא בטוח ב-MRI.
   3. הכניסו את כבל החשמל של מעקב העיניים לחדר המגנט, חברו את קצה DB9 למסנן הפאנל החדיר, וחברו את קצה הכבל השני למצלמת מעקב עיניים ותאורה תואמות MRI. הסר את מכסה עדשת המצלמה.
      הערה: קצה כבל החשמל ב-DB9 עשוי להיות לא בטוח ל-MR; מחברים היטב את הקצה הזה ללוח החדירה מיד לאחר שנכנסו לסביבת ה-MR, תוך שמירה על מרחק מקסימלי מהמגנט. בנוסף, שמור על כבל ה-FO וכבל החשמל של מעקב העיניים זה מזה ורחוק מכל כבל אחר ברצפת חדר המגנט, כדי למנוע הסתבכות אפשרית והפרעות אות.
5. הגדרת מערכת מעקב עיניים (אזור קונסולה, ללא משתתף)
   1. ב-ERS של לוח החדירה, חבר את מתאם הכוח של עוקב העיניים לשקע ולפורט המסנן DB9 המתאים.
   2. כדי ללכוד את הטריגרים של מחשב הגירוי/תגובה במחשב המעקב אחרי העין, חבר את היציאות המקביליות שלהם לכבל DB25.
   3. לתקשורת בין מערכת מעקב העיניים למחשב מצלמת הווידאו של הטאבלט, חבר את השניים באמצעות כבל רשת אתרנט קטגוריה 5e (CAT5e). הפעל את מחשב מעקב העיניים.
6. הגדרת המשתתפים (בתוך חדר המגנט)
   1. הכינו את שולחן המטופל עם סליל הראש בעל 64 הערוצים ובקשו מהמשתתף לשכב על הגב על השולחן עם ראשו עמוק ככל האפשר בתוך הסליל. כדי למנוע תנועה, הוסיפו ריפוד סביב הראש להתאמה בטוחה. השתמש בלייזר הציון דרך כדי לוודא שהראש ממוקם במרכז בתוך סליל הראש.
   2. כוונן את מיקום המראה של סליל הראש עד שלמשתתף יש תצפית ברורה וללא הפרעה על מסך ההקרנה האחורי.
   3. הניחו את מתקן הטאבלט מעל מותן המשתתף כך שהמשטח הרגיש למגע יהיה במיקום נוח כדי לאפשר תמרוני כתיבה וציור.
   4. הניחו את עט הטאבלט ביד הדומיננטית של המשתתף ובקשו ממנו להחזיק את הסטיילוס כאילו הוא מחזיק עט. בקש מהמשתתף לגעת בכל ארבע פינות משטח המגע עם הסטיילוס, כדי להעריך את הנוחות. כוון את מיקום הטאבלט והוסיף ריפוד מתחת למרפק לפי הצורך כדי למזער מאמץ או חסימה.
   5. לאחר השגת תנוחה נוחה, אבטח היטב את מערכת הטבלטים למיטת המטופל באמצעות רצועות הוולקרו. העבר לאט לאט את מערכת השחקן והטאבלטים אל תוך המגנט בזהירות. ודא שמערכת הטאבלט לא נוגעת בקצה הקנה, ושהכבלים לא מסתבכים (איור 2A).
7. הגדרת תוכנת מעקב עיניים (אזור קונסולה וחדר מגנט)
   הערה: כל ההגדרה התוכנתית המתבצעת על מחשב מצלמת הווידאו בטאבלט או במחשב גירוי/תגובה מתבצעת על ידי חברי מעבדת המחקר באמצעות משיכות מקלדת ולחיצות עכבר מתאימות.
   1. במחשב מצלמת הווידאו של הטאבלט, פתח את תוכנת camera.exe הווידאו. בזמן שהמערכת מאתחלת, המתן להופעת דיאלוג ההגדרות , ולחץ על OK באמצעות עכבר המחשב.
      הערה: בשלב זה, המשתתף אמור להיות מסוגל לראות משוב וידאו במסך מלא על מיקום היד/הסטיילוס שלו (איור 2D).
   2. במחשב מצלמת הווידאו של הטאבלט, פתח את תוכנת מקליט המסך .
   3. צור סשן צילום מסך חדש עבור נתוני מעקב העין של המשתתף באמצעות מזהה המשתתף שלו.
   4. עקבו אחר המלצות מדריך המשתמש של מערכת מעקב העיניים להגדרת ספי השתקפות האישונים והקרנית, ולכיול ואימות מצלמת מעקב העיניים (מדריך משתמש מערכת מעקב עיניים - מדריך: הרצת ניסוי עמ' 81 - 91)²³.
      1. כוון את תצוגת המצלמה של העין הימנית של המשתתף על ידי החלפה בין זוויות מצלמה שונות, מיקוד העדשה וכיוון המאיר.
      2. לאחר הגדרת ערכי סף האישון והחזרת הקרנית (CR) המקובלים, יש לרשום את הערכים ולהמשיך בכיול של 9 נקודות (לחץ C).
      3. אמת את הכיול (לחץ על V). רשמו את ערכי זוויות האימות הממוצעות והמקסימליות לפני שממשיכים לניסוי ה-fMRI. אם מושגות תוצאות כיול תת-אופטימליות (FAIR או UNDER), יש לחזור על הכיול/האימות עד להשגת תוצאות GOOD , התואם לשגיאה ממוצעת של <0.5^o ולשגיאה מקסימלית של <1.0^o (איור 4D,E).
8. כיול טאבלט
   1. השתמש במחשב Stimulus/Response כדי לכייל את משטח המגע של הטאבלט.
   2. פתח כיול ELO בשלוש נקודות כדי להתחיל את כיול הטאבלט.
   3. הנחו את המשתתף להשתמש בסטיילוס כדי לגעת ולשחרר את שלושת המטרות שמופיעות על המסך, ברצף, בתוך מגבלת הזמן.
   4. לאחר סיום הכיול, פתח את אפליקציית עריכת הגרפיקה המוזכרת (ראו את טבלת החומרים) והורה למשתתף לצייר בחופשיות כדי לוודא שהסטיילוס עוקב כראוי. חזור על שלבים 8.1–8.4 לפי הצורך.
      הערה: קפיצות או תנועות תכופות בגרפיקת התגובה בטאבלט מרמזות שהסטיילוס לא עוקב טוב ודורש כיול מחדש.
9. פרוטוקול אימון
   1. כדי להכיר את המשתתף לכתיבה וציור בממשק הטאבלט, בקש ממנו לעקוב אחרי ההנחיות באמצעות משימת אימון בקצב עצמי מתוך מחקר רעידות חיוני²⁴. זה כולל את חתימת שמו של המשתתף וביצוע משימת רעידת פאן-טולוסה-מרין, הכוללת ציור קווים ספירליים ואופקיים בין קווים מנחים הולכים ומצטמצמים.
   2. כדי להכיר את המשתתף עם ה-TMT, הנחו אותו במשימת אימון בקצב עצמי הכוללת גרסאות מפושטות של TMT-A ו-TMT-B, עם רק 12 פריטים. לאחר האימון הזה, הנח אותם בגרסאות מלאות ואלטרנטיביות של TMT-A ו-TMT-B, כאשר הפריטים מסודרים מחדש, תוך שימוש באותו תזמון כמו המשימה הניסויית. עקוב אחרי ביצועי המשתתפים כדי לוודא שהטאבלט נשאר מכויל היטב ושהמשתתף מבצע את משימת ה-TMT בהתאם להנחיות.
10. פרדיגמה ניסויית
    הערה: זרימת עבודה זו מממשת את עיצוב הבלוקים של TMT שתואר לעיל.
    1. תתחיל את הקלטת עוקב העין. במחשב מצלמת הווידאו של הטאבלט, בחר ב-Start Recording בתוכנית Screen Recorder .
    2. במחשב Stimulus/Response, פתח את קובץ הסקריפט TMT-Run1_slow.ebs2 E-Prime (E-Run).
    3. החיבור הסופי לפלט הטריגר של מערכת ה-MRI: חבר את ה-URB למחשב הגירוי/תגובה.
    4. הזן את מזהה המשתתף ואת מספר המושב כאשר סקריפט E-Run מבקש ממנו.
    5. תנו למשתתף הוראות מילוליות להשלמת ה-TMT באמצעות מערכת האינטרקום של מערכת ה-MRI (איור 6). ודאו שהמשתתף מוכן להמשיך.
    6. סקריפט E-Run יציג למשתתף הוראות TMT. ביצוע הריצה הראשונה של TMT-A, TMT-B ותנאי קיבוע ויזואלי יתחיל ברגע שפולס טריגר נשלח ממערכת ה-MRI בתחילת ה-fMRI דרך ה-URB.
    7. יש לעקוב אחרי נתוני מעקב העיניים במהלך הריצה כדי לוודא שהאות יציב (חבר מעבדה אחד). בנוסף, יש לעקוב אחרי ביצועי ה-TMT (תגובות סטיילוס) של המשתתף כדי לוודא שהוא פועל לפי ההוראות שניתנות ואין בעיות בהגדרה (למשל, הקרנת וידאו לא אמינה, מעקב לקוי אחרי עט וכו'; חבר מעבדה שני). תבקש מחבר המעבדה השני גם לציין שגיאות ביצועים ב-TMT-A או TMT-B, ובמספר הניסוי.
    8. לאחר סיום הריצה, עצרו את הקלטת העין ובצעו תיקון סטייה, בהתאם להמלצות מדריך המשתמש של מערכת מעקב העיניים (עמ' 91-92)²³. אם בדיקת ההסחפה גורמת לשגיאה < 2.0°, המשיכו. אם השגיאה היא ≥2.0, יש לבצע כיול/אימות עד שהשגיאה הממוצעת היא <1.0° והשגיאה המקסימלית <2.0°.
    9. לריצה 2, הפעל מחדש את סשן הקלטת העין, ופתח את קובץ הסקריפט E-Run TMT-Run2_slow.ebs2 במחשב Stimulus/Response. הזן את אותו מזהה משתתף ומספר מושב כמו בריצה 1. חזור על הוראות המשימה (איור 6). שוב, פולס ההדק יתחיל את המשימה ברגע שה-fMRI מתחיל. לגבי הריצה הראשונה של TMT, בקש מחבר המעבדה השני לשים לב לנוכחות טעויות ביצועים של TMT.
    10. לאחר סיום הניסוי, יש לבצע בדיקת מעקב עין אחרונה (שלב 7.4.3) ולרשום את ערכי השגיאה הממוצעים והמקסימליים. לאחר מכן, לחץ על קובץ | סגור את תוכנת מעקב העיניים לייצא את הנתונים. הוציאו את המשתתף מהמגנט, והתחילו בהפלת הציוד.
11. פירוק ציוד ושמירת נתונים
    1. נתוני ה-TMT יישמרו אוטומטית במחשב הגירוי/תגובה באותה תיקייה כמו סקריפטי ה-TMT.
    2. נתוני מעקב עיניים יישמרו לאחר סגירת סשן ההקלטה.
    3. בתוכנית SR Research Screen Recorder במחשב מצלמת הווידאו של הטאבלט, נווט לקובץ ובחר בסגור – זה יעביר את הקבצים ממחשב מעקב העיניים למחשב מצלמת הווידאו של הטאבלט.
       הערה: פשוט יציאה מחלון התוכנית לא תוביל להעברה/שמירה נכונה של נתוני הניסוי.
    4. לאחר השלמת העברת הנתונים, כבה את כל המחשבים וציוד האחסון.

2. ניתוח

1. משתתף
   1. כדי להדגים את הפרוטוקול ואת השפעתו הפוטנציאלית, נאספו נתוני TMT, מעקב עיניים ו-fMRI מבוססי טבליות ממשתתפת ווונטר (אישה בריאה, ימנית, בת 22) ללא היסטוריה דווחת של הפרעות נוירולוגיות, פסיכולוגיות או כתיבה.
2. מדדים קינמטיים של טאבלט
   1. ניתוח נתוני טאבלט קינמטיים גולמיים (מיקום הסטיילוס בקואורדינטות x,y) באמצעות סקריפטים מותאמים שנכתבו ב-MATLAB הזמינים ב-GitHub²⁵. נתונים גולמיים מעובדים באמצעות סקריפט מותאם אישית NPTF2F_CompleteAnalysis.m, שקורא לסקריפטים מותאמים נוספים: NPTF2F_RemoveErrors.m; NPTF2F_SpeedData:0; NPTF2F_SignalData בערב; getAverageForce.m; getTotalDistance.m; sigfilt1.m; spikeRemoval.m; ו-zeroX.m. כדי להריץ NPTF2F_CompleteAnalysis.m, זיהוי משתתף קלט, תאריך איסוף הנתונים וסדר רצף הפולסים (EPI/INI או INI/EPI), כאשר INI מציין הדמיה הפוכה²⁶.
      הערה: איסוף נתוני fMRI הקשורים ל-TMT במוסד של המחברים יכול להתבצע בשני מצבי הדמיה, כאשר EPI נבחר כאן (ראו נוירו-הדמיה למעלה). רכישת ה-fMRI של INI מתעדת פעילות מוחית ברזולוציה זמנית גבוהה יותר והיא מעבר להיקף העבודה הנוכחית. בהרצת הסקריפט, הניתוח מתבצע במספר חלקים. סעיפים 0 ו-1 ממלאים את מרחב העבודה של MATLAB וקוראים ומאחסנים נתונים מקבצי טקסט קלט, בהתאמה.
      1. סעיף 2 מבקש מהמשתמש להזין את מספר הקישורים הכוללים, הנכונים והשגויים מתוך ניתוח חזותי של ביצועי ניסוי TMT-A. ודא שהניתוח הוויזואלי נוטה לטובת סלחנות; אם המשתתף לא יצר מגע עם מעגל אך נעשה ניסיון ברור לכיוון המעגל, סופר את הקישור כ-Correct. באופן דומה, אם המשתתף 'חריף' מעגל ונגע במעגל סמוך תוך כדי ניתוב העט למעגל הנכון הבא, אל תחשיב זאת כקישור נוסף (ולא נכון).
         הערה: היקף הניתוח הנוכחי בוחן רק ניסויים מדויקים לחלוטין או את הקישורים הנכונים שנעשו בתוך הניסוי. סעיף 3 מאפשר הסרת שגיאות קישור בכל ניסוי. אין צורך בהסרות במקרה הנוכחי כי המשתתף לא עשה טעויות קישור.
      2. המתינו שסעיף 4 יחשב סטטיסטיקות מנתוני ניסוי על ידי קריאה לפונקציית NPTF2F_SpeedData().
      3. חכה שסעיף 5 יקרא NPTF2F_SignalsData().
      4. צפו בסעיף 6 שמוציא נתוני קינמטיקה של טאבלט בפורמט המתאים לעיבוד נתונים נוסף (16 ניסויים x 15 פרמטרים).
3. אגרגו נתונים כדי לכמת מאפייני ביצועים וסטטיסטיקות תיאוריות על בסיס לכל ניסוי.
   1. קבעו את זמן ההשלמה כזמן שלקח למשתתף להגיע לדמות הרצף הסופי מתחילת ניסוי ה-TMT, כאשר גבול עליון נקבע על ידי משך הבלוקים המקסימלי של 40 שניות (ניסויי TMT-A) או 60 שניות (ניסויי TMT-B).
   2. חשב מהירות (פיקסלים לשנייה, [px/s]) כשינוי בקואורדינטות x,y (כפונקציה של תנועת העט) לאורך זמן. שטח הפעילות של לוח המגע הוא 129 מ"מ על 97 מ"מ, ושטח תצוגת הגירוי הוא 103 מ"מ על 77 מ"מ (1,024 x 768 פיקסלים, 9.0° x 6.7° זווית ויזואלית, לא כולל האזור הסובב בווידאו החי המציג את הטאבלט ואת ידיו של המשתתף).
   3. בהתחשב באפשרות של השפעות תקרה הנובעות ממשכי בלוקים קבועים (כלומר, אי השלמת TMT-A או TMT-B בתוך הזמן המקסימלי), מחשבים מדד נוסף, שניות לקישור (SPL)¹⁵, על ידי חלוקת זמן ההשלמה (שניות) במספר הקישורים (תגובות סטיילוס נכונות שיוצרות חיבורים בין שני פריטים).
      הערה: ערכי SPL גבוהים יותר מצביעים על ביצועי קישור איטיים יותר ולהפך.
   4. השתמש בקובץ וידאו של מסך מעקב העיניים כדי לאשר את השלמת המשימה הכוללת ולציין כל התנהגות שגויה (למשל, קישור שגוי, הרמת עט מרחוק).
      הערה: המשתתף במקרה זה לא היה לו ביצועי TMT שגויים.
   5. השתמשו בערכי המהירות הממוצעת, הראשונה והשלישית כדי להבדיל בין תקופות קישור לאי-קישור לכל ניסוי, כפי שמתואר להלן.
   6. הגדר תקופות קישור (ערכי מהירות מעל הרבעון הראשון) על ידי האצה מהירה לערכי מהירות שיא ואחריה האטה בעוצמה דומה.
   7. הגדר מהירויות מתחת לרבעון הראשון כמקופות שאינן קישוריות, המאופיינות בהתנהגות חיפוש חזותי לפני התנהגות קישור מכוונת.
      הערה: התנהגויות קישור ולא-קישוריות אלו, והקורלציות העצביות שלהן, אופו לאחרונה במחקר על ביצועי TMT מבוססי טבליות בקרב צעירים במהלך אלקטרואנצפלוגרפיה¹⁰.
   8. השתמשו בתקופות קישור וללא קישור כדי לקבוע את משך הקישור (זמן ממוצע שמוקדש לחיבור קישור, [ms]), ומשך לא קישור (זמן ממוצע שמוקדש לחיפוש החיבור הבא, [ms]), בהתאמה.
   9. חשב את המרחק הכולל (D) של תגובות העט במהלך ניסוי בפיקסלים כמדד נוסף לשונות בין ניסויים. חשב את אחוז המרחק הנוסף הממוצע (EDT) לכל ניסוי, המובע כאחוז מהמסלול האופטימלי (הקצר ביותר).
   10. חשב את המרחק לכל קישור (DPL, px/link) ככל שהמרחק הממוצע עבר כדי ליצור קישור אחד בכל ניסוי.
   11. חשב את הכוח הממוצע (יחידות שרירותיות, [au]) בין תקופות קישור ולא קישוריות בלבד, תוך השמטת נתונים בין ניסויים.
4. מדדי מעקב עיניים
   1. צפו ועבדו את נתוני מעקב העיניים לפי ניסוי, תוך שימוש בתוכנה המקורית למערכת מעקב העיניים (ראו טבלת החומרים).
   2. הוכחת היתכנות ופוטנציאל מודגים עבור נתוני מעקב עיניים, זמן ממוצע בנפרד עבור כל תנאי הביצועים של TMT-A ו-TMT-B. ניתוח והפרדה של הנתונים מזרם הנתונים הרציף שנקלט עבור כל ריצה, בהתבסס על קודי הטריגר המסומנים בזמן שנוצרו על ידי מחשב הגירוי/תגובה, ומציין את תחילת וסיום כל בלוק משימה TMT-A ו-TMT-B בתוך קבצי הנתונים של EDF המעקב אחרי העין.
   3. דווח על סטטיסטיקות תיאוריות, כולל ספירת סקאדות, ספירת קיבוע, זמן קיבוע (ms), אחוז קיבוע (ספירת מצמוצים, קצב מצמוצים), קצב מצמוץ (מצמוצים/שניות), וגודל אישון (ביחידות שרירותיות [au]).
      הערה: הגדרות ספציפיות לכל פרמטר מפורטות בטבלה 1. הסטטיסטיקות הקשורות לקיבוע וסאקדות מופקות באמצעות מחוללי דוחות המובנים בתוכנה באמצעות ערכי סף ומשרעת ברירת מחדל.
5. דיווח סטטיסטי
   1. בהתחשב באופיו של הניסוי כהוכחת היתכנות, הכולל משתתף יחיד במחקר, יש לבצע בדיקות סטטיסטיות פשוטות ללא תיקון עבור השוואות מרובות. חשב מדדי מעקב ממוצע של טאבלט ועיניים עבור TMT-A ו-TMT-B בשני הריצות הניסויים (בסך הכל ארבעה מופעים של כל מצב בדיקה).
   2. עבור כל מדד טבליה ומעקב עיניים, השתמשו במבחן t זוגי דו-זנבי כדי להעריך האם קיימים הבדלים מובהקים סטטיסטית בין שני חלקי TMT (TMT-B לעומת TMT-A).
6. נתוני הדמיה מוחית
   1. הפקת מפות fMRI להוכחת מושג של פעילות מוחית באמצעות ניתוח תוכנת חינמית של AFNI (AFNI)²⁷, המאומצת באופן נרחב בקהילת המחקר.
      הערה: סקריפט המפרט את צינור ניתוח ההדמיה הספציפי ובחירות הפרמטרים מסופק ב-GitHub²⁵. בקצרה, רצף שלבי עיבוד התמונה של AFNI להערכת פעילות מוחית בכל מיקום של אלמנט נפח (ווקסל) במוח הוא כדלקמן:
      1. לאחד את נתוני ה-fMRI משני ריצות ה-TMT.
      2. בצע שלבי עיבוד מוקדם לפני יצירת מפת ההפעלה, כולל תיקונים לפי ווקסלים עבור קפיצות (חריגים) במשרעת אות fMRI כפונקציה של זמן, השפעות פיזיולוגיות הקשורות לנשימה ודופק לב²⁸, זמן רכישת פרוסות תמונה ותנועה.
      3. יישר נתוני MRI אנטומיים משוקללים T1 לתבנית אטלס מוח סטנדרטית^29,30 באמצעות הליך עיוות לא ליניארי.
      4. החלו את פרמטרי הוורפ על נתוני ה-fMRI.
      5. מסנן מרחבי את נתוני ה-fMRI באמצעות גרעין גאוסי ברוחב מלא של 5 מ"מ בחצי מקסימום (FWHM).
      6. חלק את מסלול הזמן של ה-fMRI בכל ווקסל בערך הממוצע ואז מכפיל ב-100 כדי להגדיל את אותות ה-fMRI ליחידות אחוז.
      7. הכנס את נתוני ה-fMRI למודל ליניארי כללי (GLM) הכולל גלי קופסאות המייצגות זמנים פעילים במהלך בלוקי משימה TMT-A ו-TMT-B (שמקורם בנתוני טאבלט) המשולבים עם פונקציית תגובה המודינמית קנונית, וכן רגרסורים לתנודות בתדר נמוך, נגזרות תנועה ותנועה, ורגרסורים פיזיולוגיים להסרת השפעות שאריות של מחזורי הלב והנשימה.
      8. חישבו מפות התחלתיות המתאימות להפעלת המוח (מקדמי בטא מניתוח GLM בווקסלים) עבור א) ביצועי TMT-A בתוספת TMT-B לעומת קיבוע ממוצע; וב) הביצועים הממוצעים של TMT-B – TMT-A. דווח על כל מפה ב-p < 0.0005 ואז ייסח סף גודל אשכול כדי לתקן השוואות מרובות ב-p < 0.05.

Results

באמצעות קובץ הקלטת מסך מעקב עיניים, מוצגים ביצועים מייצגים של TMT-A ו-TMT-B בנקודת זמן אחת בסביבת המציאות הרבודה באיור 7A,B, בהתאמה. ביצועי TMT-A ו-TMT-B (קו כחול) ונתוני מבט (קו אדום) לאורך פרקי זמן עוקבים של 2.5 שניות מוצגים באיור 7C,D, בהתאמה. מרווח הזמן הזה נבחר כדי להקל על המחשת מספר מקרים עוקבים של התנהגות קישור בגרפיקה אחת. מרווח זמן קצר יותר פשוט מציג קישור אחד (או אף אחד), בעוד שפרק זמן ארוך יותר מציג יותר קישורים ועמס וקשה יותר לפרשנות ויזואלית. בבדיקת איור 7C,D, במיוחד, ברור כי בשניות הראשונות של ביצוע TMT-A ו-TMT-B, המשתתף מחפש ויזואלית ומקודד את הקישורים הראשונים לפני שהוא מזיז את העט. יש גם אינדיקציות לכך שבמהלך הביצועים של TMT-A ו-TMT-B עבור מרווחי הזמן המוצגים, המבט (והתנהגות החיפוש הוויזואלית) מקדימה את תנועות הקישור המתאימות של העט הדיגיטלי.

טבלה 1 מסכמת את מדדי הקינמטיקה והמעקב העיניים הממוצע של המשתתף לביצועי TMT בכל הניסויים (ארבעה מקרים של TMT-A, ארבעה מקרים של TMT-B, בשתי ריצות נפרדות). זמני ההשלמה של TMT-B (31.3 שניות ± 6.0 שניות) היו גבוהים יותר מאשר ב-TMT-A (24.0 שניות ± 5.7 שניות) (p = 0.06). זה תואם את העיבוד המנטלי המורכב יותר הנדרש לביצוע TMT-B. מהירות ביצועי ציור הקישורים הממוצעת לא הייתה איטית משמעותית עבור TMT-A (0.35 ± 0.04 px/ms) מאשר ב-TMT-B (0.36 ± 0.13 px/ms) (p = 0.91), בעוד ש-SPL נרמה גבוהה יותר עבור TMT-B (1.31 ± 0.25 שנייה) מאשר עבור TMT-A (1.00 ± 0.24 שנייה) (p = 0.06). משך תקופות הקישור הממוצעים לא היו שונים באופן מובהק (702 ± 299 מילישניות (TMT-B) ו-729 ± 221 מילישניות (TMT-A) (p = 0.92)), וגם לא משך תקופות שאינן קישוריות (576 ± 451 מילישניות (TMT-B) ו-260 ± 29 מילישניות (TMT-A) (p = 0.23)). המרחק הכולל (D) לא היה שונה באופן מובהק עבור TMT-B (10,300 ± 1,270 פיקסלים) לעומת TMT-A (10,600 ± 1,930 פיקסלים) (p = 0.52). אחוז המרחק הנוסף (EDT) ביחס למרחק הקצר ביותר האפשרי היה 27.1 ± 7.1% ל-TMT-A ו-24.2 ± 6.3% ל-TMT-B (p = 0.59). המרחק לקישור (DPL) עבור TMT-A היה 442 ± 80 פיקסל לקישור ו-429 ± 53 פיקסל לקישור עבור TMT-B (p = 0.52). כוח העט עלה במעט בממוצע עבור TMT-B (9.3 ± 1.8) מאשר עבור TMT-A (5.5 ± 3.5) (p = 0.11). לא נעשו שגיאות במהלך אף אחת מתנאי המשימה. ביחד, תוצאות אלו תואמות את הפרשנות שיש שונות משמעותית בביצועי המוטוריקה בין TMT-A ל-TMT-B, כך שכל הבדלים אפשריים בין שני חלקי TMT בשל מורכבות קוגניטיבית במהירות ממוצעת של ציור קישור, משך תקופת קישור, תקופת אי-קישור, D, EDT, DPL וכוח סטיילוס מוסתרים בניתוח ברמת המשתתף היחיד על ידי ההצגה הפסאודו-אקראית של הגירויים בתצוגה. עם זאת, כצפוי, המגמה של SPL גבוה יותר עבור TMT-B לעומת זו של TMT-A תואמת היטב את הממצאים לגבי זמן ההשלמה, ומשקפת את המתאם החזק בין שני המדדים.

נתוני מעקב העיניים הראו מגמה של מעט יותר סקאדות ב-TMT-B (90 ± 24) מאשר ב-TMT-A (71 ± 22) (p = 0.10). התוצאות המקבילות היו כמעט זהות, בהתחשב בכך שסקאדות וקיבועים קשורים זה בזה באופן חזק. זמן הקיבוע הממוצע ב-TMT-A היה 308 ± -40 מילישניות, בעוד שזמן הקיבוע הממוצע ב-TMT-B היה 314 ± -32 מילישניות (p = 0.32). אחוז הזמן הממוצע שהוקדש לקיבוע (קיבוע %) עבור TMT-A היה 90.0 ± 2.3%, שונה משמעותית מהערך של 88.7 ± 2.1% עבור TMT-B (p = 0.01). ספירת המצמוצים לכל ניסוי הייתה גבוהה משמעותית ב-TMT-B (5.0 ± 2.6) מאשר ב-TMT-A (2.0 ± 1.2) (p = 0.04). בהתחשב בהבדל בזמן ההשלמה הממוצע בין המבחנים, קצב המצמוץ היה עדיין גבוה משמעותית עבור TMT-B (0.15 ± 0.06 מצמוצים/שנייה) לעומת TMT-A (0.08 ± 0.05 מצמוצים/שנייה) (p = 0.03), כפי שניתן לצפות במשימה הראשונה, שכן היא תובענית יותר מבחינה קוגניטיבית. גודל האישון הממוצע נשאר דומה מאוד בתנאים שונים (1,588 ± 140 ל-TMT-A; 1,648 ± 59 ל-TMT-B) (p = 0.29).

בעת ניתוח פעילות מוחית בשני מצבי המשימה (TMT-A ו-TMT-B לעומת קיבוע חזותי), נצפתה הפעלה חיובית נרחבת משמעותית, יחד עם מספר אשכולות שהופעלו שלילית (שהיו נטו להיות קטנים יותר). 25 האשכולות העליונים לפי גודל כללו הפעלה חיובית בחלקים של המוחון המדיאלי והצדדי, הפרקונאוס השמאלי, הלובולות הפריאטליות העליונות והתחתונה, גירוס אוקסיפטלי אמצעי שמאל, גירי פרה-מרכזי, ג'ירוס פוסט-מרכזי שמאלי, ג'ירוס פרונטלי עליון שמאלי, גירוס אוקסיפיטלי עליון ימין, אזורים מוטוריים משלימים בקורטקס הצינגוליטי המרכזי השמאלי, הג'ירוס הסופר-מרגינלי הימני, הג'ירוס המצחי האמצעי השמאלי והג'ירוס הקלקריני הימני. תת-קבוצה של הפעלות אלו מוצגת בתמונות מייצגות באיור 8. הפעלה שלילית הייתה קיימת בג'ירי הזוויתי, הג'ירוס המצחי העליון השמאלי, הגירוס הטמפורלי האמצעי, הגירוס הפריאטלי הימני התחתון, הג'ירוס הטמפורלי העליון הימני, הג'ירוס הפוסט-מרכזי הימני, הג'ירוס הסופר-מרגינלי הימני, הג'ירוס המצחי התחתון השמאלי (pars orbitalis), הלובול הפרה-מרכזי הימני, והג'ירוס הפרה-מרכזי הימני. עם זאת, בניגוד בין TMT-B ל-TMT-A, לא נצפו הפעלות חיוביות או שליליות משמעותיות. כפי שצוין בדיון (ראו להלן), תצפיות fMRI קולקטיביות אלו תואמות את תוצאות fMRI קודמות שהושגו במעבדה.

איור 1: דיאגרמה מושגית של המכשיר הניסוי. (א) מסך המחשב משמש לשליטה במכשיר ובניהול מבחני קוגניציה, ולהמחשת התוצאות, כפי שבוצע על ידי (ב) המחשב. כבלי כוח, בקרה והקלטת נתונים עוברים דרך לוח חדירת תדרי הרדיו (C). המכשיר המרכזי כולל את הטאבלט הממוחשב (D) התואם ל-MRI, הכולל משטח רגיש למגע וסטיילוס, מאיר דיודה פולט אור, ומצלמת וידאו "טאבלט" שמצלמת תנועות ידיים וסטיילוס. (ה) מראה רפלקטיבית המותקנת על סליל הראש מאפשרת מעקב עיניים אחרי המשתתף, השוכב על (ו) שולחן המטופלים של מערכת ה-MRI, באמצעות (ז) מערכת הקלטת וידאו מרחוק. המראה מאפשרת גם למשתתף לצפות בגירויים של בדיקה, תגובות טאבלט ותנועות יד/סטיילוס נלוות על (H) מסך הקרנה אחורי כפי שמוצג על ידי (I) מערכת הקרנה תואמת MRI מרחוק. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 2: טבל Etsup. (א) פריסת הטאבלט על שולחן המטופלים עם משתתף מתנדב. (ב) תקריב של הטאבלט, המתקן והעט (צהוב) בשני כיוונים שונים המראה את סידור "מצלמת הווידאו הטאבלטית" ומאיר דיודה פולטת אור. (ג) מצלמת וידאו לטאבלט ומחשבי גירוי/תגובה לשליטה במערכת הטאבלט, מאזור קונסולת ה-MRI. (ד) מבט מייצג על סביבת המציאות הרבודה בזמן שמשתתף מבצע TMT-A. הנקודה האדומה מציינת את מיקום המבט המיידי ואינה מוצגת למשתתף. (ה) מערכת הקרנה תואמת MRI להצגת סביבת מציאות רבודה למשתתף, על מסך ההקרנה האחורי. המסך מותקן בקוטר המגנט ואינו נראה בתצוגה זו; ראו איור 4 לתיאור ברור. קיצור: TMT = מבחן בניית שבילים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 3: מבחן יצירת שבילים כימי. דיאגרמת תזמון של מתן TMT במהלך fMRI. למעלה: דיאגרמת תזמון המציינת את משך הבלוקים של TMT-A, TMT-B וקיבועות, הניתנים בכל אחת משתי ריצות. למטה: תצוגות תמונות לדוגמה של כל מצב. יש לשים לב שניסויים ב-TMT-A ו-TMT-B כוללים דפוסי גירוי שונים בכל ניסוי, כך שהמשתתפים אינם מבצעים על בסיס זיכרון מרחבי. כל ניסוי הקיבוע הוויזואלי כולל את אותה תצוגת תמונה. קיצורים: TMT = מבחן בניית שביל; fMRI = MRI פונקציונלי; TMT-A = חלק A; TMT-B = חלק B; Fix = קיבוע ויזואלי. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 4: מעקב עיניים ב-etup. (א) תמונה של מצלמת וידאו תואמת MRI לעיניים, מאיר ומרכב. (B) תמונה מפתח המגנט הקדמי, המציגה את הקשר המרחבי של מכשיר מעקב העיניים לטאבלט, סליל הראש והמראה, ולמסך ההקרנה. (ג) תמונה מפתח המגנט הקדמי עם סליל הטאבלט והראש מוסרים, המראה את הקשר בין המקרן למסך ההקרנה המשמש עם הטאבלט, לבין מצלמת מעקב העיניים ומאיר. (ד) סביבת תוכנת מעקב עיניים המציגה הקלטת וידאו של משתתף בשדה ראייה רחב ושדה חתוך ומוגדל שבו מזוהים השתקפויות קרנית לאפשר מעקב עיניים, והאישון מזוהה להקליט קוטר האישונים. (ה) דוגמאות לצילומי מסך במהלך כיול ואימות מעקב עיניים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 5: אנטרציה של קונסולה ו-p p. (A) אזור קונסולת MRI המציג את ארבעת המסכים ששימשו בניסויים. משמאל לימין: עוקב עיניים; מצלמת וידאו טאבלטית; גירוי/תגובה בטאבלט; וקונסולת מערכת ה-MRI. (ב) תמונה של צד חדר המגנט של לוח החדירה המציגה את כל חיבורי החומרה הרלוונטיים. (ג) חיבורים אנלוגיים בצד חדר הציוד. קיצור: BNC = חיבור אום כידון. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 6: מילולי לשאול אתההנחיות. משימת האימון כוללת משתתפים המשתמשים בטאבלט וסטיילוס כדי לתרגל שרטוט קו חלק בין ההנחיות, והכרתם עם המכשיר לפני המבחן הקוגניטיבי. ה-TMT מורכב משני חלקים: חלק א' דורש חיבור מעגלים ממוספרים בסדר עולה, בעוד שחלק ב' מתחלף בין מספרים ואותיות בסדר עולה. קיצור: TMT = מבחן בניית שבילים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של הדמות הזו.

איור 7: פורמנס TMT p. דגימות זמן של (א) ביצועי TMT-A ו-(ב) ביצועי TMT-B במציאות רבודה מנקודת מבט המשתתף. הנקודה האדומה בכל תמונה מייצגת את נקודת המבט. התמונות הן פריימים מתוך קובץ הקלטת וידאו במסך עוקב העיניים; שימו לב שהמשתתף אינו יכול לראות את נקודת המבט במהלך ביצוע המבחן. (C,D) מרווחי זמן עוקבים של 2.5 שניות של ביצועי TMT-A ו-TMT-B (קווים כחולים), כולל נתוני מבט תלויי זמן (קווים אדומים), בהתאמה. סקאדות בולטות כקווים אדומים דקים, בעוד ש"קשרים" ניכרים גם כאשר המבט אינו נע במהירות, מה שמעיד על קיבועות. קיצור: TMT = מבחן בניית שבילים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של הדמות הזו.

איור 8: fMRI activation maps. הפעלה (ניגוד אות fMRI) עבור (TMT-A ו-TMT-B) לעומת קיבוע. מיקומי החיתוך נמצאים במרחק של 14 מ"מ זה מזה, בקואורדינטות Z המצוינות במרחב האטלס הסטריאוטקטי. פס הצבע מייצג את אחוז הניגודיות של אות BOLD באזורים שהופעלו משמעותית, כאשר ערכים חיוביים מראים הפעלה גבוהה יותר מהבסיס. קיצורים: fMRI = MRI פונקציונלי; TMT = מבחן בניית שבילים; L = שמאל; R = ימין; BOLD = תלוי ברמת החמצון בדם. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

פרמטר	הגדרה	TMT A	TMT B	ערך P (דו-זנב, מזווג)
זמן סיום	הזמן הממוצע (בשניות) הנדרש להשלמת כל ניסוי	24.0 (± 5.7)	31.3 (± 6.0)	0.06
מהירות (px/ms)	מהירות ממוצעת (בפיקסלים למילישנייה) של תנועת העט במהלך כל משפט	0.35 (± 0.04)	0.36 (± 0.13)	0.91
שניות לכל קישור, SPL (s/link)	הזמן הממוצע (בשניות) נדרש להשלמת כל קישור בכל ניסוי	1.00 (± 0.24)	1.31 (± 0.25)	0.06
משך קישור (ms)	הזמן הממוצע (במילישניות) שמוקדש לחיבור כל קישור לאורך כל הדרך כל משפט	729 (± 221)	702 (± 299)	0.92
משך התקופה ללא קישור (ms)	הזמן הממוצע (במילישניות) שמוקדש לחיפוש החיבור הבא במהלך כל משפט	260 (± 29)	576 (± 451)	0.23
מרחק כולל (px)	המרחק הממוצע (בפיקסלים) שהסטיילוס עבר בכל ניסיון	10600 (± 1930)	10300 (± 1270)	0.52
מרחק נוסף נסעתי, EDT (%)	המרחק הנוסף הממוצע שנעבר בכל ניסוי, מתואר כ אחוז המסלול האופטימלי (הקצר ביותר) האפשרי	27.1 (± 7.1)	24.2 (± 6.3)	0.59
מרחק לפי קישור, DPL (px/קישור)	המרחק הממוצע (בפיקסלים) עבר כדי ליצור קישור אחד בכל ניסוי	441 (± 80)	429 (± 53)	0.52
כוח (יחידות אבריטריות)	הכוח הממוצע (ביחידות שרירותיות) מופעל על מסך הטאבלט בכל ניסיון	5.5 (± 3.5)	9.3 (± 1.8)	0.11
רוזן הסקאדה	מספר הסקאדות הממוצע בכל ניסוי	71 (± 22)	90 (± 24)	0.10
ספירת קיבועים	מספר ממוצע של קיבועים בכל ניסוי	71 (± 22)	90 (± 24)	0.09
זמן קיבוע (ms)	הזמן הממוצע (במילשניות) של כל קיבוע בכל ניסוי	308 (± 40)	315 (± 32)	0.32
אחוז קיבוע (%)	אחוז הזמן הממוצע של אובססיה לאורך כל ניסוי	90.0 (± 2.3)	88.7 (± 2.1)	0.01
ספירת מצמוצים	מספר המצמוץ הממוצע בכל ניסוי	2.0 (± 1.2)	5.0 (± 2.6)	0.04
קצב מצמוצים (Blinks/s)	מספר המצמוצים הממוצע שבוצעו בשנייה במהלך כל ניסוי	0.08 (± 0.05)	0.15 (± 0.06)	0.03
גודל האישון (אבריטרי יחידות)	גודל האישון הממוצע לאורך כל ניסוי	1588 (± 140)	1648 (± 59)	0.29

טבלה 1: סטטיסטיקות סיכום למדדי קינמטיקה בטאבלטים ומדדי מעקב עיניים, שנמדדו לביצועי TMT-A ו-TMT-B על ידי אישה צעירה ובריאה. הגדרות של כל מדד ניתנות עם סטיות תקן המוצגות בסוגריים. מדדים המוצגים בכתב נטוי כוללים ממוצע בין ביצועי קישור בכל ניסוי ואז ממוצע על כל הניסויים, עבור TMT-A ו-TMT-B, בהתאמה. ערכי P מפורטים עבור בדיקות t זוגיות דו-זנביות של הבדלים בערכי המטריקה בין TMT-A ל-TMT-B. ערכי P המוצגים בכתב מודגש מצביעים על השפעות משמעותיות בבדיקות דו-זנביות ב-p < 0.05. נטוי = ממוצע הממוצעים לכל מבחן. מודגש = עובר מבחן זוגי דו-זנב.

Discussion

העבודה הנוכחית מציגה פרוטוקול מקיף לרכישת נתוני מעקב עיניים ו-fMRI בו-זמנית במהלך ביצוע ToC מבוסס טאבלט. הדיון הבא מעריך תחילה היבטים שונים של הפרוטוקול, ואז מתמקד בתוצאות שהוצגו עבור משתתף מייצג. יישומים עתידיים של הפרוטוקול מוזכרים גם הם לאורך כל הדרך.

הפרוטוקול עוצב בקפידה במשך שנים רבות, בהתבסס על ניסיון רב שנצבר בפיתוח מערכת הטבליות ובביצוע מחקר fMRI שכלל את הטבליה או את מעקב העין (אך ללא שילוב שני המרכיבים האחרונים). בפרט, כל השלבים הקשורים לכיול מבטיחים שהנתונים שמתקבלים משקפים במדויק את ביצועי המשתתפים. כיול הטאבלט בתחילת המפגש מבטיח שהסטיילוס (והסמן) עוקבים במדויק אחרי התנהגות הכתיבה והציור בתצוגת המציאות הרבודה, למרות כל שינוי בתצוגת המצלמה שעשוי להתרחש במהלך הטיפול. כדי להבטיח שתנועת הראש לא תבלבל משמעותית את התוצאות, מיושמים ואומתים כיול מעקב עיניים ותיקון סטייה על בסיס המלצות היצרן ותוכנת המערכת הזמינה, בנוסף למעקב רציף אחר זרם הנתונים של מעקב העיניים לאורך כל הניסויים. כיול לא נכון או לא נכון של הטאבלט או מערכת מעקב העיניים עלול לגרום לתוצאות מוטות. עם זאת, תוצאות הטאבלט ומעקב העיניים שהוצגו כאן, ואחרות שנוצרו במעבדה, מצביעות על כך שניתן לקבל נתונים איכותיים במבוגרים בריאים. ייתכן שיידרש עיבוד נתונים נוסף בעתיד במקרה של אוכלוסיות מחקר אחרות, כגון קשישים או מטופלים עם מצבים נוירולוגיים או פסיכיאטריים. לדוגמה, ייתכן שיש צורך להוציא נתונים מהניתוח עקב תקופות לסירוגין של תנועת ראש מופרזת (כפי שנקבע מהערכות התנועה שהושגו בסעיף 2.6.1.2 של הפרוטוקול). חלקים ראשוניים של הנתונים בריצה הראשונה עשויים גם הם להידרש להוציא בשל השפעות למידה או התרגלות (מתמשכות גם לאחר אימון ראשוני), אם כי מהלך הזמן שלהם יהיה מעניין לאפיון במחקר עתידי, ועשוי לספק מנגנון נוסף להבחין בין ביצועי TMT באוכלוסיות אלו לאלו של צעירים בריאים.

פולסי טריגר חשובים לפרוטוקול, ומאפשרים הקלטה מסונכרנת בזמן של הטאבלט, מעקב עיניים וזרמי נתונים של fMRI. בעוד שאות ה-fMRI מבוסס על תגובות המודינמיות בולטות, שבדרך כלל משתנות לפי טווח הזמן של שניות, נתוני מעקב העין והקינמטיקה בטאבלט מציגים תוכן משמעותי בטווח של 10-100 מילישניות. סינכרון הזמן של מאגר הנתונים הקולקטיבי מספק הזדמנות ייחודית לחקור מנגנוני תפיסה, קוגניציה ופעולה במהלך ביצוע TMT בפרטים זמניים חסרי תקדים. מחקרים ראשוניים יכלו לאפיין את הקשר בין פעילות מוחית באזורים מסוימים במוח לבין פרמטרי מעקב עיניים הממוצעים הזמני בניסויים TMT-A ו-TMT-B. עבור קבוצת משתתפים, הדבר יאפשר חקירת קשרים אפשריים בין פעילות אזור מוחי נתון לכל פרמטר מעקב עיניים, באמצעות רגרסיה ליניארית פשוטה וחישוב מקדמי קורלציה. חקירת השאלה האם ניתן לפתור תכונות נוספות של הפעלה מרחבית-זמנית בנתוני ה-fMRI באמצעות תנודות מהירות בטאבלט ובנתוני מעקב עיניים היא גם היא מעניינת בעתיד. מחקרים מתפתחים מראים כי ניתן להתאים את פרמטרי רכישת נתוני fMRI למדידת אותות BOLD עם דגימה עדינה בהרבה; לדוגמה, תקופת דגימה של 100 מילישניות עם INI fMRI הובילה לשיפור בזיהוי דינמיקת הפעלת המוח³¹. עבודות עדכניות שחקרו את TMT מבוסס טאבלט באמצעות EEG הראתה גם כי תקופות קישור תוך משימה ואי-קישור קשורות לדפוסים מרחביים שונים של עוצמת תדר¹⁰, מה שמניע את השימוש בפרוטוקול לחיפוש אסוציאציות דומות של אותות fMRI. זיהוי התגובה ההמודינמית שמאחורי אותות fMRI איטי בהרבה מהסקאלה של סקאדות וקיבועות, אך הצעדים הראשונים בכיוון זה יכללו ככל הנראה אפיון הבדלים פוטנציאליים בביצועי TMT-A ו-TMT-B הכוללים התנהגות שמתרחשת מוקדם לעומת מאוחר ברצף הקישור (כאשר האחרון מאתגר במיוחד ב-TMT-B); והבדלים פוטנציאליים בין קישורים שמאתגרים לביצוע לעומת כאלה שפחות מאתגרים, בהתבסס על בדיקה ויזואלית של נתוני מעקב עיניים וקינמטיים.

הפרוטוקול כולל מודול הדרכה שמאפשר למשתתפים להכיר תגובות מבוססות טאבלט ולבצע את תנועות הקישור הנדרשות לביצוע ה-TMT. הכשרה כזו (כולל שינויים עתידיים המותאמים למשימות אחרות או לתנאי עבודה אחרים הנבדקים) נועדה לפתח מיומנות אצל אלו שאין להם ניסיון רב באינטראקציה עם טאבלטים, כמו חלק מהקשישים, ואלו שעלולים להתמודד עם אתגרים במצב תקשורת זה עקב תפקוד מוחי לקוי. סביבת המציאות הרבודה, כולל VFHP מהזנת וידאו מצלמת הווידאו של הטאבלט, מאפשרת אינטראקציות בטאבלט עם תקפות אקולוגית גבוהה אך אינה מספקת חוויה זהה לחלוטין לכתיבה וציור טיפוסיים באמצעות עט ונייר. לדוגמה, המשתתף חייב לבצע את תגובותיו כשהוא שוכב במגנט וצופה בגרפיקה ממוחשבת, כולל הצגה ללא גוף של ידו ללא קלט פרופריוספטיבי טבעי רגיל וקואורדינטות מרחביות ממוקדות גוף. בעוד שניתן לשקול מחקרים עתידיים שיחקרו את ההשלכות של מניפולציה של שני הגורמים האחרונים, העדויות האנקדוטליות הנוכחיות מצביעות על כך שבאמצעות אימון פשוט, אנשים בריאים יכולים להשתלט במהירות ובקלות בשימוש בטכנולוגיית הטאבלט הזו, כך שההשפעות הלמידה במחקרי fMRI מבוססי טאבלטים עלולות להיות מוזנחות לאחר מודול אימון קצר.

הפרוטוקול הנוכחי יכול לשמש בעתיד, כאשר fMRI מתבצע במהלך מודול ההדרכה, כדי לספק ראיות מדעיות כמותיות התומכות או נגד ההצהרה האחרונה. (במחקרים קודמים מבוססי טאבלטים של ה-TMT שלא כללו את ההכשרה, נתוני הדמיה מוחית מהניסוי הראשון של TMT-A ו-TMT-B הושלכו כדי למנוע השפעות למידה^10,19.) יהיה מעניין גם לחקור את השפעות הלמידה מבוססות הטאבלט ו-ToC באוכלוסיות מטופלים שונות (כגון אלו עם פגיעה קוגניטיבית), מה שעשוי לדרוש שיפור במודול ההדרכה. בחקירות אחרות מחוץ למגנט, מודול ההכשרה יכול להיות מותאם לשמש ככלי סינון שימושי, המאפשר למטופלים שאינם עומדים בהוראות או שאינם מסוגלים לבצע משימות כראוי להוציא אותם ממחקרי הדמיה.

כנקודת דיון אחרונה הקשורה למשימת האימון, חשוב לציין כי הדמיה נוירולוגית פונקציונלית של ToC מוגבלת בדרך כלל על ידי הטבע הרועש של אותות ההפעלה המוחיים והצורך לנתח נתוני סדרות זמן ארוכות על פני מספר חזרות על משימות כדי לקבל מפות מובהקות סטטיסטית^{של הפעלה מוחית 32}. הליך זה סותר את ההצגה הטיפוסית של ToC, שבה הבדיקה מתבצעת פעם אחת. ככל שהיכולות של שיטות הדמיה נוירולוגיות פונקציונליות ישתפרו בעתיד (למשל, על ידי ביצוע fMRI בשדות מגנטיים גבוהים במיוחד של 7 טון ומעלה), ייתכן שניתן יהיה להשוות את הפעלת המוח מבדיקת קוגניציה בניסוי יחיד לזו שהתקבלה מניסויים מרובים. עם זאת, נכון לעכשיו הוכח כי ביצועי TMT מבוססי טאבלט מרובי ניסויים הם בעלי תוקף מתכנס סביר עם ביצועי מבחן העט והנייר¹⁵.

למרות שתוכנן להקל על הערכות ToC באמצעות fMRI, הפרוטוקול גמיש וניתן לשינוי כדי להתאים למטרות מחקר רחבות היקף. לדוגמה, מצלמת הווידאו של הטאבלט נוספה במיוחד כדי לאפשר ל-VFHP לחזק את התוקף האקולוגי, אך ייתכן שתוחרג אם אינה נדרשת, או להידלק ולכבות בתנאי משימה שונים (כמו במחקרים החוקרים את האינטגרציה בין עיבוד חזותי, פרופריוספטיבי ומוטורי). בנוסף, הטאבלט יכול לשמש בקלות באופן סינכרוני עם מערכת מעקב העיניים בסביבה שאינה MRI אך ורק לבדיקות התנהגות, או עם שיטות דימות נוירולוגיות פונקציונליות אחרות כגון EEG, ספקטרוסקופיה אינפרא-אדומה קרובה פונקציונלית וטומוגרפיית פליטת פוזיטרונים. ייתכן שיידרשו שינויים חומרתיים במקרה של מחקרים הכוללים מגנטואנצפלוגרפיה (MEG), כדי לדכא את שדה השוליים המגנטי של הטאבלט עד הרבה מתחת ל-femtoTesla בחיישני השדה המגנטי של MEG. בהתאם לצרכי הניסוי, ניתן גם להרחיב את הפרוטוקול לכלול ציוד נוסף להצגת גירויים חושיים והקלטת תגובה. לדוגמה, זה יכול לכלול אוזניות תואמות MRI להצגת גירויים שמיעתיים, ותיבות כפתורים לרישום תגובות לחיצות כפתור, מה שמאפשר בסופו של דבר להשוות את אותות ההפעלה המוחיים מ-ToC שרירותי לאלה שנוצרים על ידי משימות עיצוב הקשורות לבלוק או אירועים, שבדרך כלל מאומצות בקהילת הדמיה הנוירולוגית הפונקציונלית. ניתן לבצע שינויים נוספים בפרוטוקול כדי להתחשב בליקוי מוטורי או ראייה באוכלוסיות מטופלים שונות. לדוגמה, ניתן להוסיף משימות בקרה נוספות הכוללות תנועות ציור פשוטות (כגון קישור חוזר של שני גירויים יחד עם דרישה קוגניטיבית נמוכה בהרבה), מה שמאפשר להעריך את תרומת הפגיעה המוטורית לביצועי TMT הכוללים (כלומר, על ידי בחינת הניגודים בין הפעלת המוח (TMT-A מול מנוחה; ציור פשוט מול מנוחה; TMT-A לעומת ציור פשוט; ובאותו אופן גם לגבי TMT-B). מספר הקשרים הנדרשים ב-TMT-A ו-TMT-B יכול להיות מופחת כדי להפחית את הסיכון לעייפות שרירים. פגיעה בראייה יכולה להיות מותאמת על ידי הצגת גירויים חזותיים גדולים יותר או גירויים עם ניגודיות תצוגה חזקה יותר. עם זאת, יש לבצע fMRI נוסף של קבוצות ביקורת עם שינויים כאלה כדי לספק הערכה בלתי מוטה של פעילות המוח של מטופלים לעומת הביקורת.

למרות עמידותו, הפרוטוקול עשוי לעבור מספר שיפורים. במיוחד, הביצוע דורש עבודה רבה: שימוש בשלושה או יותר אנשי מעבדה (כולל טכנולוג אחד להפעלת מערכת ה-MRI) רצוי להשגת יעילות גבוהה במהלך הקמת הציוד והפירוק, ובמהלך איסוף הנתונים (אדם אחד למעקב אחר מחשבי הטאבלט ואחד למעקב אחר מחשב מעקב העין). עם שני אנשי צוות מיומנים באתר, נדרשים כרגע 10 דקות לפני ואחרי MRI להתקנה והסרה, אם כי ניתן לקצר את הזמנים על ידי שיתוף חבר מעבדה נוסף. בעתיד, ניתן להשיג רווח בזמן על ידי "קונפיגורציה מוקדמת" של רכיבי חומרה מסוימים ושימוש יעיל יותר בעגלות ציוד להקלה על ההובלה והקמת חיבורי כבלים. התקנה קבועה (חלקית או מלאה) בסוויטת ה-MRI תהיה האפשרות הקלה ביותר אם המקום והציוד יאפשרו.

לאחר מכן, הפרוטוקול הודגם על ידי קבלת הטבליה המייצגת, מעקב עיניים ותוצאות fMRI ממתנדב צעיר ובריא אחד. התוצאות עמדו ברובן בציפיות, כפי שמתואר להלן, אך בהתחלה יש להדגיש כי הערכים שהושגו עבור מדדי ההתנהגות השונים והאזורים המופעלים במוח הוערכו סטטיסטית ברמת המשתתפים ואינם מתחשבים בממוצע ובשונות ברמת הקבוצה. בדיקות רב-מודליות עתידיות של קבוצה גדולה של אנשים בריאים יידרשו כדי לקבל מידע ברמת הקבוצה כנתונים "נורמטיביים", שניתן בסופו של דבר להשוות לתוצאות שהתקבלו מבדיקות אנלוגיות של אוכלוסיות מטופלים עם תפקוד מוחי לקוי. חישובי גודל המדגם למחקרים כאלה צפויים להיות מונעים מיחס ניגודיות לרעש נמוך של אותות fMRI, וכן על ידי עלות איסוף נתונים כאלה. חלק מהכלים זמינים בספרות המדעית להערכת גודל מדגם fMRI³². בתנאי זה, הנרטיב הנוכחי מתמקד בעיקר בפרשנות קצרה של המגמות וההשפעות המשמעותיות שנצפו.

המשתתף הראה זמן סיום מעט גדול יותר ומשך אי-קישור גדול יותר עבור TMT-B בהשוואה ל-TMT-A, תוך חיקוי ממצאים קודמים מבוססי טבליות ותואמים לביצועים מבוססי TMT שנקבעו במאמרים ^2,18,33. ממצאים אלו עשויים לשקף את הצורך בצורך ליותר זמן לעיבוד, חיפוש וזיהוי היעד הנכון הבא ב-TMT-B לעומת TMT-A, בהתחשב בכך ש-TMT-B נחשב לאתגר מנטלי יותר. לא נרשמו טעויות באף אחת ממצבי המשימה, וכל ניסויי TMT הושלמו בתוך הזמן שהוקצה, בהתאם להשלמת TMT סטנדרטית על ידי מבוגרים צעירים, משכילים^{ובריאים 2}. ערך ה-SPL היה גבוה יותר עבור TMT-B מאשר TMT-A כפי שמצופה, בהתחשב בכך שגם ל-TMT-B וגם ל--A יש אותו מספר קישורים בסך הכל, וזמן ההשלמה של TMT-B היה ארוך יותר. למרות מורכבות חיפוש חזותי מוגברת ב-TMT-B, ערכי D ו-EDT מעט גבוהים יותר נצפו ב-TMT-A. שני המדדים פותחו לאחרונה עבור העבודה הנוכחית, ולכן אין אפשרות לבצע השוואות ספציפיות לדיווחים בספרות TMT מבוססת טאבלטים קודמים. עם זאת, ישנה השערה כי הביצועים האיטיים יותר ב-TMT-B עשויים לשנות את מיקומו של הפרט בגרף 34 של "מהירות-דיוק" ביחס לביצועיו המהירים יותר ב-TMT-A—וכך הוביל לקישור מדויק יותר עם ירידת ערכי D ו-EDT נלווים. יש לאשר פרשנות זו בבדיקות עתידיות.

תוצאות מדד מעקב העיניים עבור משתתף זה מעניינות. נמצאו מספר מעט גבוה יותר של סקאדות וקיבועות, ספירת מצמוצים וקצב מצמוצים כאשר המשתתף ביצע TMT-B בהשוואה ל-TMT-A. ספירות סאקדה וקיבועים גבוהות יותר עשויות להעיד על השפעות חיפוש חזותיות מוגברות על הגירויים הוויזואליים במצב B. לתמיכה באפשרות זו, עבודות קודמות הראו ששני הספירות עולות ככל שהעלות המנטלית לעיבוד מערך חיפוש מורכב יותר עולה³⁵. העלייה במספר המצמוצים ובקצב המצמוצים ב-TMT-B בהשוואה לאלו של TMT-A עשויה לייצג שליטה קוגניטיבית מוגברת במצב המשימה הראשון. מעניין שמחקרים רבים תומכים בכך שקצב המצמוצים הספונטניים (וספירת המצמוצים בתוך תקופת ניסוי קבועה, כפי שנחקר כאן) הם פרוקסים שימושיים לפעילות הדופמין³⁶. דופמין הוא נוירוטרנסמיטר חשוב המעורב בלמידה, בזיכרון עבודה^{ובהתנהגות} ממוקדת-מטרה, שכולם תומכים בביצועים מוצלחים של TMT ונדרשים במידה רבה יותר ב-TMT-B בהשוואה ל-TMT-A. מחקרים רבים שחקרו מצמוצים ספונטניים ומעוררי משימה מראים ששני המדדים רגישים למודולציות של שליטה קוגניטיבית³⁸. לבסוף, נצפה גודל אישון ממוצע דומה מאוד לשני חלקי TMT, מה שמרמז שהמשתתף הצליח לבצע את שני החלקים ברמות מאמץ מנטלי דומות מבלי להעמיס^{על יכולת} העיבוד שלו. פרשנויות אלו שוב תואמות את הספרות על ביצוע TMT² וכי המשתתף ביצע את שני החלקים ביעילות ללא טעויות. בעתיד תידרש עבודה לחקור את מאפייני המבט המפורטים הקשורים להתנהגות TMT בתוך המשימה. עבודה כזו תהיה מעניינת מאוד, ותספק אמצעים להעריך עד כמה התנהגויות חיפוש חזותי א) מקדמות את תגובות הטאבלט; ב) משתנים עבור קישורים שמאתגרים לביצוע לעומת אלו שקל לפעול בשל התפלגות מרחבית של גירויי מספר ואותיות, וג) משתנים כאשר נעשות שגיאות ביצוע TMT.

לגבי נושא השגיאות בביצועי TMT, רישום טעויות וכימות יהיו היבט חשוב במחקר עתידי שאינו חלק מהמחקר הנוכחי של מבוגר צעיר ובריא בעל ביצועים גבוהים. הפרוטוקול הנוכחי מוגבל לרישום שגיאות ביצוע TMT בזמן איסוף הנתונים, אך ניתן להרחיב אותו בקלות לכלול את מספר השגיאות שנעשו בניסויי TMT-A ו-TMT-B, וכן מדדים סטטיסטיים של נטייה מרכזית ושונות עבור משתתף מסוים, בהתבסס על הערכה ידנית של קבצי וידאו דיגיטליים של אינטראקציות עם סטיילוס. מעבר לכך, נדרש רובריקה לסיווג סוגי שגיאות ביצוע TMT. לאחר שנאספים מספיק נתוני שגיאות בבדיקה ידנית, אמור להיות אפשרי גם לפתח שיטות בינה מלאכותית לזיהוי וסיווג מדויק של שגיאות, מה שהופך את תהליך הערכת השגיאות לפחות ארוך בהרבה.

ניתוח דימות מוחי חשף הפעלה רחבה משמעותית (עבור משימות TMT-A ו-TMT-B שנבדקו יחד לעומת תנאי המנוחה) באזורים במוח, כולל אלו האחראים לעיבוד חזותי, תפקוד מוטורי, ותפיסה ואינטגרציה חושית. הפעלת אזורים אלו דומה להפעלת fMRI שנצפתה במחקרי TMT נוירו-דימות קודמים^15,19. כדוגמה פשוטה להפעלה הקשורה לתפקוד מוטורי, אזור הגירוס הקדם-מרכזי הנגדי (שמאל) הופעל באופן חיובי על ידי תגובת המוטוריקה הימנית, והייתה גם אשכול קטן של הפעלה שלילית איפסילטרלית (לא מוצגת באיור 8), דפוסי הפעלה אופייניים לאזורים סנסורימוטוריים ראשוניים במהלך תנועה רלוונטית^{למשימה 39,40}. אפילו עם סף ותיקון שמרניים יחסית, עוצמת הפעלת ה-fMRI אצל משתתף זה מרמזת שהמשימה היא בדיקה טובה לתפקוד הוויזואו-מוטורי, כולל במוחון ובמוח התיכון. עם זאת, אין להסיק מסקנות ספציפיות לגבי אזורי המוח התומכים בביצועי TMT מהנתונים של משתתף יחיד זה, שנכללים רק להדגמה. יש לשים לב גם כי חוסר הפעילות הנצפה בהשוואה בין TMT-B ל-TMT-A לא היה מפתיע עבור משתתף יחיד. ניגוד זה ידוע כ"חלש", בדרך כלל דורש ניתוח נתוני fMRI מקבוצת דגימות גדולה יותר וכן צינור עיבוד תמונה מותאם בקפידה לזיהוי אמין של אותות הפעלה⁴¹. נקודות אלו מדגישות שוב כי עבודת ההדמיה המוחית הנוכחית מדגימה הוכחת היתכנות בעיצוב ניסוי, הקלטת fMRI וניתוח, אך נדרשו מחקרים עתידיים שיכללו קבוצה אחת או יותר של משתתפים (למשל, אנשים עם מחלות נוירולוגיות וביקורת בריאה) כדי להשיג תוצאות שניתנות להכללה ברמת האוכלוסייה.

חשוב להדגיש שהמדדים שפותחו לפרוטוקול זה (לכימות תגובות של טבליות ומעקב עיניים הקשורות ל-TMT, והפעלה מוחית במהלך fMRI) אינם ממצה. במקום זאת, הם בונים על ניסיון בביצוע מחקרי TMT-fMRI מבוססי טבליות ומחקרי fMRI שכללו מעקב עיניים בשנים האחרונות. מדדי הטאבלט ומעקב העיניים אינם בהכרח עצמאיים ועלולים לכלול תלות הדדית מסוימת, מה שמרמז כי ניתוח רב-משתני של הקשר שלהם לנתוני TMT-fMRI יהיה מועיל, לדוגמה, באמצעות שיטת הריבועים החלקיים המינימליים⁴². בעתיד, מדדים חדשים שיכמתו היבטים של מסלול המבט יהיו שימושיים, כחלק מאפיון השונות התוך-אישית ובין הפרט בביצוע נכון במבחן (ובשגיאות), כולל בין קבוצות של אנשים בריאים וכן מטופלים. הציפייה היא שמחקר כזה יחשוף שיפורים משמעותיים ברגישות ובספציפיות ל-TMT להבחנה בין מטופלים לבין ביקורת באמצעות נתוני TMT, מעקב עיניים, fMRI ומדדים כמותיים נלווים, בהשוואה למתן TMT בעט ונייר סטנדרטי ולניקוד סטנדרטי של TMT. אם תחזית זו נכונה, יהיו גם הזדמנויות לבחון האם ניתן לשפר את האפליה אף יותר באמצעות גישות שונות של בינה מלאכותית ובאמצעות פיתוח תנאי שימוש מודרניים וחדשים לחלוטין, תוך שימוש בתובנה שהושגה מתוכנית המחקר הכוללת הזו.

לסיכום, מוצג פרוטוקול רב-מודלי חדשני להערכת ביצועי ToC אנושיים באמצעות טכנולוגיית טאבלטים ממוחשבים, מעקב עיניים ו-fMRI. בהשוואה לפרוטוקולי מחקר קשורים אך פשוטים^יותר 20,43,44,45, הפרוטוקול הנוכחי נחשב למידעי יותר בשל הכללת טכנולוגיית טאבלטים עם תוקף אקולוגי גבוה לצד מעקב עיניים, תוך שמירה על עיצוב מחקר ארגונומי ויעיל. הפרוטוקול מספק הזדמנות לקורלציה חלקה בין ביצועי משימות, פעילות עצבית ותנועות עיניים במסגרות שונות של למידת מכונה ורב-משתנית כדי לחקור את היסודות העצביים של ToC. נתוני הפיילוט, הכוללים צעיר בריא מייצג שמבצע את ה-TMT המבוסס על טבליות, מבטיחים מאוד. הפרוטוקול פותח את הדלת לתוכנית מחקר רחבה הכוללת פיתוח הבנה מעמיקה יותר של היסודות העצביים של ToC, וכן חקירת הפוטנציאל להשתמש ב-ToC קיים וחדש בשילוב עם מעקב עיניים ודימות נוירולוגי פונקציונלי לאפיון רגיש ומדויק יותר של מטופלים עם ליקויים מוחיים שונים. בהשוואה לאנשים בריאים.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
מערכת MRI 3T עם סליל ראש 64 ערוצים	Siemens Healthineers (ארלנגן, גרמניה)	פריזמה מגנטום	רושם נתוני fMRI.
מסנן הפרעות אלקטרומגנטיות	ספקטרום קונטרול בע"מ (פיירוויו, פנסילבניה, ארה"ב)	56-705-005-LI	מעביר אותות טאבלט וסטיילוס מחדר המגנט לקופסת הממשק של הטאבלט.
תוכנת מעקב עיניים	SR Research Ltd. (אוטווה, אונטריו, קנדה)	EyeLink Explorer (גרסה 4.3.1, 64 ביט)	מאפשר ויזואליזציה ועיבוד נתונים באמצעות מעקב עיניים.
יישום עריכת גרפיקה	מיקרוסופט בע"מ (רדמונד, וושינגטון, ארה"ב)	צבע	משמש להכיר למשתתפים כתיבה וציור בטאבלט.
MATLAB	MathWorks Inc.  (נטיק, מסצ'וסטס, ארה"ב)	R2022a	משמש לניתוח נתוני טאבלטים קינמטיים ולביצוע ניתוחים סטטיסטיים.
מעקב עיניים תואם MRI	SR Research Ltd. (אוטווה, אונטריו, קנדה)	EyeLink 1000 Plus	רושם נתוני מעקב עיניים במהלך fMRI.
מקרן תואם MRI	Avotec, Inc. (סטיוארט, פלורידה, ארה"ב)	חזון שקט	מציגה למשתתף גירויים חזותיים של מציאות רבודה בפועל.
רכיבי טאבלט תואמי MRI (כולל משטח רגיש למגע, פלטפורמת תמיכה מוגבהת מתכווננת, עט רגיש לכוח, מאיר דיודה פולט אור)	לא רלוונטי	לא רלוונטי	מעוצב ומורכב בהתאמה אישית במעבדה. ראו מקורות 12, 13 לפרטים.
תוכנת הצגת גירוי	כלי תוכנה לפסיכולוגיה (שארפסבורג, פנסילבניה, ארה"ב)	E-Prime, גרסה 2.0	תוכנה לפיתוח וניהול כל ההדרכות והמימושים המבוססים על טאבלט.
מחשב גירוי/תגובה	לא רלוונטי	לא רלוונטי	עיצוב רב-רכיבי. ראו רפרנס 13 לפרטים.
יישום דרייבר שטחי רגיש למגע	ELO Touch Solutions Inc. (מילפיטס, קליפורניה, ארה"ב)	דרייבר מגע יחיד	משמש לכיול המשטח הרגיש למגע כאשר המשתתפים מבצעים משימות מגע למטרה.
מכשיר הפעלה ותגובה	מכון רולנד (קיימברידג', מסצ'וסטס, ארה"ב)	תיבת תגובה USB של רולנד	משמש לסנכרון זמן של משימות מבוססות טאבלטים, מעקב עיניים וזרמי נתוני fMRI.
מצלמת וידאו	MRC Instruments GmbH (היידלברג, גרמניה)	12M-i	מקליט וידאו של אינטראקציות ידיים וסטיילוס על משטח רגיש למגע של הטאבלט.
מחשב מצלמת וידאו	לא רלוונטי	לא רלוונטי	עיצוב רב-רכיבי. ראו רפרנס 13 לפרטים.