Test dell'acuità del movimento per la misurazione dell'acuità del campo visivo con forme definite dal movimento

Sommario

Qui viene descritto un nuovo test dell'acuità basato sul movimento che consente la valutazione dell'elaborazione visiva centrale e periferica in individui ipovedenti e sani, insieme a occhiali che limitano la visione periferica compatibili con i protocolli MRI. Questo metodo offre una valutazione completa della vista per le menomazioni funzionali e le disfunzioni del sistema visivo.

Abstract

Le misurazioni standard dell'acuità visiva si basano su stimoli stazionari, lettere (grafici di Snellen), linee verticali (acuità del nonio) o grafici a reticolo, elaborati da quelle regioni del sistema visivo più sensibili alla stimolazione stazionaria, ricevendo input visivi dalla parte centrale del campo visivo. Qui, viene proposta una misurazione dell'acuità basata sulla discriminazione di forme semplici, che sono definite dal movimento dei punti nei cineematogrammi a punti casuali (RDK) elaborati da regioni visive sensibili alla stimolazione del movimento e che ricevono input anche dal campo visivo periferico. Nel test di acuità del movimento, ai partecipanti viene chiesto di distinguere tra un cerchio e un'ellisse, con superfici corrispondenti, costruite da RDK e separate dall'RDK di sfondo per coerenza, direzione o velocità dei punti. La misurazione dell'acuità si basa sul rilevamento dell'ellisse, che ad ogni risposta corretta diventa più circolare fino a raggiungere la soglia dell'acuità. Il test di acuità del movimento può essere presentato in contrasto negativo (punti neri su sfondo bianco) o in contrasto positivo (punti bianchi su sfondo nero). Le forme definite dal movimento si trovano centralmente entro 8 gradi visivi e sono circondate da uno sfondo RDK. Per testare l'influenza delle periferie visive sull'acuità misurata centralmente, viene proposto un restringimento meccanico del campo visivo a 10 gradi, utilizzando occhiali opachi con fori posizionati centralmente. Questo sistema di restringimento facile e replicabile è adatto per i protocolli MRI, consentendo ulteriori indagini sulle funzioni dell'input visivo periferico. Qui viene proposta una semplice misurazione simultanea della forma e della percezione del movimento. Questo test semplice valuta i disturbi della vista in base agli input del campo visivo centrale e periferico. Il test di acuità del movimento proposto migliora la capacità dei test standard di rivelare funzioni visive di riserva o addirittura rafforzate nei pazienti con sistema visivo danneggiato, che fino ad ora non sono state rilevate.

Introduzione

La maggior parte degli esami visivi disponibili sono diretti ad esaminare le caratteristiche elaborate dalla visione centrale, basandosi sull'input derivante dalla retina centrale¹. La retina centrale ha la popolazione di cono-fotorecettori più densa per la massima acuità visiva e manca di fotorecettori a bastoncello, che dominano la retina periferica². La presenza di fotorecettori densamente impacchettati si riflette anche in una maggiore densità di cellule ganglionari, il che significa che un numero maggiore di assoni è diretto al nervo ottico e, infine, alla corteccia visiva. Al di fuori della fovea verso la periferia, i bastoncelli sono più numerosi del fotorecettore³ del cono. Con i corpi più larghi dei bastoncelli e il mosaico più rado di fotorecettori, la retina periferica risponde principalmente alla visione notturna e alla consapevolezza del movimento⁴.

Classicamente, si credeva che l'elaborazione visiva, a seconda della stimolazione della parte centrale del campo visivo, fosse dedicata all'analisi fine di oggetti stazionari e la sua parte periferica fosse specializzata nel rilevare il movimento e portare gli oggetti alla visione centrale foveale, dove viene ulteriormente analizzato ^5,6. Tuttavia, ora abbiamo prove emergenti che mostrano che a livello corticale, l'analisi fine della via stazionaria non è completamente separata da quella sensibile al movimento ^6,7,8. Il test simultaneo della forma e della percezione del movimento viene eseguito classicamente utilizzando reticoli mobili⁹ e modelli di vetro¹⁰ e anche il movimento ad anelli concentrici¹¹. Il nostro obiettivo è quello di introdurre un test che si avvicini alla vita normale delle persone con disabilità visiva, che possa ridurre le loro frustrazioni e dare speranza mostrando loro esplicitamente che alcune caratteristiche della loro elaborazione visiva potrebbero ancora essere preservate e persino rafforzate. Il test di acuità del movimento proposto basato su kinematogrammi a punti casuali (RDK) combina l'analisi della percezione del movimento e della forma e verifica contemporaneamente il funzionamento della percezione del movimento e della forma. All'interno del test di acuità del movimento, ci sono molte possibilità di caratteristiche psicofisiche da testare, come diverse velocità, direzioni e contrasti degli RDK. Modificando i parametri, possiamo manipolare la forza della stimolazione, sia specifica per l'elaborazione centrale che periferica. Ad esempio, il rilevamento di oggetti in rapido movimento è una caratteristica ben descritta specifica dell'elaborazione visiva periferica¹², mentre l'elaborazione degli scuri sullo sfondo chiaro è preferenzialmente elaborata dalla visione centrale¹³. Questo test è stato inizialmente eseguito su pazienti con degenerazione retinica dei fotorecettori, specificamente localizzati all'interno della retina centrale o periferica¹⁴. La retinite pigmentosa (RP) si manifesta con danno periferico e prevale in ~1/5000 pazienti in tutto il mondo¹⁵. La malattia di Stargardt (STGD), con una prevalenza di ~1/10000, è la causa più comune di degenerazione maculare giovanile (MD)¹⁶. Il danno ai fotorecettori della retina centrale, come nella degenerazione maculare o nella retinite pigmentosa della retina periferica, provoca corrispondenti perdite di campo visivo. Tali perdite di campo visivo si riflettono nelle menomazioni delle caratteristiche specifiche di determinate regioni del sistema visivo¹⁷. È importante sottolineare che sono colpite anche le regioni del sistema visivo che ricevono input da parti non interessate della retina. In precedenza è stato dimostrato in modelli animali di degenerazione maculare¹⁸ che dopo un danno binoculare alla retina centrale, non solo l'acuità è aggravata, ma la percezione del movimento, una caratteristica caratteristica dell'elaborazione periferica, è rafforzata. Il test di acuità del movimento qui descritto fornisce una visione importante per la pianificazione delle procedure di riabilitazione visiva. Una visione completa dell'interazione tra parti centrali e periferiche del campo visivo ha un ruolo cruciale nella comprensione di come le funzioni perse potrebbero essere rilevate dai pezzi di ricambio del sistema visivo e come questo processo possa essere supportato da procedure di riabilitazione dell'allenamento visivo. In linea, la conoscenza di come la degenerazione retinica regionale influenzi l'elaborazione visiva, specialmente al di là delle sue parti danneggiate, rimane ancora incompleta. I test ottici si basano sulle misurazioni delle caratteristiche della forma stazionaria. Ad esempio, le misurazioni dell'acuità visiva si basano su stimoli stazionari, lettere (grafici di Snellen), grafici a reticolo o grafici dell'acuità del nonio.

Allo scopo di ampliare la comprensione delle dinamiche tra visione centrale e periferica negli occhi sani e negli occhi che hanno funzioni visive centrali/periferiche compromesse, è stato introdotto un test dell'acuità basato sul movimento che misura simultaneamente la forma e la percezione del movimento. Il test di acuità del movimento si basa sul rilevamento di forme posizionate centralmente in contrasto negativo o positivo (punti scuri o chiari), un'ellisse e un cerchio con superfici corrispondenti, costruiti da kinematogrammi a punti casuali (RDK) e separati dallo stesso sfondo RDK per velocità, coerenza o direzione. L'acuità viene misurata come la differenza minima percepita tra le dimensioni del cerchio e dell'ellisse e i risultati sono dati in gradi visivi in cui il soggetto si ferma a percepire la differenza. Inoltre, per verificare se il contrasto di luminanza influenza l'acuità del movimento misurata, gli stimoli possono essere presentati in negativo (punti neri su sfondo bianco) o in contrasto positivo (punti bianchi su sfondo nero). Tutte le informazioni disponibili sull'elaborazione del contrasto positivo (tipo ON) e del contrasto negativo (tipo OFF) nel sistema visivo provengono dalla stimolazione stazionaria del campo visivo centrale^19,20. Ma come l'elaborazione periferica dei segnali di movimento dipenda dal contrasto rimane abbastanza sconosciuto^14,21. È stato stabilito solo che la sensibilità alle alte velocità è specifica per l'elaborazione periferica, mentre l'elaborazione del movimento centrale impegna basse velocità a frequenze spaziali più elevate presentate in contrasto positivo (tipo ON)¹². Le versioni a contrasto positivo e negativo degli stimoli di movimento-acuità, così come la capacità di modificare la velocità dei punti, così come la coerenza o la direzione, sono cruciali per una descrizione più dettagliata dell'intero campo visivo. Inoltre, viene proposto un restringimento meccanico del campo visivo a 10 gradi centrali utilizzando occhiali con lenti sostituite con lenti opache con fori posizionati centralmente. Questo sistema di restringimento facilmente replicabile, adatto ai protocolli fMRI e TMS, consente ulteriori indagini sulle funzioni dell'input visivo periferico e su come le periferie visive influenzano l'acuità misurata centralmente. Un sistema simile è stato inizialmente convalidato in studi precedenti¹⁴, in cui è stato riscontrato che i test di acuità del movimento in contrasto negativo e in movimento veloce, attivando fortemente le periferie visive, sono i più difficili per tutti i partecipanti. Per i pazienti con malattia di Stargardt, erano ingestibili. È importante sottolineare che l'attenuazione della stimolazione visiva periferica, diminuendo la velocità degli RDK, migliora le soglie di acuità in tutti i soggetti testati. In conclusione, proponiamo il compito con la misurazione dell'acuità del movimento basata sulla semplice discriminazione della forma. Pertanto, i risultati sono semplici e facili da capire anche per i pazienti e i loro caregiver. Il test di acuità del movimento qui presentato è rivolto anche agli utenti al di fuori del mondo accademico. Il compito è facile da spiegare a un'ampia gamma di età e gruppi di pazienti.

Protocollo

Tutte le procedure sono state eseguite seguendo le linee guida e i regolamenti pertinenti e sono state approvate dal Comitato Etico, WUM (KB/157/2017). È stato ottenuto il consenso scritto di tutti i partecipanti, assicurando che comprendessero l'obiettivo generale dell'esperimento e che comprendessero l'inclusione dei loro dati a fini di analisi statistica. Tutti gli stimoli visivi presentati sono generati utilizzando un'applicazione desktop basata su Java (Viscacha2) creata per lo scopo di questi esperimenti.

1. Impostare

1. Assicurati una stanza tranquilla e oscurata. Costruisci una configurazione composta da un computer, una tastiera, un display piatto, un eye tracker (opzionale, a seconda della domanda e degli obiettivi della ricerca; vedi Tabella dei materiali), una scrivania, una mentoniera e una sedia. Disponilo in modo che i partecipanti possano sedersi con il mento appoggiato sulla mentoniera, gli occhi direttamente davanti al centro della metà superiore del display e le mani che raggiungono i tasti freccia sulla tastiera. La distanza orizzontale tra il display e gli occhi dovrebbe essere di 85 cm.
   NOTA: Sebbene i partecipanti siano addestrati e specificamente invitati a fissare la croce di fissazione centrale durante l'intera procedura, il test con un eye tracker può costituire un controllo aggiuntivo per il filtraggio durante le analisi di quei partecipanti che mostrano troppe fluttuazioni con lo sguardo. Inoltre, a seconda dello scopo dello studio, i risultati dell'eye tracker possono fornire informazioni interessanti sui modelli di fissazione, sulle dimensioni della pupilla o sulla posizione di interesse di diverse coorti di partecipanti.
2. Visita https://github.com/grimwj/Viscacha2 e scarica il software facendo clic sul pulsante Codice e scaricando ZIP. Estraete il file zip e salvatelo nella directory di lavoro.
3. Seguire i passaggi di installazione descritti nel file README.txt. In caso di test con un eye tracker, seguire i passaggi di installazione del software per l'eye tracker. Montare l'eye tracker secondo le istruzioni.
4. Per eseguire un controllo iniziale, eseguire il programma facendo doppio clic sul file Viscacha2.jar. Dopo aver visualizzato la schermata iniziale, premere ESC sulla tastiera per uscire dal programma.
5. Naviga tra le cartelle appena create: experiment_data, TestPatient Shape_Brt. Apri il file .csv utilizzando un editor di fogli di calcolo (imposta il punto e virgola come separatore di campo). Verificare che i parametri, ad esempio le dimensioni dello schermo e la distanza dallo schermo, siano corretti.
   NOTA: Da qui, il protocollo si basa sul presupposto che venga utilizzato un display da 1920 x 1080 da 31,5 pollici e che la distanza tra il paziente e lo schermo sia di 85 cm. Ciò implica che lo schermo occupa 44,6° di spazio visivo in orizzontale. Se questi parametri non possono essere soddisfatti, si può fare riferimento al passaggio 5 per la riconfigurazione del programma.

2. Determinazione della difficoltà iniziale della prova

1. Apri il file config.txt e trova una riga contenente patient_name=TestPatient. Sostituire TestPatient con un testo che identifichi l'argomento esaminato.
2. Nel file config.txt trovare la riga filename=Shape_Brt.txt. Assicurarsi che questa riga non inizi con un simbolo cancelletto # (riga non commentata).
3. Chiedi al soggetto di sedersi davanti al display, con il mento appoggiato e gli occhi direttamente davanti al centro della metà superiore del display. Verificare che la distanza dallo schermo sia corretta. Assicurarsi che i tasti della tastiera siano facilmente accessibili per l'uso da parte del soggetto.
4. Passare alla directory Viscacha2.jar ed eseguire il programma. Insegna al partecipante a focalizzare il mirino sulla croce di fissazione al centro dello schermo per l'intera durata dell'esperimento.
5. Su ciascun lato dello schermo, verrà presentato un cerchio o un'ellisse alla stessa distanza dalla croce di fissazione centrale. Il compito è selezionare il cerchio su un'ellisse usando i tasti freccia sinistra e destra sulla tastiera. Spiega il compito al partecipante e, quando è pronto, premi il tasto s per iniziare l'esperimento. L'esperimento continua fino a quando il partecipante non preme uno dei tasti freccia.
6. Il programma termina dopo che si sono verificati quattro annullamenti o è stato raggiunto un numero massimo di prove. Un'inversione si verifica quando il soggetto seleziona la risposta sbagliata dopo aver precedentemente selezionato quella corretta o viceversa.
   NOTA: Questa è una procedura di tipo scala. La difficoltà di ogni prova aumenta dopo ogni risposta corretta e diminuisce dopo una risposta errata. La Figura 1 mostra come cambia il livello della scala durante le prove per un partecipante rappresentativo.
7. Si notino i quattro storni dopo i quali l'attività è terminata e la soglia di rilevamento è stata stabilita. Aprire il file .csv corrispondente contenente i risultati. Individuare le colonne THRESHOLD verso la fine del file. Utilizzare il valore in questa colonna per calcolare la difficoltà iniziale per le attività successive.
   NOTA: Il test può anche essere presentato in un paradigma costante, in cui il livello di difficoltà è fisso e non cambia, rimuovendo il simbolo cancelletto dalla riga Experiment_Type=Costante nei file init.txt e aggiungendo un simbolo cancelletto prima della riga Experiment_Type=Scala.

Figura 1: Variazione del livello della scala per tutta la durata dell'esperimento Shape_Brt (prove successive). Il grafico rosso raffigura il livello della scala, che si traduce nel rapporto d'aspetto della S- (ellisse). Dopo che si sono verificate 4 inversioni (barre blu), la soglia di rilevamento del soggetto è stata stabilita e l'attività è terminata. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

8. Utilizzare la soglia appena ottenuta come linea di base per la presentazione degli stimoli successivi (passaggi 2.3-2.5). Per sostituire la nuova soglia in tutti i file di definizione degli stimoli, utilizzare lo script Python all'interno della cartella replacer e seguire le istruzioni visualizzate.

3. Procedura di stimolo

NOTA: Verranno condotti un totale di 10 esperimenti: 5 con punti bianchi su sfondo nero e 5 con punti neri su sfondo bianco.

1. Compito di coerenza
   1. Quando l'oggetto è pronto, apri il file config.txt e commenta (cioè inserisci il simbolo cancelletto) la riga filename=Shape_Brt.txt e decommenta la riga sottostante, inclusa l'attività shape_dotsB_C.txt. In questo compito, il cerchio e l'ellisse sono costituiti da punti che si muovono in modo casuale con una velocità di 10°/s. Lo sfondo è costituito da punti che si muovono coerentemente verso l'alto con la stessa velocità del cerchio e dell'ellisse.
      NOTA: È possibile definire una diversa direzione di movimento dei punti di sfondo modificando il parametro Direzione all'interno del file di definizione per ogni attività.
   2. Esegui Viscacha2.jar. Spiega il compito al soggetto con parole semplici, ad esempio, indica sempre il cerchio. Quando il partecipante è pronto, premere il tasto s per iniziare l'esperimento. Attendi fino al completamento dell'esperimento.
   3. Aprire il file config.txt, commentare la riga filename=shape_dotsB_C.txt e rimuovere il commento dalla riga sottostante, inclusa l'attività shape_dotsW_C.txt. Ripetere il passaggio 3.1.2.
2. Compito di direzione
   1. Quando l'oggetto è pronto, apri il file config.txt e commenta il nome del file selezionato in precedenza. Rimuovere il commento dalla riga contenente filename=shape_dotsB_D.txt attività. In questo compito, il cerchio e l'ellisse sono costituiti da punti che si muovono coerentemente verso l'alto con una velocità di 10°/s. Lo sfondo è costituito da punti che si muovono coerentemente verso sinistra con la stessa velocità del cerchio e dell'ellisse.
   2. Esegui Viscacha2.jar. Spiega il compito al soggetto. Quando il partecipante è pronto, premere il tasto s per iniziare l'esperimento. Attendi fino al completamento dell'esperimento.
   3. Aprire il file config.txt, commentare la riga filename=shape_dotsB_D.txt e rimuovere il commento dalla riga sottostante, inclusa l'attività shape_dotsW_D.txt. Ripetere il passaggio 3.2.2.
3. Attività di velocità
   1. Quando l'oggetto è pronto, apri il file config.txt e commenta il nome del file selezionato in precedenza. Rimuovere il commento dalla riga contenente filename=shape_dotsB_V10_20.txt attività. Questo compito comporta tre condizioni. Il cerchio e l'ellisse e lo sfondo sono costituiti da punti che si muovono coerentemente verso l'alto, e i punti all'interno del cerchio e dell'ellisse si muovono sempre più lentamente dei punti di sfondo: i) 10°/s contro 20°/s; ii) 5°/s contro 10°/s; e iii) 1°/s contro 2°/s.
   2. Esegui Viscacha2.jar. Spiega il compito al soggetto. Quando il partecipante è pronto, premere il tasto s per iniziare l'esperimento. Attendi fino al completamento dell'esperimento.
   3. Aprire il file config.txt e commentare la riga shape_dotsB_V10_20.txt e decommentare la riga seguente, inclusa l'attività shape_dotsW_V10_20.txt. Ripetere il passaggio 3.2.2.
   4. Ripetere i passaggi 3.3.1 - 3.3.3 2x, per le attività shape_dotsB_V5_10.txt e shape_dotsW_V5_10.txt, nonché per shape_dotsB_V1_2.txt e shape_dotsW_V1_2.txt.
      1. Per evitare di modificare manualmente il nome file per ogni attività al termine dell'attività, utilizzare un'opzione sweep_file. Nel file config.txt impostare il campo sweep_files su 0 per terminare la procedura al termine di ogni procedura di attività.
      2. Utilizzare questa impostazione per l'attività Shape_Brt.txt per definire il valore di soglia di base iniziale. Una volta impostata la linea di base, per l'esecuzione di più attività in successione, impostare il file di sweep su un numero intero compreso tra 1 e 9. L'intero qui determina il numero di modifiche tra attività consecutive (ad esempio, se impostato a 1 e shape_dotsB_D.txt non è commentato, il programma eseguirà questa attività e quella successiva. Se impostato su 9, verranno eseguite tutte le attività). Internamente, ciò comporterà la rigenerazione di un nuovo file di configurazione dopo il completamento di ogni esperimento, con un nome file selezionato in precedenza commentato e il nome file successivo selezionato per l'esperimento successivo.

4. Occhiali che limitano la visione

1. Per rimuovere transitoriamente il campo visivo periferico, utilizzare occhialini da nuoto (Figura 2), dove le lenti trasparenti vengono sostituite con quelle bianche opache. Gli obiettivi avevano un'apertura di 1,4 mm che limitava il campo visivo ai 10° centrali. Per rendere gli occhiali adatti a ogni soggetto e per tenere conto al meglio della naturale distanza interoculare individuale, realizzare 14 paia di occhiali con una distanza tra i fori da 58 mm a 72 mm (con un passo di 1 mm tra ogni paio di occhiali).

Figura 2: Restringimento degli occhiali. I fori centrali hanno un diametro di 1,4 mm. Avevamo 14 paia di occhiali con distanze tra i fori da 58 mm a 72 mm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

2. Utilizzare un righello per definire la distanza tra gli occhi del partecipante. Posiziona il righello appena sopra gli occhi, in linea con le sopracciglia, con il valore 0 sopra un occhio. Calcola quanto è lontana in mm la seconda pupilla controllando il valore sopra il secondo occhio. Durante la procedura, chiedi al partecipante di mantenere lo sguardo il più stabile possibile.
3. Dopo aver scelto la coppia più adatta, fare una pausa di 15 minuti. Durante questo periodo, chiedi ai partecipanti di muoversi liberamente nella stanza, usare il telefono o leggere per far sì che gli occhi si abituino alla nuova condizione visiva.
4. Riavviare la procedura dal punto 3.

5. Riconfigurazione

1. Calibrazione delle dimensioni e della distanza dello schermo
   1. Se si utilizza un display diverso, inserire le dimensioni dello schermo (risoluzione e diagonale) nel file di configurazione (resolution_v per la risoluzione verticale, resolution_h per la risoluzione orizzontale diagonal_inch per la diagonale dello schermo in pollici).
   2. Esegui Viscacha2.jar. Una volta visualizzata la schermata iniziale, premere ESC per terminare. Aprire il file .csv contenente i risultati.
   3. Trova la riga contenente il testo Distanza mm e annota il valore.
   4. Regolare nuovamente la configurazione sperimentale in modo che il soggetto possa essere seduto alla distanza appena calcolata. Calcola la distanza in modo che la larghezza dello schermo occupi 44,6° di spazio visivo orizzontalmente. Questo è definito dal parametro full_angle_h, che può essere modificato anche nel file config.txt.
      NOTA: La calibrazione può essere eseguita anche per l'altezza del vaglio utilizzando il parametro full_angle_v. Si noti che solo uno di questi parametri può essere impostato, l'altro deve essere commentato con un prefisso #.
2. Definizione degli stimoli
   1. Definire i parametri degli stimoli in file separati (ad esempio, shape_dotsB_C.txt). Alcuni valori, come le dimensioni di S- (Ellipse_X, Ellipse_Y) sono dati in pixel. Per calcolare da pixel a gradi visivi, moltiplica il valore per il moltiplicatore da pixel ad angolo estratto dal file csv contenente i risultati.
      NOTA: I parametri degli stimoli, come la coerenza dei punti, sono predefiniti e regolabili per ogni livello (sfondo, forma S+, forma S-, disturbo). Nel compito di coerenza, ad esempio, il cerchio e l'ellisse sono costituiti da punti che si muovono in modo casuale con una velocità di 10°/s (coerenza = 0,0). Lo sfondo è costituito da punti che si muovono coerentemente verso l'alto con la stessa velocità del cerchio e dell'ellisse (coerenza = 1,0). Viscacha2 non ha ancora un manuale d'uso ufficiale. Per ulteriori informazioni sulla definizione degli stimoli fare riferimento al file stimuli_description.ods nel repository Viscacha2.

Risultati

Il compito di acuità del movimento genera, per ogni partecipante, un file di risultati per ogni procedura di stimolo. Un file di log esemplare per un partecipante al test è stato incluso nel repository all'interno della cartella doc. Dalla riga 1 alla riga 31 vengono riportate varie impostazioni, come il nome del paziente e le impostazioni di configurazione. Il blocco attività inizia dalla riga 34 e riporta informazioni importanti necessarie per ulteriori analisi: ora dell'evento, tipo di evento, prova, durata, selezione, corretto, successo, sperimentatore, stimoli esterni, inversione e livello della scala. È importante sottolineare che le colonne di selezione e successo non devono essere vuote; In questo caso, potrebbe indicare un malfunzionamento dello strumento di risposta (tastiera o pad di risposta). Dalla riga 170, il valore di soglia viene riportato sotto la soglia della colonna. Si noti che il repository collegato nel passaggio 1.2 include uno script di preparazione del file di registro per la pulizia dei file di registro. Il file di log può essere utilizzato per analizzare l'accuratezza delle risposte confrontando la selezione e la correzione della colonna o semplicemente controllando la colonna denominata success. Un altro valore utile riportato è il tempo di durata per l'indagine sul tempo di reazione.

Per uno studio sulla soglia di acuità del movimento, invece, la variabile cruciale è il valore al di sotto della soglia della colonna. Ogni partecipante avrà una soglia per ogni presentazione di stimolo, ed è possibile confrontare soglie derivanti da diversi contrasti e/o da diversi compiti.

Nella Figura 3, un grafico rappresentativo per un gruppo di controllo che è stato testato in condizioni di visione completa (cioè senza indossare occhiali di restringimento; Figura 3A, B) e in condizioni di visione limitata (indossare occhiali di restringimento; Figura 3C, D). I partecipanti di controllo inclusi avevano una visione normale o corretta.

Figura 3: Risultati rappresentativi per il gruppo di controllo. (A, B) Risultati per il test in visione completa e (C,D) in visione limitata con occhiali che coprono il campo visivo periferico. Le soglie di acuità del movimento dalla velocità veloce (10/20 gradi) ai compiti di coerenza sono mostrate nei pannelli di sinistra negativi (A, C) e (B, D) contrasto positivo nei pannelli di destra. Sull'asse verticale, la soglia di acuità del movimento è riportata come la minima differenza percepita nei gradi visivi. Le singole soglie sono visualizzate come un cerchio. Vengono mostrati gli errori medi e standard. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Nella Figura 4 sono stati testati due gruppi di pazienti: pazienti affetti da degenerazione periferica dei fotorecettori (Retinite pigmentosa, RP; Figura 4A, B) e pazienti affetti da degenerazione dei fotorecettori centrali (Stargardt, STGD; Figura 4C, D). Per includere correttamente i pazienti, la diagnosi finale è stata stabilita dopo l'esame oftalmologico tipico e dopo indagini accessorie, come la tomografia a coerenza ottica (OCT), l'angiografia con fluoresceina (FA) e i test elettrofisiologici (elettroretinografia flash, FERG). Inoltre, se i pazienti non erano in grado di vedere o eseguire il compito di base (Shape_Brt.txt) per determinare la difficoltà iniziale del test, venivano automaticamente esclusi dalla procedura.

Figura 4: Risultati rappresentativi per pazienti con RP e STGD. (A, B) Risultati per i pazienti con RP con perdita della periferia visiva e per i pazienti con STGD (C, D) con perdita della visione centrale. Le soglie di acuità del movimento dalla velocità veloce (10/20 gradi) ai compiti di coerenza sono mostrate nei pannelli di sinistra negativi (A, C) e (B, D) contrasto positivo nei pannelli di destra. Sull'asse verticale, la soglia di acuità del movimento è riportata come la minima differenza percepita nei gradi visivi. Le singole soglie sono visualizzate come un cerchio. Vengono mostrati gli errori medi e standard. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Nelle Figure 3 e 4, sull'asse verticale, la soglia di acuità è riportata come la minima differenza percepita; L'asse orizzontale divide i risultati in attività: veloce 10/20, medio 5/10 e lento 1/2, in direzione e coerenza della velocità elevata. I compiti sono presentati in due contrasti (cioè, a e c per negativo, b e d per positivo). Ogni partecipante viene riportato come un singolo punto, mentre le barre di errore rappresentano l'errore standard.

Questi risultati rappresentativi mostrano che per il gruppo di controllo in piena visione (Figura 3A), la soglia di acuità del movimento è simile tra i compiti. Con la velocità del compito più impegnativa 10/20 in contrasto negativo, la velocità lenta più semplice 1/2 in contrasto positivo. Si noti che indossare gli occhiali che coprono il campo visivo periferico, come mostrato nella condizione visiva limitata, ha ridotto la diffusione dei risultati tra i partecipanti, rivelando una misurazione riuscita della stimolazione visiva centrale e periferica (Figura 3B). Per i pazienti (Figura 4), viene anche mostrato con i compiti di velocità come la disabilità visiva influisce sulla soglia di acuità del movimento. Per i pazienti con RP (Figura 4A, B), che hanno risparmiato il campo visivo centrale, i compiti più lenti sono i più facili, mentre per i pazienti con STGD (Figura 4C, D) che hanno risparmiato il campo visivo periferico, il modello segue la tendenza opposta mostrando una soglia più alta per la velocità 1/2 (lenta) e una soglia più bassa per la velocità 10/20 (veloce). Al contrario, i compiti di direzione e coerenza non hanno differenziato i due gruppi di pazienti.

I filmati rappresentativi degli stimoli sono disponibili in formato .mp4 in Fascicolo supplementare 1, Fascicolo supplementare 2, Fascicolo supplementare 3, Fascicolo supplementare 4, Fascicolo supplementare 5, Fascicolo supplementare 6, Fascicolo supplementare 7, Fascicolo supplementare 8, Fascicolo supplementare 9, Fascicolo supplementare 10, Fascicolo supplementare 11. Si prega di notare che in queste registrazioni, il cursore bianco mostra la posizione del cerchio (stimolo S+), che deve essere scelto per una scelta corretta. Durante la sessione sperimentale, questo cursore non è visibile. Le registrazioni sono disponibili per i compiti di base Shape_Brt, i compiti di coerenza (shape_dotsB_C e shape_dotsW_C), i compiti di direzione (shape_dotsB_D e shape_dotsW_D) e i compiti di velocità (veloce 10/20 gradi: shape_dotsB_V10_20, shape_dotsW_V10_20; medio 5/10 gradi: shape_dotsB_V5_10, shape_dotsW_V5_10; lento 1/2 gradi: shape_dotsB_V1_2, shape_dotsW_V1_2), in contrasti negativi e positivi.

File supplementare 1: attività di base per il calcolo della soglia iniziale. Il cerchio e l'ellisse sono mostrati sul lato della croce di fissaggio. Dopo ogni scelta, l'ellisse cambia forma: in caso di risposta corretta (il partecipante sceglie il cerchio), la forma dell'ellisse diventa più simile a una circonferenza; In caso di risposta errata (il partecipante sceglie l'ellisse), la forma dell'ellisse diventa più accentuata, seguendo la procedura della scala. Durante l'intera procedura, al partecipante viene chiesto di guardare la croce di fissazione. Fare clic qui per scaricare questo file.

File supplementare 2: Compito di coerenza in contrasto negativo. L'RDK è costruito con punti neri che si muovono su uno sfondo bianco. Le due forme posizionate centralmente sono definite dal movimento RDK: all'interno delle forme, i punti si muovono in modo casuale, mentre lo sfondo è formato da punti che si muovono verso l'alto a 10°/s. Il livello di difficoltà viene impostato con l'attività di base. Il cerchio e l'ellisse sono mostrati sul lato della croce di fissaggio. Durante l'intera procedura, al partecipante viene chiesto di guardare la croce di fissazione. Fare clic qui per scaricare questo file.

File supplementare 3: Compito di coerenza in contrasto positivo. L'RDK è costruito con punti bianchi su sfondo nero. Le due forme posizionate centralmente sono definite dal movimento RDK: all'interno delle forme, i punti si muovono in modo casuale, mentre lo sfondo è formato da punti che si muovono verso l'alto a 10°/s. Il livello di difficoltà viene impostato con l'attività di base. Il cerchio e l'ellisse sono mostrati sul lato della croce di fissaggio. Durante l'intera procedura, al partecipante viene chiesto di guardare la croce di fissazione. Fare clic qui per scaricare questo file.

File supplementare 4: Compito di direzione in contrasto negativo. L'RDK è costruito con punti neri che si muovono su uno sfondo bianco. Le due forme posizionate centralmente sono definite dal movimento RDK: all'interno delle forme, i punti si muovono verso l'alto a 10°/s e lo sfondo si sposta verso sinistra a 10°/s. Il livello di difficoltà iniziale è fissato come nel file supplementare 2. Il cerchio e l'ellisse sono mostrati sul lato della croce di fissaggio. Durante l'intera procedura, al partecipante viene chiesto di guardare la croce di fissazione. Fare clic qui per scaricare questo file.

File supplementare 5: Compito di direzione in contrasto positivo. L'RDK è costruito con punti bianchi che si muovono su uno sfondo nero. Le due forme posizionate centralmente sono definite dal movimento RDK: all'interno delle forme, i punti si muovono verso l'alto a 10°/s e lo sfondo si sposta verso sinistra a 10°/s. Il livello di difficoltà iniziale è fissato come nel file supplementare 2. Il cerchio e l'ellisse sono mostrati sul lato della croce di fissaggio. Durante l'intera procedura, al partecipante viene chiesto di guardare la croce di fissazione. Fare clic qui per scaricare questo file.

File supplementare 6: Attività di velocità veloce in contrasto negativo. L'RDK è costruito con punti neri che si muovono su uno sfondo bianco. Le due forme posizionate centralmente sono definite dal movimento RDK: all'interno delle forme, i punti si muovono verso l'alto a 10°/s e lo sfondo si sposta verso l'alto a 20°/s. Il livello di difficoltà iniziale è fissato come nel file supplementare 2. Il cerchio e l'ellisse sono mostrati sul lato della croce di fissaggio. Durante l'intera procedura, al partecipante viene chiesto di guardare la croce di fissazione. Fare clic qui per scaricare questo file.

File supplementare 7: Compito di velocità veloce su contrasto positivo. L'RDK è costruito con punti bianchi che si muovono su uno sfondo nero. Le due forme posizionate centralmente sono definite dal movimento RDK: all'interno delle forme, i punti si muovono verso l'alto a 10°/s e lo sfondo si sposta verso l'alto a 20°/s. Il livello di difficoltà iniziale è fissato come nel file supplementare 2. Il cerchio e l'ellisse sono mostrati sul lato della croce di fissaggio. Durante l'intera procedura, al partecipante viene chiesto di guardare la croce di fissazione. Fare clic qui per scaricare questo file.

File supplementare 8: Compito a media velocità in contrasto negativo. L'RDK è costruito con punti neri che si muovono su uno sfondo bianco. Le due forme posizionate centralmente sono definite dal movimento RDK: all'interno delle forme, i punti si muovono verso l'alto a 5°/s e lo sfondo si sposta verso l'alto a 10°/s. Il livello di difficoltà iniziale è fissato come nel file supplementare 2. Il cerchio e l'ellisse sono mostrati sul lato della croce di fissaggio. Durante l'intera procedura, al partecipante viene chiesto di guardare la croce di fissazione. Fare clic qui per scaricare questo file.

File supplementare 9: Compito a media velocità in contrasto positivo. L'RDK è costruito con punti bianchi che si muovono su uno sfondo nero. Le due forme posizionate centralmente sono definite dal movimento RDK: all'interno delle forme, i punti si muovono verso l'alto a 5°/s e lo sfondo si sposta verso l'alto a 10°/s. Il livello di difficoltà iniziale è fissato come nel file supplementare 2. Il cerchio e l'ellisse sono mostrati sul lato della croce di fissaggio. Durante l'intera procedura, al partecipante viene chiesto di guardare la croce di fissazione. Fare clic qui per scaricare questo file.

File supplementare 10: Compito a bassa velocità in contrasto negativo. L'RDK è costruito con punti neri che si muovono su uno sfondo bianco. Le due forme posizionate centralmente sono definite dal movimento RDK: all'interno delle forme, i punti si muovono verso l'alto a 1°/s e lo sfondo si sposta verso l'alto a 2°/s. Il livello di difficoltà iniziale è fissato come nel file supplementare 2. Il cerchio e l'ellisse sono mostrati sul lato della croce di fissaggio. Durante l'intera procedura, al partecipante viene chiesto di guardare la croce di fissazione. Fare clic qui per scaricare questo file.

File supplementare 11: Compito a bassa velocità in contrasto positivo. L'RDK è costruito con punti bianchi che si muovono su uno sfondo nero. Le due forme posizionate centralmente sono definite dal movimento RDK: all'interno delle forme, i punti si muovono verso l'alto a 1°/s e lo sfondo si sposta verso l'alto a 2°/s. Il livello di difficoltà iniziale è fissato come nel file supplementare 2. Il cerchio e l'ellisse sono mostrati sul lato della croce di fissaggio. Durante l'intera procedura, al partecipante viene chiesto di guardare la croce di fissazione. Fare clic qui per scaricare questo file.

Discussione

Qui, viene descritto un nuovo metodo per misurare l'acuità del movimento visivo utilizzando una serie di stimoli basati su kinematogrammi a punti casuali. Il risultato è dato da una minima differenza percepita tra un cerchio e un'ellisse, e permette di vedere quando il soggetto ha smesso di distinguere le forme l'una dall'altra. Minore è la differenza ottenuta, migliore è l'acutezza: significa che il soggetto può ancora rilevare dove si trova il cerchio, anche se è quasi identico all'ellisse. Il test di acuità del movimento qui presentato porta i risultati in gradi visivi, che possono essere correlati alle comuni misurazioni cliniche basate sull'acuità di riconoscimento, che richiede l'identificazione di lettere ad alto contrasto di diverse dimensioni²².

La preparazione dell'allestimento è di fondamentale importanza. Come spiegato nel passaggio 1.1, una stanza oscurata è la scelta migliore per eseguire la procedura. È importante coprire qualsiasi fonte di luce aggiuntiva (ad esempio, qualsiasi spia del monitor, dei pad di risposta, dell'eye tracker o di qualsiasi altro apparecchio presente nella stanza). Allo stesso modo, si consiglia di eseguire la procedura in una stanza isolata acusticamente per evitare ulteriori fonti di distrazione. La distanza dal monitor e le dimensioni del monitor devono essere chiaramente definite poiché la generazione dei punti si basa su questi valori.

Inoltre, come riportato nella NOTA del passaggio 1.1, l'eye tracker è altamente raccomandato per monitorare lo sguardo dei partecipanti. Per la procedura, dopo essere stato istruito, il partecipante era seduto da solo in una piccola stanza mentre lo sperimentatore era seduto in uno spazio adiacente fuori dalla stanza sperimentale, monitorando lo sguardo e il movimento della testa utilizzando la telecamera eye tracker. Quando l'eye tracker non è disponibile, lo sperimentatore può controllare la posizione della testa utilizzando una telecamera installata sopra il monitor di prova e controllando le immagini dal vivo su uno schermo separato. Entrambe le impostazioni, con e senza l'eye tracker, si sono dimostrate efficaci da un precedente studio su pazienti con RP e STGD¹⁴. Tuttavia, l'eye tracker consente non solo il monitoraggio delle fissazioni, ma anche le analisi successive.

La procedura può essere migliorata aggiungendo una schermata di istruzioni o aggiungendo istruzioni acustiche (per i partecipanti ipovedenti). Spiegare la procedura oralmente può causare differenze nella spiegazione di volta in volta, portando a prestazioni diverse. Inoltre, l'aspetto diverso tra il compito di base (Shape_Brt) e gli altri compiti a volte può essere ingombrante e confuso per alcuni partecipanti; Per questo motivo, si consiglia vivamente di spiegare chiaramente quanto appariranno diversi gli stimoli rispetto al compito iniziale. Nel caso in cui un partecipante non sia in grado di eseguire un'attività specifica o mostri difficoltà nell'esecuzione, si consiglia di modificare il valore del parametro sweep_file (passaggio 3.3.4 NOTA) per testare un'attività alla volta. In questo modo, lo sperimentatore avrebbe un maggiore controllo della procedura, decidendo se uscire dal task presentato e passare manualmente a quello successivo. La procedura con occhiali di restringimento a volte può essere difficile da adattare a ogni persona. Un suggerimento per scegliere il paio di occhiali adeguato sarebbe quello di chiedere ai partecipanti di fissarsi su un oggetto di fronte a loro senza muovere la testa, coprendo un occhio e poi l'altro. Se i partecipanti sono in grado di vedere chiaramente l'oggetto con un occhio e poi con l'altro occhio, allora il paio di occhiali che indossano è adeguato.

È ben noto per gli stimoli stazionari che l'elaborazione degli scuri e delle luci è segregata nella retina e a livello corticale, dove l'elaborazione degli scuri domina¹². Qui, utilizzando stimoli in movimento, la procedura proposta offre un'opportunità unica per esaminare come la perdita di parti specifiche del campo visivo influenzi l'elaborazione del movimento e della forma simultaneamente in contrasti negativi o positivi. La discriminazione delle forme posizionate centralmente è stata fortemente disturbata dal compito con una velocità veloce di 10/20° in contrasto negativo, come riportato dai partecipanti. Ciò è in linea con l'attivazione della rappresentazione corticale del campo visivo periferico da parte di stimoli in rapido movimento in contrasto negativo²³. La perdita transitoria dell'input visivo periferico mediante il restringimento degli occhiali nei soggetti di controllo per 15 minuti prima della procedura non ha influito sull'acuità del movimento. Tuttavia, potremmo vedere una minore diffusione dei singoli risultati. Molto probabilmente esponendo le differenze individuali nell'interazione tra elaborazione centrale e periferica. Come funziona il rilevamento del movimento senza periferie sensibili al movimento? Possiamo osservare un'eventuale subentrata di funzioni dalle parti danneggiate ai pezzi di ricambio²⁴? Fino a che punto? Grazie a questo set di test di facile modifica, è possibile verificare come i cambiamenti nelle caratteristiche degli stimoli influenzano l'elaborazione visiva. Tutte le impostazioni, potenzialmente influenti per l'elaborazione della visione, possono essere regolate: il colore dei punti in movimento, la loro velocità e dimensione e altro ancora. Questa opportunità offre all'utente un ampio spettro di test diversi che possono essere utilizzati per esaminare l'intero campo visivo e il funzionamento visivo su diverse manipolazioni. Abbiamo deciso di scegliere di testare l'acuità del movimento all'interno dell'8° centrale per differenziare l'elaborazione fine centrale dalla stimolazione del movimento periferico⁵. Tuttavia, i futuri utenti possono adattare le dimensioni e la posizione degli stimoli all'interno del campo visivo alle proprie esigenze.

Come è stato dimostrato in precedenza, le lesioni retiniche centrali hanno migliorato la percezione degli stimoli in movimento, che è caratteristica delle periferie¹⁸. Inoltre, uno studio fMRI su pazienti MD con perdita di retina centrale²³ ha rivelato che parti della corteccia visiva, inclusa V1, che non rispondono alla stimolazione visiva centrale, sono state attivate da stimoli visivi localizzati perifericamente, che riflettono possibili aggiustamenti del sistema visivo alla perdita della visione centrale a lungo termine. La maggiore variabilità nel gruppo di pazienti con RP è probabilmente derivata dalle elevate differenze interindividuali nella progressione della malattia e nella manifestazione dei sintomi. Inoltre, i pazienti con RP generalmente faticano ad adattarsi alla perdita della vista, mostrando modelli irregolari di saccadi^25,26, che possono aiutare a spiegare perché si comportano in modo così diverso; Per questo motivo, come spiegato anche nella fase 1, si consiglia l'uso di un eye tracker, soprattutto quando si testano i pazienti.

La procedura proposta non è priva di difficoltà e limiti. I file di registro di ogni sessione sperimentale possono essere difficili da leggere e pulire. Per questo motivo, nel passaggio 1.2 il repository contenente il codice per la pulizia dei log è stato reso accessibile con il link fornito. Inoltre, testare i partecipanti con un grado avanzato di miopia può essere difficile. Il compito richiede che i partecipanti siano in grado di vedere chiaramente l'RDK ed essere in grado, almeno, di distinguere tra primo piano e sfondo alla distanza data dal monitor.

Il test di acuità basato sul movimento proposto ci consente di valutare le funzioni visive dipendenti dagli input derivati non solo dal campo visivo centrale ma anche dalle periferie¹⁴. La percezione del movimento e i dettagli stazionari fini non sono completamente separati, come è stato dimostrato recentemente da un aumento di acuità dopo l'adattamento al movimento concentrico dell'anello¹¹. Il sistema di restringimento può essere utilizzato all'interno dello scanner MRI senza andare contro le linee guida di sicurezza²⁷ e durante le sessioni TMS o tRNS^28,29, consentendo il tracciamento di possibili meccanismi alla base della dinamica corticale dovuta alla limitazione del campo visivo nei controlli sani e nei pazienti.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Mentoniera			misura
Computer			Windows 10 o superiore
Display			1920 & 1080, 31 pollici
EyeLink 1000 Plus	SR Research		montaggio da tavolo
Tastiera USB
			USB