失調スペクトルに目と手のコーディネーションを効率的に記録

サマリー

脳神経障害は、眼と体のモーター システムを損傷する可能性が。モータ制御ポスト傷害の評価を与える病気の検出、監視、および予後に役立つバイオ マーカー。目と手の運動制御健康と病理学的コミュニケーションを図りながら、目と手の連携を評価するために見て-リーチ パラダイムを測定する方法を確認します。

要約

眼球運動の客観的な分析は重要な歴史があり長い脳損傷の設定で重要な研究ツールであることを証明されています。定量的な録音は、診断画面に強い能力を持っています。キャプチャし、後天性脳損傷 (ABI を含む神経の損傷を調査する追加堅牢なバイオ マーカーを含んだパスとして目と共有機能目標 (例えば、目と手のコーディネーション) に向けて上肢運動の同時検査).目と手のようなデュアル録音の可能性が病理学的設定で特に挑戦的な 3次元定量的デュアル エフェクター録音は、ABI の設定で眼マニュアル モーター調査内の十分な機会を余裕が中、研究グレードの厳しさに近づく。ここ目追跡システム、主に四肢制御に研究する自然な行動モーションと追跡システムの統合を記述します。プロトコルは、無制限、三次元 (3 D) 目と手の協調タスクの調査を実行できます。具体的には、慢性的な中大脳動脈 (MCA) 脳卒中患者における視覚誘導眼球に達するタスクで目と手のコーディネーションを行い、健常者にそれらを比較する方法を確認します。特別な注意は支払わ参加者受傷後から忠実度の高いデータを取得するために特定の目や手足を追跡システムのプロパティ。サンプリング レート、確度、頭の動きを許容範囲のアイト ラッカーとアプローチを選択する際に考慮重要なプロパティのいくつか予想される公差と使用の可能性を与え。手足トラッカーは似たようなルーブリックに基づく選択されましたが、3次元動的相互作用と超小型省スペース化、記録の必要性を含まれています。定量的なデータ、全体的にこのメソッドが正常に実行されたときのアプローチがさらに途方もない潜在的な目と手制御の機構理解を絞り込むし、内で実行可能な診断および実用的な介入に通知するため神経とリハビリの練習。

概要

神経学的な機能の重要な要素は目と手のコーディネーションや計画の眼と手動モーター システムの統合と共有目標に向かって結合関数の実行を見てに達するし、テレビのリモコンをつかみます。意図的なタスクの多くは、到達、把握、オブジェクトの操作、およびツールを使用して、時間的、空間的結合の目と手の動きに、ヒンジなど視覚誘導操作とは異なります。得られた脳損傷 (ABI) を引き起こす下肢機能障害だけでなく、眼の機能障害;最近では、目と手の連携¹の機能不全を示す証拠もあります。目と手の協調運動制御プログラムは、血管、外傷性、変性の病因から神経学的な傷害に侮辱を受けやすい。これらの侮辱は、集積かつ迅速なモーター コントロール^2,3,4,5,6のために必要不可欠な関係のいずれかの間の破壊を引き起こす可能性があります。手動の運動機能に関する多くの研究が完了し、メソッドまたは眼球運動を同時に解析するプロトコルなしのパラダイムのコアの柱として視覚的なガイダンスを活用しました。

アビ、顕著な運動障害は、ベッドサイドの臨床試験中にしばしば検出されます。しかし、同時に眼球運動障害と感覚運動系の統合を含む複雑な障害が潜在性と識別された^{7,8,9、客観的記録を必要とします。 10、11,12,13,14,,1516}。眼マニュアル運動協調性は、詳細な調査の必要性を強調、相互に関連し大規模な脳ネットワークに依存します。デュアル目的の録音に目と手の連携評価健常者と脳損傷の既往が被験者に洞察力を提供を含む複数の集団の認知および運動機能を測定する機会を提供します。脳回路と機能³。

サッケードが弾道タスクによって振幅が異なる動きを必要と、研究は、視覚的にガイド付きのアクション^17,18,19,の間サッカードと手の動きの間の依存関係を示しています。²⁰します。 実際には、最近の実験計画リソース^21,22を両方の動きの制御システムに共有を示しました。運動企画目と手のコーディネーションのためのハブは、後部頭頂皮質にあります。ストロークでモーター コントロールでよく知られている財政赤字があります。(対) 影響を受けるいずれかより多くを使用して視覚誘導手の動きを実行するように求め、または影響が少ない (同) 下肢^{23 ニューラル ・ コマンドのセットを与えられた不正確な予測を生成する脳卒中患者が示されています。、24,25,26,27,28,29}。さらに、目と手のコーディネーションと関連モータ制御プログラムは、次の神経学的な傷害、エフェクター³⁰間、関係を時間的、空間的、デカップリングを侮辱に受けます。目と手の制御の目的の録音は失調または調整障害の程度を特徴付ける最も重要な要素、機能のコンテキストにおける眼と手モーター制御機構の科学的な理解を改善します。

当社グループがの神経学的損傷の私たちの設定によってフィールドを進んでいる健常者^{17,31,32,33,34}で目と手のコーディネーションの多くの研究がありますが、ストローク回路評価中にインスタンスは、手の動き、視覚的に表示されている空間のターゲットの時空間ダイナミクスを検討しました。目と手に客観的評価を拡大している研究がほとんど専ら脳卒中後の両方のエフェクタ レコードまたは病理学的設定でパフォーマンスと容量に焦点を当ててください。記述されていたプロトコルは、制約のない、自然な動きの眼と手動制御のロバストな特性をできます。ここで健常者を基準にして慢性的な中大脳動脈 (MCA) 脳卒中患者の眼球に到達運動の視覚誘導の調査手法について述べる。サッカードとリーチの同時録画、同時目と手の運動追跡を採用しています。

プロトコル

1。 参加者

1. 神経学的な機能不全、重大な眼の外傷、重要なうつ病、主要な障害および/または電気インプラントの歴史なしの 18 歳以上の制御の参加者を募集します。
2. 18 年間、中大脳動脈 (MCA) 分布の脳損傷の既往を Fugl-meyer スケールを完了、目動き^35,36のフルレンジを維持、能力を持っているよりも古いストローク参加者を募集しますポイントを実行する機能、タスクや電気インプラント追加神経機能障害、重大な目の健康の併存疾患重大なうつ病の既往のない障害の主要な。
3. 参加者制度レビュー ボードのニューヨーク大学の医学部によって承認された同意書に署名します。
4. 参加者スクリーニング (詳細な除外基準は、リッツォら³⁷を参照してください)
   1. 歴史を取るし、後述するように臨床検査を実行します。
      1. ミニ精神状態の検査 (MMSE)³⁸と参加者の認知状態を評価します。
      2. 神経学的検査を実行します。
      3. 外眼筋と眼球運動を調べます。
         1. 1 つの位置で自分の頭を保っている間彼らの目で研究員の指に従う参加者に依頼します。彼らの前に想像上の H 文字を描くと、あなたの指の動きを十分にずっと、アップ/ダウン、評価センター、ダウン、左、右、左下を確認してください、上/左下/右、アップ/右。
         2. フォローし、滑らかな追求を評価するために彼らの視野をゆっくり移動するオブジェクトへのまなざしを管理する参加者に依頼します。約 24 インチの距離をカバーし、各 3 回を繰り返し、水平と垂直の方向にゆっくりと前後スイープ鉛筆を使用すると、ターゲットとして。
         3. 2 ターゲットのサッケードを評価するために離れて 24 インチを配置されている間できるだけ早く見て参加者に依頼します。ターゲットと直接視線としてバック前後のターゲット方法 3 回水平方向および垂直方向に、鉛筆やペンを使用します。
         4. それに向かってゆっくりと動く彼らの眼にターゲット、彼らの鼻の橋の上の鉛筆を中心とした収束を評価するために、オブジェクトに固執する参加者に依頼します。以下の手順、鼻から同じターゲットを持って来ることによってテストが開始位置 (発散) に戻って繰り返し。
         5. 1 つの目をカバーし、研究者の鼻を見て患者を求めます。患者の視野の外の手を移動し、それをもたらすに振る指ゆっくりと左、右、下部左、右下の象限にこれを繰り返して手がビューに戻って来るとき知っている研究者に患者をお願い。
            注: 患者は、右の目をカバーして、左眼をカバーし、その逆。
      4. 視覚運動統合テストによって視覚障害を評価します。
      5. スネレン視力表^39,40によって視力を評価します。
      6. 対立と視野を評価し、場合の質問で、ゴールドマン、ハンフリー視野検査^41,42を実行します。
      7. 行行先テストと一文字キャンセル テスト⁴³を介して半空間無視を評価します。
      8. 25 項目国立眼研究所視覚機能アンケート (ネイ-VFQ-25) と 10 項目の補足調査⁴⁴障害の程度を定量化します。

2. 実験や装置の物理的な構成のための準備

1. 装置:
   1. 目の追跡者を選択します。
      1. (机上の範囲の動きとの干渉を避けるため) にヘッド マウント使用可能です目トラッカーを選択高空間分解能 (0.1^o) と高時間分解能 (≥250 Hz)。
      2. 250 Hz (サンプリングの目の位置 4 ms ごと) のサンプリング レートで目の追跡者と両眼眼球運動を記録瞳孔、角膜反射像の両方を追跡します。
   2. 手足の追跡者を選択します。
      1. X、y、z 位置、3.5 ms のレイテンシ ³ ³ 0.08 cm 精度の動きをマップできます手足トラッカーを選択します。
   3. ノート パソコン対応の 2 つのシステムからデータのリアルタイム統合取得を制御するカスタマイズされたスクリプトを実行してリアルタイム (材料表) の信号を共同登録を選択します。
   4. 選択したノート パソコンとを統合することができるディスプレイ モニターを選択し、モニターと卓上に達する空間の間の一対一対応をサポートするのに十分な大きさであります。
   5. 実験的な作品の機能に達するスペースとして使用する参加者とディスプレイ モニターのテーブルの表面にディスプレイ モニターに同じサイズの四角形を定義します。
2. 準備を設定します。
   1. 高さ調整可能な椅子とテーブルを設定します。
   2. ディスプレイ モニター表 (材料表) の端から 40 cm を配置します。
   3. ディスプレイ モニターと 1-1 比ディメンションを持つ卓上ボード (表面に到達) を配置します。
   4. 表 (材料表) の下で電波源をマウントすることにより下肢のトラッカーを設定します。
   5. 目の追跡者を設定、ホスト PC (材料表)。
      1. ストラップを使用してモニターの四隅に 4 つの赤外線 (IR) 照明を取り付けます。
      2. 目の追跡者セットアップ オプション画面から目トラッカー構成を設定します。
         1. 目の追跡者の事前設定の構成から 13 点校正を選択します。
         2. 小さな眼球運動を検出する高いサッカード感度を選択します。
         3. 瞳孔 CR 生徒と角膜を記録するモードを選択します。
         4. 250 Hz のサンプリング レートを選択します。
3. 参加者の物理的な準備
   1. コンピューターのディスプレイとテーブルで高さ調節可能な椅子席参加者。
   2. 参加者表示モニター (材料表) から 60 cm の位置です。
   3. 手の人差し指の遠位面にモーション センサー (資料の表) を修正、テストするアーム (コントロール、支配的な腕とストロークと参加者の両方の腕)
   4. 参加者の鉢巻きの目追跡システムを配置し、ヘッドバンドとカメラ (材料表) を調整します。
      1. ヘッドバンドをフィッティング
         1. フロント パッドは額と参加者の耳の上の側のパッドの中心部で、堅さと鉢巻き (鉢巻きノブを使用) の位置を調整します。
         2. ヘッドバンド カメラがで額と鼻の橋の中心であることを確認します。
         3. 自分の眉毛を上げること、参加者に依頼し、ヘッドバンドを移動する場合はそれが高いか低い額を取り付けま 。
      2. カメラと角膜の照明位置を調整します。ディスプレイ モニターを探す参加者に依頼します。
         1. カメラの液晶画面から頭部カメラ イメージを選択、それは頭部のカメラ画像の中心に配置された IR マーカーから 4 つの大きな斑点を示していることを確認します。中心部でない場合は、それに応じて調整します。
         2. カメラ設定画面で、時に 1 つ目を選択します。下げる目カメラを上げることによりカメラを扱う目の瞳孔は、カメラの画像の中心部まで 2 つの目を調整します。
         3. 目のピントをレンズ ホルダーを回転させることにより。
         4. 設定画面でカメラ自動しきい値] ボタンを押すと瞳孔しきい値を設定します。
         5. その他の目の同じ調整を実行します。
4. 校正
   1. モニター画面に表示されるサーフェス (卓上) 位置に達する彼らのセンサーつきの指を配置する参加者を求める出力 9 点キャリブレーションを使用して表面に到達する肢トラッカーを調整します。
   2. 次のドットが画面に表示されるまでに固定の目追跡システムのキャリブレーション、参加者に青い点として表示されるキャリブレーション ターゲットを見て依頼する保守
      注: 画面上の 13 のランダムに選択された位置にキャリブレーション ターゲット表示します。
   3. 実験の開始時に、その途中で最初の 1 つ、セッションごとに少なくとも二回目トラッカーを調整します。

3. 実験

1. 画面上開始位置 (目) を注視しながら指インジケーターのドット (赤い点) が付いているスクリーンの開始円をカバー開始位置に自分の指を移動する参加者に求めます。
   注: 開始位置は特派員場所 (図 1 a) 画面の中心を固定点 (青い点) が表示されます。指の位置は、画面上に 4 mm 半径赤点として表されます。
2. ターゲットが表示されるまで、150 ms の起動輪に指の位置を維持するために参加者が必要です。
3. 彼らはビープ音 (」行くビープ音」) を聞くまで、参加者が開始位置を固定することを確認します。(図 1)
   注: ターゲットの間の期間外観と行く信号がランダムに信号の期待を防ぐために 250 に 750 ms の間。
4. 移動する彼らの目と指先迅速かつ正確に指定されたターゲットに彼らはビープ音 (図 1) を聞く参加者に指示します。
   1. 指定されたターゲット 1 cm 白半径の円が表示されます。
5. 手と指を持ち上げると、指先と卓上を再接続によって画面に表示される仮想ターゲットの位置で卓上の場所をタッチする参加者に指示します。
   1. 参加者は、卓上で手や指をドラッグするのではなく、手や指を持ち上げるポインティングの動きを作ることを確認します。
   2. 赤い点として範囲の終了位置を表示、次の完了に達する。
   3. 低速度の組み合わせによって到達完了を決定 (< 5% のピーク) および 3 mm z 平面のしきい値。
6. データ集録を開始する前に一連の習熟試験を実行する参加者に依頼します。
7. 参加者が正常に最後の 10 のターゲットの 5 に触れた後は、データ集録を開始します。
8. 外観のシリーズを行い、彼らが習熟試験中に指示通りに試験に到達する参加者に依頼します。
   1. 合計 76 試験を行う参加者を持っています。
9. 彼らの支配的な手によって実験を行うコントロール群があります。
10. 可能な限り、両方の手より影響を受け、低い影響の実験を行うストロークで参加者があります。
11. 参加者は、少なくとも 1 つの手で全体の実験を完了します。

図 1。セットアップと実験の模式図。(a)モニターと、試用期間中に表面に到達の模式図。(b)視覚誘導範囲内のアクションのシーケンス。最初の固定 (F) が表示されます。ターゲット (T) が時間のランダム化された長さの後表示されます。'移動' の信号は、ターゲットの出現によって、予測不可能な間隔 (F の同時オフセット) に続く後聴覚ビープ音 (薄い灰色の垂直バーで示される) として発生します。手 (H) や目 (E) 動き行く信号に従ってください。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

結果

三十、参加者は、研究に参加しました。コントロール コホート、参加した 17 ストローク コホート参加者は 13 名であった。2 つの参加者は、彼らのデータは、解析から除外したので全体の実験を完了できませんでした。

人口統計とアンケート評価

代表的な脳卒中のコホートの臨床的および人口統計学的特性を表 1に示します。

平均重み VFQ スコア対健常者 94.87 ± 4.87 91.33 ± 13.01 ストローク参加者をあった (p = 0.203、ns)。10 項目の補足のスコアが 95 ± 11.57 ストローク参加者、対 96.27 ± 6....

ディスカッション

目と手による繊細を有効にする、研究を加速している眼マニュアル モーター システムの特性を客観的に探索のために利用可能なツールとして追跡システムの出現記録-の毎日の活動に不可欠な作業のためのアプローチ目と手のコーディネーション。多くの自然な動作に依存タスクは視覚的に導かれている、主な感覚入力としてビジョンに依存します。視線は、眼の運動指令を中央のビジョン ポイント主要空間目標によってプログラミングされます。この情報は、極めて重要です、手の目標を取得するのに役立ちます。鍵は、効率的で正確な目と手の協調動作を実行する必要です。たとえば、コーヒー カップを取得するかを決めるになります急速眼球運動ハンドル、端末の固定、極めて重要な環境詳細人差し指配置、およびすべての一時的同期シリーズの把持動作の習得。次の運動の開始、上肢の視覚的なフィードバックは、オンラインのエラーの監視と訂正にとって重要です。

私たちの明確な方法論と目と手のコーディネーションの評価は、そのストロークは、目と手の運動制御の調整を妨げることを示します。MCA 損傷のあるストロークの方両方の精度が低くサッケードを明らかにし、健康...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
27.0インチDell LED-Litモニター	Dell	S2716DG	QHD解像度(2560 x 1440)
ASUS ROG G750JM 17インチ	AsusTek Computer Inc
Eye Link II	SR-Research	500 Hz 双眼眼眼モニタリング 0.01 ºRMS解像度
Matlab	MathWorks
Polhemus MicroSensor 1.8	ポレムス		240 ヘルツ、0.08 CMの精度