クリニックでの運転シミュレーション：視野欠損患者における日常生活活動における視覚探索行動のテスト
September 18th, 2012
臨床ルーチンで区別することは困難である変数代償戦略に起因する可能性が最も高い日常生活の中でさまざまな制約について報告脳卒中後の視覚障害を有する患者。我々は、さまざまな代償頭と眼球運動 - 戦略の測定を可能にし、走行性能に及ぼす影響を評価しているセットアップの臨床を提示します。
次の実験の全体的な目標は、後大脳動脈の梗塞後の視野欠損患者における視覚探索の代償戦略を区別することです。これは、ドライビングシミュレータで患者を配置し、指示することで実現され、現実的なテスト状況での行動を検査します。ヘッドマウントアイトラッキングカメラは、個々の患者に合わせて調整とキャリブレーションを行うことで保証された精度で使用されます。
次に、視線行動と運転性能を代替モードとして記録しながら運転シミュレーションを開始し、オーバーレイ画像をオンにすることで、代償的な視線行動を視覚化し、迅速に評価することができます。secdとhead movementのパラメータ(秒数、秒振幅、固定、分布、持続時間、末梢物体への反応時間など)を評価することで、さまざまな戦略が明らかになります。このシミュレートされた運転セットアップの主な利点は、臨床現場での視覚的な探索的行動を迅速かつ簡単に評価できることです。
これで、目や頭の動き、反応時間など、明確に定義されたパラメーターを記録できるようになりました。この技術の意味は、オーバーレイ制御を介した視線行動の即時視覚化が、患者の注意を引き上げ、代償戦略の学習を支援するフィードバックメカニズムを提供する可能性があるため、リハビリテーションと治療にまで及びます。また、患者の現在の代償行動のレベルに合わせて調整された、より個別化されたリハビリテーション計画を提供することにより、リハビリテーションの効率を向上させる可能性があります。
私の同僚は、私たちの研究室から博士課程の候補者をバーブし、このプロトコルを開始するための手順を示します。まず、シミュレーション画面の2メートル手前にある模造カーシートに座ってもらい、背もたれとペダルまでの距離を調整します。患者が快適な位置に着いたら、ブレーキ、方向指示器、ステアリングホイールなど、シミュレーションカーの使用方法を指示します。
次に、タスクの指示を提供します。実際の運転状況と同様に、ブレーキや方向指示器は必要に応じて、それぞれの運転状況で使用する必要があることを患者に指示します。また、シミュレーション酔いについて患者に通知し、倦怠感、吐き気、発汗が発生した場合はテストセッションが中断される可能性があることを患者に知らせてください。
次に、患者がシミュレーションカーや刺激に慣れるために、タスク密度の低い試乗を行います。これにより、2回目のテストセッションでシミュレータに慣れる時間を確保することで、シミュレーション酔いを防ぐこともできます。患者が適切に着席し、練習に十分な時間を確保したら、アイトラッカーを患者の頭に置き、柔軟なストラップを引っ張ってフィットするように調整し、ソフトウェアと患者のキャリブレーションを準備します。
ヘッドカメラのレーザーはシミュレーション画面の中央を向き、カメラは瞳孔に焦点を合わせるように調整する必要があります。次に、マウスの矢印のリードに従って画面上の5つのドットを順番に見るように患者に指示し、アイトラッキング機器のキャリブレーションを開始します。次に、水平キャリブレーションを完了します。
患者に、左側の画面の目のオーバーレイ画像に固執するように指示します。次に、画面上を移動するオーバーレイをたどり、右側で再びオーバーレイに固定します。患者に画面上の特定の物体を固定するように依頼し、この固定をソフトウェアによって計算された視線位置を示すオーバーレイアイ画像と一致させることで、キャリブレーションをテストします。
患者の視線とオーバーレイ画像が画面上の同じ場所で出会うと、キャリブレーションは成功します。必要に応じてキャリブレーションを繰り返します。キャリブレーションが完了したら、オーバーレイ画像をオフにします。
患者がシミュレータに慣れ、アイトラッカーのキャリブレーションが成功したら、シミュレーションを続行します。この例では、患者は障害物のある一方通行の単一車線道路を運転しています。患者は、ワイルドボアやボールなどの道路に接近する動く物体だけでなく、道路の両側に現れる道路標識や故障した車にもできるだけ早く反応する必要があります。
アクセルを踏んでいる間、ブレーキを使用しない限り、車は時速70キロメートルの一定速度まで加速できることに注意してください。患者にいくつかの異なるルート、それぞれ6、500メートル、約10分間を運転させ、周囲の環境による気晴らしのレベルにより、異なるタスクの難易度で運転させます。別のテストモードとして、オーバーレイの目の画像をオンにし、1つは視線位置を示し、もう1つは患者の頭の位置を示します。
これにより、視線の動きの代償行動を迅速に評価し、ソフトウェアを通じて視線位置を視覚化することで、テストと同時に評価することができます。ここでは、片側片麻症の患者の典型的な運転性能を見ることができます 右側に代償的な視線行動があります。視線行動は、オーバーレイアイ画像によって視覚化され、視覚障害が見られる側への頭部と眼球運動の位置の代償性精神病運動を迅速に評価することができ、その結果、ブラインドフィールドに現れる物体の検出が可能になります。
右側に片麻痺のある患者の模範的なパフォーマンスに注目し、ここでは、右側に半盲の患者の視線行動を視覚化した典型的な運転性能を見ることができ、ブラインドフィールドに現れる物体との衝突を引き起こす代償的な行動はありません。右側に半盲の患者の模範的なパフォーマンスに注意してください 補償なし。MATLABソフトウェアを使用して、シミュレーションから記録された実験データを解析できます。
秒は、視線速度が毎秒 30 度を超え、視線の振幅が 1 度を超えた視線軌跡のセクションとして定義します。秒間のセクションは、毎秒6度を超える動きと3度を超える振幅として定義される頭の動きと頭の動きとして定義する必要があります。実験中にスラブソフトウェアを使用して、方向指示器とブレークおよびレーン位置のオブジェクトの固定を、視線位置がX軸上のオブジェクトから最大1.24度離れ、Y軸上で1.66度に離されたオブジェクトへの固定として定義する必要がある場合の速度反応時間を記録するために使用できます。
これは、右側に不完全な半盲を持つ 2 人の患者の結果であり、代償行動の有無にかかわらず運転している患者 A は、視覚障害が位置する側への代償性精神病運動を示し、健康なコントロールと比較して運転シミュレーションで正常なパフォーマンスを示しました。しかし、患者Bは代償性精神病運動を示さず、ブラインドフィールドの末梢欠損による運転シミュレーションのパフォーマンスの低下を明らかにし、反応時間が長くなったり衝突したりしました。ここでは、患者A、患者B、および健康な被験者の患者Aの最初のドライブ中の画面上の固定の分布を示しています。Aは、患者Bがあまり探索しなかったのに対し、視覚障害が位置する側への代償性精神病の動きを示しました。
患者Bは、患者Aと比較して3.4倍少ない精神病運動を行い、患者Aの振幅の半分のサイズをカバーしました.患者Bはまた、健康なコントロールと患者Aの両方と比較して、より長い固定時間を示しました.この図は、視野の左側と右側で別々に示された反応時間に対するGAの位置に対する物体位置の偏心の影響を示しています。患者Aと健常者では、接近する物体に対する反応時間の間に、物体の手動検出または左右の視野への固定による有意差は認められなかった。しかし、患者Bでは、視覚障害者と視野障害者の間で反応時間が明らかに異なりました。
この手順を試みている間、患者は、安全なシミュレートされた状況から実際の運転状況に移行したときに代償行動が壊れるかどうかを明確にするために、この実験から運転への適応性を結論付けることはできないことを通知する必要があります。実際の運転研究を実施する必要があります。この刺激は、適切に行えば10分以内に完了することができます。
視覚的な探索的行動の第一印象を与えることができ、このビデオを見た後、この手法が自然主義的な状況で視覚的な探索的行動を迅速かつ便利に明らかにする方法をよく理解できます。
概要
本研究は、後大脳動脈梗塞後の視野欠損を持つ患者の視覚探索における補償戦略を調査します。運転シミュレータを使用して、研究は頭部および眼球の動きの戦略とそれらが運転性能に与える影響を評価します。
主要な研究要素
科学分野
- 神経科学
- 臨床リハビリテーション
- 視覚知覚
背景
- 視覚障害のある患者は日常生活でしばしば課題に直面します。
- 補償戦略は様々で、臨床環境で評価するのは困難です。
- 視覚障害は運転性能に影響を与える可能性があります。
- アイトラッキング技術は補償的凝視行動に関する洞察を提供できます。
研究目的
- 視野欠損を持つ患者の補償戦略を区別すること。
- これらの戦略が運転性能に与える影響を評価すること。
- 視覚探索の現実的な評価のために運転シミュレータを利用すること。
使用された方法
- 患者は運転シミュレータに配置されます。
- 眼球追跡技術は個々の患者のために調整されます。
- 凝視行動と性能を記録するために運転シミュレーションが実施されます。
- 頭部および眼球の動きなどのパラメータが補償戦略のために分析されます。
主要な結果
- 凝視と頭部の動きの分析を通じて異なる補償戦略が識別されました。
- 凝視行動の即時視覚化は患者にフィードバックを提供しました。
- 結果は個別のリハビリテーション計画の可能性を示しました。
- 補償行動に基づいて運転性能は大きく異なりました。
結論
- 運転シミュレータは視覚探索行動を評価するのに効果的です。
- リアルタイムのフィードバックはリハビリテーションにおける患者の参加を高めることができます。
- 個別化されたアプローチは視覚障害のある患者のリハビリテーション成果を改善する可能性があります。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Assessing compensatory visual exploration strategies in patients with visual field defects supports target validation in neurorehabilitation by linking oculomotor behavior to functional outcomes. This approach enables mechanistic de-risking of rehabilitation interventions through rapid, quantitative evaluation of gaze behavior in ecologically valid conditions. The driving simulator platform provides predictive confidence for prioritizing therapeutic strategies that improve daily life activities in neurological populations.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Differentiates compensatory strategies of visual exploration to interrogate therapeutic hypotheses about neurorecovery mechanisms.
- Operational Value: Enables rapid assessment of oculomotor behavior in a clinical setting using head-mounted eye tracking and driving simulation.
- Predictive Value: Links gaze and head movement parameters to driving performance, supporting target confidence in rehabilitation pathways.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides quantitative measurements of eye and head movement dynamics, including saccade frequency, amplitude, fixation duration, and reaction times.
- Operational Value: Uses dynamic overlay visualization for real-time feedback during testing, enhancing assay standardization and reproducibility.
- Scalability: Supports repeated testing sessions to evaluate training effects and compensatory strategy development over time.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects laboratory-based oculomotor measurements to real-world functional performance in daily life activities.
- Mechanistic De-risking: Evaluates whether compensatory strategies observed in simulation transfer to improved driving performance, reducing uncertainty in rehabilitation efficacy.
- Disease-Relevant System: Models homonymous hemianopia posterior cerebral artery infarction to study visual exploratory behavior in a clinically meaningful context.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from target validation through preclinical validation by enabling quantitative assessment of neurorehabilitation mechanisms.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of compensatory oculomotor strategies as a mechanism for functional recovery in visual field defects.
- Screening: Delivers assay readiness through standardized calibration, real-time gaze visualization, and quantifiable movement parameters.
- Analytics: Generates objective readouts on saccade dynamics, fixation patterns, and reaction times to peripheral stimuli for cross-condition comparison.
- Translational Research: Bridges discovery to preclinical continuity by linking visual exploration behavior to driving performance as a functional endpoint.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform for evaluating multiple neurorehabilitation interventions across patient subgroups.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in visual compensation strategies.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through calibrated eye tracking and controlled simulation environments.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions in neurorehabilitation by identifying patients most likely to benefit from compensatory training.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of therapeutic approaches based on individual compensatory behavior profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurology, ophthalmology, and vision rehabilitation for proper patient selection and instruction.
- Depends on head-mounted eye tracking systems and driving simulator software with calibration capabilities.
- Necessitates cross-team standardization between clinical, technical, and rehabilitation staff for consistent protocol execution.
- Involves adaptation considerations for varying levels of visual field defect severity and patient tolerance to simulation.
- Limited to assessing compensatory behavior in simulated environments; real-world validation remains necessary for clinical translation.
