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

本実験の目的は、後大脳動脈梗塞後の視覚野欠損を有する患者における視覚探索の代償戦略を区別することである。これは、現実的なテスト状況下での行動を調査するため、ドライビングシミュレーター内で患者を配置し、指示を与えることで達成される。ヘッドマウント型アイトラッキングカメラを使用し、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精度を確保する。

次に、視線動作と運転パフォーマンスを記録しながら運転シミュレーションを開始します。代替モードとして、代償的な視線動作を可視化し迅速に評価するために、オーバーレイ画像をオンにすることができます。サッカード回数、サッカード振幅、固視、分布、持続時間などのサッカードおよび頭部運動パラメータ、ならびに周辺物体への反応時間を評価することで、異なる戦略が明らかになります。このシミュレーション運転セットアップの主な利点は、臨床現場において視覚的探索動作を迅速かつ容易に評価できることです。

これにより、眼球および頭部の動きや反応時間などの明確に定義されたパラメータを記録できるようになります。この手法の意義はリハビリテーションや治療にまで及び、オーバーレイコントロールを通じて視線行動を即座に視覚化することで、患者の注意力を高め、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できる可能性があります。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、より個別的なリハビリテーション計画を提示することで、リハビリテーションの効率を向上させることも期待できます。

当研究室の博士課程候補生である同僚が、本プロトコルの手順を実演します。まず、被験者をシミュレーションスクリーンの前方2メートルの位置にある模造車のシートに座らせ、背もたれとペダルまでの座席距離を調整するのを手助けします。被験者が快適な姿勢になったら、ブレーキ、方向指示器、ステアリングホイールを含むシミュレーションカーの使用方法について説明します。

次にタスクの指示を行います。実際の運転状況と同様に、ブレーキやターンシグナルを状況に応じて適切に使用するように患者に指示してください。また、シミュレーター酔いについても必ず説明し、不快感、吐き気、または発汗が生じた場合には、テストセッションを中断できることを伝えてください。

次に、患者がシミュレーションカーと刺激に慣れることができるよう、タスク密度の低いテストドライブを行います。これにより、2回目のテストセッションでシミュレーターに適応するための時間が確保され、シミュレーション酔いを防ぐことができます。患者が正しく着席し、十分な練習時間を経た後、アイトラッカーを患者の頭部に装着し、柔軟なストラップを引いてフィットするように調整して、ソフトウェアと患者のキャリブレーション準備を整えます。

ヘッドカメラのレーザーがシミュレーション画面の中央を指していることを確認し、瞳孔にピントが合うようにカメラを調整します。次に、患者にマウスの矢印に従って画面上の5つの点を順番に見るよう指示し、アイトラッキング装置のキャリブレーションを開始します。その後、水平方向のキャリブレーションを完了させます。

患者に、左側の画面上の目のオーバーレイ画像を注視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追い、右側で再びそれを注視させます。患者に画面上の特定の物体を注視させ、その注視点と、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の目の画像を照合することで、キャリブレーションのテストを行います。

患者の視線とオーバーレイ画像が画面上の同じ地点で一致すれば、キャリブレーションは成功です。必要に応じてキャリブレーションを繰り返してください。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ーに慣れ、アイトラッカーのキャリブレーションが正常に完了したら、シミュレーションを開始します。この例では、患者は障害物のある片側一車線の道路を走行しています。患者は、野生の猪やボールなど、道路に近づいてく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車に対しても、可能な限り迅速に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 kilometers per hour 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、周囲の環境による注意散漫の度合いに応じてタスクの難易度が異なる、それぞれ 6,500 meters で所要時間約 10 分の複数の異なるルートを走行させてください。代替のテストモードとして、一方に視線位置を、もう一方に患者の頭部の位置を示すオーバーレイの眼球画像を表示してください。

これにより、ソフトウェアを通じて視線位置を可視化し、同時に視線運動の代償行動を迅速に評価することが可能になります。ここでは、右側に半盲を持つ患者による、代償的な視線行動を伴う典型的な運転パフォーマンスを確認できます。視線行動はオーバーレイ表示された目の画像によって可視化されており、頭部および眼球運動の位置を迅速に評価できます。視覚欠損がある側への代償的な精神運動が認められ、その結果、盲点に現れた物体の検知が可能になっています。

右側に半盲を持つ患者の典型的なパフォーマンスに注目してください。ここでは、代償行動を伴わない右半盲患者の典型的な運転パフォーマンスと視線動作が可視化されており、盲点に現れた物体に衝突している様子がわかります。代償動作のない右半盲患者の典型的なパフォーマンスにご留意ください。シミュレーションから記録された実験データの分析には、MATLABソフトウェアを使用できます。

secsを、視線速度が30度/秒を超え、視線振幅が1度より大きかった視線軌跡のセクションと定義します。secsの間のセクションは固視として定義し、頭部運動は速度が6度/秒を超え、振幅が3度以上の運動と定義します。実験中にはSlabソフトウェアを使用して、方向指示器およびブレーキの使用時の反応時間を記録できます。また、車線位置のオブジェクト固視は、視線位置がX軸で最大1.24度、Y軸で1.66度までオブジェクトから離れた状態での固視と定義します。

右側に不完全同名半盲を持つ2名の患者について、代償動作の有無による運転の結果を以下に示します。患者Aは、視野欠損がある側へ向けて代償的な眼球運動を示し、健康な対照群と比較して、運転シミュレーションにおいて正常なパフォーマンスを示しました。一方、患者Bは代償的な眼球運動を示さず、盲点となる周辺視野を見落としたため、反応時間の遅延や衝突が発生し、運転シミュレーションにおいて低いパフォーマンスを示しました。ここでは、患者A、患者B、および健康な被験者の初回走行時における画面上の固視点分布を示しています。患者Aは視野欠損がある側へ代償的な眼球運動を示したのに対し、患者Bは探索範囲が狭いことが分かります。

患者Bは、患者Aの振幅の半分に相当する範囲において、患者Aと比較して精神病的な運動（psychotic movements）の回数が3.4倍少なかった。また、患者Bは、健常対照群および患者Aの両方と比較して、注視時間が長いことを示した。この図は、GAの位置に対する物体の位置の偏心度が、視覚野の左側と右側で個別に示された反応時間に及ぼす影響を実証している。患者Aおよび健常対照群では、手による検出で接近する物体に対する反応時間と、視界の左側または右側への物体の注視による反応時間との間に有意な差は認められなかった。しかしながら、患者Bでは、盲点側と視覚がある側の視野間で反応時間に明らかな差が認められた。

この手順を実施する際、安全なシミュレーション状況から実際の運転状況へと移行した際に代償行動が崩壊するかどうかを明らかにするための本実験からは、運転適性を結論付けることはできない旨を患者に伝える必要があります。実際の運転走行試験を実施する必要があります。適切に行えば、この刺激は10分以内に完了できます。

これにより、視覚的な探索行動の第一印象を把握することができ、このビデオを視聴することで、自然な状況における視覚的探索行動を迅速かつ簡便に明らかにする本手法について、十分に理解することができます。