仮想プリズム適応療法:健康成人における検証のためのプロトコル
February 12th, 2020
この実験的プロトコルは、健康な成人における仮想プリズム適応療法(VPAT)の使用と、VPATと機能的近赤外分光法との関連を示し、VPATが皮質活性化に及ぼす影響を決定する。結果は、VPATが実現可能であり、従来のプリズム適応療法と同様の行動適応を誘発する可能性があることを示唆している。
私たちの実験プロトコルは、プリズム適応療法がヘミ空間無視患者に有効であるかどうか、および私たちの仮想プリズム適応療法システムが空間再編および皮質活性化を促進するかどうかに対処することができる。仮想プリズム適応療法は、従来のプリズム適応よりもコストが低く、セットアップが速く、調整しやすいように開発されました。この技術は、従来のプリズム適応の効果を模倣することができるので、ヘミ空間無視患者の従来のプリズム療法を置き換えるために使用することができる。
この方法は、脳卒中治療にバーチャルリアリティを使用する可能性を示唆し、仮想リハビリテーション分野におけるヘミ空間無視リハビリテーションに関する洞察を与える可能性がある。システムは、仮想現実ゲームエンジンに基づいているため、簡単に使用されていますが。準備に注意してください。
機能的近赤外分光法測定の設定では、参加者にまっすぐ後ろに座って、参加者の手が手を伸ばしたときにテーブルに当たらないか確認します。次に、参加者の頭周に応じた適切な機能的近赤外分光サイズを選択し、頂点がイニオンと鼻腔の中間点と左前耳前部と右前地点の中間点の交点に位置するように、参加者の頭部にキャップを置きます。画面にモンタージュを表示し、モンタージュに15のソースと24検出器を接続します。
導電ゲルを使用して、光トードを挿入する前に重要な場合は光源からのゲインを改善し、参加者に保持キャップを置きます。ソフトウェアをセットアップするには、機能近赤外線分光システムソフトウェアを実行し、無視モンタージュをロードします。画面に表示されるモンタージュで、モンタージュに従って15のソースと24の検出器を設定し、キャリブレーションをクリックします。
仮想プリズム適応療法システムを較正するために、まず、キャップを乱さないように注意して機能近赤外線分光キャップの上に取り付けられた仮想現実ヘッドのディスプレイをマウントします。ディスプレイが設置されたら、仮想プリズム適応療法ソフトウェアを開き、参加者の情報を入力します。[開始]をクリックし、ディスプレイ内の仮想手の視覚化を確認します。
2段階のキャリブレーションを開始し、画面中央の赤い十字マークを見るように参加者に指示します。次に、R キーを押して画面を調整します。参加者に右手でターゲットを指し示します。
次に、Oキーを押して手の位置を調整します。手の範囲でキャリブレーションのための十分なスペースを用意する必要があり、手は、ターゲットの位置を設定するためにあまりにも遠くに伸ばされるべきではありません。キャリブレーションの最後に、実験を開始し、プリズムモードなしでシステムを起動する準備ができていることを確認します。
開始キーをクリックして、機能的近赤外分光法記録と同時に4つのフェーズで実験を開始し、適切なアイコンが表示されてから3秒以内に右人差し指で指差しまたはクリックするように参加者に指示します。仮想プリズム適応モードでは、設定偏差角度は仮想手偏差になります。緑色の手は、ユーザーに表示されない実際の手認識位置です。
青い手はユーザーに示される逸脱した手である。偏差モードでは、ユーザーの手を左方向に伸ばし、ユーザーの手をターゲットに近づけます。クリックブロックの場合は、参加者にプッシュボタンを押します。
各フェーズは、ポイント、クリック、または休止のためのブロックで構成されます。この代表的なグラフでは、4人の健康な参加者のポインティングエラーが、30秒間続く各ポインティングタスクのサブフェーズにおける10回の試行からの中央値の平均値で示されている。ここでは、各被験者のポインティング誤差は、仮想プリズム適応療法段階およびポストプリズム適応の間に適応を示す提示される。
画面キャリブレーションを使用して、仮想空間をユーザーの視覚範囲の前に配置し、ターゲット距離キャリブレーションを使用してターゲットをユーザーの手の届く範囲内に配置します。私たちは健康な成人ボランティアを研究してきましたが、この技術は臨床患者と一緒に使用することができます。さらに、データと実際のプリズムクラスの比較は意味を持つ可能性があります。
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概要
この実験プロトコルは、健康な成人における仮想プリズム適応療法（VPAT）の使用と従来のプリズム適応療法を模倣する可能性を実証します。この研究は、VPATと機能的近赤外分光法の関連性を探り、皮質活性化への影響を評価します。
主要な研究構成要素
科学分野
- 神経科学
- リハビリテーション
- バーチャルリアリティ
背景
- プリズム適応療法は、半側空間無視症の患者に使用されます。
- 仮想プリズム適応療法は、よりコスト効率が高く、実施しやすいことを目指しています。
- この技術は、脳卒中患者のリハビリテーション戦略に洞察を提供する可能性があります。
- バーチャルリアリティゲームエンジンを活用してアクセシビリティを向上させます。
研究目的
- 空間再配置におけるVPATの有効性を評価する。
- VPATが皮質活性化に与える影響を決定する。
- 従来の療法の代替としてVPATを使用することの実現可能性を探る。
使用された方法
- 仮想プリズム適応療法の実装。
- 皮質活性化を測定するための機能的近赤外分光法。
- VPATと従来の療法の間の行動適応の比較。
- システム設定とユーザー体験の評価。
主な結果
- VPATは従来の療法と同様の行動適応を誘発する可能性があります。
- 健康な成人におけるVPATの実現可能性が実証されました。
- VPATに関連する皮質活性化の変化の証拠。
- リハビリテーションのための臨床環境でVPATを使用する可能性。
結論
- VPATは従来のプリズム適応療法の有望な代替手段です。
- 臨床集団におけるその有効性を検証するには、さらなる研究が必要です。
- この方法は、半側空間無視症のリハビリテーションアプローチを強化する可能性があります。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Virtual prism adaptation therapy (VPAT) offers a cost-effective, scalable approach to assess spatial realignment and cortical activation in neurorehabilitation research. By leveraging virtual reality and fNIRS, VPAT enables mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses related to visuospatial motor integration. This supports target validation and predictive confidence in early discovery for stroke-related cognitive deficits.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses on spatial realignment mechanisms in hemispatial neglect models.
- Operational Value: Enables functional target validation through quantifiable behavioral error reduction and cortical activation patterns.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by providing measurable biomarkers of visuospatial adaptation prior to clinical investment.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated neurobehavioral readouts (pointing error, deviation angle) for high-throughput compound or intervention screening.
- Reproducibility: Standardized calibration protocols (screen and hand position) ensure consistent quantitative outputs across operators and sites.
- Scalability: VR-based system allows rapid deployment and adaptation across diverse participant pools without physical prism hardware constraints.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Bridges discovery-phase mechanistic insights with preclinical validity via fNIRS-measured cortical activation in dorsolateral prefrontal and parietal regions.
- Risk-Adjusted Advancement: Enables go/no-go decisions based on convergent behavioral and neurophysiological adaptation thresholds.
- Disease-Relevant System: Models visuospatial dysfunction relevant to stroke-induced hemispatial neglect, supporting biomarker-aligned preclinical validation.
Pipeline & Workflow Integration
VPAT fits within the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis-driven assessment of neurorepair mechanisms before lead optimization.
- Discovery Biology: Tests pathway-specific hypotheses involving visuomotor integration and attentional reorienting networks.
- Screening: Delivers standardized, quantitative behavioral readouts (pointing error median) suitable for intervention comparison.
- Analytics: Generates fNIRS-derived cortical activation maps that inform target engagement and mechanistic de-risking.
- Translational Research: Alters with preclinical validity through homologous cortical activation patterns in healthy models predictive of patient response.
- Enterprise Reuse: Platform-agnostic VR/fNIRS framework supports reuse across cognitive motor domains beyond neglect.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by linking behavioral adaptation to prefrontal-parietal cortical activation.
- Operational Value: Eliminates physical prism constraints, enabling faster setup, lower cost, and easier parameter adjustment.
- Strategic Value: Improves go/no-go confidence through multimodal validation (behavioral + neuroimaging), reducing late-stage failure risk.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization of neurorehabilitation candidates using objective neurobehavioral thresholds.
Implementation Considerations
- Requires expertise in VR system calibration, fNIRS montage placement, and neurobehavioral task design.
- Dependent on functional near infrared spectroscopy hardware, VR head-mounted display, and depth-sensing camera integration.
- Necessitates cross-team standardization of calibration protocols (screen and hand position) for reproducible multi-site deployment.
- Adaptation considerations include adjusting deviation angles and target distances for varied motor abilities and visual fields.
- Practical limitation: Current validation limited to healthy adults; clinical translation requires stroke patient data.
