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
2020年2月12日
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では、健康な成人を対象としたバーチャルプリズム適応療法（VPAT）の使用方法と、それが従来のプリズム適応療法を模倣できる可能性について実演します。本研究では、VPATと機能的近赤外分光法の関連性を探求し、皮質活性化への影響を評価します。
研究の主要構成要素
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、半側空間無視の患者に使用されます。
- バーチャルプリズム適応療法は、より費用対効果が高く、導入しやすいことを目的としています。
- この手法は、脳卒中患者のリハビリテーション戦略に新たな知見をもたらす可能性があります。
- アクセシビリティ向上のため、バーチャルリアリティ（VR）ゲームエンジンを利用しています。
研究目的
- 空間的な再整列に対するVPATの有効性を評価すること。
- 皮質活性化に対するVPATの影響を明らかにすること。
- 従来の治療法の代替としてVPATを使用することの実現可能性を検討すること。
使用方法
- 仮想プリズム適応療法の実施。
- 皮質活性化を測定するための機能的近赤外分光法。
- VPATと従来療法の間の行動適応の比較。
- システムセットアップとユーザーエクスペリエンスの評価。
主な結果
- VPATは、従来の治療法と同様の行動適応を誘導する可能性がある。
- 健康な成人において、VPATの実現可能性が実証された。
- VPATに関連する皮質活性化の変化を示す証拠が得られた。
- リハビリテーションのための臨床現場におけるVPAT活用の可能性が示された。
結論
- VPATは、従来のプリズム適応療法の有望な代替案です。
- 臨床集団における有効性を検証するには、さらなる研究が必要です。
- この手法は、半側空間無視のリハビリテーションアプローチを向上させる可能性があります。
よくある質問
産業界における重要性
バーチャルプリズム適応療法（VPAT）は、神経リハビリテーション研究における空間再整列および皮質活性化を評価するための、費用対効果が高く拡張可能なアプローチを提供します。VR（仮想現実）とfNIRSを活用することで、VPATは視覚空間的な運動統合に関連する治療仮説のメカニズム的なリスク低減を可能にします。これにより、脳卒中に起因する認知機能障害の早期発見におけるターゲットの妥当性確認と予測精度の向上が支持されます。
バイオファーマ研究開発における戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 科学的価値：半側空間無視モデルにおける空間再調整メカニズムに関する治療仮説を検証します。
- 運用の価値：定量化可能な行動エラーの減少および皮質活性化パターンを通じて、機能的なターゲットの検証を可能にします。
- 予測的価値：臨床投資に先立ち、視空間適応の測定可能なバイオマーカーを提供することで、ポートフォリオの優先順位付けをサポートします。
スクリーニングおよびアッセイの開発
- アッセイの準備完了： 高スループットの化合物または介入スクリーニングに向けた、検証済みの神経行動学的アウトカム（ポインティングエラー、偏差角）を準備します。
- 再現性： 標準化されたキャリブレーションプロトコル（画面および手の位置）により、オペレーターや施設を問わず、一貫した定量的出力を保証します。
- 拡張性： VRベースのシステムにより、物理的なプリズムハードウェアの制約を受けることなく、多様な被験者群への迅速な展開と適応が可能です。
トランスレーショナル・前臨床研究
- トランスレーショナルな連続性： 背外側前頭前野および頭頂領域のfNIRSで測定された皮質活性化を通じて、探索段階でのメカニズム的な知見を前臨床的な妥当性と結びつけます。
- リスク調整後の進展： 行動および神経生理学的な適応閾値の収束に基づいた、Go/No-go判断を可能にします。
- 疾患に関連したシステム： 脳卒中誘発性半側空間無視に関連する視空間機能障害をモデル化し、バイオマーカーに整合した前臨床検証をサポートします。
パイプラインおよびワークフローの統合
VPATは、リード最適化の前に神経修復メカニズムの仮説駆動型評価を可能にすることで、創薬から前臨床に至る連続的なプロセスに適合します。
- 発見生物学：視覚運動統合および注意の再配向ネットワークに関わる経路特異的な仮説を検証する。
- スクリーニング：介入の比較に適した、標準化された定量的な行動指標（指さし誤差の中央値）を提供する。
- アナリティクス：ターゲットへの結合およびメカニズム的なリスク低減を判断するための、fNIRS由来の皮質活性化マップを生成する。
- トランスレーショナルリサーチ：患者の反応を予測する、健常モデルにおける相同な皮質活性化パターンを通じて、前臨床的な妥当性を変化させる。
- エンタープライズでの再利用：プラットフォームに依存しないVR/fNIRSフレームワークにより、無視（neglect）以外の認知運動領域における再利用をサポートする。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 行動適応を前頭前頭葉-頂葉皮質の活性化に関連付けることで、メカニズムの曖昧さを軽減する。
- 運用的価値： 物理的なプリズムの制約を排除し、セットアップの高速化、コスト削減、およびパラメータ調整の容易化を実現する。
- 戦略的価値： マルチモーダル検証（行動 + 神経画像）を通じてgo/no-goの判断基準に対する信頼性を向上させ、後期段階での失敗リスクを低減する。
- ポートフォリオへの影響： 客観的な神経行動学的しきい値を用いることで、リスク調整後の神経リハビリテーション候補の優先順位付けを促進する。
実施上の考慮事項
- VRシステムのキャリブレーション、fNIRSモンタージュの配置、および神経行動課題の設計に関する専門知識が必要です。
- 機能的近赤外分光法ハードウェア、VRヘッドマウントディスプレイ、および深度センシングカメラの統合に依存します。
- 再現性のある多施設展開には、キャリブレーションプロトコル（画面および手の位置）のチーム間での標準化が不可欠です。
- 適応にあたっては、多様な運動能力や視野に合わせて偏差角およびターゲット距離を調整することを検討する必要があります。
- 実用上の制限：現在の検証は健康な成人に限定されており、臨床応用には脳卒中患者のデータが必要です。
