計測および解析ツールボックスによる眼球運動応答と調節の定量化
March 3rd, 2023
VisualEyes2020(VE2020)は、視覚的眼球運動刺激を提示、記録、同期するカスタムスクリプト言語です。VE2020は、共役眼球運動(サッカードとスムーズな追跡)、共役眼球運動(バージェンス)、調節、およびそれぞれの組み合わせのための刺激を提供します。2つの分析プログラムは、アイトラッキングおよび調節記録システムからのデータ処理を統合します。
この研究で使用されるソフトウェアパッケージは、関心のある特定の実験を包括的かつ完全に制御します。Visualize 2020は刺激をカスタマイズし、AMAPとVMAPはそれぞれ調節運動行動と眼球運動行動の補完的な分析を提供します。透明性はこの手法の主な利点です。
プログラム的には、刺激挙動、較正ルーチンおよび分析プロセスは、ソフトウェア範囲内の任意の実験プロトコルに対してユーザ定義することができる。データ分析による眼球運動と調節の客観的な測定により、視力科学者や医師は、両眼機能障害のある患者と両眼神経腫コントロールの患者の違いを最初に見分けることができます。そして第二に、視覚治療の根底にある神経メカニズムを理解することができます。
目の瞬間の記録は、眼の運動機能障害の潜在的なバイオマーカーとして使用することができ、両眼視機能障害の併存率が高い脳震盪およびパーキンソン病の集団に潜在的な用途があります。セットアップの接続とハードウェアを監視することから始めます。VisualEyes 2020システムは、モニターを空間的および時計回りに割り当てます。
刺激モニターの適切な空間構成を確認してください。1 次制御モニターはゼロとして索引付けされ、後続のすべてのモニターは 1 つ以降に索引付けされます。識別を選択して、制御コンピュータに接続されている各刺激表示に割り当てられたモニタインデックスを視覚化します。
ディスプレイモニターの設定で、[ディスプレイの解像度]に移動し、推奨解像度を確認します。視線追跡システムが光学正中線上にあり、カメラ距離が38センチメートル以上であることを確認します。自動屈折器システムが光学正中線上にあり、目から約1メートル離れていることを確認してください。
寸法を参照して、ハードウェアと機器の構成を検証します。デスクトップと対応する視線追跡ハードウェアが、製造元の指示に従って構成および調整されていることを確認します。赤外線透過フィルターで参加者の左目を単眼で覆い、フィルターの前に凸球トライアルレンズを配置します。
次に、物理的に近い刺激モニタから4度の高視力刺激を両眼的に提示する。次に、物理的に近い刺激モニターからの高視力16度の刺激を両眼的に提示します。インフォームドコンセントが得られたら、参加者にハプロスコープに座るように指示します。
参加者の額とあごを固定ヘッドレストに配置して頭の動きを最小限に抑え、参加者の首が実験全体で快適になるように椅子の高さを調整します。眼球運動記録カメラを調整して、参加者の目がカメラの視野内でキャプチャ可能であることを確認します。次に、アイトラッキング信号とアイトラッキングゲーティングゲインを調整して、四肢、瞳孔、角膜反射などの解剖学的特徴をキャプチャします。
参加者に繰り返しの発動またはサッカディック運動を実行するように依頼することにより、眼球運動データのキャプチャを検証します。データを構成するには、自動屈折データを含む外部記憶装置を利用し、AMAP がインストールされているデバイスにデータをエクスポートします。AMAP アプリケーションを起動し、ファイル プリプロセッサまたはバッチ プリプロセッサを選択します。
AMAPの進行状況バーと通知は、選択したデータが前処理されたときにシステムによって提供されるため、確認してください。フォルダー ディレクトリは、データ処理の透過性と、AMAP 出力の下でコンピューターのローカル ドライブを介したアクセスのために、AMAP の前処理から生成されます。事前のデータ処理なしで AMAP 機能を選択した場合は、ユーザーがデータ ディレクトリを選択するために表示されるエクスプローラー ウィンドウを確認します。
次に、AMAP データ分析を実行するには、[Load Data] ボタンを使用して分析するデータ ファイルを選択し、使用可能なファイルを現在のファイル ディレクトリ (既定では生成された AMAP アンダースコア出力フォルダー) にロードします。選択したデータ ファイル名が現在のファイル フィールドに表示されます。アイセレクターで、記録された調節屈折の両眼平均データを表示するデフォルトの選択をチェックします。
データ型を調節屈折と眼球運動の両端の間で切り替えます (タイプ セレクターを通して Gaze と表示されます)。データメトリックと一次および二次特性を表示するために利用可能なさらなるグラフィカルなカスタマイズを確認してください。AMAP の既定のメトリックを確認します。
グラフィカルオプションを表示した後、メトリック変更スピナーを介して応答開始インデックス、応答終了インデックス、およびピーク速度インデックスを変更します。表示されたすべての記録された動きの分析に続いて、各データファイルの分析されたメトリックを移動IDフィールドに保存するか、左の単語と右の単語のナビゲーション矢印を使用します。未分析の動きは、NaN として示される番号ではないデフォルトの分類を持ち、保存またはエクスポートされません。
各動きに対して良いか悪いかを手動で分類して、任意のオペレーターによる完全な分析を保証します。[保存] ボタンを選択して、分析したデータを保存します。次に、[エクスポート] ボタンを選択して、分析されたデータを、個々の移動メトリックと平均化されたエクスポートされたメトリック シートを含むアクセス可能なスプレッドシートにエクスポートします。
ここでは、VisualEye 2020によって誘発された刺激眼球運動のグループレベルのアンサンブルプロットを、対応する1次速度特性とともに示しています。各眼球運動位置トレースは、一意の色付きの線としてプロットされ、グループレベルの速度応答が赤でオーバーレイされます。参加者のパフォーマンスの視覚化は、5度の収束応答と、データ処理から生じる対応する1.5ジオプターの調節応答のアンサンブルを示すAMAPでも達成できます。
参加者が正中線を中心に据え、実験のために目で何をする必要があるかを理解することが重要です。適切なゲーティングを備えた鮮明な目の画像は、オフラインで分析できるデータを記録するために重要です。私たちは、バーチャルリアリティなどの新しいテクノロジーを模索しており、これらの技術を、脳震盪後の一般集団やパーキンソン病の患者によく見られる両眼機能障害の患者を支援するための診断および治療的介入用のポータブルデバイスに変換します。
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概要
VisualEyes2020 (VE2020) は、視覚的な眼球運動刺激の提示、記録、同期を目的としたカスタムスクリプト言語です。これは、眼振、滑視、調節など様々な眼球運動タイプの分析を可能にします。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 眼球運動行動
- 視覚科学
背景
- VE2020 は眼球運動実験におけるカスタマイズ可能な刺激を可能にします。
- 調節および眼球運動の振る舞いを分析するためのツールを提供します。
- 実験プロトコルの透明性を高めます。
- ユーザー定義の刺激振る舞いとキャリブレーションルーチンをサポートします。
研究目的
- 視覚科学者と医師が両眼機能不全と対照を区別できるようにする。
- 視覚治療の神経メカニズムを理解する。
- 眼球運動と調節の客観的測定を提供する。
使用方法
- 視覚刺激提示のためのカスタムスクリプティング。
- 眼球追跡と調節記録のためのデータ分析。
- 眼球運動の振る舞い評価のための分析プログラム。
- 実験ニーズに合わせたキャリブレーションルーチン。
主要な結果
- VE2020 は視覚刺激と眼球運動トラッキングを効果的に同期させます。
- 眼球運動データの包括的な分析を提供します。
- 眼球運動メトリクスに基づいて患者の状態を区別します。
- 客観的測定を通じて視覚治療の理解を深めます。
結論
- VE2020 は視覚研究と臨床応用の強力なツールです。
- ソフトウェアの柔軟性により、幅広い実験設計が可能になります。
- 眼球運動機能の理解の進歩に貢献します。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Quantitative analysis of oculomotor and accommodative responses using synchronized instrumentation and software toolboxes enables objective assessment of neural mechanisms underlying eye movements. This capability supports early-stage target validation and mechanistic de-risking for neuro-ophthalmic and neurodegenerative disorder research portfolios. The reproducible, shareable analysis environment enhances predictive confidence and cross-study comparability in translational vision science.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Objective quantification of eye movement and accommodation supports hypothesis-driven interrogation of neural pathways.
- Automated and transparent data analysis reduces operator bias and enhances biological de-risking.
- Customizable stimulation protocols enable functional target validation across diverse experimental paradigms.
- Quantitative outputs facilitate predictive confidence and portfolio triage for neuro-ophthalmic targets.
Screening & Assay Development
- Validated eye tracking and autorefractor systems provide standardized, reproducible biological readouts.
- Software-driven analysis platforms enable scalable assay development for compound or intervention screening.
- Quantitative metrics and graphical outputs support reliable evaluation of candidate effects on oculomotor function.
- Reproducible workflows allow for platform reuse and cross-study comparability.
Translational & Preclinical Research
- Quantitative eye movement recordings serve as potential translational biomarkers for neurological dysfunctions.
- Continuity from discovery through preclinical validation is supported by standardized data processing and export capabilities.
- Objective measurement of functional endpoints informs risk-adjusted advancement decisions in neurodegenerative disease pipelines.
- Mechanistic de-risking is enabled by direct measurement of neural control of eye movements.
Pipeline & Workflow Integration
This methodology integrates from early discovery through preclinical research, supporting hypothesis testing, assay development, and translational biomarker identification in neuro-ophthalmic and neurological disorder pipelines.
- Discovery Biology: Enables rigorous null hypothesis testing and pathway clarification via objective eye movement metrics.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible outputs for compound or intervention evaluation.
- Analytics: Delivers quantitative dependent variable measurements and statistical outputs for robust condition comparison.
- Translational Research: Aligns with biomarker strategies for disease-relevant system validation.
- Enterprise Reuse: Offers a shareable, standardized software suite for broad R&D adoption.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuro-ophthalmic research.
- Operational Value: Standardizes data collection and analysis, improving reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio management.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of neurodegenerative and vision science assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in eye tracking, autorefractor operation, and neurophysiological data interpretation.
- Demands calibrated instrumentation and compatible analytical infrastructure for synchronized data acquisition.
- Cross-team standardization is essential for reproducibility and data comparability.
- Adaptation across model systems may require protocol customization and validation.
- Clear participant instruction and precise hardware alignment are critical for high-quality data capture.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
1:18
Instrumentation Setup: Monitoring the Connections and Hardware
2:05
Instrumentation Setup: Physical Equipment Configuration and Eye Tracking System
3:11
Participant Preparation and Experiment Initiation
4:05
Accommodative Movement Analysis Program (AMAP)
6:55
Results: Quantification of Oculomotor Responses and Accommodation
7:38
Conclusion
