Method Article

Quantification of Oculomotor Responses and Accommodation Through Instrumentation and Analysis Toolboxes

DOI:

10.3791/64808

⸱

March 3rd, 2023

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, New Jersey Institute of Technology, 2Neural Automations Ltd., 3School of Applied Engineering and Technology, New Jersey Institute of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

VisualEyes2020(VE2020)은 시각적 안구 운동 자극을 표시, 기록 및 동기화하는 맞춤형 스크립팅 언어입니다. VE2020은 접합 안구 운동(단속 및 부드러운 추적), 접합 안구 운동(수렴), 조절 및 각각의 조합에 대한 자극을 제공합니다. 두 가지 분석 프로그램이 시선 추적 및 숙박 기록 시스템의 데이터 처리를 통합합니다.

Abstract

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안구 운동의 의도적인 자극과 기록을 통해 안구 운동의 기본 신경 메커니즘의 기본 특성을 관찰할 수 있습니다. VisualEyes2020(VE2020)은 기존 일배체경 내에서 모터나 액추에이터에 의존하지 않는 연구원이 사용할 수 있는 맞춤형 소프트웨어 기반 시각 자극이 부족하여 개발되었습니다. 이 새로운 기기와 방법론은 시선 추적 및 자동 굴절 시스템을 모두 활용하는 새로운 일배체경 구성을 위해 개발되었습니다. 안구 운동과 조절 반응의 동기화된 분석을 가능하게 하는 분석 소프트웨어는 시력 연구자와 임상의에게 재현 가능한 환경과 공유 가능한 도구를 제공합니다. 시각 및 신경 공학 연구소(Vision and Neural Engineering Laboratory, VNEL)의 안구 운동 분석 프로그램(Eye Movement Analysis Program, VEMAP)은 VE2020의 아이트래커에서 생성된 기록을 처리하기 위해 설립되었으며, 조절 운동 분석 프로그램(Accommodative Movement Analysis Program, AMAP)은 해당 자동 굴절 시스템의 기록 출력을 처리하기 위해 만들어졌습니다. VNEL은 조절(인공 수정체 볼록성의 흐림 중심 변화), 수렴(눈의 안쪽, 수렴 회전 및 바깥쪽, 발산 회전) 및 단속(복합 안구 운동)의 세 가지 주요 자극을 연구합니다. VEMAP과 AMAP은 유사한 데이터 흐름 프로세스, 수동 작업자 상호 작용 및 필요한 경우 개입을 활용합니다. 그러나 이러한 분석 플랫폼은 운영자 의존도를 최소화하는 객관적인 소프트웨어 제품군의 구축을 앞당깁니다. 그래픽 인터페이스와 해당 알고리즘의 유용성은 운영자로부터 필요한 최소한의 사전 코딩 경험으로 광범위한 시각적 실험을 수행할 수 있도록 합니다.

Introduction

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조화로운 양안 협응과 시각적 자극에 대한 적절한 조절 및 안구 운동 반응은 일상 생활의 중요한 측면입니다. 개인이 안구 운동 기록을 통해 정량화한 수렴 안구 운동 반응 속도가 감소하면 복시(복시)가 인식될 수 있습니다 1,2. 또한, 코크란 문헌 메타 분석에 따르면 정상적인 양안 시력을 유지하려고 시도하는 안구 운동 기능 장애가 있는 환자는 흐릿함/복시, 두통, 눈의 스트레스/피로, 편안하게 읽기 어려움 등 일반적으로 공유되는 시각적 증상을 경험한다고 보고했습니다3. 빠른 접합 안구 운동(단속)은 결핍될 때 시각적 표적에 과소 반응하거나 과잉 반응할 수 있으므로 이 오류를 수정하기 위해 추가 순차적 단속이 필요합니다4. 이러한 안구 운동 반응은 또한 렌즈에서 나오는 빛의 부적절한 초점이 흐림을 생성하는 조절 시스템에 의해 혼란스러울 수 있습니다5.

전자 장치를 읽거나 작업하는 것과 같은 작업에는 안구 운동과 조절 시스템의 조정이 필요합니다. 양안 안구 운동 또는 조절 기능 장애가 있는 개인의 경우 양안 융합(단일....

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Protocol

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이 계측 및 데이터 분석 제품군이 만들어지고 성공적으로 구현된 이 연구는 New Jersey Institute of Technology Institution Review Board HHS FWA 00003246 승인 F182-13의 승인을 받았으며 ClinicalTrials.gov 식별자: NCT03593031에 게시된 무작위 임상 시험으로 승인되었습니다. NIH EY023261을 통해 자금 지원. 모든 참가자는 대학의 기관 검토 위원회(Institutional Review Board)에서 승인한 정보에 입각한 동의서를 읽고 서명했습니다.

1. 계측 설정

  1. 연결 및 하드웨어 모니터링
    1. VE2020 시스템은 시계 방향 순서로 모니터를 공간적으로 할당합니다. 기본 제어 모니터가 0으로 인덱싱되고 모든 연속 모니터가 1부터 인덱싱되는지 확인합니다. 모든 모니터가 단일 컴퓨터에서 관리되는지 확인합니다( 재료 표 참조).
    2. 자극 모니터의 적절한 공간 구성을 보장합니다. 컨트롤러 데스크탑 홈 화면에서 컨트롤러 모니터를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 디스플레이 설정을 선택한 다음 화면 해상도로 이동합니다.

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Results

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VE2020에 의해 유발된 자극된 안구 운동의 그룹 수준 앙상블 플롯은 해당 1차 속도 특성과 함께 그림 11 에 나와 있습니다.

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그림 11: 안구 운동 반응 앙상블. VE2020을 사용하여 자극된 수렴 스텝(왼쪽)과 단속(오른쪽)의 앙상블 플롯이 표시됩니다. 각 안구 움직임 위치 추적(도)은 고유한 색상의 선으로 표시되고 그룹 수준 속도 응답이 빨간색으로 오버레이됩니다.

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Discussion

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연구에서의 방법의 응용
초기 VisualEyes2020(VE2020) 소프트웨어의 혁신에는 하나 또는 여러 개의 시각적 자극으로 여러 모니터에 투사할 수 있는 VE2020의 확장성이 포함되어 있으며, 이를 통해 수렴18의 Maddox 구성 요소 정량화에서 지시된 대상19에 대한 산만 대상의 영향에 이르기까지 과학적 질문을 조사할 수 있습니다. VEMAP 및 AMAP의 보완적인 개발과 함께 일배체경 시스템을 VE2020으로 확장하면 현재 접근 가능한 안구 운동 및 조절 기록 장비와 호환되는 독립형 자극 및 분석 플랫폼이 제공됩니다. VE2020 자극 루틴 및 후속 기록의 성공적인 생성에 이어, 원시 안구 운동 위치 및 조절 데이터를 의미 있고 분석 가능한 데이터 하위 집합으로 변환함으로써 연구자는 필요한 비침습적 도구를 사용하여 일반적으로 발생하거나 경미한 외상성 뇌 손상으로 인한 기능 장애 및 수렴 부전과 같.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 연구는 국립 보건원 (National Institutes of Health)의 지원을 받아 RLA에 R01EY023261을, SNF에 Barry Goldwater 장학금 및 NJIT Provost 박사 상을 수여했습니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
아날로그 터미널 브레이크아웃 박스National Instruments2090A
볼록구 시험 렌즈 세트Reichert휴대용 정밀 렌즈자동 굴절 교정에 활용
그래픽 카드--SLI 구성에서 GTX980의 최소 성능 요구 사항
ISCAN Eye TrackerISCANETL200
MATLABMathWorksv2022aAMAP 소프트웨어 요구 사항
MATLABMathWorksv2015aVEMAP 소프트웨어 요구 사항
Microsoft Windows 10MicrosoftWindows 10VE2020
Plusoptix PowerRef3 AutorefractorPlusoptixPowerRef3
(수량: 4+)Dell해상도 1920x1080모든 모니터는 해상도 차이와 물리적 구성을 피하기 위해 동일한 모델 및 브랜드여야 합니다
자극 모니터에 필요한 OS

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Alvarez, T. L., et al. Disparity vergence differences between typically occurring and concussion-related convergence insufficiency pediatric patients. Vision Research. 185, 58-67 (2021).
  2. Alvarez, T. L., et al.

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Oculomotor ResponsesEye Movement AnalysisAccommodation MeasurementEye Tracking SystemAutorefractor SystemVisual StimulationBinocular Vision DysfunctionSaccadic MovementsVergence ResponsesVision Research Tools

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