눈 - 추적 제어 루게릭 병 환자의인지 기능을 평가하는
October 13th, 2016
인지 결핍은 근위축성 측삭 경화증 환자의 약 1/3에서 흔한 현상이며, 이는 언어 및 운동 능력의 점진적인 장애로 이어지는 신경학적 상태입니다. 말하거나 쓸 수 없는 환자를 대상으로 인지 테스트를 수행하기 위해 신뢰할 수 있고 관리하기 쉬운 시선 추적 패러다임이 개발되었습니다.
이 시선 추적 패러다임의 전반적인 목표는 안구 운동 기반 기술을 사용하여 말하고 쓸 수 없는 근위축성 측삭 경화증 또는 ALS 환자의 인지 기능을 평가하는 것입니다. 이 방법은 ALS와 같은 심각한 신체 장애가 있는 환자의 잠재적인 인지 결핍 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 안구 운동을 사용하여 ALS 환자의 신경 심리학적 테스트를 수행하므로 말하거나 쓸 수 없는 환자에게 적합하다는 것입니다.
이 방법은 ALS 환자를 위해 개발되었지만, 말하거나 쓸 수 없지만 온전한 안구 운동 제어 내에서 다른 환자 샘플에도 적용할 수 있습니다. 이 실험에서는 고글이 있는 휴대용 안구 운동 기록 장치를 사용합니다. 6개의 자유도 모두에서 카메라를 조정하여 안구 움직임 감지를 최적화합니다.
다음으로, 안구 운동 조절의 결함을 감지하기 위해 일련의 saccadic 작업과 같은 표준화된 안구 운동 테스트 패러다임을 설정합니다. 소프트웨어를 사용하여 참가자가 앉을 곳 위에 장착된 프로젝터를 통해 반원통형 스크린에서 이러한 작업을 제시합니다. 마지막으로, 실험의 두 번째 부분을 준비하기 위해 D2 테스트의 시선 추적 기반 버전에 사용될 빨간색 레이저 스팟이 화면에 올바르게 나타나는지 확인합니다.
참가자에게 휴대전화나 호출기와 같이 방해가 될 수 있는 모든 장치를 끄도록 요청하는 것으로 시작합니다. 심각한 시각 장애가 없는 참가자를 시험장에 데려옵니다. 컴퓨터 화면에서 150cm 떨어진 조절 가능한 턱 받침대 앞에 있는 높은 의자에 앉힙니다.
참가자에게 턱 받침대에 머리를 대도록 요청합니다. 그런 다음 비디오 오큘로그래피 고글을 머리에 씌웁니다. 고글을 머리 모양과 크기에 맞게 조정합니다.
실험자의 화면에서 두 눈이 모두 보이는지 확인하고 각 눈의 이미지가 화면 중앙에 오도록 고글 내부의 카메라 초점을 맞춥니다. 다음으로, 참가자에게 반원통형 화면의 각 모서리를 보도록 지시하여 시스템이 항상 안구 움직임을 지속적으로 기록하고 있는지 확인합니다. 표준화된 안구 운동 검사 패러다임을 시작하고 참가자가 두 번째 보정을 완료하도록 합니다.
참가자에게 0.125Hz의 주파수로 수평 및 수직으로 진동하는 화면의 단일 지점을 추적하여 실제 정교화된 안구 위치와 관련하여 안구 운동 기록 장치의 보정되지 않은 직교화된 원시 데이터를 매핑하도록 요청합니다. 마지막으로, 보정이 허용 가능한지, 즉 실제 안구 운동과 원시 데이터가 공간적으로나 시간적으로 동기화되었는지 확인합니다. 그렇다면, 참가자에게 머리를 가능한 한 움직이지 않도록 지시한다.
실험의 첫 번째 부분에서 Raven의 컬러 프로그레시브 매트릭스 또는 CPM 테스트는 길이 22도, 높이 15도의 일련의 매트릭스를 빈 공간이 잘린 상태로 화면에 표시합니다. 참가자에게 각 매트릭스 아래에서 누락된 조각을 식별하도록 지시합니다. 선택을 한 후, 피험자가 최소 250밀리초 동안 눈을 감고 각각 1500밀리초 동안 누락된 조각의 6가지 가능한 대안을 설명하는 녹색 프레임을 시작하게 합니다.
참가자에게 선택 항목이 녹색 프레임 내에 있는 동안 최소 250밀리초 동안 눈을 감아 옳다고 생각하는 대안을 지정하도록 요청합니다. 참가자의 선택을 반원형 화면에 개별적으로 투사하여 확인하기 위해 최소 250밀리초 동안 다시 눈을 감도록 지시합니다. 참가자가 다음 세 개의 매트릭스에서 누락된 조각을 선택하여 추가 교육을 완료하도록 합니다.
참가자가 절차에 대해 가질 수 있는 모든 질문에 답합니다. 그런 다음 참가자가 전체 CPM 작업을 완료하도록 합니다. 실험의 두 번째 부분인 D2 테스트의 경우 참가자에게 화면 중앙으로 시선을 향하게 하도록 요청합니다.
높이가 11도, 너비가 2.5도인 47개의 글자를 각각 각 자극이 2000밀리초 동안 지속되는 화면 중앙에서 하나씩 관찰하라고 말합니다. 두 개의 대시가 있는 문자 d가 나타날 때마다 참가자에게 다음 자극이 나타날 때까지 문자 위에 있는 빨간색 레이저 점을 보도록 지시합니다. 마지막으로, 교육이 완료된 후 참가자가 각각 47개의 자극으로 구성된 5개의 블록으로 구성된 전체 D2 테스트를 완료하도록 합니다.
근위축성 측삭 경화증(ALS) 환자 표본에서 시선 추적과 표준 버전의 CPM 검사 사이에 좋은 일치가 있었습니다. 또한, CPM 검사와 D2 검사에는 상당한 그룹 차이가 있으며, 이는 이 기술이 인지 장애가 더 많은 ALS 환자와 그렇지 않은 환자를 안정적으로 구별한다는 것을 나타냅니다. 이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 25분 안에 완료할 수 있습니다.
안구 운동 조절이 불충분한 ALS 환자의 경우, 인지 기능을 평가하기 위해 뇌-컴퓨터 인터페이스와 같은 다른 방법을 사용할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 ALS 환자를 대상으로 안구 운동 기반 신경 심리 검사를 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
개요
이 연구는 말하거나 쓸 수 없는 근위축성 측색 경화증(ALS) 환자의 인지 기능을 평가하기 위해 고안된 시선 추적 패러다임을 제시합니다. 이 방법은 신경 심리학 테스트를 위해 시선 움직임을 활용하여, 심하게 장애가 있는 환자의 인지 결핍을 평가하는 신뢰할 수 있는 접근법을 제공합니다.
주요 연구 요소
과학 분야
- 신경과학
- 인지 평가
- 신경학
배경
- 근위축성 측색 경화증(ALS)은 언어 및 운동 능력에 영향을 미칩니다.
- ALS 환자의 약 3분의 1에서 인지 결핍이 발생합니다.
- 기존의 인지 테스트 방법은 언어를 사용하지 않는 환자에게 적용할 수 없습니다.
- 시선 추적 기술은 인지 기능 평가를 위한 잠재적인 솔루션을 제공합니다.
연구 목적
- ALS 환자의 인지 평가를 위한 신뢰할 수 있는 시선 추적 방법을 개발하기 위해.
- 심각한 신체 장애가 있는 환자의 인지 결핍을 탐색하기 위해.
- 옥울로모터 제어가 정상인 환자에게 적합한 테스트 방법을 제공하기 위해.
사용된 방법
- 고글이 달린 휴대용 시선 움직임 기록 장치의 활용.
- 최적의 감지를 위한 6개의 자유도에서 카메라 조정.
- 신경 심리학 테스트를 위한 옥울로모터 기반 기술의 적용.
- 말하거나 쓸 수 없는 ALS 환자에 대한 테스트.
주요 결과
- 시선 추적 패러다임은 인지 기능을 효과적으로 평가합니다.
- 결과는 ALS 환자에게 인지 결핍이 있음을 나타냅니다.
- 이 방법은 유사한 장애가 있는 다른 환자 집단에 적용할 수 있습니다.
- 시선 움직임은 인지 테스트를 위한 타당한 대안을 제공합니다.
결론
- 개발된 시선 추적 방법은 ALS에 대한 인지 평가를 위한 유망한 도구입니다.
- 이 접근법은 심각한 장애가 있는 환자의 인지 결핍에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다.
- 향후 응용은 옥울로모터 제어가 정상인 다른 집단으로 확장될 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
Assessing cognitive function in patients with severe motor impairment remains a critical challenge in neurodegenerative disease research and therapeutic development. Eye-tracking-based neuropsychological assessment provides a non-invasive, scalable method to evaluate cognitive endpoints in populations unable to participate in traditional testing, supporting target validation and biomarker discovery in ALS and related disorders. This approach enables early detection of cognitive decline, informing patient stratification and mechanistic de-risking in preclinical and clinical trial design.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of cognitive phenotypes linked to therapeutic targets in ALS models.
- Operational Value: Provides quantifiable oculomotor readouts for functional target engagement.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Supports preparation of validated cognitive assessment systems for downstream compound screening.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible neuropsychological outputs via eye movement tracking.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with disease-relevant cognitive endpoints for translational biomarker development.
- Operational Value: Facilitates continuity from discovery through preclinical validation using consistent cognitive assessment.
Pipeline & Workflow Integration
The eye-tracking paradigm integrates into discovery workflows as a cognitive assessment tool following target engagement and preceding lead optimization, enabling hypothesis testing and biological de-risking.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of cognitive effects and pathway clarification in neurodegenerative models.
- Screening: Delivers assay readiness through standardized oculomotor tasks and quantitative performance metrics.
- Analytics: Generates measurable dependent variables (e.g., response accuracy, reaction time) for cross-condition comparison.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity via disease-relevant cognitive testing in ALS models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for cognitive assessment across motor-impaired patient populations.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in cognitive target validation, reduction of mechanistic ambiguity in neuropsychological endpoints.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of cognitive testing in physically impaired cohorts.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions based on cognitive safety and efficacy signals, capital efficiency in trial design.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted patient stratification and advancement decisions using objective cognitive biomarkers.
Implementation Considerations
- Requires expertise in oculomotor testing and neuropsychological assessment.
- Dependent on portable eye-tracking hardware with precise camera calibration.
- Necessitates cross-team standardization of stimulus presentation and task protocols.
- Adaptation considerations across models with varying oculomotor integrity.
- Limited by voluntary eye movement control deficits in subsets of target populations.
