Methodenartikel

Virtual Reality-tools voor het beoordelen van eenzijdige ruimtelijke verwaarlozing: een nieuwe kans voor gegevensverzameling

DOI:

10.3791/61951

⸱

10 maart 2021

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurology, University of Pennsylvania, 2Laboratory for Cognition and Neural Stimulation, University of Pennsylvania, 3Department of Psychology, Drexel University, 4Department of Physical Medicine and Rehabilitation, University of Pennsylvania

In dit artikel

Samenvatting

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

Het doel was om een nieuwe virtual reality-taak te ontwerpen, bouwen en testen om eenzijdige ruimtelijke verwaarlozing te detecteren en te karakteriseren, een syndroom dat 23-46% van de overlevenden van een acute beroerte treft, waardoor de rol van virtual reality in de studie en het beheer van neurologische ziekten wordt uitgebreid.

Samenvatting

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

Unilaterale ruimtelijke verwaarlozing (USN) is een syndroom dat wordt gekenmerkt door onoplettendheid voor of inactiviteit aan één kant van de ruimte en treft tussen 23-46% van de overlevenden van een acute beroerte. De diagnose en karakterisering van deze symptomen bij individuele patiënten kan een uitdaging zijn en vereist vaak bekwaam klinisch personeel. Virtual reality (VR) biedt een kans om nieuwe beoordelingsinstrumenten te ontwikkelen voor patiënten met USN.

We wilden een VR-tool ontwerpen en bouwen om subtiele USN-symptomen te detecteren en te karakteriseren, en om de tool te testen op proefpersonen die werden behandeld met remmende repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (TMS) van corticale gebieden geassocieerd met USN.

We creëerden drie experimentele omstandigheden door TMS toe te passen op twee verschillende gebieden van cortex geassocieerd met visuospatiale verwerking - de superieure temporale gyrus (STG) en de supramarginale gyrus (SMG) - en pasten sham TMS toe als een controle. Vervolgens plaatsten we proefpersonen in een virtual reality-omgeving waarin ze werden gevraagd om de bloemen te identificeren met laterale asymmetrieën van bloemen verdeeld over struiken in beide hemispaces, met dynamische moeilijkheidsaanpassing op basis van de prestaties van elk onderwerp.

We vonden significante verschillen in gemiddelde hoofdgier tussen proefpersonen gestimuleerd op de STG en die gestimuleerd op de SMG en marginaal significante effecten in de gemiddelde visuele as.

VR-technologie wordt toegankelijker, betaalbaarder en robuuster, wat een opwindende kans biedt om nuttige en nieuwe game-achtige tools te maken. In combinatie met TMS kunnen deze hulpmiddelen worden gebruikt om specifieke, geïsoleerde, kunstmatige neurologische tekorten bij gezonde proefpersonen te bestuderen, waarbij de creatie van VR-gebaseerde diagnostische hulpmiddelen voor patiënten met tekorten als gevolg van verworven hersenletsel wordt geïnformeerd. Deze studie is de eerste bij onze weten waarin kunstmatig gegenereerde USN-symptomen zijn geëvalueerd met een VR-taak.

Inleiding

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

Unilaterale ruimtelijke verwaarlozing (USN) is een syndroom dat wordt gekenmerkt door onoplettendheid voor of inactiviteit aan één kant van de ruimte dat tussen 23-46% van de overlevenden van een acute beroerte treft, meestal met letsel aan de rechterhersenhelft en resulterend in een neiging om de linkerkant van de ruimte en / of het lichaam van de overlevende te negeren1,2. Hoewel de meerderheid van de patiënten met USN op korte termijn een significant herstel ervaart, blijven subtiele USN-symptomen vaak bestaan3. USN kan het risico op vallen van patiënten verhogen en activiteiten van het dagelijks leven belemmeren2,4 Het is ook aangetoond dat het zowel de motorische als de wereldwijde functionele uitkomsten negatief beïnvloedt5,6.

Tekorten in USN kunnen worden geconceptualiseerd als bestaand in meerdere dimensies, zoals of een persoon één kant van de ruimte negeert met betrekking tot zijn eigen lichaam (egocentrisch) of met betrekking tot een externe stimulus (allocentrisch)7,8,9, of dat een persoon niet in staat is om zijn aandacht (aandacht) of acties (opzettelijk) naar één kant van de ruimte te richten10 . Patiënten vertonen vaak een complexe constellatie van symptomen die langs meer dan één van deze dimensies kunnen worden gekenmerkt. Deze variabiliteit van USN-syndromen wordt verondersteld het gevolg te zijn van verschillende gradaties van letsel aan specifieke neuroanatomische structuren en neuronale netwerken, die complex zijn11. Allocentrische verwaarlozing is geassocieerd met laesies van de hoekige gyrus (AG) en superieure temporale gyrus (STG), terwijl de posterieure pariëtale cortex (PPC) inclusief de supramarginale gyrus (SMG) betrokken is bij egocentrische verwerking12,13,14,15. Aandachtsverwaarlozing wordt verondersteld laesies in de rechter IPL16 te omvatten, terwijl opzettelijke verwaarlozing wordt beschouwd als secundair aan schade aan de rechter frontale kwab17 of basale ganglia18.

Klinische beoordeling van USN is momenteel afhankelijk van pen-en-papier neuropsychologische instrumenten. Deze conventionele beoordelingsinstrumenten kunnen minder gevoelig zijn dan meer technologisch geavanceerde hulpmiddelen, wat resulteert in een verkeerde diagnose of onderdiagnose van sommige patiënten met USN19. Een betere karakterisering van resttekorten zou de levering van therapie aan patiënten met mildere USN kunnen vergemakkelijken en mogelijk hun algehele herstel kunnen verbeteren, maar een dergelijke karakterisering zou zeer gevoelige diagnostische hulpmiddelen vereisen. USN stelt vergelijkbare uitdagingen in de laboratoriumomgeving, waar het moeilijk kan zijn om te isoleren van de motorische en visuele beperkingen die gewoonlijk gepaard gaan met USN bij patiënten met een beroerte.

Virtual reality (VR) biedt een unieke kans om nieuwe tools te ontwikkelen voor de diagnose en karakterisering van USN. VR is een multisensorische 3D-omgeving gepresenteerd in de eerste persoon met real-time interacties waarin individuen in staat zijn om taken uit te voeren met ecologisch geldige objecten20. Het is een veelbelovend instrument voor het beoordelen van USN; de mogelijkheid om precies te bepalen wat de gebruiker ziet en hoort, stelt ontwikkelaars in staat om een breed scala aan virtuele taken aan de gebruiker te presenteren. Bovendien maken de geavanceerde hardware- en softwarepakketten die momenteel beschikbaar zijn het mogelijk om in realtime een schat aan gegevens te verzamelen over de acties van de gebruiker, inclusief oog-, hoofd- en ledemaatbewegingen, die veel verder gaan dan de statistieken die worden geboden door traditionele diagnostische tests21. Deze gegevensstromen zijn onmiddellijk beschikbaar, wat de mogelijkheid biedt voor real-time aanpassing van diagnostische taken op basis van gebruikersprestaties (bijvoorbeeld gericht op de ideale moeilijkheidsgraad voor een bepaalde taak). Deze functie kan de aanpassing van taken aan het brede scala aan ernst van USN vergemakkelijken, wat wordt beschouwd als een prioriteit bij de ontwikkeling van nieuwe diagnostische hulpmiddelen voor USN22. Bovendien kunnen meeslepende VR-taken een verhoogde belasting vormen voor de aandachtsmiddelen van de patiënt23,24, wat resulteert in meer fouten die de detectie van verwaarlozingssymptomen kunnen vergemakkelijken; inderdaad, van sommige VR-taken is aangetoond dat ze een verhoogde gevoeligheid hebben in vergelijking met conventionele papier-en-potloodmetingen van USN24,25.

In deze studie was het doel om een beoordelingsinstrument te creëren dat geen expertise in neurologie vereist om te werken en dat zelfs subtiele gevallen van USN betrouwbaar kan detecteren en karakteriseren. We bouwden een op virtual reality gebaseerde, game-achtige taak. Vervolgens hebben we een USN-achtig syndroom geïnduceerd bij gezonde proefpersonen met transcraniële magnetische stimulatie (TMS), een niet-invasieve hersenstimulatietechniek die gebruik maakt van elektromagnetische pulsen die worden uitgezonden door een handheld stimulatiespoel, die door de hoofdhuid en schedel van het onderwerp gaan en elektrische stromen in de hersenen van het onderwerp induceren die neuronen stimuleren26,27. Deze techniek is gebruikt in de studie van USN door anderen13,17,28,29,30, hoewel voor zover wij weten nooit in combinatie met een VR-gebaseerde beoordelingstool.

Veel onderzoekers werken al aan diagnostische en therapeutische toepassingen van VR-systemen. Recente beoordelingen31,32 onderzochten een aantal projecten gericht op de beoordeling van USN met VR-gebaseerde technieken, en een aantal andere studies met dit doel zijn gepubliceerd33,34,35,36,37,38,39,40,41 . De meeste van deze studies maken geen gebruik van de volledige aanvulling van VR-technologie die momenteel beschikbaar is voor de consumentenmarkt (bijv. Een head-mounted display (HMD) en eye-tracking inserts), waardoor hun datasets worden beperkt tot een kleiner aantal gemakkelijk kwantificeerbare statistieken. Bovendien werden al deze studies uitgevoerd bij patiënten met verworven hersenletsel dat leidde tot USN, waarvoor screeningmethoden nodig waren om ervoor te zorgen dat patiënten op zijn minst konden deelnemen aan de beoordelingstaken (bijvoorbeeld het uitsluiten van patiënten met grote gezichtsveldtekorten of cognitieve stoornissen). Het is mogelijk dat meer subtiele cognitieve, motorische of visuele tekorten onder de drempel van deze screeningsmethoden zijn gegaan, waardoor de resultaten van deze studies mogelijk worden verstoord. Het is ook mogelijk dat een dergelijke screening de steekproeven van deelnemers aan deze studies heeft vertekend in de richting van een bepaald subtype van USN.

Om de screeningsbias van eerdere studies te voorkomen, rekruteerden we gezonde proefpersonen en simuleerden we kunstmatig USN-symptomen met een standaard TMS-protocol dat goed is beschreven in een recent manuscript15, met als doel allocentrische USN-achtige symptomen te induceren door zich te richten op de STG en egocentrische USN-achtige symptomen door zich te richten op de SMG. We hebben de taak ontworpen om de moeilijkheidsgraad van de proef actief aan te passen aan de proef en om onderscheid te maken tussen verschillende subtypen van USN, met name allocentrische versus egocentrische symptomen. We hebben ook standaard papier- en potloodbeoordelingen van USN gebruikt om formeel aan te tonen dat de tekorten die we met rTMS hebben geïnduceerd USN-achtig zijn. We geloven dat de methode nuttig zal zijn voor andere onderzoekers die nieuwe VR-tools willen testen voor de beoordeling en revalidatie van USN.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

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

Deze studie werd goedgekeurd door de lokale Institutional Review Board en voldoet aan alle criteria die zijn uiteengezet in good clinical practice guidelines. Alle deelnemers gaven geïnformeerde toestemming voordat de onderzoeksprocedures begonnen. Van de deelnemers aan het onderzoek werd verwacht dat zij deelnamen aan drie afzonderlijke sessies (weergegeven in tabel 1). De elementen van het experiment worden hieronder stapsgewijs beschreven. De volgorde van de sessie werd gerandomiseerd.

Sessie APre-rTMA VR-taakRustende Motor Threshhold*rTMR bij STG of SMGPost-rTMS VR Gedragstaak
5/10 pulsen ontlokken MEP o vingertrekking (*Alleen eerste sessie)110% RMT gedurende 20 minuten bij 1 Hz (1200 pulsen totaal)
15 min.60 min.20 min.15 min.
Sessie BPre-rTMA VR-taakRustende Motor Threshhold*rTMR bij VertexPost-rTMS VR Gedragstaak
5/10 pulsen ontlokken MEP o vingertrekking (*Alleen eerste sessie)110% RMT gedurende 20 minuten bij 1 Hz (1200 pulsen totaal)
15 min.60 min.20 min.15 min.
Sessie CPre-rTMS papier & Potlood GedragstaakRustende Motor Threshhold*rTMR bij STG of SMGPost-rTMS papier & Potlood Gedragstaak
Bell's test; Ota's cirkel annulering; annulering van het verblijf; lijndoorsnede taak5/10 pulsen ontlokken MEP o vingertrekking (*Alleen eerste sessie)110% RMT gedurende 20 minuten bij 1 Hz (1200 pulsen totaal)Bell's test; Ota's cirkel annulering; annulering van het verblijf; lijndoorsnede taak
10 min.60 min.20 min.10 min.

Tabel 1. Structuur voor elke studiesessie. De volgorde van de sessie werd gerandomiseerd. Geschatte tijd voor elk item cursief. MEP=motor evoked potential; rTMS= Repetitieve Transcraniële Magnetische Stimulatie; P & P = papier en potloodslag diagnostische tests; RMT=Rustmotor Threshold

1. Papier & potlood gedragstaken

  1. Laat het onderwerp de lijndoorsnedetaak (LBT) voltooien.
    1. Laat het onderwerp aan een tafel zitten recht tegenover de tester. Voorzie het onderwerp van een schrijfgerei. Geef het onderwerp het stimulusblad (figuur 1) en zorg ervoor dat het direct voor het onderwerp wordt geplaatst.
      OPMERKING: Hoewel niet uitgevoerd in dit experiment, zou het ideaal zijn om elke regel afzonderlijk te presenteren op afzonderlijke vellen papier om te voorkomen dat het onderwerp wordt vertekend met extra context (Zie Ricci en Chatterjee, 200142).
    2. Instrueer het onderwerp om elke regel op het stimulusblad te zeven (in tweeën verdelen) en kom zo dicht mogelijk bij het midden.
    3. Vertel het onderwerp om zijn hoofd en schouders zo goed mogelijk gecentreerd te houden, de taak zo snel en nauwkeurig mogelijk te voltooien en de tester op de hoogte te stellen wanneer ze klaar zijn. Controleer het onderwerp om ervoor te zorgen dat ze hun hoofd niet overmatig leunen of kantelen.
    4. Verzamel het blad van het onderwerp wanneer de proefpersonen zeggen dat ze klaar zijn.
  2. Laat het onderwerp de Bell's Test voltooien.
    1. Geef de proefpersoon het testprikkelblad van de Bell (figuur 2).
    2. Instrueer het onderwerp om alle bellen op het stimulusblad te omcirkelen of door te strepen, om dit zo snel en nauwkeurig mogelijk te doen, om hun hoofd en schouders zo gecentreerd mogelijk te houden en om de tester op de hoogte te stellen wanneer ze klaar zijn.
    3. Controleer het onderwerp om ervoor te zorgen dat ze hun hoofd niet overmatig leunen of kantelen. Wanneer het onderwerp zegt dat ze klaar zijn, vraag het onderwerp dan of ze het zeker weten en laat ze hun werk dubbel controleren.
    4. Verzamel het blad van het onderwerp wanneer de proefpersonen zeggen dat ze een tweede keer klaar zijn.
  3. Laat het onderwerp de annuleringstaak van de ster voltooien.
    1. Presenteer het onderwerp met het stimulusblad (figuur 3) en zorg ervoor dat het direct voor hen staat.
    2. Instrueer het onderwerp om alle sterren op het stimulusblad te omcirkelen of door te strepen, om dit zo snel en nauwkeurig mogelijk te doen, om hun hoofd en schouders zo gecentreerd mogelijk te houden en om de tester op de hoogte te stellen wanneer ze klaar zijn.
    3. Controleer het onderwerp om ervoor te zorgen dat ze hun hoofd niet overmatig leunen of kantelen.
    4. Verzamel het blad van het onderwerp wanneer de proefpersonen zeggen dat ze klaar zijn.
  4. Laat het onderwerp de annuleringstaak van de Ota-cirkel voltooien.
    1. Geef het onderwerp het ota-stimulusblad voor cirkelannulering (figuur 4) en zorg ervoor dat het direct voor het onderwerp wordt geplaatst.
    2. Instrueer het onderwerp om alle open / onvolledige cirkels door te strepen of te omcirkelen, om dit zo snel en nauwkeurig mogelijk te doen, om hun schouders zo gecentreerd mogelijk te houden en om de tester op de hoogte te stellen wanneer ze klaar zijn.
    3. Controleer het onderwerp om ervoor te zorgen dat ze hun hoofd niet overmatig leunen of kantelen.
    4. Verzamel het blad van het onderwerp wanneer de proefpersonen zeggen dat ze klaar zijn.
    5. Herhaal deze taak (stappen 1.4.1 tot en met 1.4.4) met een andere kopie van het stimulusblad, maar deze keer moet het stimulusblad 180 graden worden gedraaid vanaf de oriëntatie die het oorspronkelijk werd gepresenteerd.

2. TMS-procedures

  1. Maak een model voor neuronavigatie voorafgaand aan de eerste sessie.
    1. Verkrijg de 3T T1 MRI-scan van het onderwerp in een NIFTI- of dicom-bestandstype.
    2. Upload die MRI-scan naar de neuronavigatiesoftware om een 3D-weergave van de hersenen van het onderwerp te maken.
      1. Selecteer Nieuw leeg project in de software. Sleep de MRI-scan van het onderwerp naar het veld met het label "Bestand:".
      2. Ga naar het tabblad Reconstructies .
      3. Selecteer Nieuwe skin en sleep op het volgende scherm de groene grenslijnen om de volledige afbeelding van de hersenen te omvatten. Selecteer compute skin. Pas de huid-/luchtdrempel dienovereenkomstig aan om een optimale reconstructie te krijgen.
      4. Ga terug naar het tabblad Reconstructies en selecteer New Full Brain Curvilinear en sleep de groene grenslijnen om het hele beeld van de hersenen te omvatten. Stel de snijafstand in op 1 mm en stel de einddiepte in op 18 mm. Selecteer Kromlijnig berekenen.
      5. Ga naar het tabblad Oriëntatiepunten en selecteer Oriëntatiepunten configureren. Selecteer Nieuw om een oriëntatiepunt op de reconstructie te maken. Plaats oriëntatiepunten op het puntje van de neus, de brug van de neus, de linkertragus en de rechtertragus.
      6. Ga naar het tabblad Doelen en selecteer Doelen configureren. Selecteer de weergave Kromlijnige hersenen en doelen . Gebruik de inspecteur om te schillen tot een diepte van 5-7 mm.
      7. Volg de richtlijnen van Shah-Basak et al. (2018)14, Neggers et al. (2006)11 en Oliveri and Vallar (2009)39 om de superieure temporale gyrus of de supramarginale gyrus te lokaliseren en plaats een marker op die locaties.
      8. Plaats een marker waar de twee centrale sulci elkaar ontmoeten langs de mediane longitudinale fissuur voor schijnstimulatie op het hoekpunt.
  2. Zoek tijdens de eerste sessie de rustmotorische drempel van het onderwerp (kan vóór of na de gedragstaak worden voltooid).
    1. Laat het onderwerp voor een optische trackingcamera zitten en plaats een tracker op het onderwerp met behulp van een hoofdband of bril.
    2. Bevestig drie wegwerpelektroden op de rechterhand en pols van het onderwerp.
      1. Bevestig één schijfelektrode aan de eerste dorsale interossus van de proefpersoon. Bevestig een tweede schijfelektrode aan de tweede knokkel van het onderwerp op zijn rechter wijsvinger. Bevestig een aardelektrode aan de rechterpols van de proefpersoon.
    3. Sluit deze elektroden aan op een elektrodeadapter, die wordt ingevoerd in een MEP-trackingsoftware.
    4. Open het project van het onderwerp in de neuronavigatiesoftware door Nieuwe online sessie te selecteren.
    5. Selecteer de doelen die in deze sessie moeten worden gestimuleerd (Vertex, SMG, STG).
    6. Ga naar het tabblad Polaris en zorg ervoor dat de onderwerptracker zich in het zicht van de camera bevindt.
    7. Ga naar het tabblad Registratie .
    8. Raak met behulp van een aanwijzer die is geregistreerd bij de neuronavigatiesoftware het gezicht van de proefpersonen aan op dezelfde locaties als waar de oriëntatiepunten in stap 2.1.2.5 zijn geplaatst.
      1. Klik op Voorbeeld en ga naar Volgende oriëntatiepunt wanneer de aanwijzer voor elk oriëntatiepunt correct op het hoofd van het onderwerp is geplaatst.
    9. Ga naar het tabblad Validatie .
    10. Raak met behulp van de aanwijzer het onderwerp op verschillende plekken op hun hoofd aan en zorg ervoor dat het vizier op het scherm in lijn is met de plek waarnaar op het onderwerp wordt gewezen.
      1. Als ze niet op één lijn staan, voert u stap 2.2.8 opnieuw uit en zorgt u ervoor dat de aanwijzer zo nauwkeurig mogelijk op de oriëntatiepunten is geplaatst.
    11. Ga naar het tabblad Uitvoeren en zorg ervoor dat de volledige hersencurveweergave is geselecteerd, zodat de experimentator de hersengebieden die hij wil targeten, nauwkeurig kan lokaliseren.
    12. Stel het stuurprogramma in als de TMS-spoel die zal worden gebruikt.
    13. Sluit de handheld TMS-spoel aan op de TMS-machine.
    14. Schakel het TMS-apparaat in en stel in op enkele puls. Stel de stimulatie-intensiteit op de juiste manier in; in dit experiment werd 65% van de machine-output als uitgangspunt genomen.
    15. Plaats de handheld TMS-spoel aan de linkerkant van het hoofd van het onderwerp en stimuleer in de motorische cortex met behulp van enkele pulsen van TMS om de locatie te identificeren die de FDI stimuleert. Het kan nuttig zijn om een assistent te hebben om de vinger van het onderwerp te bekijken om te identificeren wanneer de FDI-spiertrekkingen als gevolg van stimulatie.
    16. Verander de stimulatie-intensiteit totdat stimulatie mep van ten minste 50 mV precies 5/10 keer opwekt, en dit zal de rustmotorische drempel (rMT) zijn.
  3. Stimulatie tussen de taken door
    1. Herhaal de stappen 2.2.1 tot en met 2.2.13 en vervang de handspoel door een luchtgekoelde TMS-spoel.
    2. Stel stimulatieparameters in op repetitief TMS met een snelheid van 1 Hz gedurende 20 minuten (1200 pulsen totaal) met een intensiteit van 110% van rMT in overeenstemming met parameters die zijn vastgesteld door Shah-Basak et al. (2018)15.
    3. Plaats een luchtgekoelde TMS-spoel met een ingebouwd koelsysteem op het hoofd van het onderwerp gericht op de SMG of STG voor actieve sessies of de Vertex voor schijnsessies (figuur 5).
    4. Ga verder met stimulatie.

3. VR gedragstaak

  1. Installeer ondersteunende software.
    1. Download en installeer de Pupil core-software vanaf de Pupil Labs-website.
    2. Download en installeer Unity 3D 2018.3 vanaf de Unity-website.
    3. Download en installeer de OpenVR-tool via Unity Asset Store of via Steam.
  2. Stel de VR-hardware in (bijvoorbeeld HTC Vive Pro).
    1. Plaats basisstations aan weerszijden van de kamer, zorg voor een duidelijke zichtlijn en sluit ze aan.
    2. Druk op de kanaal/modus-knop aan de achterkant van elke sensor om door kanalen te bladeren totdat een van hen is ingesteld op kanaal " b" en één is ingesteld op " c." Beide status-LED's moeten wit zijn.
    3. Installeer pupil labs verrekijker insert in HTC Vive Pro. Sluit de Link Box aan op de computer (Power, USB-A en HDMI of Mini DisplayPort).
    4. Sluit de headset aan op de Link Box. Pas de boven- en zijbanden van de headset aan. Pas de lensafstand aan.
  3. Start SteamVR.
    1. Start SteamVR door op het VR-pictogram in de rechterbovenhoek van Steam te klikken.
      1. Schakel controllers in met de aan/uit-knop.
      2. Klik op SteamVR op Instellingen | Koppel nieuw apparaat om elke controller te koppelen door de instructies op het scherm te volgen.
      3. Klik op Ruimte-instelling in het SteamVR-menu en volg de instructies op het scherm.
  4. Start Pupil Core Software.
  5. Plaats de headset op het hoofd van de zittende proefpersoon en geef ze beide controllers. Zorg ervoor dat de bandjes strak maar comfortabel zitten. Zorg ervoor dat beide ogen zichtbaar zijn door visueel te bevestigen dat ze gecentreerd zijn in de camerafeeds van de Pupil Core Software.
  6. Open de VR-taak in de Unity Editor en druk op de knop Afspelen .
  7. Voer het experiment uit.
    1. Vraag het onderwerp om recht vooruit te kijken en klik op de knop Tarracamera op het scherm.
    2. Klik op de knop Zelfstudie starten en wacht tot het onderwerp de zelfstudie heeft voltooid. De tutorial bestaat uit audio-instructies over de werking van de VR-systeemcontroller, beschrijvingen en voorbeelden van symmetrische (lok) en asymmetrische (doel)bloemen, en een oefensessie van 1 minuut met een klein aantal lok- en doelbloemen. De tutorial duurt 75-100 seconden en de prestatiegegevens van de tutorial worden niet verzameld.
    3. Wanneer het onderwerp is voltooid, klikt u op de knop Eye Tracking kalibreren .
      1. Als de kalibratie succesvol is, begint het onderwerp automatisch met de taak. Herhaal anders stap 3.7.3.
    4. Begin de eerste proefversie door op de knop Volgende proefversie te klikken.
      OPMERKING: Tijdens de VR-taak worden onderwerpen in een virtueel forest geplaatst (figuur 6). Drie gebogen buxushagen vormden een halve cirkel binnen bereikafstand voor het onderwerp. Elke proef bestond uit een wisselend aantal bloemen, elk met 16 bloemblaadjes, verdeeld over de hagen in een directe zichtlijn (figuur 7). Proefpersonen kregen de opdracht om alle asymmetrische "doelbloemen" te "plukken" (houd hun controller boven een bloem zodat de bloem zou markeren, druk vervolgens de triggerknop in met hun wijsvinger) en laat alle symmetrische "lokbloemen" met rust. Elke proef zou eindigen wanneer de proefpersoon met succes alle asymmetrische doelbloemen plukte, maar zou ook eindigen als de proefpersoon geen tijd meer had (tijdslimiet van 2 minuten) of als de proefpersoon per ongeluk alle symmetrische lokbloemen plukte. In al deze gevallen zouden de resterende bloemen op de struiken worden opgeruimd en zou de experimentator worden gevraagd om met de volgende proef te beginnen.
    5. Wacht tot de proefpersoon een onderzoek niet langer actief voltooit en herhaal stap 3.7.4 tenzij ten minste 12 onderzoeken zijn voltooid.
    6. Klik nogmaals op de knop Afspelen om de taak te beëindigen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

Gegevens werden verzameld van gezonde individuen met behulp van het hierboven beschreven protocol om aan te tonen hoe de verschillende variabelen die kunnen worden geëxtraheerd uit de virtual reality-taak kunnen worden geanalyseerd om subtiele verschillen tussen groepen te detecteren.

In deze studie ondergingen 7 personen (2 mannen) met een gemiddelde leeftijd van 25,6 en een gemiddelde van 16,8 jaar onderwijs elk drie afzonderl...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

We hebben met succes USN-symptomen geïnduceerd en gemeten met respectievelijk TMS en VR. Hoewel we geen significante resultaten hadden in vergelijking met schijnproeven, waren we in staat om meerdere metrieken van egocentrische verwaarlozing (gemiddelde balhoofdhoek, tijd besteed aan het kijken naar bloemen in beide hemispace) en allocentrische verwaarlozing (prestaties bij het selecteren van bloemen met asymmetrische bloemblaadjes aan de linkerkant versus de rechterkant) tussen de verschillende experimentele groepen te ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

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

Dit werk werd ondersteund door het University Research Fund (URF) van de Universiteit van Pennsylvania en de Student Scholarships in Cerebrovascular Disease & Stroke van de American Heart Association. Speciale dank aan de onderzoekers, clinici en medewerkers van het Laboratorium voor Cognitie en Neurale Stimulatie voor hun voortdurende ondersteuning.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
AirFilm Coil (AFC) Rapid VersionMagstimN/AAir-cooled TMS coil
Alienware 17 R4 LaptopDellN/ANVIDIA GeForce GTX 1060 (volledige specificaties op https://topics-cdn.dell.com/pdf/alienware-17-laptop_users-guide_en-us.pdf)
BrainSight 2.0 TMS Neuronavigation SoftwareRogue Research IncN/ATMS neurale targeting software
CED 1902 Isolated pre-amplifierCambridge Electronic Design LimitedN/AEMG pre-amplifier
CED Micro 401 mkIICambridge Electronic Design LimitedN/AMulti-kanaals golfvormgegevensverzamelingseenheid
CED Signal 5Cambridge Electronic Design LimitedN/AVeeg-gebaseerde gegevensverzameling en analysesoftware. Gebruikt om TMS-geïnduceerde motorische reacties te meten.
HTC Vive Binocular Add-onPupil LabsN/AHTC Vive, Vive Pro of Vive Cosmos eyetracking-add-on met 2 x 200Hz eye-camera's.
Magstim D70 Remote CoilMagstimN/AHandbediende TMS-spoel
Magstim Super Rapid 2 plus 1MagstimN/ATranscranial Magnetic Stimulation Unit
Unity 2018UnityN/Across-platform VR game-engine
Vive ProHTC ViveN/AVR-hardwaresysteem met externe bewegingssensoren; 1440x1600 pixels per oog, 90 Hz verversingssnelheid, 110° FoV

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Heilman, K. M., Bowers, D., Coslett, H. B., Whelan, H., Watson, R. T. Directional Hypokinesia: Prolonged Reaction Times for Leftward Movements in Patients with Right Hemisphere Lesions and Neglect. Neurology. 35 (6), 855-859 (1985).
  2. Paolucci, S., Antonucci, G., Grasso, M. G., Pizzamiglio, L. The Role of Unilateral Spatial Neglect in Rehabilitation of Right Brain-Damaged Ischemic Stroke Patients: A Matched Comparison. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 82 (6), 743-749 (2001).
  3. Ringman, J. M., Saver, J. L., Woolson, R. F., Clarke, W. R., Adams, H. P. Frequency, Risk Factors, Anatomy, and Course of Unilateral Neglect in an Acute Stroke Cohort. Neurology. 63 (3), 468-474 (2004).
  4. Jutai, J. W., et al. Treatment of visual perceptual disorders post stroke. Topics in Stroke Rehabilitation. 10 (2), 77-106 (2003).
  5. Buxbaum, L. J., et al. Hemispatial Neglect: Subtypes, Neuroanatomy, and Disability. Neurology. 62 (5), 749-756 (2004).
  6. Numminen, S., et al. Factors Influencing Quality of Life Six Months after a First-Ever Ischemic Stroke: Focus on Thrombolyzed Patients. Folia Phoniatrica et Logopaedica: Official Organ of the International Association of Logopedics and Phoniatrics (IALP). 68 (2), 86-91 (2016).
  7. Ladavas, E. Is the Hemispatial Deficit Produced by Right Parietal Lobe Damage Associated with Retinal or Gravitational Coordinates. Brain: A Journal of Neurology. 110 (1), 167-180 (1987).
  8. Ota, H., Fujii, T., Suzuki, K., Fukatsu, R., Yamadori, A. Dissociation of Body-Centered and Stimulus-Centered Representations in Unilateral Neglect. Neurology. 57 (11), 2064-2069 (2001).
  9. Neggers, S. F., Vander Lubbe, R. H., Ramsey, N. F., Postma, A. Interactions between ego- and allocentric neuronal representations of space. Neuroimage. 31 (1), 320-331 (2006).
  10. Adair, J. C., Barrett, A. M. Spatial Neglect: Clinical and Neuroscience Review: A Wealth of Information on the Poverty of Spatial Attention. Annals of the New York Academy of Sciences. 1142, 21-43 (2008).
  11. Corbetta, M., Shulman, G. L. Spatial neglect and attention networks. Annual Review of Neuroscience. 34, 569-599 (2011).
  12. Marshall, J. C., Fink, G. R., Halligan, P. W., Vallar, G. Spatial awareness: a function of the posterior parietal lobe. Cortex. 38 (2), 253-260 (2002).
  13. Ellison, A., Schindler, I., Pattison, L. L., Milner, A. D. An exploration of the role of the superior temporal gyrus in visual search and spatial perception using TMS. Brain. (10), 2307-2315 (2004).
  14. Vallar, G., Calzolari, E. Unilateral spatial neglect after posterior parietal damage. Handb Clin Neurol; Theparietal lobe. Vallar, G., Coslett, H. B. , Elsevier. Amsterdam. 287-312 (2018).
  15. Shah-Basak, P. P., Chen, P., Caulfield, K., Medina, J., Hamilton, R. H. The Role of the Right Superior Temporal Gyrus in Stimulus-Centered Spatial Processing. Neuropsychologia. 113, 6-13 (2018).
  16. Verdon, V., Schwartz, S., Lovblad, K. O., Hauert, C. A., Vuilleumier, P. Neuroanatomy of hemispatial neglect and its functional components: a study using voxel-based lesion-symptom mapping. Brain. 133 (3), 880-894 (2010).
  17. Ghacibeh, G. A., Shenker, J. I., Winter, K. H., Triggs, W. J., Heilman, K. M. Dissociation of Neglect Subtypes with Transcranial Magnetic Stimulation. Neurology. 69 (11), 1122-1127 (2007).
  18. Chaudhari, A., Pigott, K., Barrett, A. M. Midline Body Actions and Leftward Spatial 'Aiming' in Patients with Spatial Neglect. Frontiers in Human Neuroscience. 9, 393(2015).
  19. Rizzo, A. A., et al. Design and Development of Virtual Reality Based Perceptual-Motor Rehabilitation Scenarios. The 26th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , (2004).
  20. Steinicke, F. Being Really Virtual Immersive Natives and the Future of Virtual Reality. , Springer International Publishing. (2018).
  21. Tsirlin, I., Dupierrix, E., Chokron, S., Coquillart, S., Ohlmann, T. Uses of Virtual Reality for Diagnosis, Rehabilitation and Study of Unilateral Spatial Neglect: Review and Analysis. CyberPsychology & Behavior. 12 (2), 175-181 (2009).
  22. Barrett, A. M., et al. Cognitive Rehabilitation Interventions for Neglect and Related Disorders: Moving from Bench to Bedside in Stroke Patients. Journal of Cognitive Neuroscience. 18 (7), 1223-1236 (2006).
  23. Ricci, R., et al. Effects of attentional and cognitive variables on unilateral spatial neglect. Neuropsychologia. 92, 158-166 (2016).
  24. Bonato, M. Neglect and Extinction Depend Greatly on Task Demands: A Review. Frontiers in Human Neuroscience. 6, 195(2012).
  25. Grattan, E. S., Woodbury, M. L. Do Neglect Assessments Detect Neglect Differently. American Journal of Occupational Therapy. 71, 3(2017).
  26. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety of TMS Consensus Group. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clinical Neurophysiology. 120 (12), 2008-2039 (2009).
  27. Pascual-Leone, A., Walsh, V., Rothwell, J. Transcranial Magnetic Stimulation in Cognitive Neuroscience - Lesion, Chronometry, and Functional Connectivity. Current Opinion in Neurobiology. 10 (2), 232-237 (2000).
  28. Oliveri, M., et al. Interhemispheric Asymmetries in the Perception of Unimanual and Bimanual Cutaneous Stimuli. Brain. 122 (9), 1721-1729 (1999).
  29. Salatino, A., et al. Transcranial Magnetic Stimulation of Posterior Parietal Cortex Modulates Line-Length Estimation but Not Illusory Depth Perception. Frontiers in Psychology. 10, (2019).
  30. Oliveri, M., Vallar, G. Parietal versus temporal lobe components in spatial cognition: Setting the mid-point of a horizontal line. Journal of Neuropsychology. 3, Pt 2 201-211 (2009).
  31. Ogourtsova, T., Souza Silva, W., Archambault, P. S., Lamontagne, A. Virtual Reality Treatment and Assessments for Post-Stroke Unilateral Spatial Neglect: A Systematic Literature Review. Neuropsychological Rehabilitation. 27 (3), 409-454 (2017).
  32. Pedroli, E., Serino, S., Cipresso, P., Pallavicini, F., Riva, G. Assessment and rehabilitation of neglect using virtual reality: a systematic review. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 9, 226(2015).
  33. Peskine, A., et al. Virtual reality assessment for visuospatial neglect: importance of a dynamic task. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 82 (12), 1407-1409 (2011).
  34. Mesa-Gresa, P., et al. Clinical Validation of a Virtual Environment Test for Safe Street Crossing in the Assessment of Acquired Brain Injury Patients with and without Neglect. Human-Computer Interaction - INTERACT 2011 Lecture Notes in Computer Science. , 44-51 (2011).
  35. Aravind, G., Lamontagne, A. Perceptual and Locomotor Factors Affect Obstacle Avoidance in Persons with Visuospatial Neglect. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 11 (1), 8(2014).
  36. Pallavicini, F., et al. Assessing Unilateral Spatial Neglect Using Advanced Technologies: The Potentiality of Mobile Virtual Reality. Technology and Health Care. 23 (6), 795-807 (2015).
  37. Glize, B., et al. Improvement of Navigation and Representation in Virtual Reality after Prism Adaptation in Neglect Patients. Frontiers in Psychology. 8, (2017).
  38. Yasuda, K., Muroi, D., Ohira, M., Iwata, H. Validation of an Immersive Virtual Reality System for Training near and Far Space Neglect in Individuals with Stroke: a Pilot Study. Topics in Stroke Rehabilitation. 24 (7), 533-538 (2017).
  39. Spreij, L. A., Ten Brink, A. F., Visser-Meily, J. M. A., Nijboer, T. C. W. Simulated Driving: The Added Value of Dynamic Testing in the Assessment of Visuo-Spatial Neglect after Stroke. Journal of Neuropsychology. 31, (2018).
  40. Ogourtsova, T., Archambault, P. S., Lamontagne, A. Post-Stroke Unilateral Spatial Neglect: Virtual Reality-Based Navigation and Detection Tasks Reveal Lateralized and Non-Lateralized Deficits in Tasks of Varying Perceptual and Cognitive Demands. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 15, 1(2018).
  41. Ogourtsova, T., Archambault, P., Sangani, S., Lamontagne, A. Ecological Virtual Reality Evaluation of Neglect Symptoms (EVENS), Effects of Virtual Scene Complexity in the Assessment of Poststroke Unilateral Spatial Neglect. Neurorehabilitation and Neural Repair. 32 (1), 46-61 (2018).
  42. Ricci, R., Chatterjee, A. Context and crossover in unilateral neglect. Neuropsychologia. 39 (11), 1138-1143 (2001).
  43. Karnath, H. O., Ferber, S., Himmelbach, M. Spatial awareness is a function of the temporal not the posterior parietal lobe. Nature. 411, 950-953 (2001).
  44. Spicer, R., Anglin, J., Krum, D. M., Liew, S. REINVENT: A low-cost, virtual reality brain-computer interface for severe stroke upper limb motor recovery. 2017 IEEE Virtual Reality (VR). , Los Angeles, CA. 385-386 (2017).
  45. Vourvopoulos, A., et al. Effects of a Brain-Computer Interface With Virtual Reality (VR) Neurofeedback: A Pilot Study in Chronic Stroke Patients. Frontiers in Human Neuroscience. 13, 210(2019).
  46. Gammeri, R., Iacono, C., Ricci, R., Salatino, A. Unilateral Spatial Neglect After Stroke: Current Insights. Neuropsychiatric Disease and Treatment. 16, 131-152 (2020).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Virtual Reality beoordelingTranscraniale Magnetische StimulatieSuperieure Temporale GyrusSupramarginale GyrusMeting van Hoofdrotatie YawAnalyse van de Visuele AsLijnbisectietestBells testSterannulatietest

Gerelateerde artikelen