Bewegingsscherptetest voor gezichtsveldscherptemeting met bewegingsgedefinieerde vormen

Samenvatting

Een nieuwe, op beweging gebaseerde scherptetest die de beoordeling van centrale en perifere visuele verwerking bij slechtziende en gezonde personen mogelijk maakt, samen met een bril die het perifere zicht beperkt en compatibel is met MRI-protocollen, wordt hier beschreven. Deze methode biedt een uitgebreide beoordeling van het gezichtsvermogen voor functionele beperkingen en disfuncties van het visuele systeem.

Samenvatting

De standaard metingen van de gezichtsscherpte zijn gebaseerd op stationaire stimuli, ofwel letters (Snellen-kaarten), verticale lijnen (noniusscherpte) of roosterkaarten, verwerkt door die delen van het visuele systeem die het meest gevoelig zijn voor de stationaire stimulatie en visuele input ontvangen van het centrale deel van het gezichtsveld. Hier wordt een scherptemeting voorgesteld op basis van discriminatie van eenvoudige vormen, die worden gedefinieerd door de beweging van de stippen in de willekeurige puntkinematogrammen (RDK) die worden verwerkt door visuele gebieden die gevoelig zijn voor bewegingsstimulatie en die ook input ontvangen van het perifere gezichtsveld. In de bewegingsscherptetest wordt deelnemers gevraagd onderscheid te maken tussen een cirkel en een ellips, met bijpassende oppervlakken, opgebouwd uit RDK's en gescheiden van de achtergrond-RDK door coherentie, richting of snelheid van stippen. De scherptemeting is gebaseerd op ellipsdetectie, die bij elke juiste reactie meer cirkelvormig wordt tot het bereiken van de scherptedrempel. De bewegingsscherptetest kan worden gepresenteerd in negatief contrast (zwarte stippen op een witte achtergrond) of in positief contrast (witte stippen op zwarte achtergrond). De bewegingsgedefinieerde vormen bevinden zich centraal binnen 8 visuele graden en worden omgeven door een RDK-achtergrond. Om de invloed van visuele periferieën op de centraal gemeten scherpte te testen, wordt een mechanische vernauwing van het gezichtsveld tot 10 graden voorgesteld, met behulp van een ondoorzichtige bril met centraal geplaatste gaten. Dit eenvoudige en reproduceerbare vernauwingssysteem is geschikt voor MRI-protocollen, waardoor verder onderzoek naar de functies van de perifere visuele input mogelijk is. Hier wordt een eenvoudige meting van vorm- en bewegingsperceptie tegelijkertijd voorgesteld. Deze eenvoudige test beoordeelt gezichtsstoornissen, afhankelijk van de input van het centrale en perifere gezichtsveld. De voorgestelde bewegingsscherptetest verbetert het vermogen van standaardtests om reserve- of zelfs versterkte zichtfuncties te onthullen bij patiënten met een gewond visueel systeem, die tot nu toe onopgemerkt bleven.

Inleiding

De meeste van de beschikbare visuele tests zijn gericht op het onderzoeken van de kenmerken die door het centrale zicht worden verwerkt, waarbij wordt vertrouwd op de input die afkomstig is van het centrale netvlies¹. Het centrale netvlies heeft de dichtste kegel-fotoreceptorpopulatie voor maximale gezichtsscherpte en mist staaffotoreceptoren, die het perifere netvlies domineren². De aanwezigheid van dicht opeengepakte fotoreceptoren wordt ook weerspiegeld in een verhoogde dichtheid van ganglioncellen, wat betekent dat een groter aantal axonen naar de oogzenuw en uiteindelijk naar de visuele cortex wordt geleid. Buiten de fovea naar de periferie toe, zijn er meer staafjes dan de kegelfotoreceptor³. Met de bredere lichamen van de staafjes en het dunnere mozaïek van fotoreceptoren, reageert het perifere netvlies voornamelijk op nachtzicht en bewegingsbewustzijn⁴.

Klassiek werd aangenomen dat visuele verwerking, afhankelijk van stimulatie van het centrale deel van het gezichtsveld, is gewijd aan de fijne analyse van stilstaande objecten, en het perifere deel is gespecialiseerd in het detecteren van beweging en het brengen van objecten naar het centrale, foveale zicht, waar het verder wordt geanalyseerd ^5,6. Nu hebben we echter opkomend bewijs dat aantoont dat op corticaal niveau de fijne analyse van de stationaire route niet volledig gescheiden is van de bewegingsgevoelige ^6,7,8. Het gelijktijdig testen van vorm en bewegingsperceptie wordt klassiek uitgevoerd met behulp van bewegende roosters⁹ en glaspatronen¹⁰ en ook concentrische ringen beweging¹¹. Ons doel is om een test te introduceren die dicht bij het normale leven van mensen met een visuele handicap staat, die hun frustraties kan verminderen en hoop kan geven door hen expliciet te laten zien dat sommige kenmerken van hun visuele verwerking nog steeds behouden en zelfs versterkt kunnen worden. De voorgestelde bewegingsscherptetest op basis van willekeurige puntkinematogrammen (RDK's) combineert bewegings- en vormperceptieanalyse en test tegelijkertijd de werking van de bewegings- en vormperceptie. Binnen de bewegingsscherptetest zijn er veel mogelijkheden van psychofysische kenmerken om te testen, zoals verschillende snelheden, richtingen en contrasten van de RDK's. Door de parameters te veranderen, kunnen we de sterkte van de stimulatie manipuleren, specifiek voor de centrale verwerking of perifeer. Het detecteren van snel bewegende objecten is bijvoorbeeld een goed beschreven functie die specifiek is voor perifere visuele verwerking¹², terwijl de verwerking van de donkere tinten op de heldere achtergrond bij voorkeur wordt verwerkt door centraal zicht¹³. Deze test werd in eerste instantie uitgevoerd bij patiënten met retinale degeneratie van fotoreceptoren, die zich specifiek in het centrale of perifere netvlies bevinden¹⁴. Retinitis pigmentosa (RP) manifesteert zich met perifere schade en komt voor bij ~1/5000 patiënten wereldwijd¹⁵. De ziekte van Stargardt (STGD), met een prevalentie van ~1/10000, is de meest voorkomende oorzaak van juveniele maculaire degeneratie (MD)¹⁶. Schade aan de fotoreceptoren op het centrale netvlies, zoals bij maculadegeneratie of zoals bij retinitis pigmentosa aan het perifere netvlies, resulteert in overeenkomstige gezichtsveldverliezen. Die gezichtsveldverliezen worden weerspiegeld in de verslechteringen van de kenmerken die specifiek zijn voor de gegeven gebieden van het visuele systeem¹⁷. Belangrijk is dat de regio's van het visuele systeem die input ontvangen van niet-aangetaste delen van het netvlies ook worden beïnvloed. Eerder werd in diermodellen van maculadegeneratie¹⁸ aangetoond dat na binoculaire centrale retinale schade niet alleen de scherpte wordt verergerd, maar ook de bewegingsperceptie, een kenmerk dat kenmerkend is voor perifere verwerking, wordt versterkt. De hier beschreven bewegingsscherptetest biedt een belangrijk inzicht voor het plannen van visuele revalidatieprocedures. Een volledig beeld van de wisselwerking tussen centrale en perifere delen van het gezichtsveld speelt een cruciale rol bij het begrijpen hoe verloren functies kunnen worden overgenomen door de reserveonderdelen van het visuele systeem en hoe dit proces kan worden ondersteund door revalidatieprocedures voor visuele training. In het algemeen is de kennis over hoe regionale retinale degeneratie de visuele verwerking beïnvloedt, vooral buiten de beschadigde delen, nog steeds onvolledig. Optische tests zijn gebaseerd op de metingen van de stationaire vormkenmerken. De metingen van de gezichtsscherpte zijn bijvoorbeeld gebaseerd op stationaire stimuli, ofwel letters (Snellen-kaarten), raspkaarten of nonius-scherptekaarten.

Om het inzicht in de dynamiek tussen centraal en perifeer zicht te vergroten bij gezonde ogen en ogen met verminderde centrale/perifere visuele functies, werd een bewegingsgerichte scherptetest geïntroduceerd die de vorm en bewegingsperceptie tegelijkertijd meet. De bewegingsscherptetest is gebaseerd op de detectie van centraal geplaatste vormen in negatief of positief contrast (donkere of lichte stippen), een ellips en cirkel met overeenkomende oppervlakken, opgebouwd uit willekeurige puntkinematogrammen (RDK) en gescheiden van dezelfde RDK-achtergrond door snelheid, coherentie of richting. Scherpte wordt gemeten als het minimale verschil dat wordt waargenomen tussen cirkel- en ellipsdimensies, en de resultaten worden gegeven in visuele graden waarbij de proefpersoon stopt om het verschil waar te nemen. Om te controleren of het luminantiecontrast de gemeten bewegingsscherpte beïnvloedt, kunnen stimuli bovendien worden weergegeven in negatief (zwarte stippen op een witte achtergrond) of in positief contrast (witte stippen op zwarte achtergrond). Alle beschikbare informatie over de verwerking van positief contrast (AAN-type) en negatief contrast (UIT-type) in het visuele systeem is afkomstig van de stationaire stimulatie van het centrale gezichtsveld^19,20. Maar hoe de perifere verwerking van bewegingssignalen afhankelijk is van het contrast, blijft vrij onbekend^14,21. Er werd alleen vastgesteld dat de gevoeligheid voor hoge snelheden specifiek is voor perifere verwerking, terwijl centrale bewegingsverwerking lage snelheden aangrijpt bij hogere ruimtelijke frequenties die worden gepresenteerd in positief contrast (AAN-type)¹². De positieve en negatieve contrastversies van de bewegingsscherptestimuli, evenals het vermogen om de snelheid van stippen te wijzigen, evenals de samenhang of richting, zijn cruciaal voor een meer gedetailleerde beschrijving van het volledige gezichtsveld. Bovendien wordt een mechanische vernauwing van het gezichtsveld tot 10 graden in het midden voorgesteld met behulp van een bril met lenzen die zijn vervangen door ondoorzichtige lenzen met centraal geplaatste gaten. Dit gemakkelijk te repliceren vernauwingssysteem, geschikt voor fMRI- en TMS-protocollen, maakt verder onderzoek mogelijk naar de functies van de perifere visuele input en hoe visuele periferieën de centraal gemeten scherpte beïnvloeden. Een soortgelijk systeem werd aanvankelijk gevalideerd in eerdere studies¹⁴, waarin werd vastgesteld dat bewegingsscherptetests in negatief contrast en in snelle beweging, waarbij visuele periferieën sterk worden geactiveerd, het moeilijkst zijn voor alle deelnemers. Voor patiënten met de ziekte van Stargardt waren ze onhandelbaar. Belangrijk is dat verzwakking van de stimulatie van de visuele periferie, door het verminderen van de snelheid van RDK's, de scherptedrempels bij alle geteste proefpersonen verbetert. Tot slot stellen we de taak voor met bewegingsscherptemeting op basis van eenvoudige vormdiscriminatie. Daarom zijn de resultaten eenvoudig en gemakkelijk te begrijpen, ook voor patiënten en hun verzorgers. De hier gepresenteerde bewegingsscherptetest is ook bedoeld voor gebruikers buiten de academische wereld. De taak is gemakkelijk uit te leggen aan een breed scala aan leeftijden en patiëntengroepen.

Protocol

Alle procedures zijn uitgevoerd volgens de relevante richtlijnen en voorschriften en zijn goedgekeurd door de Ethische Commissie, WUM (KB/157/2017). Er werd schriftelijke toestemming verkregen van alle deelnemers, om ervoor te zorgen dat ze het algemene doel van het experiment begrepen en dat ze de opname van hun gegevens voor statistische analysedoeleinden begrepen. Alle gepresenteerde visuele stimuli worden gegenereerd met behulp van een op Java gebaseerde desktoptoepassing (Viscacha2) die voor deze experimenten is gemaakt.

1. Installatie

1. Zorg voor een rustige, gedimde kamer. Bouw een opstelling bestaande uit een computer, een toetsenbord, een plat beeldscherm, een eyetracker (optioneel, afhankelijk van de onderzoeksvraag en doelstellingen; zie Materiaaltabel), een bureau, een kinsteun en een stoel. Plaats het zo dat de deelnemers kunnen zitten met de kin op de kinsteun, de ogen direct voor het midden van de bovenste helft van het scherm en de handen die de pijltjestoetsen op het toetsenbord bereiken. De horizontale afstand tussen het scherm en de ogen moet 85 cm zijn.
   OPMERKING: Hoewel de deelnemers worden getraind en specifiek worden gevraagd om het centrale fixatiekruis gedurende de gehele procedure te fixeren, kan testen met een eyetracker een extra controle zijn voor het filteren tijdens analyses van die deelnemers die te veel fluctuaties met hun blik vertonen. Bovendien kunnen eyetracker-resultaten, afhankelijk van het doel van het onderzoek, interessant inzicht geven in de fixatiepatronen, pupilgrootte of interesselocatie van verschillende cohorten deelnemers.
2. Bezoek https://github.com/grimwj/Viscacha2 en download de software door op de knop Code te klikken en ZIP te downloaden. Pak het zip-bestand uit en sla het op in de werkmap.
3. Volg de installatiestappen die worden beschreven in het README.txt bestand. In het geval van testen met een eyetracker, volgt u de software-installatiestappen voor de eyetracker. Monteer de eyetracker volgens de instructies.
4. Om een eerste controle uit te voeren, voert u het programma uit door te dubbelklikken op het Viscacha2.jar bestand. Nadat het eerste scherm is weergegeven, drukt u op ESC op het toetsenbord om het programma af te sluiten.
5. Navigeer door nieuw aangemaakte mappen - experiment_data, TestPatient Shape_Brt. Open het .csv-bestand met behulp van een spreadsheeteditor (stel een puntkomma in als veldscheidingsteken). Controleer of de parameters, zoals de afmetingen van het scherm en de afstand tot het scherm, correct zijn.
   OPMERKING: Vanaf hier is het protocol gebaseerd op de veronderstelling dat een 1920 x 1080, 31,5 inch display wordt gebruikt en de afstand tussen de patiënt en het scherm 85 cm is. Dit houdt in dat het scherm horizontaal 44,6° van de visuele ruimte in beslag neemt. Als niet aan deze parameters kan worden voldaan, kan men verwijzen naar stap 5 voor het opnieuw configureren van het programma.

2. Bepalen van de initiële moeilijkheidsgraad van de test

1. Open het config.txt bestand en zoek een regel met patient_name=TestPatient. Vervang de TestPatient door een tekst die de onderzochte persoon identificeert.
2. Zoek in het config.txt bestand de regel filename=Shape_Brt.txt. Zorg ervoor dat deze regel niet begint met een hekje # (regel zonder commentaar).
3. Vraag de geportretteerde om voor het scherm te gaan zitten, met zijn/haar kin gerust en de ogen recht voor het midden van de bovenste helft van het scherm. Controleer of de afstand tot het scherm correct is. Zorg ervoor dat de toetsen op het toetsenbord gemakkelijk toegankelijk zijn voor het onderwerp om te gebruiken.
4. Navigeer naar de Viscacha2.jar directory en voer het programma uit. Leer de deelnemer om het vizier gedurende de gehele duur van het experiment te richten op het fixatiekruis in het midden van het scherm.
5. Aan elke kant van het scherm wordt een cirkel of een ellips weergegeven op dezelfde afstand van het centrale fixatiekruis. De taak is om de cirkel over een ellips te selecteren met behulp van de linker- en rechterpijltjestoetsen op het toetsenbord. Leg de taak uit aan de deelnemer en als hij/zij klaar is, drukt u op de s-toets om het experiment te starten. Het experiment gaat door totdat de deelnemer op een van de pijltjestoetsen drukt.
6. Het programma eindigt nadat er vier omkeringen hebben plaatsgevonden of een maximaal aantal proeven is bereikt. Een omkering treedt op wanneer de proefpersoon de verkeerde reactie selecteert nadat hij eerder de juiste heeft geselecteerd of vice versa.
   OPMERKING: Dit is een procedure van het traptype. De moeilijkheidsgraad van elke proef neemt toe na elk correct antwoord en neemt af na een verkeerd antwoord. Figuur 1 laat zien hoe het trapniveau verandert tijdens proeven voor één representatieve deelnemer.
7. Let op de vier omkeringen waarna de taak is voltooid en de detectiedrempel is vastgesteld. Open het bijbehorende .csv bestand met resultaten. Zoek de THRESHOLD-kolommen aan het einde van het bestand. Gebruik de waarde in deze kolom om de initiële moeilijkheidsgraad voor volgende taken te berekenen.
   OPMERKING: De test kan ook worden gepresenteerd in een constant paradigma, waarbij het niveau van de moeilijkheidsgraad vaststaat en niet verandert, door het hash-symbool te verwijderen van de Experiment_Type=Constant-regel in de init.txt-bestanden en door een hash-symbool toe te voegen voor de regel Experiment_Type=Staircase.

Figuur 1: Verandering in het trapniveau gedurende de duur van het Shape_Brt experiment (daaropvolgende proeven). De rode grafiek geeft het trapniveau weer, wat zich vertaalt naar de beeldverhouding van de S- (ellips). Nadat er 4 omkeringen hebben plaatsgevonden (blauwe balken), is de detectiedrempel van het onderwerp vastgesteld en is de taak voltooid. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

8. Gebruik de nieuw verkregen drempel als basis voor de volgende stimulipresentatie (stappen 2.3-2.5). Om de nieuwe drempelwaarde in alle bestanden met stimulidefinities te vervangen, gebruikt u het Python-script in de vervangingsmap en volgt u de instructies op het scherm.

3. Stimuli procedure

OPMERKING: Er zullen in totaal 10 experimenten worden uitgevoerd: 5 met witte stippen op een zwarte achtergrond en 5 met zwarte stippen op een witte achtergrond.

1. Coherentie taak
   1. Wanneer het onderwerp klaar is, opent u het config.txt bestand en becommentarieert u de regel filename=Shape_Brt.txt en heft u de opmerking eronder op (d.w.z. voeg het hash-symbool in), inclusief de shape_dotsB_C.txt taak. In deze taak bestaan de cirkel en de ellips uit stippen die willekeurig bewegen met een snelheid van 10°/s. De achtergrond is opgebouwd uit stippen die coherent omhoog bewegen met dezelfde snelheid als in de cirkel en ellips.
      OPMERKING: Het is mogelijk om een andere bewegingsrichting van de achtergrondpunten te definiëren door de parameter Richting in het definitiebestand voor elke taak te bewerken.
   2. Ren Viscacha2.jar. Leg de taak aan het onderwerp uit in eenvoudige bewoordingen, bijvoorbeeld: Wijs altijd naar de cirkel. Wanneer de deelnemer klaar is, drukt u op de s-toets om het experiment te starten. Wacht tot het experiment is voltooid.
   3. Open het config.txt bestand, becommentarieer de regel filename=shape_dotsB_C.txt en hef de opmerking op de onderstaande regel op, inclusief de shape_dotsW_C.txt taak. Herhaal stap 3.1.2.
2. De taak van de richting
   1. Wanneer het onderwerp klaar is, opent u het config.txt bestand en plaatst u een opmerking bij de eerder geselecteerde bestandsnaam. Verwijder de opmerking van de regel met filename=shape_dotsB_D.txt taak. In deze taak bestaan de cirkel en de ellips uit stippen die coherent omhoog bewegen met een snelheid van 10°/s. De achtergrond bestaat uit stippen die coherent naar links bewegen met dezelfde snelheid als in de cirkel en ellips.
   2. Ren Viscacha2.jar. Leg de taak uit aan de proefpersoon. Wanneer de deelnemer klaar is, drukt u op de s-toets om het experiment te starten. Wacht tot het experiment is voltooid.
   3. Open het config.txt bestand, becommentarieer de regel filename=shape_dotsB_D.txt en verwijder de opmerking van de regel eronder, inclusief de shape_dotsW_D.txt taak. Herhaal stap 3.2.2.
3. Snelheid taak
   1. Wanneer het onderwerp klaar is, opent u het config.txt bestand en becommentarieert u de eerder geselecteerde bestandsnaam. Hef de opmerking op voor de regel met filename=shape_dotsB_V10_20.txt taak. Deze taak omvat drie voorwaarden. De cirkel en ellips en de achtergrond bestaan uit stippen die coherent naar boven bewegen, en stippen binnen de cirkel en de ellips bewegen altijd langzamer dan de achtergrondstippen: i) 10°/s versus 20°/s; ii) 5°/s versus 10°/s; en iii) 1°/s versus 2°/s.
   2. Ren Viscacha2.jar. Leg de taak uit aan de proefpersoon. Wanneer de deelnemer klaar is, drukt u op de s-toets om het experiment te starten. Wacht tot het experiment is voltooid.
   3. Open het config.txt-bestand en becommentarieer de regel shape_dotsB_V10_20.txt en verwijder de opmerking eronder, inclusief de shape_dotsW_V10_20.txt taak. Herhaal stap 3.2.2.
   4. Herhaal stap 3.3.1 - 3.3.3 2x, voor taken shape_dotsB_V5_10.txt en shape_dotsW_V5_10.txt, maar ook voor shape_dotsB_V1_2.txt en shape_dotsW_V1_2.txt.
      1. Om te voorkomen dat de bestandsnaam voor elke taak handmatig wordt gewijzigd nadat de taak is voltooid, gebruikt u een sweep_file optie. Stel in het config.txt bestand het veld sweep_files in op 0 om de procedure te beëindigen nadat elke taakprocedure is voltooid.
      2. Gebruik deze instelling voor de Shape_Brt.txt taak om de initiële drempelwaarde voor de basislijn te definiëren. Zodra de basislijn is ingesteld, stelt u voor het uitvoeren van meerdere taken achter elkaar het opruimbestand in op een geheel getal tussen 1 en 9. Het gehele getal bepaalt hier het aantal wijzigingen tussen opeenvolgende taken (bijv. als ingesteld op 1 en shape_dotsB_D.txt is niet becommentarieerd, zal het programma deze taak en de volgende uitvoeren. Als deze is ingesteld op 9, worden alle taken uitgevoerd). Intern resulteert dit in het opnieuw genereren van een nieuw configuratiebestand nadat elk experiment is voltooid, waarbij een eerder geselecteerde bestandsnaam wordt becommentarieerd en de daaropvolgende bestandsnaam wordt geselecteerd voor het komende experiment.

4. Veiligheidsbril die het zicht beperkt

1. Om het perifere gezichtsveld tijdelijk te verwijderen, gebruikt u een zwembril (Figuur 2), waarbij transparante lenzen worden vervangen door witte, ondoorzichtige lenzen. De lenzen hadden een diafragma van 1,4 mm dat het gezichtsveld beperkte tot de centrale 10°. Om de bril geschikt te maken voor elk onderwerp en om zo goed mogelijk rekening te houden met de natuurlijke individuele interoculaire afstand, maakt u 14 brillen met een afstand tussen de gaten van 58 mm tot 72 mm (met een stap van 1 mm tussen elke bril).

Figuur 2: Vernauwende bril. De centrale gaten hebben een diameter van 1,4 mm. We hadden 14 brillen met afstanden tussen de gaten van 58 mm tot 72 mm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Gebruik een liniaal om de afstand tussen de ogen van de deelnemer te bepalen. Plaats de liniaal net boven de ogen, in lijn met de wenkbrauwen, met de waarde 0 bovenop één oog. Bereken hoe ver in mm de tweede pupil is door de waarde bovenop het tweede oog te controleren. Vraag de deelnemer tijdens de procedure om de blik zo stabiel mogelijk te houden.
3. Nadat het meest geschikte paar is gekozen, geef je een pauze van 15 minuten. Vraag de deelnemers gedurende deze tijd om vrij in de kamer te bewegen, hun telefoon te gebruiken of te lezen om de ogen te laten wennen aan de nieuwe visuele toestand.
4. Start de procedure opnieuw vanaf stap 3.

5. Herconfiguratie

1. Schermgrootte en afstandskalibratie
   1. Als een ander beeldscherm wordt gebruikt, voert u de schermafmetingen (resolutie en diagonaal) in het configuratiebestand in (resolution_v voor verticale resolutie, resolution_h voor horizontale resolutie diagonal_inch voor de schermdiagonaal in inches).
   2. Ren Viscacha2.jar. Zodra het eerste scherm wordt weergegeven, drukt u op ESC om te beëindigen. Open het .csv bestand met de resultaten.
   3. Zoek de regel met tekst Afstand mm en noteer de waarde.
   4. Pas de experimentele opstelling opnieuw aan zodat de proefpersoon op de nieuw berekende afstand kan zitten. Bereken de afstand zo dat de schermbreedte horizontaal 44,6° van de visuele ruimte in beslag neemt. Dit wordt gedefinieerd door de full_angle_h parameter, die ook in het config.txt bestand kan worden gewijzigd.
      OPMERKING: Kalibratie kan ook worden uitgevoerd voor schermhoogte met behulp van de full_angle_v parameter. Houd er rekening mee dat slechts één van deze parameters kan worden ingesteld, de andere moet worden becommentarieerd met een #-voorvoegsel.
2. Definitie van stimuli
   1. Definieer de stimuliparameters in afzonderlijke bestanden (bijv. shape_dotsB_C.txt). Sommige waarden, zoals de afmetingen van de S- (Ellipse_X, Ellipse_Y) worden gegeven in pixels. Als u wilt berekenen van pixels naar visuele graden, vermenigvuldigt u de waarde met de vermenigvuldigingsfactor van pixel naar hoek die is geëxtraheerd uit het csv-bestand met resultaten.
      OPMERKING: Stimuliparameters, zoals de samenhang van de stippen, zijn vooraf gedefinieerd en instelbaar voor elke laag (achtergrond, vorm S+, vorm S-, ruis). In de coherentietaak bestaan de cirkel en de ellips bijvoorbeeld uit stippen die willekeurig bewegen met een snelheid van 10°/s (coherentie = 0,0). De achtergrond is opgebouwd uit stippen die coherent omhoog bewegen met dezelfde snelheid als in de cirkel en ellips (coherentie = 1,0). Viscacha2 heeft nog geen officiële gebruikershandleiding. Voor meer informatie over de definitie van stimuli verwijzen wij u naar het stimuli_description.ods bestand in de Viscacha2-repository.

Resultaten

De bewegingsscherptetaak genereert voor elke deelnemer één resultaatbestand voor elke stimuliprocedure. Een voorbeeldig logboekbestand voor een testdeelnemer is opgenomen in de opslagplaats in de doc-map. Van rij 1 tot en met rij 31 worden verschillende instellingen gerapporteerd, zoals de naam van de patiënt en de configuratie-instellingen. Het taakblok begint vanaf rij 34 en rapporteert belangrijke informatie die nodig is voor verdere analyse: gebeurtenistijd, gebeurtenistype, proef, duur, selectie, correct, succes, experimentator, externe stimuli, omkering en trapniveau. Belangrijk is dat de kolommen selectie en succes niet leeg mogen zijn; In dit geval kan dit duiden op een storing van het reactiehulpmiddel (toetsenbord of antwoordpad). Vanaf regel 170 wordt de drempelwaarde gerapporteerd onder de kolom drempelwaarde. Merk op dat de gekoppelde opslagplaats in stap 1.2 een script voor de voorbereiding van logbestanden bevat voor het opschonen van de logbestanden. Het logbestand kan worden gebruikt voor het analyseren van de nauwkeurigheid van de antwoorden door de selectie en correctie van de kolom te vergelijken of door simpelweg de kolom met de naam succes te controleren. Een andere nuttige waarde die wordt gerapporteerd, is de duur van het reactietijdonderzoek.

Voor een onderzoek naar de bewegingsscherptedrempel is de cruciale variabele daarentegen de waarde onder de kolomdrempel. Elke deelnemer heeft één drempel voor elke stimuluspresentatie en het is mogelijk om drempels te vergelijken die voortvloeien uit verschillende contrasten en/of uit verschillende taken.

In figuur 3 een representatieve grafiek voor een controlegroep die is getest in volledige zichttoestand (d.w.z. zonder het dragen van een vernauwende bril; Figuur 3A,B) en in beperkte zichttoestand (dragen van een vernauwende bril; Figuur 3C,D) is weergegeven. De geïncludeerde controledeelnemers hadden een normaal of gecorrigeerd naar normaal gezichtsvermogen.

Figuur 3: Representatieve resultaten voor de controlegroep. (A, B) Resultaten voor testen bij volledig zicht en (C,D) bij beperkt zicht met een bril die het perifere gezichtsveld bedekt. De bewegingsscherptedrempels van hoge snelheid (10/20 graden) tot coherentietaken worden weergegeven in (A, C) negatieve linkerpanelen en (B, D) positief contrast in rechterpanelen. Op de verticale as wordt de bewegingsscherptedrempel gerapporteerd als het minimale waargenomen verschil in visuele graden. De afzonderlijke drempels worden weergegeven als een cirkel. Middelen en standaardfouten worden weergegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

In figuur 4 werden twee groepen patiënten getest: patiënten die leden aan perifere fotoreceptordegeneratie (Retinitis pigmentosa, RP; Figuur 4A,B) en patiënten die lijden aan centrale fotoreceptordegeneratie (Stargardt, STGD; Figuur 4C,D). Om patiënten correct te includeren, werd de definitieve diagnose gesteld na typisch oogheelkundig onderzoek en na bijkomende onderzoeken, zoals optische coherentietomografie (OCT), fluoresceïne-angiografie (FA) en elektrofysiologisch onderzoek (flash-elektroretinografie, FERG). Bovendien, als patiënten niet in staat waren om de basistaak (Shape_Brt.txt) voor het bepalen van de initiële moeilijkheidsgraad van de test te zien of uit te voeren, werden ze automatisch uitgesloten van de procedure.

Figuur 4: Representatieve resultaten voor RP- en STGD-patiënten. (A, B) Resultaten voor RP-patiënten met verlies van visuele periferie en (C, D) STGD-patiënten met verlies van centraal zicht. De bewegingsscherptedrempels van hoge snelheid (10/20 graden) tot coherentietaken worden weergegeven in (A, C) negatieve linkerpanelen en (B, D) positief contrast in rechterpanelen. Op de verticale as wordt de bewegingsscherptedrempel gerapporteerd als het minimale waargenomen verschil in visuele graden. De afzonderlijke drempels worden weergegeven als een cirkel. Middelen en standaardfouten worden weergegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

In figuur 3 en figuur 4 wordt op de verticale as de scherptedrempel gerapporteerd als het minimale waargenomen verschil; De horizontale as verdeelt de resultaten in taken: snel 10/20, midden 5/10 en langzaam 1/2, in snelle snelheidsrichting en coherentie. Taken worden gepresenteerd in twee contrasten (d.w.z. a en c voor negatief, b en d voor positief). Elke deelnemer wordt gerapporteerd als een enkel punt, terwijl foutbalken de standaardfout vertegenwoordigen.

Deze representatieve resultaten laten zien dat voor de controlegroep in volledig zicht (figuur 3A) de bewegingsscherptedrempel vergelijkbaar is tussen de taken. Met de meest veeleisende taaksnelheid 10/20 in negatief contrast, de gemakkelijkste langzame snelheid 1/2 in positief contrast. Merk op dat het dragen van een bril die het perifere gezichtsveld bedekt, zoals blijkt uit de beperkte visuele toestand, de verspreiding van de resultaten onder de deelnemers verminderde, wat een succesvolle meting van centrale en perifere visuele stimulatie onthulde (Figuur 3B). Voor de patiënten (figuur 4) wordt ook bij de snelheidstaken weergegeven hoe de visuele beperking de bewegingsscherptedrempel beïnvloedt. Voor RP-patiënten (Figuur 4A,B), die het centrale gezichtsveld hebben gespaard, zijn de langzaamste taken het gemakkelijkst, terwijl voor de STGD-patiënten (Figuur 4C,D) die het perifere gezichtsveld hebben gespaard, het patroon de tegenovergestelde trend volgt met een hogere drempel voor de snelheid 1/2 (langzaam) en een lagere drempel voor de snelheid 10/20 (snel). Daarentegen maakten de richtings- en coherentietaken geen onderscheid tussen de twee patiëntengroepen.

Representatieve films van de stimuli zijn in .mp4 formaat beschikbaar in Aanvullend Bestand 1, Aanvullend Bestand 2, Aanvullend Bestand 3, Aanvullend Bestand 4, Aanvullend Bestand 5, Aanvullend Bestand 6, Aanvullend Bestand 7, Aanvullend Bestand 8, Aanvullend Bestand 9, Aanvullend Bestand 10, Aanvullend Bestand 11. Let op: bij die opnames geeft de witte cursor de positie van de cirkel (stimulus S+) aan, die gekozen moet worden voor een juiste keuze. Tijdens de experimentele sessie is deze cursor niet zichtbaar. De opnames zijn beschikbaar voor de basistaak Shape_Brt, de coherentietaken (shape_dotsB_C en shape_dotsW_C), de richtingstaken (shape_dotsB_D en shape_dotsW_D) en de snelheidstaken (snel 10/20 graden: shape_dotsB_V10_20, shape_dotsW_V10_20; midden 5/10 graden: shape_dotsB_V5_10, shape_dotsW_V5_10; langzaam 1/2 graden: shape_dotsB_V1_2, shape_dotsW_V1_2), in negatieve en positieve contrasten.

Aanvullend bestand 1: Basistaak voor de berekening van de begindrempel. De cirkel en ellips zijn weergegeven aan de zijkant van het fixatiekruis. Na elke keuze verandert de ellips van vorm: bij een juiste respons (de deelnemer kiest de cirkel) gaat de vorm van de ellips meer lijken op een omtrek; In het geval van een verkeerde reactie (de deelnemer kiest de ellips), wordt de vorm van de ellips meer geaccentueerd, volgens de trapprocedure. Gedurende de gehele procedure wordt de deelnemer gevraagd om naar het fixatiekruis te kijken. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 2: Coherentietaak in negatief contrast. De RDK is gebouwd met zwarte stippen die bewegen op een witte achtergrond. De twee centraal geplaatste vormen worden gedefinieerd door de RDK-beweging: binnen de vormen bewegen de stippen willekeurig, terwijl de achtergrond wordt gevormd met stippen die met 10°/s naar boven bewegen. De moeilijkheidsgraad wordt bepaald door de basistaak. De cirkel en ellips zijn weergegeven aan de zijkant van het fixatiekruis. Gedurende de gehele procedure wordt de deelnemer gevraagd om naar het fixatiekruis te kijken. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend Dossier 3: Coherentietaak in positief contrast. De RDK is gebouwd met witte stippen op een zwarte achtergrond. De twee centraal geplaatste vormen worden gedefinieerd door de RDK-beweging: binnen de vormen bewegen de stippen willekeurig, terwijl de achtergrond wordt gevormd met stippen die met 10°/s naar boven bewegen. De moeilijkheidsgraad wordt bepaald door de basistaak. De cirkel en ellips zijn weergegeven aan de zijkant van het fixatiekruis. Gedurende de gehele procedure wordt de deelnemer gevraagd om naar het fixatiekruis te kijken. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 4: Richtingstaak in negatief contrast. De RDK is gebouwd met zwarte stippen die bewegen op een witte achtergrond. De twee centraal gelegen vormen worden gedefinieerd door de RDK-beweging: binnen de vormen bewegen de stippen met 10°/s naar boven en de achtergrond beweegt met 10°/s naar links. De initiële moeilijkheidsgraad is ingesteld zoals in aanvullend bestand 2. De cirkel en ellips zijn weergegeven aan de zijkant van het fixatiekruis. Gedurende de gehele procedure wordt de deelnemer gevraagd om naar het fixatiekruis te kijken. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend dossier 5: Richtingstaak in positief contrast. De RDK is gebouwd met witte stippen die op een zwarte achtergrond bewegen. De twee centraal gelegen vormen worden gedefinieerd door de RDK-beweging: binnen de vormen bewegen de stippen met 10°/s naar boven en de achtergrond beweegt met 10°/s naar links. De initiële moeilijkheidsgraad is ingesteld zoals in aanvullend bestand 2. De cirkel en ellips zijn weergegeven aan de zijkant van het fixatiekruis. Gedurende de gehele procedure wordt de deelnemer gevraagd om naar het fixatiekruis te kijken. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 6: Hoge snelheidstaak in negatief contrast. De RDK is gebouwd met zwarte stippen die bewegen op een witte achtergrond. De twee centraal gelegen vormen worden gedefinieerd door de RDK-beweging: binnen de vormen bewegen de stippen met 10°/s omhoog en de achtergrond met 20°/s naar boven. De initiële moeilijkheidsgraad is ingesteld zoals in aanvullend bestand 2. De cirkel en ellips zijn weergegeven aan de zijkant van het fixatiekruis. Gedurende de gehele procedure wordt de deelnemer gevraagd om naar het fixatiekruis te kijken. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 7: Hoge snelheidstaak op positief contrast. De RDK is gebouwd met witte stippen die op een zwarte achtergrond bewegen. De twee centraal gelegen vormen worden gedefinieerd door de RDK-beweging: binnen de vormen bewegen de stippen met 10°/s omhoog en de achtergrond met 20°/s naar boven. De initiële moeilijkheidsgraad is ingesteld zoals in aanvullend bestand 2. De cirkel en ellips zijn weergegeven aan de zijkant van het fixatiekruis. Gedurende de gehele procedure wordt de deelnemer gevraagd om naar het fixatiekruis te kijken. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 8: Taak met gemiddelde snelheid in negatief contrast. De RDK is gebouwd met zwarte stippen die bewegen op een witte achtergrond. De twee centraal gelegen vormen worden gedefinieerd door de RDK-beweging: binnen de vormen bewegen de stippen met 5°/s omhoog en de achtergrond met 10°/s naar boven. De initiële moeilijkheidsgraad is ingesteld zoals in aanvullend bestand 2. De cirkel en ellips zijn weergegeven aan de zijkant van het fixatiekruis. Gedurende de gehele procedure wordt de deelnemer gevraagd om naar het fixatiekruis te kijken. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 9: Taak met gemiddelde snelheid in positief contrast. De RDK is gebouwd met witte stippen die op een zwarte achtergrond bewegen. De twee centraal gelegen vormen worden gedefinieerd door de RDK-beweging: binnen de vormen bewegen de stippen met 5°/s omhoog en de achtergrond met 10°/s naar boven. De initiële moeilijkheidsgraad is ingesteld zoals in aanvullend bestand 2. De cirkel en ellips zijn weergegeven aan de zijkant van het fixatiekruis. Gedurende de gehele procedure wordt de deelnemer gevraagd om naar het fixatiekruis te kijken. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 10: Taak met lage snelheid in negatief contrast. De RDK is gebouwd met zwarte stippen die bewegen op een witte achtergrond. De twee centraal gelegen vormen worden gedefinieerd door de RDK-beweging: binnen de vormen bewegen de stippen met 1°/s omhoog en de achtergrond met 2°/s naar boven. De initiële moeilijkheidsgraad is ingesteld zoals in aanvullend bestand 2. De cirkel en ellips zijn weergegeven aan de zijkant van het fixatiekruis. Gedurende de gehele procedure wordt de deelnemer gevraagd om naar het fixatiekruis te kijken. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 11: Taak met lage snelheid in positief contrast. De RDK is gebouwd met witte stippen die op een zwarte achtergrond bewegen. De twee centraal gelegen vormen worden gedefinieerd door de RDK-beweging: binnen de vormen bewegen de stippen met 1°/s omhoog en de achtergrond met 2°/s naar boven. De initiële moeilijkheidsgraad is ingesteld zoals in aanvullend bestand 2. De cirkel en ellips zijn weergegeven aan de zijkant van het fixatiekruis. Gedurende de gehele procedure wordt de deelnemer gevraagd om naar het fixatiekruis te kijken. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussie

Hier wordt een nieuwe methode beschreven voor het meten van visuele bewegingsscherpte met behulp van een reeks stimuli op basis van willekeurige puntkinematogrammen. Het resultaat wordt gegeven als een minimaal waargenomen verschil tussen een cirkel en een ellips, en het stelt iemand in staat om te zien wanneer het onderwerp geen vormen meer van elkaar onderscheidt. Hoe kleiner het verschil dat wordt bereikt, hoe beter de scherpte: het betekent dat het onderwerp nog steeds kan detecteren waar de cirkel is, ook al is deze bijna identiek aan de ellips. De hier gepresenteerde bewegingsscherptetest brengt de resultaten in visuele graden, die kunnen worden gerelateerd aan de gebruikelijke klinische metingen op basis van herkenningsscherpte, waarvoor de identificatie van contrastrijke letters van verschillende groottes vereist^{is 22}.

De voorbereiding van de opstelling is van cruciaal belang. Zoals uitgelegd in stap 1.1, is een gedimde ruimte de beste keuze voor het uitvoeren van de procedure. Het is belangrijk om elke bron van extra licht af te dekken (bijv. een indicatielampje van de monitor, responspads, de eye-tracker of andere apparaten die in de kamer aanwezig zijn). Evenzo wordt geadviseerd om de procedure uit te voeren in een akoestisch geïsoleerde ruimte om verdere bron van afleiding te voorkomen. De afstand tot de monitor en de grootte van de monitor moeten duidelijk worden gedefinieerd, aangezien het genereren van de stippen afhankelijk is van deze waarden.

Zoals vermeld in de OPMERKING van stap 1.1, wordt de eyetracker ook ten zeerste aanbevolen om de blik van de deelnemers te volgen. Voor de procedure zat de deelnemer, na te zijn geïnstrueerd, alleen in een kleine kamer, terwijl de onderzoeker in een aangrenzende ruimte buiten de experimentele kamer zat en de blik en hoofdbewegingen in de gaten hield met behulp van de eye-trackercamera. Wanneer de eye-tracker niet beschikbaar is, kan de onderzoeker de positie van het hoofd controleren door een camera te gebruiken die boven de testmonitor is geïnstalleerd en de livebeelden op een apart scherm te controleren. Beide instellingen, met en zonder de eyetracker, zijn efficiënt gebleken door een eerdere studie bij RP- en STGD-patiënten¹⁴. De eyetracker maakt echter niet alleen het monitoren van de fixaties mogelijk, maar ook latere analyses.

De procedure kan worden verbeterd door het toevoegen van een instructiescherm of door het toevoegen van akoestische instructies (voor slechtziende deelnemers). Het mondeling uitleggen van de procedure kan van tijd tot tijd leiden tot verschillen in uitleg, wat leidt tot verschillende uitvoeringen. Bovendien kan het verschil in uiterlijk tussen de basistaak (Shape_Brt) en de andere taken voor sommige deelnemers soms omslachtig en verwarrend zijn; Om deze reden wordt het ten zeerste aanbevolen om duidelijk uit te leggen hoe anders de stimuli eruit zullen zien dan de eerste taak. In het geval dat een deelnemer niet in staat is om een specifieke taak uit te voeren of problemen vertoont bij de uitvoering, wordt aanbevolen om de waarde van de sweep_file parameter te wijzigen (stap 3.3.4 OPMERKING) om één taak per keer te testen. Op deze manier zou de onderzoeker meer controle hebben over de procedure, beslissen of hij de gepresenteerde taak moet verlaten en handmatig naar de volgende moet gaan. De procedure met een vernauwende bril kan soms moeilijk aan elke persoon aan te passen zijn. Een hint voor het kiezen van de juiste bril zou zijn om de deelnemers te vragen zich te fixeren op een object voor hen zonder hun hoofd te bewegen, het ene oog te bedekken en dan het andere. Als de deelnemers het object duidelijk kunnen zien met het ene oog en dan met het andere oog, dan is de bril die ze dragen voldoende.

Het is bekend om stationaire stimuli dat de verwerking van donker en licht gescheiden is in het netvlies en op corticaal niveau, waar de verwerking van donker domineert¹². Hier, met behulp van stimuli in beweging, biedt de voorgestelde procedure een unieke kans om te onderzoeken hoe het verlies van specifieke delen van het gezichtsveld de verwerking van beweging en vorm tegelijkertijd beïnvloedt in negatieve of positieve contrasten. De discriminatie van centraal gelegen vormen werd sterk verstoord door de taak met een hoge snelheid van 10/20° in negatief contrast, zoals gerapporteerd door de deelnemers. Dit is in lijn met de activering van de corticale weergave van het perifere gezichtsveld door snel bewegende stimuli in negatief contrast²³. Het voorbijgaande verlies van perifere visuele input door het vernauwen van de bril bij controlepersonen gedurende 15 minuten vóór de procedure had geen invloed op de bewegingsscherpte. We zouden echter een kleinere spreiding van de individuele resultaten kunnen zien. Hoogstwaarschijnlijk legt dit de individuele verschillen bloot in de wisselwerking tussen centrale en perifere verwerking. Hoe werkt bewegingsdetectie zonder bewegingsgevoelige randapparatuur? Kunnen we een overname van functies waarnemen van beschadigde onderdelen naar reserveonderdelen²⁴? In welke mate? Dankzij deze eenvoudig te bewerken set tests is het mogelijk om na te gaan hoe de veranderingen in de stimuli-functies de visuele verwerking beïnvloeden. Alle instellingen, die mogelijk van invloed zijn op de verwerking van het gezichtsvermogen, kunnen worden aangepast: de kleur van bewegende stippen, hun snelheid en grootte, en meer. Deze mogelijkheid geeft de gebruiker een groot spectrum van verschillende tests die kunnen worden gebruikt om het volledige gezichtsveld en het visuele functioneren bij verschillende manipulaties te onderzoeken. We besloten ervoor te kiezen om de bewegingsscherpte binnen de centrale 8° te testen om de centrale fijne verwerking te onderscheiden van perifere bewegingsstimulatie⁵. Toekomstige gebruikers kunnen echter de grootte en locatie van stimuli binnen het gezichtsveld aanpassen aan hun behoeften.

Zoals eerder werd aangetoond, versterkten centrale retinale laesies de perceptie van bewegende stimuli, wat kenmerkend is voor periferieën18. Bovendien bleek uit een fMRI-studie van MD-patiënten met centraal retinaal verlies²³ dat delen van de visuele cortex, waaronder V1, die niet reageerden op centrale visuele stimulatie, werden geactiveerd door perifeer gelegen visuele stimuli, wat mogelijke aanpassingen van het visuele systeem weerspiegelt voor langdurig verlies van centraal gezichtsvermogen. De hogere variabiliteit in de groep RP-patiënten komt waarschijnlijk voort uit de hoge interindividuele verschillen in ziekteprogressie en manifestatie van symptomen. Ook hebben RP-patiënten over het algemeen moeite om zich aan te passen aan verlies van gezichtsvermogen en vertonen ze onregelmatige patronen van saccades^25,26, wat kan helpen verklaren waarom ze zich zo anders gedragen; Om deze reden, zoals ook uitgelegd in stap 1, wordt het gebruik van een eyetracker geadviseerd, vooral bij het testen van patiënten.

De voorgestelde procedure is niet verstoken van moeilijkheden en beperkingen. De logbestanden van elke experimentele sessie kunnen moeilijk te lezen en op te schonen zijn. Om deze reden is in stap 1.2 de repository met de code voor het opschonen van de logs toegankelijk gemaakt met de meegeleverde link. Bovendien kan het moeilijk zijn om deelnemers met een vergevorderde mate van bijziendheid te testen. De taak vereist dat deelnemers de RDK duidelijk kunnen zien en ten minste onderscheid kunnen maken tussen voorgrond en achtergrond op de gegeven afstand van de monitor.

De voorgestelde op beweging gebaseerde scherptetest stelt ons in staat om de visuele functies te beoordelen die afhankelijk zijn van de input die niet alleen afkomstig is van het centrale gezichtsveld, maar ook van de periferieën¹⁴. Perceptie van beweging en fijne stationaire details zijn niet volledig gescheiden, zoals onlangs werd aangetoond door een scherptewinst na aanpassing aan concentrische ringbeweging¹¹. Het vernauwingssysteem kan worden gebruikt in de MRI-scanner zonder in strijd te zijn met veiligheidsrichtlijnen²⁷ en tijdens TMS- of tRNS-sessies ^28,29, waardoor mogelijke mechanismen achter de corticale dynamiek kunnen worden gevolgd als gevolg van het beperken van het gezichtsveld bij gezonde controles en bij patiënten.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Chinrest			op maat
Computer			Windows 10 of hoger
Display			1920 × 1080, 31 inches
EyeLink 1000 Plus	SR Research		desktop mount
USB Keyboard
USB mouse