Virtual Reality-tools voor het beoordelen van eenzijdige ruimtelijke verwaarlozing: een nieuwe kans voor gegevensverzameling
10 maart 2021
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.
Ons protocol, onderzoekers kunnen nieuwe virtual reality-tools ontwerpen en valideren om te helpen bij de diagnose en karakterisering van eenzijdige ruimtelijke verwaarlozing. Deze techniek biedt een breed scala aan datasets voor de studie van eenzijdige ruimtelijke verwaarlozing. Het vermijdt ook mogelijke verstorende effecten die worden waargenomen in studies van patiënten met verworven hersenletsel.
Een betere karakterisering van eenzijdige ruimtelijke verwaarlozing kan de levering van therapie aan patiënten met subtiele maar nog steeds slopende tekorten vergemakkelijken en mogelijk hun algehele herstel verbeteren. De procedure wordt gedemonstreerd door Sam Cason en Peter Schwab, onderzoekers van mijn laboratorium. Om de Line Bisection-test uit te voeren, moet de proefpersoon aan een tafel direct tegenover de tester zitten en het onderwerp voorzien van een schrijfgerei en het stimulusblad om ervoor te zorgen dat het blad direct voor het onderwerp wordt geplaatst.
Instrueer het onderwerp om snel en nauwkeurig elke lijn die op het stimulusblad is afgedrukt zo dicht mogelijk bij het midden van elke lijn te doorsnijden, terwijl ze hun hoofd en schouders zoveel mogelijk gecentreerd houden. Om de Bells Test uit te voeren, geef de proefpersoon het Bells Test stimuli sheet en instrueer het onderwerp om alle klokken op het blad zo snel en nauwkeurig mogelijk te omcirkelen of door te strepen terwijl ze hun hoofd en schouders zo gecentreerd houden. Om de steranschakelingstest uit te voeren, presenteert u de proefpersoon met het stimulusblad en zorgt u ervoor dat het direct voor hen wordt geplaatst en instrueert u het onderwerp om alle sterren op het stimulusblad zo snel en nauwkeurig mogelijk te omcirkelen of door te strepen met hun hoofd en schouders gecentreerd.
Om de Otas-cirkelannuleringstest uit te voeren, geeft u de proefpersoon het Otas-cirkelannuleringsprikkelblad en instrueert u het onderwerp om alle open onvolledige cirkels zo snel en zo nauwkeurig mogelijk door te strepen of te omcirkelen met hun hoofd en schouders zo gecentreerd. Upload vóór de eerste TMS-sessie de 3TT1 MRI-scan van het onderwerp in de neuronavigatiesoftware en maak een 3D-weergave van de hersenen van het onderwerp. Laat het onderwerp tijdens de eerste sessie voor een optische trackingcamera zitten en gebruik een hoofdband of bril om een tracker op het onderwerp te plaatsen.
Bevestig één wegwerpschijfelektrode op de rechter dorsale interossale elektrode van het onderwerp, één schijfelektrode op de tweede knokkel van de proefpersoon op de rechteraanwijzer en één aardelektrode op de rechterpols, rechterhand en pols van het onderwerp. Sluit de elektroden aan op een elektrodeadapter die wordt ingevoerd in een MEP-trackingsoftwareprogramma en selecteer een nieuwe online sessie om het project van het onderwerp binnen de neuronavigatiesoftware te openen. Selecteer de doelen die in deze sessie moeten worden gestimuleerd en raak met behulp van een aanwijzer die is geregistreerd bij de neuronavigatiesoftware het gezicht van het onderwerp aan op dezelfde locaties als waar de oriëntatiepunten zijn geplaatst.
Open het validatietabblad in de software en gebruik de aanwijzer om het onderwerp op verschillende plekken op het hoofd aan te raken, zodat de kruisharen op het scherm in lijn zijn met de plek die op het onderwerp wordt gericht. Sluit een handheld TMS-spoel aan op het TMS-apparaat en schakel het TMS-apparaat in. Stel het instrument in op enkele puls en stel een geschikte stimulatie-intensiteit in.
Door de handheld TMS-spoel aan de linkerkant van het hoofd van het onderwerp te plaatsen, worden stimuli aan de motorische cortex gegeven met behulp van TMS-enkele pulsen. Om de locatie te identificeren die de eerste dorsale interossale prikkelt. Verander de stimulatie-intensiteit totdat de stimulatie mep's van ten minste 50 millivolt precies vijf van de 10 keer oproept.
Deze intensiteit wordt beschouwd als de rustmotorische drempel. Vervang de handheld spoel door een luchtgekoelde TMS-spoel door een ingebouwd koelsysteem gericht op de SMG of STG voor actieve sessies of de vertex voor schijnsessies en stel de stimulatieparameters in op repetitief TMS met een snelheid van één Hertz gedurende 20 minuten bij een intensiteit van 110% van de rustmotordrempel. Begin dan met het stimuleren van het doel van interesse.
Om de virtual reality-gedragstest uit te voeren, plaatst u de VR-headset op het hoofd van de zittende proefpersoon met de riemen stevig maar comfortabel vastgezet. Geef het onderwerp beide controllers en zorg ervoor dat beide ogen zichtbaar zijn door visueel te bevestigen dat ze gecentreerd zijn in de camerafeeds van de pupilkernsoftware. Open in de unity editor de virtual reality-taak en druk op de afspeelknop.
Vraag het onderwerp om recht vooruit te kijken en klik op de scheurcameraknop. Klik op de knop Zelfstudie starten en wacht tot het onderwerp de zelfstudie heeft voltooid. Wanneer het onderwerp is voltooid, klikt u op de knop Eye Tracking kalibreren en klikt u op volgende proefversie om de eerste proef te starten.
Wanneer het onderwerp de proef heeft voltooid, klikt u nogmaals op de afspeelknop om de taak te beëindigen. In deze analyse werd de gemiddelde balhoofdhoek onderzocht om te bepalen of de virtual reality-taak gevoelig genoeg was om een verschil tussen de SMG- en STG-groepen te identificeren. ANCOVA-analyse van balhoofdhoekverschillen tussen groepen onthulde een significant verschil in balhoofdhoekveranderingsscores tussen de pre- en post-TMS-groepen.
Deze bevinding van de virtual reality-taak komt overeen met de resultaten van de traditionele papier- en potloodtaak, omdat beide een patroon aantoonden waarin de SMG-groep mogelijk een subtiele verwaarlozing had en meer naar rechts keek in vergelijking met de STG-groep. Om specifiek te beoordelen op tekenen van allocentrische verwaarlozing op een individueel doelniveau kunnen bloemen worden gescheiden door welke kant van de bloem de defecte bloemblaadjes bevat. In deze analyse hadden deelnemers in de SMG-groep de neiging om verder naar rechts te kijken naar een hogere bloem-tot-balhoofdhoek bij het zoeken naar het korte bloemblad aan de rechterkant van de bloem in vergelijking met de hoek die werd waargenomen toen de korte bloemblaadjes zich aan de linkerkant van de bloem bevonden.
Wanneer het gemiddelde aantal seconden dat deelnemers naar elke bloem keken, werd geanalyseerd, werd geen significant verschil in gemiddelde balhoofdhoekveranderingsscore waargenomen tussen de SMG- en STG-groepen. Deze methode wordt beperkt door de subtiele klinische effecten die worden bereikt met repetitieve transcraniële magnetische stimulatie. Dus de juiste stimulatieparameters in corticale gebiedsgerichte targeting zijn van cruciaal belang.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie richt zich op het ontwerp en de validatie van een nieuwe virtual reality-taak die bedoeld is voor het detecteren en karakteriseren van unilaterale ruimtelijke neglect, een aandoening die veel voorkomt bij mensen die een beroerte hebben overleefd. De benadering is erop gericht het begrip en het beheer van dit neurologische syndroom te verbeteren.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Virtual Reality-toepassingen
- Revalidatie na een beroerte
Achtergrond
- Unilaterale ruimtelijke neglect komt voor bij 23-46% van de overlevenden van een acuut stroke.
- Huidige diagnostische methoden kunnen storende effecten hebben.
- Virtual reality biedt een nieuwe weg voor beoordeling en therapie.
- Een verbeterde karakterisering kan leiden tot betere therapeutische resultaten.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een virtual reality-tool voor het diagnosticeren van unilaterale spatiale neglect.
- Het leveren van uitgebreide datasets voor onderzoek naar het syndroom.
- Het faciliteren van gerichte therapie voor patiënten met subtiele deficiënties.
Gebruikte methoden
- Het ontwerpen van een virtual reality-taak voor assessment.
- Het uitvoeren van de lijnbisectietest bij proefpersonen.
- Het verzamelen van gegevens om neglect-kenmerken te analyseren.
- De deelname van onderzoekers Sam Cason en Peter Schwab aan de demonstratie.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle implementatie van de virtual reality-taak.
- Verzameling van diverse datasets voor unilaterale spatiële neglect.
- Identificatie van subtiele tekorten bij stroke-overlevers.
- Potentieel voor verbeterde herstelresultaten door gerichte therapie.
Conclusies
- De virtual reality-tool is veelbelovend voor het diagnosticeren van unilaterale ruimtelijke neglect.
- Het kan storende variabelen bij patiëntbeoordelingen verminderen.
- Verder onderzoek zou therapeutische strategieën voor slachtoffers van een beroerte kunnen verbeteren.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directie
Deze studie demonstreert hoe virtual reality kan worden gebruikt om unilaterale ruimtelijke neglect te modelleren en te beoordelen, een neurologische aandoening die relevant is voor het herstel na een beroerte. Door VR te combineren met gerichte TMS, kunnen onderzoekers specifieke visuospatiale tekorten isoleren en kwantificeren in gecontroleerde omgevingen. Deze benadering ondersteunt mechanistische risicoreductie in preklinisch neurowetenschappelijk onderzoek en biedt een schaalbaar platform voor het evalueren van potentiële therapeutische interventies.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt onderzoek naar neurale circuits die betrokken zijn bij visuospatiale aandacht mogelijk door gecontroleerde inductie van neglect-achtige symptomen.
- Operationele waarde: Biedt een reproduceerbare methode om functionele resultaten na neuromodulatie-interventies te beoordelen.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert kwantitatieve gedragsmatige resultaten, zoals hoofdrautatie (yaw) en afwijking van de visuele as, voor objectieve symptoomregistratie.
- Operationele waarde: Ondersteunt de standaardisatie van assays via dynamische aanpassing van de moeilijkheidsgraad en geautomatiseerde gegevensverzameling in immersieve omgevingen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Modelleert tekortkomingen door verworven hersenletsel bij gezonde proefpersonen, waardoor de voorspellende validiteit voor therapeutische screening wordt verbeterd.
- Operationele waarde: Slaat een brug tussen discovery- en preklinische workflows door VR-gebaseerde biomarkers voor aandachtsfuncties te valideren.
Integratie van Pipeline & Workflow
Het VR-TMS-paradigma past binnen de overgang van vroege ontdekking naar preklinisch onderzoek en biedt een platform voor de validatie van target engagement en functionele read-out.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing van corticale targets (STG, SMG) in attentionele netwerken via meetbare gedragsveranderingen.
- Screening: Maakt een hoogwaardige, reproduceerbare beoordeling van neuromodulerende effecten op ruimtelijke cognitie mogelijk.
- Analytics: Levert continue, kwantitatieve metrieken (hoek van het hoofd, blikrichting) voor groepsvergelijkingen en dosis-responsmodellering.
- Translationeel Onderzoek: Sluit aan bij klinische symptomatologie van verwaarlozing, wat de continuïteit ondersteunt van kunstmatige modellen naar patiëntrelevante uitkomsten.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar VR-neurowetenschappelijk platform dat toepasbaar is binnen meerdere validatieprogramma's voor CNS-targets.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt de voorspellende betrouwbaarheid door het verminderen van storende variabelen die inherent zijn aan patiëntenstudies.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van neuropsychologische beoordelingen via gestandaardiseerde VR-omgevingen.
- Strategische waarde: Verbetert de go/no-go besluitvorming door het vroegtijdig verstrekken van transleerbare functionele gegevens over CNS-doelwitten.
- Impact op portfolio: Maakt een risico-gecorrigeerde prioritering van neuromodulatie-doelwitten mogelijk op basis van objectieve gedragsmatige risicovermindering.
Overwegingen voor implementatie
- Expertise in neurowetenschappen, de ontwikkeling van virtual reality en het toedienen van TMS is vereist.
- De instrumentatie omvat VR-headsets met eye-tracking, TMS-systemen en neuro-navigatiesoftware.
- Standaardisatie tussen teams is nodig voor het ontwerp van stimuli, prestatiedrempels en protocollen voor data-analyse.
- Aanpassing over verschillende modelsystemen hangt af van de validiteit van neglect-achtige fenotypes en homologe corticale targeting.
- Praktische beperkingen omvatten de subtiliteit van geïnduceerde effecten en de afhankelijkheid van precieze stimulatieparameters.
