Artykuł metodologiczny

Kontrola okulologiczna w celu oceny funkcji poznawczych u pacjentów ze stwardnieniem zanikowym bocznym

8.1K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/54634

⸱

13 października 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurology, Ulm University, 2Institute of Medical Technology, Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg

W tym artykule

Podsumowanie

Deficyty poznawcze są powszechne u około jednej trzeciej pacjentów ze stwardnieniem zanikowym bocznym, stanem neurologicznym prowadzącym do postępującego upośledzenia mowy i zdolności ruchowych. Aby przeprowadzić testy poznawcze u pacjentów, którzy nie są w stanie mówić ani pisać, opracowano niezawodny i łatwy do przeprowadzenia paradygmat śledzenia wzroku.

Streszczenie

Stwardnienie zanikowe boczne (ALS) jest zaburzeniem neurodegeneracyjnym z patologicznym zajęciem górnych i dolnych neuronów ruchowych, co prowadzi do postępującej utraty zdolności motorycznych i mowy. Ponadto funkcje poznawcze są upośledzone w podgrupie pacjentów. Aby ocenić te potencjalne deficyty u pacjentów z poważnie upośledzonym fizycznie ALS, śledzenie wzroku jest obiecującym sposobem przeprowadzania testów poznawczych. Niniejszy artykuł koncentruje się na tym, w jaki sposób ruchy gałek ocznych, pośredni środek komunikacji u pacjentów niepełnosprawnych fizycznie, mogą być wykorzystane do szczegółowej oceny neuropsychologicznej. Przedstawiono wymagania w zakresie parametrów okoruchowych, które muszą być spełnione w celu zapewnienia wystarczającego śledzenia ruchu gałek ocznych u pacjentów z ALS. Opisano również właściwości bodźców, w tym rodzaj testów neuropsychologicznych i styl prezentacji, najlepiej nadające się do skutecznej oceny funkcjonowania poznawczego. Ponadto przedstawiono zalecenia dotyczące wymogów proceduralnych. Ogólnie rzecz biorąc, metodologia ta zapewnia niezawodne, łatwe do zastosowania i szybkie podejście do oceny deficytów poznawczych u pacjentów, którzy nie są w stanie mówić ani pisać, takich jak pacjenci z ciężkim stwardnieniem zanikowym bocznym. Jedynym czynnikiem zakłócającym mogą być deficyty w dobrowolnej kontroli ruchów gałek ocznych w podgrupie pacjentów z ALS.

Wprowadzenie

Postępujące upośledzenie zdolności motorycznych i mowy jest jednak czynnikiem ograniczającym dokładną ocenę zdolności poznawczych w późniejszych stadiach choroby8. W tym przypadku podejścia oparte na okulomotoryce wydają się być bardzo obiecujące, ponieważ podstawowa kontrola ruchów gałek ocznych pozostaje nienaruszona przez stosunkowo długi czas w przebiegu ALS u większości pacjentów9. Parametry śledzenia ruchu gałek ocznych zostały wykorzystane do uzyskania informacji o stanie poznawczym pacjentów z ALS10, a także korelują z sekwencyjnym wzorcem rozprzestrzeniania się ALS11. Ruch gałek ocznych jako sposób kontrolowania testów poznawczych w kontekście ALS był również badany we wcześniejszych pracach. W jednym z badań z powodzeniem wykazano jego użyteczność w zdrowych grupach kontrolnych przy użyciu okulomotorycznej wersji Trail-Making Test12, podczas gdy w innym stwierdzono, że jest on odpowiedni do rozróżnienia między zdrowymi osobami z grupy kontrolnej a pacjentami z ALS na podstawie sprawności poznawczej oraz do rozróżnienia między pacjentami z większą i mniejszą upośledzeniem poznawczo13.

Opisane tutaj badania wykorzystywały metodologię opartą na okulomotoryce do badania zaburzeń poznawczych u pacjentów z ALS, szczególnie w dziedzinie funkcjonowania wykonawczego. Do kontroli ruchu gałek ocznych zaadaptowano dwa dobrze zwalidowane i powszechnie stosowane testy neuropsychologiczne: kolorowe matryce progresywne Ravena (CPM)14 i testD215. CPM jest niewerbalnym instrumentem używanym do pomiaru zdolności wykonawczych i wzrokowo-przestrzennych, a także inteligencji płynnej. Test D2 jest również niewerbalnym narzędziem używanym do wykrywania dysfunkcji wykonawczych w domenach selektywnej i długotrwałej uwagi oraz szybkości przetwarzania wzrokowego. Oba są szeroko stosowanymi narzędziami klinicznymi, które zostały z powodzeniem wykorzystane w poprzednich badaniach oceniających potencjalne pogorszenie funkcji poznawczych w trakcie choroby16 oraz stan neuropsychologiczny pacjentów z ALS w porównaniu ze zdrowymi osobami z grupy kontrolnej17.

Celem tej pracy było pokazanie wymagań dotyczących skutecznej oceny deficytów poznawczych w ALS niezależnie od niepełnosprawności ruchowej i mowy, przy użyciu niezawodnej, opartej na śledzeniu wzroku wersji CPM i testu D2. Co ważne, opisana tu metoda ma potencjał do rozszerzenia na inne populacje pacjentów z ciężkimi zaburzeniami motorycznymi.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Badanie zostało zatwierdzone przez Komitet Etyki Uniwersytetu w Ulm (Oświadczenie nr 19/12) i dlatego opisany protokół jest zgodny z ich wytycznymi. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę.

1. Bodźce i środowisko testowe

  1. Aby ograniczyć rozproszenie uwagi do minimum, wykonuj badania w ciemnym lub bardzo słabo oświetlonym i cichym pomieszczeniu.
  2. Używaj odpowiedniego urządzenia śledzącego ruch gałek ocznych.
    UWAGA: Dostępna jest szeroka gama urządzeń do wykonywania badań ruchu gałek ocznych. W prezentowanych badaniach wykorzystano przenośne urządzenie rejestrujące ruch gałek ocznych wraz z goglami, które synchronicznie mierzą pozycje gałek ocznych lornetki, wykorzystując dwie zintegrowane kamery z diodą emitującą światło podczerwone (diody IR), po jednej na każde oko18.
    1. Aby zapewnić optymalne śledzenie ruchu gałek ocznych, wyreguluj kamery ręcznie, przechylając je we wszystkich 6 stopniach swobody (3 translacyjne, 3 obrotowe), aż wykrywanie ruchu gałek ocznych będzie optymalne.
      UWAGA: Pomiary systemu są wyświetlane w czasie rzeczywistym na ekranie eksperymentatora w celu monitorowania jakości nagrania i zachowania uczestników podczas reakcji. Najważniejsze cechy systemu zostały opisane poniżej, a szczegółowe specyfikacje podano w tabeli 1.
  3. Wdrożenie ustandaryzowanego paradygmatu badań okoruchowych, który jest w stanie wykryć deficyty w kontroli ruchu gałek ocznych.
    UWAGA: Może to być seria zadań, takich jak płynny pościg lub zadania sakkadowe, w których uczestnicy z upośledzoną kontrolą ruchu gałek ocznych radzą sobie źle (np. metody opisane przez Gorges i in. 201511). Uczestnicy ci muszą zostać wykluczeni z dalszych testów.
  4. Przedstaw zadania za pomocą odpowiedniego oprogramowania, które wyświetla bodźce na półcylindrycznym ekranie za pomocą projektora zamontowanego nad głową badanego11. Dodatkowo upewnij się, że dla testu D2 obecna jest czerwona plamka lasera (średnica: 0.3°, pozycja: 10° w pionie).
  5. Posadź uczestników na podwyższonym krześle z regulowanym podbródkiem, tak aby odległość od oka do ekranu wynosiła około 150 cm.
  6. Użyj zestawu A i B CPM (12 bodźców na każdą serię) w pierwszej części eksperymentu. Pokaż te bodźce jako macierze o długości 22°/wysokości 15° z sześcioma możliwymi alternatywami przedstawionymi poniżej, które mogą zmieścić się w pustej przestrzeni o szerokości 6° i wysokości 5° wyciętej z matrycy.
  7. W teście D2 użyj pięciu bloków z 47 bodźcami, odpowiadającymi wierszom 2 - 6 standardowego testu D215, i przedstaw je jeden bodziec po drugim na środku ekranu o wysokości 11° i szerokości 2,5°. Upewnij się, że każdy bodziec trwa 2,000 ms.

2. Przeprowadzanie eksperymentu

  1. Przed rozpoczęciem eksperymentu poproś uczestników o wypełnienie pisemnego formularza świadomej zgody, aby upewnić się, że badanie jest zgodne ze standardami etycznymi.
  2. Udziel ogólnych instrukcji dotyczących celu i procedury eksperymentu i kontroli leków działających na OUN, tj. zapytaj uczestnika, czy obecnie przyjmuje jakiekolwiek leki, które wpływają na czujność, a tym samym na sprawność poznawczą.
  3. Wyłącz wszystkie urządzenia, które mogą potencjalnie zakłócać spokój, takie jak telefony komórkowe lub pagery.
  4. Posadź uczestników wygodnie z podbródkiem w optymalnej pozycji. Upewnij się, że cały ekran jest widoczny i poproś uczestnika o utrzymanie postawy podczas całego eksperymentu.
  5. Poproś uczestników, aby położyli głowę na podbródku i założyli na głowę gogle do wideookulografii. Dopasuj je do indywidualnego rozmiaru/kształtu głowy.
    UWAGA: W związku z tym należy dokonać najlepszego możliwego kompromisu między komfortem dla uczestnika a minimalnym ryzykiem niepożądanego poślizgnięcia się podczas pomiaru.
  6. Upewnij się, że oba oczy są widoczne na ekranie eksperymentatora, na którym wyświetlane są obrazy z dwóch kamer rejestrujących ruch gałek ocznych w goglach, a następnie ustaw ostrość kamery, aby wyśrodkować obrazy na ekranie.
    UWAGA: Jest to ważne dla optymalnego wykrywania i śledzenia źrenicy, ponieważ niewłaściwa ostrość może prowadzić do zakłócenia sygnału.
  7. Aby zapewnić ciągłe rejestrowanie ruchów gałek ocznych przez cały czas, rozpocznij kalibrację systemu, instruując uczestnika, aby patrzył w każdy róg półcylindrycznego ekranu. W przypadku utraty sygnału zmień kąt kamery śledzącej odpowiednią źrenicę oka, aby rozwiązać problem.
  8. Rozpocznij standaryzowany paradygmat testów okoruchowych opisany powyżej i wyklucz wszystkich pacjentów ze znacznymi wadami wzroku, ponieważ spowoduje to nieprawidłowe wykonywanie zadań.
  9. Poinstruuj uczestnika, aby śledził pojedynczy punkt na ekranie, oscylując w poziomie (± 20°), a następnie w pionie (± 15°) z częstotliwością 0,125 Hz, aby zmapować nieskalibrowane ortogonalizowane "surowe" dane z urządzenia rejestrującego ruchy gałek ocznych w odniesieniu do "prawdziwej" ortogonalizowanej pozycji oka w celu kalibracji systemu.
  10. Sprawdź, czy kalibracja jest akceptowalna, tj. czy "prawdziwy" ruch gałek ocznych i "surowe" dane są zsynchronizowane przestrzennie i czasowo, a następnie poinstruuj uczestnika, aby nie poruszał głową, ponieważ może to spowodować złą jakość danych.
    UWAGA: Oczekuje się, że pozycja urządzenia do wideookulografii i osoby badanej będzie nieruchoma w trakcie eksperymentu, tak aby nie było potrzeby ponownej kalibracji.
  11. Wyjaśnij procedurę sesji szkoleniowej dla CPM:
    1. Poinstruuj badanych, aby zidentyfikowali brakujące elementy pod nadchodzącymi matrycami wyświetlanymi na półcylindrycznym ekranie, na który mają nieskończony czas. Po dokonaniu wyboru, poproś badanego, aby zamknął oczy na co najmniej 250 ms, aby rozpocząć zieloną ramkę przedstawiającą wszystkie możliwe alternatywy brakujących elementów na 1,500 ms każdy.
    2. Poproś uczestnika, aby wybrał alternatywę, którą uważa za poprawną, zamykając oczy na co najmniej 250 ms, podczas gdy jego wybór jest ujęty w ramce.
    3. Wyświetlaj wybór oddzielnie na ekranie półcylindrycznym. Poproś uczestników o potwierdzenie. Jeśli uczestnik potwierdzi, poinstruuj go, aby ponownie zamknął oczy na co najmniej 250 ms.
    4. Poinstruuj uczestników, że następny bodziec (matryca z 6 alternatywami brakujących elementów) pojawi się automatycznie (ponownie, przedstawiony przez oprogramowanie opisane w kroku 2) i że zostanie to zrobione cztery razy z bodźcami treningowymi pobranymi z zestawu AB CPM14.
  12. Odpowiedz na wszelkie pytania, które mogą mieć badani na temat procedury. Następnie poinstruuj uczestników, aby wybrali brakujący fragment matrycy, tak jak nauczyli się podczas sesji szkoleniowej i uruchomili CPM (Rysunek 1).
  13. Proszę wyjaśnić przebieg sesji szkoleniowej dla testu D2:
    1. Poinstruuj uczestników, aby skierowali swój wzrok na środek ekranu i obserwowali oddzielnie 47 bodźców (47 d odpowiada linii 1 standardowego testu D2).
    2. Poinstruuj uczestników, aby patrzyli na czerwoną plamkę lasera umieszczoną nad bodźcami za każdym razem, gdy prezentowana jest litera "d" z dwiema kreskami, aż pojawi się następny bodziec. UWAGA: Jeśli nie zostanie przedstawiony żaden bodziec docelowy, wzrok musi być skupiony na środku ekranu, gdzie zostanie zaprezentowany następny bodziec.
  14. Odpowiedz na wszelkie pytania, które mogą mieć badani na temat procedury. Następnie poinstruuj uczestnika, aby przeszedł przez kolejne pięć bloków po 47 bodźców, podobnie jak podczas sesji treningowej i rozpoczął test D2.
  15. W celu kontroli jakości dokładnie sprawdź dane uzyskane z każdej sesji dla każdego przedmiotu (wizualnie przez przeszkolonego eksperymentatora). Sprawdź, czy jakość danych nie jest uszkodzona, na przykład z powodu problemów technicznych, nieprawidłowych ruchów gałek ocznych lub nieporozumień.
  16. Podziękuj badanym za udział i odpowiedz na wszystkie pytania podczas eksperymentu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Na potrzeby przedstawionych tutaj badań, tj. opracowania wiarygodnej oceny neuropsychologicznej opartej na okulomotoryce dla pacjentów z ALS, oprogramowanie opracowane wewnętrznie przechowuje wybory badanego w CPM w osobnym pliku, co umożliwia ręczne obliczenie procentowej liczby poprawnych odpowiedzi. W przypadku testu D2 zapis pionowych ruchów gałek ocznych jest analizowany ręcznie przy użyciu progu + 5° w celu wykrycia istotnej odpowiedzi. Nagrania są przypisywane do każd...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Skuteczna ocena stanu poznawczego pacjentów z ALS, którzy nie są w stanie mówić i pisać, jest trudnym zadaniem. Wykorzystanie systemów wideookulograficznych stanowi obiecujące podejście. Przedstawiona technika jest wiarygodna w wykrywaniu deficytów poznawczych, które odgrywają kluczową rolę w kontekście obciążenia opiekunów i zarządzania chorobą20 u pacjentów z ALS. Również okulomotoryczne wersje CPM i testu D2 są znacząco skorelowane z ich odpowiednimi standardowymi wersjami papierowo-ołówkowymi, ale potrzebn...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Podziękowania

Autorzy chcieliby podziękować Ralfowi Kühne za wsparcie techniczne. Prace te zostały sfinansowane przez Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) oraz Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF #01GM1103A). Jest to projekt realizowany w ramach wspólnego programu UE i badań nad chorobami neurodegeneracyjnymi (JPND). Projekt jest wspierany przez następujące organizacje pod egidą JPND-m.in.: Niemcy, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, FKZ), Szwecja, Vetenskaprådet Sverige, Polska, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBR).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
EyeSeeCamEyeSeeTec GmbH; 82256 Fü rstenfeldbruck, NiemcyUrządzenie do wideookulografii

Bibliografia

  1. Kiernan, M. C., et al. Amyotrophic lateral sclerosis. Lancet. 377 (9769), 942-955 (2011).
  2. Neumann, M., et al. Ubiquitinated TDP-43 in frontotemporal lobar degeneration and amyotrophic lateral sclerosis. Science. 314 (5796), 130-133 (2006).
  3. Beeldman, E., Raaphorst, J., Klein Twennaar,, de Visser, M., Schmand, B. A., de Haan, R. J. The cognitive profile of ALS: a systematic review and meta-analysis update. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. , (2015).
  4. Phukan, J., et al. The syndrome of cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: a population-based study. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 83 (1), 102-108 (2012).
  5. Elamin, M., et al. Executive dysfunction is a negative prognostic indicator in patients with ALS without dementia. Neurology. 76 (14), 1263-1269 (2011).
  6. Martin, N. A., et al. Psychological as well as illness factors influence acceptance of non-invasive ventilation (NIV) and gastrostomy in amyotrophic lateral sclerosis (ALS): a prospective population study. Amyotroph. Lateral. Scler. Frontotemporal. Degener. 15 (5-6), 376-387 (2014).
  7. Chiò, A., et al. Neurobehavioral symptoms in ALS are negatively related to caregivers' burden and quality of life. Eur. J. Neurol. 17 (10), 1298-1303 (2010).
  8. Lakerveld, J., Kotchoubey, B., Kübler, A. Cognitive function in patients with late stage amyotrophic lateral sclerosis. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 79 (1), 25-29 (2008).
  9. Sharma, R., Hicks, S., Berna, C. M., Kennard, C., Talbot, K., Turner, M. R. Oculomotor dysfunction in amyotrophic lateral sclerosis: a comprehensive review. Arch. Neurol. 68 (7), 857-861 (2011).
  10. Witiuk, K., Fernandez-Ruiz, J., McKee, R. Cognitive Deterioration and Functional Compensation in ALS Measured with fMRI Using an Inhibitory Task. J. Neurosci. 34 (43), 14260-14271 (2014).
  11. Gorges, M., et al. Eye Movement Deficits Are Consistent with a Staging Model of pTDP-43 Pathology in Amyotrophic Lateral Sclerosis. PLoS One. 10 (11), 0142546(2015).
  12. Hicks, S. L., et al. An eye-tracking version of the trail-making test. PLoS One. 8 (12), 84061(2013).
  13. Keller, J., et al. Eye-tracking controlled cognitive function tests in patients with amyotrophic lateral sclerosis: a controlled proof-of-principle study. J. Neurol. 262 (8), 1918-1926 (2015).
  14. Raven, J. C., Court, J. H., Raven, J. Manual for Raven's progressive matrices and vocabulary scales. Section 2, the coloured progressive matrices. , Oxford Psychologists Press. Oxford. (1998).
  15. Brickenkamp, R. Aufmerksamkeits-Belastungs-Test (Test d2), 8th edn. , Hogrefe, Göttingen. (1994).
  16. Elamin, M., et al. Cognitive changes predict functional decline in ALS. Neurology. 80 (17), 1590-1597 (2013).
  17. Ludolph, A. C., et al. Frontal lobe function in amyotrophic lateral sclerosis: a neuropsychologic and positron emission tomography study. Acta. Neurol. Scand. 85 (2), 81-89 (1992).
  18. Schneider, E., et al. Eye-SeeCam: an eye movement-driven head camera for the examination of natural visual exploration. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1164, 461-467 (2009).
  19. Lulé, D., et al. The Edinburgh Cognitive and Behavioural Amyotrophic Lateral Sclerosis Screen: a cross-sectional comparison of established screening tools in a German-Swiss population. Amyotroph. Lateral. Scler. Frontotemporal. Degener. 16 (1-2), 16-23 (2015).
  20. Olney, R. K., et al. The effects of executive and behavioral dysfunction in the course of ALS. Neurology. 65 (11), 1774-1777 (2005).
  21. Donaghy, C., Thurtell, M. J., Pioro, E. P., Gibson, J. M., Leigh, R. J. Eye movements in amyotrophic lateral sclerosis and its mimics: a review with illustrative cases. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 82 (1), 110-116 (2011).
  22. Mizutani, T., et al. Development of ophthalmoplegia in amyotrophic lateral sclerosis during long-term use of respirators. J. Neurol. Sci. 99 (2-3), 311-319 (1990).
  23. Khin Khin, E., Minor, D., Holloway, A., Pelleg, A. Decisional Capacity in Amyotrophic Lateral Sclerosis. J. Am. Acad. Psychiatry Law. 43 (2), 210-217 (2015).
  24. Kübler, A., et al. Patients with ALS can use sensorimotor rhythms to operate a brain-computer interface. Neurology. 64 (10), 1775-1777 (2005).
  25. Connolly, S., Galvin, M., Hardiman, O. End-of-life management in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Lancet Neurol. 14 (4), 435-442 (2015).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Ocena poznawczapacjenci z ALSbadanie okulomotorycznetesty neuropsychologicznetest Raven CPMtest d2rejestracja ruch w ga ek ocznychzadania sakadyczneekran p cylindryczny

Powiązane artykuły