Artykuł metodologiczny

Narzędzia rzeczywistości wirtualnej do oceny jednostronnych zaniedbań przestrzennych: nowe możliwości gromadzenia danych

DOI:

10.3791/61951

⸱

10 marca 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

W tym artykule

Podsumowanie

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

Celem było zaprojektowanie, zbudowanie i pilotowanie nowatorskiego zadania w wirtualnej rzeczywistości, aby wykryć i scharakteryzować jednostronne zaniedbanie przestrzenne, syndrom dotykający 23-46% osób, które przeżyły ostry udar, rozszerzając rolę wirtualnej rzeczywistości w badaniu i leczeniu chorób neurologicznych.

Streszczenie

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

Jednostronne zaniedbanie przestrzenne (USN) to syndrom charakteryzujący się nieuwagą lub bezczynnością po jednej stronie przestrzeni i dotyka od 23 do 46% osób, które przeżyły ostry udar. Diagnoza i charakterystyka tych objawów u poszczególnych pacjentów może być trudna i często wymaga wykwalifikowanego personelu klinicznego. Rzeczywistość wirtualna (VR) stwarza możliwość opracowania nowatorskich narzędzi oceny dla pacjentów z USN.

Naszym celem było zaprojektowanie i zbudowanie narzędzia VR do wykrywania i charakteryzowania subtelnych objawów USN, oraz testowanie narzędzia na osobach leczonych hamującą powtarzalną przezczaszkową stymulacją magnetyczną (TMS) obszarów korowych związanych z USN.

Stworzyliśmy trzy warunki eksperymentalne, stosując TMS do dwóch odrębnych regionów kory związanych z przetwarzaniem wzrokowo-przestrzennym - górnego zakrętu skroniowego (STG) i zakrętu nadbrzeżnego (SMG) - i zastosowaliśmy fikcyjny TMS jako kontrolę. Następnie umieściliśmy badanych w środowisku rzeczywistości wirtualnej, w którym poproszono ich o zidentyfikowanie kwiatów z bocznymi asymetriami kwiatów rozmieszczonych w krzakach w obu półprzestrzeniach, z dynamiczną regulacją trudności w oparciu o wyniki każdego badanego.

Znaleźliśmy znaczące różnice w średnim odchyleniu głowy między osobami stymulowanymi w STG a tymi stymulowanymi w SMG i marginalnie znaczące efekty w średniej osi widzenia.

Technologia VR staje się coraz bardziej dostępna, przystępna cenowo i solidna, co stanowi ekscytującą okazję do tworzenia użytecznych i nowatorskich narzędzi podobnych do gier. W połączeniu z TMS narzędzia te mogą być wykorzystywane do badania specyficznych, izolowanych, sztucznych deficytów neurologicznych u zdrowych osób, dostarczając informacji do tworzenia narzędzi diagnostycznych opartych na VR dla pacjentów z deficytami spowodowanymi nabytym uszkodzeniem mózgu. To badanie jest pierwszym, o którym wiemy, w którym sztucznie wygenerowane objawy USN zostały ocenione za pomocą zadania VR.

Wprowadzenie

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

Jednostronne zaniedbanie przestrzenne (USN) to syndrom charakteryzujący się nieuwagą lub bezczynnością po jednej stronie przestrzeni, który dotyka od 23 do 46% osób, które przeżyły ostry udar, najczęściej powodując uraz prawej półkuli mózgowej i powodując tendencję do ignorowania lewej strony przestrzeni i/lub ciała osoby, która przeżyła1,2. Chociaż większość pacjentów z USN doświadcza znacznego powrotu do zdrowia w krótkim okresie, subtelne objawy USN często utrzymują się3. USN może zwiększać ryzyko upadków pacjenta i utrudniać codzienne czynności2,4 Wykazano również, że negatywnie wpływa zarówno na wyniki motoryczne, jak i ogólne wyniki funkcjonalne5,6.

Deficyty w USN mogą być konceptualizowane jako istniejące w wielu wymiarach, np. czy dana osoba ignoruje jedną stronę przestrzeni w odniesieniu do własnego ciała (egocentryczne) czy w odniesieniu do bodźca zewnętrznego (allocentryczne)7,8,9, czy osoba nie jest w stanie skierować swojej uwagi (uwaga) lub działań (intencjonalnie) na jedną stronę przestrzeni10. Pacjenci często wykazują złożoną konstelację objawów, które można scharakteryzować wzdłuż więcej niż jednego z tych wymiarów. Uważa się, że ta zmienność zespołów USN wynika z różnego stopnia uszkodzenia określonych struktur neuroanatomicznych i sieci neuronalnych, które są złożone11. Zaniedbanie allocentryczne wiąże się z uszkodzeniami zakrętu kątowego (AG) i zakrętu skroniowego górnego (STG), podczas gdy tylna kora ciemieniowa (PPC), w tym zakręt nadbrzeżny (SMG), jest zaangażowana w przetwarzanie egocentryczne12,13,14,15. Uważa się, że zaniedbanie uwagi wiąże się ze zmianami w prawym IPL16, podczas gdy celowe zaniedbanie jest uważane za wtórne do uszkodzenia prawego płata czołowego17 lub zwojach podstawy18.

Kliniczna ocena USN opiera się obecnie na narzędziach neuropsychologicznych dostępnych na papierze. Te konwencjonalne narzędzia oceny mogą być mniej czułe niż bardziej zaawansowane technologicznie, co skutkuje błędną diagnozą lub niedostateczną diagnozą niektórych pacjentów z USN19. Lepsza charakterystyka deficytów resztkowych mogłaby ułatwić dostarczanie terapii pacjentom z łagodniejszym USN i potencjalnie poprawić ich ogólny powrót do zdrowia, ale taka charakterystyka wymagałaby bardzo czułych narzędzi diagnostycznych. USN stwarza podobne wyzwania w warunkach laboratoryjnych, gdzie może być trudno odizolować go od zaburzeń motorycznych i wzrokowych, które często towarzyszą USN wśród pacjentów po udarze.

Wirtualna rzeczywistość (VR) stanowi wyjątkową okazję do opracowania nowych narzędzi do diagnozowania i charakteryzowania USN. VR to multisensoryczne środowisko 3D przedstawione w pierwszej osobie z interakcjami w czasie rzeczywistym, w którym osoby są w stanie wykonywać zadania z udziałem obiektów ważnych ekologicznie20. Jest to obiecujące narzędzie do oceny USN; Możliwość precyzyjnego kontrolowania tego, co użytkownik widzi i słyszy, pozwala programistom prezentować użytkownikowi szeroką gamę wirtualnych zadań. Ponadto dostępne obecnie zaawansowane pakiety sprzętowe i programowe pozwalają na gromadzenie w czasie rzeczywistym wielu danych o działaniach użytkownika, w tym ruchach gałek ocznych, głowy i kończyn, znacznie przewyższając wskaźniki oferowane przez tradycyjne testy diagnostyczne21. Te strumienie danych są natychmiast dostępne, co otwiera możliwość dostosowania zadań diagnostycznych w czasie rzeczywistym w oparciu o wydajność użytkownika (np. ukierunkowanie na idealny poziom trudności dla danego zadania). Ta funkcja może ułatwić adaptację zadań do szerokiego zakresu dotkliwości obserwowanej w USN, co jest uważane za priorytet w rozwoju nowych narzędzi diagnostycznych dla USN22. Ponadto immersyjne zadania VR mogą powodować zwiększone obciążenie zasobów uwagi pacjentów23,24, co skutkuje zwiększoną liczbą błędów, co może ułatwić wykrycie objawów zaniedbania; Rzeczywiście, wykazano, że niektóre zadania VR mają zwiększoną czułość w porównaniu z konwencjonalnymi pomiarami papieru i ołówka USN24,25.

W tym badaniu, celem było stworzenie narzędzia do oceny, które nie wymaga specjalistycznej wiedzy z zakresu neurologii do działania i które może niezawodnie wykrywać i charakteryzować nawet subtelne przypadki USN. Zbudowaliśmy zadanie oparte na wirtualnej rzeczywistości, przypominające grę. Następnie wywołaliśmy zespół podobny do USN u zdrowych osób za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS), nieinwazyjnej techniki stymulacji mózgu, która wykorzystuje impulsy elektromagnetyczne emitowane z ręcznej cewki stymulacyjnej, które przechodzą przez skórę głowy i czaszkę osoby badanej i indukują prądy elektryczne w mózgu pacjenta, które stymulują neurony26,27. Technika ta została wykorzystana w badaniu USN przez innych13,17,28,29,30, choć według naszej wiedzy nigdy w połączeniu z narzędziem oceny opartym na VR.

Wielu badaczy już pracuje nad diagnostycznymi i terapeutycznymi zastosowaniami systemów VR. Ostatnie recenzje31,32 przeanalizował szereg projektów mających na celu ocenę USN za pomocą technik opartych na VR, a wiele innych badań w tym celu zostało opublikowanych33,34,35,36,37,38,39,40,41. Większość z tych badań nie wykorzystuje pełnego zestawu technologii VR, która jest obecnie dostępna na rynku konsumenckim (np. wyświetlacz montowany na głowie (HMD) i wkładki śledzące ruch gałek ocznych), ograniczając ich zbiory danych do mniejszej liczby łatwych do wymiernych wskaźników. Ponadto wszystkie te badania przeprowadzono na pacjentach z nabytym uszkodzeniem mózgu prowadzącym do USN, co wymagało metod przesiewowych w celu zapewnienia, że pacjenci mogą przynajmniej uczestniczyć w zadaniach oceny (np. z wyłączeniem pacjentów z dużymi deficytami pola widzenia lub zaburzeniami poznawczymi). Możliwe, że bardziej subtelne deficyty poznawcze, motoryczne lub wzrokowe przekroczyły próg tych metod przesiewowych, co może zakłócić wyniki tych badań. Możliwe jest również, że takie badania przesiewowe ukierunkowały próbki uczestników tych badań na określony podtyp USN.

Aby uniknąć uprzedzeń przesiewowych z poprzednich badań, zrekrutowaliśmy zdrowych uczestników i sztucznie symulowaliśmy objawy USN za pomocą standardowego protokołu TMS, który jest dobrze opisany w niedawnym manuskrypcie15, w celu wywołania allocentrycznych objawów podobnych do USN poprzez celowanie w STG i egocentrycznych objawów podobnych do USN, poprzez celowanie w SMG. Zaprojektowaliśmy to zadanie tak, aby aktywnie dostosowywać jego trudność do próby i różnicować różne podtypy USN, w szczególności objawy allocentryczne i egocentryczne. Użyliśmy również standardowych ocen USN na papierze i ołówku, aby formalnie wykazać, że deficyty, które wywołaliśmy za pomocą rTMS, są podobne do USN. Wierzymy, że metoda będzie przydatna dla innych badaczy, którzy chcą przetestować nowatorskie narzędzia VR do oceny i rehabilitacji USN.

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

Protokół

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

To badanie zostało zatwierdzone przez lokalną Instytucjonalną Komisję Rewizyjną i spełnia wszystkie kryteria określone w Wytycznych Dobrej Praktyki Klinicznej. Wszyscy uczestnicy wyrazili świadomą zgodę przed rozpoczęciem jakichkolwiek procedur badania. Oczekiwano, że uczestnicy badania wezmą udział w trzech oddzielnych sesjach (przedstawionych w Tabeli 1). Elementy eksperymentu zostały opisane w sposób stopniowy poniżej. Kolejność sesji była losowa.

Sesja AZadanie VR przed rTMASpoczynkowa moc silnika* rTMR w STG lub SMGZadanie behawioralne VR po rTMS
5/10 impulsów wywołuje drganie palca MEP (*tylko pierwsza sesja)110% RMT przez 20 minut przy 1 Hz (łącznie 1200 impulsów)
Czas trwania: 15 minCzas trwania: 60 minCzas trwania: 20 minCzas trwania: 15 min
Sesja BZadanie VR przed rTMASpoczynkowa moc silnika* rTMR w VertexZadanie behawioralne VR po rTMS
5/10 impulsów wywołuje drganie palca MEP (*tylko pierwsza sesja)110% RMT przez 20 minut przy 1 Hz (łącznie 1200 impulsów)
Czas trwania: 15 minCzas trwania: 60 minCzas trwania: 20 minCzas trwania: 15 min
Sesja CZadanie behawioralne z papieru i ołówka Pre-rTMSSpoczynkowa moc silnika* rTMR w STG lub SMGZadanie behawioralne z papieru i ołówka po rTMS
Test Bella; Odwołanie kręgu Oty; anulowanie pobytu; Zadanie bisekcji linii5/10 impulsów wywołuje drganie palca MEP (*tylko pierwsza sesja)110% RMT przez 20 minut przy 1 Hz (łącznie 1200 impulsów)Test Bella; Odwołanie kręgu Oty; anulowanie pobytu; Zadanie bisekcji linii
Czas trwania: 10 minCzas trwania: 60 minCzas trwania: 20 minCzas trwania: 10 min

Tabela 1. Struktura dla każdej sesji nauki. Kolejność sesji była losowa. Szacowany czas dla każdego elementu kursywą. MEP = potencjał wywołany silnika; rTMS = Powtarzalna przezczaszkowa stymulacja magnetyczna; P&P = Testy diagnostyczne pociągnięcia papieru i ołówka; RMT = Próg Silnika Spoczynkowego

1. Zadania behawioralne na papierze i ołówku

  1. Poproś badanego o wykonanie zadania przecięcia linii (LBT).
    1. Niech osoba badana usiądzie przy stole naprzeciwko testera. Zaopatrz osobę w przybory do pisania. Przekaż badanemu arkusz bodźców (Rysunek 1), upewniając się, że jest on umieszczony bezpośrednio przed obiektem.
      UWAGA: Chociaż nie zostało to przeprowadzone w tym eksperymencie, idealnie byłoby przedstawić każdą linię do przecięcia na dwie części osobno na oddzielnych arkuszach papieru, aby uniknąć stronniczości tematu dodatkowym kontekstem (Patrz Ricci i Chatterjee, 200142).
    2. Poinstruuj badanego, aby przeciął na pół (podzielił na pół) każdą linię wydrukowaną na arkuszu bodźców i zbliżył się jak najbliżej środka.
    3. Powiedz osobie badanej, aby jak najlepiej wyśrodkowała głowę i ramiona, wykonała zadanie tak szybko i dokładnie, jak to możliwe, oraz powiadomiła testera, gdy skończy. Monitoruj badanego, aby upewnić się, że nie pochyla się ani nie przechyla nadmiernie głowy.
    4. Odbierz arkusz od tematu, gdy osoby mówiące, że skończyły.
  2. Niech badany ukończy test Bella.
    1. Dostarcz badanemu arkusz bodźców testowych Bella (Rysunek 2).
    2. Poinstruuj badanego, aby zakreślił lub skreślił wszystkie dzwonki na arkuszu bodźców, aby zrobił to tak szybko i dokładnie, jak to możliwe, aby jego głowa i ramiona były jak najbardziej wyśrodkowane i aby powiadomił testera, gdy skończy.
    3. Monitoruj badanego, aby upewnić się, że nie pochyla się ani nie przechyla nadmiernie głowy. Kiedy osoba badana mówi, że skończyła, zapytaj ją, czy jest pewna, i pozwól jej dokładnie sprawdzić swoją pracę.
    4. Odbierz arkusz od osoby, która mówi, że skończyła po raz drugi.
  3. Poproś podmiot o wykonanie zadania anulowania gwiazdki.
    1. Przedstaw badanemu arkusz bodźców (Rysunek 3), upewniając się, że znajduje się on bezpośrednio przed nim.
    2. Poinstruuj badanego, aby zakreślił lub skreślił wszystkie gwiazdki na arkuszu bodźców, aby zrobił to tak szybko i dokładnie, jak to możliwe, aby jego głowa i ramiona były jak najbardziej wyśrodkowane i aby powiadomił testera, gdy skończy.
    3. Monitoruj badanego, aby upewnić się, że nie pochyla się ani nie przechyla nadmiernie głowy.
    4. Odbierz arkusz od tematu, gdy osoby mówiące, że skończyły.
  4. Niech podmiot wykona zadanie anulowania kręgu Oty.
    1. Dostarcz badanemu arkusz bodźca anulowania koła Ota (Rysunek 4), upewniając się, że jest on umieszczony bezpośrednio przed obiektem.
    2. Poinstruuj osobę, aby skreśliła lub zakreśliła wszystkie otwarte/niepełne okręgi, aby zrobiła to tak szybko i dokładnie, jak to możliwe, aby jej ramiona były jak najbardziej wyśrodkowane i aby powiadomiła testera, gdy skończy.
    3. Monitoruj badanego, aby upewnić się, że nie pochyla się ani nie przechyla nadmiernie głowy.
    4. Odbierz arkusz od tematu, gdy osoby mówiące, że skończyły.
    5. Powtórz to zadanie (kroki od 1.4.1 do 1.4.4) z kolejną kopią arkusza bodźców, ale tym razem arkusz bodźców powinien zostać obrócony o 180 stopni w stosunku do orientacji, w której został pierwotnie przedstawiony.

2. Procedury TMS

  1. Utwórz model neuronawigacji przed pierwszą sesją.
    1. Uzyskaj skan MRI 3T T1 pacjenta w pliku typu NIFTI lub dicom.
    2. Prześlij skan MRI do oprogramowania neuronawigacyjnego, aby stworzyć trójwymiarową reprezentację mózgu badanego.
      1. Wybierz opcję Nowy pusty projekt w oprogramowaniu. Przeciągnij skan MRI badanej osoby na pole oznaczone "Plik:".
      2. Przejdź do zakładki Rekonstrukcje.
      3. Wybierz opcję Nowa skórka, a następnie na następnym ekranie przeciągnij zielone linie graniczne, aby objąć cały obraz mózgu. Wybierz karnację obliczeniową. Dostosuj odpowiednio próg skóry/powietrza, aby uzyskać optymalną rekonstrukcję.
      4. Wróć do zakładki Rekonstrukcje i wybierz opcję Nowa pełna krzywoliniowa mózgu, a następnie przeciągnij zielone linie graniczne, aby objąć cały obraz mózgu. Ustaw odstępy między plastrami na 1 mm i ustaw głębokość końca na 18 mm. Wybierz opcję Compute Curvilinear.
      5. Przejdź do zakładki Punkty orientacyjne i wybierz opcję Konfiguruj punkty orientacyjne. Wybierz opcję Nowy, aby utworzyć punkt orientacyjny na rekonstrukcji. Umieść punkty orientacyjne na czubku nosa, grzbiecie nosa, lewym tragusie i prawym tragusie.
      6. Przejdź do karty Obiekty docelowe i wybierz pozycję Konfiguruj obiekty docelowe. Wybierz widok Krzywoliniowy mózg i cele. Za pomocą inspektora obierz na głębokość 5-7 mm.
      7. Postępuj zgodnie z wytycznymi Shah-Basak et al. (2018)14, Neggers et al. (2006)11 oraz Oliveri and Vallar (2009)39, aby zlokalizować górny zakręt skroniowy lub zakręt nadbrzeżny i umieść znacznik w tych miejscach.
      8. Umieść znacznik w miejscu, w którym dwie środkowe bruzdy spotykają się wzdłuż środkowej podłużnej szczeliny, aby uzyskać pozorowaną stymulację w wierzchołku.
  2. Podczas pierwszej sesji znajdź spoczynkowy próg motoryczny pacjenta (może być wykonany przed lub po zadaniu behawioralnym).
    1. Umieść fotografowaną osobę przed optyczną kamerą śledzącą i umieść na niej tracker za pomocą opaski na głowę lub okularów.
    2. Przymocuj trzy jednorazowe elektrody do prawej ręki i nadgarstka pacjenta.
      1. Podłącz jedną elektrodę dyskową do pierwszej grzbietowej tkanki międzykostnej pacjenta. Przymocuj drugą elektrodę dyskową do drugiej kostki badanego na jego prawym palcu wskazującym. Przymocuj elektrodę uziemiającą do prawego nadgarstka fotografowanej osoby.
    3. Podłącz te elektrody do adaptera elektrody, który wchodzi do oprogramowania śledzącego MEP.
    4. Otwórz projekt pacjenta w oprogramowaniu neuronawigacyjnym, wybierając opcję Nowa sesja online.
    5. Wybierz cele, które mają być stymulowane w tej sesji (Vertex, SMG, STG).
    6. Przejdź do zakładki Polaris i upewnij się, że urządzenie do śledzenia obiektów znajduje się w view aparatu.
    7. Przejdź do zakładki Rejestracja.
    8. Używając wskaźnika zarejestrowanego w oprogramowaniu neuronawigacyjnym, dotknij twarzy osoby badanej w tych samych miejscach, w których umieszczono punkty orientacyjne w kroku 2.1.2.5.
      1. Kliknij opcję Próbka i przejdź do opcji Następny punkt orientacyjny, gdy wskaźnik zostanie prawidłowo umieszczony na głowie fotografowanej osoby dla każdego punktu orientacyjnego.
    9. Przejdź do zakładki Walidacja.
    10. Za pomocą wskaźnika dotknij obiektu w różnych miejscach na jego głowie i upewnij się, że celownik na ekranie pokrywa się z miejscem wskazywanym na obiekcie.
      1. Jeśli nie są wyrównane, powtórz krok 2.2.8 i upewnij się, że wskaźnik jest umieszczony tak precyzyjnie, jak to możliwe.
    11. Przejdź do zakładki Perform (Wykonaj) i upewnij się, że wybrano pełny widok krzywoliniowy mózgu, aby eksperymentator mógł precyzyjnie zlokalizować obszary mózgu, które mają być celowane.
    12. Ustaw sterownik tak, aby był cewką TMS, która będzie używana.
    13. Podłącz ręczną cewkę TMS do maszyny TMS.
    14. Włącz maszynę TMS i ustaw na pojedynczy impuls. Ustaw odpowiednio intensywność stymulacji; W tym eksperymencie jako punkt wyjścia wykorzystano 65% wydajności maszyny.
    15. Umieść ręczną cewkę TMS po lewej stronie głowy badanego i stymuluj w korze ruchowej za pomocą pojedynczych impulsów TMS, aby zidentyfikować miejsce, które stymuluje BIZ. Pomocne może być posiadanie asystenta, który będzie obserwował palec badanego, aby określić, kiedy mięsień FDI drga z powodu stymulacji.
    16. Zmieniaj intensywność stymulacji, aż stymulacja wywoła MEP o napięciu co najmniej 50 mV dokładnie 5/10 razy, a będzie to spoczynkowy próg motoryczny (rMT).
  3. Stymulacja między zadaniami
    1. Powtórz kroki od 2.2.1 do 2.2.13, zastępując cewkę ręczną cewką TMS chłodzoną powietrzem.
    2. Ustaw parametry stymulacji na powtarzający się TMS z częstotliwością 1 Hz przez 20 minut (łącznie 1200 impulsów) z intensywnością 110% rMT zgodnie z parametrami ustalonymi przez Shah-Basak et al. (2018)15.
    3. Umieść chłodzoną powietrzem cewkę TMS z wbudowanym systemem chłodzenia na głowie badanego, celując w SMG lub STG w przypadku sesji pozorowanych lub Vertex w przypadku sesji pozorowanych (Rysunek 5).
    4. Kontynuuj stymulację.

3. Zadanie behawioralne VR

  1. Zainstaluj oprogramowanie pomocnicze.
    1. Pobierz i zainstaluj oprogramowanie Pupil core ze strony internetowej Pupil Labs.
    2. Pobierz i zainstaluj program Unity 3D 2018.3 z witryny internetowej aparatu Unity.
    3. Pobierz i zainstaluj narzędzie OpenVR za pośrednictwem Unity Asset Store lub Steam.
  2. Skonfiguruj sprzęt VR (np. HTC Vive Pro).
    1. Umieść stacje bazowe po przeciwnych stronach pomieszczenia, zapewniając dobrą widoczność, i podłącz je do prądu.
    2. Naciśnij przycisk Kanał/Tryb z tyłu każdego czujnika, aby przełączać się między kanałami, aż jeden z nich zostanie ustawiony na kanał "b", a drugi na "c". Obie diody LED stanu powinny świecić na biało.
    3. Zainstaluj wkładkę lornetki Pupil Labs w telefonie HTC Vive Pro. Podłącz Link Box do komputera (zasilanie, USB-A i HDMI lub Mini DisplayPort).
    4. Podłącz zestaw słuchawkowy do Link Box. Wyreguluj górne i boczne paski na zestawie słuchawkowym. Dostosuj odległość obiektywu.
  3. Uruchom SteamVR.
    1. Uruchom SteamVR, klikając ikonę VR w prawym górnym rogu Steam.
      1. Włącz kontrolery za pomocą przycisku zasilania.
      2. Na SteamVR kliknij Ustawienia | Sparuj nowe urządzenie, aby sparować każdy kontroler, postępując zgodnie z instrukcjami wyświetlanymi na ekranie.
      3. Kliknij Konfiguracja pokoju w menu SteamVR i postępuj zgodnie z instrukcjami wyświetlanymi na ekranie.
  4. Uruchom oprogramowanie Pupil Core.
  5. Umieść zestaw słuchawkowy na głowie siedzącej osoby i daj jej oba kontrolery. Upewnij się, że paski są ciasne, ale wygodne. Upewnij się, że oba oczy są widoczne, potwierdzając wizualnie, że są wyśrodkowane w obrazach z kamery oprogramowania Pupil Core.
  6. Otwórz zadanie VR w edytorze Unity i naciśnij przycisk Odtwórz.
  7. Uruchom eksperyment.
    1. Poproś fotografowaną osobę, aby patrzyła prosto przed siebie i kliknęła przycisk Tara kamery na ekranie.
    2. Kliknij przycisk Rozpocznij samouczek i poczekaj, aż temat zakończy samouczek. Tutorial składa się z instruktażu audio na temat działania kontrolera systemu VR, opisów i przykładów kwiatów symetrycznych (wabiących) i asymetrycznych (docelowych) oraz 1-minutowej sesji treningowej z niewielką liczbą kwiatów wabików i tarcz. Samouczek trwa 75-100 sekund, a dane dotyczące wydajności samouczka nie są zbierane.
    3. Gdy obiekt jest gotowy, kliknij przycisk Kalibruj śledzenie ruchu gałek ocznych.
      1. Jeśli kalibracja się powiedzie, obiekt automatycznie rozpocznie zadanie. W przeciwnym razie powtórz krok 3.7.3.
    4. Rozpocznij pierwszą próbę, klikając przycisk Następna próba.
      UWAGA: Podczas zadania VR badani są umieszczani w wirtualnym lesie (Rysunek 6). Trzy zakrzywione żywopłoty z bukszpanu tworzyły półkole w odległości sięgającej przed obiektem. Każda próba składała się z różnej liczby kwiatów, każdy z 16 płatkami, rozmieszczonych między żywopłotami w bezpośredniej linii wzroku (Ryc. 7). Badani zostali poinstruowani, aby "wybrać" (przytrzymać kontroler nad kwiatem tak, aby kwiat się podświetlił, a następnie nacisnąć przycisk spustu palcem wskazującym) wszystkie asymetryczne kwiaty "docelowe" i pozostawić w spokoju wszystkie symetryczne kwiaty "wabiące". Każda próba zakończy się, gdy badanemu uda się zerwać wszystkie asymetryczne kwiaty docelowe, ale zakończy się również, jeśli badanemu skończy się czas (limit 2 minut) lub jeśli badany nieumyślnie zerwie wszystkie symetryczne kwiaty wabika. We wszystkich tych przypadkach pozostałe kwiaty na krzakach zostałyby usunięte, a eksperymentator zostałby poproszony o rozpoczęcie następnej próby.
    5. Poczekaj, aż pacjent przestanie aktywnie uczestniczyć w badaniu, a następnie powtórz krok 3.7.4, chyba że ukończono co najmniej 12 prób.
    6. Kliknij ponownie przycisk Odtwórz, aby zakończyć zadanie.

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

Wyniki

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

Dane zostały zebrane od zdrowych osób za pomocą protokołu opisanego powyżej, aby pokazać, jak różne zmienne, które można wyodrębnić z zadania wirtualnej rzeczywistości, mogą być analizowane w celu wykrycia subtelnych różnic między grupami.

W tym badaniu, 7 osób (2 mężczyzn) o średnim wieku 25,6 i średnim wieku edukacji 16,8 lat przeszło trzy oddzielne sesje TMS. Badani zostali podzieleni na dwie grupy: czterech uczestników otrzy...

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

Dyskusja

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

Udało nam się wywołać i zmierzyć objawy USN odpowiednio za pomocą TMS i VR. Chociaż nie uzyskaliśmy znaczących wyników w porównaniu z próbami pozorowanymi, byliśmy w stanie porównać wiele wskaźników zaniedbania egocentrycznego (średni kąt głowy, czas spędzony na oglądaniu kwiatów w dowolnej półprzestrzeni) i zaniedbania allocentrycznego (wydajność w wyborze kwiatów z asymetrycznymi płatkami po lewej i prawej stronie) między różnymi grupami eksperymentalnymi i znaleźliśmy znaczące różnice w średnim kącie nachylenia głowy ...

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

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

Ta praca była wspierana przez Fundusz Badawczy Uniwersytetu Pensylwanii (URF) oraz Stypendia Studenckie American Heart Association w zakresie chorób naczyniowych i udaru mózgu. Specjalne podziękowania dla badaczy, klinicystów i personelu Laboratorium Poznania i Stymulacji Neuronalnej za ich nieustające wsparcie.

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Cewka AirFilm (AFC) Szybka wersjaMagstimN/AChłodzona powietrzem cewka TMS
Alienware 17 R4 LaptopDellN/ANVIDIA GeForce GTX 1060 (pełna specyfikacja na https://topics-cdn.dell.com/pdf/alienware-17-laptop_users-guide_en-us.pdf)
Oprogramowanie do neuronawigacji BrainSight 2.0 TMSRogue Research IncNie dotyczyOprogramowanie do kierowania neuronowego TMS
CED 1902 na białym tle przedwzmacniaczCambridge Electronic Design LimtedN/Aprzedwzmacniacz EMG
CED Micro 401 mkIICambridge Electronic Design LimtedN/AWielokanałowa jednostka akwizycji danych przebiegowych
CED Signal 5Cambridge Electronic Design LimtedN/AOprogramowanie do akwizycji i analizy danych oparte na przemiataniu. Służy do pomiaru reakcji motorycznych wywołanych przez TMS.
HTC Vive Binocular Add-onPupil LabsN/AHTC Vive, Vive Pro lub Vive Cosmos Dodatek do śledzenia ruchu gałek ocznych z 2 kamerami do obserwacji oczu 200 Hz.
Cewka zdalna Magstim D70MagstimN/ARęczna cewka TMS
Magstim Super Rapid 2 plus 1MagstimN/APrzezczaszkowa stymulacja magnetyczna
Unity 2018UnityN/Awieloplatformowy silnik gier VR
Vive ProHTC ViveN/Asprzętowy VR z zewnętrznymi czujnikami ruchu; 1440x1600 pikseli na oko, częstotliwość odświeżania 90 Hz, 110° Fov
system

Bibliografia

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

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 w rzeczywisto ci wirtualnejprzezczaszkowa stymulacja magnetycznazakr t skroniowy g rnyzakr t nadbrze nypomiar obrotu g owy w osi pionowejanaliza osi wzrokowejtest bisekcji liniitest Bellstest kasowania gwiazdek

Powiązane artykuły