Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Ramy wyświetlania zależne od spojrzenia do badań nad uczeniem się percepcyjnym z symulowaną utratą widzenia centralnego

1.2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/67596

⸱

11 kwietnia 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Psychology, University of California, Riverside, 2Civitan International Research Center, University of Alabama at Birmingham, 3Department of Neurobiology, Heersink School of Medicine, University of Alabama at Birmingham, 4Department of Psychology, Northeastern University, 5Department of Occupational Therapy, University of Alabama at Birmingham

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Prezentujemy rozwój struktury wyświetlania zależnej od spojrzenia, przeznaczonej do badań percepcyjnych i okoruchowych symulujących utratę widzenia centralnego. Ramy te są szczególnie podatne na adaptację do badania kompensacyjnych strategii behawioralnych i okoruchowych u osób doświadczających zarówno symulowanej, jak i patologicznej utraty widzenia centralnego.

Streszczenie

Zwyrodnienie plamki żółtej (MD) jest jedną z głównych przyczyn upośledzenia wzroku w świecie zachodnim. Pacjenci z MD mają tendencję do rozwijania spontanicznych strategii ruchów gałek ocznych w celu skompensowania utraty wzroku, w tym przyjmowania preferowanego locus siatkówki lub PRL, oszczędzonego regionu obwodowego, którego częściej używają do zastąpienia uszkodzonego dołka. Jednak nie wszystkim pacjentom udaje się rozwinąć PRL, a nawet jeśli tak się stanie, może to zająć im miesiące. Obecnie nie istnieje złoty standard terapii rehabilitacyjnej, a badania nad MD są dodatkowo utrudnione przez kwestie rekrutacji, przestrzegania zaleceń i chorób współistniejących. Aby pomóc w rozwiązaniu tych problemów, coraz więcej badań wykorzystuje wyświetlacze sterowane przez śledzenie wzroku w symulowanym paradygmacie utraty widzenia centralnego u osób z nienaruszonym wzrokiem. Podczas gdy symulowana utrata wzroku jakościowo różni się od patologicznej utraty widzenia centralnego, nasze ramy zapewniają wysoce kontrolowany model, za pomocą którego można badać kompensacyjne ruchy gałek ocznych i testować możliwe interwencje rehabilitacyjne w przypadku słabego widzenia. Opracowując kompleksowe ramy, zamiast polegać na odizolowanych i niepowiązanych ze sobą zadaniach, tworzymy spójne środowisko, w którym możemy testować hipotezy na większą skalę, co pozwala nam badać interakcje między zadaniami, oceniać efekty szkolenia w wielu pomiarach i ustalać spójną metodologię dla przyszłych badań. Ponadto uczestnicy symulowanych badań nad utratą widzenia centralnego wykazują podobieństwa w swoich okoruchowych zachowaniach kompensacyjnych w porównaniu z pacjentami z MD. W tym miejscu przedstawiamy ramy do prowadzenia badań zależnych od spojrzenia związanych z symulowaną utratą widzenia centralnego. Kładziemy nacisk na wykorzystanie frameworka do testowania sprawności behawioralnej i okoruchowej zdrowych osób w szerokim zakresie zadań percepcyjnych obejmujących różne poziomy przetwarzania wzrokowego. Omawiamy również, w jaki sposób można dostosować te ramy do szkolenia pacjentów z MD.

Wprowadzenie

Zwyrodnienie plamki żółtej (MD) jest główną przyczyną upośledzenia wzroku na świecie i przewiduje się, że do 2040 roku dotknie 248 milionów ludzi na całym świecie1. Późne stadium MD charakteryzuje się uszkodzeniem fotoreceptorów w centrum pola widzenia (dołeczka środkowej). Utrata widzenia centralnego ma poważny wpływ na codzienne czynności, które opierają się na tym rodzaju widzenia, takie jak orientacja w przestrzeni2, czytanie3 oraz rozpoznawanie twarzy4. Następstwa MD w znacznym stopniu wpływają na jakość życia tych osób5 i prowadzą do negatywnych skutków psychologicznych6. Pacjenci z MD, pozbawieni widzenia centralnego, mogą spontanicznie wykształcić kompensacyjne strategie okulomotoryczne polegające na wykorzystaniu obwodowego obszaru siatkówki w celu zastąpienia dołeczki środkowej (Rysunek 1). Obszar ten, nazywany preferowanym miejscem siatkówki (PRL)7, jest często wykorzystywany przez pacjentów w zadaniach związanych z fiksacją, czytaniem i rozpoznawaniem twarzy. Istnieją dowody na to, że u pacjentów z MD obszar PRL przejmuje funkcje referencyjne okulomotoryczne dołeczki środkowej8,9. Ponadto u pacjentów z utratą widzenia centralnego obserwuje się zmiany w zakresie uwagi i kontroli poznawczej, co sugeruje związek między utratą wzroku a funkcjami poznawczymi10.

Schemat zmian w widzeniu w przebiegu zwyrodnienia plamki żółtej; przedstawiono zdrową i uszkodzoną dołeczkę oraz preferencyjny punkt siatkówki.
Rysunek 1. Ilustracja doświadczeń percepcyjnych osób ze zdrowym wzrokiem oraz pacjentów ze zwyrodnieniem plamki żółtej z ubytkiem w polu widzenia w obszarze dołeczka. Ubytek w polu widzenia w obszarze dołeczka prowadzi do utraty widzenia centralnego u pacjentów ze zwyrodnieniem plamki żółtej. Niektóre osoby mogą częściowo kompensować utratę bodźców wzrokowych docierających do dołeczka, wykorzystując obwodowy obszar siatkówki, określany jako preferencyjny punkt siatkówki (PRL). U pacjentów, u których rozwinął się PRL, jest on często wykorzystywany do fiksacji ekscentrycznej oraz podczas wykonywania codziennych czynności. Lokalizacja na siatkówce, kształt i wielkość PRL mogą różnić się w zależności od osoby. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Mimo że nie istnieje złoty standard interwencji pozwalający na odzyskanie utraconego wzroku lub zrekompensowanie utraty widzenia centralnego, testowane są eksperymentalne podejścia z zakresu optometrii, terapii zajęciowej i nauki o widzeniu, aby poprawić kompensację poprzez widzenie obwodowe11,12. Podejścia okulomotoryczne koncentrują się na nauce poprawy kontroli i koordynacji ruchów gałek ocznych u pacjentów, w tym nauce wykorzystywania bardziej odpowiedniego PRL11,12,13,14,15, podczas gdy interwencje percepcyjne skupiają się na poprawie ogólnych zdolności widzenia obwodowego lub widzenia w obrębie PRL, co pozwala częściowo przezwyciężyć ograniczenia widzenia obwodowego16,17,18,19,20. W niedawnych badaniach wykorzystano wyświetlacz zależny od spojrzenia oparty na eye-trackingu jako paradygmat do badania ruchów gałek ocznych przy utracie widzenia centralnego21,22,23,24,25,26,27,28,29. Podejście to, wykorzystujące symulowany zatemienie (tj. przesłonę blokującą centralny obszar pola widzenia) u zdrowych osób (Rycina 1), łagodzi problemy związane z rekrutacją i przestrzeganiem protokołu, zapewniając jednocześnie wysoką kontrolę nad wieloma parametrami, takimi jak wielkość i kształt zatemnienia, co stanowi obiecującą alternatywę dla bezpośredniego angażowania pacjentów z MD. Choć istnieje kilka różnic między utratą widzenia centralnego a symulowanym zatemnieniem30,31, niektóre zachowania okulomotoryczne obserwowane w pierwszym przypadku, takie jak rozwój PRL, można zaobserwować również w drugim27,30,32, co sugeruje, że niektóre aspekty kompensacyjnych strategii okulomotorycznych mogą zostać wywołane przez ten paradygmat zależny od spojrzenia. Co ważne, symulowana utrata widzenia centralnego zapewnia szerokie ramy do badania plastyczności zarówno w zdrowym systemie wzrokowym, jak i po utracie widzenia centralnego.

W niniejszym opracowaniu przedstawiamy projekt, rozwój oraz zastosowanie systemu sterowanego wzrokiem (gaze-contingent framework), który może być wykorzystywany do testowania sprawności percepcyjnej, okulomotorycznej i uwagi u zdrowych osób, a po wprowadzeniu pewnych modyfikacji, u pacjentów z MD (Rycina 2). Szczegółowo opisujemy również kwestie techniczne i psychofizyczne towarzyszące obwodowemu treningowi sterowanemu wzrokiem. Kluczowym wyzwaniem technicznym jest stworzenie wrażenia płynnego ruchu scotoma z krótkim opóźnieniem33. Krótkie opóźnienie uzyskuje się poprzez dobór odpowiednich urządzeń wyświetlających, eye trackerów oraz systemów operacyjnych34,35,36. Wcześniejsze prace udokumentowały, w jaki sposób każdy element sprzętowy generuje opóźnienie37, a także opisały strategie redukcji całkowitego opóźnienia, uwzględniające mruganie oraz powolne ruchy gałek ocznych33. Nowatorskim aspektem naszego paradygmatu jest zróżnicowany zestaw zadań treningowych i oceniających w ramach jednego systemu do badań percepcyjnych zarówno w populacji zdrowej, jak i u pacjentów. System ten charakteryzuje wiele poziomów przetwarzania wizualnego dotkniętych utratą widzenia centralnego, a konkretnie: niskopoziomowe widzenie, widzenie wysokopoziomowe, uwagę, kontrolę okulomotoryczną oraz kontrolę poznawczą. Wstępne testy przeprowadzone z wykorzystaniem zmodyfikowanej wersji tego podejścia wykazały poprawę ostrości wzroku zarówno w grupie kontrolnej osób zdrowych, jak i w populacji pacjentów32. 

Schemat neuronaukowy procesów poznawczych i wizualnych: kontrola okulomotoryczna, uwaga, ostrość wzroku.
Rysunek 2. Wielowymiarowe podejście do badania plastyczności w układzie wzrokowym oraz rehabilitacji wzroku w zwyrodnieniu plamki żółtej. Ilustracja powiązanych ze sobą wymiarów, takich jak percepcja wzrokowa, kontrola okulomotoryczna i poznawcza, które przyczyniają się do przetwarzania wizualnego i ulegają zaburzeniom w przypadku utraty widzenia centralnego. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

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

Protokół

Wszyscy uczestnicy byli zdrowymi osobami z ostrością wzroku 20/40 lub wyższą i bez znanych problemów z widzeniem. Obie reprezentatywne uczestniczki to kobiety w wieku 27 i 24 lat. Wszyscy uczestnicy wyrazili świadomą zgodę, a badanie zostało zatwierdzone przez Institutional Review Board (IRB) na University of Alabama at Birmingham.

1. Identyfikacja idealnego systemu do badań nad symulowaną utratą widzenia centralnego

  1. Należy zidentyfikować system, który w sposób wydajny przesyła informacje z okulografu do oprogramowania generującego bodźce w pętli ciągłej. W celu zidentyfikowania rozwiązania o najniższym opóźnieniu należy zastosować metody opisane w 37 do pomiaru latencji różnych kombinacji systemów.
    UWAGA: Porównanie łącznego opóźnienia czterech różnych kombinacji systemów obejmujących dwa okulografy (EyeLink 1000 Plus Tower Mount oraz TRACKPixx3), dwa urządzenia wyświetlające (monitor CRT (częstotliwość odświeżania = 100Hz) oraz Display++ (częstotliwość odświeżania = 120Hz)) wraz z dwoma systemami operacyjnymi (Windows 10 oraz Mac iOS) przedstawiono na Rysunku 3. Każda kombinacja została zmierzona 20 razy. Wyniki wykazały, że opóźnienie systemu było najniższe podczas stosowania okulografu Vpixx TrackPixx3 w połączeniu z systemem operacyjnym Windows 10.

Wykres porównania opóźnień systemu pokazujący opóźnienie w milisekundach dla konfiguracji E1000 i TP na systemach Mac i Win.
Rysunek 3: Porównanie opóźnień dla różnych kombinacji monitorów, urządzeń do okulografii oraz systemów operacyjnych. Słupki reprezentują ± 1 odchylenie standardowe z 20 powtórzeń dla każdej kombinacji. Pomiary wykonano za pomocą telefonu z systemem operacyjnym Mac w trybie slow motion, osiągając częstotliwość odświeżania 240Hz. Konfiguracja TP/CRS/Win różni się statystycznie od E1000/CRT/Mac (t(38)=9.53, p<0.001), E1000/CRS/Mac (t(38)=16.24, p<0.001) oraz E1000/CRS/Win (t(38)=3.94, p<0.001). Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

2. Zapoznanie uczestnika z symulowaną utratą widzenia centralnego za pomocą wyświetlacza zależnego od kierunku spojrzenia

UWAGA: Podstawowym elementem symulacji utraty widzenia centralnego jest zapoznanie uczestników z wyświetlaczem zależnym od spojrzenia. Bez odpowiedniego zapoznania, pomiary zdolności mogą zostać zakłócone przez wysiłek uczestników włożony w nawigację po wyświetlaczu zależnym od spojrzenia. Kilka kluczowych kroków w protokole zapewnia wystarczające zapoznanie z wyświetlaczem zależnym od spojrzenia, aby móc wiarygodnie zmierzyć sprawność wzrokową.

  1. Przekaż uczestnikom instrukcje audiowizualne dotyczące zadania, które będą wykonywać podczas danej sesji. Dla każdego zadania przygotuj dedykowane instrukcje wideo z zrzutami ekranu z rzeczywistego zadania. Następnie wyjaśnij instrukcje ustnie, aby upewnić się, że uczestnik dobrze rozumie, czego spodziewać się w konkretnym zadaniu.
  2. Przed rozpoczęciem każdego z głównych zadań przeprowadź z uczestnikami próby treningowe. Daje to możliwość wyjaśnienia wszelkich wątpliwości związanych z zadaniem.
  3. Podczas pierwszej wizyty, przed przeprowadzeniem zadań zależnych od fiksacji wzroku (gaze-contingent), przeprowadź z uczestnikami trening fiksacji, podczas którego uczą się oni umieszczać symulowany szkotoma wewnątrz białego centralnego pola na ekranie przez różny czas, przy czym tolerancja przestrzenna zwiększa się z każdą próbą, podczas gdy uczestnicy ignorują dystraktory, które mogą pojawić się na ekranie.
  4. Dodatkowo przeprowadź z uczestnikami zadanie indukcji PRL, które ma na celu promowanie rozwoju zachowań typu PRL. W tym zadaniu uczestnicy obserwują nieprzezroczysty dysk umieszczony losowo na ekranie, który zakrywa cel (na przykład Landolt C), a następnie przesuwają szkotomę w pobliże nieprzezroczystego dysku, aby odsłonić cel.
    UWAGA: Analiza okulomotoryczna tego zadania może wskazać wczesną lokalizację typu PRL, która może zostać później wykorzystana jako punkt treningowy. W tym paradygmacie eksperymentalnym okrągły centralny szkotoma obejmował 10° kąta widzenia. Kroki te pozwalają uczestnikom zapoznać się z wyświetlaczem zależnym od fiksacji wzroku i przygotowują ich do przeprowadzenia szerokiego zakresu ocen percepcyjnych oraz zadań treningowych z wykorzystaniem widzenia obwodowego.

3. Opracowanie skutecznych instrukcji

UWAGA: Instrukcje odgrywają kluczową rolę w prowadzeniu uczestników w zakresie sposobu reagowania na bodźce oraz zarządzania symulowanym scotomą podczas różnych zadań. Odpowiednie instrukcje muszą być wyczerpujące i jasne, aby uniknąć jakichkolwiek nieporozumień. Instrukcje należy powtarzać w razie potrzeby, aby zapewnić ich pełne zrozumienie.

  1. Filmy instruktażowe
    1. Demonstracja wizualna: Udostępnij filmy, które wizualnie demonstrują każdy krok zadania. Filmy powinny wyraźnie ilustrować, jak odpowiednio zarządzać symulowanym ubytkiem w polu widzenia (scotoma) podczas zadania oraz jak reagować na bodźce.
    2. Narracja: Przygotuj zwięzły skrypt towarzyszący demonstracji wizualnej, który wyjaśnia proces w prosty sposób. Upewnij się, że język jest łatwy do zrozumienia i unikaj terminologii technicznej.
  2. Sformalizowane instrukcje słowne
    1. Spójność: Używaj zestandaryzowanego skryptu instrukcji słownych, aby zapewnić spójność między różnymi sesjami i uczestnikami. Przykład: W trakcie zadania nastąpi kilka przerw na odpoczynek dla oczu. Podczas tych przerw pamiętaj, aby trzymać głowę opartą o podpórkę pod brodę. Gdy będziesz gotowy do kontynuowania zadania, naciśnij spację, a zadanie rozpocznie się ponownie.
    2. Jasność: Mów powoli i wyraźnie – pamiętaj, aby podkreślić wszystkie istotne aspekty zadania.
  3. Instrukcje wizualne
    1. Instrukcje na ekranie: Udostępnij pisemne wskazówki na ekranie, które uczestnicy mogą przeczytać przed i w trakcie wykonywania zadań. Dla większej jasności stosuj krótkie zdania oraz pomoce wizualne obrazujące bodźce, z którymi uczestnik może się spotkać podczas każdego zadania.

4. Projektowanie i wdrażanie zadań oceniających

UWAGA: Zadania zaprojektowane w ramach tej struktury dzielą się szeroko na dwie główne kategorie: (1) zadania z wolnymi ruchami gałek ocznych oraz (2) zadania z wymuszoną fiksacją. W zadaniach z wolnymi ruchami gałek ocznych uczestnicy wykonują ruchy oczami po ekranie, aby zidentyfikować cele pojawiające się w losowych miejscach (lub aby czytać tekst), natomiast w zadaniach z wymuszoną fiksacją uczestnicy są proszeni o utrzymywanie fiksacji w centralnym białym prostokącie przez cały czas trwania zadania i wykorzystywanie widzenia peryferyjnego do dokonywania ocen. Rycina 4 przedstawia przykładowe zadania i opisy dla każdej kategorii. Bardziej szczegółowe informacje na temat zadań można znaleźć w38.

Schemat zadania okulomotorycznego z testami stabilności, pomiarami ostrości, oceną uwagi i umiejętnościami wzrokowymi.
Rysunek 4: Wizualna reprezentacja różnych zadań oceniających zaprojektowanych w ramach przyjętych ram metodologicznych. Zadania zostały podzielone na ogólne kategorie: zadania z wolnym ruchem gałek ocznych, w których scotoma podąża za ruchami oczu uczestników w celu swobodnego przeglądania celów (panel górny), oraz zadania z ograniczeniem fiksacji, w których scotoma musi znajdować się w centralnym białym polu przez cały czas trwania zadania (panel dolny). Rysunek został zmodyfikowany na podstawie źródła 38. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

  1. Zadania z wolnymi ruchami gałek ocznych
    UWAGA: Zadania z wolnymi ruchami gałek ocznych służą do pomiaru zachowania ruchów ocznych uczestników podczas wykonywania zadań. Ułatwiają one zrozumienie ruchów oka w kontekście naturalnych czynności, takich jak czytanie i poszukiwanie wizualne.
    1. Film instruktażowy/instrukcje słowne
      1. Przed kalibracją zaprezentuj uczestnikowi film instruktażowy oraz przekaż przygotowane instrukcje słowne.
    2. Kalibracja
      1. Przeprowadzaj walidację poprzednich kalibracji pomiędzy zadaniami oraz dodatkowe kalibracje w przypadku słabej walidacji lub gdy uczestnicy robią przerwy między zadaniami.
    3. Metody specyficzne dla zadań z wolnym przeglądaniem
      1. Wykonaj zadania z wolnym przeglądaniem, w których uczestnicy mają za zadanie wykonywać różnorodne czynności za pomocą wzroku, zamiast fiksować go na jednym obszarze. Wybierz wykonanie zadania w jednym z następujących wariantów.
      2. Przybliż scotomę do wskazówki, powodując pojawienie się bodźca. Utrzymaj fiksację w konkretnym miejscu na ekranie przez określony czas. Wykonaj standardowe zadanie, takie jak czytanie lub poszukiwanie wizualne, przy jednoczesnym zasłonięciu widzenia centralnego przez scotomę.
      3. Na początku zadań przedstaw uczestnikom instrukcje na ekranie, a następnie przeprowadź zestaw prób treningowych. Po zakończeniu prób treningowych przekaż instrukcje przypominające przed przejściem do właściwego zadania. Przed pomiarem wyników upewnij się, że uczestnicy rozumieją i wykazali biegłość w obsłudze układów wizualnych, wymaganych czynności okulomotorycznych oraz charakterystyki odpowiedzi w każdym zadaniu.
      4. Zapewnij uczestnikom informację zwrotną w formie dźwiękowej, wskazującą na poprawność ich odpowiedzi podczas wykonywania każdego zadania, ponieważ ze względu na użycie scotomy informacja wizualna może zostać pominięta.
      5. Wprowadź przerwy do 1 min w każdym zadaniu, aby zmniejszyć ryzyko zmęczenia podczas testowania. W dniach obejmujących dłuższe sesje ocen wprowadzaj przerwy trwające 3 min lub dłużej, aby zredukować ryzyko zmęczenia testowego.
  2. Zadania z ograniczoną fiksacją
    UWAGA: Zadania z ograniczoną fiksacją są przydatne do testowania lub trenowania widzenia peryferyjnego w konkretnych lokalizacjach pola widzenia. Zadania te nadają się do badania przetwarzania wizualnego zarówno na poziomie wczesnym, jak i średnim, w tym ostrości wzroku, czułości kontrastowej, zjawiska tłoczenia (crowding) itp., a także przetwarzania wizualnego na wysokim poziomie, w tym uwagi egzogennej i endogennej. W przypadku tych zadań ważne jest, aby uczestnicy nauczyli się utrzymywać stabilną fiksację, aby uniknąć zaburzenia wyników zadania przez zasoby uwagi poświęcone na stabilizację fiksacji. Podczas tych zadań uczestnicy są proszeni o skupienie widzenia centralnego na środku ekranu z pomocą pomocy do fiksacji (Rysunek 5B), jednocześnie odpowiadając na bodźce pojawiające się w ich polu widzenia peryferyjnego.
    1. Film instruktażowy/instrukcje słowne
      1. Przed kalibracją zaprezentuj uczestnikowi film instruktażowy oraz przekaż przygotowane instrukcje słowne.
    2. Kalibracja
      1. Przeprowadzaj walidację poprzednich kalibracji pomiędzy zadaniami oraz dodatkowe kalibracje w przypadku słabej walidacji lub gdy uczestnicy robią przerwy między zadaniami.
    3. Metody specyficzne dla zadań z ograniczoną fiksacją
      1. Podczas zadań z ograniczoną fiksacją poproś uczestników o utrzymanie pozycji głowy w podpieraczu na brodę przez cały czas trwania zadania, aby zapewnić jak największą dokładność kalibracji względem pierwotnej pozycji w całym procesie.
      2. Przedstaw uczestnikom instrukcje na ekranie, a następnie przeprowadź zestaw prób treningowych. Po zakończeniu prób treningowych wyświetl na ekranie zestaw przypomnień przed przejściem do zadania.
      3. Podczas tych zadań poproś uczestników o skupienie widzenia centralnego na środku ekranu z pomocą pomocy do fiksacji (biała prostokątna ramka fiksacyjna), jednocześnie odpowiadając na bodźce pojawiające się w polu widzenia peryferyjnego po obu stronach ramki fiksacyjnej.
      4. Poproś uczestników, aby podczas oceny odpowiadali prawym palcem wskazującym, korzystając z pięcioprzyciskowej konsoli odpowiedzi znajdującej się po ich prawej stronie. Jeśli fiksacja nie zostanie utrzymana, bodziec nie zostanie zaprezentowany i upłynie czas oczekiwania, chyba że fiksacja zostanie wznowiona.
      5. Zapewnij uczestnikom informację zwrotną w formie dźwiękowej, wskazującą na poprawność ich odpowiedzi podczas wykonywania każdego zadania, ponieważ ponownie – ze względu na użycie scotomy – informacja wizualna może zostać pominięta.
      6. Wprowadź przerwy do 1 min w każdym zadaniu, aby zmniejszyć ryzyko zmęczenia podczas testowania. W dniach obejmujących dłuższe sesje ocen wprowadzaj przerwy trwające 3 min lub dłużej, aby zredukować ryzyko zmęczenia testowego.
  3. Opracowanie odpowiednich wyświetlaczy fiksacyjnych
    UWAGA: Zadania obejmujące cele prezentowane peryferyjnie i symulowaną scotomę przesłaniającą widzenie centralne stwarzają trudności przy próbie oszacowania wyników w lokalizacji zdefiniowanej retinotopowo. W rzeczywistości nawet w zadaniach fowealnych oczy wykonują małe, mimowolne ruchy w postaci dryfu i mikrosakkad. Dlatego w celu optymalizacji stabilności fiksacji należy starannie przemyśleć projekt pomocy do fiksacji.
    1. Opracuj projekt pomocy do fiksacji, który obejmuje zarówno duży krzyż fiksacyjny, jak i ramkę fiksacyjną (Rysunek 5). Poleć uczestnikom utrzymywanie nieprzezroczystego przesłoniacza wewnątrz ramki fiksacyjnej i korzystanie z długich ramion krzyża fiksacyjnego jako punktu odniesienia dla środka ekranu.
      UWAGA: Projekt ten łączy oba typy pomocy wizualnych – typu „bullseye” (celownik okrężny) i „crosshair” (celownik krzyżowy), co według badań prowadzi do najlepszej stabilności fiksacji39. Dodatkowo, dzięki zastosowaniu zarówno ramki, jak i krzyża fiksacyjnego, projekt ten może być łatwo wykorzystany w kontekstach translacyjnych do badania pacjentów z utratą widzenia centralnego, jak ma to miejsce w przypadku pacjentów z AMD.
  4. Optymalizacja procedur adaptacyjnych w celu dokładnego pomiaru wyników
    UWAGA: Krytycznym aspektem wdrażania różnych ocen jest możliwość szybkiego i skutecznego oszacowania progów wydajności w podzbiorze tych zadań (konkretnie w zakresie ostrości wzroku, czułości kontrastowej, zjawiska tłoczenia i integracji konturów). Wyzwaniem jest fakt, że konwencjonalne procedury schodkowe mogą powoli zbiegać się do celu i wyznaczać wyniki bliskie progu, co powoduje frustrację i zmęczenie. Aby temu zapobiec, wdrożyliśmy procedurę trzyetapową do szacowania wyników uczestników w tych zadaniach.
    1. W pierwszym etapie poproś uczestników o wykonanie 12 prób treningowych przed właściwym eksperymentem. W drugim etapie zastosuj procedurę schodkową 2-down 1-up, która kończy się po 3 odwróceniach w dół (tj. zmiana kierunku bodźca z trudnego (w dół) na łatwy (w górę), patrz również sekcja z reprezentatywnymi wynikami), a następnie przejdź do trzeciego etapu, który składa się z konwencjonalnej procedury schodkowej 3-down 1-up kończącej się po 60 próbach.
      UWAGA: Badania pilotażowe wykazały, że procedura ta pozwala uzyskać wiarygodne progi dla większości zadań (ostrość wzroku, tłoczenie i czułość kontrastowa). Jednak niektóre zadania mogą wymagać innych metod, zwłaszcza gdy wyniki znacznie różnią się między uczestnikami. Na przykład w zadaniu integracji konturów po pierwszym etapie procedury (treningu) wdrożono dodatkową procedurę. Trudność zadania była manipulowana za pomocą progresywnej metody schodkowej, w której jitter orientacji (0°, 1°, 2°, 4°, 6°, 8°, 10°, 12°) zwiększał się co trzy próby, łącznie przez 24 próby. Następnie drugi i trzeci etap procedury (adaptacyjna metoda schodkowa) kontynuowano normalnie. Ogólnie rzecz biorąc, różne zadania mogą wymagać nieco innych procedur adaptacyjnych. Jednak podejście trzyetapowe pozwala uczestnikom na przećwiczenie i szybkie zbliżenie się do poziomu ich progu, a następnie zapewnia szczegółowy pomiar w tym zakresie.

Diagramy równowagi statycznej z przecinającymi się wektorami; wynik eksperymentu z percepcji wzrokowej, układ symetryczny.
Rycina 5Pomoce do fiksacji stosowane w celu zwiększenia stabilności fiksacji u uczestników. (A) Do zadań dotyczących stabilności fiksacji wykorzystano krzyżyk fiksacyjny oraz pole fiksacyjne. (BKrzyżyk fiksacyjny, ramka fiksacyjna oraz czarny krzyżyk w centrum zostały wykorzystane w zadaniach dotyczących niskopoziomowego widzenia. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ilustracji.

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

Wyniki

W tej sekcji prezentujemy przykładowe dane uzyskane zarówno podczas zadań z wolnymi ruchami gałek ocznych, jak i zadań z ograniczeniem fiksacji. Celem tej sekcji jest zilustrowanie danych uzyskanych przy użyciu opracowanego systemu oraz jego zdolności do pomiaru funkcji widzenia obwodowego. Sekcja ta została podzielona na cztery odrębne kategorie, z których każda podkreśla kluczowe elementy niezbędne do dokładnej oceny sprawności wzrokowej w warunkach symulowanej utraty widzenia centralnego. Kategorie te obejmują wyniki ...

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

Dyskusja

W tym artykule metodologicznym przedstawiamy ramy do prowadzenia badań percepcyjnych w symulowanej utracie widzenia centralnego, które kładą nacisk na sprzęt, projekt i względy metodologiczne, które są wymagane do (1) wyboru najkrótszego opóźnienia systemu dla wyświetlania zależnego od spojrzenia, (2) administrowania szerokim zakresem zadań percepcji wzrokowej oraz (3) pomiaru wydajności okoruchowej i percepcyjnej uczestników w ramach tego paradygmatu. W odniesieniu do punktu (1) kładziemy nacisk na konieczność testowani...

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

Oświadczenia

Autorzy oświadczają, że nie występuje konflikt interesów w związku z publikacją niniejszej pracy.

Podziękowania

Ta praca jest wspierana przez NIH NEI 1 U01 R01EY031589 i 1R21EY033623-01.

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Monitor CRTViewSonic PF817 Professional Series CRT, ViewSonic Corp.https://www.viewsonic.com/us/monitors.html?srsltid=
AfmBOorEmjc67A5U2v2V
wywNRHWzdrxcYx7Q3Y0
9tiNrnbs6FC4TPlc9
Wyświetlacz++ Monitor LCDCambridge Research Systemshttps://www.crsltd.com/tools-for-vision-science/calibrated-displays/displaypp-lcd-monitor/
Eye TrackerEyeLink 1000 Plus Tower Mount, SR Researchhttps://www.sr-research.com/eyelink-1000-plus/
Eye TrackerVpixx Technologies Inc.www.vpixx.com
Macintosh IOSApple Inc.https://www.apple.com/mac/
Windows 10Microsoft Inc.https://www.microsoft.com/en-us/

Bibliografia

  1. Wong, W. L., et al. Global prevalence of age-related macular degeneration and disease burden projection for 2020 and 2040: a systematic review and meta-analysis. Lancet Glob. Health. 2 (2), e106-e116 (2014).
  2. Bowers, A., Peli, E., Elgin, J., McGwin, G., Owsley, C. On-road driving with moderate visual field loss. Optom Vis Sci. 82 (8), 657-667 (2005).
  3. Bullimore, M. A., Bailey, I. L. Reading and eye movements in age-related maculopathy. Optom Vis Sci. 72 (2), 125-138 (1995).
  4. Bernard, J. B., Chung, S. T. L. The role of external features in face recognition with central vision loss. Optom Vis Sci. 93 (5), 510-520 (2016).
  5. Šiaudvytytė, L., Mitkutė, D., Balčiūnienė, J. Quality of life in patients with age-related macular degeneration. Medicina (Kaunas). 48, 109-111 (2012).
  6. Sabel, B. A., Wang, J., Cárdenas-Morales, L., Faiq, M., Heim, C. Mental stress as consequence and cause of vision loss: the dawn of psychosomatic ophthalmology for preventive and personalized medicine. EPMA J. 9 (2), 133-160 (2018).
  7. Fletcher, D. C., Schuchard, R. A. Preferred retinal loci relationship to macular scotomas in a low-vision population. Ophthalmology. 104 (4), 632-638 (1997).
  8. White, J. M., Bedell, H. E. The oculomotor reference in humans with bilateral macular disease. Invest Ophthalmol Vis Sci. 31 (6), 1149-1161 (1990).
  9. Whittaker, S. G., Cummings, R. W. Foveating saccades. Vision Res. 30 (9), 1363-1366 (1990).
  10. Sabbah, N., et al. Reorganization of early visual cortex functional connectivity following selective peripheral and central visual loss. Sci Rep. 7, 43223(2017).
  11. Verdina, T., et al. Efficacy of biofeedback rehabilitation based on visual evoked potentials analysis in patients with advanced age-related macular degeneration. Sci Rep. 10, 20886(2020).
  12. Verdina, T., et al. Biofeedback rehabilitation of eccentric fixation in patients with Stargardt disease. Eur J Ophthalmol. 23 (5), 723-731 (2013).
  13. Nilsson, U. L., Frennesson, C., Nilsson, S. E. Location and stability of a newly established eccentric retinal locus suitable for reading, achieved through training of patients with a dense central scotoma. Optom Vis Sci. 75 (12), 873-878 (1998).
  14. Morales, M. U., et al. Biofeedback fixation training method for improving eccentric vision in patients with loss of foveal function secondary to different maculopathies. Int Ophthalmol. 40 (2), 305-312 (2020).
  15. Nilsson, U. L., Frennesson, C., Nilsson, S. E. Patients with AMD and a large absolute central scotoma can be trained successfully to use eccentric viewing, as demonstrated in a scanning laser ophthalmoscope. Vision Res. 43 (16), 1777-1787 (2003).
  16. Tarita-Nistor, L., Brent, M. H., Steinbach, M. J., Markowitz, S. N., González, E. G. Reading training with threshold stimuli in people with central vision loss: a feasibility study. Optom Vis Sci. 91 (1), 86-96 (2014).
  17. Maniglia, M., et al. Perceptual learning leads to long lasting visual improvement in patients with central vision loss. Restor Neurol Neurosci. 34 (5), 697-720 (2016).
  18. Maniglia, M., Soler, V., Trotter, Y. Combining fixation and lateral masking training enhances perceptual learning effects in patients with macular degeneration. J Vis. 20 (10), 19(2020).
  19. Chung, S. T. L. Improving reading speed for people with central vision loss through perceptual learning. Invest. Ophthalmol Vis Sci. 52 (2), 1164-1170 (2011).
  20. Plank, T., et al. Perceptual learning in patients with macular degeneration. Front Psychol. 5, 1189(2014).
  21. Xie, X. Y., Liu, L., Yu, C. A new perceptual training strategy to improve vision impaired by central vision loss. Vision Res. 174, 69-76 (2020).
  22. Fine, E. M., Rubin, G. S. Reading with simulated scotomas: attending to the right is better than attending to the left. Vision Res. 39 (5), 1039-1048 (1999).
  23. Costela, F. M., Reeves, S. M., Woods, R. L. Orientation of the preferred retinal locus (PRL) is maintained following changes in simulated scotoma size. J Vis. 20 (7), 25(2020).
  24. Chen, N., et al. Cortical reorganization of peripheral vision induced by simulated central vision loss. J. Neurosci. 39 (18), 3529-3536 (2019).
  25. Bertera, J. H. The effect of simulated scotomas on visual search in normal subjects. Invest Ophthalmol Vis Sci. 29 (3), 470-475 (1988).
  26. Barraza-Bernal, M. J., et al. Can positions in the visual field with high attentional capabilities be good candidates for a new preferred retinal locus. Vision Res. 140, 1-12 (2017).
  27. Kwon, M., Nandy, A. S., Tjan, B. S. Rapid and persistent adaptability of human oculomotor control in response to simulated central vision loss. Curr Biol. 23 (17), 1663-1669 (2013).
  28. Liu, R., Kwon, M. Integrating oculomotor and perceptual training to induce a pseudofovea: A model system for studying central vision loss. J Vis. 16 (6), 10(2016).
  29. Maniglia, M., Jogin, R., Visscher, K. M., Seitz, A. R. We don't all look the same; detailed examination of peripheral looking strategies after simulated central vision loss. J Vis. 20 (13), 5(2020).
  30. Walsh, D. V., Liu, L. Adaptation to a simulated central scotoma during visual search training. Vision Res. 96, 75-86 (2014).
  31. Van der Stigchel, S., et al. Macular degeneration affects eye movement behavior during visual search. Front Psychol. 4, 579(2013).
  32. Maniglia, M., Visscher, K. M., Seitz, A. R. Perspective on vision science-informed interventions for central vision loss. Front Neurosci. 15, 734970(2021).
  33. Aguilar, C., Castet, E. Gaze-contingent simulation of retinopathy: some potential pitfalls and remedies. Vision Res. 51, 997-1012 (2011).
  34. Lin, Z., Yang, Z., Feng, C., Zhang, Y. PsyBuilder: An Open-Source, Cross-Platform Graphical Experiment Builder for Psychtoolbox With Built-In Performance Optimization. Adv Meth Pract Psychol Sci. 5, 251524592110705(2022).
  35. Bridges, D., Pitiot, A., MacAskill, M. R., Peirce, J. W. The timing mega-study: comparing a range of experiment generators, both lab-based and online. PeerJ. 8, e9414(2020).
  36. Rohr, M., Wagner, A. How monitor characteristics affect human perception in visual computer experiments: CRT vs. LCD monitors in millisecond precise timing research. Sci Rep. 10, 6962(2020).
  37. Saunders, D. R., Woods, R. L. Direct measurement of the system latency of gaze-contingent displays. Behav Res Methods. 46 (2), 439-447 (2014).
  38. Jayakumar, S. Developing robust methods and tools for advancing perceptual learning research. , UC Riverside. https://escholarship.org/uc/item/7gk9r0q3 (2024).
  39. Thaler, L., Schütz, A. C., Goodale, M. A., Gegenfurtner, K. R. What is the best fixation target? The effect of target shape on stability of fixational eye movements. Vision Res. 76, 31-42 (2013).
  40. Gaudino, E. A., Geisler, M. W., Squires, N. K. Construct validity in the Trail Making Test: What makes Part B harder. J Clin Exp Neuropsychol. 17 (4), 529-535 (1995).
  41. Crossland, M. D., Culham, L. E., Rubin, G. S. Fixation stability and reading speed in patients with newly developed macular disease. Ophthalmic Physiol Opt. 24 (4), 327-333 (2004).
  42. Maniglia, M., Visscher, K. M., Seitz, A. R. A method to characterize compensatory oculomotor strategies following simulated central vision loss. J Vis. 20 (9), 15(2020).
  43. Agaoglu, M. N., Fung, W., Chung, S. T. L. Oculomotor responses of the visual system to an artificial central scotoma may not represent genuine visuomotor adaptation. J Vis. 22 (10), 17(2022).
  44. Frennesson, C., Jakobsson, P., Nilsson, U. L. A computer and video display based system for training eccentric viewing in macular degeneration with an absolute central scotoma. Doc Ophthalmol. 91 (1), 9-16 (1995).
  45. Fletcher, D. C., Schuchard, R. A., Renninger, L. W. Patient awareness of binocular central scotoma in age-related macular degeneration. Optom Vis Sci. 89 (9), 1395-1398 (2012).
  46. Harrar, V., Le Trung, W., Malienko, A., Khan, A. Z. A nonvisual eye tracker calibration method for video-based tracking. J Vis. 18 (9), 13(2018).
  47. Ramírez Estudillo, J. A., et al. Visual rehabilitation via microperimetry in patients with geographic atrophy: a pilot study. Int J Retina Vitreous. 3, 21(2017).

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

Przedruki i uprawnienia

Tagi

zwyrodnienie plamki żółtejokulografiasymulowanytomasprawność okulomotorycznatrening widzenia obwodowegozadania przetwarzania wzrokowegopreferowany punkt siatkówki
Ramy wyświetlania zależne od spojrzenia do badań nad uczeniem się percepcyjnym z symulowaną utratą widzenia centralnego
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.