Artykuł metodologiczny

Wykorzystanie śledzenia oczu do oceny względnego znaczenia bodźców wzrokowych i przedsionkowych dla przetwarzania ruchu podkorowego w płaszczyźnie przechylania

DOI:

10.3791/68289

⸱

22 sierpnia 2025

 , 
1Marianne Bernadotte Centrum, Department for Clinical Neuroscience, Karolinska Institutet, 2St Erik Eye Hospital

W tym artykule

Podsumowanie

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

Metodologia badała wkład wzrokowy i przedsionkowy w stabilizację spojrzenia podczas rotacji optokinetycznej i całego ciała. Stymulacje przeprowadzono poprzez badania wzrokowe, przedsionkowe i wizuo-przedwostykowe. Wzmocnienie ruchu oczu skrętne i częstotliwości oczopląsów służyły jako wskaźniki podkorowego przekazywania informacji o ruchu specyficznym dla sensorycznych do odruchowej odpowiedzi pnia mózgu w każdym badaniu.

Streszczenie

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

Niniejszy protokół ocenia względny wpływ bodźców wzrokowych i przedsionkowych podczas rotacji płaszczyzny toczenia za pomocą stymulacji optokinetycznej, przedsionkowej oraz połączonej stymulacji wzrokowo-przedsionkowej. Uczestnicy przechodzili izolowane rotacje wzrokowe, rotacje przedsionkowe całego ciała w ciemności oraz stymulacje wzrokowo-westibularne łączące statyczne sceny wzrokowe z obrotami głowy. Dynamiczne i statyczne wzmocnienia ruchu oczu, bezwzględne amplitudy, prędkości i przyspieszenia były mierzone wraz z reakcjami percepcyjnymi. Badania obejmowały bazowy okres odpoczynku przed i po ruchu w celu stabilizacji fiksacji okuloruchowej. Precyzyjne śledzenie oczu i głowy osiągano za pomocą urządzenia Chronos Eye-Tracking Device (C-ETD), które rejestrowało storsję oczu i ruchy głowy w trzech wymiarach translacyjnych i trzech rotacyjnych. Ruchy oczu analizowano pod kątem prędkości w powolnej fazie oraz częstotliwości oczopląsu, a jakość danych zapewniono poprzez uśrednianie skrętnych wyników z obu oczu i wyłączanie ramek z artefaktami. Monitorowanie wyrównania spojrzenia w czasie rzeczywistym pozwalało na próbne powtórzenie w razie potrzeby, a analiza post-hoc wykluczała ruchy zakłócające. Stymulacja optokinetyczna obejmowała rzutowane elementy wzrokowe obracające się wokół punktu fiksacji, podczas gdy badania przedsionkowe wykorzystywały zmotoryzowane rotacje całego ciała w ciemności. Badania wiswo-westibularne łączyły oba bodźce, tworząc względny ruch siatkówki. Synchronizacja danych między trackerami oczu i głowy zapewniała dokładną analizę klatka po klatce rejestrowaną przy 100 Hz. Specyficzny wkład sensoryczny w stabilizację spojrzenia został zmierzony poprzez porównanie prędkości w powolnej fazie między typami badań. Zyski specyficzne dla sensorycznych indeksowano poprzez podzielenie odpowiedzi wzrokowych i przedsionkowych przez wyniki wizuo-westibularne i zweryfikowano poprzez porównania z sumą indywidualnych odpowiedzi. Wyniki wykazały solidną integrację sensoryczną, z kwantyfikowanym względnym wkładem bodźców wzrokowych i przedsionkowych. Protokół ten oferuje szczegółowe ramy oceny integracji wielosensorycznej podczas obrotów płaszczyzny toczenia. Protokół może zatem wyjaśnić deficyty sensoryczne w przetwarzaniu ruchu, a także przedstawić nowe biomarkery okulomotoryczne. Wcześniej stosowano go do oceny, jak zakłócenia wzrokowe i przyspieszenia ruchu wpływają na przetwarzanie ruchu oraz podkreślił rosnące poleganie na bodźcach wzrokowych u pacjentów po wstrząśnieniu mózgu.

Wprowadzenie

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

Przetwarzanie ruchu to fundamentalny i ciągły proces neuronowy. U ludzi otrzymujemy informacje głównie poprzez nasze systemy wzrokowe i przedsionkowe, odzwierciedlając odpowiednio ruch zewnętrzny i własny. Te dwa systemy wykorzystują złożone sieci neuronowe w niższych i wyższych obszarach neuronowych, ale na najbardziej podstawowym poziomie opierają się na podstawowych szlakach podkorowych, aby wywołać reakcje odruchowe umożliwiające dobrą kontrolę postawy i stabilność spojrzenia 1,2. Propriocepcja jest trzecim czynnikiem sensorycznym dla dobrej kontroli postawy, a choć wykazano, że somatosensacja może kierować zachowaniami stabilizującymi wzrok, jej rola w wywoływaniu wyraźnych ruchów oczu jest ograniczona 1,3.

Stabilizacja spojrzenia jest zazwyczaj osiągana za pomocą dwóch oddzielnych łuków odruchowych: odruchu optokinetycznego (OKR), który prowadzi oko do podążania za poruszającym się elementem wzrokowym, oraz odruchu przedsionkowego-ocznego (VOR), który wspiera ostrość wzroku poprzez ruch oczu w przeciwnym kierunku niż głowa1. Choć są to odrębne byty, te łuki refleksyjne dzielą także kilka szlaków nerwowych, a w naszym nawykowym stanie naturalnie łączymy bodźce wzrokowe i przedsionkowe, tworząc wrażenie ruchu4.

Istnieje kilka metod oceny przetwarzania wzroku i bodźców przedsionkowych podczas tej podstawowej integracji sensoryczno-motorycznej. Wiele z nich obejmuje testy równowagi, łączące bodźce wzrokowe i przedsionkowe w różnych iteracjach 5,6,7, podczas gdy inne wykorzystują śledzenie oczu do oceny reakcji stabilizującej wzrok 8,9. Te dwie bardzo różne reakcje motoryczne dzielą kluczowe szlaki nerwowe, a w ostatnich badaniach przedstawiliśmy solidne korelacje między stabilizacją spojrzenia a kontrolą postawy 10,11. Wraz z coraz większą dostępnością śledzenia oczu i poleganiem wyłącznie na niedobrowolnych komendach motorycznych, można argumentować, że odzwierciedlają one bardziej wrodzoną integrację sensoryczno-motoryczną niż reakcję równowagi.

Większość badań wykorzystuje stabilizację wzroku pionowego lub poziomego przy ocenie reakcji ruchu ocznego12,13. Obecny protokół zamiast tego stosuje skręt oka, czyli obrót oka wokół osi wzrokowej, jako główny wskaźnik stabilizacji wzroku. Skręt oczny wykazuje bardziej dynamiczne wzmocnienie niż stabilizacja spojrzenia spowodowana rotacjami odchylenia lub przechylenia, albo ruchami translatycznymi14. W połączeniu z większą zmiennością oznacza to, że skrzywienie jest łatwiej wpływane przez parametry ruchu, takie jak zakłócenia wzrokowe czy przyspieszenie, albo przez stany medyczne 15,16,17,18. Ponieważ skręt wykracza poza zakres dobrowolnej kontroli okulomotorycznej, stanowi to także bardziej bezpośredni wskaźnik podstawowej integracji sensorycyjno-motorycznej, ponieważ podmiot może wpływać na reakcję tylko poprzez uwagę, a nie zamierzone polecenie motoryczne19. Skręt oka może być wywołany zarówno przez obrót wzrokowy, jak i przedsionkowy w płaszczyźnie przechylenia20,21. Skrętne OKR i VOR mogą być zatem używane do oceny, jak informacje o ruchu wzrokowym i przedsionkowym są przetwarzane podczas integracji sensoryczno-motorycznej na najbardziej podstawowym poziomie. Poprzez wykonywanie izolowanych bodźców wzrokowych i przedsionkowych, a następnie porównanie reakcji z tymi obserwowanymi podczas wspólnych badań wizuo-westbularnych, można wywnioskować, jak każdy układ sensoryczny wpływa na reakcję ruchu gałek i co za tym idzie, jak mózg przetwarza ruch zewnętrzny i własny w danym otoczeniu. Można także zbadać, jak różne schorzenia medyczne z subiektywnymi deficytami przetwarzania ruchu wpływają na tę podstawową zdolność integracji wizuo-przedsionkowej. Ponieważ wykazano, że stabilność spojrzenia jest bezpośrednio skorelowana ze stabilnością postawy10,11, dzieląc w dużej mierze te same podstawowe szlaki nerwowe22, reakcja ruchu oczu może również wskazywać na stabilność postawy jednostki w różnych warunkach bez konieczności pomiarów płytek naciskowych. Może to być szczególnie interesujące podczas oceny pacjentów z ponownym ważeniem sensorycznym, takim jak w zespole pokonusyjnym18.

Niniejszy protokół określa metodologię stosowania kombinacji obrotów optokinetycznych i obrotów całociałowych w celu wywołania skrętnych reakcji OKR i VOR. Stosując śledzenie oczu i głowy do śledzenia storsji oczu i bodźców przedsionkowych, uzyskane dane mogą posłużyć do wywnioskowania, jak każda z tych modalności sensorycznych wypada względem siebie. Celem protokołu było przedstawienie solidnej metodologii oceny wpływów sensorycznych na stabilizację spojrzenia oraz podstawowej zdolności integracji sensorycyjno-motorycznej u ludzi i osób cierpiących na ponowne ważenie sensoryczne.

Niniejsze badanie oceniało względny wkład w przetwarzanie ruchu wzrokowego i przedsionkowego podczas obrotów płaszczyzn toczenia. Polegała ona na wystawianiu uczestników na izolowane rotacje optokinetyczne, izolowane rotacje przedsionkowe całego ciała w ciemności oraz połączone stymulacje ruchu wzdwowestinkowego, podczas których badani byli obracani podczas oglądania statycznej sceny wizualnej (patrz Rysunek 1). Badanie to przeprowadzono u zdrowych kontrolnych osób oraz osób cierpiących na ponowne ważenie sensoryczne, co objawia subiektywna nadwrażliwość na ruch wzrokowy po wstrząśnieniu mózgu. Główne parametry wynikowe obejmowały dynamiczne i statyczne zyski ruchu oczu podczas każdej stymulacji, a także absolutne amplitudy, prędkości i przyspieszenia ruchu gałek. Każda próba w obecnym protokole zaczynała się od 20 sekund sceny wzrokowej w spoczynku przed rozpoczęciem ruchu obrotowego. Po osiągnięciu ustalonej amplitudy scena lub obiekt był utrzymywany w tej amplitudzie rotacyjnej przez kolejne 20 sekund, zanim próba została zakończona; Zaleca się, aby stymulacja była utrzymywać w spoczynku przez co najmniej 10 sekund przed i po każdym ruchu obrotowym, aby spełnić minimalne wymagania umożliwiające stabilne fiksowanie okulomotoryczne i ustanowienie punktu odniesienia. Chociaż obecny protokół generuje wszystkie bodźce w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, należy zauważyć, że kierunkowość nie wpływa na odpowiedź skrętną15. Nie uznano za konieczne szkolenie ani aklimatyzację ze względu na refleksywny charakter zmiennych wyników.

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

Protokół

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

Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną zgodę przed udziałem. Badanie zostało zatwierdzone przez regionalną komisję ds. etyki (2018/1768-31/1) i przeprowadzone zgodnie z zasadami określonymi w Deklaracji Helsińskiej. Protokół był zgodny z wytycznymi STOBE.

1. Wybór uczestników

  1. Poddać wszystkich uczestnikom kompleksową ocenę kliniczną prowadzoną przez lekarza i neuropsychologa.
  2. Stosuj następujące kryteria wykluczenia: zaburzenia ruchowe lub wzrokowe, deficyty przedsionkowe lub somatosensoryczne, niedawne rozpoczęcie leczenia centralnie działającego (w ciągu 3 miesięcy) lub jakiekolwiek zaburzenie neurologiczne lub sensoryczne inne niż zespół pomózgowy (PCS).
  3. Ocena ruchliwości oczu i widzenia stereoskopowego (TNO ≤ 60 sekund łuku) oraz wyłonienie wszystkich uczestników, którzy mogą łączyć bodźce wzrokowe w warunkach eksperymentalnych.
  4. Ocena funkcji obwodowego przedsionka za pomocą testów impulsów głowy we wszystkich płaszczyznach kanałów; Centralna funkcja ekranu dla odchylenia skośnego. Testuj bodźce somatosensoryczne, aby uzyskać równowagę, używając testu Romberga na bazie pianki z zamkniętymi oczami. Jeden pacjent został wykluczony z powodu słabego widzenia obuocznego, a jedna grupa kontrolna z powodu utajonego oczopląsów w ciemności.

2. Śledzenie wzroku i głowy

UWAGA: Obecny protokół wymaga precyzyjnego śledzenia oczu i głowy podczas obrotów całego ciała, odzwierciedlając odpowiednio parametry ruchu optokinetycznego i przedsionkowego. Z tego powodu wymagane jest urządzenie do śledzenia oczu zamontowane na głowie, a obecny protokół implementuje urządzenie Chronos Eye-Tracking Device (C-ETD).

  1. Układ śledzenia oczu
    UWAGA: Parametry ruchu oczu używane do oceny efektów bodźców wzrokowych i przedsionkowych koncentrują się na dynamicznych zmianach skrętu oka. Urządzenia do śledzenia oczu muszą rejestrować ruchy skrętne, a aby zminimalizować błędy, należy zbierać dane zarówno ze strony źrenic nosowych, jak i skroniowych i uśrednić. Ruchy oczu lornetki powinny być śledzone, aby zidentyfikować takie problemy jak nieprawidłowe skrętowanie lub ślizganie się maski, gdzie pozycja kamer zmienia się w wyniku przesuwania maski względem oczu. Analiza skrętna może wtedy wykorzystywać dane z jednego oka. Analiza obejmuje prędkości w fazie wolnej oraz częstotliwość uderzeń oczopląsza, aby ocenić wzmocnienie okulomotoryczne i rozkłady fazy szybkiej. Zalecana jest częstotliwość próbkowania 100 Hz jako minimum dla wiarygodnej analizy w fazie wolnofazowej.
    1. Przygotowanie do tematu: Upewnij się, że badany jest bezpiecznie usadzony na wyznaczonym krześle podczas wszystkich prób. Dostosuj pozycję siedzenia dla stabilności i komfortu, aby zminimalizować ryzyko niepożądanych ruchów głową lub poślizgu maski.
    2. Umieszczenie lokalizatora oczu: Zamontuj na głowie czujnik oczu na głowie badanego. Przymocuj głowę i oczny tracker za pomocą pasków z haczykiem lub podobnej metody, aby zminimalizować ruchy głowy.
    3. Ustawienie i kalibracja kamery: Upewnij się, że kamery mają niezakłócony widok na oczy podczas wszystkich ruchów. Upewnij się, że podczas aktywnych ruchów głowy nie występuje zauważalne poślizgnięcie maski. Przypnij badanego do fotela i wykonaj kalibrację oczu trackera. Nie reguluj pozycji eye-trackera po kalibracji.
  2. Układ śledzenia głowy
    UWAGA: Badacz musi zapewnić prawidłowe ustawienie głowy z dwóch powodów: aby utrzymać nieruchomość podczas prób optokinetycznych oraz aby obliczyć przyrost między rotacjami głowy a oczu podczas badań przedsionkowych i wizuo-przedsionkowych. Mocowanie głowicy C-ETD posiada akcelerometry śledzące ruch głowicy w sześciu wymiarach, z minimalnym wymogiem pomiaru pozycji głowy, prędkości i przyspieszenia w płaszczyźnie przechylenia oraz przesunięcia poziome. Przechylenie głowy może zmieniać ruch skrętu oczu, dlatego należy monitorować pozycję głowy w wymiarze poziomym, aby zapobiec przechyleniom. Akcelerometr musi śledzić ruchy głowy badanego, a nie własne, a uchwyt głowy musi być dobrze przymocowany. Częstotliwość śledzenia głowy musi być zsynchronizowana z wskaźnikiem oczu, przy czym częstotliwość śledzenia nie musi spaść poniżej częstotliwości śledzenia oczu.
    1. Określenie punktu obrotu: Ustaw punkt obrotu, wokół którego będzie zachodził obrót całego ciała, regulując punkt obrotu mechanicznych sanek. Upewnij się, że ten punkt jest umieszczony między oczami obiektu, aby dostosować różnice wysokości.
    2. Montaż lokalizatora głowy: Mocno przymocuj lokalizator zamontowany na głowie obiektu.
    3. Zarządzanie kablami i synchronizacja: Upewnij się, że kabel łączący się z eye-trackerem a head-trackerem jest ustawiony tak, aby uniknąć zaplątania. Sprawdź, czy kabel nie wywiera siły na głowę badanego podczas stymulacji.

3. Stymulacja optokinetyczna

UWAGA: Podczas stymulacji optokinetycznej badany siedzi w tej samej pozycji co podczas prób przedsionkowych, w spoczynku. Obiekt powinien być wyśrodkowany przed ekranem, z linią wzroku wyrównaną do głównej pozycji spojrzenia, co zapewnia skierowanie do przodu zarówno w wymiarach poziomych, jak i pionowych. Centralny punkt fiksacji, czyli koło, dostarcza kierunkowe wskazówki ruchu podczas fazy aktywnej stymulacji. Elementy optokinetyczne, takie jak małe kółka, są równomiernie rozmieszczone na ekranie, zapewniając wyraźny kontrast. Elementy wizualne obracają się wokół punktu fiksacji z ustaloną prędkością lub przyspieszeniem, osiągając określoną amplitudę.

  1. Wybór bodźców wizualnych: Wybierz scenę o wysokim kontraście wizualną z rozproszonymi liniami lub kropkami skupionymi wokół punktu fiksacji. Umieść punkt fiksacji bezpośrednio przed oczami obiektu, zarówno w wymiarach pionowych, jak i poziomych. Środek obrotu będzie następnie wyrównany z osią wzroku obiektu.
  2. Przygotowanie otoczenia: Usuń rozpraszające źródła światła, aby jedynym źródłem oświetlenia była scena wizualna. Użyj ekranu wystarczająco dużego, by objąć jak najwięcej pola widzenia obiektu.
  3. Instrukcje dotyczące tematu: Instruuj badanego, aby przez cały czas trwania próby utrzymywać koncentrację na centralnym punkcie. Poinformuj badanego, że badanie się rozpoczyna, zanim rozpocznie się jakiekolwiek nagrania.
  4. Realizacja próby: Uruchomić oprogramowanie do śledzenia oczu i głowy. Prezentuj statyczną scenę wizualną przez 10 sekund przed rozpoczęciem ruchu.
  5. Stymulacja ruchu: Na 1-2 sekundy przed rozpoczęciem ruchu polec badanemu trzymać szeroko otwarte oczy. Inicjuj ruch wzrokowy, obracając scenę do stałej amplitudy przy ustalonym przyspieszeniu. W obecnym protokole scena optokinetyczna obracała się z kierunkiem 7°/s², 14°/s² i 28°/s² do maksymalnej amplitudy 28° przeciwnie do ruchu wskazówek zegara; Parametry te zostały wybrane tak, aby zapewnić zniuansowany rozkład bodźców wzrokowych i przedsionkowych na odpowiedź ruchu oczu13,14.
  6. Ocena po stymulacji: Utrzymuj statyczną scenę na końcu przez 10 sekund, jeśli oceniasz statyczną pozycję oka. W przeciwnym razie natychmiast zakończ proces po zawieszeniu wniosku.

4. Stymulacja przedsionkowa

UWAGA: Badania przedsionkowe obejmowały rotacje całego ciała w całkowitej ciemności, aby wyizolować obroty głowy w płaszczyźnie przewrotu, minimalizując jednocześnie bodźce wzrokowe i proprioceptywne. Protokół wykorzystywał specjalnie zaprojektowane motoryzowane sanki zasilane dwoma niezależnymi paskami, z których każdy napędzany jest bezszczotkowym silnikiem AC (400 V), pozwalającym na precyzyjną kontrolę ruchu. Środek obrotu był wyrównany z glabelą, aby uwzględnić różnice wysokości. Uczestnicy mieli skupić się na wyimaginowanym punkcie odniesienia przed sobą, podczas gdy ich głowy były zabezpieczane, aby zminimalizować niezamierzone ruchy. Dane z akcelerometru z systemu C-ETD były wykorzystywane do monitorowania stabilności głowicy i zapewnienia, że parametry ruchu są zgodne z protokołem.

  1. Przygotowanie otoczenia i tematu: Upewnij się, że pomieszczenie jest całkowicie ciemne, aby wyeliminować wizualne wskazówki kierunkowe. Zabezpiecz obiekt w zmechanizowanych sankach, minimalizując ryzyko niezamierzonych ruchów głowy lub ciała. Ustaw środek obrotu z glabelą obiektu, aby uwzględnić różnice wysokości.
  2. Instrukcje dotyczące obiektu: Poinstruuj badanego, aby zwizualizował centralny punkt fiksacji i utrzymywać na nim wzrok przez cały czas próby. Choć drobne odchylenia trudno wyeliminować, pomaga to utrzymać stabilność spojrzenia podczas ruchu.
  3. Wykonanie procesu: Poinformuj podmiot, że proces zaraz się rozpocznie. Uruchom oprogramowanie do śledzenia oczu i głowy, pozwalając na upływ 10 sekund przed rozpoczęciem ruchu.
  4. Stymulacja ruchu: Na 1-2 sekundy przed rozpoczęciem ruchu polec badanemu trzymać szeroko otwarte oczy. Aktywuj mechaniczne sane, aby wykonać obrót głowicy odpowiadający amplitudzie i przyspieszeniu ruchu optokinetycznego w kroku 3.5. Weryfikuj stabilność głowicy za pomocą danych z akcelerometru przed i po każdym ruchu. Nagłe szarpnięcia głową mogą zakłócić nagrania okulomotoryczne w dotkniętych punktach czasowych
  5. Ocena po stymulacji: Utrzymuj obiekt w końcowej obróconej pozycji przez 10 sekund podczas oceny statycznej pozycji oka. W przeciwnym razie natychmiast zakończ proces po zawieszeniu wniosku.

5. Stymulacja wizuo-przedsionkowa

UWAGA: Stymulacja wizuo-przedsionkowa łączyła rotacje całego ciała, opisane w badaniach przedsionkowych, ze statycznym obrazem wzrokowym z badań optokinetycznych. To stworzyło względną rotację pola widzenia na siatkówce w kierunku przeciwnym do rotacji ciała, integrując zarówno ruch optokinezyczny, jak i przedsionkowy w jedną spójną stymulację.

  1. Zestaw stymulacji łącznej: Umieść obiekt w mechanicznych sankach i zaprezentuj scenę wizualną zgodnie z krokami 3.1-3.3. Połączony bodziec powinien tworzyć względny ruch między bodźcami przedsionkowymi a wzrokowymi.
  2. Wykonanie próby: Powtórz kroki 4.3-4.5, aby aktywować rotację całego ciała, podczas gdy badany ogląda statyczną scenę wizualną. Upewnij się, że bodziec wzrokowy jest nieruchomy w przestrzeni, poruszając się w przeciwnym kierunku niż obrót obiektu. Synchronizacja między stymulacją optokinetyczną a przedsionkową jest niezbędna dla dokładnego zbierania danych.

6. Analiza danych

UWAGA: Skręt oczny oceniano za pomocą śledzenia cech tęczówki za pomocą oprogramowania C-ETD, obejmując tylko dane o jakości sygnału powyżej 0,5. Dla każdego oka wybrano dwie linie śledzące po obu stronach źrenicy, a dane z oka o najwyższej liczbie klatek powyżej 0,5 jakości sygnału zostały uśrednione. Dane zostały przeanalizowane za pomocą OriginPro 2017, z wyłączeniem cech oczopląsów i artefaktów ruchu głowy, a uczestnicy zostali zachęceni do utrzymania otwartych oczu na sekundę przed stymulacją, aby zminimalizować artefakty mrugania.

  1. Zbieranie i przygotowanie danych
    1. Użyj oprogramowania do śledzenia oczu (np. C-ETD) do analizy filmów z użyciem ruchu oczu oraz wyodrębnienia ruchów skrętnych, pionowych i poziomych oczu.
    2. Konfiguruj i kalibruj śledzenie źrenic zgodnie z wytycznymi systemu pomiaru oczu. Przy ocenie odpowiedzi skrętnych za pomocą śledzenia cech wybierz dwa punkty odniesienia po każdej stronie źrenicy dla obu oczu. Punkty odniesienia powinny zawierać wyraźne cechy topograficzne, które można wykorzystać do dopasowania szablonów. Uruchom program analizy śledzenia oczu, aby generować dane pozycyjne w czasie i eksportować wszystkie dane o ruchach oczu do osobnego pliku.
    3. W pliku eksportowanym filtruj dane za pomocą indeksu jakości sygnału dostarczonego przez oprogramowanie. Dla C-ETD zachowuj tylko dane o jakości sygnału > 0,5 lub o równoważnym progu jakości dla innych systemów.
    4. Wybierz oko z największą liczbą klatek > jakości sygnału 0,5. Średnie dane skrętu na najlepszych liniach śledzenia dla wybranego oka, zapewniając reprezentację z obu stron źrenicy.
  2. Wizualizacja danych i kontrola jakości
    1. Zdigitalizuj i zsynchronizuj dane wejściowe z systemu śledzenia oczu (ruchy oczu, pozycję głowy i ruchy krzesła) przed importem do oprogramowania analitycznego.
    2. Wizualnie obejrzyj dane, w tym pozycję skrętną, pionową i poziomą w czasie, a także pozycję głowy w płaszczyźnie przechylenia, aby zweryfikować stabilny poziom bazowy i oczekiwane reakcje ruchu podczas każdej próby (patrz Rysunek 1 dla reprezentatywnych reakcji ruchu gałek). Zidentyfikuj wszelkie zakłócające ruchy oczu w kierunku poziomym lub pionowym.
  3. Wyklucz wolne fazy pokrywające się z nieoczekiwanymi ruchami oczu lub głowy, aby zachować jakość danych i spójność fiksacji. Jeśli takie ruchy miały miejsce podczas aktywnej stymulacji ruchowej, usuń dane i rozważ powtórzenie próby.
    1. Aby analizować fazy wolne, ręcznie prześledz każdą spowolnioną fazę skrzywioną, aby wykluczyć dane zakłócające. Oblicz prędkość w fazie wolnej jako zmianę amplitudy podzieloną przez czas trwania. Oceń czas uderzeń oczopląsowych (początek szybkich faz) w celu analizy rozkładu czasowego. Zapisz łączną liczbę uderzeń oczopląsplu na próbę. Można to zrobić, licząc liczbę zarejestrowanych szybkich faz dla każdego badania i uczestnika.
    2. Uwzględnić wszystkie ślady z fazy wolnej z każdego badania i uczestnika, aby zapewnić wiarygodne, reprezentatywne dane i zwiększyć siłę statystyczną.
  4. Ilościowe określenie wkładu sensorycznego
    1. Stwórz arkusz kalkulacyjny z listą prędkości w powolnej fazie dla badań wzrokowych, przedsionkowych i wizuo-przedsionkowych.
    2. Określ wzmocnienie bodźca ocznego, porównując każde przyspieszenie w fazie wolnej z odpowiadającym mu przyspieszeniem bodźca, dzieląc przyspieszenie skrętne przez przyspieszenie optokinetyczne lub obrotu głowy dla każdego próby.
    3. Oceń wkład sensoryczno-specyficzny, dzieląc średni przyrost w fazie wolnej z badań wzrokowych i przedsionkowych przez przyrost badań wizuo-przedsionkowych, aby obliczyć indeks. Wykonaj to na uśrednionych danych dla każdego obiektu i warunku przyspieszenia. Na przykład, jeśli badania wzrokowe i przedsionkowe dają przyspieszenia skrętne odpowiednio o 3 stopnie/s 2 i 7 stopni/s2, a badania wzrokowo-przedsionkowe o 10 stopni/s2, wkład wzrokowy i przedsionkowy wyniósłby odpowiednio 30% i 70%.
    4. Zweryfikować tę metodę, porównując wzrost wzrostu w fazie powolnej wizodprzedniej z sumą wzrostu wzrokowego i przedsionkowego w fazie wolnej między uczestnikami i badaniami. Na przykład, jeśli próby optokinetyczne dają średnią prędkość skrętną 3 stopnie/s2 , a przedsionkowe 7 stopni/s2, to badania wizuo-przedsionkowe powinny wynosić około 10 stopni/s2.
    5. Użyj testu T, aby porównać sumę zysków wzrokowych i przedsionkowych z obserwowanym wzmocnieniem wzrokowo-przedsionkowym; solidna integracja nie powinna wykazywać istotnych różnic.
    6. Zorganizuj ostateczny zbiór danych w tabelę zawierającą przyspieszenie w fazie wolnej, wzmocnienie skrętne, częstotliwość oczopląsu, znaczniki czasowe dla poszczególnych uderzeń oczapląsów oraz indeksowane wartości względnych wkładów wizualnych i przedsionkowych. Struktura danych według badanego, typu próby (wzrokowy, przedsionkowy lub wizuo-przedsionkowy) oraz przyspieszenia ruchu.
    7. Przeprowadz analizy statystyczne, rozdzielając zmienne na przyspieszenie fazy wolnej, częstotliwość oczopląsu, rozkład oczopląsów w czasie oraz indeksy wkładu sensorycznego. Weź pod uwagę takie czynniki jak temat, modalność i przyspieszenie. Zaleca się stosowanie metody analizy wieloczynnikowej, takiej jak ANOVA, w zależności od rozkładu danych.

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

Wyniki

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

Przeprowadzono łącznie 171 badań, w których wszyscy uczestnicy przeszli stymulacje wzrokowe, przedsionkowe oraz połączone na trzech poziomach przyspieszenia. Oceny śledzenia oczu przeprowadzono we wszystkich powstałych fazach spowolnienia oczopląsza (n = 223 dla dziewięciu uczestników kontrolnych (siedem kobiet); n = 331 dla 10 pacjentów (trzy kobiety)). Analizy statystyczne opierały się na średnich uzyskanych dla każdego uczestnika (n = 19), a dane były uśredniane z różnych badań. Zdrowe grupy kontrolne i pacjenci byli ...

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

Dyskusja

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

Niniejszy protokół oferuje zweryfikowaną metodologię oceny przetwarzania ruchu podkorowego poprzez stabilizację spojrzenia skrętną, odruch pośredniczony przez obwody pnia mózgu23. Łącząc stymulację wzrokową i przedsionkową, metoda umożliwia ocenę integracji wielozmysłowej poprzez reakcje skrętne oczu. Wcześniejsze implementacje wykazały ich wrażliwość na zależne od przyspieszenia wkłady przedsionkowe16, gęstość informacji wzrokowej15, modulację farma...

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

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają żadnych konfliktów interesów do zgłoszenia.

Podziękowania

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

Niniejsze badanie zostało wsparte przez Promobilia Foundation (grant badawczy A23126 dla TW).

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Bezszczotkowe silniki serwomechanizmów AC / Baldor BSM90C, 400 VBB Motors and Mechanical, Fort Smith, AK, USAUPC 781568378342Użyte do budowy zmechanizowanych sań
Chronos Urządzenie śledzące oczy (C-ETD)Chronos Vision GmbH, Berlin, NiemcyNiedostępneNowsze modele są dostępne od firmy, oferujące wyższe tempo nagrywania.
OriginProOriginLab, Northampton, MA, USAOriginPro 17Używane do wizualizacji i analizy śladów oczu, głowy i krzesła.
Statystyka SPSSIBM, Chicago, IL, USASPSS Statystyki 28Wykorzystywane do analiz statystycznych

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Land, M. Eye movements in man and other animals. Vision Res. 162, 1-7 (2019).
  2. Wibble, T., Pansell, T., Grillner, S., Pérez-Fernández, J. Conserved subcortical processing in visuo-vestibular gaze control. NatComm. 13 (1), 4699(2022).
  3. Wibble, T., Pansell, T. Human proprioceptive gaze stabilization during passive body rotations underneath a fixed head. Sci Rep. 14, 17355(2024).
  4. Cullen, K. E. The vestibular system: multimodal integration and encoding of self-motion for motor control. Trends Neurosci. 35 (3), 185-196 (2012).
  5. Guerraz, M., Bronstein, A. M. Mechanisms underlying visually induced body sway. Neurosci Lett. 443 (1), 12-16 (2008).
  6. Pavlou, M., et al. The effect of repeated visual motion stimuli on visual dependence and postural control in normal subjects. Gait Posture. 33 (1), 113-118 (2011).
  7. Wollseifen, T. Different methods of calculating body sway area. Pharmac Prog. 4, 91-106 (2011).
  8. Morrow, M. J., Sharpe, J. A. The effects of head and trunk position on torsional vestibular and optokinetic eye movements in humans. Exp Brain Res. 95 (1), 144-150 (1993).
  9. Pansell, T., Schworm, H. D., Ygge, J. Torsional and vertical eye movements during head tilt dynamic characteristics. Invest Ophthalmol Vis Sci. 44 (7), 2986-2990 (2003).
  10. Wibble, T., Sodergard, U., Traisk, F., Pansell, T. Intensified visual clutter induces increased sympathetic signalling, poorer postural control, and faster torsional eye movements during visual rotation. PLoS One. 15 (1), e0227370(2020).
  11. Sukkar, M., Khatirnamani, A., Wibble, T. Visually induced vertical vergence as a motion processing biomarker associated with postural instability. Neuroscience. 555, 106-115 (2024).
  12. Meldrum, D., Jahn, K. Gaze stabilisation exercises in vestibular rehabilitation: review of the evidence and recent clinical advances. J Neurol. 266 (Suppl 1), 11-18 (2019).
  13. Reynders, M., Van der Sypt, L., Bos, J., Cools, W., Topsakal, V. Systematic review and meta-analysis of the diagnostic value of optokinetic after-nystagmus in vestibular disorders. Front Neurol. 15, 1367735(2024).
  14. Guyton, D. L. Ocular torsion: sensorimotor principles. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 226 (3), 241-245 (1988).
  15. Wibble, T., Pansell, T. Vestibular Eye Movements Are Heavily Impacted by Visual Motion and Are Sensitive to Changes in Visual Intensities. Invest Ophthalmol Vis Sci. 60 (4), 1021-1027 (2019).
  16. Wibble, T., Engström, J., Pansell, T. Visual and Vestibular Integration Express Summative Eye Movement Responses and Reveal Higher Visual Acceleration Sensitivity than Previously Described. Invest Ophthalmol Vis Sci. 61 (5), 4(2020).
  17. Wibble, T., Frattini, D., Benassi, M., Bolzani, R., Pansell, T. Concussed patients with visually induced dizziness exhibit increased ocular torsion and vertical vergence during optokinetic gaze-stabilization. Sci Rep. 13 (1), 3690(2023).
  18. Frattini, D., Rosén, N., Wibble, T. A proposed mechanism for visual vertigo: post-concussion patients have higher gain from visual input into subcortical gaze stabilization. Invest Ophthalmol Vis Sci. 65 (4), 26(2024).
  19. Frattini, D., Wibble, T. Alertness and Visual Attention Impact Different Aspects of the Optokinetic Reflex. Invest Ophthalmol Vis Sci. 62 (13), 16(2021).
  20. Goodenough, D. R., Sigman, E., Oltman, P. K., Rosso, J., Mertz, H. Eye torsion in response to a tilted visual stimulus. Vision Res. 19 (10), 1177-1179 (1979).
  21. Cheung, B. S., Howard, I. P. Optokinetic torsion: dynamics and relation to circularvection. Vision Res. 31 (7-8), 1327-1335 (1991).
  22. Cullen, K. E. Vestibular processing during natural self-motion: implications for perception and action. Nat Rev Neurosci. 20, 346-363 (2019).
  23. Vilis, T., Hepp, K., Schwarz, U., Henn, V. On the generation of vertical and torsional rapid eye movements in the monkey. Exp Brain Res. 77 (1), 1-11 (1989).
  24. Wibble, T., Engström, J., Verrecchia, L., Pansell, T. The effects of meclizine on motion sickness revisited. Br J Clin Pharmacol. 86 (8), 1510-1518 (2020).
  25. Reason, J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model. J R Soc Med. 71 (11), 819-829 (1978).
  26. Dichgans, J., Brandt, T. Visual-Vestibular Interaction: Effects on Self-Motion Perception and Postural Control. Handbook Sens Physiol. 8, 755-804 (1978).
  27. Cousins, S., et al. Visual dependency and dizziness after vestibular neuritis. PLoS One. 9 (9), e0105426(2014).
  28. Brandt, T., Dieterich, M. Vestibular syndromes in the roll plane: topographic diagnosis from brainstem to cortex. Ann Neurol. 36 (3), 337-347 (1994).
  29. Collewijn, H., Van der Steen, J., Ferman, L., Jansen, T. C. Human ocular counterroll: assessment of static and dynamic properties from electromagnetic scleral coil recordings. Exp Brain Res. 59 (1), 185-196 (1985).
  30. Miller, E. F. Evaluation of otolith organ function by means of ocular counter-rolling measurements. , 69N30986 (1969).
  31. Diamond, S. G., Markham, C. H. Ocular counterrolling as an indicator of vestibular otolith function. Neurology. 33 (11), 1460-1469 (1983).
  32. Vieville, T., Masse, D. Ocular counter-rolling during active head tilting in humans. Acta Otolaryngol. 103 (3-4), 280-290 (1987).
  33. Kassner, M., Patera, W., Bulling, A. Pupil: an open source platform for pervasive eye tracking and mobile gaze-based interaction. Proc 2014 ACM Int Joint Conf Pervasive Ubiquitous Computing. , 1151-1160 (2014).
  34. Pansell, T., Sverkersten, U., Ygge, J. Visual spatial clues enhance ocular torsion response during visual tilt. Exp Brain Res. 175 (3), 567-574 (2006).
  35. Zemblys, R., Niehorster, D. C., Komogortsev, O., Holmqvist, K. Using machine learning to detect events in eye-tracking data. Behav Res. 50, 160-181 (2018).
  36. Otero-Millan, J., Roberts, D. C., Lasker, A., Zee, D. S., Kheradmand, A. Knowing what the brain is seeing in three dimensions: A novel, noninvasive, sensitive, accurate, and low-noise technique for measuring ocular torsion. J Vis. 15 (14), 11(2015).
  37. Sadeghi, R., Ressmeyer, R., Yates, J., Otero-Millan, J. Open Iris - An Open Source Framework for Video-Based Eye-Tracking Research and Development. bioRxiv. , (2024).

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

bod ce wzrokowerotacje w p aszczy nie rollstymulacja optokinetycznastymulacja wizuowestybularnabiomarkery okulomotorycznecz stotliwo nystagmusuintegracja sensoryczna

Powiązane artykuły