Terapia adaptacyjna wirtualnego pryzmatu: protokół walidacji u zdrowych osób dorosłych
February 12th, 2020
Ten eksperymentalny protokół demonstruje zastosowanie terapii adaptacyjnej wirtualnego pryzmatu (VPAT) u zdrowych dorosłych oraz związek między VPAT a funkcjonalną spektroskopią bliskiej podczerwieni w celu określenia wpływu VPAT na aktywację kory mózgowej. Wyniki sugerują, że VPAT może być wykonalny i może wywoływać podobną adaptację behawioralną, jak konwencjonalna terapia adaptacyjna pryzmatu.
Nasz eksperymentalny protokół może odpowiedzieć na pytanie, czy terapia adaptacji pryzmatu jest skuteczna u pacjentów z zaniedbaniem połowiczym i czy nasz wirtualny system terapii adaptacji pryzmatu sprzyja wyrównaniu przestrzennemu i aktywacji kory mózgowej. Terapia adaptacji wirtualnego pryzmatu została opracowana tak, aby była mniej kosztowna, szybsza w konfiguracji i łatwiejsza do dostosowania niż konwencjonalna adaptacja pryzmatu. Technika ta może być stosowana w celu zastąpienia konwencjonalnej terapii pryzmatycznej u pacjentów z zaniedbaniem połowiczo-przestrzennym, ponieważ może naśladować efekty konwencjonalnej adaptacji pryzmatu.
Metoda ta sugeruje potencjał wykorzystania wirtualnej rzeczywistości w terapii udaru mózgu i może dać wgląd w rehabilitację zaniedbań połowiczo-przestrzennych w dziedzinie rehabilitacji wirtualnej. Chociaż system jest oparty na silniku gier w rzeczywistości wirtualnej, dzięki czemu jest łatwy w użyciu. Pamiętaj, aby zachować ostrożność podczas przygotowań.
Aby uzyskać funkcjonalny pomiar spektroskopii bliskiej podczerwieni, poproś uczestnika, aby usiadł na krześle z prostymi plecami i upewnij się, że ręka uczestnika nie uderzy w stół podczas wyciągania ręki. Następnie wybierz odpowiedni rozmiar funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni zgodnie z obwodem głowy uczestnika i umieść nasadkę na głowie uczestnika tak, aby wierzchołek znajdował się na przecięciu punktu środkowego między wcięciem i nasionem oraz punktu środkowego między lewym i prawym obszarem przedusznym. Wyświetl montaż na ekranie i podłącz do montażu 15 źródeł i 24 detektory.
Użyj żelu przewodzącego, aby poprawić wzmocnienie ze źródła światła, jeśli jest to konieczne, przed włożeniem optody i umieść nasadkę mocującą na uczestniku. Aby skonfigurować oprogramowanie, uruchom funkcjonalne oprogramowanie systemu spektroskopii bliskiej podczerwieni i załaduj montaż zaniedbania. Po wyświetleniu montażu na ekranie ustaw 15 źródeł i 24 detektory zgodnie z montażem i kliknij kalibruj.
Aby skalibrować system terapii adaptacyjnej wirtualnego pryzmatu, najpierw zamontuj wyświetlacz zamontowany na głowie rzeczywistości wirtualnej na funkcjonalnej nasadce do spektroskopii bliskiej podczerwieni, uważając, aby nie zakłócić pracy nasadki. Gdy wyświetlacz jest na swoim miejscu, otwórz oprogramowanie do terapii adaptacyjnej wirtualnego pryzmatu i wprowadź informacje o uczestniku. Kliknij start i potwierdź wizualizację wirtualnej ręki na wyświetlaczu.
Zainicjuj dwuetapową kalibrację i poinstruuj uczestnika, aby obserwował czerwony krzyżyk na środku ekranu. Następnie naciśnij R, aby skalibrować ekran. Poinstruuj uczestnika, aby wskazał cel prawą ręką.
Następnie naciśnij O, aby skalibrować pozycję dłoni. Należy zapewnić wystarczającą ilość miejsca do kalibracji w zakresie wskazówki i nie należy rozciągać wskazówki zbyt daleko, aby ustawić pozycję docelową. Na zakończenie kalibracji należy potwierdzić gotowość uczestnika do rozpoczęcia eksperymentu i uruchomienia systemu bez trybu pryzmatu.
Kliknij przycisk start, aby rozpocząć eksperyment z czterema fazami jednocześnie z funkcjonalnym zapisem spektroskopii bliskiej podczerwieni i poinstruuj uczestnika, aby wskazał lub kliknął prawym palcem wskazującym w ciągu trzech sekund od pojawienia się odpowiedniej ikony lub odpoczął. W trybie adaptacji wirtualnego pryzmatu ustawiony kąt odchylenia powoduje wirtualne odchylenie dłoni. Zielona ręka to rzeczywista pozycja rozpoznana przez rękę, która nie jest pokazywana użytkownikowi.
Niebieskie wskazówki to odchylone wskazówki pokazane użytkownikowi. W trybie odchylenia ręka użytkownika wysuwa się w lewo, aby utrzymać rękę użytkownika coraz bliżej celu. W przypadku bloku klikania poinstruuj uczestnika, aby nacisnął przycisk.
Każda faza będzie składać się z bloków do wskazywania, klikania lub odpoczynku. Na tym reprezentatywnym wykresie pokazano błąd wskazywania dla czterech zdrowych uczestników ze średnią wartości mediany z 10 prób w podfazie każdego zadania wskazującego trwającej 30 sekund. W tym miejscu przedstawiono błąd wskazujący dla każdego badanego, demonstrując adaptację podczas faz terapii adaptacyjnej wirtualnego pryzmatu i adaptacji postpryzmatycznej.
Użyj kalibracji ekranu, aby umieścić wirtualną przestrzeń przed zasięgiem wzroku użytkownika i użyj kalibracji odległości celu, aby umieścić cel w zasięgu użytkownika. Przebadaliśmy zdrowych dorosłych ochotników, ale technologia może być stosowana u pacjentów klinicznych. Ponadto porównanie danych z rzeczywistymi klasami pryzmatów może być znaczące.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten eksperymentalny protokół demonstruje zastosowanie terapii adaptacji wirtualnego pryzmy (VPAT) u zdrowych dorosłych oraz jej potencjał do naśladowania konwencjonalnej terapii adaptacji pryzmy. Badanie eksploruje związek między VPAT a funkcjonalną spektroskopią w podczerwieni bliskiej w celu oceny jej wpływu na aktywację kory mózgowej.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neuronauki
- Rehabilitacja
- Rzeczywistość wirtualna
Tło
- Terapia adaptacji pryzmy jest stosowana u pacjentów z zaniedbaniem przestrzeni pojedynczej strony.
- Wirtualna terapia adaptacji pryzmy ma na celu być bardziej opłacalna i łatwiejsza do wdrożenia.
- Ta technika może dostarczyć wglądu w strategie rehabilitacji dla pacjentów po udarach.
- Wykorzystuje silnik gier rzeczywistości wirtualnej dla dostępności.
Cel badania
- Ocena skuteczności VPAT w ponownym wyrównaniu przestrzeni.
- Określenie wpływu VPAT na aktywację kory mózgowej.
- Eksplorowanie wykonalności stosowania VPAT jako zamiennika dla konwencjonalnej terapii.
Zastosowane metody
- Wdrożenie terapii adaptacji wirtualnego pryzmy.
- Funkcjonalna spektroskopia w podczerwieni bliskiej do pomiaru aktywacji kory mózgowej.
- Porównanie adaptacji behawioralnych między VPAT a konwencjonalną terapią.
- Ocena konfiguracji systemu i doświadczenia użytkownika.
Główne wyniki
- VPAT może indukować podobne adaptacje behawioralne jak konwencjonalna terapia.
- Wykonalność VPAT została zademonstrowana u zdrowych dorosłych.
- Dowód zmian w aktywacji kory mózgowej związanych z VPAT.
- Potencjał dla VPAT do zastosowania w środowiskach klinicznych w celu rehabilitacji.
Wnioski
- VPAT jest obiecującą alternatywą dla konwencjonalnej terapii adaptacji pryzmy.
- Wymagane są dalsze badania, aby potwierdzić jej skuteczność w populacjach klinicznych.
- Ta metoda może poprawić podejście rehabilitacji dla zaniedbania przestrzeni pojedynczej strony.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Virtual prism adaptation therapy (VPAT) offers a cost-effective, scalable approach to assess spatial realignment and cortical activation in neurorehabilitation research. By leveraging virtual reality and fNIRS, VPAT enables mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses related to visuospatial motor integration. This supports target validation and predictive confidence in early discovery for stroke-related cognitive deficits.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses on spatial realignment mechanisms in hemispatial neglect models.
- Operational Value: Enables functional target validation through quantifiable behavioral error reduction and cortical activation patterns.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by providing measurable biomarkers of visuospatial adaptation prior to clinical investment.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated neurobehavioral readouts (pointing error, deviation angle) for high-throughput compound or intervention screening.
- Reproducibility: Standardized calibration protocols (screen and hand position) ensure consistent quantitative outputs across operators and sites.
- Scalability: VR-based system allows rapid deployment and adaptation across diverse participant pools without physical prism hardware constraints.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Bridges discovery-phase mechanistic insights with preclinical validity via fNIRS-measured cortical activation in dorsolateral prefrontal and parietal regions.
- Risk-Adjusted Advancement: Enables go/no-go decisions based on convergent behavioral and neurophysiological adaptation thresholds.
- Disease-Relevant System: Models visuospatial dysfunction relevant to stroke-induced hemispatial neglect, supporting biomarker-aligned preclinical validation.
Pipeline & Workflow Integration
VPAT fits within the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis-driven assessment of neurorepair mechanisms before lead optimization.
- Discovery Biology: Tests pathway-specific hypotheses involving visuomotor integration and attentional reorienting networks.
- Screening: Delivers standardized, quantitative behavioral readouts (pointing error median) suitable for intervention comparison.
- Analytics: Generates fNIRS-derived cortical activation maps that inform target engagement and mechanistic de-risking.
- Translational Research: Alters with preclinical validity through homologous cortical activation patterns in healthy models predictive of patient response.
- Enterprise Reuse: Platform-agnostic VR/fNIRS framework supports reuse across cognitive motor domains beyond neglect.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by linking behavioral adaptation to prefrontal-parietal cortical activation.
- Operational Value: Eliminates physical prism constraints, enabling faster setup, lower cost, and easier parameter adjustment.
- Strategic Value: Improves go/no-go confidence through multimodal validation (behavioral + neuroimaging), reducing late-stage failure risk.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization of neurorehabilitation candidates using objective neurobehavioral thresholds.
Implementation Considerations
- Requires expertise in VR system calibration, fNIRS montage placement, and neurobehavioral task design.
- Dependent on functional near infrared spectroscopy hardware, VR head-mounted display, and depth-sensing camera integration.
- Necessitates cross-team standardization of calibration protocols (screen and hand position) for reproducible multi-site deployment.
- Adaptation considerations include adjusting deviation angles and target distances for varied motor abilities and visual fields.
- Practical limitation: Current validation limited to healthy adults; clinical translation requires stroke patient data.
