Narzędzia rzeczywistości wirtualnej do oceny jednostronnych zaniedbań przestrzennych: nowe możliwości gromadzenia danych
10 marca 2021
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.
Dzięki naszemu protokołowi badacze mogą zaprojektować i zweryfikować nowatorskie narzędzia rzeczywistości wirtualnej, aby pomóc w diagnozie i charakterystyce jednostronnego zaniedbania przestrzennego. Technika ta zapewnia szeroki wachlarz zbiorów danych do badania jednostronnych zaniedbań przestrzennych. Pozwala to również uniknąć możliwych efektów zakłócających obserwowanych w badaniach pacjentów z nabytym uszkodzeniem mózgu.
Lepsza charakterystyka jednostronnego zaniedbania przestrzennego może ułatwić dostarczanie terapii pacjentom z subtelnymi, ale wciąż wyniszczającymi deficytami i potencjalnie poprawić ich ogólny powrót do zdrowia. Procedurę zademonstrują Sam Cason i Peter Schwab, naukowcy z mojego laboratorium. Aby wykonać test bisekcji linii, poproś badanego, aby usiadł przy stole naprzeciwko testera i zapewnij mu przybory do pisania oraz arkusz stymulacyjny, upewniając się, że arkusz jest umieszczony bezpośrednio przed badanym.
Poinstruuj badanego, aby szybko i dokładnie przeciął każdą linię wydrukowaną na arkuszu bodźców jak najbliżej środka każdej linii, utrzymując głowę i ramiona wyśrodkowane tak bardzo, jak to możliwe. Aby wykonać test Bellsa, dostarcz badanemu arkusz bodźców testu Bellsa i poinstruuj badanego, aby zakreślił lub skreślił wszystkie dzwonki na arkuszu tak szybko i dokładnie, jak to możliwe, utrzymując głowę i ramiona wyśrodkowane. Aby wykonać test anulowania gwiazdy, przedstaw badanemu arkusz bodźca, upewniając się, że jest on umieszczony bezpośrednio przed nim i poinstruuj badanego, aby zakreślił lub skreślił wszystkie gwiazdy na arkuszu bodźców tak szybko i dokładnie, jak to możliwe, z wyśrodkowaną głową i ramionami.
Aby wykonać test anulowania kręgu Otasa, należy dostarczyć badanemu arkusz bodźców do anulowania kręgu Otasa i poinstruować badanego, aby skreślił lub zakreślił wszystkie otwarte niepełne okręgi tak szybko i dokładnie, jak to możliwe, z wyśrodkowaną głową i ramionami. Przed pierwszą sesją TMS prześlij skan 3TT1 MRI pacjenta do oprogramowania neuronawigacyjnego i stwórz reprezentację 3D mózgu pacjenta. Podczas pierwszej sesji poproś osobę, aby usiadła przed optyczną kamerą śledzącą i użyła opaski na głowę lub okularów, aby umieścić na niej tracker
.Podłącz jedną jednorazową elektrodę dyskową do prawej grzbietowej kości międzykostnej pacjenta, jedną elektrodę dyskową do drugiej kostki pacjenta na prawym palcu wskazującym i jedną elektrodę masową do prawego nadgarstka, prawej ręki i nadgarstka pacjenta. Podłącz elektrody do adaptera elektrody, który wchodzi do programu śledzącego MEP i wybierz nową sesję online, aby otworzyć projekt pacjenta w oprogramowaniu neuronawigacyjnym. Wybierz cele, które mają być stymulowane w tej sesji i za pomocą wskaźnika zarejestrowanego w oprogramowaniu neuronawigacyjnym dotknij twarzy osoby badanej w tych samych miejscach, w których umieszczono punkty orientacyjne.
Otwórz kartę walidacji w oprogramowaniu i użyj wskaźnika, aby dotknąć obiektu w różnych miejscach na głowie, upewniając się, że krzyżyk na ekranie pokrywa się z punktem wskazywanym na obiekcie. Podłącz ręczną cewkę TMS do maszyny TMS i włącz maszynę TMS. Ustaw instrument na pojedynczy impuls i ustaw odpowiednią intensywność stymulacji.
Umieszczając ręczną cewkę TMS po lewej stronie głowy badanego, dostarczaj bodźce do kory ruchowej za pomocą pojedynczych impulsów TMS. Aby zidentyfikować miejsce, które stymuluje pierwszy grzbietowy międzykostny. Zmieniaj intensywność stymulacji, aż stymulacja wywoła MEP o napięciu co najmniej 50 miliwoltów, dokładnie pięć na 10 razy.
Ta intensywność jest uważana za spoczynkowy próg motoryczny. Zastąp cewkę ręczną cewką chłodzoną powietrzem TMS z wbudowanym systemem chłodzenia ukierunkowanym na SMG lub STG dla sesji aktywnych lub wierzchołek dla sesji pozorowanych i ustaw parametry stymulacji na powtarzalny TMS z szybkością jednego herca przez 20 minut przy intensywności 110% progu silnika spoczynkowego. Następnie rozpocznij stymulację interesującego Cię celu.
Aby wykonać test zachowania w rzeczywistości wirtualnej, umieść gogle VR na głowie siedzącej osoby tak, aby paski były ciasno, ale wygodnie zamocowane. Daj badanemu oba kontrolery i upewnij się, że oba oczy są widoczne, wizualnie potwierdzając, że są wyśrodkowane w obrazach z kamery w oprogramowaniu źrenicy. W edytorze aparatu Unity otwórz zadanie rzeczywistości wirtualnej i naciśnij przycisk odtwarzania.
Poproś fotografowaną osobę, aby patrzyła prosto przed siebie i kliknęła przycisk aparatu do łez. Kliknij przycisk rozpocznij samouczek i poczekaj, aż temat zakończy samouczek. Gdy pacjent skończy, kliknij przycisk kalibracji śledzenia ruchu gałek ocznych i kliknij następną próbę, aby rozpocząć pierwszą próbę.
Gdy badany zakończy próbę, kliknij ponownie przycisk odtwarzania, aby zakończyć zadanie. W tej analizie zbadano średni kąt nachylenia głowy, aby określić, czy zadanie w rzeczywistości wirtualnej było wystarczająco czułe, aby zidentyfikować różnicę między grupami SMG i STG. Analiza ANCOVA dotycząca różnic w kącie nachylenia głowy między grupami wykazała istotną różnicę w wynikach zmiany kąta głowy między grupami przed i po TMS.
To odkrycie z zadania w wirtualnej rzeczywistości jest zgodne z wynikami tradycyjnego zadania z użyciem papieru i ołówka, ponieważ oba wykazały wzorzec, w którym grupa SMG mogła mieć subtelne zaniedbanie i patrzeć bardziej w prawo w porównaniu z grupą STG. Aby konkretnie ocenić oznaki zaniedbania allocentrycznego na indywidualnym poziomie docelowym, kwiaty można oddzielić na podstawie tego, która strona kwiatu zawiera wadliwe płatki. W tej analizie uczestnicy grupy SMG mieli tendencję do patrzenia dalej w prawo na wyższy kąt kwiatu do głowy podczas wyszukiwania krótkiego płatka po prawej stronie kwiatu w porównaniu z kątem obserwowanym, gdy krótkie płatki znajdowały się po lewej stronie kwiatu.
Kiedy analizowano średnią liczbę sekund, przez które uczestnicy patrzyli na każdy kwiat, nie zaobserwowano znaczącej różnicy w średnim wyniku zmiany kąta głowy między grupami SMG i STG. Metoda ta jest ograniczona subtelnymi efektami klinicznymi osiąganymi dzięki powtarzalnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. Dlatego kluczowe znaczenie mają odpowiednie parametry stymulacji w ukierunkowaniu na obszar korowy.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie koncentruje się na zaprojektowaniu i walidacji nowego zadania w rzeczywistości wirtualnej, którego celem jest wykrywanie i charakteryzacja jednostronnego zaniedbania przestrzennego – stanu często występującego u osób po udarze mózgu. Podejście to ma na celu poprawę rozumienia i zarządzania tym zespołem neurologicznym.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Zastosowania w rzeczywistości wirtualnej
- Rehabilitacja po udarze
Wstęp
- Jednostronne pomijanie przestrzenne dotyczy 23-46% osób, które przeżyły udar w fazie ostrej.
- Obecne metody diagnostyczne mogą być obarczone efektami zakłócającymi.
- Wirtualna rzeczywistość otwiera nową drogę dla oceny i terapii.
- Lepsza charakterystyka może prowadzić do lepszych wyników terapeutycznych.
Cel badania
- Opracowanie narzędzia w rzeczywistości wirtualnej do diagnozowania jednostronnego pomijania przestrzennego.
- Zapewnienie kompleksowych zestawów danych do badań nad tym zespołem.
- Ułatwienie ukierunkowanej terapii pacjentów z subtelnymi deficytami.
Zastosowane metody
- Projektowanie zadania w rzeczywistości wirtualnej do oceny.
- Przeprowadzanie testu bisekcji linii z udziałem badanych.
- Gromadzenie danych do analizy charakterystyki zespołu zaniedbania.
- Udział badaczy Sama Casona i Petera Schwaba w demonstracji.
Główne wyniki
- Pomyślna implementacja zadania w rzeczywistości wirtualnej.
- Zebranie zróżnicowanych zestawów danych dotyczących jednostronnego pomijania przestrzennego.
- Identyfikacja subtelnych deficytów u osób po udarze mózgu.
- Potencjał do poprawy wyników rekonwalescencji dzięki ukierunkowanej terapii.
Wnioski
- Narzędzie rzeczywistości wirtualnej wykazuje potencjał w diagnostyce jednostronnego zaniedbania przestrzennego.
- Może ono ograniczyć wpływ zmiennych zakłócających w ocenie pacjentów.
- Dalsze badania mogą przyczynić się do usprawnienia strategii terapeutycznych dla osób po udarach.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niniejsze badanie demonstruje, w jaki sposób rzeczywistość wirtualna może być wykorzystywana do modelowania i oceny jednostronnego pomijania przestrzennego, stanu neurologicznego istotnego w procesie rekonwalescencji po udarze. Dzięki połączeniu VR z celowaną TMS badacze mogą izolować i kwantyfikować specyficzne deficyty wzrokowo-przestrzenne w kontrolowanych warunkach. Podejście to wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego w przedklinicznych badaniach neuronaukowych i oferuje skalowalną platformę do oceny potencjalnych interwencji terapeutycznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie obwodów neuronalnych zaangażowanych w uwagę wzrokowo-przestrzenną poprzez kontrolowaną indukcję objawów podobnych do zespołu zaniedbania.
- Wartość operacyjna: Zapewnia powtarzalną metodę oceny wyników funkcjonalnych po interwencjach neuromodulacyjnych.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Generuje ilościowe odczyty behawioralne, takie jak odchylenie głowy w osi pionowej oraz odchylenie osi wzroku, w celu obiektywnego monitorowania objawów.
- Wartość operacyjna: Wspiera standaryzację testów poprzez dynamiczne dostosowywanie poziomu trudności oraz zautomatyzowany zbiór danych w środowiskach imersyjnych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Modeluje deficyty wynikające z nabytego urazu mózgu u zdrowych ochotników, co zwiększa trafność prognostyczną w badaniach przesiewowych terapii.
- Wartość operacyjna: Łączy etapy odkryć i analiz przedklinicznych poprzez walidację biomarkerów funkcji uwagi opartych na VR.
Integracja potoku i przepływu pracy
Paradygmat VR-TMS wpisuje się w etap przejścia od wczesnych odkryć do badań przedklinicznych, oferując platformę do walidacji zaangażowania celu i odczytu funkcjonalnego.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących celów korowych (STG, SMG) w sieciach uwagi poprzez mierzalne zmiany behawioralne.
- Przesiew: Umożliwia wysokiej wierności, powtarzalną ocenę efektów neuromodulacyjnych w zakresie poznania przestrzennego.
- Analityka: Dostarcza ciągłych, ilościowych wskaźników (kąt głowy, kierunek spojrzenia) do porównań grupowych i modelowania zależności dawka-odpowiedź.
- Badania translacyjne: Jest zgodne z kliniczną symptomatologią zespołu zaniedbania, wspierając ciągłość od modeli sztucznych do wyników istotnych dla pacjenta.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy reużywalną platformę neuronauki VR, którą można zastosować w wielu programach walidacji celów w obrębie OUN.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną poprzez redukcję zmiennych zakłócających, które są nieodłącznie związane z badaniami na pacjentach.
- Wartość operacyjna: Zwiększa powtarzalność i skalowalność ocen neuropsychologicznych dzięki zastosowaniu zestandaryzowanych środowisk VR.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji typu go/no-go poprzez dostarczanie wczesnych, przekładalnych danych funkcjonalnych dotyczących celów w ośrodkowym układzie nerwowym (CNS).
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację celów neuromodulacji z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o obiektywną redukcję ryzyka behawioralnego.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna z zakresu neuronauki, tworzenia rzeczywistości wirtualnej oraz obsługi TMS.
- Instrumentacja obejmuje gogle VR z funkcją śledzenia wzroku, systemy TMS oraz oprogramowanie do neuronawigacji.
- Konieczna jest standaryzacja międzyzespołowa w zakresie projektowania bodźców, progów wydajności oraz protokołów analizy danych.
- Adaptacja w różnych systemach modelowych zależy od walidacji fenotypów przypominających zespół zaniedbania oraz celowania w homologiczne obszary kory.
- Ograniczenia praktyczne obejmują subtelność indukowanych efektów oraz zależność od precyzyjnych parametrów stymulacji.
