Kwantyfikacja reakcji okoruchowych i akomodacji za pomocą oprzyrządowania i zestawów narzędzi do analizy
3 marca 2023
VisualEyes2020 (VE2020) to niestandardowy język skryptowy, który prezentuje, rejestruje i synchronizuje bodźce wzrokowe ruchu gałek ocznych. VE2020 dostarcza bodźców do sprzężonych ruchów gałek ocznych (sakkady i płynny pościg), sprzężonych ruchów gałek ocznych (wergencja), akomodacji i kombinacji każdego z nich. Dwa programy analityczne ujednolicają przetwarzanie danych z systemów śledzenia ruchu gałek ocznych i rejestracji zakwaterowania.
Pakiety oprogramowania użyte w tym badaniu zapewniają kompleksową i pełną kontrolę nad każdym eksperymentem, który jest przedmiotem zainteresowania. Visualize 2020 dostosowuje stymulację, AMAP i VMAP zapewniają uzupełniającą analizę odpowiednio zachowań akomodacyjnych i motorycznych oczu. Główną zaletą tej techniki jest przezroczystość.
Programowo, zachowanie bodźca, procedura kalibracji i procesy analityczne mogą być definiowane przez użytkownika dla dowolnego protokołu eksperymentalnego w zakresach oprogramowania. Obiektywny pomiar ruchów gałek ocznych i akomodacji za pomocą analizy danych umożliwia naukowcom zajmującym się wzrokiem i lekarzom odróżnienie pacjentów z dysfunkcją obuoczną od kontroli nerwiaka obuocznego. Po drugie, być w stanie zrozumieć mechanizm neurologiczny leżący u podstaw terapii widzenia.
Zapisy momentu gałki ocznej mogą być wykorzystywane jako potencjalny biomarker dysfunkcji motorycznych oczu i mają potencjalne zastosowania w populacji pacjentów z wstrząśnieniem mózgu i chorobą Parkinsona, w której występuje wysoka współwystępowość dysfunkcji widzenia obuocznego. Zacznij od monitorowania połączeń i sprzętu konfiguracji. System VisualEyes 2020 przypisuje monitory w kolejności przestrzennej i zgodnej z ruchem wskazówek zegara.
Zadbaj o prawidłową konfigurację przestrzenną monitorów bodźców. Główny monitor sterujący jest indeksowany jako zero, a wszystkie kolejne monitory są indeksowane od jednego. Wybierz opcję Identyfikuj, aby zwizualizować przypisane indeksy monitora dla każdego wyświetlacza bodźca podłączonego do komputera sterującego.
W ustawieniach monitora wyświetlacza przejdź do opcji Rozdzielczość wyświetlacza i sprawdź zalecaną rozdzielczość. Upewnij się, że system śledzenia ruchu gałek ocznych znajduje się na optycznej linii środkowej, a minimalna odległość kamery wynosi 38 centymetrów. Sprawdź, czy system autorefraktora znajduje się na optycznej linii środkowej i około jednego metra od oczu.
Sprawdź poprawność konfiguracji sprzętu i wyposażenia, odwołując się do wymiarów. Upewnij się, że pulpit i odpowiedni sprzęt do śledzenia ruchu gałek ocznych są skonfigurowane i skalibrowane zgodnie z instrukcjami producenta. Jednoocznie zasłaniaj lewe oko uczestnika filtrem transmisyjnym w podczerwieni i umieść wypukłą soczewkę próbną w sferze przed filtrem.
Następnie przez lornetkę prezentuj bodziec o wysokiej ostrości czterech stopni z fizycznie bliskich monitorów bodźców. Następnie przez lornetkę prezentuj bodziec o wysokiej ostrości 16 stopni z fizycznie bliskich monitorów bodźców. Po uzyskaniu świadomej zgody należy skierować uczestnika do zajęcia miejsca w haploskopie.
Ustaw czoło i podbródek uczestnika na stałym zagłówku, aby zminimalizować ruchy głowy i dostosuj wysokość krzesła tak, aby szyja uczestnika była wygodna przez cały eksperyment. Dostosuj kamery rejestrujące ruch gałek ocznych, aby upewnić się, że oczy uczestnika są możliwe do uchwycenia w polu widzenia kamery. Następnie dostosuj sygnał śledzenia ruchu gałek ocznych i zyski bramkowania śledzenia oczu, aby uchwycić cechy anatomiczne, takie jak rąbek, źrenica i odbicie rogówki.
Zweryfikuj przechwytywanie danych o ruchach gałek ocznych, prosząc uczestnika o wykonanie powtarzających się ruchów wergencyjnych lub sakkadowych. Aby skonfigurować dane, należy użyć zewnętrznego urządzenia pamięci masowej, które zawiera dane autorefraktora, i wyeksportować dane do urządzenia z zainstalowanym systemem AMAP. Uruchom aplikację AMAP i wybierz preprocesor plików lub preprocesor wsadowy.
Sprawdź pasek postępu AMAP i powiadomienia, ponieważ system dostarcza je, gdy wybrane dane zostały wstępnie przetworzone. Katalogi folderów są generowane na podstawie wstępnego przetwarzania AMAP w celu zapewnienia przejrzystości przetwarzania danych i dostępności za pośrednictwem dysku lokalnego komputera w obszarze danych wyjściowych AMAP. Jeśli funkcja AMAP zostanie wybrana bez uprzedniego przetwarzania danych, sprawdź, czy pojawi się okno eksploratora plików, w którym użytkownik może wybrać katalog danych.
Następnie, aby przeprowadzić analizę danych AMAP, wybierz plik danych do analizy za pomocą przycisku Załaduj dane, który ładuje wszystkie dostępne pliki do bieżącego katalogu plików, domyślnie do wygenerowanego folderu wyjściowego podkreślenia AMAP. Nazwa wybranego pliku danych pojawi się w polu bieżącego pliku. W selektorze oka sprawdź domyślny wybór, który przedstawia uśrednione obuocznie dane dla zarejestrowanej refrakcji akomodacyjnej.
Przełącz typ danych między refrakcją akomodacyjną a wergencją okoruchową, oznaczony jako Spojrzenie przez selektor typu. Zapoznaj się z dalszymi dostępnymi dostosowaniami graficznymi, aby przedstawić metryki danych oraz charakterystyki pierwszego i drugiego rzędu. Sprawdź domyślne metryki dla protokołu AMAP.
Po wyświetleniu opcji graficznych wykonaj modyfikacje indeksu początkowego odpowiedzi, indeksu końcowego odpowiedzi i indeksu prędkości szczytowej za pomocą pokręteł modyfikacji metrycznych. Po przeprowadzeniu analizy wszystkich zarejestrowanych ruchów zapisz analizowane metryki dla każdego pliku danych w polu identyfikatora ruchu lub za pomocą strzałek nawigacyjnych po lewym i prawym słowie. Nieprzeanalizowane ruchy mają domyślną klasyfikację, która nie jest liczbą oznaczoną jako NaN i nie są zapisywane ani eksportowane.
Wykonuj ręczną klasyfikację jako dobrą lub złą dla każdego ruchu, aby zapewnić pełną analizę przez dowolnego operatora. Wybierz przycisk Zapisz, aby zapisać analizowane dane. Następnie wybierz przycisk Eksportuj, aby wyeksportować przeanalizowane dane do dostępnego arkusza kalkulacyjnego, który zawiera poszczególne metryki ruchu oraz uśrednione wyeksportowane arkusze metryk.
Wykresy zespołowe na poziomie grupy stymulowanych ruchów gałek ocznych wywołanych przez VisualEye 2020 są tutaj przedstawione wraz z odpowiednimi charakterystykami prędkości pierwszego rzędu. Każdy ślad pozycji ruchu gałek ocznych jest wykreślany jako linia o unikalnym kolorze i pokryty reakcją prędkości na poziomie grupy w kolorze czerwonym. Wizualizację występów uczestników można również wykonać za pomocą AMAP, który pokazuje zespół zbieżnych odpowiedzi o pięciu stopniach i odpowiadające im odpowiedzi akomodacyjne 1,5 dioptrii wynikające z przetwarzania danych.
Bardzo ważne jest, aby uczestnik był skoncentrowany na linii środkowej i rozumiał, co musi zrobić ze swoimi oczami w eksperymencie. Wyraźne obrazy oczu z odpowiednim bramkowaniem mają kluczowe znaczenie dla rejestrowania danych, które można analizować w trybie offline. Badamy nowe technologie, takie jak rzeczywistość wirtualna, aby przełożyć te techniki na przenośne urządzenia, które służą do interwencji diagnostycznych i terapeutycznych, aby pomóc pacjentom z dysfunkcją obuoczną, która jest powszechna w populacji ogólnej po wstrząśnieniu mózgu lub u pacjentów z chorobą Parkinsona.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
VisualEyes2020 (VE2020) to język skryptowy stworzony do prezentacji, rejestracji i synchronizacji stymulacji ruchów oka. Umożliwia analizę różnych rodzajów ruchów oka, w tym sakkad, płynnego śledzenia i akomodacyjnego.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Zachowanie ruchowe oka
- Nauki o widzeniu
Tło
- VE2020 umożliwia dostosowywalną stymulację w eksperymentach na ruch oka.
- Zapewnia narzędzia do analizy akomodacyjnych i ruchowych zachowań oka.
- Oprogramowanie zwiększa przejrzystość protokołów eksperymentalnych.
- Obsługuje zdefiniowane przez użytkownika zachowanie stymulacji i rutyny kalibracji.
Cel badania
- Aby umożliwić naukowców i lekarzy badających wzrok doróżnianie dysfunkcji binokularnej i kontroli.
- Aby zrozumieć mechanizmy neurobiologiczne leżące u podstaw terapii wzroku.
- Aby zapewnić obiektywne pomiary ruchów oka i akomodacyjnych.
Zastosowane metody
- Niestandardowe skryptowanie do prezentacji stymulacji wzrokowych.
- Analityka danych do śledzenia oka i rejestracji akomodacyjnej.
- Programy analityczne do oceny zachowania ruchowego oka.
- Rutiny kalibracji dostosowane do potrzeb eksperymentalnych.
Główne wyniki
- VE2020 skutecznie synchronizuje stymulację wzrokową z śledzeniem ruchów oka.
- Zapewnia kompleksową analizę danych dotyczących ruchów oka.
- Ułatwia rozróżnienie stanów pacjenta na podstawie wskaźników ruchu oka.
- Poprawia rozumienie terapii wzroku poprzez obiektywne pomiary.
Wnioski
- VE2020 to potężne narzędzie do badań wzroku i zastosowań klinicznych.
- Giętkość oprogramowania umożliwia szeroki zakres projektów eksperymentalnych.
- Przyczynia się do postępu w zrozumieniu funkcji motorycznych oka.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Quantitative analysis of oculomotor and accommodative responses using synchronized instrumentation and software toolboxes enables objective assessment of neural mechanisms underlying eye movements. This capability supports early-stage target validation and mechanistic de-risking for neuro-ophthalmic and neurodegenerative disorder research portfolios. The reproducible, shareable analysis environment enhances predictive confidence and cross-study comparability in translational vision science.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Objective quantification of eye movement and accommodation supports hypothesis-driven interrogation of neural pathways.
- Automated and transparent data analysis reduces operator bias and enhances biological de-risking.
- Customizable stimulation protocols enable functional target validation across diverse experimental paradigms.
- Quantitative outputs facilitate predictive confidence and portfolio triage for neuro-ophthalmic targets.
Screening & Assay Development
- Validated eye tracking and autorefractor systems provide standardized, reproducible biological readouts.
- Software-driven analysis platforms enable scalable assay development for compound or intervention screening.
- Quantitative metrics and graphical outputs support reliable evaluation of candidate effects on oculomotor function.
- Reproducible workflows allow for platform reuse and cross-study comparability.
Translational & Preclinical Research
- Quantitative eye movement recordings serve as potential translational biomarkers for neurological dysfunctions.
- Continuity from discovery through preclinical validation is supported by standardized data processing and export capabilities.
- Objective measurement of functional endpoints informs risk-adjusted advancement decisions in neurodegenerative disease pipelines.
- Mechanistic de-risking is enabled by direct measurement of neural control of eye movements.
Pipeline & Workflow Integration
This methodology integrates from early discovery through preclinical research, supporting hypothesis testing, assay development, and translational biomarker identification in neuro-ophthalmic and neurological disorder pipelines.
- Discovery Biology: Enables rigorous null hypothesis testing and pathway clarification via objective eye movement metrics.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible outputs for compound or intervention evaluation.
- Analytics: Delivers quantitative dependent variable measurements and statistical outputs for robust condition comparison.
- Translational Research: Aligns with biomarker strategies for disease-relevant system validation.
- Enterprise Reuse: Offers a shareable, standardized software suite for broad R&D adoption.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuro-ophthalmic research.
- Operational Value: Standardizes data collection and analysis, improving reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio management.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of neurodegenerative and vision science assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in eye tracking, autorefractor operation, and neurophysiological data interpretation.
- Demands calibrated instrumentation and compatible analytical infrastructure for synchronized data acquisition.
- Cross-team standardization is essential for reproducibility and data comparability.
- Adaptation across model systems may require protocol customization and validation.
- Clear participant instruction and precise hardware alignment are critical for high-quality data capture.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
1:18
Instrumentation Setup: Monitoring the Connections and Hardware
2:05
Instrumentation Setup: Physical Equipment Configuration and Eye Tracking System
3:11
Participant Preparation and Experiment Initiation
4:05
Accommodative Movement Analysis Program (AMAP)
6:55
Results: Quantification of Oculomotor Responses and Accommodation
7:38
Conclusion
