Ocena testów poznania za pomocą komputerowego tabletu dotykowego, śledzenie oczu oraz funkcjonalne obrazowanie rezonansu magnetycznego
30 stycznia 2026
Protokół jednoczesnego rejestrowania zachowań wzrokowo-ruchowych i aktywności mózgu podczas standardowych papierowych testów poznawczych z użyciem tabletu kompatybilnego z MRI oraz technologii monitorowania oczu oraz funkcjonalnego MRI, mający na celu poprawę stosowania takich testów. Wstępne wyniki przedstawiane są od młodego, zdrowego dorosłego wykonującego test Trail-Building.
Rozwijamy technologię MRI do badania struktury i funkcjonowania mózgu. Naszym celem jest poprawa zrozumienia chorób neurologicznych oraz wspieranie zwiększonego wykorzystania MRI w zastosowaniach klinicznych, w tym w leczeniu kierowanym obrazem. Tablet cyfrowy wrażliwy na dotyk umożliwia naturalistyczne pisanie i rysowanie podczas funkcjonalnego MRI aktywności mózgu.
Ta technologia daje nowe możliwości oceny relacji mózg-zachowanie. fMRI musi być wykonywane bardzo ostrożnie. Uczestnik musi leżeć na plecach i trzymać głowę nieruchomo.
Technologia tabletów nie może generować sił magnetycznych, nagrzewania częstotliwości radiowej ani zakłóceń w częstotliwości radiowej. Obwody nerwowe aktywowane przez standardowe testy poznawcze dotyczące zachowań pisania i rysowania są słabo poznane. Nasze wyniki FMRI pomagają naukowcom i klinicystom lepiej interpretować wyniki testów poznawczych.
Badania wzrokowych proprioceptywnych procesów ruchowych oczu i ruchów ręki iterują na poziomach aktywności i zachowania mózgu. Równoprosto z rozwojem szeroko zakrojonych badań fMRI o zwiększonej trafności ekologicznej. Na początek przymocuj tablet do ramy i przyłącz kamerę wideo kompatybilną z MRI.
Naklej świeżą niebieską taśmę na powierzchnię tabletu, upewniając się, że cały obszar dotyku jest pokryty bez większych zagnieceń. Usuń nadmiar taśmy z krawędzi tabletu. Przynieś tablet, rysik, kabel link do tabletu oraz kable do kamery wideo tabletu do pomieszczenia magnetycznego.
Podłącz tablet i kamerę wideo. Połączyć kable z częścią panelu penetracyjnego RF po stronie magnetycznej komory. Następnie wsuń klipsy kompatybilne z MRI do poręczy stołu pacjenta, zabezpieczając po dwa klipsy z każdej strony.
Aby przymocować system tabletu, zamontuj tylny ekran projekcyjny kompatybilny z MRI wewnątrz otworu magnetycznego, około dwóch metrów od projektora. Umieść kamerę śledzącą oczu kompatybilną z MRI między ekranem projektora a zewnętrzną krawędzią otworu magnetycznego, upewniając się, że mocowanie kamery jest równo z krawędzią otworu. Dokręć plastikowe śruby na mocowaniu, aby zabezpieczyć system śledzenia wzroku.
Teraz przygotuj stół pacjenta, montując cewkę głowicową 64 kanałów. Polec uczestnikowi leżeć na plecach na stole i całkowicie włożyć głowę w spiralę. Umieść wokół głowy uczestnika wystółkę, aby ograniczyć ruch i zapewnić bezpieczne dopasowanie.
Przykręć cewkę głowicy i użyj lasera orientacyjnego, aby potwierdzić, że głowa uczestnika jest wyśrodkowana wewnątrz cewki. Reguluj pozycję lusterka cewki głowy, aż uczestnik będzie mógł wyraźnie i bez przeszkód widzieć tylny ekran projekcji. Następnie umieść uchwyt na tablicy na talii uczestnika tak, aby powierzchnia czuła na dotyk wygodnie spoczywała i wspierała ruchy pisania i rysowania.
Teraz umieść rysik tabletu w dominującej dłoni uczestnika i polec trzymać go jak długopis. Poproś uczestnika, aby dotknął rysikiem wszystkich czterech rogów powierzchni tabletu, aby ocenić zasięg i komfort. Dostosuj pozycję mocowania i dodaj wystółkę pod łokciem, jeśli trzeba, aby poprawić komfort lub dostępność za pomocą pasków na rzepy.
Przymocuj tabletki do łóżka pacjenta. Powoli wsuń zarówno system uczestnika, jak i tabletu do otworu magnetycznego, upewniając się, że tablet nie styka się z krawędzią otworu i że kable pozostają rozplątane. Na komputerze z kamerą wideo na tablecie uruchom program EXE kamery wideo.
Następnie stwórz nową sesję zrzutu ekranu dla uczestnika. Zgodnie z zaleceniami instrukcji obsługi EyeLink 1000 Plus, skonfiguruj progi odbicia źrenic i rogówki oraz skalibruj i zweryfikowaj kamerę śledzącą oczu. Aby dostosować kamerę śledzącą oczu i ustawić ostrość na prawym oku uczestnika, przełączaj się między widokami kamery, dostroj obiektyw i zmodyfikuj iluminator, aż widok zostanie zoptymalizowany.
Gdy próg źrenicy i odbicie rogówki będą akceptowalne, dokumentuj te wartości i rozpocznij kalibrację dziewięciu punktów. Następnie zweryfikowaj kalibrację. Przed przejściem do eksperymentu FMRI należy zapisać zarówno średnią, jak i maksymalną wartość kąta walidacji.
Następnie użyj komputera odpowiedzi bodźcowej, aby rozpocząć kalibrację powierzchni dotykowej tabletu. Poinstruuj uczestnika, aby używał chlewu do kolejnego dotykania i puszczania trzech celów pojawiających się na ekranie w wyznaczonym czasie. Po zakończeniu kalibracji uruchom aplikację do edycji grafiki referencyjnej.
Poinstruuj uczestnika, aby rysował swobodnie, aby potwierdzić dokładne śledzenie jęczmienia. Teraz zapoznaj uczestnika z pisaniem na tablecie, prosząc go o wykonanie samodzielnego zadania treningowego, które jest wykorzystywane w podstawowych badaniach drżeń. Aby zapoznać uczestnika z TMT, poprowadź go przez uproszczoną wersję szkoleniową TMT-A i TMT-B, każda z 12 punktami.
Następnie przechodzimy do naprzemiennych pełnowymiarowych wersji TMT-A i TMT-B z przearanżowanymi elementami z wykorzystaniem eksperymentalnego timingu zadań. Monitoruj wydajność uczestnika przez cały czas, aby upewnić się, że tablet jest prawidłowo skalibrowany i zadanie wykonywane jest dokładnie. Teraz rozpocznij sesję śledzenia wzroku, wybierając "rozpocznij nagrywanie" w programie do nagrywania ekranu na komputerze z kamerą na tablecie.
Następnie na komputerze odpowiedzi bodźców otwórz Run1_slow TMT. Skrypt ebs2 Prime używa E-Run. Wprowadź identyfikator uczestnika oraz numer sesji, gdy skrypt E-Run o to poprosi.
Podczas biegu przydziel jednego członka laboratorium do monitorowania danych z zakresu oczu, aby zapewnić stabilny sygnał jednocześnie. Niech drugi członek laboratorium obserwuje wyniki uczestnika podczas zadania TMT, upewniając się, że instrukcje są przestrzegane i nie występują żadne problemy techniczne, takie jak niestabilna projekcja czy śledzenie przez stylistę. Poproś drugiego członka laboratorium o udokumentowanie wszelkich błędów w wynikach TMT-A lub TMT-B wraz z powiązanym numerem badania.
Po zakończeniu biegu zatrzymaj nagrywanie przez eye tracker. W oprogramowaniu do nagrywania ekranu SR wykonaj test dryfu w jednym punkcie, wybierając Drift Correct. W Drugim Biegu zrestartuj sesję nagrywania z śledzeniem oczu na komputerze z kamerą wideo na tablecie. Na komputerze odpowiedzi bodźców otwórz TMT-Run2_slow.
Skrypt ebs2 E-Run. Wprowadź ten sam identyfikator uczestnika i numer sesji, co w Run One. Powtórz instrukcje zadania po zakończeniu eksperymentu.
Wykonaj ostatnią weryfikację śledzenia oczu i zapisz średnie oraz maksymalne wartości błędu. Następnie kliknij plik, a następnie zamknij oprogramowanie do śledzenia oczu, aby sfinalizować i wyeksportować dane. Wyjmij uczestnika z otworu magnetycznego i rozpocznij demontaż sprzętu.
Na koniec wyłącz wszystkie komputery i sprzęt. W pierwszych sekundach zarówno TMT-A, jak i TMT-B, wzrok uczestników poszukiwał celów, zanim zainicjował ruch igłą we wszystkich przedziałach czasowych, a spojrzenie konsekwentnie poprzedzało ruch łączący rysikiem zarówno w TMT-A, jak i TMT-B. Czas ukończenia był dłuższy dla TMT-B niż dla TMT-A.
Sekundy na jedno łącze wskazywały na tendencję wzrostu TMT-B niż TMT-A. Nie stwierdzono istotnych różnic między TMT-A a TMT-B w zakresie długości okresu łączenia, czasu trwania okresu niełączenia, całkowitej odległości, dodatkowej przebytej odległości ani odległości na jedno łącze. Siła wyciągu była nieco wyższa podczas TMT-B w porównaniu do TMT-A, a liczba mrugnięć w jednym badaniu była istotnie większa podczas TMT-B.
Wskaźnik mrugania pozostał znacząco wyższy w TMT-B, nawet po uwzględnieniu różnic w czasie ukończenia. Procent czasu spędzonego na fiksacji był znacząco niższy podczas TMT-B niż podczas TMT-A. Funkcjonalny rezonans magnetyczny wykazał szeroką pozytywną aktywację mózgu zarówno podczas TMT-A, jak i TMT-B w porównaniu do fiksacji wzrokowej.
Aktywacja mózgu obejmowała takie obszary jak móżdżek, płaty ciemieniowe, zakręcenie potyliczne oraz obszary czołowe. Nie zaobserwowano istotnych różnic w aktywacji mózgu przy bezpośrednim porównaniu TMT-B z TMT-A.
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia protokół rejestracji zachowania wzrokowo-ruchowego i aktywności mózgu podczas testów poznawczych przy użyciu tabletu kompatybilnego z MRI oraz technologii śledzenia wzroku. Omówiono wstępne wyniki zdrowego młodego dorosłego wykonującego test Trail-Making.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neuronauka
- Funkcjonalne MRI
- Testowanie poznawcze
Tło
- Rozumienie chorób neurologicznych za pomocą technologii MRI.
- Naturalistyczne pisanie i rysowanie podczas funkcjonalnego MRI.
- Ocena relacji mózg-zachowanie.
- Ważność starannej konfiguracji eksperymentów fMRI.
Cel badania
- Poprawić wykorzystanie testów poznawczych w zastosowaniach klinicznych.
- Zgłębić zrozumienie obwodów neuronowych zaangażowanych podczas zadań poznawczych.
- Dostarczyć wgląd dla badaczy i klinicystów interpretujących wyniki testów poznawczych.
Stosowane metody
- Konfiguracja tabletu kompatybilnego z MRI i systemu śledzenia wzroku.
- Kalibracja śledzenia wzroku i powierzchni dotyku tabletu.
- Przeprowadzanie testu Trail-Making z udziałem uczestników.
- Monitorowanie wydajności uczestników i zbieranie danych podczas fMRI.
Główne wyniki
- Udana integracja technologii tabletów z fMRI.
- Wstępne dane dotyczące wydajności uczestników podczas testu Trail-Making.
- Ustanowienie protokołu dla przyszłych badań.
Wnioski
- Protokół pozwala na jednoczesną ocenę zachowania i aktywności mózgu.
- Poprawia ekologiczną ważność testowania poznawczego w ustawieniach fMRI.
- Dostarcza podstaw dla dalszych badań nad procesami poznawczymi.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Integrating computerized touch-sensitive tablets, eye tracking, and fMRI enables multidimensional assessment of cognitive function, bridging behavioral outputs with neural activity. This approach enhances predictive confidence in target validation for neurocognitive endpoints and supports mechanistic de-risking at the discovery and translational interface. The protocol's quantitative outputs inform early-stage portfolio decisions and cross-functional R&D strategies in neuroscience drug discovery.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct interrogation of cognitive task performance with simultaneous neural and behavioral readouts.
- Supports mechanistic de-risking by linking kinematic, visual, and neural correlates of cognitive function.
- Improves predictive confidence for target engagement and functional outcome measures.
Screening & Assay Development
- Facilitates development of standardized, reproducible cognitive assays with quantitative dependent variables.
- Provides validated, scalable platforms for screening interventions affecting cognition and neural circuitry.
- Enables reliable measurement of task performance, eye movement, and neural activation for compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns behavioral and neural biomarkers for translational continuity from preclinical to clinical research.
- Supports risk-adjusted advancement by quantifying disease-relevant cognitive endpoints.
- Enhances mechanistic understanding of cognitive impairment models and intervention effects.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol positions cognitive testing within the discovery-to-translational continuum, enabling robust hypothesis testing and quantitative assessment of brain-behavior relationships.
- Discovery Biology: Integrates behavioral, ocular, and neural data to clarify cognitive pathways and validate targets.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for assay readiness and cross-study comparability.
- Analytics: Provides synchronized kinematic, eye tracking, and fMRI measurements for multidimensional analysis.
- Translational Research: Bridges preclinical and clinical endpoints through aligned cognitive and neural metrics.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for diverse cognitive and neurobehavioral studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cognitive endpoint validation.
- Operational Value: Standardizes data collection across behavioral, ocular, and neural domains for reproducibility.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and portfolio prioritization with robust, quantitative evidence.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted advancement and cross-program comparability for neurocognitive assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in fMRI, eye tracking, and cognitive task design.
- Demands MRI-compatible instrumentation and integrated analytical infrastructure.
- Necessitates rigorous cross-team standardization for calibration and data quality.
- Adaptation may be needed for different cognitive tasks or disease models.
- Practical limitations include participant compliance and MRI environment constraints.
