Методическая статья

Eye-Tracking управления для оценки когнитивных функций у больных с боковой амиотрофический склероз

8.1K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/54634

⸱

13 октября 2016 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurology, Ulm University, 2Institute of Medical Technology, Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg

В этой статье

Краткое содержание

Когнитивный дефицит часто встречается примерно у одной трети пациентов с боковым амиотрофическим склерозом, неврологическим заболеванием, приводящим к прогрессирующим нарушениям речи и двигательных способностей. Для проведения когнитивных тестов у пациентов, не способных говорить или писать, была разработана надежная и простая в применении парадигма айтрекинга.

Аннотация

Боковой амиотрофический склероз (БАС) — нейродегенеративное заболевание с патологическим вовлечением верхних и нижних мотонейронов, впоследствии приводящее к прогрессирующей потере двигательных и речевых способностей. Кроме того, у подгруппы пациентов нарушены когнитивные функции. Для оценки этих потенциальных дефицитов у пациентов с тяжелыми физическими нарушениями БАС отслеживание движения глаз является многообещающим средством проведения когнитивных тестов. В настоящей статье основное внимание уделяется тому, как движения глаз, косвенное средство коммуникации у пациентов с физическими недостатками, могут быть использованы для детальной нейропсихологической оценки. Представлены требования к глазодвигательным параметрам, которые должны быть выполнены для достаточного отслеживания взгляда у пациентов с БАС. Также описаны свойства стимулов, в том числе тип нейропсихологических тестов и стиль изложения, наиболее подходящий для успешной оценки когнитивного функционирования. Кроме того, даются рекомендации по процедурным требованиям. В целом, эта методология обеспечивает надежный, простой в применении и быстрый подход к оценке когнитивного дефицита у пациентов, которые не могут говорить или писать, например, у пациентов с тяжелым БАС. Единственным искажающим фактором может быть дефицит произвольного контроля движений глаз у подгруппы пациентов с БАС.

Введение

Боковой амиотрофический склероз (БАС) является фатальным нейродегенеративным расстройством, как правило, приводит к смерти в течение 3-х до 5 лет. В ходе патологии у пациентов наблюдается с прогрессирующей потерей дыхательной и функционирования бульбарный, а также нарушений в движении способностей 1. Он разделяет некоторые клинические, патологические и генетические особенности с лобно - височной деменции 2 , и это хорошо известно , что около 30% пациентов с БАС проявляют когнитивный дефицит 3. Эти дефициты наиболее заметны в областях исполнительной функции, плавности речи и языка 4 и оказывают влияние на выживание 5, 6 и соблюдения лиц , осуществляющих уход бремени 7. Таким образом, надежная оценка нейропсихологических имеет решающее значение при этом заболевании.

Выросшие нарушения в двигательных и речевых способностей, однако, является ограничивающим фактором для всесторонней оценки когнитивных способностей в более поздних стадиях заболевания 8. Еее, глазодвигательные подходы , основанные на, как представляется, весьма перспективным, поскольку основное управление движением глаз остается неизменным в течение сравнительно длительного времени в течение ALS для большинства пациентов 9. Eye-отслеживания параметров сама была использована для получения информации о познавательном статусе у пациентов с БАС 10 , а также коррелируют с последовательным картина разбрасывания АЛС 11. Движение глаз в качестве средства контроля когнитивных тестов в контексте БАС также была изучена в предыдущих работах. Одно исследование успешно продемонстрировал свою практичность у здоровых людей с использованием версии на основе Глазодвигательные из Trail-Making Test 12, в то время как другой нашел его пригодным для различения здоровых и больных БАС на основе когнитивных функций и различать когнитивно более и менее ослабленных пациентов 13.

Исследование, описанное здесь использовали методологию Глазодвигательные на основе для изучения когнитивных нарушений в ALпациенты S, в частности, в области исполнительного функционирования. Два хорошо проверенные и часто используемые нейропсихологические тесты были приспособлены для контроля движения глаз: цветные прогрессивные матрицы Ворона (CPM) 14 и D2-тест 15. CPM является невербальный инструмент, используемый для измерения исполнительных и способности зрительно-пространственной ориентации, а также интеллект жидкости. D2-тест также невербальный инструмент, используемый для выявления исполнительной дисфункции в областях селективного и постоянного внимания и скорость обработки визуальной. Оба широко используются клинические инструменты , которые были успешно использованы в предыдущих исследованиях , оценивающих потенциальное снижение когнитивных функций в течение заболевания 16 и нейропсихологических состояния пациентов с БАС по сравнению с здоровых людей 17.

Целью данной работы было показать требования для успешной оценки когнитивных нарушений в БАС, независимо от движения и дефектами речи, используя отнiable, на основе глаз отслеживания версии ПСК и D2-теста. Важно отметить, что метод, описанный здесь, имеет потенциал, чтобы быть расширен для изучения других популяций пациентов с тяжелыми моторными нарушениями.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Исследование было одобрено комитетом по этике Университета Ульма (Положения № 19/12) по и протокол, описанный поэтому следует их рекомендациям. Все участники дали письменное информированное согласие.

1. Стимулы и тестирование окружающей среды

  1. Чтобы сохранить отвлечения к минимуму выполнять исследование в темном или очень слабо освещенной и тихой комнате.
  2. Используйте соответствующее устройство отслеживания глаз.
    Примечание: Есть широкий спектр устройств, доступных для выполнения исследования движения глаз. В настоящем исследовании использовали портативный движения глаз устройство записи с очками, который синхронно измеряют бинокулярного позиции глаз, используя две встроенные камеры с инфракрасным светодиодом (ИК - светодиодов), по одному для каждого глаза 18.
    1. Для обеспечения оптимального глаз слежения за отрегулируйте камеры вручную, наклоняя их во всех 6 степеней свободы (3 поступательные, 3 вращения) до обнаружения движения глаз является оптимальным.
      ЗАМЕТКА:Измерения системы отображаются в режиме реального времени на экране экспериментатора, чтобы контролировать качество записи и поведение отклика участников. Основные особенности системы описаны ниже и подробные технические характеристики приведены в таблице 1.
  3. Внедрение стандартизированного тестирования парадигмы глазодвигательный, который способен обнаружить дефициты контроля движения глаз.
    Примечание: Это может быть целый ряд задач , таких как гладкие преследования или саккада задач, в которых участники с ослабленным контролем движения глаз выполняют плохо (например, методы , описанные ущельями и др. 2015 : 11). Эти участники должны быть исключены из дальнейшего тестирования.
  4. Современные задачи с помощью соответствующего программного обеспечения , что проекты раздражители на полугидрата в цилиндрический экран с помощью проектора , установленного выше головы объекта 11. Кроме того, убедитесь, что красный лазерное пятно (диаметр: 0,3 °, положение: 10 ° по вертикали) присутствует на Д2контрольная работа.
  5. Сиденье участников на возвышенном стул с регулируемым подбородка, так что глаз до экрана расстояние составляет примерно 150 см.
  6. Использование множества А и В ПСК (12 стимулов для каждого набора) для первой части эксперимента. Показать эти стимулировалось 22 ° длинных / 15 ° высоких матриц с шестью возможных альтернатив, изображенных ниже, что может поместиться в 6 ° в ширину и 5 ° высокой пустое пространство, вырезанный из матрицы.
  7. Для D2-теста, использовать пять блоков с 47 - раздражителей, соответствующий линии 2 - 6 стандартного D2-теста 15, и изображают их один стимул за другим в середине экрана с высотой от 11 ° и шириной 2,5 °. Убедитесь, что каждый стимул длится в течение 2000 мс.

2. Запуск эксперимента

  1. Перед началом эксперимента, попросите участников заполнить письменную форму информированного согласия, чтобы обеспечить исследование в соответствии с этическими нормами.
  2. Дайте общие инструкцииотносительно цели и порядок проведения эксперимента и контроля за CNS-активные препараты, то есть, попросите участника , если он / она в настоящее время принимает какие - либо лекарства , которое влияет на бодрость и , следовательно , когнитивные способности.
  3. Выключите все устройства, которые могут быть потенциальной помехи, такие как мобильные телефоны или пейджеры.
  4. Участники сиденья удобно с подбородка в оптимальном положении. Убедитесь, что весь экран виден и попросить участника сохранить осанку в течение всего эксперимента.
  5. Попросите участников поставить голову на подбородка и поместите видеоокулографии очки на голове. Отрегулируйте их индивидуальной головки размера / формы.
    Примечание: Таким образом, наилучший возможный компромисс между комфортом для участников и минимальный риск нежелательного скольжения во время измерения должно быть сделано.
  6. Убедитесь, что оба глаза видны на экране экспериментатора, где образы двух записи движения глаз камеры в пределах гoggles отображаются, а затем сосредоточиться камеры к центру изображения на экране.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это важно для оптимального обнаружения и сопровождения ученика как несобственный острота зрения может привести к нарушенным сигнала.
  7. Для того, чтобы обеспечить непрерывную запись движений глаз в любое время, начните калибровку системы, инструктируя участника смотреть в каждом углу Hemi-цилиндрический экран. В случае потери сигнала, изменения угла камеры слежения соответствующего зрачок глаза, чтобы решить эту проблему.
  8. Запуск стандартизированный парадигмы тестирования глазодвигательный, описанной выше, и исключить всех пациентов с существенными нарушениями зрения, как это приведет к поврежденную выполнению задания.
  9. Попросите участника отслеживать одно пятно на экране, колеблющихся по горизонтали (± 20 °), а затем по вертикали (± 15 °) с частотой 0,125 Гц для отображения некалиброванные ортогонализованы "сырые" данные с устройства записи движения глаз весIth уважение к "истинной" ортогонализованы позиции глаз для калибровки системы.
  10. Проверьте , если калибровка является приемлемым, то есть, если «истинно» движение глаз и "сырые" данные в пространстве и времени синхронизированы , а затем поручить участнику не двигать головой , так как это может привести к плохим качеством данных.
    Примечание: Положение видеоокулографии устройства и субъект, как ожидается, будет неподвижен в течение эксперимента, так что нет необходимости в повторной калибровке.
  11. Объясните процедуру тренировки для ПСК:
    1. Поручить предметы, чтобы определить недостающие части ниже предстоящих матриц, отображаемых на Hemi-цилиндрический экран, для которого они имеют бесконечное время. После того, как сделать выбор, есть предмет закрыть глаза, по крайней мере, 250 мс, чтобы начать зеленую рамку с изложением всех возможных вариантов недостающих частей на 1500 мс каждый.
    2. Попросите участников выбратьальтернатива они думают, что это правильно, закрыв глаза, по крайней мере, 250 мс, в то время как их выбор обрамляется.
    3. Проект выбор отдельно на Hemi-цилиндрический экран. Попросите участников, чтобы подтвердить. Если участник подтверждает, проинструктировать их закрыть глаза снова, по крайней мере 250 мс.
    4. Попросите участников , что следующий стимул (матрица с 6 альтернатив недостающих частей) будет автоматически (опять же , представленные с помощью программного обеспечения , описанного в шаге 2) появляются и что это будет сделано в четыре раза тренировочных стимулов , взятых из множества AB ПСК 14 ,
  12. Ответьте на любые вопросы субъекты могли бы иметь о процедуре. Затем инструктировать участников выбрать недостающую часть матрицы, так как они узнали во время тренировки и начать CPM (рисунок 1).
  13. Объясните процедуру тренировки для D2-теста:
    1. Попросите участников, чтобы направить свой взор на центроR экрана и наблюдать 47 раздражителей отдельно (47 двойки, соответствующий строке 1 стандартного D2-тест).
    2. Попросите участников посмотреть на красный лазерного пятна, расположенного над стимулами всякий раз, когда "d" с двумя черточками представлен до появления следующего стимула. Примечание: Если целевой стимул не представлен взгляд должен быть сфокусирован в центре экрана, на котором будет представлен следующий стимул.
  14. Ответьте на любые вопросы субъекты могли бы иметь о процедуре. Затем, поручить участнику продолжить в течение следующих пяти блоков 47 стимулов, похожие на тренировки и начать D2-тест.
  15. Для контроля качества, проверять данные, полученные из каждой сессии тщательно каждому предмету (визуально обученным экспериментатора). Проверьте качество данных поврежден, например, из-за технических трудностей, искаженных движений глаз или недопонимания.
  16. Спасибо субъектов за их участие и ответить на все вопросыв ходе эксперимента.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Для целей исследования , представленного здесь, то есть создание надежного глазодвигательным на основе нейропсихологических оценки для пациентов с БАС, собственной разработки программного обеспечения магазинов выбор объекта съемки ПСК в отдельном файле, что позволяет для ручного вычисления процент правильных ответы. Для D2-теста, запись вертикальных движений глаз вручную анализируют с использованием порога + 5 ° С для обнаружения соответствующего ответа. Записи назначаются каждо...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Это сложная задача, чтобы успешно оценить когнитивный статус пациентов с БАС, которые не могут говорить и писать. Использование систем видеоокулографии обеспечивает перспективный подход. Настоящим Представленная методика является надежным в выявлении когнитивных нарушений, которые играют ключевую роль в контексте сиделка бремени болезней и управления 20 у пациентов с БАС. Кроме того, глазодвигательные версии CPM и D2-тест значительно коррелирует с их соответствующими стандартными версиями бумаги карандашом, н...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Ральфа Kühne за техническую поддержку. Эта работа была профинансирована Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) и Bundesministerium für Bildung унд Forschung (BMBF # 01GM1103A). Это проект с Объединенной программой-нейродегенеративных исследований Болезнь ЕС (JPND). Проект осуществляется при поддержке с помощью следующих организаций под эгидой JPND- например., Германия, Bundesministerium für Bildung унд Forschung (BMBF, ФКЗ), Швеция, Vetenskaprådet Sverige, Польша, Narodowe Centrum Rozwoju Исследований и (NCBR).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
EyeSeeCamEyeSeeTec GmbH; 82256 Fü Рстенфельдбрук, ГерманияВидеоокулографический аппарат

Ссылки

  1. Kiernan, M. C., et al. Amyotrophic lateral sclerosis. Lancet. 377 (9769), 942-955 (2011).
  2. Neumann, M., et al. Ubiquitinated TDP-43 in frontotemporal lobar degeneration and amyotrophic lateral sclerosis. Science. 314 (5796), 130-133 (2006).
  3. Beeldman, E., Raaphorst, J., Klein Twennaar,, de Visser, M., Schmand, B. A., de Haan, R. J. The cognitive profile of ALS: a systematic review and meta-analysis update. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. , (2015).
  4. Phukan, J., et al. The syndrome of cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: a population-based study. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 83 (1), 102-108 (2012).
  5. Elamin, M., et al. Executive dysfunction is a negative prognostic indicator in patients with ALS without dementia. Neurology. 76 (14), 1263-1269 (2011).
  6. Martin, N. A., et al. Psychological as well as illness factors influence acceptance of non-invasive ventilation (NIV) and gastrostomy in amyotrophic lateral sclerosis (ALS): a prospective population study. Amyotroph. Lateral. Scler. Frontotemporal. Degener. 15 (5-6), 376-387 (2014).
  7. Chiò, A., et al. Neurobehavioral symptoms in ALS are negatively related to caregivers' burden and quality of life. Eur. J. Neurol. 17 (10), 1298-1303 (2010).
  8. Lakerveld, J., Kotchoubey, B., Kübler, A. Cognitive function in patients with late stage amyotrophic lateral sclerosis. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 79 (1), 25-29 (2008).
  9. Sharma, R., Hicks, S., Berna, C. M., Kennard, C., Talbot, K., Turner, M. R. Oculomotor dysfunction in amyotrophic lateral sclerosis: a comprehensive review. Arch. Neurol. 68 (7), 857-861 (2011).
  10. Witiuk, K., Fernandez-Ruiz, J., McKee, R. Cognitive Deterioration and Functional Compensation in ALS Measured with fMRI Using an Inhibitory Task. J. Neurosci. 34 (43), 14260-14271 (2014).
  11. Gorges, M., et al. Eye Movement Deficits Are Consistent with a Staging Model of pTDP-43 Pathology in Amyotrophic Lateral Sclerosis. PLoS One. 10 (11), 0142546(2015).
  12. Hicks, S. L., et al. An eye-tracking version of the trail-making test. PLoS One. 8 (12), 84061(2013).
  13. Keller, J., et al. Eye-tracking controlled cognitive function tests in patients with amyotrophic lateral sclerosis: a controlled proof-of-principle study. J. Neurol. 262 (8), 1918-1926 (2015).
  14. Raven, J. C., Court, J. H., Raven, J. Manual for Raven's progressive matrices and vocabulary scales. Section 2, the coloured progressive matrices. , Oxford Psychologists Press. Oxford. (1998).
  15. Brickenkamp, R. Aufmerksamkeits-Belastungs-Test (Test d2), 8th edn. , Hogrefe, Göttingen. (1994).
  16. Elamin, M., et al. Cognitive changes predict functional decline in ALS. Neurology. 80 (17), 1590-1597 (2013).
  17. Ludolph, A. C., et al. Frontal lobe function in amyotrophic lateral sclerosis: a neuropsychologic and positron emission tomography study. Acta. Neurol. Scand. 85 (2), 81-89 (1992).
  18. Schneider, E., et al. Eye-SeeCam: an eye movement-driven head camera for the examination of natural visual exploration. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1164, 461-467 (2009).
  19. Lulé, D., et al. The Edinburgh Cognitive and Behavioural Amyotrophic Lateral Sclerosis Screen: a cross-sectional comparison of established screening tools in a German-Swiss population. Amyotroph. Lateral. Scler. Frontotemporal. Degener. 16 (1-2), 16-23 (2015).
  20. Olney, R. K., et al. The effects of executive and behavioral dysfunction in the course of ALS. Neurology. 65 (11), 1774-1777 (2005).
  21. Donaghy, C., Thurtell, M. J., Pioro, E. P., Gibson, J. M., Leigh, R. J. Eye movements in amyotrophic lateral sclerosis and its mimics: a review with illustrative cases. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 82 (1), 110-116 (2011).
  22. Mizutani, T., et al. Development of ophthalmoplegia in amyotrophic lateral sclerosis during long-term use of respirators. J. Neurol. Sci. 99 (2-3), 311-319 (1990).
  23. Khin Khin, E., Minor, D., Holloway, A., Pelleg, A. Decisional Capacity in Amyotrophic Lateral Sclerosis. J. Am. Acad. Psychiatry Law. 43 (2), 210-217 (2015).
  24. Kübler, A., et al. Patients with ALS can use sensorimotor rhythms to operate a brain-computer interface. Neurology. 64 (10), 1775-1777 (2005).
  25. Connolly, S., Galvin, M., Hardiman, O. End-of-life management in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Lancet Neurol. 14 (4), 435-442 (2015).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

CPMd2

Похожие статьи