בקרת Eye-מעקב כדי להעריך תפקודים קוגניטיביים אצל חולים עם טרשת לרוחב amyotrophic

Introduction

טרשת לרוחב amyotrophic (ALS) היא הפרעה ניוונית של מערכת העצבים קטלנית בדרך כלל מובילה למוות בתוך 3 עד 5 שנים. במהלך הפתולוגיה, חולים בהווה עם אובדן הדרגתי של נשימה ותפקוד bulbar וכן ליקויים ביכולות תנועת ^1. היא חולקת כמה מאפיינים קליניים, פתולוגי, וגנטיים עם דמנציה פרונטו-טמפורלית ² וזה מתועד היטב כי כ -30% של חולי ALS מפגינים ליקויים קוגניטיביים ^3. גירעונות אלה הם הבולטים בתחומי פונקציה המבצעת, שטף מילולי ושפה ⁴ ויש להם השפעה על הישרדות ^{5, 6} ו המטפל עמידה בנטל ^7. לפיכך, הערכת נוירופסיכולוגית אמינה היא חיונית במחלה זו.

ליקויי לקידום יכולות מוטוריות והקראה, לעומת זאת, גורם מגביל עבור הערכה יסודית של יכולות קוגניטיביות בשלבים מאוחרים יותר של המחלה ^8. שֶׁלָהדואר, גישות המבוססות oculomotor נראו מאוד מבטיח, כמו שליטה בתנועת עין בסיסית נשארה כמות שהייתה במשך זמן רב וזהוב במהלך ALS עבור רוב החולים ^9. Eye-מעקב פרמטרים עצמו שימשו כדי לקבל מידע על המעמד הקוגניטיבי של חולי ALS ¹⁰ וגם לתאם עם דפוס מתפשטת סדרתית של ALS ^11. תנועות עיניים כאמצעי לשלוט מבחנים קוגניטיביים בהקשר של ALS גם נחקרו בעבודות קודמות. מחקר אחד בהצלחה הוכיח השימושיות שלה שאחוז בקרב קבוצת ביקורת משתמשת בגרסה מבוססת oculomotor של שביל-ביצוע מבחן ^12, ואילו אחר מוצא אותו מתאים להבחין בין ביקורת הבריאה וחולי ALS מבוססים על ביצועים קוגניטיביים להיפלות בין קוגניטיבית יותר ופחות חולים שסבלו מהפרעה ^13.

המחקר המתואר כאן בשימוש מתודולוגיה המבוססת oculomotor ללמוד קוגנטיביים באלS חולה, במיוחד בתחום של ביצוע תפקודי. שני היטב תוקף ונהוגי מבחנים נוירופסיכולוגיים הותאמו שליטה בתנועת עין: המטריצות המתקדמות הצבעוניים של רייבן (CPM) ¹⁴ ואת D2-המבחן ^15. ה- CPM הוא מכשיר שאינו מילולי המשמש למדידת יכולות מבצעות visuospatial וכן מודיעין נוזל. נגן ה D2-המבחן הוא גם כלי הלא מילולי נהג לחשוף תפקוד הנהלה בתחומי קשב סלקטיבי ומתמשך ומהירות עיבוד ויזואלי. שניהם משמשים כלים קליניים נרחבים אשר הועסקו בהצלחה במחקרים קודמים שהעריכו ירידת קוגניטיבית פוטנציאל במהלך המחלה ¹⁶ ואת מצב נוירו-הפסיכולוגי של חולי ALS בהשוואה לקבוצת ביקורת בריאה ^17.

מטרת המחקר הנוכחי הייתה להראות את הדרישות להערכה מוצלחת של גירעונות קוגניטיביים עצמאיים ALS של מוגבלויות תנועה ודיבור באמצעות reliable, בגירסה מבוססת עקיבת העין של CPM ואת מבחן D2. חשוב לציין כי השיטה המתוארת כאן יש הפוטנציאל להיות מורחב ללמוד אוכלוסיות אחרות של חולים עם לקויות מוטוריות קשות.

Protocol

המחקר אושר על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת Ulm (גילוי דעת 19/12) ואת פרוטוקול המתואר מכאן ההנחיות שלהם. כל המשתתפים נתנו הסכמה בכתב הודיעה.

גירויים 1. בדיקת הסביבה

1. כדי לשמור את הסחות הדעת עד למינימום לבצע את המחקר במקום חשוך או בחדר מואר מאוד במעומעם ושקט.
2. השתמש מכשיר מעקב העין מתאים.
   הערה: יש מגוון רחב של התקנים זמינים לבצע מחקרי תנועות עיניים. במחקר הנוכחי מכשיר הקלטה נייד עין תנועה עם משקפים שמש, אשר באופן סינכרוני למדוד עמדות עין משקפות, באמצעות שתי מצלמות משולבות עם דיודה פולטת אור אינפרא אדום (נוריות IR), אחד לכל עין ^18.
   1. כדי להבטיח את עין מעקב אופטימלי, להתאים את המצלמות באופן ידני על ידי הטיית אותם בכל 6 דרגות חופש (3 translational, 3 סיבוב) עד זיהוי תנועות עיניים הוא אופטימלי.
      הערה:המדידות של המערכת מוצגות בזמן אמת על המסך של נסיין לניטור איכות הקלטת התנהגות התגובה של המשתתפים. התכונות העיקריות של המערכת מתוארות להלן ומפרטים מפורטים ניתן בטבלת 1.
3. יישום פרדיגמה בדיקות oculomotor סטנדרטי, אשר הוא מסוגל לזהות ליקויי שליטה בתנועת עין.
   הערה: זה יכול להיות סדרה של משימות כגון משימות מרדף או saccade חלקים, שבו משתתף עם שליטה בתנועת עין לקויה לבצע קשה (למשל, השיטות שתוארו על ידי ערוצים ואח 2015 ^11.). יש משתתפים אלו להיכלל בדיקות נוספות.
4. משימות הווה באמצעות תוכנה מתאימה והשלכה של גירויים על מסך-גלילי חם באמצעות מקרן רכוב מעל ראשו של הנושא ^11. בנוסף, יש לוודא כי כתם לייזר אדום (קוטר: 0.3 °, מיקום: 10 ° אנכי) קיים עבור D2-מִבְחָן.
5. סיאט המשתתף על כיסא מוגבה עם שאר סנטר מתכווננת, כך מרחק עין המסך הוא כ -150 סנטימטרים.
6. השתמש להגדיר A ו- B של ה- CPM (12 גירויים עבור כל קבוצה) עבור החלק הראשון של הניסוי. צג גירויים אלה כמו 22 ° ארוך / 15 ° מטריצות גבוהות עם שש חלופות אפשריות מתוארות להלן, אשר עשוי להתאים במרחב 6 ° רחב ו -5 ° גבוה ריק לגזור מן מטריקס.
7. עבור המבחן D2, השתמש בחמשת העמודים עם 47 גירויים, מקבילים לקו 2 - 6 מתוך ¹⁵ D2-המבחן הסטנדרטי, ומתאר אותם גירוי בזה אחר זה באמצע המסך עם גובה של 11 ° ורוחב של 2.5 מעלות. ודא כל גירוי נמשך 2,000 msec.

2. הפעלת הניסוי

1. לפני הניסוי מתחיל, מבקש ממשתתפים למלא טופס הסכמה מדעת בכתב, כדי להבטיח את המחקר הוא בהתאם לסטנדרטים אתיים.
2. תן הוראות כלליותבנוגע לצורך הליך הניסוי והבקרה עבור תרופות CNS-אקטיבי, כלומר, לשאול המשתתף אם הוא / היא כרגע הוא לוקח תרופות כלשהן המשפיעה בערנות ועל כן התפקוד הקוגניטיבי.
3. כבה את כל המכשירים אשר עשוי להיות הפרעה פוטנציאלית, כגון טלפונים או איתורית ניידים.
4. המשתתפים סיאט בנוחות עם שאר הסנטר במצב אופטימלי. ודא כי כל המסך גלוי לשאול המשתתף לשמור על יציבה במהלך הניסוי כולו.
5. שאל משתתפים להציב בראשם על שאר הסנטר ומקום משקפי videooculography על ראשם. להתאימם צורת גודל / ראש פרט.
   הערה: ובכך, הפשרה הטובה ביותר בין נוחות עבור המשתתף והסיכון מינימאלי של רצויות מחליקות בזמן המדידה צריכה להיעשות.
6. ודא כי שתי העיניים גלויות על גבי המסך של הנסיין, כאשר התמונות של מצלמות הקלטה תנועת שתי עיניים בתוך goggles מוצג ואז למקד את המצלמות כדי למרכז את התמונות על המסך.
   הערה: זוהי נקודה חשובה לגילוי אופטימלי ומעקב של התלמיד כפי חדות פסולה יכולה להוביל אות מופרעת.
7. כדי להבטיח הקלטה רציפה של תנועות עיניים בכל העת, להתחיל כיול של המערכת על ידי מורה את המשתתף להסתכל בכל פינה של המסך החם גלילית. במקרה האות לאיבוד, לשנות את הזווית של מצלמת מעקב התלמיד בהתאמה של העין כדי לפתור את הבעיה.
8. הפעל את הפרדיגמה בדיקות oculomotor הסטנדרטית שתוארה לעיל לכלול את כל החולים עם ליקויי ראייה משמעותיים כמו אלה יגרמו ביצוע משימות פגום.
9. הדרך את המשתתף כדי לעקוב אחר נקודה אחת על המסך, נדנוד אופקי (± 20 °) ולאחר מכן אנכי (± 15 °) עם תדר של 0.125 הרץ למפות את הנתונים הלא מכוילי orthogonalized 'גלם' ממכשיר הקלטת תנועת עין wה- i ביחס למיקום העין 'נכון' orthogonalized לכיול של המערכת.
10. בדוק אם הכיול מקובל, כלומר, אם תנועת העין 'הנכונה' והנתונים 'הגלם' הם במרחב ובזמן מסונכרן ולאחר מכן להורות המשתתף תזיז את הראש, שכן הדבר עלול לגרום איכות נתונים רעה.
    הערה: המיקום של המכשיר videooculography והנושא צפוי להיות נייח במהלך הניסוי, כך שאין צורך כיול מחדש.
11. הסבר את הליך האימון עבור ה- CPM:
    1. הדרך את הנושאים לזהות את החלקים החסרים מתחת המטריצות הקרובות מוצגות על המסך החם גלילית עבורו להם זמן אינסופי. לאחר ביצוע בחירה, יש את הנושא עוצם את עיניהם 250 msec לפחות להתחיל מסגרת ירוקה בהתוויית כל החלופות האפשריות של חלקים חסרים עבור 1,500 msec כל.
    2. יש המשתתף לבחורהחלופה שהם חושבים הוא נכון על ידי סגירת העיניים שלהם עבור 250 msec לפחות כל עוד הבחירה שלהם מְמוּסגָר.
    3. Project הבחירה בנפרד על המסך החם גלילית. בקש מהמשתתפים לאשר. אם המשתתף מאשר, להורות להם לעצום את עיניהם שוב עבור 250 msec לפחות.
    4. הדרך את המשתתפים כי הגירוי הבא (מטריצה עם 6 חלופות של חלקים חסרים) באופן אוטומטי (שוב, שהוצג על ידי התוכנה כמתוארת בשלב 2) מופיע וכי הדבר ייעשה ארבע פעמים עם גירויים הכשרה שנלקחו סט AB של CPM ¹⁴ .
12. לענות על כל שאלה בנושאים שאולי יש לך על ההליך. לאחר מכן, להורות למשתתפים לבחור את החתיכה החסרה של מטריקס, כמו שהם למדו במהלך האימון עצמו ולהתחיל ה- CPM (איור 1).
13. הסבר את הליך האימון עבור מבחן D2:
    1. הדרך המשתתפים להפנות מבטם אל center של המסך ולבחון 47 גירויים בנפרד (47 ד 's מתאים קו 1 של D2-המבחן הסטנדרטי).
    2. הדרך את המשתתפים להסתכל על מקום הליזר האדום ממוצבת מעל הגירויים בכל פעם "d" עם שני מקפים מוצג עד הגירוי הבא מופיע. הערה: אם שום גירוי יעד מוצג המבט צריכה להיות ממוקד במרכז המסך שבו הגירוי הבא יוצג.
14. לענות על כל שאלה בנושאים שאולי יש לך על ההליך. לאחר מכן, להורות המשתתף להמשיך במשך 47 גירויים חמישה בלוקים של הבאים, בדומה לאימון ולהתחיל את הבדיקה D2.
15. עבור בקרת איכות, לבדוק את הנתונים המתקבלים בכל מפגש לכל נושא בקפידה (ויזואלית ידי הנסיין מיומן). בדקו אם איכות נתונים פגומה, למשל בשל קשיים טכניים, תנועות עיניים פגומות או אי בנות.
16. תודה נושאים על השתתפותם ועל לענות על כל השאלותבמהלך הניסוי.

Representative Results

לצורך המחקר המוצג כאן, כלומר, פיתוח של oculomotor אמין מבוסס הערכה נוירו-פסיכולוגית עבור חולי ALS, ללא צורך במיקור חוץ חנויות תוכנה שפותחה הבחירות של נושא ה- CPM בקובץ נפרד, המאפשר חישוב ידני של אחוז נכונה תשובות. עבור המבחן D2, תיעוד של תנועות עיניים האנכיות מנותח באופן ידני באמצעות סף של + 5 ° לגילוי תגובה רלוונטית. הקלטות מוקצות לכל מצגת גירוי ואחוז התשובות הנכונות מכן ניתן לחשב. ישנן הרבה אפשרויות זמינות של איך ניתן לנתח נתונים, בין אם מבוססות על בדיקה ויזואלית של תנועות העיניים או ממוחשבת, בהתאם המשימות נוירופסיכולוגיים בשימוש.

איור 2 מציג את congruency הטוב בין oculomotor ואת הגרסה הרגילה (כלומר, הוחל על פי פרוטוקול סטנדרטי באמצעות גירסאות נייר כדי להיות מסומן בעיפרון) של ה- CPM, במדגם של חולי ALS (R² = 0.712;. p = 0.001) איור 3 מתאר את תוצאות מהשוואה בין קוגניטיבית יותר ופחות חולי ALS פגומים, המציין הבדלים בין קבוצות מובהקים סטטיסטי ה- CPM (p <0.001) ו ^-13 D2-המבחן (p = 0.024). זה עוד יותר מאשר את השימושיות של הטכניקה הזו כפי שהוא מבחין באופן מהימן בין יותר ופחות פגיעה קוגניטיבית חולי ALS.

איור איור 1. של CPM בהתבסס Eye-מעקב דוגמא של הליך בחירת CPM כמובא מסך המשתתפים (פנל עליון) עם עקבות מתאימות של אופקי (בשורה העליונה) ואנכיות (קו תחתון) עמדות עין (פנל תחתון).; אינדיקה סרגל קנה מידהזמן טינג ניתן על החלק התחתון של האיור. כאשר הנושא חליטה נפשי בחירה, תנועה של מסגרת ירוקה לאורך החלופות שהוצגו של חלקים חסרים אשר מופעלת על ידי מצמוץ ממושך של הנושא (א). בחירת חלופה אחת של חתיכה חסרה מבוצעת על ידי מצמוץ ממושך אחר של הנושא (B). בהמשך לכך, הצגת הבחירה של הנושא מופיעה בנפרד ואישור הבחירה נעשה באמצעות סגירת העיניים של הנבדק לפחות 250 msec (C). שונה מן קלר et al. 2015 ^13. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2 :. הלימה בין oculomotor ו הגרסה הרגילה של tהוא CPM. התאמה בין תוצאות מההתקן ותנאי oculomotor של CPM. בהינתן הוא האחוז של תשובות הנכונות ב oculomotor (ציר x) ונייר-עיפרון הרגיל (ציר y) מצבו של CPM בחולי ALS (R² = 0.712; p = 0.001). אנא לחץ כאן כדי להציג גדול גרסה של נתון זה.

איור 3. השוואה בין מטופל למטופל יותר ופחות כתשוש נפש. הנבדקים חולקו יותר ופחות פגיעה קוגניטיבית פי פיצול החציוני על תוצאותיהן ב מסך ALS קוגניטיבית התנהגותית אדינבורו (ECAS) ^19, כלי סטנדרטי להערכת נוירופסיכולוגיים ב ALS חולים. מוצגים הם boxplots המתאר את אחוז התשובות הנכונות בעין-traגרסאות cking של CPM והמבחן D2-עבור שתי הקבוצות. הברים השגיאים לציין את האחוז הגבוה ביותר והנמוך ביותר בקיע. שונה מן קלר et al. 2015 ^13. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

פָּרָמֶטֶר	ערך
מצלמות	2
IR LED אורך גל	> 850 ננומטר
משקל כולל ראש ההר	60 גרם
קצב דגימה	220 הרץ
רזולוציה מרחבית	0.05 ° - 0.1 °
רמת רעש	0.015 °
דיוק	1 °
מרחק מצלמה-עין	~ 50 מ"מ

טבלה 1: מפרט של מערכת Videooculography פרמטרים חשובים והערכים התואמים שלהם של המערכת בשימוש..

Discussion

זוהי משימה מאתגרת להעריך את המעמד הקוגניטיבי בהצלחה של חולי ALS שאינם מסוגלים לדבר ולכתוב. השימוש במערכות videooculography מספק גישה מבטיחה. הטכניקה המובאת כאן, הנה אמינה באיתור ליקויים קוגניטיביים, אשר ממלאים תפקיד מרכזי בהקשר של ניהול משא ומחלות מטפלים ²⁰ חולי ALS. כמו כן, גרסות oculomotor של CPM ואת מבחן D2 לתאם באופן משמעותי עם גרסות נייר והעיפרון הרגילות שלהם, אבל תמיכה נוספת נדרשת לתבוע את התועלת בהקשר קליני.

החוקר צריך לוודא כי הקלטות תנועות עיניים הן כרעש חופשי ככל האפשר, כדי לאפשר איכות נתונים מספיקה. לכן, חשוב לחוקרים כדי לבחור מכשיר הקלטת תנועת עין עם קצב דגימה מתאים. בדרך כלל, שיעורי דגימה נע בין 50 הרץ ו 1000 הרץ. באופן כללי, measureme oculomotor עדין יותרnts נדרש למשימה, ההחלטה הזמנית הגבוהה צריכה לשמש. זה צריך להיות ניב כי שיעורי דגימה גבוהים בדרך כלל דורשים הגבלה גדולה של תנועת הראש. כמו כן, על מנת לאפשר קצב דגימה גבוה יותר, חוקרים יכולים להקליט את התנועה רק עין אחת. פרמטר חשוב נוסף הוא דיוק מרחבים, המתבטא מעלות של זווית ראייה והן בעבודה זו הוא 0.05 ° - 0.1 °, בהתאם לגודל אישון. שוב, גבוה יותר את הדרישות על דיוק ויזואלי במשימה ברזולוציה מרחבית הטובה יותר צריכה להיות. יתר על כן, נושא מרכזי איכות נתוני oculomotor המתקבל הוא מניע את ראשו, אשר צריך להיות מוגבל עד למינימום נסבל. רוב מחקרי עין מעקב להשתמש לנוח סנטר ו / או מכשיר רכוב ראש. במידת האפשר, לשלב את שתי אפשרויות כמו זה מגביל את תנועת הראש מקעקעת הנלווים ביותר. עם זאת, הדבר אינו אפשרי בכל החולים, למשל., חולים עם ליקויים גופניים רציניים מאוד, ואז הם עלולים להשתנותעל פי יכולותיו של הנושא. כמו כן יש לציין כי מכשירים חדשים יותר, אשר לחשב את המיקום לעין דרך מצלמה נייחת קטנה להציב מול הנושא מתחת למסך שעליו גירויים מוצגים, אינם דורשים משקפי מגן או שאר סנטר, בעוד גם תיקון מספיק עבור תנועות ראש .

הבדיקות הקוגניטיביות ניתנים להחלפה עם מבחנים נוירופסיכולוגיים סטנדרטיים אחרים, בהתאם לתחום הקוגניטיבי אחד לא מתעניין. כדי להשתמש בדיקות אחרות חולי ALS, הם פשוט צריכים להיות מותאמים לפורמט שבו התשובות יכול להינתן באמצעות תנועות עיניים. במיוחד בהתחשב מראש הטכנולוגית המהירה בתחום העוקב אחר תנועת העין, מה שמגביר חדות, גמישות הקרבה, מתודולוגיה זו עשויה גם להיות מתאים עבור מגוון גדול של שאלות מחקר קוגניטיבי בדגימות קליניות שונות.

חולים מסוימים עשויים להיפגע גם ביכולות קוגניטיביות שלהם להבין כראוי ההוראות דואר של המשימות השתמשו במחקר זה. מגבלה אחת חמורה אחרת עבור השימוש בטכנולוגיות עין מעקב בחולי ALS היא ליקויי oculomotor פוטנציאל, או אפילו אובדן מוחלט של שליטה בתנועת עין, שדווח בעבר בחולים עם המחלה ^21,22. ליקויים אלה הם מאוד עדינים בשלבים מוקדמים של השפעת מחלות ברצף פונקציות oculomotor הבסיסיות יותר בהתקדמות של פתולוגיה ALS ^11.

הפרוטוקול המובא כאן ולכן הוא מתאים רק למי חולי ALS מסוגלים לדבר ולכתוב אבל עדיין מסוגלים לשלוט בתנועות העיניים שלהם. אולם זה מקיף קבוצה גדולה וזהוב, עבורו מידע אמין על מצב קוגניטיבי הוא ²³ חיוני. עבור חולים ללא שליטה בתנועת עין השביע רצון או יכולת למצמץ, פרוטוקול זה אינו מתאים. עם זאת, דרך אחרת בחינם יד-מנוע דיבור להעריך תפקוד קוגניטיבי במקרים אלה היא שליטה ממשק מוח-מחשב, כמונעשה בעבודה האחרונה ^24.

הטכניקה המוצגת כאן היא מהירה, קלה לניהול, ידידותי למשתמש ואפשרות מאפשרת קלינאים וחוקרים לבצע הערכות נוירו-פסיכולוגיות עם מטופלים שאינם פגעו קשה פיזי ולכן לא מסוגל לעבור בדיקות מבוססות נייר ועיפרון יותר, כגון - אבל לא בהכרח מוגבל - חולי ALS, באמצעות מכשיר העוקב אחר תנועת העין.

הוא מספק הזדמנות לקבל מידע על ליקויים קוגניטיביים פוטנציאל בחולים עם שיתוק מלא, כלומר, מידע אשר לאחר מכן משחק תפקיד קריטי בהקשר של מאריכות חיים לטיפולים סוף החיים קבלת החלטות ^6,25 ALS.

בעתיד, מכשירים ניידים עם חדות גבוהה וסבילות תנועת ראש שניתן לנהל אותה בצורה גמישה יותר עשויים לשמש כדי להעריך קוגניציה בנוחות בחולים נייחים ליד המיטה שלהם, eliminating צורך סביבת בדיקות מיוחדת. כמו כן, השימוש של אחרים, ואולי פרוצדורות-עקיבת עין נשלטו מתוחכמות יותר יש צורך להעריך ליקויי קוגניטיביים עדינים יותר בחולים נפגעים קשה.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
EyeSeeCam	EyeSeeTec GmbH; 82256 Fürstenfeldbruck, Germany		Videooculography device