Summary
Beyin yaralanması oküler ve somatik motor sistemleri zarar verebilir. Motor kontrol sonrası yaralanma karakterizasyonu hastalığı algılama, izleme ve prognoz yardımcı biyolojik affords. Göz-el hareketi kontrol sağlık ve göz ve el arasındaki koordinasyon değerlendirmek için bir görünüm ve ulaşmak paradigmaları ile patolojik incoordination ölçmek için bir yöntem gözden geçirin.
Abstract
Göz hareketleri tarafsız analiz önemli bir geçmişi vardır ve uzun beyin hasarı ortamda bir önemli araştırma aracı olarak kanıtlanmıştır. Nicel kayıtları tanıyla ekran için güçlü bir kapasiteye sahip. Eşzamanlı imtihanlarını göz ve paylaşılan fonksiyonel hedeflerine (örneğin, göz-el koordinasyonu) doğru yönetmen üst bacak hareketleri yakalama ve sinir yaralanması, alınan beyin hasarı (ABI dahil olmak üzere sorguya bir ek sağlam biyomarker yüklü yolu hizmet ). 3-b nicel çift-efektör kayıtları geniş fırsatlar ayarı göz-el motor araştırmalarda abi'en içinde göze iken, patolojik ayarları'nda, özellikle göz ve el çift bu tür kayıtların fizibilite meydan okuyor Ne zaman araştırma-grade titizlik ile yaklaştı. Burada bir göz izleme sistemi izleme sistemi doğal bir davranış çalışma öncelikle bacak kontrol araştırma için amaçlanan bir hareket ile bütünleştirilmesi açıklayın. Sınırsız, üç boyutlu (3D) el-göz koordinasyonu görevleri incelenmesi sağlayan protokol. Daha ayrıntılı olarak, göz-el koordinasyonu görsel destekli ulaşmak için saccade görevler kronik orta serebral arter (MCA) kontur olan bireylerde değerlendirmek ve karşılaştırmak onları sağlıklı kontrol için bir yöntem gözden geçirin. Özel dikkat özgü göz ve uzuv izleme sistem özellikleri için yüksek kaliteli ses verilerini katılımcılar sonrası yaralanma sonucu elde etmek için ödenir. Örnekleme hızı, doğruluğu, izin verilen kafa hareketi aralığı beklenen tolerans ve fizibilite kullanım birkaç bir göz izci ve bir yaklaşım seçilirken dikkate kritik özelliklerini verildi. Bacak izci üzerinde benzer bir bölüm tabanlı seçildi ancak 3-b Kayıt, dinamik etkileşimi ve kırılan fiziksel ayak izi ihtiyacını dahil. Nicel veri bu yöntem ve genel tarafından doğru olarak çalıştırıldığında yaklaşım çok büyük potansiyeli daha fazla olması koşuluyla göz-el kontrol mekanik bizim anlayış rafine ve uygun tanılama ve pragmatik müdahaleler içinde bilgi yardımcı nörolojik ve rehabilitasyon uygulama.
Introduction
Nörolojik işlevi önemli bir unsuru göz-el koordinasyonu veya planlama için oküler ve manuel motor sistemleri entegrasyonu ve kombine işlevi, örneğin, paylaşılan bir hedef doğrultusunda yürütülmesini bir görünüm ulaşmak ve televizyon uzak tut. Ulaşan, açgözlü, nesne manipülasyon ve aracı kullanmak geçici ve dağınık şekilde eşleşmiş göz ve el hareketleri hangi menteşe gibi pek çok maksatlı görevler görsel destekli eylemler üzerinde bağlıdır. Alınan beyin yaralanması (ABI) sadece da oküler işlev bozukluğu uzuv disfonksiyon neden; Son zamanlarda, Ayrıca el-göz koordinasyon1fonksiyon bozukluğu gösteren kanıtlar var. Koordine göz-el motor kontrol programları vasküler, travmatik ve dejeneratif etiologies nörolojik yaralanmaları hakaret etmek yatkındır. Bu hakaret için entegre ve hızlı motor kontrol2,3,4,5,6gerekli vazgeçilmez ilişkiler arasındaki bir arıza neden olabilir. Manuel motor fonksiyonları üzerine birçok çalışma tamamlanmıştır ve paradigma bir yöntemi veya protokolü yerine göz hareketleri aynı anda analiz için olmadan bir çekirdek ayağı olarak görsel rehberlik kaldıraçlı.
İçinde ABI, göze çarpan motor açıkları kez başucu klinik muayene sırasında tespit edilir. Ancak, eş zamanlı oküler motor bozuklukları ve duyusal ve motor sistemleri entegrasyonu içeren karmaşık bozuklukları subklinik olabilir ve belirlenen7,8,9olmak objektif kayıt gerektiren, 10,11,12,13,14,15,16. Ayrıntılı bir çalışma ihtiyacını vurgulayarak bir ağdaki büyük ve birbirine bağlı beyin, göz-el motor koordinasyon bağlıdır. Bir el-göz koordinasyonu değerlendirme çift objektif kayýtlarý içeren bilişsel ve motor fonksiyonu sağlıklı kontrol ve beyin hasarı, öyküsü olan konular böylece içgörü sağlamak da dahil olmak üzere birden fazla nüfus tahlil için bir fırsat sağlar Serebral devresi ve işlev3.
Saccades balistik olmakla birlikte genlik göreve bağlı olarak değişebilir taşımaları gerekir, çalışmalar sırasında görsel destekli eylem17,18,19, saccade ve el hareketi arasındaki bağımlılıkları göstermiştir 20. aslında, son deneyler kontrol sistemleri her iki hareketleri için planlama kaynakları21,22paylaşmak göstermiştir. Göz-el koordinasyonu için merkezi planlama motorlu posterior parietal korteks içinde yatıyor. Bir darbede motor kontrolü iyi bilinen açıkları vardır; Hemiparezi Hastalarında verilen sinirsel komutları bir dizi görsel destekli el hareketleri yapmak istedi, (kontralateral) ya da daha fazla kullanarak etkilenen veya daha az (Ipsilateral) Ekstremite23 etkilenen yanlış predictions oluşturmak gösterilmiştir ,24,25,26,27,28,29. Ayrıca, göz-el koordinasyonu ve ilgili motor kontrol programları nörolojik yaralanmaları, ilişkiler, geçici ve dağınık şekilde, effectors30ayırımı takip hakaret yatkındır. Göz ve el denetimin objektif kayıtları incoordination veya derece koordinasyon bozukluğu karakterize için olağanüstü vardır ve göz-el motor kontrol mekanizması işlevsel bir bağlamda bilimsel anlayış geliştirir.
Olmasına rağmen birçok çalışma el-göz koordinasyon sağlıklı kontrol17,31,32,33,34, bizim grup alanını nörolojik yaralanma, bizim ayarı tarafından için gelişmiş bir Kontur devresi değerlendirme sırasında örneği, el hareketleri, kez görsel olarak görüntülenen kayma hedefleri doğrultusunda zamansal ve mekansal organizasyonu araştırdık. Objektif karakterizasyonu göz ve el genişletmiştir çalışmaları neredeyse sadece performans kapasitesi her iki effectors sonrası inme kayıt veya patolojik ayarlarında odaklı olması; açıklanan Protokolü güçlü karakterizasyonu oküler ve manuel motor kontrol Kısıtlamasız ve doğal hareketleri sağlar. Burada biz bir soruşturma görsel olarak güdümlü ulaşmak için saccade hareketlerin kronik orta serebral arter (MCA) kontur sağlıklı kontrol göre olan bireylerde tekniğini tanımlamak. Ulaşmak ve saccade aynı anda kayıt için eş zamanlı göz ve el hareket takibi istihdam.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. katılımcı
- Denetim katılımcılar nörolojik disfonksiyon, önemli göz yaralanması, önemli depresyon, büyük sakatlık ve/veya elektrik implantlar bir geçmişi olmayan 18 yaşından büyük işe.
- Beyin hasarı orta serebral arter (MCA) dağıtım öyküsü olan 18 yaşındaki Fugl-Meyer ölçeği tamamlamak, bir dizi göz hareketleri35,36korumak, sahip yeteneği daha inme katılımcıların büyük işe yeteneği işaret gerçekleştirmek için görevler ve sakatlık ek nörolojik disfonksiyon, önemli göz sağlık ektanı, önemli depresyon, bilgileri olmadan büyük ve/veya elektrik implantları.
- Kurumsal inceleme kurulu, New York Üniversitesi Tıp Fakültesi tarafından onaylanmış bir onay formu imzalamak için katılımcılar sor.
- (Detaylı dışlama kriterleri lütfen Rizzo ve ark37için bkz:) katılımcı Eleme
- Geçmiş almak ve aşağıda anlatıldığı gibi klinik muayene gerçekleştirmek.
- Mini Mental durum muayenesi (MMSE)38katılımcılarıyla bilişsel durumunu değerlendirmek.
- Nörolojik muayene gerçekleştirin.
- Ekstraoküler kaslar ve göz hareketleri inceleyin.
- Katılımcılar bir pozisyonda kafa tutarken araştırmacı parmak gözleri ile takip etmek istiyoruz. Hayali bir H harfi önlerinde çizmek ve yeteri kadar dışarı ve yukarı/aşağı, senin parmak hareket Merkezi, değerlendirilmesi, aşağı, sol, sağ, aşağı/sol olduğunu emin olun, aşağı /, yukarı/sol, sağ ve yukarı/sağ.
- Katılımcıların izleyin ve yavaş yavaş düzgün takip değerlendirmek için onların görme alanı taşındı bir nesne üzerinde bakışları korumak için sor. Yaklaşık 24 inç mesafeyi kat ve bir kalem bir hedef olarak kullanarak, ileri geri yavaş yavaş süpürme her üç kez yinelenen yatay ve düşey yönde.
- 24 inç ayrı saccades değerlendirmek için yerleştirilir 2 hedefler arasında mümkün olduğunca hızlı bakmak için katılımcılar sor. Hedefler ve yolu tarif etmek hedeflere bir geri ve ileri şekilde üç kez yatay ve dikey olarak gibi bakışları bir kalem ve bir kalem kullanın.
- Yavaş yavaş doğru gözlerini yakınsama, hedef, bir kurşun kalem, onların burun köprüsü üzerinde merkezleme değerlendirmek için hareket ederken bir nesnede bağlayacaktın katılımcılara sor. Aşağıdaki yordamı, tekrar başlangıç pozisyonuna (sapma) burun aynı hedef getirerek test geri.
- Hasta bir gözünü kapat ve araştırmacı buruna bak sor. Hastanın görme alanı elinden geçin ve sonra dedikodu, parmak yavaşça ve hastanın el görünümüne, geri geldiğinde biliyorum araştırmacı izin isteyin bu sol üst, sağ, alt sol üst ve alt sağ tarafta.
Not: ne zaman hasta sağ göz kapakları, sol gözünü kapat ve ahlak bozukluğu çok yönlü.
- Görme bozukluğu bir görsel-motor entegrasyon testi ile değerlendirmek.
- Görme keskinliği Snellen grafik39,40tarafından değerlendirmek.
- Çatışma ile görme alanı değerlendirmek ve söz konusu olursa, Goldman veya Humphrey görme alanı test41,42gerçekleştirin.
- Çizgi bisection testi ve tek harf iptal test43üzerinden Hemi kayma ihmal değerlendirmek.
- Sakatlık 25 maddelik Ulusal göz Enstitüsü görsel işleyen soru formu (NEI-VFQ-25) ve 10 maddelik ek anket44üzerinden kapsamını ölçmek.
- Geçmiş almak ve aşağıda anlatıldığı gibi klinik muayene gerçekleştirmek.
2. deney ve ekipman fiziksel yapılandırma hazırlık
- Ekipman:
- Bir göz izci seçin
- Başa takılan kullanım (Resepsiyon tabanlı ulaşmak hareketleri girişimi engellemek için) yeteneğine sahip bir göz izci seçmek yüksek Uzaysal çözünürlük (≤0.1o) ve yüksek zamansal çözünürlük (≥250 Hz).
- 250 Hz (örnekleme göz pozisyon her 4 ms) örnekleme hızında göz izci ile dürbün göz hareketi kaydetmek öğrenci ve kornea yansıma izleme.
- Bir bacak izci seçin
- X, y, z konum, ³ 0,08 cm doğruluğu, 3,5 ms gecikme süresi ³ hareketinde eşleyebilirsiniz uzuv İzleyicisi'ni seçin.
- Özelleştirilmiş bir komut dosyası bu denetimleri veri gerçek zamanlı entegrasyon elde iki sistemlerini çalıştıran ve gerçek zamanlı (Tablo reçetesi) sinyalleri ortak kayıt yeteneğine sahip bir dizüstü bilgisayar seçin.
- Seçilen laptop ile tümleştirme yeteneğine sahip bir ekran monitör seçmek ve bu monitör ve masaüstü erişim alanı arasında bire bir ilişkiyi destekleyecek büyüklükte
- Bir masa yüzeyi arasında katılımcı ve ekran monitör deneysel çalışma için bir işlev ulaşan alan olarak kullanmak için ekran monitör için bir dikdörtgen boyutu aynı tanımlayın.
- Bir göz izci seçin
- Hazırlık kadar ayarlayın:
- Yüksekliği ayarlanabilir sandalye içeren bir tablo oluşturun.
- Bir ekran monitör 40 cm kadar tablo (Tablo reçetesi) kenarına yerleştirin.
- Ekran monitör ile 1-1 oran boyut ile bir masa üstü kurulu (yüzey ulaşan) yerleştirin.
- Bacak izci kadar elektromanyetik kaynak tablo (Tablo reçetesi) altında monte ederek ayarlayın.
- Göz izci kadar ayarla, PC (Tablo reçetesi) ana.
- Dört kızılötesi (IR) aydınlatıcılar monitörü askıları kullanarak dört köşesine iliştirin.
- Göz izci yapılandırmaları göz izci kurulum seçenekleri ekranından ayarlayın.
- 13-nokta kalibrasyon göz izci önceden ayarlanmış yapılandırmasından seçin.
- Küçük saccade algılamak için yüksek saccade duyarlılık seçin.
- Öğrenciler ve kornea kaydetmek için öğrenci-CR modunu seçin.
- 250 Hz değerinde bir örnekleme hızı seçin.
- Katılımcı fiziksel hazırlık
- Katılımcılar bilgisayar ekran masada yüksekliği ayarlanabilir bir sandalyede koltuk.
- Katılımcı 60 cm uzakta ekran monitör (malzemeler tablo) konumlandırın.
- El işaret parmağı distal durumuyla hareket sensörü (tablo-in maddi) tamir test edilecek kol (denetimler için baskın silah ve her iki kontur katılımcılarıyla kollarında)
- Göz izleyici katılımcıların kafa bandı yerleştirin ve kafa bandı ve Kameralar (Tablo reçetesi) ayarlayın.
- Montaj bandı
- Alın ve yan yastıkları katılımcının kulakları yukarıda Merkezi açık noktasıdır gerginlik ve kafa bandı (kafa bandı düğmeleri kullanarak) konumunu ayarlayın.
- Kafa bantlı kamera Center'da alın ve burun köprüsü üzerinde olduğundan emin olun.
- Katılımcıların kendi kaşlarını kaldırmak için sormak ve kafa bandı hareket ederse, o daha yüksek veya düşük alında yeniden donatılması.
- Kamera ve kornea ışığı konumunu ayarlayın. Görüntü ekrana bakmak için katılımcılar sor.
- Fotoğraf makinesi ekranında, baş kamera görüntüyü seçin, bu'kafa kamera görüntüsünün ortasına yerleştirilir IR veri işaretleyicilerini dört büyük noktalardan gösterir doğrulayın. Ortada yoksa, buna göre ayarlayın.
- Kamera Kurulum ekranında, bir gözü birer seçin. Öğrenci göz kamera görüntüsü ortasına kadar düşürerek ve göz fotoğraf makinesi yükselterek tarafından kameralar işlemek iki göz ayarlamak
- Göz kamera ve lens tutacağı döndürerek odaklan.
- Öğrenci eşik kamera kurulumu ekranında otomatik eşik düğmesine basarak ayarlayın.
- Aynı ayar diğer göz için gerçekleştirin.
- Montaj bandı
- Kalibrasyon
- 9-nokta kalibrasyon kullanarak yüzey ulaşmak için çıkış uzuv izci kalibre monitör ekranında görüntülendiği gibi yüzey (Masa üstü) konumları ulaşan sensör ekli parmak yerleştirmek için Katılımcı sormak.
- Göz izci kalibre, katılımcılar mavi bir nokta görünür kalibrasyon hedefi bakmak için sormak ve bir sonraki nokta ekranda görünene kadar fiksasyon korumak
Not: Kalibrasyon hedefi 13 rasgele seçilen pozisyonlar ekranda görünür - Oturum, ilk bir denemenin başlangıcında ve yarıya kadar noktasında başına en az iki kez göz izci kalibre.
3. deney
- Onların parmak parmak-gösterge dot (kırmızı nokta), ile ekrandaki başlangıç daire kapsayan başlangıç konumu üzerine taşımak için katılımcılar sabitliyor (göz) üstünde belgili tanımlık perde başlangıç konumu sor.
Not: Başlangıç konumu fiksasyon noktası (mavi nokta) görüntüler ekranın (Şekil 1a) ortasına bir muhabir konumudur. Parmak konumunu ekranda 4 mm RADIUS kırmızı nokta olarak temsil edilir. - Hedef görüntüleninceye kadar 150 ms için başlangıç çember üzerindeki parmak konumunu korumak katılımcılar gerektirir.
- Onlar ("git bip") bir bip sesi duyana kadar katılımcılar başlangıç konumu bağlayacaktın emin olun. (Şekil 1)
Not: Hedef arasındaki süre görünüm ve git sinyal randomize 250-750 git sinyal beklentisiyle önlemek için ms arasında. - Katılımcılar (şekil 1) bip sesi duymak gibi onların gözleri ve parmak ucu hızlı ve doğru belirlenen hedefe taşımak için talimat
- Belirlenen hedef 1 cm RADIUS beyaz daire görünür
- El ve parmak kaldırma ve parmak ucu ve masa üstü yeniden bağlanma ekranda görüntülendiği gibi sanal hedefinin konumu masa üstü konumda dokunmak katılımcılar talimat
- El ve parmak kaldırma yerine el ve parmak masa üzerinde sürükleyerek bir işaretleme hareket katılımcıların yapmak emin olun.
- Son konumu ulaşabileceği bir kırmızı nokta olarak görüntülemek, aşağıdaki tamamlanma ulaşmak.
- Düşük hız birleşimi tarafından ulaşmak tamamlama belirler (< % 5 tepe) ve 3 mm z-uçak eşik.
- Veri toplama başlamadan önce deneme deneme bir dizi gerçekleştirmek için katılımcılar sor.
- Katılımcılar 5 son 10 hedeflerin başarıyla dokunduktan sonra veri toplama başlatın.
- Bak bir dizi yapmak ve alışma denemeler sırasında Direktifiniz denemeler ulaşmak için katılımcılar sor.
- Katılımcılar Toplam 76 denemeler yapmak var.
- Onların dominant el ile deneme gerçekleştirmek denetim katılımcılar var.
- Mümkün olduğunda, iki elle, daha fazla etkilenen ve daha az etkilenen deney gerçekleştirmek katılımcıların kontura sahip olması.
- Katılımcılar, en az bir el ile tüm deneme tamamlayın.
Şekil 1. Şematik yapısı ve deney. (a) ekran monitör ve yüzey bir duruşma sırasında ulaşan şematik gösterimi. (b) ulaşabileceğiniz görsel destekli eylemlerden sıralanıyor. İlk fiksasyon (F) görünür. Hedef (T) randomize bir süre sonra görünür. 'Git' sinyali olarak işitsel bip ses (aleladelik dikey çubuk tarafından gösterilen) bir öngörülemeyen zaman aralığı (F eşzamanlı uzaklığı) sonra hedef görünüm tarafından şunlar. El (H) ve göz (E) hareketleri git sinyali izle. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Otuz katılımcıların araştırma çalışmada katıldı. Denetim kohort 17 katılımcılar ve kontur kohort 13 katılımcılar vardı. Onların veri çözümleme dışı bırakıldı böylece iki katılımcı bütün deneyin bitiremedim.
Demografi ve soru formu Değerlendirmeler
Tablo 1 temsilcisi kontur kohort klinik ve demografik özellikleri gösterir.
Demek unweighted VFQ puanları vardı 91.33 ± 13,01 kontur katılımcılar, sağlıklı kontrol 94.87 ± 4,87 karşı (p = 0,203, ns). 10 maddelik ek puanları 96.27 ± 6,64 sağlıklı kontrol karşı vuruş katılımcılar içinde 95 ± 11.57 alınmıştınız (p = 0.375, ns). Kompozit ve 10 maddelik ek puanları 95.12 ± 4,65 sağlıklı kontrol karşı vuruş katılımcılar içinde 92.36 ± 12.18 alınmıştınız (p = 0,244, ns). Kontur katılımcıların 55.54 ± 13.33, ortalama Fugl-Meyer Puan 30-66 bir dizi vardı.
Göz ve el hareketleri süreleri ve gecikme süreleri
Şekil 2 ' de saccade ve reach gecikmeleri, git sinyal ve hareket başlangıçlı, arasındaki süre olarak ölçülen çizilir. İnme ilk (birincil) saccades önemli ölçüde daha önce daha az etkilenen hem de yer ve daha fazla etkilenen taraf, katılımcılar sağlıklı kontrol katılımcılara karşılaştırma (p <.05) (daha fazla etkilenen el: 0.082 s, CI: [0,052 0.112]; daha az etkilenen el: 0.106 s, CI: [0,08 0.132]; saccade testis kontrol: 0.529 s, CI: [0.514 0.543]). Denetimine karşılaştırmak, ama orada olduğunu kontrol arasında önemli bir fark yoktur hedeflemek için kontur yapılan katılımcılar oldukça erken ilk saccade testis ulaşmak ve daha az etkilenen veya daha fazla etkilenen testis kontur katılımcılar içinde ulaşmak (daha az etkilenen el: 0.545 s, CI: [0.521 0.568]; daha fazla etkilenen el: 0.60 lar, CI: [0.567 0.632]; Denetim ulaşmak testis: 0.556 s, CI: [0.544 0.568]). İlk saccade ve zamansal bir kontur katılımcılar ayırımı temsil eder, ulaşmak başlangıçlı arasındaki gecikme süresi daha her iki daha fazla etkilenen ve daha az etkilenen elinde, 519 ms (CI: [476 562]) ve 439 ms (CI: [404 474]) ayırma sırasıyla içinde inme, en az bir ayrılık 27 MS karşı (CI: [8,5 45]) denetimlerindeki (tüm p <.05 gerektiğini Katılımcılar sadece yapılan en uzun süre ulaşır (hareket başlangıcı ve sona erdirilmesi arasındaki fark olarak hesaplanır) ile daha fazla etkilenen yan inme (604 ms, CI: [587 622]) ama aynı zamanda artmış ortalama ulaşmak daha az etkilenen yan (546 ms, zamanında CI: [537 555] vs 352 ms, CI: [348 356]) (tüm p <.05 gerektiğini
Göz hareketleri frekans
Biz ilk saccade başlangıcı arasındaki süreyi inceledi ve sağlıklı kontrol içinde en az ve daha az - ve daha fazla etkilenen tarafı felç katılımcılar içinde önemli ölçüde uzun başlangıçlı ulaşmak. Bu dönemde yapılan saccades sayısı farklılıkları fark ettik. Ne olursa olsun onlar kullanılmış, bacak kontur katılımcılar tarafından üretilen saccades sayısı daha fazla sağlıklı kontrol oldu. Çubuk grafikler (şekil 3) katılımcılar tarafından yapılan ikincil saccades sayısı çizilen. Onlar ulaşmak sona kadar sağlıklı kontrol çalışmalarda % 90 bir tek saccade ve sürekli fiksasyon hedef haline getirdi. Tezat, bu desen denemelerin % 50 oluşturuldu (z 32,2, p = <.05) Bu kontur ve geri kalanı ile yapılan birden çok saccades. (Şekil 3). Şekil 4 böyle saccade izleri bir örneği gösterilir.
Kayma hataları göz ve el hareketleri
Hedef Merkezi (hareket hata) ile ilgili olarak genlik hareketi bitiş noktası üzerinden ulaşmak hataları sağlıklı kontrol göre hem daha az ve daha fazla etkilenen elinde kontur katılımcılar artmıştı (Denetim: 9.3 mm, CI: [9.0 9.5]; daha az etkilenen kol: 19.2 mm, CI: [ 18,4 20.0]; daha fazla etkilenen kol: 21.4 mm, CI: [20,5 21,4]) (şekil 5; tüm p <.05 gerektiğini Erişim hataları artış ile birlikte, büyük ölçüde olarak gösterildiği şekil 5 saccade son nokta hataları arttı (Denetim: 18.3 mm, CI: [17.9 18,7]; daha az etkilenen kol: 36,4 mm, CI: [35.2 37,6]; daha fazla etkilenen kol: 41.6 mm, CI: [40,3 43,0]; tüm p <.05 gerektiğini
Motor bozukluğu ve göz-el gecikme korelasyon ayırımı donat
Fugl-Meyer puanı kol motor bozukluğu değerlendirmek için kullanıldı. Bu geçici felç katılımcılar ayırımı kol motor bozukluk şiddeti ile ilişkilendirmek, ama bizim sonuçlar için daha az istatistiksel olarak önemsiz olduğunu gösterdi bekleniyordu (r-0.64, ns =) ve daha fazla etkilenen (r =-0.34, ns) silah.
| KİMLİĞİ | Yaş | Seks | H / H bir | Kontur | Kronikleşme (yaş) | Fugl-Meyer puanı c |
| (yaş) | Özellikleri b | |||||
| 1 | 78 | M | R/L | R MCA dağıtım | 2 | 66 |
| 2 | 61 | F | R/L | R MCA dağıtım | 7 | 66 |
| 3 | 34 | M | R/R | L MCA dağıtım | 1.7 | 66 |
| 4 | 39 | F | R/R | L MCA dağıtım | 1.4 | 45 |
| 5 | 70 | M | R/R | L MCA dağıtım | 2.8 | 58 |
| 6 | 60 | F | R/L | R MCA dağıtım | 2.6 | 30 |
| 7 | 73 | M | R/L | R MCA dağıtım | 6 | 58 |
| 8 | 51 | F | R/L | R MCA dağıtım | 12,2 | 30 |
| 9 | 60 | M | R/R | L MCA dağıtım | 4.4 | 63 |
| 10 | 39 | M | R/L | R MCA dağıtım | 4.7 | 47 |
| 11 | 70 | M | R/L | R MCA dağıtım | 2 | 66 |
| 12 | 47 | F | R/R | L MCA dağıtım | 1.5 | 61 |
| 13 | 65 | F | R/R | L MCA dağıtım | 0,7 | 66 |
| AVG | 57.5 | 3.8 | 55.5 | |||
| (SD) | -14.3 | -3.2 | -13.3 |
Tablo 1 . İnme klinik özellikleri.
bir "H/H" el kullanımı = / hemiparezi: (Edinburgh stok ile değerlendirilen) el kullanımı / hemiparezi Laterality
b "Kontur özellikleri": katılımcı ve/veya yeni bir tarihçi olarak; hizmet veren aile üyeleri ile tıbbi geçmişini elde lezyon konumu Bölge ve laterality muayene bulguları ile tutarlılık için çapraz doğrulanmış
c "Fugl-Meyer skor": üst ekstremite inme sonrası motor bozukluğu kapsamını yansıtan puanı [Toplam olası 66], bir toplamı.
Şekil 2. Saccade ve ulaşmak gecikmeleri var mı Saccade testis (mavi daireler tarafından gösterilen) meydana önemli ölçüde daha önce kontur katılanlar, oradayken Hayır önemli denetim arasındaki farklar (yeşil daireler tarafından gösterilen) testis ulaşmak ve inme (yeşil daireler tarafından gösterilen) katılımcılar (ile küçük bir gecikme daha fazla etkilenen tarafta). İlk saccade ve ulaşmak başlangıçlı arasındaki gecikme süresi olan ışık gri çubuk belirtilir. (testis: circles, sonlandırma: kareler) (hata çubuğu: % 95 güven aralığı) Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3. Saccades birincil saccade yanı sıra numarasını histogramlar. Üst çubuk grafik gösterir, kontrol katılımcıların ezici bir çoğunlukla yalnızca birincil bir saccade yapmak. Ya hiçbir ek saccades birincil saccade ötesinde olduğunu ya da tek bir ikincil saccade yaklaşık %96 çalışmalarda içerir. Alt çubuk grafik kontur katılımcılar, gösterir en çok beş ikincil saccades denemeler aynı % 96 olun. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4. Şekil gösterir, iki denetim katılımcılar rasgele ham saccade izleme ve iki katılımcılar inme. İki örnekleri (filtre uygulanmamış, ham) göz (mavi) ve (yeşil) el izlerini kontrol katılımcılar (sol sütun) ve kontur katılımcılar (sağ sütun) aynı anda göz ve el izlerini çizmek için izin vermek için ekran mm, çizilir. Onlar, tek bir saccade veya süre ulaşabileceği kapanmasını kontrol katılımcıların denemeler aksine ulaşmak tamamlamadan önce iki kontur katılımcılar çalışmalarda, birden fazla göz hareketleri yapılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5. Gruplandırma katılımcı ve/veya kol ortalama bitiş noktası hatası Yeşil çubuklar ortalama hata ulaşmak ve Mavi çubuklar ortalama saccade (birincil) hata gösterir gösterir. İki örnek t-testleri yapıldı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Göz ve el için objektif göz-el motor sistemleri özellikleri keşfetmek bir farklı yaklaşımlar içeren etkinleştirme araştırma çalışmaları hız kazandı kullanılabilir araç takip sistemleri yaklaşımı temel bir görev için günlük aktivitelere kayıt- el-göz koordinasyonu. Birçok doğal eylem bağımlı görevleri görsel olarak yönlendirilir ve vizyon birincil duyusal girdi olarak bağlıdır. Bakışları hangi anahtar kayma hedefleri Merkezi görme nokta oküler motor komutları aracılığıyla programlanır; Bu bilgi çok önemli ve el gol elde yardımcı olur. El-göz koordine davranışı etkin ve doğru bir şekilde yürütülmelidir anahtarıdır. Örneğin, bir fincan kahve almaya karar vermeden bir hızlı göz hareketleri neden olur kolu, bir terminal fiksasyon, işaret parmağını yerleştirme ve prehension, geçici eşitlenmiş serideki tüm önemli çevresel ayrıntılarını edinimi için. Hareket girişimi, üst ekstremite görsel geribildirimi online hata kontrolü ve düzeltmesi için önemlidir.
El-göz koordinasyonu ile farklı metodolojimiz değerlendirilmesi göz-el hareketi kontrol koordinasyon o kontur engellemektedir gösterir. Kontur katılımcılar ile MCA-yaralanma daha az doğru her iki saccades açığa vurmak ve (daha az/daha fazla-etkilenen iki içinde) göre sağlıklı kontrol ulaşmak; Orada da görünür olmak stark akıntısındaki birincil saccade başlangıçlı ve her iki daha az - reach başlangıçlı arasında / daha fazla etkilenen taraf. Göz ve el hareketi bozuklukları ayrı olarak fonksiyonel uyuşmazlığına katkıda iken gibi görünüyor ulaşan hataları yükseltmek ve daha fazla Nörolojik fonksiyon uzlaşma göz-el koordinasyonu belirli bir açığı; Bu ayrı efektör sistemleri tek bir zaman uyumlu davranış doğru koordine etmek başarısız olduğunda oluşur. Bir potansiyel açıklama çift göz-el hareketleri ve ilgili girişim etkileri46,47,48,49yürütme ek hesaplama seferdeki yalan olabilir. Göz-el hareketi co-kayıt gerektiren deneysel paradigmalar çift görevler sistematik soruşturma için bilim adamları izin; Bu özellikle kombinasyonu (bilişsel-motor, motor-motorlu, vb)50,51,52ne olursa olsun gibi görevler zorluklarla tanıyoruz patolojik nüfus için önemlidir.
Göz ve üst bacak hareketleri beyin hasarının hassas işaretleri ve sayısız uygulamaları bulunduğundan tanıyla, prognostically ve tedavi amaçlı53,54,55,56,57 ,58,59. Göz hareketleri ve ilişkilerinin bacak hareketleri için daha büyük bir 'pencere' beyine daha önceden oluşturun. Göz hareketi işlevindeki doğrudan bozukluğu kenara açıkları göz hareketi tazminat hareket bozukluğu el karşılık bir alandır yeni bilimsel fırsat ile hüküm sürüyor. Bir kez daha fazla karakterize, göz-el koordinasyonu birden çok uygulama ışık akıtan yeteneğine sahip olması ve fonksiyonel hareket kontrolü, mekanik kavrama içine klinik çeviri tam etkileri anlamak için çalışmalar daha fazla motive bilgi. Sağlam Metodolojisi ve bir tür fizyolojisi aynı anda ve yüksek sadakat ile tahlil etkinleştirmek dinç protokolleri el-göz kontrol araştırma anahtarıdır.
Burada belirlenen faydaları rağmen hala metodolojik sınırlamalar mevcut vardır. Yöntemleri bölümünde açıklandığı gibi katılımcıların bir ekran monitör üzerinde göründüğü gibi hedef sabitleştirmek için ve hemen iş istasyonu önünde konumlandırılmış bir masa üzerinde eşzamanlı erişim yapmak için talimat verilen. Bu dönüştürülmesine yönelik monitörden mekansal bilgi için masa üstü gerektirir ve ekstra bilişsel bir adım ekler. Bilişsel bu meydan okuma bir bilgisayar çalışmaları sırasında yapar dönüşümü için aynı olmakla birlikte, bilgi ekranı içine fare-klavye 'alan', ya da iş istasyonu için çeviri Çeviri içermeyen bir paradigma daha doğal bir görev kullanmak istiyorsunuz. Ne olursa olsun, objektif olarak karakterize göz kayıtları ile izleme sağlam 3-b el bir çok efektör koordinasyon döner entegre motor kontrol soruşturma izin verir. Buna ek olarak, mevcut yaklaşım göz-el kontrol yönleri kritik gerçek zamanlı olarak bilgisayar arayüzü ile etkileşim için değerlendirmek için bir fırsat tanıyor.
Nicel çift-efektör kayıtları 3-b ayarı göz-el motor araştırmalarda abi'en, içinde sağlam fırsatları göz ve el çift bu tür kayıtların fizibilite meydan okuyor, patolojik bir ortamda özellikle göze iken araştırma-grade titizlik ile çalıştırıldığında. Çabaları göz birleştirmek için çalıştılar ve El İzleyicisi'nin göz ve el fizyolojisi, ancak veri çıkışı değerlendirmek için çoğu zaman kararsız 60. Sağlıklı nüfus görülen bu bazı dikkate alınır ve teknik kalibrasyon ve patoloji katılımcılarla kayıt sorunları ile bitişik veri daha az yararlı olur. Bu nedenle, burada açıklandığı şekilde kaldıraç bir yöntem ve paradigma, pragmatik öyle. Buna göre göz pozisyon kalibrasyon faiz derinlik düzlemde tamamlanır, göz özel uyaranlara tek bu mesafeden görüntülenir ve bakışları ölçüm sadakat daha sonra sağlamdır. Diğer mesafelerde bakışı'nın artık hizalanır ve karakterizasyonu el pozisyonu61,623-b kayıtları için sınırlıdır. Özetin özeti çalışma göz ve el patolojik ortamda en çok derinlik kalibrasyonlar, tümleşik donanım, sinyal co-kayıt için merkezi bir bilgisayar veya ana bilgisayar sistemi ve benzer bir protokol izin veren özel yazılım ile elde bir söz konusu.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar araştırma potansiyel bir çatışması olarak yorumlanamaz herhangi bir ticari veya mali ilişkileri yokluğunda yapılmıştır bildirin.
Acknowledgments
Dr. Tamara Bushnik ve NYULMC Rusk araştırma ekibi onların düşünce, öneri ve katkıları için teşekkür etmek istiyorum. Bu araştırma 5 K 12 HD001097 (J-RR, MSL ve PR) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 27.0" Dell LED-Lit monitor | Dell | S2716DG | QHD resolution (2560 x 1440) |
| ASUS ROG G750JM 17-Inch | AsusTek Computer Inc | ||
| Eye Link II | SR-Research | 500 Hz binocular eye monitoring 0.01 º RMS resolutions |
|
| Matlab | MathWorks | ||
| Polhemus MicroSensor 1.8 | Polhemus | 240 Hz, 0.08 cm accuracy |
References
- Rizzo, J. R., et al. Eye Control Deficits Coupled to Hand Control Deficits: Eye-Hand Incoordination in Chronic Cerebral Injury. Frontier in Neurology. 8, 330 (2017).
- Leigh, R. J., Kennard, C. Using saccades as a research tool in the clinical neurosciences. Brain. 127 (3), 460-477 (2004).
- White, O. B., Fielding, J. Cognition and eye movements: assessment of cerebral dysfunction. , (2012).
- Anderson, T. Could saccadic function be a useful marker of stroke recovery? Journal Neurology Neurosurgery Psychiatry. 84 (3), 242 (2013).
- Dong, W., et al. Ischaemic stroke: the ocular motor system as a sensitive marker for motor and cognitive recovery. Neurology Neurosurgery Psychiatry. 84 (3), 337-341 (2013).
- Abend, W., Bizzi, E., Morasso, P.
- Agrawal, Y., et al. Evaluation of quantitative head impulse testing using search coils versus video-oculography in older individuals. Otology & neurotology : official publication of the American Otological Society, American Neurotology Society [and] European Academy of Otology and Neurotology. 35 (2), 283-288 (2014).
- Eggert, T.
- Houben, M. M., Goumans, J., vander Steen, J. Recording three-dimensional eye movements: scleral search coils versus videooculography. Investigative ophthalmology & visual science. 47 (1), 179-187 (2006).
- Imai, T., et al. Comparing the accuracy of video-oculography and the scleral search coil system in human eye movement analysis. Auris, nasus, larynx. 32 (1), 3-9 (2005).
- Kimmel, D. L., Mammo, D., Newsome, W. T. Tracking the eye non-invasively: simultaneous comparison of the scleral search coil and optical tracking techniques in the macaque monkey. Frontiers in behavioral neuroscience. 6, 49 (2012).
- McCamy, M. B., et al. Simultaneous recordings of human microsaccades and drifts with a contemporary video eye tracker and the search coil technique. PLoS One. 10 (6), e0128428 (2015).
- Stahl, J. S., van Alphen, A. M., De Zeeuw, C. I. A comparison of video and magnetic search coil recordings of mouse eye movements. Journal of Neuroscience Methods. 99 (1-2), 101-110 (2000).
- van der Geest, J. N., Frens, M. A. Recording eye movements with video-oculography and scleral search coils: a direct comparison of two methods. Journal of Neuroscience Methods. 114 (2), 185-195 (2002).
- Yee, R. D., et al. Velocities of vertical saccades with different eye movement recording methods. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 26 (7), 938-944 (1985).
- Machado, L., Rafal, R. D. Control of fixation and saccades during an anti-saccade task: an investigation in humans with chronic lesions of oculomotor cortex. Experimental Brain Research. 156 (1), 55-63 (2004).
- Fisk, J. D., Goodale, M. A. The organization of eye and limb movements during unrestricted reaching to targets in contralateral and ipsilateral visual space. Experimental Brain Research. 60 (1), 159-178 (1985).
- Neggers, S. F., Bekkering, H. Ocular gaze is anchored to the target of an ongoing pointing movement. Journal of Neurophysiology. 83 (2), 639-651 (2000).
- Neggers, S. F., Bekkering, H. Gaze anchoring to a pointing target is present during the entire pointing movement and is driven by a non-visual signal. Journal of Neurophysiology. 86 (2), 961-970 (2001).
- Neggers, S. F., Bekkering, H. Coordinated control of eye and hand movements in dynamic reaching. Human Movement Science. 21 (3), 349-376 (2002).
- Prablanc, C., Echallier, J. E., Jeannerod, M., Komilis, E. Optimal response of eye and hand motor systems in pointing at a visual target. II. Static and dynamic visual cues in the control of hand movement. Biological Cybernetic. 35 (3), 183-187 (1979).
- Prablanc, C., Echallier, J. F., Komilis, E., Jeannerod, M. Optimal response of eye and hand motor systems in pointing at a visual target. I. Spatio-temporal characteristics of eye and hand movements and their relationships when varying the amount of visual information. Biological Cybernetic. 35 (2), 113-124 (1979).
- Beer, R. F., Dewald, J. P., Rymer, W. Z. Deficits in the coordination of multijoint arm movements in patients with hemiparesis: evidence for disturbed control of limb dynamics. Experimental Brain Research. 131 (3), 305-319 (2000).
- Fisher, B. E., Winstein, C. J., Velicki, M. R. Deficits in compensatory trajectory adjustments after unilateral sensorimotor stroke. Experimental Brain Research. 132 (3), 328-344 (2000).
- McCrea, P. H., Eng, J. J. Consequences of increased neuromotor noise for reaching movements in persons with stroke. Experimental Brain Research. 162 (1), 70-77 (2005).
- Tsang, W. W., et al. Does postural stability affect the performance of eye-hand coordination in stroke survivors? American journal of physical medicine & rehabilitation / Association of Academic Physiatrists. 92 (9), 781-788 (2013).
- Velicki, M. R., Winstein, C. J., Pohl, P. S. Impaired direction and extent specification of aimed arm movements in humans with stroke-related brain damage. Experimental Brain Research. 130 (3), 362-374 (2000).
- Wenzelburger, R., et al. Hand coordination following capsular stroke. Brain. 128 (Pt 1), 64-74 (2005).
- Zackowski, K. M., Dromerick, A. W., Sahrmann, S. A., Thach, W. T., Bastian, A. J. How do strength, sensation, spasticity and joint individuation relate to the reaching deficits of people with chronic hemiparesis? Brain. 127 (Pt 5), 1035-1046 (2004).
- Rizzo, J. R., et al. The Intersection between Ocular and Manual Motor Control: Eye-Hand Coordination in Acquired Brain Injury. Frontiers in Neurology. 8, 227 (2017).
- Horstmann, A., Hoffmann, K. P. Target selection in eye-hand coordination: Do we reach to where we look or do we look to where we reach? Experimental Brain Research. 167 (2), 187-195 (2005).
- Johansson, R. S., Westling, G., Backstrom, A., Flanagan, J. R.
- Belardinelli, A., Herbort, O., Butz, M. V. Goal-oriented gaze strategies afforded by object interaction. Vision Research. 106, 47-57 (2015).
- Brouwer, A. M., Franz, V. H., Gegenfurtner, K. R. Differences in fixations between grasping and viewing objects. Journal of Vision. 9 (1), 18.11-24 (2009).
- de Oliveira, R., Cacho, E. W., Borges, G. Post-stroke motor and functional evaluations: a clinical correlation using Fugl-Meyer assessment scale, Berg balance scale and Barthel index. Arquivos de Neuro-Psiquiatria. 64 (3B), 731-735 (2006).
- Page, S. J., Fulk, G. D., Boyne, P. Clinically important differences for the upper-extremity Fugl-Meyer Scale in people with minimal to moderate impairment due to chronic stroke. Physical Therapy. 92 (6), 791-798 (2012).
- Rizzo, J. R., et al. The Intersection between Ocular and Manual Motor Control: Eye-Hand Coordination in Acquired Brain Injury. Frontiers in neurology. 8, 227 (2017).
- Folstein, M. F., Folstein, S. E., McHugh, P. R. Mini-mental state: a practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician. Journal of psychiatric research. 12 (3), 189-198 (1975).
- Brajkovich, H. L. Dr. Snellen's 20/20: the development and use of the eye chart. The Journal of school health. 50 (8), 472-474 (1980).
- Kalloniatis, M., Luu, C. Visual acuity. , (2007).
- Brenton, R. S., Phelps, C. D. The normal visual field on the Humphrey field analyzer. Ophthalmologica. 193, 56-74 (1986).
- Kerr, N. M., Chew, S. S. L., Eady, E. K., Gamble, G. D., Danesh-Meyer, H. V. Diagnostic accuracy of confrontation visual field tests. Neurology. 74 (15), 1184-1190 (2010).
- Ferber, S., Karnath, H. -O. How to assess spatial neglect-line bisection or cancellation tasks? Journal of clinical and experimental. 23 (5), 599-607 (2001).
- Sutton, G. P., et al. Beery-Buktenica Developmental Test of Visual-Motor Integration performance in children with traumatic brain injury and attention-deficit/hyperactivity disorder. Psychological assessment. 23 (3), 805-809 (2011).
- EyeLink user manual 1.3.0 [Computer software manual]. , Available from: http://sr-research.jp/support/manual/EyeLink%20II%20Head%20Mounted%20User%20Manual%202.14.pdf (2007).
- Cavina-Pratesi, C., Hesse, C. Why do the eyes prefer the index finger? Simultaneous recording of eye and hand movements during precision grasping. Journal of Visualized Experiments. 13 (5), (2013).
- Bekkering, H., Adam, J. J., van den Aarssen, A., Kingma, H., Whiting, H. T. Interference between saccadic eye and goal-directed hand movements. Experimental Brain Research. 106 (3), 475-484 (1995).
- Jonikaitis, D., Schubert, T., Deubel, H. Preparing coordinated eye and hand movements: dual-task costs are not attentional. Journal of Visualized Experiments. 10 (14), 23 (2010).
- Rizzo, J. -R., et al. eye control Deficits coupled to hand control Deficits: eye–hand incoordination in chronic cerebral injury. Frontiers in Neurology. 8, 330 (2017).
- Aravind, G., Lamontagne, A. Dual tasking negatively impacts obstacle avoidance abilities in post-stroke individuals with visuospatial neglect: Task complexity matters! Restorative Neurology and Neurosciences. 35 (4), 423-436 (2017).
- Bhatt, T., Subramaniam, S., Varghese, R. Examining interference of different cognitive tasks on voluntary balance control in aging and stroke. Experimental Brain Research. 234 (9), 2575-2584 (2016).
- Shafizadeh, M., et al. Constraints on perception of information from obstacles during foot clearance in people with chronic stroke. Experimental Brain Research. 235 (6), 1665-1676 (2017).
- Heitger, M. H., et al. Eye movement and visuomotor arm movement deficits following mild closed head injury. Brain. 127 (Pt 3), 575-590 (2004).
- Goodale, M. A., Pelisson, D., Prablanc, C. Large adjustments in visually guided reaching do not depend on vision of the hand or perception of target displacement. Nature. 320 (6064), 748 (1986).
- Maruta, J., Suh, M., Niogi, S. N., Mukherjee, P., Ghajar, J. Visual tracking synchronization as a metric for concussion screening. Journal of Head Trauma Rehabilitation. 25 (4), 293-305 (2010).
- Suh, M., Kolster, R., Sarkar, R., McCandliss, B., Ghajar, J. Deficits in predictive smooth pursuit after mild traumatic brain injury. Neurosci Lett. 401 (1-2), 108-113 (2006).
- Suh, M., et al. Increased oculomotor deficits during target blanking as an indicator of mild traumatic brain injury. Neurosciences Letters. 410 (3), 203-207 (2006).
- Heitger, M. H., Jones, R. D., Anderson, T. J. A new approach to predicting postconcussion syndrome after mild traumatic brain injury based upon eye movement function. Conference Proceedings IEEE Engineering in Medicine Biological Society. , 3570-3573 (2008).
- Heitger, M. H., et al. Impaired eye movements in post-concussion syndrome indicate suboptimal brain function beyond the influence of depression, malingering or intellectual ability. Brain. 132 (Pt 10), 2850-2870 (2009).
- Carrasco, M., Clady, X. Prediction of user's grasping intentions based on eye-hand coordination. IEEE/RSJ International Conference. , 4631-4637 (2010).
- Cognolato, M., Atzori, M., Müller, H. Head-mounted eye gaze tracking devices: An overview of modern devices and recent advances. Journal of Rehabilitation and Assistive Technologies Engineering. 5, 2055668318773991 (2018).
- Evans, K. M., Jacobs, R. A., Tarduno, J. A., Pelz, J. B. Collecting and analyzing eye tracking data in outdoor environments. Journal of Eye Movement Research. 5 (2), 6 (2012).
