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Behavior

Enregistrer efficacement la Coordination oculo-manuelle au spectre de l’Incoordination

Published: March 21, 2019 doi: 10.3791/58885
Automatic Translation
*1,2, *1, 1, 2,3, 1,2
1Dept. of Rehabilitation Med, New York University Langone Health, 2Dept. of Neurology, New York University Langone Health, 3Dept. of Ophthalmology, New York University Langone Health
* These authors contributed equally

Summary

Lésion cérébrale peut endommager les systèmes moteurs somatiques et oculaires. Caractérisation de blessure après contrôle moteur conduit aux biomarqueurs d’aider à la détection de la maladie, la surveillance et pronostic. Nous passons en revue une méthode pour mesurer le contrôle des mouvements oculo-manuelle en santé et en incoordination pathologique, avec regard-et-atteignent des paradigmes d’évaluer la coordination entre le œil et la main.

Abstract

L’analyse objective des mouvements des yeux a une histoire importante et a été depuis longtemps prouvé d’être un outil de recherche important dans le cadre de lésions cérébrales. Enregistrements quantitatives ont une forte capacité à écran diagnostique. Des examens simultanés de le œil et les mouvements du membre supérieur dirigés vers des objectifs fonctionnels communs (par exemple, la coordination oeil-main) servent un chemin de biomarqueur chargées robuste supplémentaire pour capturer et interroger les blessures neurales, incluant une lésion cérébrale acquise (ABI ). Tandis que quantitatives dual-effecteur enregistrements en 3-d s’offrir de nombreuses possibilités dans les enquêtes moteurs oculaire-manuel dans le cadre des ABI, la faisabilité de ces enregistrements en doubles pour les yeux et la main est difficile dans des contextes pathologiques, en particulier Quand s’est approché avec la rigueur de la recherche de qualité. Ici, nous décrivons l’intégration d’une système oculométrique avec un système destiné à la recherche de contrôle membre d’étudier un comportement naturel de suivi de mouvement. Le protocole permet l’étude des tâches de coordination oculo-manuelle sans restriction, en trois dimensions (3D). Plus précisément, nous passons en revue une méthode pour évaluer la coordination oculo-manuelle dans les tâches visuellement guidées de saccade à atteindre chez les sujets atteints de maladies chroniques artère cérébrale moyenne (MCA) et comparez-les aux témoins sains. Une attention particulière est accordée aux propriétés spécifique et membre-oculométrie système afin d’obtenir des données de haute fidélité d’après lésion de participants. Taux d’échantillonnage, de précision, de mouvement tête admissible plage de tolérance prévue ainsi que la faisabilité d’utilisation ont plusieurs propriétés critiques a examiné lors de la sélection un traqueur d’oeil ainsi qu’une approche. Le traqueur de membre a été sélectionné une rubrique similaire mais comprenait la nécessité pour la 3-d enregistrement, interaction dynamique et une empreinte physique miniaturisée. Les données quantitatives fournies par cette méthode et le global approche lorsqu’il est exécuté correctement possède un énorme potentiel pour mieux affiner notre compréhension mécaniste du contrôle oculo-manuelle et contribuer à éclairer les interventions diagnostiques et pragmatiques possibles dans la pratique neurologique et de réadaptation.

Introduction

Un élément essentiel de la fonction neurologique est coordination oculo-manuelle ou l’intégration des systèmes moteurs oculaires et manuels pour la planification et l’exécution d’une fonction combinée vers un objectif commun, par exemple, un coup d’oeil, atteindre et saisir de la télécommande de télévision. Nombreuses tâches tenace dépendent des actions visuellement guidées, comme atteignant, préhension, manipulation d’objets et outil utiliser, quel charnière sur les mouvements oculaires et main temporellement et spatialement couplés. Provoquent des lésions cérébrales acquises (ABI) non seulement les dysfonctionnement membre, mais aussi les troubles oculaires ; plus récemment, il semble également pointant sur le dysfonctionnement de coordination oculo-manuelle1. Les programmes de contrôle moteur de coordination oculo-manuelle sont susceptibles d’insulter des blessures neurologiques d’étiologies vasculaires, traumatiques et dégénératives. Ces insultes peuvent provoquer une rupture entre une des relations indispensables nécessaires pour le contrôle moteur intégré et rapide2,3,4,5,6. De nombreuses études sur la motricité manuelle sont terminées et ont entraîné un guidage visuel comme un pilier de base du paradigme sans une méthode ou un protocole permettant d’analyser simultanément les mouvements des yeux.

Dans ABI, déficits moteurs visibles sont souvent détectés lors de l’examen clinique chevet. Cependant, déficiences moteurs oculaires simultanées et déficiences complexes impliquant l’intégration des systèmes sensoriels et moteurs peuvent être subcliniques et nécessitent un enregistrement objectif pour être identifié7,8,9, 10,11,12,13,14,15,16. Coordination motrice oculaire-manuel dépend d’un réseau cérébral grand et interconnecté, soulignant la nécessité d’une étude détaillée. Une évaluation de coordination oeil-main avec doubles objectifs enregistrements offre la possibilité de doser la fonction motrices et cognitive chez plusieurs populations, y compris les témoins sains et les sujets ayant des antécédents de traumatisme crânien, donnant ainsi un aperçu en circuits et la fonction cérébrale3.

Tandis que les saccades sont balistiques besoin de mouvements qui peuvent varier en amplitude selon la tâche, ont démontré les dépendances entre les mouvements de saccade et de la main au cours de l’action visuellement guidées17,18,19, 20. en effet, des expériences récentes ont démontré que les systèmes de contrôle pour les deux mouvements partagent planification ressources21,22. Le moteur de planification hub pour la coordination oeil-main se trouve dans le cortex pariétal postérieur. Dans un accident vasculaire cérébral, il y a des déficits connus dans contrôle moteur ; les patients hémiparétiques auraient dû être divulgués pour produire des prévisions inexactes, étant données un ensemble de commandes neuronales, lorsqu’invités à effectuer des mouvements de la main visuellement guidées, en utilisant soit les plus touchés (controlatéral) ou moins (ipsilatéral) branche23 ,24,25,26,27,28,29. En outre, coordination oculo-manuelle et programmes connexes de contrôle moteur sont susceptibles d’être insulter suite à des lésions neurologiques, découplage des relations, temporellement et spatialement, entre effecteurs30. Objectives enregistrements de contrôle de le œil et la main sont primordiaux pour caractériser l’incoordination ou le degré de déficience de la coordination et améliore la compréhension scientifique du mécanisme de commande de moteur oeil-main dans un contexte fonctionnel.

Il existe de nombreuses études de coordination oculo-manuelle en témoins sains17,31,32,33,34, notre groupe a avancé le champ de notre cadre de lésion neurologique, pour instance au cours de l’évaluation des circuits de course, ont étudié l’organisation spatiale et temporelle des mouvements de la main, souvent en réaction aux cibles spatiales visuellement affichés. Les études qui ont élargi la caractérisation objective à le œil et la main ont porté presque exclusivement sur la capacité de performance pour enregistrer que les deux effecteurs après accident vasculaire cérébral ou dans des contextes pathologiques ; le protocole décrit permet la caractérisation robuste de la motricité oculaire et manuelle dans les mouvements naturels et sans contrainte. Nous décrivons ici la technique lors d’une enquête des mouvements de saccade à atteindre visuellement guidée chez les sujets atteints de maladies chroniques artère cérébrale moyenne (MCA) par rapport aux témoins sains. Pour l’enregistrement simultané de saccade et d’accessibilité, nous employons des yeux simultanée et suivi de mouvement de main.

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Protocol

1. le participant

  1. Recruter plus de 18 ans, sans antécédents de dysfonctionnements neurologiques, lésions oculaires importantes, dépression importante déficience majeure de contrôle participants et/ou les implants électriques.
  2. Recruter les participants AVC âgées de 18 ans, ayant des antécédents de traumatisme crânien dans la distribution de l’artère cérébrale moyenne (MCA), ont la possibilité de compléter l’échelle Fugl-Meyer, maintenir une gamme complète de le œil mouvements35,36, ont la possibilité d’effectuer le pointage des tâches et sans l’histoire de dysfonctionnement neurologique supplémentaire, la comorbidité santé oculaire importante, diminution significative, major handicap et/ou implants électriques.
  3. Demandez aux participants de signer un formulaire de consentement approuvé par les institutionnels Review Board de New York University School of Medicine.
  4. Participant de dépistage (pour les critères d’exclusion détaillée voir Rizzo et al.,37)
    1. Histoire de prendre et d’effectuer des examens cliniques comme indiqué ci-dessous.
      1. Évaluer l’état cognitif des participants avec examen Mini d’état Mental (MMSE)38.
      2. Pratiquer un examen neurologique.
      3. Examiner des muscles extraoculaires et les mouvements des yeux.
        1. Demandez aux participants de suivre le doigt du chercheur avec leurs yeux tout en gardant leur tête dans la même position. Dessiner une lettre imaginaire de H en face d’eux et s’assurer que vos mouvements de doigt assez loin et haut/bas, évaluer le centre, vers le haut, bas, gauche, droite, bas/gauche, bas/droite, haut/gauche et haut/droite.
        2. Demandez aux participants de suivre et de maintenir le regard sur un objet que se déplaçait lentement à travers leur champ visuel pour évaluer la poursuite sans heurt. Couvrir une distance d’environ 24 pouces et en arrière à l’aide d’un crayon comme cible, balayer lentement dans les directions horizontale et verticale, répétant chacun trois fois.
        3. Demandez aux participants d’examiner aussi vite que possible entre les 2 cibles qui sont placés à 24 pouces de distance afin d’évaluer les saccades. Utiliser un crayon et un stylo comme cibles et direct regardent aux cibles dans un dos et quatrième manière trois fois horizontalement et verticalement.
        4. Demander aux participants de se focaliser sur un objet tel qu’il se déplace lentement vers à leurs yeux pour évaluer la convergence, la cible, un crayon, sur le pont de son nez de centrage. Suite à cette procédure, répéter l’essai en mettant la même cible de nez arrière à la position de départ (divergence).
        5. Demander au patient de couvrez un oeil regarder nez du chercheur. Déplacer la main hors champ visuel du patient et apportez-la dans, wag le doigt lentement puis demandez au patient d’informer le chercheur quand la main revient dans l’affichage, répétez cette opération pour coin supérieur gauche, supérieur droit, inférieur gauche et inférieurs droit quadrants.
          Remarque : Lorsque le patient porte sur son œil droit, elle recouvre le œil gauche et vice versa.
      4. Évaluer la déficience visuelle par un test d’intégration visuo-motrice.
      5. Évaluer l’acuité visuelle de Snellen graphique39,40.
      6. Évaluer le champ visuel avec la confrontation et en cas de question, effectuer Goldman ou Humphrey champ visuel test41,42.
      7. Évaluer la négligence hemi-spatiale via ligne Bissection test et la seule lettre annulation test43.
      8. Quantifier l’ampleur du handicap via 25-point National Eye Institute visuelle fonctionnement Questionnaire (NEI-VFQ-25) et un supplément de 10 éléments enquête44.

2. préparation de l’expérience et la configuration physique de l’équipement

  1. Equipement :
    1. Choisissez un traqueur d’oeil
      1. Choisissez un traqueur d’oeil qui est capable de visiocasques utilisation (pour éviter toute interférence avec des mouvements de bureau-base portée) haute résolution spatiale (≤ 0,1o) et haute résolution temporelle (≥250 Hz).
      2. Enregistrer le mouvement des yeux binoculaire avec le traqueur d’oeil à une fréquence d’échantillonnage de 250 Hz (position de le œil d’échantillonnage toutes les 4 ms) suivi élève tant reflet cornéen.
    2. Choisir d’un tracker limb
      1. Choisissez un tracker de branche qui peut mapper le mouvement dans le x, y, position z, exactitude de 0,08 cm ³, latence ³ de 3,5 ms.
    3. Choisissez un ordinateur portable capable d’exécuter un script personnalisé qui contrôle l’intégration en temps réel des données acquises de deux systèmes et co enregistrant les signaux en temps réel (Table des matières).
    4. Choisir un moniteur capable de s’intégrer avec le portable choisi et qui est suffisamment large pour soutenir une correspondance biunivoque entre le moniteur et espace table portée
    5. Définir un rectangle identique en taille de l’écran sur une surface de la table entre le participant et le moniteur, à utiliser comme un espace fonctionnel pour atteindre pour des travaux expérimentaux.
  2. Mettre en place la préparation :
    1. Mettre en place une table avec la chaise réglable hauteur.
    2. Placer un écran de 40 cm de l’extrémité de la table (Table des matières).
    3. Placer une planche sur table (atteignant la surface) avec la dimension de rapport 1-1 avec le moniteur.
    4. Mettre en place le tracker de la branche par le montage de la source électromagnétique sous la table (Table des matières).
    5. Mettre en place le traqueur d’oeil, l’hôte de PC (Table des matières).
      1. Fixez quatre illuminateurs (IR) aux quatre coins de l’écran à l’aide de sangles.
      2. Définir les configurations de traqueur oculaire d’écran eye tracker installation options.
        1. Sélectionnez la configuration préréglée du traqueur oculaire 13 points d’étalonnage.
        2. Sélectionnez la sensibilité élevée saccade pour détecter la petite saccade.
        3. Sélectionnez le mode élève-CR pour enregistrer les élèves et la cornée.
        4. Sélectionnez une fréquence d’échantillonnage à 250 Hz.
  3. Préparation physique participante
    1. Participants assise sur une chaise réglable en hauteur à la table avec l’écran de l’ordinateur.
    2. Positionner le participant de 60 cm de l’écran (Table des matières).
    3. Fixez le capteur de mouvement (Table des matières) à l’aspect distale de l’index de la main de l’à tester le bras (bras dominants pour les contrôles et les deux bras chez les participants avec les accidents vasculaires cérébraux)
    4. Placez le traqueur d’oeil sur le bandeau des participants et ajustez le serre-tête et caméras (Table des matières).
      1. Montage de l’arceau
        1. Ajuster l’étanchéité et la position du bandeau (en utilisant les boutons du bandeau) afin que la plaquette avant est au centre du front et les coussins latéraux au-dessus des oreilles du participant.
        2. Assurez-vous que la caméra serre-tête est au centre du front et sur le pont du nez.
        3. Demandez aux participants de froncer les sourcils et si le bandeau se déplace, remonter plus haut ou plus bas sur le front.
      2. Ajuster la caméra et la position de la cornée illuminateur. Demandez aux participants de regarder l’écran.
        1. Depuis l’écran de l’appareil, sélectionnez l’image de la caméra tête, vérifiez qu’elle montre quatre grandes taches de marqueurs IR qui sont placés dans le centre de l’image de la tête de caméra. Si ils ne sont pas dans le centre, ajuster en conséquence.
        2. Dans l’écran de réglages de caméra, sélectionnez un œil à l’époque. Ajuster le œil deux caméras en abaissant et en soulevant la caméra eye gérer jusqu'à ce que la pupille de le œil est au centre de l’image de la caméra
        3. Concentrer la caméra eye en faisant pivoter le porte-lentille.
        4. Définissez le seuil de l’élève en appuyant sur le bouton du seuil de déclenchement automatique sur l’écran de configuration de caméra.
        5. Effectuer le réglage de même pour l’autre oeil.
  4. Calibration
    1. Calibrer le tracker de branche de sortie pour atteindre la surface à l’aide d’un étalonnage de 9 points, demander au participant de placer leur doigt attaché du capteur à partir de lieux (table) surface tel qu’affiché sur l’écran du moniteur.
    2. Calibrer le traqueur d’oeil, demandez aux participants d’examiner la cible de calibrage qui apparaît comme un point bleu et maintenir la fixation jusqu'à ce que le prochain point apparaît sur l’écran
      NOTE : Étalonnage cibles apparaissent dans 13 postes choisis au hasard sur l’écran
    3. Calibrer le traqueur d’oeil au moins deux fois par session, un premier au début de l’expérience et à sa moitié.

3. expérience

  1. Demandez aux participants de passer leur doigt sur la position de départ, couvrant le cercle de démarrage sur l’écran avec le point du doigt-indicateur (point rouge), tout en fixation (œil) la position de départ sur l’écran.
    Remarque : La position de départ est un emplacement correspondant des écrans point (point bleu) fixation sur le centre de l’écran (Figure 1 a). La position du doigt est représentée comme point de rayon rouge de 4 mm sur l’écran.
  2. Exiger des participants maintenir la position du doigt sur le cercle de démarrage pour 150 ms jusqu'à ce que la cible s’affiche.
  3. Veiller à ce que les participants fixent la position de départ jusqu'à ce qu’ils entendent un signal sonore (« bip aller »). (Figure 1)
    Remarque : La durée entre la cible apparence et le signal go est aléatoire entre 250 et 750 ms pour éviter l’anticipation du signal aller.
  4. Instruire les participants vers les yeux et le bout des doigts rapidement et avec précision la cible désignée qu’ils entendent le son du bip (Figure 1)
    1. La cible désignée apparaît circulaire de rayon blanc de 1 cm
  5. Instruire les participants de toucher l’emplacement sur table à la position de la cible virtuelle telle qu’affichée sur l’écran en soulevant la main et des doigts et en reconnectant le bout du doigt et la table
    1. Veillez à ce que les participants font un mouvement de pointage en levant la main et des doigts plutôt que de glisser la main et des doigts sur la table.
    2. Afficher l’emplacement de la fin de la portée comme un point rouge, qui suit atteindre achèvement.
    3. Déterminer la portée achèvement par une combinaison de faible vitesse (< 5 % max.) et seuil de z-plane de 3 mm.
  6. Demandez aux participants d’effectuer une série d’essais de familiarisation, avant de commencer l’acquisition de données.
  7. Commencer d’acquisition de données après que les participants touché 5 des 10 derniers objectifs avec succès.
  8. Demandez aux participants d’effectuer une série de look et atteindre des essais qu’ils ont été instruits au cours des essais de familiarisation.
    1. Avoir les participants à effectuer un total de 76 essais.
  9. Avoir les participants contrôle à réaliser l’expérience avec leur main dominante.
  10. Chaque fois qu’il est possible, avoir des participants à coup réaliser l’expérience avec les deux mains, touchés plus ou moins affectés.
  11. Les participants effectuer l’expérience entière avec au moins une main.

Figure 1
Figure 1. Vue schématique d’installation et d’expérience. (a) représentation schématique du moniteur et atteignant la surface au cours d’un procès. (b) le séquençage des actions guidées visuellement accessibles. Première Fixation (F) s’affiche. La cible (T) apparaît après une durée aléatoire. Le signal « aller » se produit comme auditif bip (représenté par la barre verticale gris clair) après une suite d’intervalle (offset simultanée du F) temps imprévisible de l’apparence de la cible. Main (H) et les mouvements de le œil (E) suivent le signal go. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Representative Results

Trente participants ont participé à l’étude de recherche. Il y avait 17 participants de la cohorte de contrôle et 13 participants de la cohorte d’accident vasculaire cérébral. Deux participants n’a pas pu terminer l’expérience entière, afin que leurs données ont été exclues de l’analyse.

Données démographiques et les évaluations de Questionnaire

Le tableau 1 montre les caractéristiques cliniques et démographiques de la cohorte représentative AVC.

Moyenne non pondéré des scores VFQ étaient 91.33 ± 13.01 chez les participants de la course, contre 94.87 ± 4,87 chez les sujets témoins (p = 0,203, ns). Moyennes des scores du supplément 10 éléments étaient 95 ± 11,57 chez les participants de la course, versus 96.27 ± 6.64 chez les sujets sains (p = 0,375, ns). Moyennes des scores pour le supplément composite et 10 éléments étaient 92.36 ± 12.18 chez les participants de la course, versus 95.12 ± 4,65 chez les sujets sains (p = 0,244, ns). Accident vasculaire cérébral participants avaient un score moyen de Fugl-Meyer de 55.54 ± 13,33, avec une gamme de 30-66.

L’oeil et la main de mouvements durées et latences

Dans la Figure 2 saccade et portée latences, mesurées par la durée entre le signal de l’aller et le début du mouvement, sont tracées. Course des participants faits l’initiales (primaires) saccades significativement plus tôt à la fois moins touchées et touchées par d’autres côtés, en comparant aux participants contrôle sain (p <.05) (main plus touchées : 0,082 s, CI : [0,052 0,112] ; main moins touchées : 0,106 s, CI : [0,08 0,132] ; contrôler les seuils saccade : 0,529 s, CI : [0,514 0,543]). Comparer à contrôle, AVC participants faits remarquablement précoce saccade initial pour cibler mais il n’y a aucune différence significative entre le contrôle atteignent des seuils et moins-effectivement touchés ou plus atteindre onsets chez les participants de la course (main moins touchées : 0,545 s, CI : [0,521 0,568] ; main plus touchées : 0,60 s, CI : [0,567 0,632] ; contrôle atteignent des seuils : 0,556 s, CI : [0,544 0,568]). Temps de latence entre la première saccade et apparition de reach, qui représente un découplage temporelle chez les participants de la course, est plus grande chez dans les deux la main touchés plus ou moins affectés, un ms 519 (CI : [476 562]) et un ms 439 (CI : [404 474]) séparation respectivement dans accident vasculaire cérébral, contre une séparation minimale de 27 ms (CI : [8,5 45]) chez les témoins (tous p <.05. Caresser les participants ont non seulement fait les tronçons de durée plus longues (calculées comme la différence entre l’apparition de mouvements et terminaison) avec leur côté plus touchées (ms 604, CI : [587 622]) mais également augmenté leur moyenne arriver à temps sur le côté moins touchés (546 ms, CI : [537 555] vs ms 352, CI : [348 356]) (tous p <.05.

Fréquence de mouvements oculaires

Nous avons examiné l’intervalle entre l’apparition initiale de saccade et atteindre l’apparition, qui a été minime en témoins sains et significativement plus longue chez les participants de la course au moins et plus - côté affecté. Nous avons remarqué des différences dans le nombre de saccades qui ont été faites au cours de cette période. Saccades produits par les participants de la course quelle que soit la branche ils utilisés, on comptait plus de contrôles sains. Nous avons tracé le nombre de saccades secondaires formulées par les participants en histogrammes (Figure 3). Témoins sains, dans 90 % des essais fait une seule saccade et fixation soutenue sur la cible jusqu'à ce qu’ils ont terminé la portée. Contraste, ce modèle a été généré dans 50 % des essais (z = 32,2, p <.05) pour ceux qui ont des accidents vasculaires cérébraux et le reste fait plusieurs saccades. (Figure 3). La figure 4 montre un exemple de ces traces de saccade.

Erreurs spatiales de le œil et les mouvements de la main

En ce qui concerne l’amplitude de point de terminaison de mouvement au centre de la cible (erreur de mouvement), les participants course avaient augmenté portée erreurs en mains touchés fois moins et plus par rapport aux témoins sains (contrôle : 9,3 mm, CI : [9,0 9,5] ; bras moins touchées : 19,2 mm, CI : [ 18,4 20,0] ; bras plus touchées : 21,4 mm, CI : [20,5 21,4]) (Figure 5; tous p <.05. Avec l’augmentation de portée erreurs, erreurs de point de terminaison de saccade a augmenté considérablement comme illustré à la Figure 5 (contrôle : 18,3 mm, CI : [17,9 18,7] ; bras moins touchées : 36,4 mm, CI : [35,2 37,6] ; bras plus touchées : 41,6 mm, CI : [40,3 43,0] ; tous les p <.05.

Bras de handicap moteur et Manu-latence découplage corrélation

Le score de Fugl-Meyer a servi à évaluer les bras handicap moteur. Il était prévu que le découplage temporelle chez les participants de la course serait mettre en corrélation avec la gravité de la déficience moteur bras, mais nos résultats ont montré qu’il était statistiquement non significatif pour le moins (r = -0.64, ns) et les plus touchés (r =-0.34, ns) bras.

ID Age Sexe H / H un Accident vasculaire cérébral Chronicité (ans) Fugl-Meyer Score c
(ans) Caractéristiques b
1 78 M R/L Distribution R MCA 2 66
2 61 F R/L Distribution R MCA 7 66
3 34 M R/R Distribution de L MCA 1.7 66
4 39 F R/R Distribution de L MCA 1.4 45
5 70 M R/R Distribution de L MCA 2.8 58
6 60 F R/L Distribution R MCA 2.6 30
7 73 M R/L Distribution R MCA 6 58
8 51 F R/L Distribution R MCA 12.2 30
9 60 M R/R Distribution de L MCA 4.4 63
10 39 M R/L Distribution R MCA 4.7 47
11 70 M R/L Distribution R MCA 2 66
12 47 F R/R Distribution de L MCA 1.5 61
13 65 F R/R Distribution de L MCA 0,7 66
AVG 57,5 3.8 55,5
(SD) -14,3 -3,2 -13,3

Tableau 1 . Accident vasculaire cérébral de caractéristiques cliniques.
un « H/H » = Gaucher/droitier / hémiparésie : droitier/gaucher (évaluée par le biais de l’inventaire Edinburgh) / hémiparésie latéralité

b « Caractéristiques de l’accident vasculaire cérébral » : emplacement de lésion obtenu à partir des antécédents médicaux avec participant et/ou les membres de la famille agissant comme historien ; région et latéralité une validation croisée par souci de cohérence avec les résultats de l’examen
c « Score Fugl-Meyer » : un résumé de la partition d’extrémité supérieure [total possible 66], qui reflète l’ampleur du handicap moteur post-accident vasculaire cérébral.

Figure 2
Figure 2. Saccade et latences de Reach Seuils de saccade (indiquées par des cercles bleus) se produisent beaucoup plus tôt chez les participants de la course, alors qu’il n’étaient pas significatives différences entre contrôle atteignent des seuils (indiquées par des cercles verts) et les participants (indiquées par des cercles verts) de la course (avec un léger retard sur le côté plus touchées). Temps de latence entre la première saccade et début de portée est indiquée par une barre grise claire. (seuils : cercles, terminaisons : places) (barre d’erreur : 95 % intervalle de confiance) S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3. Histogrammes du nombre de saccades en plus de la saccade primaire. L’histogramme supérieur montre, une écrasante majorité, les participants contrôle effectuer une saccade primaire seulement. Il n’y a aucune saccades soit supplémentaires au-delà de la primaire saccade ou contiennent une seule saccade secondaire dans les essais environ 96 %. L’histogramme inférieur montre des participants de la course, faire jusqu'à cinq saccades secondaires dans la même 96 % des procès. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4. Montre la figure, trace de saccade brute aléatoire des deux participants de contrôle et de deux temps participants. Deux échantillons (non-filtrée, raw) oeil (bleu) et des traces de main (vert) de contrôle participants (colonne de gauche) et accidents vasculaires cérébraux (colonne de droite) sont restituées en écran mm permettant le tracé simultané des traces œil et la main. Dans deux essais de participants course, plusieurs mouvements oculaires sont effectuées avant qu’ils complètent la portée, par opposition à des essais de participants de contrôle qui font une seule saccade à ou fermer la fois de la portée. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5. Erreur moyenne de point de terminaison par participant groupement et/ou des bras Barres vertes indiquent la moyenne atteint erreur et barres bleues indiquent erreur moyenne saccade (primaire). Deux échantillons t-tests ont été effectués. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Discussion

L’avènement de le œil et la main des systèmes de suivi comme les outils disponibles pour étudier objectivement les caractéristiques des systèmes moteurs oculaire-manuel a accéléré les études de recherche, ce qui permet un nuancé enregistrement approche pour une tâche essentielle dans les activités quotidiennes – coordination oeil-main. De nombreuses tâches d’action dépendante naturels sont guidés visuellement et dépendent de la vision comme une entrée sensorielle primaire. Regard est programmé par le biais des commandes de moteur oculaires qui pointent la vision centrale clés cibles spatiales ; cette information est essentielle et aide à acquérir des objectifs de la main. L’essentiel est que le comportement de coordination oculo-manuelle doit être exécuté efficacement et précisément. Par exemple, décider de prendre une tasse de café se traduira en un mouvement rapide des yeux à la poignée, une fixation terminale, l’acquisition de pivotal détails environnementaux pour le placement des doigts index et préhension, tous dans la série temporellement synchronisé. Après l’initiation du mouvement, une rétroaction visuelle du membre supérieur est cruciale pour surveillance d’erreur en ligne et correction.

Évaluation de la coordination oculo-manuelle avec notre méthodologie distincte indique ce trait entrave la coordination du contrôle des mouvements oculo-manuelle. Participants de la course avec MCA-blessures révèlent les deux saccades moins précis et atteint (en deux parties touchées moins/plus) par rapport aux témoins sains ; Il semble également être stark découplage entre l’apparition de saccade primaire et l’apparition de portée dans les deux moins- / touchées par d’autres côtés. Troubles du mouvement d’oeil et main contribuent certes séparément au compromis fonctionnel, il semble y avoir un déficit spécifique en coordination oculo-manuelle, ce qui peut amplifier les erreurs pour atteindre et compromettre davantage la fonction neurologique ; Cela se produit lorsque ces systèmes effecteurs distincts ne parviennent pas à coordonner vers un seul comportement synchrone. Une explication possible réside peut-être dans la charge de calcul supplémentaire de l’exécution de mouvements double oculo-manuelle et l’interférence connexes effets46,47,48,49. Des paradigmes expérimentaux nécessitant de co-registration de mouvement oculo-manuelle permettent scientifiques pour détecter systématiquement les tâches doubles ; Ceci est particulièrement important pour les populations pathologiques qui ont connu des difficultés avec ces tâches, indépendamment de la combinaison (cognitivo-moteur, moteur-motor, etc.)50,51,52.

Yeux et le haut des mouvements des membres sont des marqueurs sensibles de lésion cérébrale et innombrables applications existent diagnostique, points et thérapeutiquement53,,du5455,56,57 ,58,59. Les mouvements des yeux et leurs relations avec les mouvements des membres créent une « fenêtre » encore plue dans le cerveau qu’on ne le pensait. En dehors de l’atteinte directe en fonction du mouvement oculaire, déficits en compensation de mouvement oculaire en réponse aux troubles du mouvement de la main est un domaine nouveau omniprésente avec possibilité scientifique. Une fois qu’une caractérisation plus poussée, coordination oculo-manuelle sera capable de faire la lumière sur plusieurs applications et motiver davantage les études pour comprendre ses implications complets pour le contrôle des mouvements fonctionnels, traduisant mécaniste aperçu clinique connaissance. La clé de recherche sur le contrôle oculo-manuelle est la méthodologie robuste et vigoureux protocoles qui permettent de doser ce physiologie simultanément et de haute fidélité.

Malgré les avantages définis ici, il y a des limites méthodologiques toujours présents. Comme décrit dans la section des méthodes, les participants sont chargés de fixer la cible tel qu’il apparaît sur un écran d’affichage et de faire une portée simultanée sur une table placée immédiatement devant le poste de travail. Cela exige une transformation de l’information spatiale du moniteur à la table et ajoute une étape supplémentaire cognitive. Tandis que ce défi cognitif est identique à la transformation, on fait pendant le travail sur ordinateur, traduisant des informations de l’écran pour le poste de travail ou dans la souris-clavier « l’espace », une tâche plus naturaliste utiliserait un paradigme exempt de traduction. Peu importe, robuste main 3D suivi avec enregistrements des oculaires objectivement caractérisées permettent de sonde de commande de moteur intégré qui tourne autour de coordination multi-effecteur. En outre, l’approche actuelle offre une occasion d’évaluer les aspects de contrôle oculo-manuelle critiques à l’interaction avec l’interface de l’ordinateur en temps réel.

Alors que les enregistrements de double-processeur d’effets quantitatifs en 3-d offrent des possibilités robustes dans les enquêtes moteurs oculaire-manuel dans le cadre des ABI, la faisabilité de ces enregistrements en doubles pour les yeux et la main est difficile, particulièrement dans un contexte pathologique lorsqu’il est exécuté avec rigueur de qualité. Des efforts ont tenté d’associer les yeux et main tracker pour évaluer la physiologie oculaire et de la main, mais la sortie de données est souvent instable 60. Lorsque ces instabilités vus en santé des populations sont prises en compte et juxtaposées avec la technique d’étalonnage et les problèmes d’enregistrement chez les participants à la pathologie, les données deviennent moins utiles. Par conséquent, il est pragmatique d’exploiter une méthode et un paradigme, comme décrit ici. En conséquence, œil position calibration est terminée dans le plan de profondeur d’intérêt, stimulus oculaires spécifiques sont affichés sur ce parcours unique et regard mesure fidelity est robuste par la suite. Autre distance, vue de le œil est n’est plus alignée, et caractérisation est limitée aux enregistrements 3D de main position61,62. L’étude par excellence de le œil et la main dans le cadre pathologique se fera mieux avec un logiciel personnalisé qui permet plusieurs profondeur étalonnages, matériel intégré, un système hôte ou d’ordinateur central pour co-enregistrement signal et un protocole semblable à celui susmentionné.

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Disclosures

Les auteurs déclarent que la recherche a été effectuée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprété comme un conflit d’intérêts potentiel.

Acknowledgments

Nous tenons à remercier le Dr Tamara Bushnik et l’équipe de recherche de Rusk NYULMC pour leurs idées, suggestions et contributions. Cette recherche a été financée par 5K 12 HD001097 (à J-RR, MSL et PR).

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

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Comportement numéro 145 lésions cérébrales mouvements oculaires traqueur d’oeil traqueur de motion limb accident vasculaire cérébral coordination motrice oculaire
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Rizzo, J. R., Beheshti, M., Fung,… More

Rizzo, J. R., Beheshti, M., Fung, J., Rucker, J. C., Hudson, T. E. Efficiently Recording the Eye-Hand Coordination to Incoordination Spectrum. J. Vis. Exp. (145), e58885, doi:10.3791/58885 (2019).

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