Summary
Lesão cerebral pode danificar sistemas motor oculares e somáticos. Caracterização de pós-lesão controle motor proporciona biomarcadores que auxiliam na detecção da doença, monitorização e prognóstico. Nós revemos um método para medir o controle do movimento de olho-mão na saúde e na incoordenação patológica, com paradigmas de olhar-e-alcance para avaliar a coordenação entre olho e mão.
Abstract
A análise objetiva dos movimentos oculares tem uma história significativa e tempo provou ser uma ferramenta de pesquisa importantes no cenário de lesão cerebral. Gravações de quantitativas têm uma forte capacidade de tela para o diagnóstico. Exames simultâneos do olho e os movimentos do membro superior voltados para objetivos compartilhados funcionais (por exemplo, coordenação olho-mão) servem como um robusto biomarcador-carregado caminho adicional para capturar e interrogar a lesão neural, incluindo lesões cerebrais adquiridas (ABI ). Enquanto quantitativas dual-effector gravações em 3-d pagar amplas oportunidades no âmbito de investigações motor ocular-manual na configuração da ABI, a viabilidade de tais gravações duas para ambos olhos e mão é um desafio em configurações patológicas, particularmente Quando se aproximou com rigor de pesquisa-grau. Aqui descrevemos a integração de um sistema de rastreamento com um movimento de rastreamento sistema destinado principalmente para pesquisa de controle de membro estudar um comportamento natural de olho. O protocolo permite a investigação das funções de coordenação olho-mão (3D) tridimensionais, sem restrições. Mais especificamente, nós revemos um método para avaliar a coordenação olho-mão em tarefas visualmente guiadas de saccade de alcançar em indivíduos com acidente vascular cerebral crônica de artéria cerebral média (MCA) e compará-los com controles saudáveis. Especial atenção para as propriedades do sistema específico olho-membro-rastreamento e a fim de obter dados de alta fidelidade de pós-lesão participantes. Taxa de amostragem, exatidão, amplitude do movimento de cabeça admissível dada tolerância prevista e a viabilidade de uso foram várias das propriedades consideradas ao selecionar um tracker do olho e uma abordagem críticas. O rastreador de membro foi selecionado com base em uma rubrica similar mas incluiu a necessidade de 3-d gravação, interação dinâmica e uma pegada física miniaturizada. Os dados quantitativos fornecido por este método e o geral abordagem quando executado corretamente tem enorme potencial para mais refinam nossa compreensão mecanicista do controle da olho-mão e ajudam a informar viáveis intervenções diagnósticas e pragmáticas, dentro a prática neurológica e reabilitação.
Introduction
Um elemento crítico da função neurológica é a coordenação olho-mão ou a integração dos sistemas de motor oculares e manuais para o planejamento e execução de função combinada para um objetivo compartilhado, por exemplo, um olhar, alcançar e agarrar da televisão remota. Muitas tarefas propositais dependem de ações visualmente guiadas, tais como alcançar, agarrar, manipulação de objeto e ferramenta usar, qual dobradiça sobre os movimentos de olho e mão temporalmente e espacialmente acoplados. Lesões cerebrais adquiridas (ABI) causam disfunção dos membros, não só mas também disfunção ocular; mais recentemente, também há evidências que apontam para a disfunção de coordenação olho-mão1. Programas de controle de motor de coordenação olho-mão são suscetíveis a insultar em lesões neurológicas de etiologias vasculares, traumáticas e degenerativas. Estes insultos podem causar um colapso entre qualquer das relações indispensáveis necessárias para o controle motor integrado e rápido2,3,4,5,6. Muitos estudos sobre a função motora manual foram concluídos e tem aproveitado orientação visual como um pilar central do paradigma sem um método ou protocolo no local para analisar os movimentos dos olhos simultaneamente.
Na ABI, conspícuos déficits motor muitas vezes são detectados durante o exame clínico cabeceira. No entanto, deficiências motor oculares simultâneas e deficiências complexas, envolvendo a integração de sistemas sensoriais e motor podem ser subclínica e exigem gravação objectiva para ser identificadas7,8,9, 10,11,12,13,14,15,16. Coordenação motora ocular-manual depende de uma rede cerebral grande e interligada, destacando a necessidade de um estudo detalhado. Uma avaliação de coordenação olho-mão com gravações de objetiva duplas oferece uma oportunidade para ensaiar a função cognitiva e motor em várias populações, incluindo controles saudáveis e indivíduos com um histórico de lesão cerebral, proporcionando insights cerebral circuitos e função3.
Enquanto os saques são balísticos precisam de movimentos que podem variar em amplitude, dependendo da tarefa, os estudos mostraram as dependências entre movimento saccade e mão durante ação visualmente orientada17,18,19, 20. de fato, experimentos recentes têm demonstrado que os sistemas de controle de ambos os movimentos compartilham planejamento recursos21,22. O motor planejar hub para a coordenação olho-mão encontra-se no córtex parietal posterior. Em um acidente vascular cerebral, existem défices conhecidos no controle motor; pacientes hemiparéticos foram mostrados para gerar previsões imprecisas, dadas um conjunto de comandos neurais, quando solicitado a executar movimentos da mão guiada visualmente, usar qualquer o mais afetado (contralateral) ou menos afetados (ipsilateral) membro23 ,24,25,26,,27,28,29. Além disso, coordenação olho-mão e programas relacionadas ao controle motor são suscetíveis a insultar após lesões neurológicas, dissociação entre as relações, temporal e espacialmente, entre efetores30. Objetivas gravações de olho e mão de controle são fundamentais para caracterizar a incoordenação ou grau de deficiência de coordenação e melhora a compreensão científica do mecanismo de controle de motor de olho-mão num contexto funcional.
Embora existam muitos estudos de coordenação olho-mão em controles saudáveis17,31,32,33,34, nosso grupo tem avançado no campo pela nossa configuração de lesão neurológica, para instância durante a avaliação de circuitos de acidente vascular cerebral, investigaram a organização espacial e temporal dos movimentos de mão, muitas vezes em resposta a alvos espaciais visualmente é exibidos. Estudos que expandiram a caracterização objetiva ao olho e mão centraram-se quase que exclusivamente sobre a capacidade de desempenho para ambos os efetores pós-curso de registro ou em configurações patológicas; o protocolo descrito permite robusta caracterização do controle motor ocular e manual em movimentos naturais e sem restrições. Aqui descrevemos a técnica em uma investigação de movimentos de acesso saccade visualmente guiadas em indivíduos com acidente vascular cerebral crônica de artéria cerebral média (MCA) em relação a controles saudáveis. Para a gravação simultânea de saccade e alcance, nós empregamos olho simultâneo e rastreamento de movimento da mão.
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Protocol
1. o participante
- Recrutar participantes de controle mais de 18 anos, sem histórico de disfunção neurológica, lesão ocular significativa, depressão significativa, grande deficiência e/ou implantes eléctricos.
- Recrutar participantes do curso mais velhos do que 18 anos, com uma história de lesão cerebral na distribuição da artéria cerebral média (MCA), têm a capacidade de completar a escala de Fugl-Meyer, manter uma gama completa de olho movimentos35,36, têm o capacidade de executar apontando as tarefas e sem história de disfunção neurológica adicional, comorbidade de saúde significativos olho, depressão significativa, major deficiência e/ou implantes eléctricos.
- Peça aos participantes para assinar um termo de consentimento aprovado pela escola de medicina institucional Review Board de Nova York da Universidade.
- Participante de triagem (para os critérios de exclusão detalhadas por favor consulte Rizzo et al37)
- Levar a história e realizar exames clínicos, como discutido abaixo.
- Avalie o estado cognitivo dos participantes com Mini exame do Estado Mental (MEEM)38.
- Realize exame neurológico.
- Examine os músculos extra-oculares e movimentos oculares.
- Peça aos participantes para seguir o dedo do pesquisador com seus olhos, mantendo sua cabeça em uma posição. Desenhar uma letra H imaginária na frente deles e certifique-se de que seus movimentos de dedo longe o suficiente para fora e para cima/baixo, avaliando o centro, acima, para baixo, esquerda, direita, baixo/esquerdam, baixo/direita, cima/esquerda e para cima/direita.
- Pergunte os participantes a seguir e manter o olhar em um objeto que se movia lentamente através do campo visual para avaliar a perseguição suave. Cobrir uma distância de cerca de 24 polegadas e usando um lápis como um alvo, varrer e voltando lentamente nas direções horizontais e verticais, repetir a cada três vezes.
- Peça aos participantes para olhar o mais rápido possível entre 2 alvos que são colocados 24 polegadas distante para avaliar os saques. Use um lápis e uma caneta como alvos e direto olhar para os alvos em uma volta e adiante forma três vezes horizontalmente e verticalmente.
- Peça aos participantes para se fixar em um objeto que se move lentamente em direção aos seus olhos para avaliar a convergência, centralização do alvo, um lápis, na ponte de seu nariz. Seguindo este procedimento, repita o teste, trazendo o mesmo destino do nariz de volta para a posição inicial (divergência).
- Pedir ao paciente para cobrir um olho e olha para nariz do pesquisador. Mover a mão fora do campo de visual do paciente e então trazê-lo, abanar o dedo devagar e pedir ao paciente para o pesquisador avisa quando a mão vai voltar no modo de exibição, repita isto para o canto superior esquerdo, superior direito, inferior esquerdo e inferiores direito quadrantes.
Nota: Quando o paciente cobre seu olho direito, cubra o olho esquerdo e vice-versa.
- Avalie a deficiência visual por um teste de integração visual-motor.
- Avalie a acuidade visual pela tabela de Snellen39,40.
- Avaliar o campo visual com o confronto e se pergunta, executar Goldman ou Humphrey campo visual teste41,42.
- Avaliar a negligência hemi-espacial através do teste de linha bissetriz e o cancelamento de única letra teste43.
- Quantificar o grau de deficiência através do item de 25 National Eye Institute Visual funcionamento questionário (NEI-VFQ-25) e um suplemento de 10 itens de pesquisa44.
- Levar a história e realizar exames clínicos, como discutido abaixo.
2. preparação para o experimento e a configuração física do equipamento
- Equipamento:
- Escolher um tracker do olho
- Escolher um tracker do olho que é capaz de usar capacetes (para evitar interferência com movimentos baseados em mesa alcance) de alta resolução espacial (0.1ó) e alta resolução temporal (≥250 Hz).
- Gravar o movimento do olho binocular com o tracker do olho a uma taxa de amostragem de 250 Hz (posição de olho amostragem cada 4 ms) rastreamento tanto aluno e reflexo corneal.
- Escolha de um caminho de membro
- Escolha um rastreador de membro que pode mapear o movimento em x, y, posição z, precisão de 0,08 cm ³, ³ de latência de 3,5 ms.
- Escolha um laptop capaz de executar um script personalizado que controla a integração em tempo real de dados adquirida de dois sistemas e co, registrando os sinais em tempo real (Tabela de materiais).
- Escolher um monitor de exposição capaz de integrar com o laptop escolhido e que é grande o suficiente para suportar uma correspondência exacta entre o monitor e espaço de alcance do tabletop
- Define um retângulo idêntico no tamanho ao monitor de exibição em uma superfície de mesa entre o participante e o monitor de visualização, para usar como um espaço funcional e alcançando para trabalho experimental.
- Escolher um tracker do olho
- Configure a preparação:
- Criar uma tabela com a cadeira de altura regulável.
- Coloque um monitor exibir 40 cm da borda distante da tabela (Tabela de materiais).
- Coloque uma placa de mesa (atingindo a superfície) com a dimensão de proporção 1-1 com o monitor de exposição.
- Configurar o rastreador de membro por montar a fonte eletromagnética sob a tabela (Tabela de materiais).
- Configurar o tracker do olho, o apresentador de PC (Tabela de materiais).
- Anexe 4 iluminadores de infravermelho (IR) para os quatro cantos do monitor usando cintas.
- Defina as configurações de controlador de olho da tela de opções de configuração de rastreador de olho.
- Selecione a configuração pré-definida do controlador olho 13-ponto de calibração.
- Selecione a sensibilidade elevada saccade para detectar pequena saccade.
- Selecione o modo de aluno-CR para gravar alunos e córnea.
- Selecione uma taxa de amostragem em 250 Hz.
- Preparação física participante
- Participantes de assento em uma cadeira ajustável em altura na mesa com a exibição do computador.
- Posicione o participante 60 cm de distância do monitor de exposição (tabela de materiais).
- Fixar o sensor de movimento (tabela de Material) para o aspecto distal do dedo indicador da mão da para ser testado braço (braços dominantes para controles e ambos os braços em participantes com acidente vascular cerebral)
- Coloque o tracker do olho na cabeça dos participantes e ajustar a bandelete e câmeras (Tabela de materiais).
- Encaixe a bandana
- Ajuste a tensão e a posição da bandelete da cabeça (usando os botões bandana) para que a almofada frontal no centro da testa e as almofadas lado acima as orelhas do participante.
- Certifique-se de que a câmera de bandana é no centro da testa e sobre a ponte do nariz.
- Peça aos participantes para levantar as sobrancelhas e se move a bandelete da cabeça, volte a montar é maior ou menor na testa.
- Ajuste a câmera e a posição do iluminador da córnea. Pergunte aos participantes a olhar para o monitor de exposição.
- Tela da câmera, selecione a imagem da cabeça de câmera, verificar que mostra quatro grandes manchas dos marcadores de IR que estão posicionados no centro da imagem da câmera de cabeça. Se não estiverem no centro, ajuste conformemente.
- A tela de configuração da câmera, selecione um olho no momento. Ajustar o olho duas câmeras abaixando e levantando a câmera eye manipular até a pupila do olho é no centro da imagem da câmera
- Foco da câmera do olho girando o titular de lente.
- Defina o limite do aluno pressionando o botão de Auto limiar na tela de configuração da câmera.
- Execute o mesmo ajuste para o outro olho.
- Encaixe a bandana
- Calibração
- Calibrar o rastreador de membro saída para alcançar a superfície usando uma 9-ponto de calibração, pedir o participante a colocar o sensor de dedo anexado ao atingir a superfície (mesa) locais, conforme exibido na tela do monitor.
- Calibrar o tracker do olho, peça aos participantes para olhar para o alvo de calibração que aparece como um ponto azul e manter a fixação até o próximo ponto aparece na tela
Nota: Os destinos de calibração aparecem em 13 posições selecionadas aleatoriamente na tela - Calibre o tracker do olho pelo menos duas vezes por sessão, primeiro que no início do experimento e em seu ponto no meio do caminho.
3. o experimento
- Peça aos participantes para mover o dedo para a posição inicial, cobrindo o círculo de início na tela com o ponto do dedo indicador (ponto vermelho), enquanto (olho) fixando a posição inicial na tela.
Nota: A posição inicial é um local correspondente de displays de ponto (ponto azul) a fixação no centro da tela (Figura 1a). A posição do dedo é representada como ponto de raio vermelho 4mm no ecrã. - Exigir que os participantes manter a posição do dedo sobre o círculo de início para 150 ms até o alvo aparece.
- Certifique-se de que os participantes se fixam a posição inicial, até ouvir um bip sonoro ("bip ir"). (Figura 1)
Nota: A duração entre alvo aparência e o sinal para avançar é aleatório entre 250 a 750 ms para impedir a antecipação do sinal para avançar. - Instruir os participantes para mover seus olhos e a ponta do dedo com rapidez e precisão para o alvo designado como eles ouvem o som de bipe (Figura 1)
- Alvo designado aparece o círculo de raio branco de 1 cm
- Instruir os participantes a tocar o local do tabletop na posição do alvo virtual, conforme exibido na tela, levantando a mão e o dedo e re-conectar a ponta do dedo e mesa
- Certifique-se que os participantes façam movimentos apontador por levantar a mão e o dedo ao invés de arrastar a mão e o dedo sobre a mesa.
- Exibir a localização final do alcance como um ponto vermelho, chegar a seguinte conclusão.
- Determinar a conclusão de alcance por uma combinação de baixa velocidade (< 5% pico) e limiar de z-plano de 3 mm.
- Peça aos participantes para realizar uma série de testes de familiarização antes de iniciar a aquisição de dados.
- Começa a aquisição de dados depois de ter tocado os participantes 5 dos últimos 10 alvos com sucesso.
- Peça aos participantes para realizar uma série de olhar e chegar a julgamentos como eles foram instruídos durante os ensaios de familiarização.
- Tem participantes realizar um total de 76 julgamentos.
- Tem participantes de controle realizar o experimento com sua mão dominante.
- Sempre que possível, ter participantes com curso realizar o experimento com ambas as mãos, mais afetadas e menos afetadas.
- Os participantes completam todo o experimento com pelo menos uma mão.
Figura 1. Visão esquemática da instalação e experiência. (a) representação esquemática de monitor de exposição e atingindo a superfície durante um julgamento. (b) sequenciamento de ações ao alcance guiadas visualmente. Primeira fixação (F) aparece. O alvo (T) aparece após um comprimento aleatório do tempo. O sinal de 'ir' ocorre como auditivo bip sonoro (representado pela barra vertical cinza-) depois de uma sequência de intervalo (deslocamento simultâneo de F) tempo imprevisível pela aparência do alvo. Mão (H) e os movimentos do olho (E) sigam o sinal ir. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Representative Results
Trinta participantes participaram do estudo de pesquisa. Havia 17 participantes a coorte de controle e 13 participantes a coorte de acidente vascular cerebral. Dois participantes não podiam terminar todo o experimento, para que seus dados foram excluídos da análise.
Demografia e questionário de avaliação
A tabela 1 mostra as características demográficas e clínicas da coorte representativa de acidente vascular cerebral.
Quer dizer giram escores VFQ foram 91.33 ± 13,01 nos participantes do curso, versus 94.87 ± 4,87 em controles saudáveis (p = 0.203, ns). Golo do suplemento 10 itens eram 95 ± 11.57 em participantes do curso, versus 96.27 ± 6,64 em controles saudáveis (p = 0.375, ns). Partituras para o suplemento composto e 10 itens eram 92.36 ± 12,18 nos participantes do curso, versus 95.12 ± 4,65 em controles saudáveis (p = 0.244, ns). Participantes do curso tiveram uma pontuação média de Fugl-Meyer de 55.54 ± 13,33, com um intervalo de 30-66.
Olho e mão movimentos durações e latências
Na Figura 2 latências saccade e alcance, medidas como a duração entre o sinal para avançar e o início do movimento, são plotadas. Curso participantes feitos o iniciais (primárias) sacadas significativamente mais cedo em ambos menos afetados e os lados mais afetadas, comparando-se aos participantes do controle saudável (p <.05) (mão mais afetadas: 0.082 s, CI: [0,052 0.112]; mão menos afetadas: 0.106 s, CI: [0,08 0,132]; controlar onsets saccade: 0.529 s, CI: [0,514 0.543]). Comparar com controle, saccade inicial extraordinariamente precoce de AVC participantes feitos para o alvo, mas não há, não houve diferenças significativas entre controle chegar onsets e afetados por menos ou mais afetadas alcançar onsets em participantes do curso (mão menos afetadas: 0.545 s, CI: [0,521 0.568]; mão mais afetadas: 0.60 s, CI: [0,567 0.632]; controle alcançar onsets: 0.556 s, CI: [0,544 0.568]). Latência entre a inicial saccade e aparecimento de alcance, o que representa uma dissociação temporal nos participantes do curso, foi maior na ambos os mais afetados e menos afetadas mão, um ms de 519 (CI: [476 562]) e um ms 439 (CI: [404 474]) respectivamente em separação acidente vascular cerebral, contra uma separação mínima de 27 ms (CI: [8,5 45]) em controles (p todos <.05. Curso os participantes não só feitos os alcances de duração mais longos (calculados como a diferença entre o início do movimento e terminação) com seu lado mais afetadas (ms 604, CI: [587 622]), mas também aumentou sua média chegar a tempo no lado menos afetados (ms 546, CI: [537 555] vs ms 352, CI: [348 356]) (todos p <.05.
Frequência de movimentos do olho
Nós examinado o intervalo entre o aparecimento de saccade inicial e atingir o início, que foi significativamente maior no curso os participantes na menos - e mais - lado afetado e mínima em controles saudáveis. Notamos diferenças no número de sacadas feitas durante este período. O número de sacadas produzido pelos participantes do curso independentemente do membro usaram, foi mais do que controles saudáveis. Nós traçamos o número de sacadas secundários feito pelos participantes em histogramas (Figura 3). Controles saudáveis em 90% dos ensaios feitos um único saccade e sustentado de fixação no alvo até que eles completaram o alcance. Em contraste, esse padrão foi gerado em 50% dos ensaios (z = 32,2, p <.05) para aqueles com acidente vascular cerebral e o restante fez várias sacadas. (Figura 3). A Figura 4 mostra um exemplo de tais traços saccade.
Erros espaciais de olhos e movimentos da mão
No que diz respeito a amplitude de ponto de extremidade do movimento para o centro do alvo (erro de movimento), os participantes do curso tinham aumentado o alcance erros nas mãos afetados tanto menos e mais em relação a controles saudáveis (controle: 9,3 mm, CI: [9,0 9,5]; braço menos afetadas: 19,2 mm, CI: [ 18,4 20,0]; braço mais afetadas: 21,4 mm, CI: [20,5 21,4]) (Figura 5; p todos <.05. Junto com o aumento no alcance de erros, erros de ponto de extremidade saccade aumentaram consideravelmente, como mostrado na Figura 5 (controle: 18,3 mm, CI: [17,9 18,7]; braço menos afetadas: 36,4 mm, CI: [35,2 37,6]; braço mais afetadas: 41,6 mm, CI: [40,3 43,0]; p todos <.05.
Deficiência motora e latência de olho-mão dissociação correlação do braço
A pontuação de Fugl-Meyer foi usada para avaliar a deficiência motora do braço. Era de se esperar que a dissociação temporal nos participantes do curso que correlaciona com gravidade de deficiência motora do braço, mas nossos resultados demonstraram que foi estatisticamente insignificante para o menor (r =-0.64, ns) e mais afetados (r =-0.34, ns) armas.
| ID | Idade | Sexo | H / H um | Acidente vascular cerebral | Cronicidade (anos) | Pontuação de Fugl-Meyer c |
| (anos) | Características b | |||||
| 1 | 78 | M | R/L | Distribuição de R MCA | 2 | 66 |
| 2 | 61 | F | R/L | Distribuição de R MCA | 7 | 66 |
| 3 | 34 | M | R/R | Distribuição de L MCA | 1.7 | 66 |
| 4 | 39 | F | R/R | Distribuição de L MCA | 1.4 | 45 |
| 5 | 70 | M | R/R | Distribuição de L MCA | 2.8 | 58 |
| 6 | 60 | F | R/L | Distribuição de R MCA | 2.6 | 30 |
| 7 | 73 | M | R/L | Distribuição de R MCA | 6 | 58 |
| 8 | 51 | F | R/L | Distribuição de R MCA | 12.2 | 30 |
| 9 | 60 | M | R/R | Distribuição de L MCA | 4.4 | 63 |
| 10 | 39 | M | R/L | Distribuição de R MCA | 4.7 | 47 |
| 11 | 70 | M | R/L | Distribuição de R MCA | 2 | 66 |
| 12 | 47 | F | R/R | Distribuição de L MCA | 1.5 | 61 |
| 13 | 65 | F | R/R | Distribuição de L MCA | 0.7 | 66 |
| AVG | 57,5 | 3.8 | 55,5 | |||
| (SD) | -14.3 | -3,2 | -13.3 |
Tabela 1 . Características clínicas de curso.
um "H/H" = destro/canhoto / hemiparesia: lateralidade (avaliada por meio do inventário de Edinburgh) / hemiparesia lateralidade
b "Características de acidente vascular cerebral": localização de lesão obtida da história médica com o participante e/ou membros da família servindo como historiador; região e lateralidade cruzada validados para consistência com as conclusões do exame
c "Score de Fugl-Meyer": um somatório da extremidade superior Pontuação [total possível 66], que reflecte o grau de deficiência motora de acidente vascular cerebral.
Figura 2. Saccade e latências de alcance Onsets Saccade (indicados por círculos azuis) ocorrerem significativamente mais cedo nos participantes do curso, enquanto havia não significativas diferenças entre controle alcance onsets (indicados por círculos verdes) e curso participantes (indicados por círculos verdes) (com um ligeiro atraso no lado mais afetadas). Latência entre a inicial saccade e aparecimento de alcance é indicada com uma barra cinza clara. (onsets: círculos de terminações: praças) (barra de erro: 95% intervalo de confiança) Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. Histogramas do número de sacadas além do primário saccade. O histograma superior mostra, participantes de controle esmagadoramente fazem um saccade primária apenas. Havia ou não sacadas adicionais além do saccade primário ou conter um único saccade secundário em cerca de 96% de ensaios. O histograma inferior mostra os participantes do curso, fazer até cinco sacadas secundárias no mesmo 96% dos julgamentos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4. Figura mostra, rastreamento de saccade cru aleatória de dois participantes de controle e dois tempos participantes. Duas amostras (não filtrada, cru) olhos (azul) e vestígios de mão (verde) do controle participantes (coluna esquerda) e participantes do curso (coluna direita) são plotados na tela mm para permitir plotagem simultânea de vestígios de olho e mão. Em dois ensaios de participantes do curso, vários movimentos oculares são feitos antes de completarem o alcance, ao contrário de ensaios de controle os participantes que fazem um único saccade em ou perto da hora do alcance. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5. Erro de ponto de extremidade média por participante de agrupamento e/ou braço Barras verdes indicam média alcançar o erro, e barras azuis indicam erro médio saccade (primário). Duas amostras t-testes foram realizados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
O advento do olho e mão, sistemas de rastreamento como ferramentas disponíveis para objetivamente, explorar as características dos sistemas de motor ocular-manual acelerou-se estudos de investigação, permitindo uma sutil gravação abordagem para uma tarefa essencial nas atividades diárias – coordenação olho-mão. Muitas tarefas que dependem de ação naturais são visualmente orientadas e dependem de visão como uma entrada sensorial primária. Olhar é programado através de comandos de motor oculares que apontam a visão central nos principais alvos espaciais; Esta informação é crucial e auxilia na aquisição de objetivos de mão. A chave é que o comportamento de coordenação olho-mão deve ser executado com eficiência e precisão. Por exemplo, decidir tomar uma xícara de café resultará em um movimento rápido dos olhos para o identificador, uma fixação terminal, a aquisição de detalhe ambiental crucial para colocação do dedo indicador e preensão, tudo em série temporalmente sincronizado. Após o início do movimento, o feedback visual do membro superior é crucial para monitoramento on-line erro e correção.
Avaliação da coordenação olho-mão com nossa metodologia distinta indica que aquele derrame dificulta a coordenação olho-mão de controle de circulação. Participantes do curso com a MCA-lesão revelam as duas sacadas menos precisas e alcançar (em ambos os lados menos/mais-afetado) em relação a controles saudáveis; também parece ser stark dissociação entre o início saccade primário e o aparecimento de alcance em ambos menos- / mais afetadas dos lados. Deficiências do movimento do olho e mão separadamente contribuírem para compromisso funcional, parece haver um déficit específico em coordenação olho-mão, que pode amplificar atingindo erros e comprometer ainda mais a função neurológica; Isto ocorre quando estes sistemas efetores separado não conseguem coordenar em direção a um único comportamento síncrono. Uma possível explicação pode estar na carga computacional adicional da execução de movimentos de olho-mão dupla e a interferência relacionados efeitos46,47,,48,49. Paradigmas experimentais que exigem registro co de olho-mão movimento permitam cientistas para investigar sistematicamente tarefas duas; Isto é especialmente relevante para as populações patológicas que conheceram dificuldades com tais tarefas, independentemente da combinação (etc. do motor-motor, cognitivo-motor,)50,,51,52.
Olho e superior os movimentos são marcadores sensíveis de lesão cerebral e inumeráveis aplicações existem para o diagnóstico, prognóstico e terapeuticamente53,54,55,56,57 ,58,59. Movimentos oculares e suas relações com os movimentos criam uma 'janela' ainda maior no cérebro do que se pensava. Além de imparidade direta em função do movimento de olho, déficits na compensação de movimento de olho em resposta à deficiência de movimento de mão é uma nova área repleta de oportunidade científica. Uma vez mais caracterizada, coordenação olho-mão será capaz de lançar luz sobre vários aplicativos e motivar ainda mais estudos para entender suas implicações completa para controle de movimento funcional, traduzindo a visão mecanicista clínico conhecimento. A chave para a pesquisa de controle de olho-mão é a metodologia robusta e vigorosos protocolos que permitem a ensaiar tal fisiologia simultaneamente e com alta fidelidade.
Apesar dos benefícios delineados aqui, existem limitações metodológicas ainda presentes. Conforme descrito na seção de métodos, os participantes são instruídos para fixar o alvo, como ele aparece em um monitor de exibição e tornar-se um alcance simultâneo em um tabletop posicionado imediatamente em frente a estação de trabalho. Isto requer uma transformação de informação espacial do monitor para a mesa e adiciona uma etapa extra cognitiva. Enquanto este desafio cognitivo é idêntico da transformação faz com que durante o trabalho de computador, traduzindo a informação da tela para a estação de trabalho ou para o 'espaço' mouse-teclado, uma tarefa mais naturalista usaria um paradigma de tradução livre. Independentemente disso, robusta mão 3D segue com gravações de olho objetivamente caracterizadas permitir a sonda integrada controle motor que gira em torno de coordenação multi effector. Além disso, a presente abordagem proporciona uma oportunidade para avaliar os aspectos de controle da olho-mão críticos à interação com a interface do computador em tempo real.
Enquanto quantitativas dual-effector gravações em 3-d pagar robustas oportunidades dentro de investigações motor ocular-manual na configuração da ABI, a viabilidade de tais gravações duas para ambos olhos e mão é um desafio, especialmente em um ambiente patológico Quando executado com rigor de pesquisa-grau. Esforços têm tentado combinar olho e rastreador de mão para avaliar a fisiologia do olho e mão, mas a saída de dados é muitas vezes instável 60. Quando estas instabilidades vistas em populações saudáveis são tidas em conta e justapostas com a calibração técnica e questões de gravação em participantes com patologia, os dados torna-se cada vez menos útil. Portanto, é pragmática para alavancar um método e paradigma, conforme descrito aqui. Nesse sentido, calibração de posição do olho é concluída no plano do interesse profundidade, estímulos específicos do olho são exibidos nessa distância único e olhar medição fidelidade é posteriormente robusta. Em outras distâncias, vista do olho já não está alinhada, e caracterização é limitada a 3-d gravações de mão posição61,62. O estudo por excelência do olho e mão na fixação patológica serão melhor alcançado com software personalizado que permite multi profundidade calibrações, hardware integrada, um sistema de computador ou host central de registo co sinal e um protocolo semelhante ao o que acima mencionado.
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Disclosures
Os autores declaram que a pesquisa foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que poderia ser interpretado como um potencial conflito de interesses.
Acknowledgments
Gostaríamos de agradecer ao Dr. Tamara Bushnik e o NYULMC Rusk Research Team, por seus pensamentos, sugestões e contribuições. Esta pesquisa foi apoiada por 5K 12 HD001097 (para J-RR, MSL e 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 |
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| Matlab | MathWorks | ||
| Polhemus MicroSensor 1.8 | Polhemus | 240 Hz, 0.08 cm accuracy |
References
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