Summary
هنا، نقدم بروتوكول لدراسة العلاقة بين المعلمات حركة العين والوظائف المعرفية في مرضى مرض باركنسون غير المختلين. واستخدمت التجربة جهاز تعقب للعين لقياس السعة الساكة ومدة التثبيت في مهمة بحث بصري. وفي وقت لاحق، تم قياس الارتباط بالأداء في المهام المعرفية المتعددة المجالات.
Abstract
ضعف الإدراك هو ظاهرة شائعة في مرض باركنسون التي لها آثار على التكهن. قياس وكيل بسيط وغير الغازية وموضوعية للوظيفة المعرفية في مرض باركنسون سوف تكون مفيدة في الكشف عن التدهور المعرفي المبكر. كمقياس فسيولوجي، لا يتم الخلط بين معلمة حركة العين من سمات الموضوع والذكاء ويمكن أن تعمل كعلامة وكيل إذا كان يرتبط مع الوظائف المعرفية. ولهذه الغاية، استكشفت هذه الدراسة العلاقة بين معلمات حركة العين والأداء في الاختبارات المعرفية في مجالات متعددة. في التجربة، تم إعداد مهمة بحث مرئي مع تتبع العين، حيث طُلب من الأشخاص البحث عن رقم مضمن في مجموعة من الحروف الهجائية المنتشرة بشكل عشوائي على شاشة الكمبيوتر. التمايز بين العدد والأبجدية هو مهمة مبالغ بها بحيث يتم تقليل التأثير المربك للقدرة المعرفية على معلمات حركة العين. تم التقاط متوسط مدة السعة والتثبيت saccadic وحسابها أثناء مهمة البحث المرئي. غطت بطارية التقييم المعرفي مجالات الوظائف الأمامية التنفيذية، والاهتمام، والذاكرة اللفظية والبصرية. تم العثور على أن مدة التثبيت لفترات طويلة كانت مرتبطة بضعف الأداء في الطلاقة اللفظية، والذاكرة البصرية واللفظية، مما يسمح بمزيد من الاستكشاف على استخدام معلمات حركة العين كعلامات وكيل للوظيفة المعرفية في مرض باركنسون المرضي. وقد وجد أن النموذج التجريبي مقبول للغاية في مجموعتنا من مرضى مرض باركنسون ويمكن تطبيقه عبر التشخيص على كيانات الأمراض الأخرى للأسئلة البحثية المماثلة.
Introduction
مرض باركنسون هو اضطراب حركي كلاسيكي. حتى الآن، ويرتبط المرض أيضا مع العجز المعرفي، والتقدم إلى الخرف أمر شائع1. الفيزيولوجيا المرضية للضعف المعرفي في مرض باركنسون ليست مفهومة جيدا. ويعتقد أن تكون ذات صلة بترسب ألفا سينوكلين في المنطقة القشرية على أساس التدريج براك2. واقترح أيضا أن متلازمة مزدوجة من انحطاط الدوبامين ونظام الكوليني يؤدي إلى عجز إدراكي مختلف مع الآثار التكهنية3. هناك حاجة إلى مزيد من البحوث لزيادة توضيح الآليات الدقيقة التي تنطوي على ضعف الإدراك في مرض باركنسون. على الجانب السريري ، وجود ضعف إدراكي له تأثير كبير على التكهن4،5. تقييم الوظيفة المعرفية في الممارسة السريرية، لذلك، أمر ضروري. ومع ذلك، فإن التقييم المعرفي المطول محدود بالظروف العقلية والحركية للمرضى. لذلك، هناك حاجة إلى قياس غير الغازية وبسيطة التي يمكن أن تعكس عبء المرض على الوظائف المعرفية.
وتوصف تشوهات حركة العين على نطاق واسع علامات يمكن الكشف عنها من مرض باركنسون من مراحله الأولى6، ومع ذلك فإن الفيزيولوجيا المرضية هي أقل تميزا من ضعف الإدراك. جيل حركة العين هو من خلال تحويل المدخلات الحسية البصرية، من الباطن من قبل شبكة القشرية وsubcortical متشابكة، إلى إشارات إلى النوى الحركية في جذع الدماغ للتأثير7. قد يؤدي إشراك أمراض مرض باركنسون في هذه الشبكات إلى تشوهات في حركة العين يمكن ملاحظتها. هناك، ربما تداخل الهياكل العصبية التشريحية التي تحكم السيطرة على حركة العين والوظائف المعرفية. وعلاوة على ذلك، كانت هناك دراسات تدرس العلاقة بين حركة العين saccadic والوظائف المعرفية في الاضطرابات العصبية الأخرى8. على هذه الأسس، فمن المفيد لاستكشاف استخدام المعلمات حركة العين كعلامة وكيل للوظائف المعرفية في مرض باركنسون. أظهرت دراسة مقطعيةواحدة 9 أن انخفاض السعة الساكادية ومدة التثبيت الأطول يرتبط بشدة ضعف الإدراك العالمي في مرض باركنسون. ومع ذلك، هناك نقص في البيانات عن العلاقة بين معلمات حركة العين والمجالات المعرفية المحددة. أهمية وحاجة قياس مجالات معرفية محددة، بدلا من حالة معرفية عامة، هو أن المجال المعرفي الفردي يعلم المعلومات التنبؤية التفاضلية في مرض باركنسون3 ويتم خدمتها من الباطن من قبل الشبكات العصبية المختلفة. الهدف من هذه الدراسة هو استكشاف العلاقة المحددة بين مقاييس حركة العين والوظائف المعرفية المختلفة. هذه هي الخطوة الأولى لإنشاء الأساس الذي يمكن بناء تطوير المؤشرات الحيوية للتدهور المعرفي في مرض باركنسون باستخدام تكنولوجيا تتبع العين.
يتكون النموذج التجريبي المقدم من جزأين رئيسيين: التقييم المعرفي ومهمة تتبع العين. وشملت بطارية التقييم المعرفي مجموعة من الوظائف المعرفية، بما في ذلك الاهتمام والذاكرة العاملة، والوظيفة التنفيذية، واللغة، والذاكرة اللفظية والوظيفة المكانية. ويستند اختيار هذه المجالات المعرفية 5 على الحركة اضطراب المجتمع مبادئ توجيهية فرقة العمل للضعف المعرفي خفيفة في مرض باركنسون10, ومجموعة من الاختبارات المعرفية المتاحة محليا تم اختيارها لبناء التقييم البطاريه. في دراسة سابقة مماثلة تتبع العين على الإدراك مرض باركنسون المذكورة9, المؤلف استخراج المعلمات حركة العين في حين كانت تعمل في المواضيع في المهام المعرفية البصرية, حيث المعلمات قد تتأثر القدرة المعرفية للموضوع. كما تهدف هذه الدراسة إلى تقييم العلاقة بين المعلمات حركة العين والمجالات المعرفية المختلفة، يجب معالجة التأثير المربك المحتمل للقدرات المعرفية على المعلمات العين. في هذا الصدد، تم استخدام مهمة البحث البصري، تكييفها من دراسة أخرى لتتبع العين على مرض الزهايمر11،لالتقاط المعلمات حركة العين من المواضيع. أثناء المهمة، كان على الأشخاص البحث عن رقم واحد على شاشة كمبيوتر بين تشتيتات أبجدية متعددة. هذه المهمة من شأنها أن تثير الاستخدام البديل لحركة العين saccadic والتثبيت البصري، وتشوهات منها توصف على نطاق واسع في مرض باركنسون. تحديد وتمييز الأرقام والأبجدية هي مهمة مبالغ فيها حيث الطلب على الوظائف المعرفية هو فقط الحد الأدنى، وبالتالي، سيكون مناسبا للإجابة على السؤال البحثي من هذه الدراسة. وقد تم وضع برنامج حاسوبي على أساس المواصفات والتصميم كما ذكر Rösler وآخرون11. في دراستهم الأصلية ليتم تشغيلها ضمن البرامج المدمجة من تعقب العين لدينا. كما تم وضع خوارزمية داخلية لتصنيف وتحليل بيانات تتبع العين من أجل هذه الدراسة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تمت الموافقة على هذا المشروع البحثي من قبل الجامعة الصينية المشتركة بين هونغ كونغ والأقاليم الجديدة المجموعة الشرقية لجنة أخلاقيات البحوث السريرية (CREC المرجع رقم: 2015.263).
1- تعيين المشاركين وتقييم خط الأساس
-
تجنيد مرضى مرض باركنسون الذين تقل أعمارهم عن أو يساوي 70 من عيادة متخصصة في طب الأعصاب مع التشخيص الذي تم استنادا إلى جمعية مرض باركنسون في المملكة المتحدة (UKPDS) معايير التشخيص بنك الدماغ12.
- استبعاد الأشخاص الذين يعانون من أمراض عقلية، وأمراض العيون التي من شأنها أن تعوق حركة العين، أو غيرها من الاضطرابات العصبية. أيضا، استبعاد الحالات التي تستخدم مضادات الكولين كما هو معروف أن تؤثر على الأداء المعرفي وحركة العين.
- توظيف ضوابط صحية على أساس 1:1 يقابلها الجنس والعمر والتعليم.
- الحصول على موافقة مستنيرة من الموضوع.
- إجراء مقابلة تشخيصية سريرية مع هذا الموضوع، وإذا كانت متاحة، أقاربهم، لاستبعاد الخرف وشاشة للضعف المعرفي مع فحص الحالة العقلية المصغرة (MMSE)13 ومونتريال التقييم المعرفي (MoCA)14. استبعاد حالات الخرف من الدراسة أو إذا كانت درجات الموضوع إما MMSE أو MoCA هو <22/30.
- تقييم حدة البصر مع مخطط Snellen. استبعاد الموضوع إذا كانت حدة البصر أقل من 20/40.
- تقييم شدة المحرك وتنظيم مرض باركنسون باستخدام مقياس تصنيف مرض باركنسون الموحد (UPDRS) الجزء الثاني والثالث15 وتعديل هوهن وياهر (H & Y) التدريج16، على التوالي. أيضا، الحصول على معلومات حول الأدوية الحالية التي يتناولها هذا الموضوع.
- تقييم حالة المزاج الاكتئابمن قبل بيك الاكتئاب المخزون الثاني (BDI-II)17.
2. الإعداد التجريبي
- إجراء التجربة في غرفة هادئة مع مصدر ضوء كاف.
- إجراء تجربة لمواضيع مرض باركنسون عندما يكونون على الدواء مع وظيفة المحرك الأمثل.
- إعداد الإعداد الذي يتكون من تعقب العين المستندة إلى الشاشة، وجهاز كمبيوتر، والماوس، ولوحة المفاتيح القياسية، وبقية الذقن، وأدوات التقييم المعرفي(جدول المواد).
- استخدام تعقب العين مع معدل أخذ العينات من 300 هرتز على الأقل.
- ضع مسند الذقن 60 سم أمام شاشة تعقب العين.
3. تدفق التقييم المعرفي ومهمة البحث البصري
- تنفيذ اختبار الطلاقة اللفظية القاطعة الصينية18. إرشاد الموضوع إلى تسمية أكبر عدد ممكن من الحيوانات في دقيقة واحدة. تسجيل عدد الإجابات والخطأ perseverative. ثم كرر نفس الشيء في فئة الفواكه والخضروات.
- إجراء جزء التسجيل (المحاكمة 1 و 2 و 3) من اختبار التعلم قائمة هونغ كونغ (HKLLT)19 عن طريق قراءة قائمة كلمات 16 المفردات المحددة مسبقا وإرشاد الموضوع إلى تذكرها. بعد ذلك اطلب من الموضوع أن يقوم باستدعاء مجاني لقائمة الكلمات وتسجيل الإجابة (المحاكمة 1).
- كرر الخطوة 3.2 مرتين للمحاكمة 2 و المحاكمة 3.
- انتظر 10 دقائق و 30 دقيقة بعد جزء التسجيل من HKLLT لاستدعاء تأخير 10 و 30 دقيقة.
- قبل 10 دقيقة تأخير استدعاء HKLLT، أداء ذاكرة التعرف على نمط (PRM) من كامبريدج البطارية الآلية اختبار Neuropsychological (CANTAB)20 (جدول المواد).
- باستخدام الكمبيوتر اللوحي، قم بعرض 24 نمطًا مرئيًا، واحدًا تلو الآخر، في وسط الشاشة. إرشاد الموضوع إلى تذكر النمط.
- بعد العرض، في نموذج التمييز القوة 2-اختيار، توجيه الموضوع لاختيار النمط الذي يمكن أن تعترف به.
- تنفيذ استدعاء تأخير 10 دقيقة من HKLLT عن طريق طلب من هذا الموضوع أن تفعل استدعاء مجانا من قائمة الكلمات 16 المفردات.
- قبل استدعاء 30 دقيقة تأخر HKLLT، أداء سبّع المكانية (SSP) من CANTAB20.
- استخدم الكمبيوتر اللوحي لإظهار نمط من المربعات البيضاء التي تتغير في اللون، واحداً تلو الآخر، في تسلسلات متغيرة.
- [أفتروردس] يرشد الموضوع أن يلمس الصناديق في ال نفسه تسلسل هم كان قدّمت وسجّلت المكانيّة مدى طول أنّ الموضوع استطاع بلغت بما أنّ الصعوبة (رقم الصناديق يغيّر في لون) من المهمة يزيد.
- تنفيذ استدعاء تأخير 30 دقيقة عن طريق طلب من هذا الموضوع أن تفعل استدعاء مجانا من قائمة الكلمات 16 المفردات.
- إجراء الاعتراف والتمييز جزء من HKLLT عن طريق قراءة قائمة أخرى من الكلمات 32 المفردات المحددة مسبقا، منها نصف المفردات هي من قائمة الكلمات الأصلية في 3.2. إرشاد الموضوع لتحديد ما إذا كانت كل مفردات تقرأ من قائمة الكلمات الأصلية أم لا.
- السماح للموضوع للراحة بهدوء إذا أنهوا المهام في 3.4 و 3.6 قبل استدعاء تأخير 10 و 30 دقيقة، على التوالي.
- أداء تخزين كامبريدج (SOC) من CANTAB20.
- باستخدام الكمبيوتر اللوحي، يقدم 20 سيناريو من عرضين متوازيين من 3 كرات في 3 جوارب عمودية، منها ترتيب الكرات في شاشات العرض يختلف في كل سيناريو.
- إرشاد الموضوع لتحديد، في كل سيناريو، أقل عدد من التحركات المطلوبة لإعادة ترتيب الكرات في العرض السفلي من أجل نسخ النمط المعروض في العرض العلوي. تسجيل متوسط عدد الخيارات لتصحيح الإجابة.
- إجراء اختبار القوات21.
- إعطاء الموضوع 3 بطاقات على التوالي. البطاقة الأولى تحتوي على نقاط مطبوعة بألوان مختلفة، والبطاقة الثانية تحتوي على أحرف صينية مطبوعة بألوان مختلفة في حين أن البطاقة الأخيرة تحتوي على أحرف صينية تدل على ألوان مختلفة (على سبيل المثال، الكلمات الصينية من "الأزرق"، "الأصفر"، "الأخضر"، أو "الأحمر") ولكن مطبوعة بلون غير مُشار إليه بالاسم (على سبيل المثال، كلمة "أحمر" مطبوعة بالحبر الأزرق).
- اطلب من الموضوع قراءة اللون المطبوع للنقاط/الأحرف الصينية في أسرع وقت ممكن وتسجيل الوقت المطلوب لكل بطاقة (T1 وT2 وT3).
- حساب مؤشر التداخل مع الصيغة (T3-T1)/T1.
- انتقل إلى مهمة البحث البصري بعد إكمال الاختبارات المعرفية.
ملاحظة: لا تقم بأي مهمة معرفية لفظية بعد تسجيل جزء من HKLLT حتى نهاية HKLLT كله (3.7) لمنع تأثير التداخل على أداء الذاكرة اللفظية.
4. مهمة البحث المرئي
- وضع الموضوع على كرسي ووضع ذقنهم على بقية الذقن مع جبهتهم ضد شريط للحد من حركة الرأس. محاذاة عيون الموضوع إلى مركز شاشة الكمبيوتر تقريبًا. ابدأ بالنقر فوق الزر بدء التسجيل في برنامج الكمبيوتر.
-
المعايره
- قم بمعايرة متتبع العين باستخدام برنامج المعايرة المدمج بالنقر فوق الزر ابدأ في واجهة المعايرة.
- اسأل الموضوع أن ينظر إلى نقطة حمراء تتحرك عبر الشاشة مع 9 نقاط التثبيت، مع الحفاظ على الرأس لا يزال.
- تحقق من جودة المعايرة من خلال عرض رسم المعايرة(الشكل 1). تأكد من أن طول الخطوط الخضراء، التي تمثل متجهات الخطأ، تقع ضمن الدوائر الرمادية للحصول على جودة مقبولة للمعايرة. إعادة المعايرة إذا كان هناك أي نقطة مفقودة أو الخطوط الخضراء تقع خارج الدوائر الرمادية. انقر فوق قبول للمتابعة إلى مهمة البحث المرئي.
-
التعليمات
- تقديم تعليمات شفهية للموضوع والبدء في 5 تشغيل الممارسة للتعرف على هذا الموضوع مع المهمة.
- إرشاد الموضوع لتثبيت نظرتهم على الصليب التثبيت المركزي في بداية كل محاكمة. ثم، اضغط Enter على لوحة المفاتيح لبدء محاكمة، حيث سيتم عرض شاشة الكمبيوتر رقم واحد و 79 الحروف الهجائية المشتتة المنتشرة عشوائيا(الشكل 2).
- إرشاد الموضوع للبحث في أسرع وقت ممكن للرقم ومن ثم انقر في نفس الوقت على الماوس والدولة الرقم بصوت عال بمجرد تحديد موقع الرقم.
- تحقق عبر ما إذا كان الرقم المذكور صحيح أم لا.
- إدارة ما مجموعه 40 محاكمة بعد تشغيل الممارسة 5.
-
تصميم الصور التجريبية في مهمة البحث المرئي
ملاحظة: رمز البرنامج، مكتوبة في PHP، لهذا القسم يمكن العثور عليها في ملف الملحق 1.- استخدم الأرقام 4 و6 و7 و9 حصريًا(الملف التكميلي 1 - السطر 5).
ملاحظة: أظهرت الدراسة التجريبية11 أن هذه الأرقام يتم تمييزها بسهولة أكبر من الحروف الهجائية. - تأكد من أن موقع الرقم المستهدف معشاة من المحاكمة إلى المحاكمة مع قاعدة أنه لا يمكن أن يكون في نفس الربع البصري لأكثر من ثلاث تجارب متتالية(ملف تكميلي 1 - الخط 48-52).
- لا تستخدم الحروف الهجائية الغامضة مثل "I" و "O"(ملف تكميلي 1 - سطر 76-78).
- تعيين حجم الصليب التثبيت، الحروف الهجائية، والأرقام في زاوية بصرية 0.85 درجة (ما يعادل حوالي 0.9 سم على شاشة كمبيوتر 23 بوصة).
ملاحظة: يتم استخدام الأرقام والحروف الهجائية لأن هذه هي المحفزات البصرية التي يمكن التعرف عليها بسهولة ولكن تتطلب foveation لتحديد الهوية. - السماح بفاصل زمني قدره 1.5 ق بعد أن ضغط المحقق Enter في 4.3.2 وقبل عرض الصليب التثبيت المركزي يتم تبديل إلى صورة تجريبية لبدء محاكمة(ملف تكميلي 2 - خط 71؛ 156-158).
- تأكد من أن الشاشة سوف تذهب فارغة مع تثبيت الصليب الظهور كما يتم النقر فوق الماوس أو بعد 10 ق قد انقضت منذ بداية التجربة، أيهما سابق(ملف تكميلي 2 - سطر 72؛ 162-180).
- عند انتهاء المهمة، قم بإنشاء ملف .csv يحتوي على الطوابع الزمنية لبداية ونهاية كل تجربة(ملف تكميلي 2 - سطر 48-59؛ 199-208). استخدم هذا الملف في تحليل البيانات في القسم 5.
- استخدم الأرقام 4 و6 و7 و9 حصريًا(الملف التكميلي 1 - السطر 5).
5. تتبع العين معالجة البيانات وتحليلها
- في قسم إعادة التشغيل من برنامج الكمبيوتر، تحقق من النسبة المئوية للعينات من العينين أثناء مهمة البحث المرئي(الشكل 3). تجاهل بيانات الموضوع إذا تمت ملاحظة أكثر من 20% من البيانات المفقودة.
ملاحظة: تشير النسبة المئوية للعينات إلى النسبة المئوية للوقت الذي تم فيه تحديد موقع العينين بنجاح بواسطة متتبع العين أثناء مهمة البحث المرئي. - انقر على زر التشغيل للتسجيل للتحقق من جودة البيانات عن طريق مقلة العين الفيديو مسار المسح الضوئي تصور ولدت(الشكل 4). تجاهل بيانات الموضوع بأكمله إذا كانت خاطئة بشكل صارخ(الشكل 5).
- تجاهل أي محاكمة (تجارب) حيث ضغط الموضوع الماوس بطريق الخطأ وبشكل سابق لأوانه.
- في قسم تصدير البيانات من البرنامج، حدد GazePointX (ADCSpx) وGazePointY (ADCSpx) وموضوع الاهتمام(الشكل 6). انقر فوق تصدير البيانات لتصدير بيانات كل موضوع وحفظها كملف .csv. يحتوي الملف على إحداثيات س وy لموضع عيون الموضوع على شاشة الكمبيوتر، بالبكسل، في كل نقطة زمنية.
- استخدم محلل البحث المرئي وفي الواجهة (الشكل 7)،حدد البيانات التي تم تصديرها في 5.4 كإدخال بيانات العين وملف .csv الذي تم إنشاؤه في 4.4.7 كإدخال بيانات الإجراء. حدد ST DBScan كخوارزمية التصنيف وانقر على تشغيل. ثم انقر على ملخص لإنشاء ملف جدول بيانات يحتوي على السعة الساكيد المتوسط ومتوسط مدة التثبيت للموضوع.
-
تصميم محلل البحث البصري
ملاحظة: يمكن العثور على الترميز لتصميم محلل في https://github.com/lab-viso-limited/visual-search-analyzer. يمكن العثور على رمز البرنامج الخاص به في "ملف تكميلي 3".- برنامج محلل بحيث يقوم باستخراج وتحليل البيانات فقط من البداية إلى نهاية التجربة (أي من عرض الرقم والحروف الهجائية حتى يتم النقر فوق الماوس أو 10 ثانية قد انقضت)، وذلك باستخدام ملف .csv الذي تم إنشاؤه في 4.4.7 ( الملف التكميلي 3 - السطر 6-173).
- برنامج محلل بحيث يملأ في فقدان البيانات بسبب وميض العين عن طريق متوسط إحداثيات س وy من نقطة النظرة مباشرة قبل وبعد وامض(ملف تكميلي 3 - خط 176-260).
- برنامج محلل بحيث يصنف البيانات الخام إما saccade أو التثبيت باستخدام خوارزمية وضعت على أساس ST-DBSCAN22 (رمز البرنامج في ملف تكميلي 4).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
والنتيجة الكاملة لهذه الدراسة متاحة في الورقة الأصلية المنشورة23. تم تجنيد مواضيع مرض باركنسون (ن = 67) وأكملت التقييم. ومع ذلك، فشلت 5 حالات في إكمال مهمة البحث البصري لأنها كانت ترتدي عدسة تقدمية غير متوافقة مع تعقب العين وتم تجاهل بياناتها. وكان متوسط عمر الأشخاص 58.9 سنة (SD = 7.5 سنوات) مع نسبة الذكور إلى الإناث 1.7:1. وتم تعيين 62 من الضوابط الصحية للعمر والجنس والتعليم للمقارنة.
المعلمات المعرفية وحركة العين
تمشيا مع الدراسات السابقة الأخرى24، وأظهرت مجموعة مرض باركنسون أداء أكثر فقرا في المهام المعرفية متعددة بالمقارنة مع مجموعة التحكم(الجدول 1). باستخدام الخوارزمية الداخلية لتصنيف بيانات مهمة البحث البصري، يتم تحديد التثبيتات والسكادات واستخراجها للحساب والتحليل. وتبين أن مجموعة المرض لديها سعة أصغر من السعة الساكة (16.36 درجة ± 2.36) مقارنة بالضوابط (17.27 درجة ± 2.49؛ p = 0.037). ولم يكن متوسط مدة التثبيت مختلفاً اختلافاً كبيراً بين المجموعات (216.58 مللي ثانية ± 31.64 مقابل 211.59 مللي ثانية ± 24.90؛ ع = 0.331)(الجدول 2).
الارتباط بين معلمات حركة العين والوظائف المعرفية
بعد تعديل لcovariates, كان هناك إرتباطات سلبيّة يؤسّس بين ال [لّيل ّ تيفيست] مدة والأداء في لفظيّة تمييز ذاكرة درجة (تمييز وتمييز درجات; واو = 5.843، ر = -2.417، p = 0.017 و F = 12.771، t = -3.574، p = 0.001، على التوالي)، وذاكرة التعرف على النمط (F = 5.505، t = -2.346، p = 0.021) واختبار الطلاقة اللفظية القاطعفية في فئات الفاكهة (F = 5.647، t = -2.376، p = 0.009) والخضروات (F = 9.744، t = -3.122، p = 0.002). (الجدول3). ومع ذلك، لم يكن هناك تفاعل كبير في هذه الارتباطات بين المرض ومجموعة مكافحة المرض، مما يشير إلى أن الارتباطات ليست محددة لمجموعة المرض. وتكهن أنه كما السيطرة على التثبيت البصري والوظائف المعرفية المرتبطة عادة تنطوي على المناطق الزمنية والجدارية من الدماغ مع أساس الكوليني في الغالب، والتغيرات المرضية لهذه العصبية التشريحية والكيميائية الحيوية قد تفسر الآليات النتائج.
الشكل 1 مؤامرة معايرة تعقب العين. تعرض المؤامرة نتيجة المعايرة. يشير طول كل خط أخضر إلى الفرق بين نقطة النظر المحسوبة بواسطة متتبع العين وموضع النقطة الفعلي. وبما أن جميع الخطوط الخضراء تقع ضمن الدوائر الرمادية وليس هناك نقطة مفقودة، فإن جودة هذه المعايرة مقبولة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2 مثال على تجربة مهمة البحث المرئي. عرض مجموعة غير خطية من 80 البنود التحفيز، والتي هناك 1 عدد بين 79 الحروف الهجائية يصرف. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3 الواجهة للتحقق من النسبة المئوية الإجمالية لأخذ العينات. في المقطع إعادة التشغيل من برنامج الكمبيوتر، يمكن التحقق من النسبة المئوية للعينات، التي تشير إلى النسبة المئوية للوقت الذي يتم تحديد موقع العينين بنجاح بواسطة متتبع العين أثناء مهمة البحث المرئي، لكل موضوع. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4 مثال على مسار فحص متصور من مهمة البحث المرئي. تم تصور مسار المسح الضوئي خلال هذه التجربة، مع خطوط مستقيمة حمراء تمثل حركة العين saccadic والنقاط الحمراء للتثبيتات البصرية. لاحظ أن نهاية كل تثبيت مرئي متبوعة بسكة والعكس بالعكس في مسار فحص عادي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5 مثال على مسار فحص متصور خاطئ بشكل صارخ. يتم أخذ هذا المثال لمسار المسح الضوئي الخاطئ بشكل صارخ من موضوع يرتدي عدسة تقدمية غير متوافقة. على النقيض من مسار المسح العادي في الشكل 4، يتم تشغيل الخطوط الحمراء (saccade) في متعرجوسادة وتسقط من شاشة الكمبيوتر. نقاط التثبيت ليست على الحروف الهجائية أو الرقم. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6 واجهة تصدير البيانات في برنامج الكمبيوتر. يوضح هذا الواجهة حيث يمكن تحديد الموضوع ونوع بيانات تتبع العين التي تم التقاطها لتصدير البيانات. في نموذجنا التجريبي، سيتم استخدام إحداثيات x وy، بالبكسل، لوضع العينين على الشاشة في كل نقطة زمنية لتحليل البيانات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7 واجهة محلل البحث المرئي. وهذا يبين واجهة برنامج التحليل الداخلي لبيانات تتبع العين. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| مجموعة التحكم | مجموعة باركنسون | p-القيمة | |
| المقاييس المعرفية العالمية | |||
| Mmse | 28.53 (1.63) | 28 (1.84) | 0.09 |
| MoCA | 27.10 (2.25) | 26 (2.34) | 0.009* |
| اختبارات معرفية محددة – تنفيذي أمامي & أمامي-زمني | |||
| تخزينكامبريدج | 1.16 (0.14) | 1.24 (0.19) | 0.018* |
| اختبارالقوات(ب) | 1.24 (1.77) | 1.36 (1.65) | 0.697 |
| الطلاقة اللفظية - الحيوانب | 0.92 (1.47) | 0.26 (1.31) | 0.01* |
| الطلاقة اللفظية - الفاكهةب | -0.71 (0.74) | -1.01 (0.79) | 0.028* |
| الطلاقة اللفظية - الخضارب | -0.66 (1.04) | -1.11 (0.90) | 0.011* |
| اختبارات معرفية محددة – الذاكرة اللفظية (هونغ كونغ قائمة التعلم اختبار) | |||
| مجموعالتعلم(ب) | 0.03 (0.90) | -0.30 (0.87) | 0.037* |
| 10 دقائق تأخير استدعاء مجاناب | -0.17 (0.90) | -0.44 (1.10) | 0.131 |
| 30 دقيقة تأخير استدعاء مجاناب | -0.19 (0.90) | -0.39 (1.04) | 0.206 |
| درجةالاعتراف(ب) | 0.10 (1.00) | 0.15 (0.73) | 0.722 |
| درجةالتمييز(ب) | -0.05 (1.02) | -0.13 (0.97) | 0.636 |
| اختبارات معرفية محددة – الذاكرة المكانية البصرية | |||
| ذاكرة التعرف على النمطc | 91.33 (9.40) | 87.77 (10.20) | 0.045* |
| اختبارات معرفية محددة – الاهتمام / الذاكرة العاملة | |||
| الامتدادالمكاني(د) | 6.15 (1.10) | 5.65 (1.17) | 0.016* |
الجدول 1: مقارنة الدرجات المعرفية بين مجموعتين باستخدام عينة مستقلة من الاختبار t. MMSE, فحص الحالة العقلية المصغرة; وزارة الصحة، مونتريال التقييم المعرفي؛ *- p<0.05 a – يعني الخيارات لتصحيح; ب - عشرات تحولت إلى z-درجة؛ ج - النسبة المئوية الصحيحة؛ د – طول تمتد. تم إعادة إنتاج هذا الجدول من23.
| مجموعة التحكم | مجموعة مرض باركنسون | p-القيمة | |
| متوسط مدة التثبيت، بالميلي ثانية (SD) [نطاق] | 211.59 (24.90) [165.77 - 264.63] | 216.58 (31.64) [145.43-312.68] | 0.331 |
| متوسط السعة الساداكية، بالدرجات (SD) [المدى] | 17.27 (2.49) [13.34 - 22.99] | 16.36 (2.36) [11.66-23.20] | 0.037* |
الجدول 2: مقارنة بارامترات تتبع العين بين مجموعتين باستخدام نموذج مستقل لاختبار t. * - ص < 0.05. تم تعديل هذا الجدول من23.
| مصدر | متغير تابع | مدافع | و | ب | الإصدار بيتا | خطأ في الأمراض المنقولة عن طريق الخطأ | تي | p-القيمة |
| متوسط مدة التثبيت | الطلاقة اللفظية - فويت | 1 | 5.647 | -0.006 | -0.227 | 0.002 | -2.376 | 0.009* |
| الطلاقة اللفظية - الخضروات | 1 | 9.744 | -0.009 | -0.288 | 0.003 | -3.122 | 0.002* | |
| درجة الاعتراف | 1 | 5.843 | -0.007 | -0.215 | 0.003 | -2.417 | 0.017* | |
| درجة التمييز | 1 | 12.771 | -0.011 | -0.314 | 0.003 | -3.574 | 0.001* | |
| ذاكرة التعرف على النمط | 1 | 5.505 | -0.071 | -0.215 | 0.03 | -2.346 | 0.021* |
الجدول 3: الارتباطات بين الدرجات المعرفية وبارامترات تتبع العين باستخدام النموذج الخطي العام: النتائج الهامة فقط. * - ص < 0.05. تم إعادة إنتاج هذا الجدول من23.
الملف التكميلي 1: الرموز المتعلقة بتصميم الصورة التجريبية. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف.
الملف التكميلي 2: رموز تتعلق بالتشغيل الفعلي لمهمة البحث المرئي. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف.
الملف التكميلي 3: الرموز المتعلقة بالبرنامج (على سبيل المثال، برنامج محلل). الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف.
الملف التكميلي 4: الرموز المتعلقة بخوارزمية ST-DBSCAN المستخدمة لتصنيف مقاييس حركة العين. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
تم تصميم البروتوكول المعروض أعلاه كجزء أول من دراسة طولية في استكشاف الفائدة السريرية المحتملة لمعلمات حركة العين كعلامات بديلة للوظائف المعرفية في مرض باركنسون. في حين أن هناك دراسات تدرس نماذج تتبع العين أكثر كلاسيكية مثل saccade يسير بخطى ذاتية، saccade انعكاسي، ومكافحة saccade25،26،27، تم استخدام مهمة البحث البصري في هذه الدراسة لقياس العين حركة المعلمات. كما نوقش، وتصميم هذه المهمة البحث البصري هو من الأهمية القصوى كما يجب أن تقلل من التأثير المربك ة المعروفة للقدرة المعرفية على أداء مهمة تتبع العين، كما أنها قد تؤثر على معلمات حركة العين المسجلة. ومن الأمثلة على ذلك تأثير الوظائف التنفيذية الأمامية على الكمون saccadic28. والمسألة الحاسمة في التصميم هي التشتت العشوائي للعدد والحروف الهجائية وأرباع مختلفة من موقع الرقم، مما يجعل من الأصعب استخدام الاستراتيجيات المعرفية لتعزيز أداء المهمة. جنبا إلى جنب مع ما يقرب من 650 saccades قياسها في 40 التجارب لكل موضوع، ومتوسط السعة الساككاد محسوبة يمثل أكثر من القدرة الفسيولوجية للعين لتوليد saccade. وفقا للأدب السابق، وجد أن السعة saccade أصغر في مرضى مرض باركنسون29،30. كما أن اختيار البارامترات المستخرجة من مهمة تتبع العين يحتاج إلى العناية فيما يتعلق بمسألة التأثير المربك المحتمل عن طريق الإدراك. على سبيل المثال، لم يتم استخدام معلمات مثل سرعة العثور على الرقم ومعدل الخطأ والدقة، والتي هي قياس مباشر للاهتمام وسرعة المعالجة.
خطوة حاسمة أخرى لهذه الدراسة هي التأكد من صحة الخوارزمية التي استخدمت في تصنيف معلمة حركة العين. هناك العديد من الطرق لتصنيف بيانات تتبع العين إلى saccade والتثبيت: سرعة القائم على خوارزمية، والتشتت القائم وهلم جرا31. كل من هذه الخوارزميات لها إيجابياتها وسلبياتها الخاصة وليس هناك معيار الذهب للقيام بذلك أن المرء يجب أن تأخذ في الاعتبار أيضا مواصفات تعقب العين المستخدمة وتصميم مهمة تتبع العين لتحديد أفضل طريقة لتصنيف البيانات. لهذه الدراسة، تم استخدام خوارزمية تجميع داخلية قائمة على الكثافة، تم تطويرها على أساس ST-DBSCAN22. وقد قام فريق البحث بالتحقق من صحة خوارزمية التصنيف هذه مقابل التصنيف اليدوي في دراسة تجريبية قبل تطبيق الخوارزمية على بيانات هذه الدراسة. برنامج الكمبيوتر الذي يتضمن الخوارزمية تلقائيا لصق وتصنيف البيانات داخل المحاكمات، من لحظة بدء المحاكمة (مع الحروف الهجائية والأرقام التي تظهر على الشاشة) إلى النهاية (أن الموضوع ينقر على الماوس أو 10 ق لديه المنقضي) بحيث لا يتم تحليل أي بيانات غير تجريبية مسجلة (على سبيل المثال، أثناء عرض الصليب التثبيت) لتلويث النتائج.
استخدام الاختبارات المعرفية الخاصة بالمجال في هذه الدراسة تسمح بارتباطات معلمات حركة العين مع أداء الوظائف المعرفية الفردية. كما نوقش، وهذا له أهمية على استخدام التدابير المعرفية العامة كما الدوائر العصبية والأساس البيوكيميائي لكل وظيفة المعرفية مختلفة. المعرفة المعاصرة على الآليات العصبية للسيطرة على حركة العين والوظائف المعرفية الفردية تسمح لنا لجعل الاستدلال وتفسير النتائج التي تم العثور عليها. على سبيل المثال ، فإن الارتباطات السلبية الهامة لمدة التثبيت مع الوظائف المعرفية الزمنية والجدارية والصفراوية ذات أهمية خاصة حيث أن ضعف هذه الوظائف قد يتنبأ بتطور الخرف3. ويمكن الاطلاع على مناقشات مفصلة للأساس العلمي الذي يفسر الارتباطات في الورقة الأصلية المنشورة23.
كانت بطارية الفحص المعرفي ومهمة البحث البصري مقبولة للغاية لمواضيع هذه الدراسة. تتطلب ما يقرب من 1.5 ساعة لإكمال البطارية بأكملها، لم يتمكن أي من الأشخاص من الانتهاء بسبب التعب أو عدم الراحة البدنية. وتألفت مهمة البحث البصري من 40 تجربة واستغرق إكمالها حوالي 5-10 دقائق فقط. إن الطبيعة غير الغازية والبسيطة والسريعة للمهمة تجعلها مناسبة كأداة فحص إذا كانت مدعومة ببيانات أكثر قوة. ويمكن أيضا تطبيق هذا النموذج عبر التشخيص في الاضطرابات العصبية المعرفية الأخرى للإجابة على أسئلة بحثية مماثلة. أحد القيود العملية الرئيسية التي تمت مواجهتها في هذا البروتوكول هو عدم توافق متتبع العين في الأشخاص الذين يرتدون عدسة تقدمية معينة، حيث أن قصر النظر ليس حالة غير شائعة لدى كبار السن. كما ينظر إلى فقدان الجفن وتشنج الجفن في مرض باركنسون32 والذين يعانون من هذه الحالات قد لا تكون قادرة على إكمال هذه المهمة.
كدراسة استكشافية ومقطعية، لا يسمح لنا تصميم الدراسة باستنتاج أي أساس عصبي وكيميائي حيوي محدد يشرح النتائج التي تم العثور عليها. وكانت تفسيرات النتائج تستند في معظمها إلى معرفة مستقلة عن الفيزيولوجيا للوظائف المعرفية ومراقبة حركة العين، وبالتالي ظلت بمثابة مؤشرات. البيانات الطولية حول كيفية هذه المعلمات قد تتغير مع مرور الوقت خلال العملية العصبية غير معروف. ومع ذلك، فمن المفيد إجراء دراسة متابعة للتحقيق في القيم التنبؤية لبارامترات حركة العين الأساسية على تنمية الإعاقة المعرفية. وينبغي أن تتضمن الدراسات المستقبلية التصوير العصبي لمعالجة الأسس الهيكلية العصبية للحصول على دعم أكثر صلابة لأي بريد، وبدون ذلك لن يكون من الممكن زيادة تطوير تتبع العين كعلامة بديلة للوظيفة المعرفية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
Acknowledgments
ويود المؤلفون أن يشكروا الدكتور هارفي هونغ على نصيحته بشأن المخطوطة.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Computer | Intel | ||
| Computerized cognitive assessment tool | CANTAB | CANTAB Research Suite | Contains Pattern Recognition Memory, Spatial Span, and Stockings of Cambridge |
| Eye Movement Analyzer | Lab Viso Limited | https://github.com/lab-viso-limited/visual-search-analyzer | |
| Eye tracker | Tobii | Tx300 | 23 inch computer screen with resolution of 1920 x 1080, Sampling rate at 300 Hz |
| Hong Kong List Leanrning Test | Department of Psychology, The Chinese University of Hong Kong | The Hong Kong List Learning Test (HKLLT) 2nd Edition | |
| Stroop test | Laboratory of Neuropsychology, The University of Hong Kong | Neuropsychological Measures: Normative Data for Chinese, Second Edition (Revised) | |
| Tobii Studio | Tobii | Tobii Studio version 3.2.2 | Computer programme for running the visual search task |
| Visual Search Task | Lab Viso Limited | https://www.labviso.com/#products |
References
- Hely, M. A., Reid, W. G. J., Adena, M. A., Halliday, G. M., Morris, J. G. L. The Sydney Multicenter Study of Parkinson’s disease: The inevitability of dementia at 20 years. Movement Disorders. 23 (6), 837-844 (2008).
- Braak, H., Del Tredici, K., Bratzke, H., Hamm-Clement, J., Sandmann-Keil, D., Rüb, U. Staging of the intracerebral inclusion body pathology associated with idiopathic Parkinson's disease (preclinical and clinical stages). Journal of Neurology. 249 (0), 1-5 (2002).
- Williams-Gray, C. H., et al. The distinct cognitive syndromes of Parkinson’s disease: 5 year follow-up of the CamPaIGN cohort. Brain. 132 (11), 2958-2969 (2009).
- Buter, T. C., van den Hout, A., Matthews, F. E., Larsen, J. P., Brayne, C., Aarsland, D. Dementia and survival in parkinson disease: A 12-year population study. Neurology. 70 (13), 1017-1022 (2008).
- Aarsland, D., Larsen, J. P., Tandberg, E., Laake, K. Predictors of nursing home placement in Parkinson's disease: A population-based, prospective study. Journal of the American Geriatrics Society. 48 (8), 938-942 (2000).
- Rascol, O., et al. Abnormal ocular movements in parkinson's disease: Evidence for involvement of dopaminergic systems. Brain. 112 (5), 1193-1214 (1989).
- Orban De Xivry, J. J., Lefèvre, P. Saccades and pursuit: Two outcomes of a single sensorimotor process. Journal of Physiology. 584 (1), 11-23 (2007).
- Crawford, T. J., et al. Inhibitory control of saccadic eye movements and cognitive impairment in Alzheimer's disease. Biological Psychiatry. 57 (9), 1052-1060 (2005).
- Archibald, N. K., Hutton, S. B., Clarke, M. P., Mosimann, U. P., Burn, D. J. Visual exploration in Parkinson's disease and Parkinson's disease dementia. Brain. 136 (3), 739-750 (2013).
- Litvan, I., et al. Diagnostic criteria for mild cognitive impairment in Parkinson's disease: Movement Disorder Society Task Force guidelines. Movement Disorders. 27 (3), 349-356 (2012).
- Rösler, A., et al. Alterations of visual search strategy in Alzheimer's disease and aging. Neuropsychology. 14 (3), 398-408 (2000).
- Hughes, A. J., Daniel, S. E., Kilford, L., Lees, A. J. Accuracy of clinical diagnosis of idiopathic Parkinson's disease: A clinico-pathological study of 100 cases. Journal of Neurology Neurosurgery and Psychiatry. 55 (3), 181-184 (1992).
- Chiu, H. F. K., Lee, H. C., Chung, W. S., Kwong, P. K. Reliability and Validity of the Cantonese Version of Mini-Mental State Examination-A Preliminary Study. Hong Kong Journal of Psychiatry. 4 (2), 25 (1994).
- Wong, A., et al. The validity, reliability and clinical utility of the Hong Kong Montreal Cognitive Assessment (HK-MoCA) in patients with cerebral small vessel disease. Dementia and Geriatric Cognitive Disorders. 28 (1), 81-87 (2009).
- Fahn, S., Elton, R. Members of the UPDRS Development Committee. Unified Parkinson's disease rating scale. Recent Development in Parkinson's Disease. 2, 293-304 (1987).
- Hoehn, M. M., Yahr, M. D. Parkinsonism: onset, progression, and mortality. Neurology. 17 (5), 427-427 (1967).
- Wu, P. C., Chang, L. Psychometric properties of the Chinese version of the Beck Depression Inventory-II using the Rasch model. Measurement and Evaluation in Counseling and Development. 41 (1), 13-31 (2008).
- Chiu, H. F., et al. The modified Fuld Verbal Fluency Test: a validation study in Hong Kong. The journals of gerontology. Series B, Psychological sciences and social sciences. 52 (5), 247-250 (1997).
- Chan, A. S., Kwok, I. Hong Kong list learning test: manual and preliminary norm. Hong Kong: Department of Psychological and Clinical Psychology Center. , (1999).
- Robbins, T. W., James, M., Owen, A. M., Sahakian, B. J., McInnes, L., Rabbitt, P. Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery (CANTAB): A Factor Analytic Study of a Large Sample of Normal Elderly Volunteers. Dementia and Geriatric Cognitive Disorders. 5 (5), 266-281 (1994).
- Lee, T. M. C., Wang, K. Neuropsychological Measures: Normative Data for Chinese. , revised (2010).
- Birant, D., Kut, A. ST-DBSCAN: An algorithm for clustering spatial-temporal data. Data and Knowledge Engineering. 60 (1), 208-221 (2007).
- Wong, O. W., et al. Eye movement parameters and cognitive functions in Parkinson's disease patients without dementia. Parkinsonism and Related Disorders. 52, 43-48 (2018).
- Muslimovic, D., Post, B., Speelman, J. D., Schmand, B. Cognitive profile of patients with newly diagnosed Parkinson disease. Neurology. 65 (8), 1239-1245 (2005).
- Winograd-Gurvich, C., Georgiou-Karistianis, N., Fitzgerald, P. B., Millist, L., White, O. B. Self-paced saccades and saccades to oddball targets in Parkinson's disease. Brain Research. 1106 (1), 134-141 (2006).
- Briand, K. A., Strallow, D., Hening, W., Poizner, H., Sereno, A. B. Control of voluntary and reflexive saccades in Parkinson's disease. Experimental Brain Research. 129 (1), 38-48 (1999).
- Rivaud-Péchoux, S., Vidailhet, M., Brandel, J. P., Gaymard, B. Mixing pro- and antisaccades in patients with parkinsonian syndromes. Brain. 130 (1), 256-264 (2007).
- Perneczky, R., Ghosh, B. C. P., Hughes, L., Carpenter, R. H. S., Barker, R. A., Rowe, J. B. Saccadic latency in Parkinson's disease correlates with executive function and brain atrophy, but not motor severity. Neurobiology of Disease. 43 (1), 79-85 (2011).
- Matsumoto, H., et al. Small saccades restrict visual scanning area in Parkinson's disease. Movement Disorders. 26 (9), 1619-1626 (2011).
- MacAskill, M. R., Anderson, T. J., Jones, R. D. Adaptive modification of saccade amplitude in Parkinson's disease. Brain. 125 (7), 1570-1582 (2002).
- Salvucci, D. D., Goldberg, J. H. Identifying fixations and saccades in eye-tracking protocols. Proceedings of the 2000 symposium on Eye tracking research & applications. , 71-78 (2000).
- Rana, A. Q., Kabir, A., Dogu, O., Patel, A., Khondker, S. Prevalence of blepharospasm and apraxia of eyelid opening in patients with parkinsonism, cervical dystonia and essential tremor. European Neurology. 68 (5), 318-321 (2012).
