Charakterisierung der Beziehung zwischen Augenbewegungsparametern und kognitiven Funktionen bei nicht dementen Parkinson-Patienten mit Eye Tracking
Summary
Hier stellen wir ein Protokoll vor, um die Beziehung zwischen den Parametern der Augenbewegung und kognitiven Funktionen bei nicht dementen Parkinson-Patienten zu untersuchen. Das Experiment verwendete einen Eyetracker, um die sakkadische Amplitude und Fixierungsdauer in einer visuellen Suchaufgabe zu messen. Anschließend wurde die Korrelation mit der Leistung bei kognitiven Aufgaben mit mehreren Domänen gemessen.
Abstract
Kognitive Beeinträchtigung ist ein häufiges Phänomen bei der Parkinson-Krankheit, das Auswirkungen auf die Prognose hat. Eine einfache, nichtinvasive und objektive Proxy-Messung der kognitiven Funktion bei Parkinson-Krankheit wird hilfreich sein, um frühe kognitive Abnahme zu erkennen. Als physiologische Metrik wird der Parameter der Augenbewegung nicht durch die Attribute und Intelligenz des Subjekts verwirrt und kann als Proxy-Marker fungieren, wenn er mit kognitiven Funktionen korreliert. Zu diesem Zweck untersuchte diese Studie die Beziehung zwischen den Parametern der Augenbewegung und der Leistung in kognitiven Tests in mehreren Bereichen. Im Experiment wurde eine visuelle Suchaufgabe mit Eye-Tracking eingerichtet, bei der die Probanden gebeten wurden, nach einer Zahl zu suchen, die in eine Reihe von Alphabeten eingebettet ist, die zufällig auf einem Computerbildschirm verstreut sind. Die Unterscheidung zwischen Der Zahl und dem Alphabet ist eine überlernte Aufgabe, so dass die verwirrende Wirkung der kognitiven Fähigkeit auf die Parameter der Augenbewegung minimiert wird. Die durchschnittliche sakkadische Amplitude und Fixierungsdauer wurden während der visuellen Suchaufgabe erfasst und berechnet. Die kognitive Bewertung Batterie deckte Bereiche der frontal-exekutivefunktionen, Aufmerksamkeit, verbale und visuelle Speicher. Es wurde festgestellt, dass längere FixierungDauer mit schlechterer Leistung in verbalen Fließen, visuellen und verbalen Gedächtnis verbunden war, so dass weitere Erforschung der Verwendung von Augenbewegungsparametern als Proxy-Marker für die kognitive Funktion bei Parkinson-Krankheit Patienten. Das experimentelle Paradigma hat sich in unserer Gruppe von Parkinson-Patienten als sehr tolerierbar erwiesen und könnte transdiagisch auf andere Krankheitsentitäten für ähnliche Forschungsfragen angewendet werden.
Introduction
Parkinson-Krankheit ist klassisch eine motorische Störung; doch, die Krankheit ist auch mit kognitiven Defiziten verbunden, und Progression in Demenz ist häufig1. Die Pathophysiologie der kognitiven Beeinträchtigung bei der Parkinson-Krankheit ist nicht gut verstanden. Es wird angenommen, dass es mit Alpha-Synuclein-Ablagerung im kortikalen Bereich auf der Grundlage von Braaks Inszenierung2verwandt ist. Es wurde auch vorgeschlagen, dass ein duales Syndrom der Degeneration der dopaminergen und des cholinergen Systems führt zu verschiedenen kognitiven Defiziten mit prognostischen Implikation3. Mehr Forschung ist notwendig, um die genauen Mechanismen der kognitiven Beeinträchtigung bei der Parkinson-Krankheit weiter zu klären. Auf dem klinischen Aspekt hat das Vorhandensein von kognitiven Beeinträchtigungen einen signifikanten Einfluss auf die Prognose4,5. Die Beurteilung der kognitiven Funktion in der klinischen Praxis ist daher von wesentlicher Bedeutung. Eine langwierige kognitive Beurteilung wird jedoch durch die psychischen und motorischen Zustände der Patienten begrenzt. Daher ist eine nichtinvasive und einfache Messung erforderlich, die die Belastung der Krankheit für die kognitive Funktion widerspiegeln kann.
Die Anomalien der Augenbewegung sind weithin beschrieben nachweisbare Anzeichen der Parkinson-Krankheit von ihren frühen Stadien6, aber die Pathophysiologie ist noch weniger gut charakterisiert als die der kognitiven Beeinträchtigung. Die Erzeugung von Augenbewegungen erfolgt durch eine Transformation des visuellen sensorischen Eingangs, subserviert durch ein verflochtenes kortikales und subkortikales Netzwerk, in Signale an die okulomotorischen Kerne im Hirnstamm für Effekt7. Die Einbeziehung von Parkinson-Krankheit Seuchen in diesen Netzwerken kann zu beobachtbaren Augenbewegungsanomalien führen. Es gibt vielleicht Überschneidungen neuroanatomischer Strukturen, die die Kontrolle der Augenbewegung und kognitivefunktion steuern. Darüber hinaus gab es Studien, die den Zusammenhang zwischen sakkadischer Augenbewegung und kognitiver Funktion bei anderen neurodegenerativen Erkrankungen untersuchen8. Aus solchen Gründen lohnt es sich, die Verwendung von Augenbewegungsparametern als Proxy-Marker für kognitive Funktionen bei Parkinson zu untersuchen. Eine Querschnittsstudie9 zeigte, dass eine reduzierte sakkadische Amplitude und eine längere Fixierungsdauer mit der Schwere der globalen kognitiven Beeinträchtigung bei der Parkinson-Krankheit verbunden war. Es fehlt jedoch an Daten über die Korrelation zwischen Denkbewegungsparametern und bestimmten kognitiven Domänen. Die Bedeutung und Notwendigkeit der Messung bestimmter kognitiver Domänen, anstatt eines allgemeinen kognitiven Zustands, ist, dass die individuelle kognitive Domäne differenzielle prognostische Informationen bei der Parkinson-Krankheit3 informiert und sie von verschiedenen neuronalen Netzwerken. Ziel dieser Studie ist es, die spezifische Beziehung zwischen Augenbewegungsmetriken und verschiedenen kognitiven Funktionen zu untersuchen. Dies ist der erste Schritt, um eine Grundlage zu schaffen, auf der die Entwicklung von Biomarkern des kognitiven Verfalls bei Parkinson-Krankheit mit Eye-Tracking-Technologie aufgebaut werden könnte.
Das vorgestellte experimentelle Paradigma besteht aus 2 Hauptteilen: der kognitiven Bewertung und der Eye-Tracking-Aufgabe. Die kognitive Bewertung Batterie umfasste eine Reihe von kognitiven Funktionen, einschließlich Aufmerksamkeit und Arbeitsgedächtnis, Exekutive Funktion, Sprache, verbale Speicher und visuospatial Funktion. Die Wahl dieser 5 kognitiven Domänen basiert auf den Richtlinien der Movement Disorder Society Task Force für die leichte kognitive Beeinträchtigung der Parkinson-Krankheit10, und eine Reihe lokal verfügbarer kognitiver Tests wurden ausgewählt, um die Bewertung zu erstellen. batterie. In einer früheren ähnlichen Eye-Tracking-Studie über Parkinson-Krankheit Kognition erwähnt9, extrahierte der Autor die Augenbewegungsparameter, während die Probanden in visuellekognitive Aufgaben beschäftigt waren, wo die Parameter potenziell durch die kognitive Fähigkeiten des Subjekts. Da diese Studie darauf abzielte, die Korrelation zwischen den Parametern der Augenbewegung und verschiedenen kognitiven Domänen zu bewerten, muss die mögliche verwirrende Wirkung kognitiver Fähigkeiten auf die Augenparameter angegangen werden. In diesem Zusammenhang wurde eine visuelle Suchaufgabe, angepasst aus einer anderen Eye-Tracking-Studie zur Alzheimer-Krankheit11, eingesetzt, um die Augenbewegungsparameter der Probanden zu erfassen. Während der Aufgabe mussten die Probanden auf einem Computerbildschirm unter mehreren Alphabet-Ablenkern nach einer einzigen Zahl suchen. Diese Aufgabe würde die alternative Verwendung von sakkadischer Augenbewegung und visueller Fixierung auslösen, deren Anomalien bei der Parkinson-Krankheit weithin beschrieben werden. Die Identifikation und Differenzierung von Zahl und Alphabet ist eine überlernte Aufgabe, bei der die Nachfrage nach kognitiven Funktionen nur minimal ist und daher geeignet wäre, die Forschungsfrage dieser Studie zu beantworten. Ein Computerprogramm wurde auf basis der Spezifikationen und des Designs entwickelt, wie Rösler et al.11erklärten. in ihrer ursprünglichen Studie innerhalb der eingebauten Software unseres Eye Trackers ausgeführt werden. Für diese Studie wurde auch ein interner Algorithmus zur Klassifizierung und Analyse der Eye-Tracking-Daten entwickelt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das oben vorgestellte Protokoll wurde als erster Teil einer Längsschnittstudie zur Erforschung des potenziellen klinischen Nutzens von Augenbewegungsparametern als Ersatzmarker für kognitive Funktionen bei Parkinson entwickelt. Zwar gibt es Studien, die mehr klassische Eye-Tracking-Paradigmen wie selbst-paced Saccade, reflexive Saccade, und Anti-Saccade25,26,27untersuchen , wurde eine visuelle Suchaufgabe in dieser Studie verw…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Dr. Harvey Hung für seinen Rat zum Manuskript.
Materials
| 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 1920×1080, Sampling rate at 300Hz |
| 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 |
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