Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

אפיון הקשר בין פרמטרים התנועה העין פונקציות קוגניטיביות בחולי פרקינסון שאינם מטורף עם מעקב עין

Published: September 26, 2019 doi: 10.3791/60052
Automatic Translation
1, 2, 1
1Department of Psychiatry, The Chinese University of Hong Kong, 2Lab Viso Limited

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לחקור את הקשר בין הפרמטרים תנועה העין פונקציות קוגניטיביות בחולי פרקינסון לא מטורף. הניסוי השתמש בגשש עיניים כדי למדוד את משרעת העצה ואת משך הקיבעון במשימת חיפוש חזותית. המתאם עם הביצועים במשימות קוגניטיביות מרובות תחומים נמדד לאחר מכן.

Abstract

ליקוי קוגניטיבי הוא תופעה נפוצה במחלת פרקינסון כי יש השלכות על הפרוגנוזה. פשוט, לא פולשני ואובייקטיבי מדידה של תפקוד קוגניטיבי במחלת פרקינסון יהיה מועיל באיתור ירידה קוגניטיבית מוקדם. כמדד פיזיולוגי, הפרמטר תנועה העין אינו מבולבל על ידי התכונות של הנושא ואינטליגנציה והוא יכול לתפקד כסמן proxy אם הוא תואם פונקציות קוגניטיביות. לשם כך, מחקר זה חקר את היחסים בין הפרמטרים תנועה העין ביצועים במבחנים קוגניטיביים בתחומים מרובים. בניסוי, משימת חיפוש חזותית עם מעקב העין הוגדרה, היכן הנבדקים התבקש לחפש מספר המוטבע במערך של אלפבית מפוזרים באופן אקראי על מסך המחשב. הבידול בין המספר לבין האלפבית הוא משימה מדעית, כגון ההשפעה הקונבית של היכולת הקוגניטיבית על הפרמטרים של תנועת העין הוא ממוזער. משרעת הסקדודית הממוצעת ומשך הקיבעון נלכדו וחושבו במהלך משימת החיפוש החזותית. סוללת הערכה קוגניטיבית מכוסה תחומים של פונקציות חזיתית-מנהלים, תשומת לב, זיכרון מילולי וחזותי. נמצא כי משך הקיבעון ממושך היה קשור ביצועים עניים בשטף מילולי, זיכרון חזותי ומילולי, ומאפשר חקירה נוספת על השימוש של התנועה העין פרמטרים כמו סמנים proxy עבור תפקוד קוגניטיבי במחלת פרקינסון חולים. הפרדיגמה הניסיונית נמצאה נסבל מאוד בקבוצה שלנו של חולי פרקינסון וניתן להחיל מאבחן ליישויות מחלות אחרות עבור שאלות מחקר דומה.

Introduction

מחלת פרקינסון היא הפרעת מנוע קלאסי; עם זאת, המחלה קשורה גם לחסרונות קוגניטיביים, והתקדמות לתוך דמנציה היא נפוצה1. הפתופסולוגיה של פגיעה קוגניטיבית במחלת פרקינסון אינה מובנת היטב. הוא נחשב להיות קשור אלפא-סירוס בתצהיר באזור הקורטיקלית מבוסס על ההיערכות של Braak2. זה הוצע גם כי תסמונת כפול של ניוון של הדואמנרכולינרגיות ומערכת cholinergic מוביל לחסרונות קוגניטיביים שונים עם משתמע התחזיות3. מחקר נוסף דרוש כדי להבהיר עוד יותר את המנגנונים המדויקים המעורבים בפגיעה קוגניטיבית במחלת פרקינסון. על ההיבט הקליני, הנוכחות של ליקוי קוגניטיבי יש השפעה משמעותית על פרוגנוזה4,5. הערכה של תפקוד קוגניטיבי בפרקטיקה הקלינית היא, לכן, חיונית. עם זאת, הערכה קוגניטיבית ממושכת מוגבלת על ידי התנאים הנפשיים והמוטוריים של המטופלים. לכן, מדידה לא פולשנית ופשוטה שיכולה לשקף את העומס של המחלה על תפקוד קוגניטיבי נדרש.

החריגות תנועה העין הם מתוארים באופן נרחב סימנים של מחלת פרקינסון מן השלבים המוקדמים שלה6, אך הפתופסולוגיה הוא אפילו פחות מאופיין היטב מזו של ליקוי קוגניטיבי. הדור של תנועת העין הוא באמצעות טרנספורמציה של קלט חושי חזותי, משנה על ידי הרשת קליפת המוח שזורים והקורטיקלית, לתוך אותות הגרעין של התנועה המרה בראש גזע לתוצאה7. מעורבות הפתווגיות של מחלת פרקינסון ברשתות אלה עלולה לגרום לחריגות תנועה העין הנצפה. יש, אולי חופפים של מבנים נוירואנטומיים השולטים השליטה של תנועת העין ותפקוד קוגניטיבי. יתר על כן, היו מחקרים בוחנים את היחסים בין תנועת עין saccadic ותפקוד קוגניטיבי בהפרעות נוירוניווניות אחרים8. בטענה כזו, כדאי לחקור את השימוש בפרמטרים של תנועת העין כסמן proxy של פונקציות קוגניטיביות במחלת פרקינסון. אחד חתך המחקר9 הראה כי משרעת saccadic מופחתת משך הקיבעון ארוך היה קשור לחומרת ליקוי קוגניטיבי גלובלי במחלת פרקינסון. עם זאת, יש חוסר נתונים על הקורלציה בין פרמטרים תנועה העין ותחומים קוגניטיביים ספציפיים. המשמעות והצורך של מדידה של תחומים קוגניטיביים ספציפיים, ולא מדינה קוגניטיבית כללית, היא כי התחום הקוגניטיבי האישי מיידע מידע התחזיות הדיפרנציאלי מחלת פרקינסון3 והם subserved ימשו על ידי רשתות עצביות שונות. מטרת מחקר זה היא לחקור את היחסים הספציפיים בין מדדי תנועת העין ופונקציות קוגניטיביות שונות. זהו הצעד הראשון כדי להקים בסיס שבו התפתחות של בסמנים של ירידה קוגניטיבית מחלת פרקינסון באמצעות טכנולוגיית מעקב העין יכול להיבנות.

הפרדיגמה הניסיונית המוצגת מורכבת מ -2 חלקים עיקריים: ההערכה הקוגניטיבית ומשימת מעקב העין. הסוללה הערכה קוגניטיבית הקיפה מגוון של פונקציות קוגניטיביות, כולל תשומת לב וזיכרון עבודה, בפועל הפונקציה, שפה, זיכרון מילולי פונקציה ויזואומרחבית. הבחירה של אלה 5 תחומים קוגניטיביים מבוסס על האגודה הפרעת תנועה החברה כוח משימה הנחיות ליקוי קוגניטיבי מתון במחלת פרקינסון10, וכן קבוצה של מבחנים קוגניטיביים זמינים באופן מקומי נבחרו לבנות את ההערכה סוללה. במחקר הקודם עין דומה מחקר על קוגניציה מחלת פרקינסון שהוזכר9, המחבר החילוץ הפרמטרים תנועה העין בעוד הנושאים היו עוסקים במשימות קוגניטיביות חזותי, שבו הפרמטרים עשויים להיות מושפעים על ידי ה יכולת הקוגניטיבית של הנבדק. כמו מחקר זה נועד להעריך את הקורלציה בין הפרמטרים תנועה העין ותחומים קוגניטיביים שונים, ההשפעה הפוטנציאלית של יכולות קוגניטיביות על פרמטרי העין חייב להיות ממוען. בהקשר זה, משימה החיפוש החזותי, מותאם מחקר אחר מעקב אחר העין על מחלת אלצהיימר11, היה מועסק ללכוד את הפרמטרים של תנועת העין של הנושאים. במהלך המשימה, הנבדקים היו צריכים לחפש מספר בודד על מסך מחשב בין מספר רב של אלפבית. משימה זו לעורר את השימוש החלופי של תנועת עיניים saccadic וקיבעון חזותי, העיוותים של אשר מתוארים באופן נרחב במחלת פרקינסון. הזיהוי והבידול של מספר ו-abc היא משימה מתומדת, שבה הביקוש לפונקציות קוגניטיביות הוא רק מינימלי ולכן, לפיכך, להיות מתאים לענות על שאלת המחקר של מחקר זה. תוכנית מחשב פותחה על בסיס המפרט והעיצוב כאמור על ידי רוסלר ואח '11. במחקר המקורי שלהם להיות מופעל בתוך התוכנה בנויה של מכשיר המעקב שלנו עין. אלגוריתם בתוך הבית לסיווג וניתוח של נתוני מעקב העין פותחה גם עבור מחקר זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

פרויקט מחקר זה אושר על ידי האוניברסיטה הסינית המשותפת של הונג קונג-הטריטוריות החדשות המזרח אשכול מחקר קליני ועדת האתיקה (CREC Ref. No.: 2015.263).

1. גיוס משתתפים והערכת בסיסית

  1. לגייס מחלת פרקינסון חולים בגילאי פחות או שווה 70 מהמרפאה מומחה נוירולוגיה עם האבחנה שנעשתה על בסיס החברה מחלת פרקינסון בבריטניה (UKPDS) בבנק המוח קריטריונים אבחון12.
    1. אין לכלול נושאים עם מחלות פסיכיאטריות, מחלות אופטלמולוגיות שיפגעו בתנועת העין, או בהפרעות נוירולוגיות אחרות. כמו כן, לכלול את המקרים באמצעות השימוש אנטיגעיים כפי שהם ידועים להשפיע על ביצועים קוגניטיביים תנועה העין.
  2. גייס שליטה בריאה על בסיס 1:1 מותאם על ידי מין, גיל, וחינוך.
  3. קבל הסכמה מושכלת מהנושא.
  4. ניהול ראיון אבחון קליני עם הנושא, אם זמין, קרובי משפחה שלהם, להוציא דמנציה והמסך עבור ליקוי קוגניטיבית עם מיני-נפשית בחינת המדינה (MMSE)13 ו מונטריאול הערכה קוגניטיבית (moca)14. אל תכלול מקרים של דמנציה מתוך המחקר או אם עשרות הנושא של או MMSE או MoCA הוא < 22/30.
  5. העריכו את חדות הראייה באמצעות תרשים סנונית. הוצא את הנושא אם החדות החזותית קטנה מ-20/40.
  6. הערכת חומרת מנוע וזמני האחסון של מחלת פרקינסון באמצעות סולם הדירוג של מחלת פרקינסון אחידה (UPDRS) חלק II & III15 ו שונה הוארה ו יאור (H & Y) האחסון הזמני16, בהתאמה. כמו כן, השג מידע על התרופות הנוכחיות שצולמו על ידי הנושא.
  7. להעריך את מצב הרוח דיכאון על ידי שקע בק המלאי-II (BDI-II)17.

2. התקנה ניסויית

  1. ערוך את הניסוי בחדר שקט עם מקור אור הולם.
  2. לנהל את הניסוי עבור הנבדקים של מחלת פרקינסון כאשר הם על תרופות עם תפקוד מוטורי אופטימלי.
  3. הכן את הכיוונון המורכב מגשש העין המבוסס על המסך, מחשב, עכבר, מקלדת סטנדרטית, משענת סנטר וכלי הערכה קוגניטיבית (טבלת חומרים).
  4. השתמש בגשש עיניים עם קצב דגימה של לפחות 300 Hz.
  5. מניחים את משענת הסנטר 60 ס מ מול מסך גשש העין.

3. זרימת ההערכה הקוגניטיבית ומשימת החיפוש החזותית

  1. בצע את מבחן שטף האותיות הסיני בקטגורית18. להורות לנושא לנקוב בשם של חיות רבות ככל האפשר בתוך דקה. הקלט את מספר התשובות והשגיאה החלקית. ואז לחזור על אותו קטגוריה של פירות וירקות.
  2. לנהל את הרישום (ניסיון 1, 2 ו-3) של מבחן למידה רשימה הונג קונג (HKLLT)19 על ידי קריאת הגדרת מראש 16 אוצר מילים הרשימה ולהנחות את הנושא כדי לזכור אותם. לאחר מכן בקש מהנושא לבצע אחזור חופשי של רשימת המילים ולתעד את התשובה (ניסיון 1).
    1. חזור על שלב 3.2 פעמיים עבור ניסיון 2 ומשפט 3.
  3. המתן 10 דקות ו 30 דקות לאחר חלק ההרשמה של HKLLT עבור 10 ו 30 דקות החזרה הזיכרון.
  4. לפני 10 דקות החזרה מושהית של HKLLT, לבצע את זיהוי תבנית זיכרון (PRM) מ קיימברידג ' מבחן נוירופסיכולוגי אוטומטי (CANTAB)20 (לוח חומר).
    1. באמצעות מחשב הלוח, הציגו 24 דפוסים חזותיים, אחד בכל פעם, במרכז המסך. הנחה את הנושא. לזכור את התבנית
    2. לאחר המצגת, בפרדיגמה בעלת 2 מבחר של אפליה באמצעות כוח, הורה לנושא לבחור את התבנית שתוכל לזהות.
  5. בצע את האחזור 10 דקות עיכוב של HKLLT על ידי בקשת הנושא לעשות החזרה חינם של המילה 16-אוצר מילים הרשימה.
  6. לפני 30 דקות החזרה מושהית של HKLLT, לבצע Span מרחבית (SSP) מ CANTAB20.
    1. השתמש במחשב הלוח כדי להציג תבנית של תיבות לבנות המשתנים בצבע, אחד אחרי השני, ברצפי משתנים.
    2. לאחר מכן הורה לנושא לגעת בתיבות באותו רצף שהם הציגו ולתעד את אורך הטווח המרחבי שהנושא יכול להשיג כקושי (מספר תיבות שינוי בצבע) של הפעילות עולה.
  7. בצע את האחזור של 30 דקות על-ידי בקשת הנושא לבצע אחזור חופשי של רשימת המילים של 16 אוצר המילים.
    1. לנהל את ההכרה ואת האפליה החלק של HKLLT על ידי הקריאה החוצה עוד מוגדר מראש ברשימת מילים 32, אשר מחצית האוצר הם מרשימת המילים המקורי ב 3.2. הנחה את הנושא כדי לקבוע אם כל אוצר מילים ייקרא הוא מרשימת המילים המקורית או לא.
  8. אפשר לנושא לנוח בשקט אם הם מסיימים את המשימות ב-3.4 ו-3.6 לפני החזרה של 10 ו -30 דקות, בהתאמה.
  9. בצע את גרבי קיימברידג ' (SOC) מ CANTAB20.
    1. באמצעות מחשב הלוח, הציגו 20 תרחישים של שני צגים מקבילים של 3 כדורים המוחזקים ב-3 גרבי ניילון אנכיות, שבהם הסידור של הכדורים בצגים משתנה בכל תרחיש.
    2. הורה לנושא לקבוע, בכל תרחיש, את המספר הנמוך ביותר של מהלכים הדרושים לסידור מחדש של הכדורים בתצוגה התחתונה כדי להעתיק את התבנית המוצגת בתצוגה העליונה. הקלט את מספר האפשרויות הממוצע לתשובה נכונה.
  10. בצע את מבחן Stroop21.
    1. תן לנושא 3 קלפים ברציפות; הקלף הראשון מכיל נקודות המודפסות בצבעים שונים, הקלף השני מכיל תווים סיניים המודפסים בצבעים שונים, בעוד שהכרטיס האחרון כולל תווים סיניים המציין צבעים שונים (לדוגמה, מילים סיניות של "כחול", "צהוב", "ירוק", או "אדום"), אך מודפס בצבע שאינו מסומן בשם (לדוגמה, המילה "אדום" המודפסת בדיו כחול).
    2. בקש מהנושא לקרוא את הצבע המודפס של התווים נקודות/סינים במהירות האפשרית ולתעד את הזמן הנדרש עבור כל כרטיס (T1, T2 ו-T3).
    3. חישוב אינדקס ההפרעות עם הנוסחה (T3-T1)/T1.
  11. המשך למשימת החיפוש החזותית לאחר השלמת הבדיקות הקוגניטיביות.
    הערה: אין לבצע כל משימה קוגניטיבית מילולית לאחר חלק הרישום של HKLLT עד סוף HKLLT כולו (3.7) כדי למנוע אפקט הפרעות על ביצועי זיכרון מילולי.

4. משימת חיפוש ויזואלי

  1. מקמו את הנושא על כיסא והניחו את סנטרו על משענת הסנטר עם מצחו מול בר כדי למזער את תנועת הראש. יישר את עיניו של הנבדק למרכז מסך המחשב. התחל בלחיצה על הלחצן התחל הקלטה בתוכנית המחשב.
  2. כיול
    1. כיול את גשש העין באמצעות תוכנית הכיול המובנית על-ידי לחיצה על לחצן התחל בממשק הכיול.
    2. בקשו מהנושא להתבונן בנקודה אדומה הנעה על המסך באמצעות 9 נקודות קיבוע, תוך שמירה על הראש עדיין.
    3. בדוק את איכות הכיול על-ידי הצגת מגרש הכיול (איור 1). ודא שאורך הקווים הירוקים, המייצגים את וקטורי השגיאה, נופל בתוך העיגולים האפורים לקבלת איכות מקובלת של הכיול. בצע שוב את הכיול אם יש נקודה חסרה או שהקווים הירוקים נופלים מחוץ לעיגולים האפורים. לחץ על קבל כדי להמשיך למשימת החיפוש החזותית.
  3. וראה
    1. לספק הוראה מילולית לנושא ולהתחיל עם 5 התרגול רץ להכיר את הנושא עם המשימה.
    2. הדריכו את הסובייקט לקבוע את מבטו בצלב הקיבעון המרכזי בתחילת כל משפט. לאחר מכן, הקש Enter בלוח המקשים כדי להתחיל במשפט, שבו מסך המחשב יציג מספר בודד ו-79 אלפבית ההסיח מפוזרים באופן אקראי (איור 2).
    3. הנחה את הנושא כך שייראה במהירות האפשרית עבור המספר ולאחר מכן לחץ על העכבר והצב את המספר בקול ברגע שהמספר ממוקם.
    4. הצלב בדוק אם המספר שצוין נכון או לא.
    5. ניהול סך של 40 מבחנים לאחר הפעלת 5 התרגול.
  4. עיצוב תמונות הניסיון במשימת החיפוש החזותית
    הערה:     קוד התוכנית, שנכתב ב-PHP, עבור סעיף זה ניתן למצוא בתוספת קובץ 1.
    1. השתמש במספרים 4, 6, 7 ו -9 באופן בלעדי (קובץ משלים 1 -קו 5).
      הערה: מחקר פיילוט11 הראה כי מספרים אלה הם מפלים ביותר בקלות מן האלפבית.
    2. ודא שהמיקום של מספר היעד הוא אקראי מהמשפט למשפט עם הכלל שאינו יכול להיות באותו רביע חזותי עבור יותר משלושה מבחנים רצופים (קובץ משלים 1 -Line 48-52).
    3. אין להשתמש באלפבית רב-משמעי כגון "I" ו-"O" (קובץ משלים 1 -Line 76-78).
    4. הגדר את גודל צלב הקיבעון, אלפבית, ומספרים ב 0.85 ° זווית חזותית (שווה ערך ל-0.9 ס"מ על מסך המחשב 23 אינץ ').
      הערה: מספרים אלפבית משמשים כי אלה הם בקלות גירויים חזותיים לזהות עדיין דורשים foveation לזיהוי.
    5. לאפשר השגות הזמן של 1.5 s לאחר החוקר לחצה להיכנס 4.3.2 ולפני התצוגה של הצלב הקיבעון המרכזי מוחלף לתמונת ניסיון להתחיל במשפט (קובץ משלים 2 -Line 71; 156-158).
    6. ודא כי המסך יהיה ריק עם הצלב הקיבעון המופיע מחדש כמו העכבר נלחץ או לאחר 10 s חלפו מאז תחילת המשפט, מה שהוא קודם (קובץ משלים 2 -קו 72; 162-180).
    7. עם סיום המשימה, צור קובץ. csv המכיל את חותמות הזמן של ההתחלה והסוף של כל ניסוי (קובץ משלים 2 – קו 48-59; 199-208). השתמש בקובץ זה בניתוח הנתונים בסעיף 5.

5. עיבוד וניתוח נתוני מעקב אחר עיניים

  1. במקטע הפעלה חוזרת של תוכנית המחשב, בדוק את אחוזי הדגימות של העיניים במהלך משימת החיפוש החזותית (איור 3). מחק את נתוני הנושא אם קיימים יותר מ-20% נתונים חסרים.
    הערה: דוגמאות אחוזים מציין את אחוז הזמן שהעיניים ממוקמות בהצלחה על-ידי גשש העין במהלך משימת החיפוש החזותית.
  2. לחץ על לחצן Play עבור ההקלטה כדי לבדוק את האיכות של הנתונים על ידי בוהה הנתיב הסריקה דמיינו וידאו שנוצר (איור 4). מחק את נתוני הנושא כולו אם הוא שגוי בצורה מוטעית (איור 5).
  3. בטל כל ניסוי (ים) שבו הנושא לחץ על העכבר בשוגג ובטרם עת.
  4. במקטע ייצוא נתונים של התוכנית, בחר באפשרות גזיבו (adcspx) ובביתנים מחודדים (adcspx) ונושא הריבית (איור 6). לחץ על יצא נתונים כדי לייצא את הנתונים של כל נושא ולשמור כקובץ csv. הקובץ מכיל את הקואורדינטות x ו-y של מיקום העיניים של הנושא על מסך המחשב, בפיקסלים, בכל נקודת זמן.
  5. השתמש במנתח החיפוש החזותי ובממשק (איור 7), בחר את הנתונים המיוצאים ב-5.4 כקלט של העין data וקובץ ה-csv שנוצר ב4.4.7 כקלט של נתוני פעולה. בחר ב- DBScan ST כאלגוריתם הסיווג ולחץ על הפעלה. לאחר מכן, לחץ על תקציר כדי ליצור קובץ גיליון אלקטרוני המכיל את משרעת הקדוקייד הממוצע ואת משך הקיבוע הממוצע של הנושא.
  6. עיצוב מנתח החיפוש החזותי
    הערה:     ניתן למצוא את הקידוד לעיצוב המנתח בhttps://github.com/lab-viso-limited/visual-search-analyzer. קוד התוכנית ניתן למצוא בקובץ המשלים 3.
    1. התוכנית מנתח כזה הוא מחלץ ומנתח רק את הנתונים מתחילתו עד סוף המשפט (כלומר, מן התצוגה של מספר אלפבית עד העכבר נלחץ או 10 s חלפו), באמצעות קובץ. csv שנוצר 4.4.7 ( קובץ משלים 3 -קו 6-173).
    2. תכנת את המנתח כך שהוא ימלא את אובדן הנתונים בשל הבהוב העין באמצעות חישוב ממוצע הקואורדינטות x ו-y של נקודת המבט מיד לפני ואחרי ההבהוב (קובץ משלים 3 -Line 176-260).
    3. התוכנית מנתח כזה הוא מסווג את הנתונים raw לתוך saccade או קיבעון באמצעות אלגוריתם שפותחה על בסיס ST-DBSCAN22 (קוד התוכנית בקובץ משלים 4).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

התוצאה המלאה של מחקר זה זמין בעיתון המקורי שפורסם23. נבדקים מחלת פרקינסון (n = 67) גויסו והשלימו את ההערכה. עם זאת, 5 המקרים לא הצליחו להשלים את משימת החיפוש החזותי כאשר הם לבשו עדשה מתקדמת שאינה תואמת לעוקב העין והנתונים שלהם נמחקו. הגיל הממוצע של הנושאים היה 58.9 שנים (SD = 7.5 שנים) עם זכר ליחס נשי של 1.7:1. 62 בריאות גיל-, סקס, וחינוך מתאימים הפקדים גויסו להשוואה.

פרמטרים קוגניטיביים והעין התנועה
בהתאם למחקרים קודמים אחרים24, קבוצת מחלת פרקינסון הראה ביצועים עניים יותר במשימות קוגניטיביות מרובות לעומת קבוצת הביקורת (שולחן 1). שימוש באלגוריתם בתוך הבית לסיווג נתוני משימות החיפוש החזותיים, התיקונים והsaccades מזוהים ומופקים לצורך חישוב וניתוח. נמצא כי לקבוצת המחלה היתה משרעת הקדושה החשובה ביותר (16.36 ° ± 2.36) לעומת פקדים (17.27 ° ± 2.49; p = 0.037). משך הקיבעון הממוצע לא היה שונה באופן משמעותי בין הקבוצות (216.58 ms ± 31.64 vs, 211.59 ms ± 24.90; p = 0.331) (טבלה 2).

מתאם בין פרמטרים של תנועת העין ותפקוד קוגניטיבי
לאחר ההסתגלות לקווריטים, נמצאו קשרים שליליים בין משך הקיבעון הממוצע לבין הביצועים בתוצאת זיכרון הזיהוי המילולי (תוצאות הוקרה ואפליה; F = 5.843, t =-2.417, p = 0.017 ו-F = 12.771, t =-3.574, p = 0.001, בהתאמה), זיכרון זיהוי תבנית (F = 5.505, t =-2.346, p = 0.021) ובדיקת שטף מילולית בקטגוריות של פירות (F = 5.647, t =-2.376, p = 0.009) וירקות =-3.122, p = 0.002). (שולחן 3). עם זאת, לא הייתה כל אינטראקציה משמעותית ביחסים האלה בין קבוצת המחלות והשליטה, ומרמזת כי יחסי הגומלין אינם ספציפיים לקבוצת המחלות. זה מעריך כי כשליטה של קיבעון חזותי פונקציות קוגניטיביות בקורלציה בדרך כלל כרוך אזורים הרקתית הקודקודית של המוח עם בסיס cholinergic ברובו, שינויים פתולוגיים אלה נוירואנטומיים הביוכימי מנגנונים עשויים להסביר את הממצאים.

Figure 1
איור 1 : מגרש כיול של גשש העין. העלילה מציגה את תוצאת הכיול. אורך כל קו ירוק מציין את ההפרש בין נקודת המבט המחושבת על-ידי גשש העין לבין מיקום הנקודה בפועל. כמו כל הקווים הירוקים נופלים בתוך העיגולים האפורים ואין נקודה חסרה, האיכות של כיול זה מקובל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2 : דוגמה למשפט של משימת החיפוש החזותית. התצוגה של מערך לא ליניארי של 80 הגירוי פריטים, אשר יש מספר 1 בין 79 אלפבית ההסיח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3 : הממשק כדי לבדוק את אחוז הדגימה הכוללת. במקטע הפעלה חוזרת של תוכנית המחשב, אחוז הדוגמאות, אשר מציין את אחוז הזמן שהעיניים ממוקמות בהצלחה על-ידי גשש העין במהלך משימת החיפוש החזותית, ניתן לבדוק כל נושא. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4 : דוגמה לנתיב סריקה של תמונה מתוך משימת החיפוש החזותית. נתיב הסריקה במהלך משפט זה היה מדמיינו, כאשר הקווים האדומים ישרים המייצגים את תנועת העין saccadic ואת הנקודות האדומות עבור תיקונים חזותיים. לתשומת לבך, סוף כל קיבעון חזותי מלווה בעצה ולהיפך בנתיב סריקה רגיל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5 : דוגמה של נתיב סריקה שגויה מוטעה. דוגמה זו של נתיב סריקה שגויה למדי נלקחת מנושא הלובש זוג עדשות מתקדמות שאינן תואמות. בניגוד לנתיב הסריקה הרגיל באיור 4, הקווים האדומים (saccade) פועלים בזיגזג ונופלים מהמסך של המחשב. נקודות הקיבוע אינן מצביעות על אלפבית או על מספר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6 : ממשק ייצוא הנתונים בתוכנית המחשב. זה מראה את הממשק שבו הנושא ואת סוג של נתונים מעקב העין שנתפסו ניתן לבחור עבור ייצוא נתונים. בפרדיגמה הניסיונית שלנו, קואורדינטת x ו-y, בפיקסלים, של מיקום העיניים על המסך בכל נקודת זמן, ישמשו לניתוח נתונים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7 : הממשק של מנתח החיפוש החזותי. זה מראה את הממשק של תוכנית ניתוח בבית עבור נתוני מעקב אחר העין. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

קבוצת בקרה קבוצת פרקינסון ערך פי
סולמות קוגניטיביים גלובליים
מיכל בע 28.53 (1.63) 28 (1.84) 0.09
מוקה 27.10 (2.25) 26 (2.34) 0.009 *
בדיקות קוגניטיביות ספציפיות – מנהל פרונטלי & חזיתי-זמני
גרב של קיימברידג 'א 1.16 (0.14) 1.24 (0.19) 0.018 *
מבחן שטרופb 1.24 (1.77) 1.36 (1.65) 0.697
שליטה מילולית-חיהb 0.92 (1.47) 0.26 (1.31) 0.01 *
שטף מילולי-פריבי -0.71 (0.74) -1.01 (0.79) 0.028 *
שליטה מילולית-ירקותb -0.66 (1.04) -1.11 (0.90) 0.011 *
בדיקות קוגניטיביות ספציפיות – זיכרון מילולי (מבחן למידה של הונג קונג)
סה כ למידהb 0.03 (0.90) -0.30 (0.87) 0.037 *
השהיה של 10 דקות בחינםb -0.17 (0.90) -0.44 (1.10) 0.131
30 דקות עיכוב בחינםb -0.19 (0.90) -0.39 (1.04) 0.206
תוצאת זיהויb 0.10 (1.00) 0.15 (0.73) 0.722
ציון אפליהb -0.05 (1.02) -0.13 (0.97) 0.636
בדיקות קוגניטיביות ספציפיות – זיכרון מרחבי חזותי
זיכרון זיהוי תבניתc 91.33 (9.40) 87.77 (10.20) 0.045 *
בדיקות קוגניטיביות ספציפיות – תשומת לב/זיכרון עבודה
מרחביתd 6.15 (1.10) 5.65 (1.17) 0.016 *

טבלה 1: השוואה בין הציונים הקוגניטיביים בין שתי קבוצות באמצעות מבחן t עצמאי לדוגמה. MMSE, בחינת המדינה מיני-נפשית; MoCA, הערכה קוגניטיבית מונטריאול; * – p < 0.05 a – ממוצע בחירות כדי לתקן; ב – הציונים הפכו לציון z; ג – אחוז נכון; d -span אורך. . השולחן הזה שוחזר מ-23

קבוצת בקרה קבוצת מחלת פרקינסון ערך פי
משך הקיבעון הממוצע, במילישניות (SD) [טווח] 211.59 (24.90) [165.77-264.63] 216.58 (31.64) [145.43-312.68] 0.331
כלומר, משרעת קדושה, במעלות (SD) [טווח] 17.27 (2.49) [13.34-22.99] 16.36 (2.36) [11.66-23.20] 0.037 *

טבלה 2: השוואה בין פרמטרים למעקב אחר עיניים בין שתי קבוצות באמצעות מבחן t עצמאי לדוגמה. *-p < 0.05. טבלה זו שונתה מ-23.

מקור משתנה תלוי df F B בטא שגיאה מחלת מין t ערך פי
משך הקיבעון הממוצע שליטה מילולית 1 5.647 -0.006 -0.227 0.002 -2.376 0.009 *
שליטה מילולית-ירק 1 9.744 -0.009 -0.288 0.003 -3.122 0.002 *
תוצאת זיהוי 1 5.843 -0.007 -0.215 0.003 -2.417 0.017 *
תוצאה של אפליה 1 12.771 -0.011 -0.314 0.003 -3.574 0.001 *
זיכרון זיהוי תבניות 1 5.505 -0.071 -0.215 0.03 -2.346 0.021 *

שולחן 3: מערכת יחסים בין הציונים הקוגניטיביים לבין הפרמטרים מעקב אחר העין באמצעות מודל ליניארי כללי: ממצאים משמעותיים בלבד. *-p < 0.05. . השולחן הזה שוחזר מ-23

Supplemental File 1
קובץ משלים 1: קודים הקשורים לעיצוב תמונת הניסיון. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Supplemental File 2
קובץ משלים 2: קודים הקשורים להפעלה בפועל של משימת החיפוש החזותית. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Supplemental File 3
קובץ משלים 3: קודים הקשורים לתוכנה (למשל, תוכנית מנתח). אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Supplemental File 4
קובץ משלים 4: קודים הקשורים לאלגוריתם ST-DBSCAN המשמש לסיווג מדדים של תנועת העין. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הפרוטוקול שהוצגו לעיל תוכנן כחלק הראשון של מחקר האורך בחקר השירות הקליני הפוטנציאלי של הפרמטרים תנועה העין כסמנים פונדקאית עבור פונקציות קוגניטיביות במחלת פרקינסון. בעוד יש מחקרים לבחון יותר העין הקלאסית מעקב תבניות כגון saccade המהיר, saccade רפלקסיבי, ו anti-saccade25,26,27, משימת חיפוש חזותי שימש במחקר זה כדי למדוד את העין . פרמטרים של תנועה כפי שהוזכר, העיצוב של משימה זו חיפוש ויזואלי הוא בעל חשיבות עליונה כפי שהוא חייב למזער את ההשפעה הידועה הידוע של יכולת קוגניטיבית על הביצועים של משימת מעקב העין, כפי שהוא עשוי להשפיע על הפרמטרים של תנועת העין שנרשמו. דוגמה לכך תהיה השפעה של פונקציות ההנהלה הפרונטלית על ההשהיה saccadic28. הבעיה הקריטית בעיצוב יהיה פיזור אקראי של מספר אלפבית והרביעים שונים של המיקום של המספר, מה שמקשה יותר להשתמש באסטרטגיות קוגניטיביות כדי לשפר את הביצועים של המשימה. יחד עם ממוצע של בערך 650 saccades נמדד ב 40 מבחנים לכל נושא, משרעת הקדוקייד הממוצעת מחושבת מייצגת יותר יכולת פיזיולוגית של העין כדי ליצור sacקייד. בהתאם לספרות הקודמת, התגלה כי משרעת הsaccade קטנה יותר בחולי פרקינסון,29,30. הבחירה של הפרמטרים שחולצו מהמשימה מעקב העין גם צריך להיות מטופל ביחס לסוגיית ההשפעה הפוטנציאלית של הקמתה על ידי קוגניציה. לדוגמה, פרמטרים כגון המהירות של מציאת המספר, קצב השגיאה והדיוק, שהם מדידה ישירה של מהירות הטיפול והעיבוד, לא היו בשימוש.

צעד קריטי נוסף עבור מחקר זה הוא לוודא את תוקפו של האלגוריתם ששימש בסיווג של הפרמטר תנועה העין. קיימות דרכים רבות לסיווג נתונים מעקב העין לתוך saccade וקיבעון: מהירות מבוססי, פיזור מבוססי אלגוריתם וכן על31. לכל אחד מאלגוריתמים אלה יש יתרונות וחסרונות משלו ואין תקן זהב לעשות זאת כך שאחד צריך גם לקחת בחשבון את המפרט של גשש העין בשימוש ואת העיצוב של משימות מעקב העין כדי לקבוע את הדרך הטובה ביותר לסיווג את הנתונים. עבור מחקר זה, בתוך הבית, מבוסס צפיפות אלגוריתם האשכול, שפותחה על-ידי ST-DBSCAN22, נעשה שימוש. צוות המחקר מאומת על תוקפו של אלגוריתם סיווג זה כנגד סיווג ידני במחקר פיילוט לפני החלת האלגוריתם על הנתונים של מחקר זה. תוכנית המחשב המשלב את האלגוריתם באופן אוטומטי לאחוי ולסווג את הנתונים בתוך המבחנים, מרגע המשפט מתחיל (עם אלפבית ומספר המופיעים על המסך) עד הסוף (הנושא לוחץ על העכבר או 10 s יש , כך שאין נתונים שלא נרשמו למשפט (לדוגמה, במהלך התצוגה של צלב הקיבוע) כדי לזהם את התוצאות.

השימוש במבחנים קוגניטיביים ספציפיים לתחום במחקר זה לאפשר מתאמים של התנועה העין פרמטרים עם ביצועים בודדים קוגניטיבית פונקציה. כמתואר, יש לזה חשיבות בשימוש באמצעים קוגניטיביים כלליים ככלל, כאשר המעגלים העצביים והבסיס הביוכימי לכל פונקציה קוגניטיבית שונים. הידע העכשווי על מנגנונים עצביים של שליטה בתנועת העין ופונקציות קוגניטיביות בודדות מאפשרות לנו לבצע היסק ופרשנות של התוצאות שנמצאו. לדוגמה, היחסים השליליים משמעותיים של משך הקיבעון עם הזמני-, הקודקודית, ו-cholinergic מבוססי פונקציות קוגניטיביות הם בעיקר עניין כמו ליקוי של פונקציות אלה עשוי לחזות את ההתפתחות של דמנציה3. דיונים מפורטים של הבסיס המדעי המסביר את מערכת היחסים ניתן למצוא בעיתון המקורי שפורסם23.

סוללת הבדיקה הקוגניטיבית ומשימת החיפוש החזותית היו נסבלים מאוד לנושאי המחקר. דרישה בערך 1.5 h כדי להשלים את הסוללה כולה, אף אחד מהנושאים לא היה מסוגל לסיים בגלל עייפות או אי נוחות פיזית. משימת החיפוש החזותי כללה 40 משפטים ולקח רק סביב 5-10 min כדי להשלים. האופי הלא פולשני, הפשוט והמהיר של המשימה הופך אותו ככלי סינון אם הוא נתמך על-ידי נתונים חזקים יותר. פרדיגמה זו יכולה גם להיות מיושמת באופן מאבחן בהפרעות נוירוקוגניטיביות אחרות כדי לענות על שאלות מחקר דומות. אחד המגבלה המעשית העיקרית נתקל בפרוטוקול זה הוא אי התאמה של גשש העין בנושאים לבישת עדשה מתקדמת מסוימים, כמו הכומר הוא לא מצב נדיר בקשישים. העפעף אפרקסיה ו blepharospasm נראים גם מחלת פרקינסון32 והסובלים מתנאים אלה עשויים לא להיות מסוגלים להשלים את המשימה.

כמחקר לחקור החתך, העיצוב של המחקר אינו מאפשר לנו להסיק כל בסיס נוירואנטומי וביוכימיים מובהק המסביר את התוצאות שנמצאו. הפירושים של התוצאות היו מבוססים בעיקר על ידע עצמאי על הפיזיווגיות של פונקציות קוגניטיביות ושליטה בתנועת העין, ולכן, נותרו כחלק מהאוספים. נתוני האורך על האופן שבו פרמטרים אלה עשויים להשתנות לאורך זמן במהלך תהליך ניווניות אינו ידוע. עם זאת, כדאי לקבל מחקר מעקב כדי לחקור את הערכים ניבוי של הפרמטרים הבסיסית תנועה העין על פיתוח ליקוי קוגניטיבית. מחקרים עתידיים צריך לשלב דימות מוחי כדי לטפל בסיס מבנית לתמיכה מוצקה יותר של כל הפוסטלציה, בלעדיו פיתוח נוסף של מעקב אחר העין כסמן פרוקסי של תפקוד קוגניטיבי לא יהיה אפשרי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

המחברים רוצים להודות לד ר הארווי הונג על עצתו בכתב היד.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Rascol, O., et al. Abnormal ocular movements in parkinson's disease: Evidence for involvement of dopaminergic systems. Brain. 112 (5), 1193-1214 (1989).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Rösler, A., et al. Alterations of visual search strategy in Alzheimer's disease and aging. Neuropsychology. 14 (3), 398-408 (2000).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Hoehn, M. M., Yahr, M. D. Parkinsonism: onset, progression, and mortality. Neurology. 17 (5), 427-427 (1967).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Chan, A. S., Kwok, I. Hong Kong list learning test: manual and preliminary norm. Hong Kong: Department of Psychological and Clinical Psychology Center. , (1999).
  20. 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).
  21. Lee, T. M. C., Wang, K. Neuropsychological Measures: Normative Data for Chinese. , revised (2010).
  22. Birant, D., Kut, A. ST-DBSCAN: An algorithm for clustering spatial-temporal data. Data and Knowledge Engineering. 60 (1), 208-221 (2007).
  23. 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).
  24. Muslimovic, D., Post, B., Speelman, J. D., Schmand, B. Cognitive profile of patients with newly diagnosed Parkinson disease. Neurology. 65 (8), 1239-1245 (2005).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. Matsumoto, H., et al. Small saccades restrict visual scanning area in Parkinson's disease. Movement Disorders. 26 (9), 1619-1626 (2011).
  30. MacAskill, M. R., Anderson, T. J., Jones, R. D. Adaptive modification of saccade amplitude in Parkinson's disease. Brain. 125 (7), 1570-1582 (2002).
  31. 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).
  32. 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).

Tags

מדעי המוח סוגיה 151 מחלת פרקינסון קוגניציה ליקוי קוגניטיבי מעקב אחר עיניים תנועת עיניים saccade קיבעון חזותי
אפיון הקשר בין פרמטרים התנועה העין פונקציות קוגניטיביות בחולי פרקינסון שאינם מטורף עם מעקב עין
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wong, O. W. H., Fung, G. P. C.,… More

Wong, O. W. H., Fung, G. P. C., Chan, S. Characterizing the Relationship Between Eye Movement Parameters and Cognitive Functions in Non-demented Parkinson's Disease Patients with Eye Tracking. J. Vis. Exp. (151), e60052, doi:10.3791/60052 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter