Summary
Qui è presentato un protocollo per valutare i movimenti degli occhi binoculari e lo screening del campo visivo centrale controllato dallo sguardo nei partecipanti con perdita della vista centrale.
Abstract
La degenerazione maculare in genere si traduce in difetti visivi centrali binoculari eterogenei. Gli approcci attualmente disponibili per valutare il campo visivo centrale, come la microperimetria, possono testare solo un occhio alla volta. Pertanto, non possono spiegare come i difetti in ogni occhio influenzino l'interazione binoculare e la funzione del mondo reale. La presentazione di stimoli dicoptici con un sistema controllato dallo sguardo potrebbe fornire una misura affidabile dei campi visivi monoculari / binocoli. Tuttavia, la presentazione dello stimolo dicottico e il tracciamento oculare simultaneo sono impegnativi perché i dispositivi ottici degli strumenti che presentano stimoli dicopticamente (ad esempio, aploscopio) interferiscono sempre con gli eye-tracker (ad esempio, eye-tracker basati su video a infrarossi). Pertanto, gli obiettivi erano 1) sviluppare un metodo per la presentazione di stimoli dicoptici con tracciamento oculare simultaneo, utilizzando occhiali otturatore 3D e monitor pronti per il 3D, che non è influenzato da interferenze e 2) per utilizzare questo metodo per sviluppare un protocollo per valutare il campo visivo centrale in soggetti con perdita della vista centrale. I risultati hanno dimostrato che questa configurazione fornisce una soluzione pratica per misurare in modo affidabile i movimenti oculari in condizioni di visione dicottiche. Inoltre, è stato anche dimostrato che questo metodo può valutare il campo visivo centrale binoculare controllato dallo sguardo in soggetti con perdita della vista centrale.
Introduction
La degenerazione maculare è generalmente una condizione bilaterale che influenza la visione centrale e il modello di perdita visiva può essere eterogeneo. La perdita visiva centrale potrebbe essere simmetrica o asimmetrica tra due occhi1. Attualmente, ci sono diverse tecniche disponibili per valutare il campo visivo centrale nella degenerazione maculare. Il grafico a griglia amsler contiene un motivo a griglia che può essere utilizzato per schermare manualmente il campo visivo centrale. I perimetri automatizzati (ad esempio, analizzatore di campi visivi Humphrey) presentano lampi di luce di varia luminosità e dimensioni in una ciotola ganzfeld standardizzata per sondare il campo visivo. La microperimetria dipendente da gaze presenta stimoli visivi su un display LCD. I micro-perimetri possono compensare i movimenti dei micro-occhi monitorando una regione di interesse sulla retina. I micro-perimetri possono sondare le regioni locali nella retina centrale alla ricerca di cambiamenti nella funzione, ma possono testare solo un occhio alla volta. Di conseguenza, i test micro-perimetrici non possono spiegare come i difetti eterogenei in ogni occhio influenzino l'interazione binoculare e la funzione del mondo reale. È necessario che un metodo valuti in modo affidabile i campi visivi in una condizione di visualizzazione che si avvicina strettamente alla visualizzazione nel mondo reale. Tale valutazione è necessaria per capire come il difetto del campo visivo di un occhio influisce / contribuisce al difetto del campo visivo binoculare. Proponiamo un nuovo metodo per valutare il campo visivo centrale nelle persone con perdita visiva centrale in condizioni di visione dicottiche (cioè, quando gli stimoli visivi sono presentati in modo indipendente a ciascuno dei due occhi).
Per misurare i campi visivi in modo affidabile, la fissazione deve essere mantenuta in un determinato luogo. Pertanto, è importante combinare il tracciamento oculare e la presentazione dicoptica per la valutazione binoculare. Tuttavia, la combinazione di queste due tecniche può essere impegnativa a causa delle interferenze tra i sistemi illuminanti dell'eye-tracker (ad esempio, LED a infrarossi) e gli elementi ottici dei sistemi di presentazione dicoptici (ad esempio, specchi di aploscopio o prismi di stereoscopi). Opzioni alternative sono l'utilizzo di una tecnica di tracciamento oculare che non interferisca con la linea di vista (ad esempio, la tecnica della bobina sclerale) o un eye-tracker integrato con gli occhiali2. Sebbene ogni metodo abbia i suoi benefici, ci sono svantaggi. Il primo metodo è considerato invasivo e può causarenotevole disagio 3 e questi ultimi metodi hanno basse risoluzioni temporali (60 Hz)4. Per superare questi problemi, Brascamp & Naber (2017)5 e Qian & Brascamp (2017)6 hanno utilizzato un paio di specchi freddi (che trasmettevano luce infrarossa ma riflettevano il 95% della luce visibile) e un paio di monitor su entrambi i lati degli specchi freddi per creare una presentazione dicoptica. L'eye-tracker basato su video a infrarossi è stato utilizzato per tenere traccia dei movimenti degli occhi nella configurazione dell'aploscopio7,8.
Tuttavia, l'uso di una presentazione dicoptica di tipo aploscopio ha uno svantaggio. Il centro di rotazione dello strumento (aploscopio) è diverso dal centro di rotazione dell'occhio. Pertanto, sono necessari ulteriori calcoli (come descritto nell'Appendice – A di Raveendran (2013)9) per misurazioni corrette e accurate dei movimenti oculari. Inoltre, i piani di alloggio e di convergenza devono essere allineati (cioè, la domanda di alloggio e vergenza deve essere la stessa). Ad esempio, se la distanza di lavoro (distanza ottica totale) è di 40 cm, la domanda di alloggio e vergenza è rispettivamente di 2,5 diottrie e angoli di 2,5 metri. Se allineiamo gli specchi perfettamente ortogonali, allora l'aploscopio è allineato per una visione lontana (cioè, la vergenza richiesta è zero), ma l'alloggio richiesto è ancora 2.5D. Pertanto, un paio di lenti convesse (+2,50 diottrie) devono essere posizionate tra la disposizione dell'occhio e dello specchio dell'aploscopio per spingere il piano di alloggio all'infinito (cioè, l'alloggio richiesto è zero). Questa disposizione richiede più spazio tra la disposizione degli occhi e dello specchio dell'aploscopio, il che ci riporta alla differenza nei centri di rotazione. Il problema di allineare i piani di accomodamento e convergenza può essere ridotto al minimo allineando l'aploscopio alla visualizzazione vicina in modo che entrambi i piani siano allineati. Tuttavia, ciò richiede la misurazione della distanza inter-pupillare per ogni partecipante e il corrispondente allineamento degli specchi/stimolanti dell'aploscopio che presentano monitor.
In questo documento, introduciamo un metodo per combinare il tracciamento oculare basato su video a infrarossi e la presentazione di stimoli dicoptici utilizzando occhiali otturatore 3D wireless e monitor pronti per il 3D. Questo metodo non richiede calcoli e/o ipotesi aggiuntivi come quelli utilizzati con il metodo aploscopico. Gli occhiali dell'otturatore sono stati utilizzati in combinazione con gli eye tracker per comprendere la fusione binoculare10,l'adattamento saccadico11e la coordinazione occhio-mano12. Tuttavia, va notato che gli occhiali stereo-otturatore utilizzati da Maiello e colleghi10,11,12 erano gli occhiali otturatore di prima generazione, che erano collegati attraverso un filo per sincronizzarsi con la frequenza di aggiornamento del monitor. Inoltre, gli occhiali otturatore di prima generazione non sono commercialmente disponibili ora. Qui, dimostriamo l'uso di occhiali otturatore wireless di seconda generazione disponibili in commercio(Table of Materials)per presentare stimoli dicoptici e misurare in modo affidabile i movimenti oculari monoculari e binoculari. Inoltre, dimostriamo un metodo per valutare i campi visivi monoculari /binocoli in soggetti con perdita centrale del campo visivo. Mentre la presentazione dicoptica dello stimolo visivo consente la valutazione monoculare e binoculare dei campi visivi, il tracciamento oculare binoculare in condizioni di visualizzazione dicottiche facilita il test dei campi visivi in un paradigma controllato dallo sguardo.
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Protocol
Tutte le procedure e il protocollo descritti di seguito sono stati esaminati e approvati dal comitato di revisione istituzionale della Wichita State University, Wichita, Kansas. Il consenso informato è stato ottenuto da tutti i partecipanti.
1. Selezione dei partecipanti
- Partecipanti reclutati con visione normale (n=5, 4 femmine, media ± SE: 39,8 ± 2,6 anni) e con perdita della vista centrale (n=15, 11 femmine, 78,3 ± 2,3 anni) a causa della degenerazione maculare (legata all'età /giovanile). Si noti che l'età grossolanamente diversa dei due gruppi era secondaria alla demografia dei soggetti con perdita della vista centrale (la degenerazione maculare legata all'età colpisce i soggetti più anziani ed è più diffusa nelle femmine). Inoltre, l'obiettivo di questo studio non era confrontare le due coorti.
2. Preparazione dell'esperimento
- Utilizzare un otturatore attivo 3D wireless (Table of Materials) che può essere sincronizzato con qualsiasi monitor pronto per il 3D. Affinché gli occhiali dell'otturatore siano attivi, non dovrebbero esserci interferenze tra il trasmettitore a infrarossi (una piccola scatola nera a forma di piramide) e il ricevitore a infrarossi (sensore) sul ponte nasale degli occhiali dell'otturatore.
- Visualizza tutti gli stimoli visivi su un monitor 3D (1920 x 1080 pixel, 144 Hz). Affinché il monitor e gli occhiali 3D funzionino senza soluzione di continuità, assicurarsi che siano installati driver appropriati.
- Utilizzare un eye-tracker a infrarossi montato su tavolo (Table of Materials) in grado di misurare i movimenti degli occhi al campionamento di 1000 Hz per questo protocollo. Separare l'illuminazione a infrarossi e la fotocamera dell'eye-tracker utilizzare qualsiasi treppiede con altezza e angolo regolabili (Tavolo dei materiali) per tenerli saldamente in posizione. Posizionare la fotocamera a una distanza di 20-30 cm dal partecipante e posizionare lo schermo a una distanza di 100 cm dal partecipante.
- Utilizzare una patch riflettente a infrarossi (Tabella dei materiali) per evitare l'interferenza tra l'illuminazione a infrarossi dell'eye-tracker e il sistema a infrarossi degli occhiali dell'otturatore ( Figura1, Destra).
- Utilizzare il software disponibile in commercio (Table of Materials) per integrare occhiali dell'otturatore e monitor pronto per il 3D per la presentazione dicoptica di stimoli visivi per controllare l'eyetracker.
- Per stabilizzare i movimenti della testa, utilizzare un mento alto e largo e un poggia fronte(Tavolo dei Materiali)e fissarlo a un tavolo regolabile. L'ampia dimensione del mento e del poggiatesta consente un comodo posizionamento dei partecipanti con gli occhiali dell'otturatore.
NOTA: la figura 1 mostra la configurazione per il tracciamento oculare con presentazione di stimolo dicottico utilizzando occhiali otturatore 3D e monitor pronto per il 3D. Il cerotto riflettente a infrarossi è stato posizionato strategicamente sotto il sensore a infrarossi sul ponte nasale degli occhiali dell'otturatore 3D(Figura 1,Destra). - Riduci al minimo la perdita di informazioni sulla luminanza disattivando l'opzione light-boost nel monitor pronto per il 3D. La perdita di informazioni sulla luminanza da un occhio all'altro è nota come perdita di luminanza o crosstalk13. Questo è soggetto a verificarsi con i display stereoscopici nelle condizioni di luminanza elevata.
- A causa delle persiane, la quantità di illuminazione a infrarossi (dal sistema di tracciamento oculare) che raggiunge la pupilla puòessere significativamente ridotta di 13 – in media, circa il 65% della luminanza è stato ridotto(tabella complementare 1). Per superare questo problema, aumentare la resistenza dei LED a infrarossi dell'eyetracker al 100% o (l'impostazione massima) dall'impostazione di alimentazione predefinita. Quando si utilizza l'eye-tracker (Table of Materials) basato su video a infrarossi, modificare questa impostazione nelle impostazioni "Potenza di illuminazione" nella schermata inferiore sinistra, come illustrato nella figura 2.
3. Esecuzione dell'esperimento
NOTA: L'esperimento principale di questo studio è stato il tracciamento oculare binoculare e lo screening del campo visivo centrale usando lo stimolo dicottico. Lo screening centrale del campo visivo era paragonabile al test visivo sul campo degli strumenti disponibili in commercio (Table of Materials). Le proprietà fisiche dello stimolo visivo come la luminanza del bersaglio (~22 cd/m2),la luminanza dello sfondo (~10 cd/m2),la dimensione del bersaglio (Goldmann III – 4 mm2),la griglia del campo visivo (griglia Polar 3 con 28 punti, figura 3)e la durata dello stimolo (200 ms) erano identiche al test visivo sul campo degli strumenti disponibili in commercio. Si noti che questi valori di luminanza sono stati misurati tramite occhiali dell'otturatore quando l'otturatore era ON (Tabella supplementare 1). Ai fini delle prove qui discusse, la luminanza dello stimolo era costante a differenza dei test sul campo visivo in cui la luminanza dello stimolo viene alterata per ottenere una soglia di rilevamento. In altre parole, l'esperimento ha utilizzato lo screening sopra soglia e non la soglia. Pertanto, i risultati dello screening sono stati risposte binarie (stimoli visti o non visti) e non valori numerici.
- Controlli pre-esperimento
- Un paio di minuti prima dell'arrivo del partecipante per il test, assicurarsi che sia l'eye tracker che il computer host (che esegue l'esperimento) siano accesi e verificare che il computer host sia collegato all'eyetracker.
- Di norma, confermare l'accuratezza della sincronizzazione (utilizzando comandi specifici della piattaforma) del display prima di iniziare l'esperimento.
- Avvio dell'esperimento principale
NOTA: i passaggi seguenti sono molto specifici della piattaforma ed è subordinato allo script che esegue l'esperimento principale. Vedere Materiale supplementare che contiene i campioni dei codici utilizzati per progettare ed eseguire l'esperimento.- Avviare il programma (vedere Materiale supplementare - 'ELScreeningBLR.m') che esegue l'esperimento principale dall'interfaccia appropriata. Quando e se richiesto dal programma, immettere le informazioni sui partecipanti (ad esempio l'ID partecipante, la distanza di test) necessarie per salvare il file di dati di output nella cartella dati con un nome di file univoco.
- Uno schermo grigio con istruzioni come "Premere INVIO per attivare o disattivare la fotocamera; Premere C per calibrare, premere V per convalidare" apparirà sullo schermo. In questa fase, regolare la fotocamera dell'eye-tracker per allinearla alla pupilla del partecipante, come illustrato nella figura 2.
- Calibrazione e convalida degli eye-tracker
- Avviare la calibrazione dell'eye-tracker. Istruisi i partecipanti a seguire il bersaglio spostando gli occhi (e non la testa) e guarda il centro del bersaglio.
- Dopo la calibrazione riuscita, avviare la convalida. Fornire le stesse istruzioni della calibrazione.
- Leggere i risultati del passaggio di convalida (in genere visualizzato sullo schermo). Ripetere la calibrazione e la convalida fino a ottenere il risultato "buono/equo" (come raccomandato dal manuale dell'eyetracker).
- Correzione della deriva
- Una volta eseguita la calibrazione e la convalida dell'eye-tracker, avviare la correzione della deriva.
- Istruisi i partecipanti a "guardare il bersaglio di fissazione centrale e tenere gli occhi il più stabili possibile".
NOTA: Dopo la calibrazione, la convalida e la correzione della deriva, il tracciamento oculare verrà avviato contemporaneamente all'esperimento principale.
- Screening visivo sul campo
- Ri-istruire/ricordare al partecipante l'attività che deve eseguire durante l'esperimento. Chiedi ai soggetti di tenere entrambi gli occhi aperti durante l'intero test.
- Per questo esperimento sul campo visivo, indicare loro di mantenere la fissazione alla destinazione di fissazione centrale rispondendo a "qualsiasi luce bianca vista" premendo il pulsante "INVIO" nel pulsante di risposta (Figura 1, Tabella dei materiali). Istruisili a non muovere gli occhi e cercare le nuove luci bianche. Inoltre, ricorda loro che le brevi luci bianche possono apparire in qualsiasi posizione sullo schermo.
NOTA: Durante lo screening visivo sul campo, il funzionamento degli occhiali dell'otturatore può essere sondato utilizzando bersagli monoculari che possono essere fusi per formare un percetto completo (vedi Figura supplementare 2 - prove di cattura). - Re-iterare l'istruzione per "tenere la fissazione" più volte durante l'esperimento per garantire che la fissazione rientri nell'area desiderata.
NOTA: un feedback audio (come un tono di errore) può essere utilizzato per avvisare la perdita di fissazione (come gli occhi spostati all'esterno di una finestra di tolleranza). Quando la fissazione decade, ristruttura il partecipante a fissare solo sulla destinazione incrociata. La presentazione degli stimoli visivi può essere temporaneamente interrotta fino a quando il partecipante non riporta la fissazione all'interno della finestra di tolleranza (come 2° centrale). - Al termine dell'esperimento sul campo visivo, sullo schermo verrà visualizzato il risultato del test che evidenzia in modo diverso le posizioni viste e non viste, ad esempio la figura 6.
- Salvataggio del file di dati
- Tutti i dati del campo visivo (ad esempio salvati come ". mat") e i dati di movimento oculare (ad esempio salvati come file ".edf") verranno salvati automaticamente per l'analisi post-hoc. Tuttavia, assicurarsi che i file siano stati salvati prima di uscire dal programma o dalla piattaforma che esegue l'esperimento.
4. Analisi
NOTA: L'analisi del movimento degli occhi e dei dati del campo visivo può essere eseguita in diversi modi ed è dipendente dal software utilizzato per eseguire l'esperimento e il formato dati dell'output dell'eye tracker. I passaggi seguenti sono specifici dell'impostazione e del programma (vedere Materiali supplementari).
- Analisi del movimento oculare (post-hoc)
NOTA: il file di dati dei movimenti oculari salvati (EDF) è un formato binario altamente compresso e contiene molti tipi di dati, tra cui eventi di movimento oculare, messaggi, pressioni dei pulsanti e campioni di posizione dello sguardo.- Convertire EDF in file ASC-II utilizzando un programma traduttore (EDF2ASC).
- Eseguire 'PipelineEyeMovementAnalysisERI.m' per inizializzare l'analisi del movimento oculare e seguire le istruzioni riportate nel codice (vedere Materiali supplementari per lo script di codice).
- Eseguire 'EM_plots.m', per estrarre le posizioni oculari orizzontali e verticali e per tracciare come illustrato nella figura 4 e nella figura 5.
NOTA: I dati sul movimento degli occhi possono essere ulteriormente analizzati per calcolare la stabilità di fissazione, rilevare microsaccadi, ecc. Tuttavia, questo esula dall'ambito del documento attuale.
- Campi visivi
- Per ottenere i report del test del campo visivo, eseguire 'VF_plot.m'.
NOTA: tutti i set di dati relativi all'esperimento sui campi visivi, ad esempio i punti visti/non visti, verranno tracciati come mappa dei campi visivi, come illustrato nella figura 6. Se un punto è stato visto, allora verrà tracciato come quadrato riempito "verde", altrimenti verrà tracciato un quadrato pieno di rosso. Non sarà richiesta alcuna analisi post-hoc per i dati dei campi visivi.
- Per ottenere i report del test del campo visivo, eseguire 'VF_plot.m'.
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Representative Results
Vengono mostrate le tracce rappresentative di movimento oculare binoculare di un osservatore con una normale visione binoculare durante due diverse condizioni di visualizzazione (Figura 4). Il tracciamento continuo dei movimenti oculari è stato possibile quando entrambi gli occhi hanno visto lo stimolo (Figura 4A), e quando l'occhio sinistro ha visto lo stimolo con l'occhio destro sotto un otturatore attivo(Figura 4B). Come evidente da queste tracce, il metodo proposto non intasa la qualità della misurazione del movimento degli occhi e può misurare i movimenti oculari anche per esperimenti di lunga durata. Abbiamo quindi dimostrato che il metodo può essere utilizzato per misurare in modo affidabile i movimenti oculari anche in partecipanti impegnativi con perdita della vista centrale (Figura 5). Un'importante applicazione del metodo è lo screening del campo visivo centrale in soggetti con (Figura 6) e senza (Figura complementare 1) perdita della vista centrale. Il metodo fornisce un modo per documentare l'impatto della perdita della vista centrale nella visione del mondo reale con entrambi gli occhi aperti. In questo osservatore rappresentativo (S7 nella tabella complementare 2)è stato osservato un vantaggio binoculare (cioè, vedendo un numero maggiore di punti con entrambi gli occhi rispetto agli occhi destro/sinistro). L'analisi preliminare (Tabella complementare 2) dei risultati dei test sul campo visivo di tutti i partecipanti con perdita della vista centrale dimostra il vantaggio della visione binoculare (rispetto alla condizione di visualizzazione degli occhi non dominante). ANOVA uni-way ha rivelato che c'è un effetto principale significativo della condizione di visualizzazione [F (2,28) =6,51, p=0,004]. Post-hoc (Tukey HSD) ha mostrato che i partecipanti con perdita della vista centrale hanno visto un numero maggiore di punti nella condizione di visualizzazione binoculare rispetto alla condizione di visualizzazione non dominante (p<0.01), ma non condizioni di visione degli occhi dominanti (p =0,43).
Figura 1: Tracciamento oculare e configurazione della presentazione dicoptica.
A sinistra - Configurazione dell'apparecchiatura che mostra ( a ) monitor pronto per il 3D, (b) riposo mento/fronte, (c & d) Fotocamera eyetracker EyeLink e sorgente di illuminazioneainfrarossi (montata sul tavolo), (e & f) occhiali otturatore 3D e il suo trasmettitore IR e (g) pulsante di risposta. Occhiali otturatore 3D destro con sensore ainfrarossi (h)sul nose-bridge e (i) patch riflettente a infrarossi posizionato strategicamente sotto il sensore e tenuto in posizione da un filo sottile. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Cattura dello schermo delle impostazioni dell'eye tracker.
La figura mostra che l'impostazione della potenza di illuminazione a infrarossi (angolo in basso a sinistra) può essere commutata tra il 50%, il 75% e il 100%. Questa figura mostra anche il corretto allineamento dell'alunno. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Illustrazione della griglia di prova del campo visivo.
Rappresentazione pittorica che mostra la griglia Polar 3 (N = 28, in 3 anelli concentrici di 2,3°, 6,6° e 11° di diametro, rispettivamente) di progettazione del campo visivo. I parametri di prova erano simili agli strumenti disponibili in commercio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Tracciamento oculare binoculare in un soggetto con visione normale.
Tracce rappresentative di movimento oculare binoculare di un partecipante al controllo: (A) posizioni oculari orizzontali e verticali dell'occhio sinistro (in alto) e dell'occhio destro (in basso) quando gli stimoli visivi sono stati presentati dicopticamente ad entrambi gli occhi; e (B) posizioni oculari orizzontali e verticali dell'occhio sinistro e dell'occhio destro quando gli stimoli visivi sono stati presentati dicopticamente solo all'occhio sinistro. Ogni unità sull'asse x e sull'asse y rappresenta rispettivamente un secondo e un grado. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Tracciamento oculare binoculare in un soggetto con perdita della vista centrale.
Tracce rappresentative del movimento oculare binoculare di un partecipante con degenerazione maculare: (A) posizioni degli occhi orizzontali e verticali dell'occhio sinistro (in alto) e dell'occhio destro (in basso) quando gli stimoli visivi sono stati presentati dicopticamente a entrambi gli occhi, e (B) posizioni degli occhi orizzontali e verticali dell'occhio sinistro e dell'occhio destro quando gli stimoli visivi sono stati presentati dicopticamente solo all'occhio sinistro. Ogni unità sull'asse x e sull'asse y rappresenta rispettivamente un secondo e un grado. Va notato che nonostante i più grandi movimenti fissiali degli occhi nel paziente con perdita della vista centrale (confrontalo con la figura 4), era fattibile un tracciamento oculare affidabile. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: Risultati dei test di screening visivo sul campo di un soggetto con perdita della vista centrale.
Risultati dello screening visivo sul campo (N=28) in un partecipante rappresentativo con perdita della vista centrale (S7 nella tabella complementare 2). Stimolo visivo presentato sia agli occhi (a sinistra), solo all'occhio sinistro (al centro) che solo all'occhio destro (a destra). La croce di fissazione viene mostrata al centro e le posizioni dei campi visivi in cui è stato visto lo stimolo bianco breve sono mostrate come quadrati pieni di verde. Le posizioni che non hanno visto lo stimolo sono mostrate come quadrati pieni di rosso. La proporzione osservata nelle tre condizioni di visione era di 0,50 (14/28, entrambi gli occhi che guardavano, a sinistra); 0,29 (8/28, visualizzazione LE, al centro); e 0,14 (4/28, visualizzazione RE, destra). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura complementare 1: Risultati dei test di screening visivo sul campo di un soggetto di controllo. Risultati dello screening visivo sul campo (N=28) in un partecipante al controllo rappresentativo. Stimolo visivo presentato sia agli occhi (in alto), solo all'occhio sinistro (al centro) che solo all'occhio destro (in basso). La croce di fissazione viene mostrata al centro e le posizioni dei campi visivi in cui è stato visto lo stimolo bianco breve sono mostrate come quadrati pieni di verde. Le posizioni che non hanno visto lo stimolo sono mostrate come quadrati pieni di rosso. La proporzione osservata nelle tre condizioni di visione era di 1,00 (28/28, entrambi gli occhi che guardavano, in alto); 1.00 (28/28, le viewing, middle); e 0,93 (26/28, visualizzazione RE, in basso). Clicca qui per scaricare questa cifra.
Figura complementare 2: Prove di cattura - Sondaggio del funzionamento degli occhiali dell'otturatore. Prove di cattura hanno accertato la comunicazione ininterrotta di occhiali stereoscopici con emettitore a infrarossi e la sincronizzazione con il display stereo. L'immagine centrale illustra una percezione che dovrebbe essere riportata dal soggetto (croce rossa e un quadrato rosso/verde/giallo) se la sincronizzazione funziona. Le dimensioni del mirino incrociato (e delle singole barre) erano identiche alla croce di fissazione utilizzata per lo screening visivo dei campi e il bordo quadrato esterno corrisponde alla finestra di tolleranza di 4°. Si noti che la soppressione di un occhio peggiore, che è più probabile in soggetti con acuità visive grossolanamente dissimili, può confondere i rapporti percettivo soggettivi. Per le prove di cattura (ogni 10 prove), sono state utilizzate barre orizzontali rosse racchiuse in un quadrato rosso visto solo dall'occhio sinistro e da una barra verticale rossa racchiusa in un quadrato verde visto solo dall'occhio destro (2° x 0,4°). I bersagli monoculari potevano essere fusi per percepire una croce centrale rossa, se la modalità stereoscopica era accesa per tutto e se gli occhiali dell'otturatore funzionavano correttamente. Questo passaggio ha accertato che le due sorgenti di luce infrarossa non interferivano e che gli occhiali dell'otturatore erano sincronizzati con il monitor pronto per il 3D. Clicca qui per scaricare questa cifra.
Tabella complementare 1: Luminanza dello sfondo e stimolo. La luminanza dello sfondo grigio e lo stimolo bianco misurato con e senza gli occhiali dell'otturatore a livello degli occhi del soggetto presunto. Gli occhiali dell'otturatore riducono la luminanza di circa il 65%. È importante tenere conto della perdita di trasmissione quando si presenta uno stimolo visivo di luminanza e contrasto impostati. Si noti che la potenza di illuminazione a infrarossi dell'eye tracker (sempre impostata al 100% nei nostri test) non ha alcun ruolo in queste misurazioni. Clicca qui per scaricare questa tabella.
Tabella complementare 2: Riepilogo delle prove visive sul campo nei partecipanti centrali alla perdita di campo. Prestazioni sul campo visivo da parte dei partecipanti con perdita della vista centrale in condizioni di visione dominante, occhio non dominante e binocolo. Abbreviazioni: DE – occhio dominante; NDE – occhio non dominante; BE - entrambi gli occhi. I rapporti binoculari per DE sono stati calcolati trovando il rapporto tra la proporzione di punti osservati durante le condizioni di visualizzazione BE e DE. Allo stesso modo, è stato calcolato anche il rapporto binoculare per NDE. Il rapporto di >1 suggerisce un vantaggio binoculare (cioè migliori prestazioni in condizioni di visualizzazione binoculare). Nel complesso, un numero maggiore di punti è stato visto in condizioni di visualizzazione BE rispetto alle condizioni di visualizzazione NDE. Clicca qui per scaricare questa tabella.
Materiali supplementari. Clicca qui per scaricare questi materiali.
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Discussion
Il metodo proposto per misurare i movimenti oculari in condizioni di visione dicottiche ha molte potenziali applicazioni. La valutazione dei campi visivi binoculari nei partecipanti con perdita della vista centrale che viene dimostrata qui è una di queste applicazioni. Abbiamo usato questo metodo per valutare il campo visivo binoculare in quindici partecipanti con perdita della vista centrale per studiare come la visualizzazione binoculare influenzi l'eterogenea perdita del campo visivo centrale.
Il passaggio più importante del protocollo è il posizionamento (distanza dall'occhio e dall'angolo) della sorgente infrarossa dell'eye tracker per un'illuminazione ottimale. Questo è fondamentale per il localizzatore oculare per catturare sia il riflesso corneale che il centro della pupilla in modo coerente. Una volta raggiunto questo obiettivo, il tracciamento dovrebbe essere continuo anche nei soggetti con occhiali da vista e in quelli con perdita della vista centrale. È importante osservare i cambiamenti posturali nei soggetti, in particolare le inclinazioni della testa (con la testa e il mento riposati) durante i test prolungati in quanto possono interferire con il tracciamento oculare. I cambiamenti posturali e l'affaticamento possono essere ridotti al minimo riducendo la durata complessiva del test. Nei soggetti impegnativi, la durata del test è principalmente determinata dal tempo necessario per ottenere una calibrazione /convalida di successo. La durata complessiva del test per la procedura è stata di circa 45 minuti in soggetti con degenerazione maculare. Il posizionamento della patch riflettente a infrarossi, dell'emettitore e della sorgente infrarossa dell'eye tracker è fondamentale per il funzionamento ininterrotto degli occhiali dell'otturatore. La calibrazione predefinita (come 9 punti o HV 9) può essere utilizzata per i partecipanti con visione normale. Tuttavia, per valutare i soggetti con perdita della vista centrale potrebbe essere necessario utilizzare alternative (come la calibrazione a 5 punti o HV 5) e / o grandi obiettivi di calibrazione su misura (come il quadrato nero ≈2 ° di dimensioni). Queste modifiche alla destinazione di calibrazione possono essere gestite negli script utilizzati per eseguire l'esperimento (vedere Materiali supplementari - 'ELScreeningBLR.m'). Per i partecipanti molto impegnativi, l'obiettivo di calibrazione può essere puntato usando le dita per aiutarli a trovare e puntare verso il bersaglio. Come il processo di calibrazione, il controllo/correzione della deriva può essere eseguito utilizzando un target integrato per i partecipanti con visione normale e target più grande personalizzato per i partecipanti con perdita della vista centrale. Abbiamo seguito la raccomandazione del produttore di eseguire il controllo della deriva all'inizio di ogni sessione. È possibile accedere all'offset dello sguardo in gradi di angolo visivo (o pixel) dal file di output finale. Tuttavia, non abbiamo applicato nessuno di questi dati per le nostre analisi. Come misura di qualità integrata, l'eye tracker EyeLink ripete la calibrazione quando il controllo della deriva non riesce.
La progettazione, la presentazione e il controllo degli stimoli nella configurazione erano attraverso programmi basati su MATLAB. Python o programmi simili potrebbero essere utilizzati per raggiungere gli obiettivi del nostro studio. Un importante prerequisito per l'esecuzione di esperimenti scientifici di visione sensibili al tempo è una buona sincronizzazione tra la ritraccia verticale del display e l'inizio dello stimolo. Prima di ogni sessione, abbiamo eseguito controlli pre-esperimento della sincronizzazione utilizzando comandi specifici della piattaforma. Uno schermo sfarfallio omogeneo indica una buona sincronizzazione, mentre uno sfarfallio disomogeneo implica una scarsa sincronizzazione, probabilmente a causa di alcuni bug o limitazioni dell'hardware grafico o del suo driver. Oltre allo sfarfallio, nella maggior parte dei computer verrà visto anche un modello emergente di linee orizzontali gialle. Queste linee devono essere strettamente concentrate/raggruppate nell'area più alta dello schermo. Linee gialle distribuite segnalano problemi di temporizzazione che possono essere dovuti a programmi in background come antivirus o altri nel computer host. Si consiglia di smettere di tutte le applicazioni non necessarie e attivare la modalità aereo (o spegnere il Wi-Fi) per ridurre al minimo i manufatti relativi alla temporizzazione.
Analogamente agli studi precedenti10,12 abbiamo utilizzato eye tracker montato su tavolo basato su video. Tuttavia, riteniamo che il metodo descritto qui dovrebbe funzionare altrettanto bene con altri eye tracker disponibili in commercio. La qualità dei dati di movimento degli occhi ai fini del metodo dimostrato in questo studio non dovrebbe essere influenzata dalla risoluzione temporale dell'eye tracker. Anche gli eye tracker a bassa risoluzione (fino a 60 Hz15) sono stati utilizzati per valutare e addestrare soggetti con degenerazione maculare. La distanza di visualizzazione è determinata da diversi fattori tra cui la risoluzione del display e i parametri di stimolo. È possibile utilizzare qualsiasi distanza di lavoro praticabile entro la rabbia del trasmettitore wireless (<15 piedi). La dimensione del campo visivo che può essere valutata dipende dalla distanza di test e dalle dimensioni di visualizzazione. Nella configurazione qui, il massimo possibile era ~30°x17° (W x H). La griglia di campo visivo standard (Polar 3) utilizzata in questo studio testa centralmente 11° (diametro) di campo visivo. Gli occhiali stereoscopici dell'otturatore potevano essere sostituiti con occhiali polarizzanti. Modifiche adeguate nella configurazione (ad esempio display a risoluzione più elevata o distanza di lavoro più lunga) saranno necessarie per ridurre al minimo l'impatto della risoluzione ridotta secondaria all'uso di occhiali polarizzanti. Inoltre, il metodo attuale è meno costoso della costruzione di un aploscopio per la presentazione dicoptica se i ricercatori hanno già un eye tracker basato su video.
In questo studio abbiamo utilizzato un paradigma "controllato dallo sguardo". I sistemi controllati dallo sguardo raccolgono informazioni istantanee sulla posizione dello sguardo (e quindi scartano le prove in cui lo sguardo non si trovava all'interno di una finestra di tolleranza desiderata) ma non lo compensano. Tuttavia, la configurazione qui può essere utilizzata per un test del contingente dello sguardo, in cui la posizione istantanea dello sguardo non solo è monitorata ma anche compensata da un'appropriata modifica della presentazione dello stimolo. Ad esempio, se lo sguardo si sposta dalla posizione desiderata a destra di grado 'x', lo stimolo può essere compensato di grado 'x' a destra. Gli studi sulla perdita della vista simulata e sugli scotomi usano paradigmi contingenti gaze16,17. Tali paradigmi possono essere estremamente sensibili al tempo e la loro efficacia dipende da diversi fattori tra cui la risoluzione temporale dell'eye-tracker18. Ad esempio, un eye-tracker con una risoluzione temporale di 500 Hz (o un campione ogni 2 ms) introdurrà un ritardo temporale di almeno 2 ms. Sebbene questo sia banale, di solito ci sono ulteriori ritardi a causa della frequenza di aggiornamento della visualizzazione degli stimoli, ritardi computazionali del linguaggio di programmazione, ecc. Inoltre, il metodo proposto può indurre un ulteriore ritardo dovuto alla sincronizzazione temporale tra monitor 3D e occhiali otturatore 3D.
I soggetti con perdita della vista considerevolmente asimmetrica (ad esempio con grandi differenze interoculari nell'acuità visiva o se lo scotoma in un occhio è relativamente grande) possono essere effettivamente monocolari quando si visualizzano binocularmente. I soggetti con perdita della vista grossolanamente dissimile, nystagmus, errore di rifrazione elevato e strabismo non possono essere valutati utilizzando questa configurazione. I soggetti con condizioni sistemiche come i tremori alla testa e il morbo di Parkinson non saranno buoni candidati per il tracciamento oculare. I soggetti con problemi al collo o alla schiena avranno bisogno di pause frequenti e protocolli di test più brevi. La riduzione della luminanza attraverso le persiane attive richiede l'uso di display con una gamma di luminanza più ampia. Ottenere un'illuminazione a infrarossi ottimale e il tracciamento continuo del riflesso corneale e del centro pupillare può essere impegnativo in soggetti con occhiali da vista da prescrizione.
Diversi studi hanno utilizzato la presentazione di stimoli dicoptici che presenta due immagini separate ai due occhi del partecipante per studiare le funzioni binoculari come stereopsi14, soppressione18. Tuttavia, questi studi mancano di informazioni sui movimenti oculari a causa delle difficoltà tecniche di combinare la presentazione dello stimolo visivo dicottico e il tracciamento oculare. I movimenti oculari forniscono approfondimenti cruciali sulle funzioni cognitive come l'attenzione spaziale sotto copertura / pubblica. Il metodo proposto per misurare i movimenti oculari in una condizione di visione dicoptica migliorerà la comprensione della funzione binoculare in soggetti con visione normale e in soggetti con perdita della vista centrale. Il grafico a griglia amsler fornisce solo informazioni qualitative sul campo visivo e i perimetri di rilevamento della retina non possono valutare i campi binoculari. La configurazione qui che incorpora il tracciamento oculare e il test dicottico fornisce un modo per schermare in modo affidabile il campo visivo centrale nella degenerazione maculare. Una potenziale applicazione del metodo proposto è nel campo della realtà virtuale. Tutte le cuffie per la realtà virtuale disponibili in commercio utilizzano il concetto di presentazione dicoptica dello stimolo visivo. Molti sintomi astenopici sono stati associati a movimenti oculari disfunzionali (ad esempio, movimenti oculari di vergenza) durante l'utilizzo dell'ambiente di realtàvirtuale 10,15. Il metodo proposto ci aiuterebbe a studiare i movimenti oculari e la funzione visiva durante la presentazione dicoptica, che può essere correlata all'ambiente della realtà virtuale.
In sintesi, abbiamo dettagliato un metodo per valutare 1) i movimenti binoculari degli occhi e 2) il campo visivo monoculare / binoculare mentre presentiamo dicopticamente lo stimolo visivo utilizzando occhiali per otturatore 3D wireless e monitor pronto per il 3D. Abbiamo dimostrato che il nostro metodo è fattibile anche in partecipanti impegnativi come quelli con perdita della vista centrale.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare. Parti dello studio qui presentato sono state presentate come astratte intitolate "Binocular Central Visual Function in Macular Degeneration" nell'incontro annuale dell'American Academy of Optometry 2019.
Acknowledgments
Questa ricerca è stata finanziata dalla borsa di ricerca post-dottorato LC Industries presso la RR e la Bosma Enterprises Borsa di ricerca post-dottorato ad AK. Gli autori ringraziano la dott.ssa Laura Walker e Donald Fletcher per i loro preziosi suggerimenti e l'aiuto nel reclutamento delle persone.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D monitor | Benq | NA | Approximate Cost (in USD): 500 https://zowie.benq.com/en/product/monitor/xl/xl2720.html |
| 3D shutter glass | NVIDIA | NA | Approximate Cost (in USD): 300 https://www.nvidia.com/object/product-geforce-3d-vision2-wireless-glasses-kit-us.html |
| Chin/forehead rest | UHCO | NA | Approximate Cost (in USD): 750 https://www.opt.uh.edu/research-at-uhco/uhcotech/headspot/ |
| Eyetracker | SR Research | NA | Approximate Cost (in USD): 27,000 https://www.sr-research.com/eyelink-1000-plus/ |
| IR reflective patch | Tactical | NA | Approximate Cost (in USD): 10 https://www.empiretactical.org/infrared-reflective-patches/tactical-infrared-ir-square-patch-with-velcro-hook-fastener-1-inch-x-1-inch |
| MATLAB Software | Mathworks | NA | Approximate Cost (in USD): 2150 https://www.mathworks.com/pricing-licensing.html |
| Numerical Keypad | Amazon | CP001878 (model), B01E8TTWZ2 (ASIN) | Approximate Cost (in USD): 15 https://www.amazon.com/Numeric-Jelly-Comb-Portable-Computer/dp/B01E8TTWZ2 |
| Psychtoolbox - Add on | Freeware | NA | Approximate Cost (in USD): FREE http://psychtoolbox.org/download.html |
| Tripod (Dekstop) | Manfrotto | MTPIXI-B (model), B00D76RNLS (ASIN) | Approximate Cost (in USD): 30 https://www.amazon.com/dp/B00D76RNLS |
References
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