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Medicine

Análisis digital de escritura a mano de personajes en pacientes chinos con deterioro cognitivo leve

doi: 10.3791/61841 Published: March 11, 2021
* These authors contributed equally

Summary

Este estudio propuso un análisis digital de escritura a mano de personajes en individuos con deterioro cognitivo leve para encontrar más información de la que revela el análisis tradicional de escritura a mano lápiz-papel.

Abstract

Una cantidad creciente de evidencia muestra que los déficits cognitivos y las disfunciones del movimiento no están separados. Los pacientes con deterioro cognitivo leve (MCI) pueden manifestar trastornos motores finos de las extremidades superiores. La escritura a mano es una actividad humana compleja y única que implica coordinación tanto motora como cognitiva. Investigadores de países occidentales han descubierto que los pacientes con MCI tienen características anormales de escritura a mano. Sin embargo, no se han realizado estudios relevantes en la población china. Debido al fenómeno intercultural de la escritura a mano, el objetivo de este estudio es encontrar nuevas tareas de escritura a mano para demostrar las diferencias en las características de escritura a mano entre pacientes de edad avanzada con MCI y individuos sanos a la edad.

Introduction

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Deterioro cognitivo leve (MCI) se considera como una fase cognitiva transitoria pero progresivamente degenerativa que precede a la aparición de la enfermedad de Alzheimer (AD)1. Se ha informado de que la tasa de progresión de ad por año es del 15%, mientras que casi el 75% de los casos moderados y graves de MCI podrían permanecer sin diagnosticar2. Estudios recientes han informado que los pacientes con MCI tienen dificultades en algunos aspectos de las tareas motoras finas3,y aquellos pacientes que mostraron trastornos motores, como la marcha lenta, tenían un alto riesgo de demencia4.

La escritura a mano es una actividad humana compleja que implica una intrincada mezcla de componentes cognitivos, cinestéticos y perceptivos-motores, incluyendo percepción visual y cinética, planificación motora, coordinación ojo-mano, integración visual-motora, destreza y habilidades manuales1. El análisis de escritura a mano se ha utilizado para detectar disfunciones cognitivas y motoras en muchos tipos de enfermedades neurodegenerativas, como la AD y la enfermedad de Parkinson (PD)5. Además, algunos aspectos de los problemas de escritura a mano se han divulgado como un indicador de MCI y relacionados con la progresión de la enfermedad6. Como la mayoría de la población utiliza el lenguaje, todavía faltan estudios que investiguen el análisis de escritura a mano en hablantes de chino (especialmente caracteres chinos simplificados).

Ha habido varios artículos que han investigado anomalías de escritura a mano o "agraphia" en individuos con MCI. Por ejemplo, mediante la utilización de los métodos tradicionales lápiz-papel, Zhou y sus colegas trataron de revelar las distintas habilidades de escritura entre pacientes con MCI e individuos sin MCI. Las diferencias entre los grupos no eran obvias, con la excepción de los errores de escritura7. Kawa et al. encontró características de escritura a mano en pacientes con MCI usando un lápiz inteligente, que podría analizar dinámicamente la velocidad del accidente cerebrovascular y la pluma durante la escritura2. El hardware WACOM y el software MovAlyzeR pueden detectar más información en tiempo real en comparación con los métodos tradicionales de lápiz y papel y los métodos de papel smartpen. Por lo tanto, los datos dinámicos de escritura a mano, como la presión del lápiz hacia abajo, la velocidad, la aceleración y el tirón, se han encontrado como un nuevo foco de análisis de escritura a mano en relación con los datos estáticos, como el tamaño de la letra y el espacio entre las palabras2.

Sin embargo, otro fenómeno que no puede pasarse por alto es el efecto intercultural de la escritura a mano. Los sistemas de escritura de diferentes naciones no siempre son los mismos (por ejemplo, las letras inglesas se escriben de izquierda a derecha mientras que las letras hebreas se escriben de derecha a izquierda)8. En esta edición, incluso las revisiones han confirmado la eficacia del análisis de escritura a mano9,10 en idiomas alfabéticos, y la amplia brecha entre los caracteres chinos y las letras occidentales ha obstaculizado la capacidad de intercambio de análisis de escritura a mano en los métodos y resultados11 de estos estudios.

Existen varias diferencias importantes entre los idiomas occidentales (por ejemplo, inglés) y el chino. En primer lugar, hay muchos más movimientos horizontes de la punta de la pluma durante la escritura de caracteres chinos en comparación con la escritura de letras12. En segundo lugar, a diferencia del lenguaje alfabético, que se asocia con fonemas, el chino se considera logográfico7. Como resultado, la mayoría de los caracteres chinos tienen su propio orden de trazo único, y la anchura y la altura de los trazos deben ser estrictamente limitadas. De lo contrario, las anchuras y alturas ilimitadas podrían causar una mayor ilegitimidad11 (" Equation 1 y " " son caracteres Equation 2 chinos completamente diferentes. Además, " Equation 3 ", " y " " son diferentes caracteres Equation 4 Equation 5 chinos).

" Equation 6 " (pronunciado "Zheng") es un carácter típico, simple y comúnmente utilizado chino que casi todos los hablantes chinos con un nivel educativo de dos años pueden leer y escribir. Ha sido seleccionado como una tarea de escritura en estudios anteriores de análisis de escritura china6,12. Los investigadores decidieron usar " Equation 6 " como la tarea de escritura porque es "cuadrada" y compuesta de cinco trazos, todos los cuales son horizonte (#1, #3, #5 carrera, de izquierda a derecha) o vertical (#2, #4 carrera, de arriba a abajo) (Figura 1). Según muchos estudios motores finos, el cumplimiento de la carrera #3 (horizonte) y el #4 carrera (vertical) requiere movimientos puros de muñeca y dedo, respectivamente6,12,13. Como resultado, la velocidad del trazo de ambos trazos podría ser una manifestación adecuada14.

Además, la presión del lápiz durante la escritura a mano es una característica de escritura a mano que se ha demostrado que supera a otras características cinemáticas en el control del motor reflejando el control del motor5,15. Sin embargo, no existen estudios relevantes en pacientes chinos, aunque los resultados positivos han sido confirmados por grupos de investigación de la República Checa, España, Israel y otros paísesde 8,16,17.

La firma se ha utilizado comúnmente como una tarea de escritura a mano en numerosos estudios5. En general, una firma requiere poco pensamiento o tiempo en el aire18. "En el aire" se define como cuando la presión de la punta de la pluma a la pantalla es 0 durante la escritura a mano, y "tiempo en el aire" es la suma del tiempo "en el aire" durante la escritura a mano. Individuos que sufren de muchos trastornos neuropsiquiátricos podrían tener déficits en el control psicomotor, y por lo tanto exhiben mayor tiempo en el aire de la firma. Por ejemplo, Rosenblum et al. encontraron que los pacientes israelíes con depresión y enfermedad de Parkinson mostraron un tiempo más largo en el aire en comparación con los controles saludables durante la escritura de su propio nombre en hebreo8,19. Como los caracteres chinos tienen su propia forma, en este estudio, se decidió utilizar la tortuosidad de longitud en el aire en la segmentación entre caracteres durante la escritura del nombre como un parámetro indicativo potencial. La tortuosidad, definida por la relación de la longitud del arco con la distancia euclidiana entre los puntos finales, es una medida de curvatura y, por lo tanto, indexa la suavidad de una salida de escritura específica20.

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Protocol

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Nuestro estudio fue aprobado por el Comité de Ética Académica de la División de Ciencias Biológicas del Hospital General del PLA chino en Beijing, China.

1. Aspectos generales del desarrollo de métodos

  1. Utilice un digitalizador USB (por ejemplo, Wacom Cintiq Pro 16) y un lápiz óptico portátil para los movimientos de escritura a mano. Las especificaciones detalladas del digitalizador son las siguientes: dimensiones externas (ancho x profundidad x alto) 410 x 265 x 17,5 mm, resolución espacial 3840 x 2160 puntos, tamaño de píxel 0,090 x 0,090 mm, resolución temporal 30 ms y un nivel de presión de 8.192.
  2. Conecte un PC portátil al digitalizador para recopilar y exhibir los rastros de escritura a mano.
  3. Utilice un software (por ejemplo, Neuroscript MovAlyzeR) para la grabación, el procesamiento y el análisis de datos.
  4. Criterios de inclusión/exclusión del paciente
    1. Reclutar participantes de MCI que presenten una queja de memoria, una función de memoria objetivamente deteriorada, actividades intactas de la vida diaria y la ausencia de demencia21. Además, deberían tener el nivel educativo de más de 2 años de escuela preliminar en China continental, de lo contrario, podrían tener dificultades para escribir caracteres chinos.
    2. Excluya a los participantes que tengan una discapacidad visual y de las extremidades superiores evidentes.

2. Tarea de escritura a mano

  1. Ejecute el software y un lápiz óptico sin entintar.
  2. Cree un ejemplo de caracteres chinos en el área de escritura del digitalizador (consulte la figura 1).
  3. Permita que los sujetos coloquen el área de escritura en una posición cómoda.
  4. Permita que los sujetos escriban en el área de escritura y acojan la pluma y la superficie del área de escritura.
  5. Ajuste la frecuencia de muestreo en el software a 200 Hz.
  6. Instruya a los sujetos a escribir su nombre en chino con la mano dominante.
    NOTA: Una firma en versión cursiva o impresa es aceptable, como deseaba el sujeto.
  7. Instruya a los sujetos a escribir el carácter chino " Equation 6 " (pronunciado "Zheng") con la mano dominante.
    NOTA: El carácter chino " Equation 6 " en una versión impresa es aceptable.
    1. Recuerde a los sujetos que escriban en una versión impresa antes de comenzar a escribir a mano.
      NOTA: Asegúrese de que el sujeto se sienta y escribe en posición vertical.
  8. Mantenga las instrucciones visibles durante cada prueba.
    1. Repita la prueba de escritura a mano tres veces.
    2. Si el carácter " Equation 6 " estaba escrito en el orden de trazo incorrecto, detenga la prueba y trace y muestre al sujeto cómo escribir el personaje en el orden de trazo correcto.
    3. Si alguna duda se deriva de un desconocimiento, detenga la prueba y muestre al sujeto cómo escribir el personaje correctamente.

3. Análisis de datos

  1. Ejecute el software; haga clic derecho en Experimento y seleccione Propiedades.
  2. Seleccione Procesamientoy, a continuación, seleccione Segmentación.
  3. Haga clic en Agregar primera segmentación en cualquier caso, Agregar última segmentación en cualquier casoy Mover punto de segmentación al pendown más cercano si está en un penlift en Indicadores de segmentación.
  4. Haga clic en En trayectorias de pendown en Métodos de segmentación.
    NOTA: Todos estos ajustes para el modo predeterminado se realizaron para mejorar el análisis de la escritura china.

4. Cálculo de parámetros

  1. Ejecute el software, seleccione los temas en " Equation 6 ", y haga clic en Pruebas de escritura a mano.
  2. Utilice el sistema de seguimiento y trace el proceso de escritura a mano y el orden de trazo de " Equation 6 " paso a paso.
  3. Encuentra la segmentación del trazo #3 de " Equation 6 " y lee la "Velocidad absoluta promedio" en "datos extraídos".
    NOTA: El software de análisis de escritura a mano calculará automáticamente la "Velocidad absoluta media" de cada segmentación.
    PRECAUCIÓN: Trazo #3 de " Equation 6 " es un movimiento horizonte (de izquierda a derecha) de la punta del lápiz que es más corto que el carácter 1 y el carácter 5 (Figura 1A).
  4. Encuentra la segmentación del trazo #4 de " Equation 6 " y lee fuera de la "Velocidad absoluta promedio" en los "datos extraídos".
    PRECAUCIÓN: Trazo #4 de " Equation 6 " es un movimiento vertical (de arriba a abajo) de la punta del lápiz que es más corto que el carácter 2 (Figura 1).
  5. Lea la "Presión del lápiz" de cada segmentación en los "datos extraídos" y obtenga una "Presión media del lápiz" de " Equation 6 ".
    NOTA: El software de análisis de escritura a mano calculará automáticamente la "Presión media del lápiz" de cada segmentación.
  6. Ejecute el software, seleccione los temas en " Equation 6 ", y haga clic en Pruebas de escritura a mano.
  7. Con el sistema de seguimiento, trace el proceso de escritura a mano y el orden de trazo de la firma paso a paso.
  8. Busque la segmentación del trazo entre los caracteres y lea"Tamaño absoluto"y"Longitud de carretera"en los"datos extraídos".
  9. Obtenga la tortuosidad de longitud en el aire en la segmentación entre caracteres según la ecuación.
    NOTA: La segmentación del trazo entre caracteres fue una segmentación en el aire (Figura 2).
    1. Calcular la tortuosidad de longitud en el aire: 1-Tamaño absoluto/ Longitud de la carretera %.
      NOTA: La tortuosidad, definida por la relación de la longitud del arco con la distancia euclidiana entre los puntos finales, es una medida de curvatura y, por lo tanto, indexa la suavidad de una salida de escritura específica20. Una curva altamente tortuosa tiene varias curvas o curvas, mientras que una curva tortuosa baja es una con bucles/curvas relativamente anchos y más reclinura.
      PRECAUCIÓN: La mayoría de los nombres chinos se componen de dos o tres caracteres. Si la firma tiene dos caracteres, solo hay una segmentación de trazo entre caracteres. Si la firma tiene tres caracteres, hay dos segmentaciones de trazo entre caracteres. La tortuosidad de longitud en el aire en la segmentación entre caracteres sería un valor medio.

5. Análisis estadístico

  1. Evalúe las diferencias degrupo mediante la prueba t de un alumno. Un valor P inferior a 0,05 se consideró estadísticamente significativo. Realice todos los análisis estadísticos utilizando el paquete de software estadístico SPSS 22.0.

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Representative Results

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Los datos demográficos de las materias demostraron que todos los grupos coincidían bien en edad, género, nivel educativo, mano dominante y otros parámetros.

Como se muestra en la Tabla 1,durante la escritura del carácter chino " Equation 6 ", sujetos de edad avanzada con MCI exhibieron una velocidad absoluta promedio más baja del #3 (2.46 ± 0.40 vs 1.82 ± 0.55, P = 0.001) y #4 trazo (2.61 ± 0.46 vs 1.93 ± 0.50, P < 0.001) y una presión media de pluma más alta (237.43 ± 39.77 vs 281.99 ± 37.70, P = 0.001) en comparación con los sujetos ancianos sanos. Además, durante la firma de nombres chinos, los sujetos de edad avanzada con MCI mostraron una mayor tortuosidad en la longitud del aire en las segmentaciones entre los personajes en comparación con los sujetos ancianos sanos (12,57 ± 6,96 vs 31,66 ± 7,53, P < 0,001).

Figure 1
Figura 1: Carácter chino " Equation 6 " escrito en el software. (A). El carácter chino " Equation 6 " con sólo las segmentaciones en pantalla exhibidas. Los círculos rojos son los inicios y extremos de las segmentaciones. Las líneas azules son los seguimientos de segmentación en pantalla. B). El carácter chino " Equation 6 " con las segmentaciones tanto en el aire como en la pantalla expuestas. Las líneas azules son los seguimientos de segmentación en pantalla. Las líneas grises son las trazas de segmentación en el aire. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: Firmas chinas de ancianos sanos y sujetos de edad avanzada con MCI. (A). La firma china " Equation 7 " (un tema del grupo de ancianos sanos) con sólo las segmentaciones en pantalla exhibidas. Los círculos rojos son los inicios y extremos de las segmentaciones. Las líneas azules son los seguimientos de segmentación en pantalla. B). La firma china " Equation 7 " (un tema del grupo de ancianos sanos) con segmentaciones tanto en el aire como en la pantalla exhibidas. Las líneas azules son los seguimientos de segmentación en pantalla. Las líneas grises son las trazas de segmentación en el aire. Las áreas rojas enfatizan las segmentaciones de longitud en el aire entre caracteres (tortuosidad = 5,34%). El área izquierda es la segmentación entre " Equation 8 " y " ( tamaño absoluto = Equation 9 2.2226; longitud de la carretera = 2.4658; tortuosidad = 9,98%). El área derecha es la segmentación entre " Equation 9 " y " ( tamaño absoluto = Equation 10 2.9607; longitud de la carretera = 2.9821; tortuosidad = 0,71%). (C). La firma china " Equation 11 " (un tema de los ancianos con grupo MCI) con sólo las segmentaciones en pantalla exhibidas. Los círculos rojos son los inicios y extremos de las segmentaciones. Las líneas azules son los seguimientos de segmentación en pantalla. (D). La firma china " Equation 11 " (un tema de los ancianos con grupo MCI) con segmentaciones tanto en el aire como en la pantalla exhibidas. Las líneas azules son los seguimientos de segmentación en pantalla. Las líneas grises son las trazas de segmentación en el aire. El área roja hace hincapié en las segmentaciones de longitud en el aire entre caracteres (tamaño absoluto = 1.2100; longitud de la carretera = 1.7072; tortuosidad = 29,12%). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Ancianos sanos Ancianos con MCI Valor P
N=20 N=20
Género (hombre/mujer) 10/10 8/12 0.74
Edad (años) 69.70±4.51 70.39±3.42 0.602
Mano dominante (derecha%) 100 100
Educativo (años) 9.60±3.72 8.22±3.30 0.237
MMSE (puntuación) 28.90±0.79 26.33±0.77 <0.001
Velocidad absoluta media de 3# carrera de " Equation 6 " 2.46±0.40 1.82±0.55 0.001
Velocidad absoluta media de 4# carrera de " Equation 6 " 2.61±0.46 1.93±0.50 <0.001
Presión media de la pluma de " Equation 6 " 237.43±39.77 281.99±37.70 0.001
Tortuosidad de la longitud del aire "Signature" (%) 12.57±6.96 31.66±7.53 <0.001
MCI: Deterioro cognitivo leve
Carácter 3 " Equation 6 " es un movimiento horizonte.
Carácter 4 " Equation 6 " es un movimiento vertical.

Tabla 1: Datos demográficos y de análisis de escritura a mano de sujetos.

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Discussion

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Los pasos críticos en el protocolo confirman la legibilidad de " Equation 6 ". En detalle, dentro de un personaje entero, el trazo #3 debe ser más corto que los otros trazos horizonte, y el trazo #4 debe ser más corto que el trazo #2. Más específicamente, se necesitan más recursos de atención durante la escritura del trazo #3 y #4 trazo6,12, y ambos trazos tienen un límite de longitud similar. Una longitud de carrera inapropiada podría haber dado lugar a un sesgo en la detección de velocidad.

El software con la pantalla del digitalizador es un software de recopilación de datos en línea sin una forma similar a un lápiz-papel. Para comenzar y dejar de escribir, los sujetos necesitaban seguir las instrucciones de los investigadores o los instrumentos de inspiración. Estas condiciones explícitas podrían ser factores estresantes para los sujetos, distrayendo sus recursos de atención y afectando el desempeño de la escritura a mano. La solución de problemas de este método es aún más grave en pacientes de zonas rurales que no están familiarizados con los dispositivos electrónicos. Suficiente tiempo de calentamiento podría ser útil. Otra forma de minimizar los efectos de esta limitación es colocar una hoja de papel encima del digitalizador. Además, los dispositivos que pueden recopilar datos fuera de línea con formas similares a un lápiz y papel, como Smartpen más el bloc de notas Livescribe, podrían ser otra modificación. Por lo que sabemos, los datos del software MovAlyzeR y Smartpen serán compatibles en un futuro próximo.

En primer lugar, dado que el foco principal se centraba en el análisis dinámico de la escritura a mano, los parámetros estáticos, como el ancho y la altura del carácter, no se incluyeron ni analizaron en el estudio actual. En realidad, Equation 6 " " se ha confirmado como una buena tarea de escritura para detectar micrografía en PD12. En segundo lugar, algunos investigadores optaron por limitar el tamaño del personaje durante la tarea de escritura a mano (por ejemplo, 1 cm, 2 cm y 4 cm de amplitud)19. Como se ha encontrado, los sujetos requieren más tiempo para escribir en una amplitud más pequeña en relación con una más grande. No se estableció una amplitud definida en este estudio, mientras que la forma de los caracteres chinos podría ser un límite implícito para un trazo determinado.

Hasta donde sabemos, este es el primer estudio de un análisis de escritura digital para usuarios de caracteres chinos simplificados. Más tareas de escritura a mano con respecto a caracteres chinos simplificados se pueden utilizar para encontrar déficits cognitivos y disfunciones motoras en pacientes con trastornos neuropsiquiátricos.

Un análisis digital de escritura a mano puede complementar las pruebas cognitivas tradicionales lápiz-papel, tales como trail-making test, MMSE, Montreal Cognitive Assessment, y otros17,22. Analizar las características de escritura a mano durante una prueba cognitiva es un nuevo paradigma para las tareas duales motor-cognitivas23. Este método podría ser de ayuda para diagnosticar el síndrome de riesgo cognitivo motor y la enfermedad cerebral de los vasos pequeños.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Agradecemos al profesor Hans-Leo Teulings de Neuroscript LLD por el apoyo a la tecnología digital.

Este estudio fue apoyado por la Fundación Wu Jieping (Grant No.: 320.6750.18456).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Microsoft Surface Pro 2 computer
MovAlyeR 3.4 software
WACOM Cintiq digitizer

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Zhào, H., Zhang, Y., Xia, C., Liu, Y., Li, Z., Huang, Y. Digital Handwriting Analysis of Characters in Chinese Patients with Mild Cognitive Impairment. J. Vis. Exp. (169), e61841, doi:10.3791/61841 (2021).More

Zhào, H., Zhang, Y., Xia, C., Liu, Y., Li, Z., Huang, Y. Digital Handwriting Analysis of Characters in Chinese Patients with Mild Cognitive Impairment. J. Vis. Exp. (169), e61841, doi:10.3791/61841 (2021).

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