Waiting
Login processing...

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

Medicine

Virtual Reality-tools voor het beoordelen van eenzijdige ruimtelijke verwaarlozing: een nieuwe kans voor gegevensverzameling

Published: March 10, 2021 doi: 10.3791/61951
Automatic Translation
1,2, 2, 3, 2, 2, 1,2, 1,2,4
1Department of Neurology, University of Pennsylvania, 2Laboratory for Cognition and Neural Stimulation, University of Pennsylvania, 3Department of Psychology, Drexel University, 4Department of Physical Medicine and Rehabilitation, University of Pennsylvania

Summary

Het doel was om een nieuwe virtual reality-taak te ontwerpen, bouwen en testen om eenzijdige ruimtelijke verwaarlozing te detecteren en te karakteriseren, een syndroom dat 23-46% van de overlevenden van een acute beroerte treft, waardoor de rol van virtual reality in de studie en het beheer van neurologische ziekten wordt uitgebreid.

Abstract

Unilaterale ruimtelijke verwaarlozing (USN) is een syndroom dat wordt gekenmerkt door onoplettendheid voor of inactiviteit aan één kant van de ruimte en treft tussen 23-46% van de overlevenden van een acute beroerte. De diagnose en karakterisering van deze symptomen bij individuele patiënten kan een uitdaging zijn en vereist vaak bekwaam klinisch personeel. Virtual reality (VR) biedt een kans om nieuwe beoordelingsinstrumenten te ontwikkelen voor patiënten met USN.

We wilden een VR-tool ontwerpen en bouwen om subtiele USN-symptomen te detecteren en te karakteriseren, en om de tool te testen op proefpersonen die werden behandeld met remmende repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (TMS) van corticale gebieden geassocieerd met USN.

We creëerden drie experimentele omstandigheden door TMS toe te passen op twee verschillende gebieden van cortex geassocieerd met visuospatiale verwerking - de superieure temporale gyrus (STG) en de supramarginale gyrus (SMG) - en pasten sham TMS toe als een controle. Vervolgens plaatsten we proefpersonen in een virtual reality-omgeving waarin ze werden gevraagd om de bloemen te identificeren met laterale asymmetrieën van bloemen verdeeld over struiken in beide hemispaces, met dynamische moeilijkheidsaanpassing op basis van de prestaties van elk onderwerp.

We vonden significante verschillen in gemiddelde hoofdgier tussen proefpersonen gestimuleerd op de STG en die gestimuleerd op de SMG en marginaal significante effecten in de gemiddelde visuele as.

VR-technologie wordt toegankelijker, betaalbaarder en robuuster, wat een opwindende kans biedt om nuttige en nieuwe game-achtige tools te maken. In combinatie met TMS kunnen deze hulpmiddelen worden gebruikt om specifieke, geïsoleerde, kunstmatige neurologische tekorten bij gezonde proefpersonen te bestuderen, waarbij de creatie van VR-gebaseerde diagnostische hulpmiddelen voor patiënten met tekorten als gevolg van verworven hersenletsel wordt geïnformeerd. Deze studie is de eerste bij onze weten waarin kunstmatig gegenereerde USN-symptomen zijn geëvalueerd met een VR-taak.

Introduction

Unilaterale ruimtelijke verwaarlozing (USN) is een syndroom dat wordt gekenmerkt door onoplettendheid voor of inactiviteit aan één kant van de ruimte dat tussen 23-46% van de overlevenden van een acute beroerte treft, meestal met letsel aan de rechterhersenhelft en resulterend in een neiging om de linkerkant van de ruimte en / of het lichaam van de overlevende te negeren1,2. Hoewel de meerderheid van de patiënten met USN op korte termijn een significant herstel ervaart, blijven subtiele USN-symptomen vaak bestaan3. USN kan het risico op vallen van patiënten verhogen en activiteiten van het dagelijks leven belemmeren2,4 Het is ook aangetoond dat het zowel de motorische als de wereldwijde functionele uitkomsten negatief beïnvloedt5,6.

Tekorten in USN kunnen worden geconceptualiseerd als bestaand in meerdere dimensies, zoals of een persoon één kant van de ruimte negeert met betrekking tot zijn eigen lichaam (egocentrisch) of met betrekking tot een externe stimulus (allocentrisch)7,8,9, of dat een persoon niet in staat is om zijn aandacht (aandacht) of acties (opzettelijk) naar één kant van de ruimte te richten10 . Patiënten vertonen vaak een complexe constellatie van symptomen die langs meer dan één van deze dimensies kunnen worden gekenmerkt. Deze variabiliteit van USN-syndromen wordt verondersteld het gevolg te zijn van verschillende gradaties van letsel aan specifieke neuroanatomische structuren en neuronale netwerken, die complex zijn11. Allocentrische verwaarlozing is geassocieerd met laesies van de hoekige gyrus (AG) en superieure temporale gyrus (STG), terwijl de posterieure pariëtale cortex (PPC) inclusief de supramarginale gyrus (SMG) betrokken is bij egocentrische verwerking12,13,14,15. Aandachtsverwaarlozing wordt verondersteld laesies in de rechter IPL16 te omvatten, terwijl opzettelijke verwaarlozing wordt beschouwd als secundair aan schade aan de rechter frontale kwab17 of basale ganglia18.

Klinische beoordeling van USN is momenteel afhankelijk van pen-en-papier neuropsychologische instrumenten. Deze conventionele beoordelingsinstrumenten kunnen minder gevoelig zijn dan meer technologisch geavanceerde hulpmiddelen, wat resulteert in een verkeerde diagnose of onderdiagnose van sommige patiënten met USN19. Een betere karakterisering van resttekorten zou de levering van therapie aan patiënten met mildere USN kunnen vergemakkelijken en mogelijk hun algehele herstel kunnen verbeteren, maar een dergelijke karakterisering zou zeer gevoelige diagnostische hulpmiddelen vereisen. USN stelt vergelijkbare uitdagingen in de laboratoriumomgeving, waar het moeilijk kan zijn om te isoleren van de motorische en visuele beperkingen die gewoonlijk gepaard gaan met USN bij patiënten met een beroerte.

Virtual reality (VR) biedt een unieke kans om nieuwe tools te ontwikkelen voor de diagnose en karakterisering van USN. VR is een multisensorische 3D-omgeving gepresenteerd in de eerste persoon met real-time interacties waarin individuen in staat zijn om taken uit te voeren met ecologisch geldige objecten20. Het is een veelbelovend instrument voor het beoordelen van USN; de mogelijkheid om precies te bepalen wat de gebruiker ziet en hoort, stelt ontwikkelaars in staat om een breed scala aan virtuele taken aan de gebruiker te presenteren. Bovendien maken de geavanceerde hardware- en softwarepakketten die momenteel beschikbaar zijn het mogelijk om in realtime een schat aan gegevens te verzamelen over de acties van de gebruiker, inclusief oog-, hoofd- en ledemaatbewegingen, die veel verder gaan dan de statistieken die worden geboden door traditionele diagnostische tests21. Deze gegevensstromen zijn onmiddellijk beschikbaar, wat de mogelijkheid biedt voor real-time aanpassing van diagnostische taken op basis van gebruikersprestaties (bijvoorbeeld gericht op de ideale moeilijkheidsgraad voor een bepaalde taak). Deze functie kan de aanpassing van taken aan het brede scala aan ernst van USN vergemakkelijken, wat wordt beschouwd als een prioriteit bij de ontwikkeling van nieuwe diagnostische hulpmiddelen voor USN22. Bovendien kunnen meeslepende VR-taken een verhoogde belasting vormen voor de aandachtsmiddelen van de patiënt23,24, wat resulteert in meer fouten die de detectie van verwaarlozingssymptomen kunnen vergemakkelijken; inderdaad, van sommige VR-taken is aangetoond dat ze een verhoogde gevoeligheid hebben in vergelijking met conventionele papier-en-potloodmetingen van USN24,25.

In deze studie was het doel om een beoordelingsinstrument te creëren dat geen expertise in neurologie vereist om te werken en dat zelfs subtiele gevallen van USN betrouwbaar kan detecteren en karakteriseren. We bouwden een op virtual reality gebaseerde, game-achtige taak. Vervolgens hebben we een USN-achtig syndroom geïnduceerd bij gezonde proefpersonen met transcraniële magnetische stimulatie (TMS), een niet-invasieve hersenstimulatietechniek die gebruik maakt van elektromagnetische pulsen die worden uitgezonden door een handheld stimulatiespoel, die door de hoofdhuid en schedel van het onderwerp gaan en elektrische stromen in de hersenen van het onderwerp induceren die neuronen stimuleren26,27. Deze techniek is gebruikt in de studie van USN door anderen13,17,28,29,30, hoewel voor zover wij weten nooit in combinatie met een VR-gebaseerde beoordelingstool.

Veel onderzoekers werken al aan diagnostische en therapeutische toepassingen van VR-systemen. Recente beoordelingen31,32 onderzochten een aantal projecten gericht op de beoordeling van USN met VR-gebaseerde technieken, en een aantal andere studies met dit doel zijn gepubliceerd33,34,35,36,37,38,39,40,41 . De meeste van deze studies maken geen gebruik van de volledige aanvulling van VR-technologie die momenteel beschikbaar is voor de consumentenmarkt (bijv. Een head-mounted display (HMD) en eye-tracking inserts), waardoor hun datasets worden beperkt tot een kleiner aantal gemakkelijk kwantificeerbare statistieken. Bovendien werden al deze studies uitgevoerd bij patiënten met verworven hersenletsel dat leidde tot USN, waarvoor screeningmethoden nodig waren om ervoor te zorgen dat patiënten op zijn minst konden deelnemen aan de beoordelingstaken (bijvoorbeeld het uitsluiten van patiënten met grote gezichtsveldtekorten of cognitieve stoornissen). Het is mogelijk dat meer subtiele cognitieve, motorische of visuele tekorten onder de drempel van deze screeningsmethoden zijn gegaan, waardoor de resultaten van deze studies mogelijk worden verstoord. Het is ook mogelijk dat een dergelijke screening de steekproeven van deelnemers aan deze studies heeft vertekend in de richting van een bepaald subtype van USN.

Om de screeningsbias van eerdere studies te voorkomen, rekruteerden we gezonde proefpersonen en simuleerden we kunstmatig USN-symptomen met een standaard TMS-protocol dat goed is beschreven in een recent manuscript15, met als doel allocentrische USN-achtige symptomen te induceren door zich te richten op de STG en egocentrische USN-achtige symptomen door zich te richten op de SMG. We hebben de taak ontworpen om de moeilijkheidsgraad van de proef actief aan te passen aan de proef en om onderscheid te maken tussen verschillende subtypen van USN, met name allocentrische versus egocentrische symptomen. We hebben ook standaard papier- en potloodbeoordelingen van USN gebruikt om formeel aan te tonen dat de tekorten die we met rTMS hebben geïnduceerd USN-achtig zijn. We geloven dat de methode nuttig zal zijn voor andere onderzoekers die nieuwe VR-tools willen testen voor de beoordeling en revalidatie van USN.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Deze studie werd goedgekeurd door de lokale Institutional Review Board en voldoet aan alle criteria die zijn uiteengezet in good clinical practice guidelines. Alle deelnemers gaven geïnformeerde toestemming voordat de onderzoeksprocedures begonnen. Van de deelnemers aan het onderzoek werd verwacht dat zij deelnamen aan drie afzonderlijke sessies (weergegeven in tabel 1). De elementen van het experiment worden hieronder stapsgewijs beschreven. De volgorde van de sessie werd gerandomiseerd.

Sessie A Pre-rTMA VR-taak Rustende Motor Threshhold* rTMR bij STG of SMG Post-rTMS VR Gedragstaak
5/10 pulsen ontlokken MEP o vingertrekking (*Alleen eerste sessie) 110% RMT gedurende 20 minuten bij 1 Hz (1200 pulsen totaal)
15 min. 60 min. 20 min. 15 min.
Sessie B Pre-rTMA VR-taak Rustende Motor Threshhold* rTMR bij Vertex Post-rTMS VR Gedragstaak
5/10 pulsen ontlokken MEP o vingertrekking (*Alleen eerste sessie) 110% RMT gedurende 20 minuten bij 1 Hz (1200 pulsen totaal)
15 min. 60 min. 20 min. 15 min.
Sessie C Pre-rTMS papier & Potlood Gedragstaak Rustende Motor Threshhold* rTMR bij STG of SMG Post-rTMS papier & Potlood Gedragstaak
Bell's test; Ota's cirkel annulering; annulering van het verblijf; lijndoorsnede taak 5/10 pulsen ontlokken MEP o vingertrekking (*Alleen eerste sessie) 110% RMT gedurende 20 minuten bij 1 Hz (1200 pulsen totaal) Bell's test; Ota's cirkel annulering; annulering van het verblijf; lijndoorsnede taak
10 min. 60 min. 20 min. 10 min.

Tabel 1. Structuur voor elke studiesessie. De volgorde van de sessie werd gerandomiseerd. Geschatte tijd voor elk item cursief. MEP=motor evoked potential; rTMS= Repetitieve Transcraniële Magnetische Stimulatie; P & P = papier en potloodslag diagnostische tests; RMT=Rustmotor Threshold

1. Papier & potlood gedragstaken

  1. Laat het onderwerp de lijndoorsnedetaak (LBT) voltooien.
    1. Laat het onderwerp aan een tafel zitten recht tegenover de tester. Voorzie het onderwerp van een schrijfgerei. Geef het onderwerp het stimulusblad (figuur 1) en zorg ervoor dat het direct voor het onderwerp wordt geplaatst.
      OPMERKING: Hoewel niet uitgevoerd in dit experiment, zou het ideaal zijn om elke regel afzonderlijk te presenteren op afzonderlijke vellen papier om te voorkomen dat het onderwerp wordt vertekend met extra context (Zie Ricci en Chatterjee, 200142).
    2. Instrueer het onderwerp om elke regel op het stimulusblad te zeven (in tweeën verdelen) en kom zo dicht mogelijk bij het midden.
    3. Vertel het onderwerp om zijn hoofd en schouders zo goed mogelijk gecentreerd te houden, de taak zo snel en nauwkeurig mogelijk te voltooien en de tester op de hoogte te stellen wanneer ze klaar zijn. Controleer het onderwerp om ervoor te zorgen dat ze hun hoofd niet overmatig leunen of kantelen.
    4. Verzamel het blad van het onderwerp wanneer de proefpersonen zeggen dat ze klaar zijn.
  2. Laat het onderwerp de Bell's Test voltooien.
    1. Geef de proefpersoon het testprikkelblad van de Bell (figuur 2).
    2. Instrueer het onderwerp om alle bellen op het stimulusblad te omcirkelen of door te strepen, om dit zo snel en nauwkeurig mogelijk te doen, om hun hoofd en schouders zo gecentreerd mogelijk te houden en om de tester op de hoogte te stellen wanneer ze klaar zijn.
    3. Controleer het onderwerp om ervoor te zorgen dat ze hun hoofd niet overmatig leunen of kantelen. Wanneer het onderwerp zegt dat ze klaar zijn, vraag het onderwerp dan of ze het zeker weten en laat ze hun werk dubbel controleren.
    4. Verzamel het blad van het onderwerp wanneer de proefpersonen zeggen dat ze een tweede keer klaar zijn.
  3. Laat het onderwerp de annuleringstaak van de ster voltooien.
    1. Presenteer het onderwerp met het stimulusblad (figuur 3) en zorg ervoor dat het direct voor hen staat.
    2. Instrueer het onderwerp om alle sterren op het stimulusblad te omcirkelen of door te strepen, om dit zo snel en nauwkeurig mogelijk te doen, om hun hoofd en schouders zo gecentreerd mogelijk te houden en om de tester op de hoogte te stellen wanneer ze klaar zijn.
    3. Controleer het onderwerp om ervoor te zorgen dat ze hun hoofd niet overmatig leunen of kantelen.
    4. Verzamel het blad van het onderwerp wanneer de proefpersonen zeggen dat ze klaar zijn.
  4. Laat het onderwerp de annuleringstaak van de Ota-cirkel voltooien.
    1. Geef het onderwerp het ota-stimulusblad voor cirkelannulering (figuur 4) en zorg ervoor dat het direct voor het onderwerp wordt geplaatst.
    2. Instrueer het onderwerp om alle open / onvolledige cirkels door te strepen of te omcirkelen, om dit zo snel en nauwkeurig mogelijk te doen, om hun schouders zo gecentreerd mogelijk te houden en om de tester op de hoogte te stellen wanneer ze klaar zijn.
    3. Controleer het onderwerp om ervoor te zorgen dat ze hun hoofd niet overmatig leunen of kantelen.
    4. Verzamel het blad van het onderwerp wanneer de proefpersonen zeggen dat ze klaar zijn.
    5. Herhaal deze taak (stappen 1.4.1 tot en met 1.4.4) met een andere kopie van het stimulusblad, maar deze keer moet het stimulusblad 180 graden worden gedraaid vanaf de oriëntatie die het oorspronkelijk werd gepresenteerd.

2. TMS-procedures

  1. Maak een model voor neuronavigatie voorafgaand aan de eerste sessie.
    1. Verkrijg de 3T T1 MRI-scan van het onderwerp in een NIFTI- of dicom-bestandstype.
    2. Upload die MRI-scan naar de neuronavigatiesoftware om een 3D-weergave van de hersenen van het onderwerp te maken.
      1. Selecteer Nieuw leeg project in de software. Sleep de MRI-scan van het onderwerp naar het veld met het label "Bestand:".
      2. Ga naar het tabblad Reconstructies .
      3. Selecteer Nieuwe skin en sleep op het volgende scherm de groene grenslijnen om de volledige afbeelding van de hersenen te omvatten. Selecteer compute skin. Pas de huid-/luchtdrempel dienovereenkomstig aan om een optimale reconstructie te krijgen.
      4. Ga terug naar het tabblad Reconstructies en selecteer New Full Brain Curvilinear en sleep de groene grenslijnen om het hele beeld van de hersenen te omvatten. Stel de snijafstand in op 1 mm en stel de einddiepte in op 18 mm. Selecteer Kromlijnig berekenen.
      5. Ga naar het tabblad Oriëntatiepunten en selecteer Oriëntatiepunten configureren. Selecteer Nieuw om een oriëntatiepunt op de reconstructie te maken. Plaats oriëntatiepunten op het puntje van de neus, de brug van de neus, de linkertragus en de rechtertragus.
      6. Ga naar het tabblad Doelen en selecteer Doelen configureren. Selecteer de weergave Kromlijnige hersenen en doelen . Gebruik de inspecteur om te schillen tot een diepte van 5-7 mm.
      7. Volg de richtlijnen van Shah-Basak et al. (2018)14, Neggers et al. (2006)11 en Oliveri and Vallar (2009)39 om de superieure temporale gyrus of de supramarginale gyrus te lokaliseren en plaats een marker op die locaties.
      8. Plaats een marker waar de twee centrale sulci elkaar ontmoeten langs de mediane longitudinale fissuur voor schijnstimulatie op het hoekpunt.
  2. Zoek tijdens de eerste sessie de rustmotorische drempel van het onderwerp (kan vóór of na de gedragstaak worden voltooid).
    1. Laat het onderwerp voor een optische trackingcamera zitten en plaats een tracker op het onderwerp met behulp van een hoofdband of bril.
    2. Bevestig drie wegwerpelektroden op de rechterhand en pols van het onderwerp.
      1. Bevestig één schijfelektrode aan de eerste dorsale interossus van de proefpersoon. Bevestig een tweede schijfelektrode aan de tweede knokkel van het onderwerp op zijn rechter wijsvinger. Bevestig een aardelektrode aan de rechterpols van de proefpersoon.
    3. Sluit deze elektroden aan op een elektrodeadapter, die wordt ingevoerd in een MEP-trackingsoftware.
    4. Open het project van het onderwerp in de neuronavigatiesoftware door Nieuwe online sessie te selecteren.
    5. Selecteer de doelen die in deze sessie moeten worden gestimuleerd (Vertex, SMG, STG).
    6. Ga naar het tabblad Polaris en zorg ervoor dat de onderwerptracker zich in het zicht van de camera bevindt.
    7. Ga naar het tabblad Registratie .
    8. Raak met behulp van een aanwijzer die is geregistreerd bij de neuronavigatiesoftware het gezicht van de proefpersonen aan op dezelfde locaties als waar de oriëntatiepunten in stap 2.1.2.5 zijn geplaatst.
      1. Klik op Voorbeeld en ga naar Volgende oriëntatiepunt wanneer de aanwijzer voor elk oriëntatiepunt correct op het hoofd van het onderwerp is geplaatst.
    9. Ga naar het tabblad Validatie .
    10. Raak met behulp van de aanwijzer het onderwerp op verschillende plekken op hun hoofd aan en zorg ervoor dat het vizier op het scherm in lijn is met de plek waarnaar op het onderwerp wordt gewezen.
      1. Als ze niet op één lijn staan, voert u stap 2.2.8 opnieuw uit en zorgt u ervoor dat de aanwijzer zo nauwkeurig mogelijk op de oriëntatiepunten is geplaatst.
    11. Ga naar het tabblad Uitvoeren en zorg ervoor dat de volledige hersencurveweergave is geselecteerd, zodat de experimentator de hersengebieden die hij wil targeten, nauwkeurig kan lokaliseren.
    12. Stel het stuurprogramma in als de TMS-spoel die zal worden gebruikt.
    13. Sluit de handheld TMS-spoel aan op de TMS-machine.
    14. Schakel het TMS-apparaat in en stel in op enkele puls. Stel de stimulatie-intensiteit op de juiste manier in; in dit experiment werd 65% van de machine-output als uitgangspunt genomen.
    15. Plaats de handheld TMS-spoel aan de linkerkant van het hoofd van het onderwerp en stimuleer in de motorische cortex met behulp van enkele pulsen van TMS om de locatie te identificeren die de FDI stimuleert. Het kan nuttig zijn om een assistent te hebben om de vinger van het onderwerp te bekijken om te identificeren wanneer de FDI-spiertrekkingen als gevolg van stimulatie.
    16. Verander de stimulatie-intensiteit totdat stimulatie mep van ten minste 50 mV precies 5/10 keer opwekt, en dit zal de rustmotorische drempel (rMT) zijn.
  3. Stimulatie tussen de taken door
    1. Herhaal de stappen 2.2.1 tot en met 2.2.13 en vervang de handspoel door een luchtgekoelde TMS-spoel.
    2. Stel stimulatieparameters in op repetitief TMS met een snelheid van 1 Hz gedurende 20 minuten (1200 pulsen totaal) met een intensiteit van 110% van rMT in overeenstemming met parameters die zijn vastgesteld door Shah-Basak et al. (2018)15.
    3. Plaats een luchtgekoelde TMS-spoel met een ingebouwd koelsysteem op het hoofd van het onderwerp gericht op de SMG of STG voor actieve sessies of de Vertex voor schijnsessies (figuur 5).
    4. Ga verder met stimulatie.

3. VR gedragstaak

  1. Installeer ondersteunende software.
    1. Download en installeer de Pupil core-software vanaf de Pupil Labs-website.
    2. Download en installeer Unity 3D 2018.3 vanaf de Unity-website.
    3. Download en installeer de OpenVR-tool via Unity Asset Store of via Steam.
  2. Stel de VR-hardware in (bijvoorbeeld HTC Vive Pro).
    1. Plaats basisstations aan weerszijden van de kamer, zorg voor een duidelijke zichtlijn en sluit ze aan.
    2. Druk op de kanaal/modus-knop aan de achterkant van elke sensor om door kanalen te bladeren totdat een van hen is ingesteld op kanaal " b" en één is ingesteld op " c." Beide status-LED's moeten wit zijn.
    3. Installeer pupil labs verrekijker insert in HTC Vive Pro. Sluit de Link Box aan op de computer (Power, USB-A en HDMI of Mini DisplayPort).
    4. Sluit de headset aan op de Link Box. Pas de boven- en zijbanden van de headset aan. Pas de lensafstand aan.
  3. Start SteamVR.
    1. Start SteamVR door op het VR-pictogram in de rechterbovenhoek van Steam te klikken.
      1. Schakel controllers in met de aan/uit-knop.
      2. Klik op SteamVR op Instellingen | Koppel nieuw apparaat om elke controller te koppelen door de instructies op het scherm te volgen.
      3. Klik op Ruimte-instelling in het SteamVR-menu en volg de instructies op het scherm.
  4. Start Pupil Core Software.
  5. Plaats de headset op het hoofd van de zittende proefpersoon en geef ze beide controllers. Zorg ervoor dat de bandjes strak maar comfortabel zitten. Zorg ervoor dat beide ogen zichtbaar zijn door visueel te bevestigen dat ze gecentreerd zijn in de camerafeeds van de Pupil Core Software.
  6. Open de VR-taak in de Unity Editor en druk op de knop Afspelen .
  7. Voer het experiment uit.
    1. Vraag het onderwerp om recht vooruit te kijken en klik op de knop Tarracamera op het scherm.
    2. Klik op de knop Zelfstudie starten en wacht tot het onderwerp de zelfstudie heeft voltooid. De tutorial bestaat uit audio-instructies over de werking van de VR-systeemcontroller, beschrijvingen en voorbeelden van symmetrische (lok) en asymmetrische (doel)bloemen, en een oefensessie van 1 minuut met een klein aantal lok- en doelbloemen. De tutorial duurt 75-100 seconden en de prestatiegegevens van de tutorial worden niet verzameld.
    3. Wanneer het onderwerp is voltooid, klikt u op de knop Eye Tracking kalibreren .
      1. Als de kalibratie succesvol is, begint het onderwerp automatisch met de taak. Herhaal anders stap 3.7.3.
    4. Begin de eerste proefversie door op de knop Volgende proefversie te klikken.
      OPMERKING: Tijdens de VR-taak worden onderwerpen in een virtueel forest geplaatst (figuur 6). Drie gebogen buxushagen vormden een halve cirkel binnen bereikafstand voor het onderwerp. Elke proef bestond uit een wisselend aantal bloemen, elk met 16 bloemblaadjes, verdeeld over de hagen in een directe zichtlijn (figuur 7). Proefpersonen kregen de opdracht om alle asymmetrische "doelbloemen" te "plukken" (houd hun controller boven een bloem zodat de bloem zou markeren, druk vervolgens de triggerknop in met hun wijsvinger) en laat alle symmetrische "lokbloemen" met rust. Elke proef zou eindigen wanneer de proefpersoon met succes alle asymmetrische doelbloemen plukte, maar zou ook eindigen als de proefpersoon geen tijd meer had (tijdslimiet van 2 minuten) of als de proefpersoon per ongeluk alle symmetrische lokbloemen plukte. In al deze gevallen zouden de resterende bloemen op de struiken worden opgeruimd en zou de experimentator worden gevraagd om met de volgende proef te beginnen.
    5. Wacht tot de proefpersoon een onderzoek niet langer actief voltooit en herhaal stap 3.7.4 tenzij ten minste 12 onderzoeken zijn voltooid.
    6. Klik nogmaals op de knop Afspelen om de taak te beëindigen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Gegevens werden verzameld van gezonde individuen met behulp van het hierboven beschreven protocol om aan te tonen hoe de verschillende variabelen die kunnen worden geëxtraheerd uit de virtual reality-taak kunnen worden geanalyseerd om subtiele verschillen tussen groepen te detecteren.

In deze studie ondergingen 7 personen (2 mannen) met een gemiddelde leeftijd van 25,6 en een gemiddelde van 16,8 jaar onderwijs elk drie afzonderlijke sessies tms. Deze proefpersonen werden in twee groepen verdeeld: vier deelnemers kregen repetitieve TMS bij de supramarginale gyrus (SMG), terwijl drie andere deelnemers TMS-stimulatie kregen bij de superieure temporale gyrus (STG). Alle deelnemers kregen sham TMS tijdens een afzonderlijke sessie, die werd gebruikt als een covariate in analyses om rekening te houden met individuele variabiliteit in reactie op TMS. Tijdens elke sessie kregen de deelnemers de virtual reality-taak voor en na TMS-stimulatie toegediend om veranderingen in prestaties te onderzoeken.

Eerst werd de gemiddelde balhoofdhoek (figuur 8) onderzocht om te bepalen of de virtual reality-taak gevoelig genoeg was om een verschil tussen de SMG- en STG-groepen te identificeren. Head angle change scores werden berekend door pre-TMS scores af te trekken van de post-TMS scores. Een ANCOVA werd uitgevoerd om te bepalen of er een verschil was tussen groepen in balhoofdhoek na TMS-stimulatie. Sham TMS-hoofdhoekveranderingsscores werden gebruikt als een covariate om rekening te houden met individuele verschillen. Rekening houdend met het feit dat de analyses werden uitgevoerd met behulp van een kleine pilotsteekproef, werd een significant verschil gevonden in de scores voor balhoofdhoekverandering tussen de twee groepen, F (1,4) = 10,25, p = 0,03, waarbij de SMG-groep een gemiddelde veranderingsscore had die meer naar de rechterkant van de ruimte was gericht in vergelijking met de STG-groep (figuur 9).

Een vergelijkbaar patroon werd gevonden met behulp van de lijndoorsnedetest, waarbij de SMG-groep de lijn significant meer naar rechts plaatste in de post-TMS-toediening in vergelijking met pre-TMS, t(4) = 2,78, p = 0,04. Deze bevinding werd niet gevonden in de STG-groep, t(3) = 3,18, p = 0,56. Hoewel er geen significant verschil was in balhoofdhoek voor en na TMS in de virtual reality-taak in de SMG- of STG-groepen, toont de bevinding dat de SMG-groep een gemiddelde balhoofdhoekveranderingsscore had die significant meer naar rechts was gericht in vergelijking met de STG-groep een vergelijkbare bevinding. Deze bevinding van de virtual reality-taak komt overeen met de resultaten van de traditionele papier-en-potloodtaak, omdat beide een patroon aantoonden waarin de SMG-groep mogelijk een subtiele verwaarlozing had en meer naar rechts keek in vergelijking met de STG-groep. Gegevens die zijn verzameld uit de virtual reality-taak kunnen op individueel deelnemersniveau worden gevisualiseerd om de prestaties voor en na de TMS-stimulatie te onderzoeken, zoals te zien is in figuur 9.

Vervolgens werden bloemen gescheiden door welke kant van de bloem het defecte bloemblad bevatte (d.w.z. rechter bloemblad versus linker bloemblad, zie figuur 10) om specifiek te beoordelen op tekenen van allocentrische verwaarlozing op een individueel doelniveau. Hoewel er geen verschil was in de scores voor de verandering van de balhoofdhoek tussen de twee groepen voor bloemen met kortere bloemblaadjes aan de linkerkant, F(1,4) = 0,09, p = 0,78, was er een significant verschil in de scores voor de verandering van de balhoofdhoek tussen de twee groepen voor bloemen met een kleiner bloemblad aan de rechterkant, F(1,4) = 9,52, p = 0,04. Specifiek hadden deelnemers in de SMG-groep de neiging om verder naar rechts te kijken (hogere bloem-tot-kophoek, zie figuur 11) bij het zoeken naar het korte bloemblad aan de rechterkant van de bloem. De hoek van het hoofd van het onderwerp ten opzichte van de struik (struikhoek, zie figuur 12) is ook beschikbaar voor analyse, waardoor allocentrische verwaarlozing ten opzichte van de struik kan worden gedetecteerd. Deze analyses laten zien hoe variabelen specifieker kunnen worden gemaakt om subtiele, specifieke aspecten van verwaarlozing vast te leggen.

Er zijn een aantal andere manieren waarop de gegevens kunnen worden geanalyseerd. We onderzochten het gemiddelde aantal seconden dat deelnemers naar elke bloem keken om te bepalen of een groep meer moeite had met het identificeren van defecte bloemen (zoals gekenmerkt door meer seconden besteed aan het kijken naar de bloem). In dit voorbeeld werden gegevens geëxtraheerd van bloemen met een defect bloemblad dat 95% zo groot was als de rest van de bloemblaadjes, omdat deze schaal verondersteld werd het meest gevoelig te zijn. Een gemengde ANCOVA werd uitgevoerd om groep (SMG vs. STG) en bloemvisueel veld (rechts vs. links) te vergelijken. Pre- en post-TMS-veranderingsscores werden berekend en gebruikt als uitkomstvariabele om te onderzoeken of beide groepen een toename vertoonden in de tijd besteed aan het kijken naar bloemen na TMS. De schijn TMS-conditie voor zowel linker- als rechterbloemen werd opnieuw gebruikt als covarianten om rekening te houden met individuele variabiliteit. Hoewel er geen significant verschil was tussen groepen, F(1,3) = 0,12, p = 0,76, was er een marginaal significant verschil in bloemvisueel veld, F(1,3) = 5,62, p = 0,098 (figuur 13). Het effect bereikt geen statistische significantie; en er moeten meer onderwerpen worden beoordeeld. Desondanks dienen deze gegevens als een voorbeeld van hoe gegevens kunnen worden beperkt tot specifieke bloemtypen en gezichtsveld binnen de virtual reality-omgeving. Zoals deze analyses aantonen, kan het vergelijken van de prestaties van deelnemers onderzoekers een gevoelige en dynamische manier bieden om de effecten van TMS of verwaarlozing in het algemeen te meten, afhankelijk van de specifieke onderzoeksvraag van de examinatoren.

Figure 1
Figuur 1: Lijndoorsnede taak stimulusblad Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: Bell's test stimulus sheet Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: Star cancellation test stimulus sheet Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: Ota cirkel annulering stimulus sheet Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 5
Figuur 5: Repetitieve TMS-stimulatie; neuronavigatiesoftware (links), magnetische stimulatie-eenheid (midden) en luchtgekoelde spoel in positie boven auteur CH (rechts). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 6
Figuur 6: Virtuele bosomgeving gezien door het onderwerp tijdens de VR-taak Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 7
Figuur 7: Indeling van drie gebogen buxushagen met doel- en lokbloemen verdeeld over Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 8
Figuur 8: Balhoofdhoek - hoek tussen vooras van het hoofd en de romp Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 9
Figuur 9. Deze figuur toont twee analyses met behulp van de balhoofdhoek tijdens taakuitvoeringen:
(Links) SMG vs. STG groep balhoofd hoek verandering scores. Op deze schaal geeft een score van 0 aan dat ze naar het midden van elke bloem hebben gekeken, terwijl positieve scores aangeven dat ze naar rechts keken en negatieve scores aangeven dat ze naar links keken. De SMG-groep had positieve scores, wat aangeeft dat ze gemiddeld meer naar rechts keken na stimulatie, terwijl de STG-groep negatieve scores had, wat aangeeft dat ze na stimulatie meer naar links keken. SMG en STG groep hadden significant verschillende head angle change scores. (Rechts). Gemiddelde balhoofdhoek uitgezet voor elke deelnemer pre-TMS en post-TMS. De STG-groep vertoonde geen sterke verschillen voor en na TMS-stimulatie, in tegenstelling tot de SMG-deelnemers die na stimulatie meer naar het juiste gezichtsveld leken te kijken (zoals weergegeven door positieve getallen). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 10
Figuur 10: Asymmetrische doelbloemen, met links kleinere bloemblaadjes (links) en rechts kleinere bloemblaadjes. Klik hier voor een grotere versie van deze figuur.

Figure 11
Figuur 11: Hoek van bloem tot kop - hoek onderbroken door de voorste as van het hoofd en de bloem van het hoofd op het moment dat de bloem werd geplukt / geïdentificeerd Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 12
Figuur 12: Struikhoek - hoek onderbroken door de bloem en het midden van de bloemstruik vanaf het hoofd op het moment dat de bloem werd geplukt / geïdentificeerd Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 13
Figuur 13. Gemiddelde veranderingsscore voor seconden besteed aan het bekijken van elke bloem voor en na TMS. Negatieve scores geven aan dat deelnemers minder tijd besteedden aan het kijken naar bloemen in de post-TMS-administratie in vergelijking met de pre-TMS-administratie, terwijl positieve cijfers aangeven dat er meer tijd is besteed aan het kijken naar bloemen na TMS. Gegevens worden gescheiden door de vraag of bloemen zich in het linker versus rechter gezichtsveld binnen de virtuele omgeving bevonden. De gegevens werden ook gescheiden per groep (SMG vs. STG). Bloemen waren beperkt tot mensen met een defect bloemblad op een schaal van 0,95. Hoewel niet statistisch significant, was er een marginaal effect van het gezichtsveld van bloemen. Kwalitatief lijkt er een grotere variabiliteit te zijn voor bloemen in het linker gezichtsveld in vergelijking met het rechter. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

We hebben met succes USN-symptomen geïnduceerd en gemeten met respectievelijk TMS en VR. Hoewel we geen significante resultaten hadden in vergelijking met schijnproeven, waren we in staat om meerdere metrieken van egocentrische verwaarlozing (gemiddelde balhoofdhoek, tijd besteed aan het kijken naar bloemen in beide hemispace) en allocentrische verwaarlozing (prestaties bij het selecteren van bloemen met asymmetrische bloemblaadjes aan de linkerkant versus de rechterkant) tussen de verschillende experimentele groepen te vergelijken, en vonden we significante verschillen in gemiddelde balhoofdhoek tussen proefpersonen gestimuleerd bij de STG en degenen die werden gestimuleerd bij de SMG en marginaal significante effecten in de gemiddelde visuele as. Van belang is dat er nog steeds discussie is over de proportionele bijdrage van temporele (STG) en pariëtale (PPC) bijdrage aan USN-relevante ruimtelijke verwerking12,43, en de verhoogde rechte kophoek die we in de SMG-gestimuleerde groep hebben gedetecteerd, kan enige ondersteuning bieden voor de implicatie van PPC van de egocentrische variant van USN.

Er waren meerdere kritieke stappen in dit protocol. Deze methode wordt beperkt door de subtiele klinische effecten die worden bereikt met rTMS, dus de juiste stimulatieparameters en corticale regiotargeting zijn van cruciaal belang - TMS-stimulatie-intensiteit moet altijd gebaseerd zijn op de rMT en TMS-spoeltargeting moet altijd nauwkeurig worden bepaald met MRI-beelden met hoge resolutie en de juiste targetingsoftware zoals Brainsight. De methode wordt ook beperkt door de relatief korte duur van het remmende effect dat wordt gecreëerd door rTMS-stimulatie (~ 20 minuten, of ongeveer de duur van stimulatie26), dus een snelle overgang van rTMS-stimulatie terug naar de VR- of papier- en potloodtaken is van het grootste belang om dit effect te detecteren. Door ervoor te zorgen dat de VR-apparatuur is ingesteld en de software correct is gekalibreerd tijdens de pre-TMS VR-sessies, wordt het aandeel van de tijd na stimulatie dat wordt besteed aan het verzamelen van gegevens gemaximaliseerd.

Zoals opgesomd in de inleiding, hebben een aantal groepen nieuwe VR-gebaseerde tools ontwikkeld voor de beoordeling van USN. Veel van deze systemen maken ook gebruik van de verschillende meetvoordelen van geautomatiseerde taken, en sommige groepen hebben geprobeerd de verschillende subtypen van USN te onderscheiden, waaronder extrapersoonlijke versus peripersoonlijke verwaarlozingssymptomen en egocentrische versus allocentrische symptomen37,40. Wij zijn van mening dat de methode twee nieuwe bijdragen toevoegt aan dit bestaande werk. Ten eerste bieden we een breder scala aan datasets (hoofdpositie, eye tracking, enz.) die kunnen worden geanalyseerd om zelfs subtiele gevallen van USN te detecteren en te karakteriseren. Ten tweede hebben we USN-symptomen geïnduceerd bij gezonde vrijwilligers die TMS gebruikten, waardoor we ervoor konden zorgen dat de op VR gebaseerde diagnostische tool geïnduceerde USN-symptomen wasoleerde en de mogelijke verstorende effecten van visuele, motorische en cognitieve comorbiditeiten vermeed die werden gezien bij patiënten met verworven hersenletsel. Daarnaast staat de taak in contrast met een trend in recente onderzoeken die zich richt op navigatietaken. We stellen dat een taak die interactie vereist met een aantal gedistribueerde objecten over zowel linker- als rechterhemispaces potentieel veeleisender is en de gevoeligheid van de VR-taak als diagnostisch hulpmiddel kan verhogen. Bovendien zorgt dit formaat voor meer een spelachtige taak met meerdere proeven, wat op zijn beurt titratie van de moeilijkheidsgraad van de taak van ronde tot ronde mogelijk maakt. Dit type titratie helpt de taak plafond- en vloereffecten te voorkomen (d.w.z. de taak is te moeilijk voor mensen met aanzienlijke tekorten of te gemakkelijk voor mensen met subtiele tekorten).

Er zijn veel mogelijke toekomstige toepassingen van de methode. Met betrekking tot de studie van USN zijn we van mening dat de toevoeging van eye-tracking-gegevens VR-taken in staat zal stellen onderscheid te maken tussen aandachts- en opzettelijke symptomen door gegevens te scheiden die asymmetrie van zoekpatroon meten van gegevens die asymmetrie van motorische actie meten. Bovendien kan TMS worden gebruikt om specifieke neurologische tekorten buiten USN te isoleren, waardoor een middel wordt gecreëerd waarmee onderzoekers een breed scala aan nieuwe VR-hulpmiddelen kunnen ontwerpen en valideren om deze tekorten te helpen diagnosticeren en karakteriseren bij patiënten die lijden aan verworven hersenletsel. Hoewel de techniek gezonde deelnemers en kunstmatige neurologische tekorten omvat in een poging om USN op betrouwbare wijze specifiek te isoleren en te karakteriseren, zijn we van mening dat VR-tools die door de methode worden gevalideerd, vervolgens kunnen worden toegepast in populaties van patiënten met gemengde neurologische tekorten (motorisch, visueel, enz.) door middel van innovaties in de gebruikersinterface zoals EEG- of EMG-gebaseerde hersen-computerinterfaces44, 45. Bovendien kunnen VR-gebaseerde taken zoals die we hier presenteren ook worden aangepast om te dienen als cognitieve revalidatiehulpmiddelen, een groeiend gebied van onderzoek en ontwikkeling31,46.

We werden geconfronteerd met een aantal frustrerende problemen bij het testen. De eye tracking werd niet meer gekalibreerd bij kleine verschuivingen in de positie van de HMD en de software faalde soms. De applicatie had meer ontwikkeling nodig en leed aan corrigeerbare problemen zoals de uitgangspositie van het onderwerp en het bereik van de bloemplaatsing (sommige bloemen werden buiten het gezichtsveld van het onderwerp geplaatst en maakten sommige proeven ongeldig). We hadden te weinig onderwerpen. Niettemin waren we nog steeds in staat om de subtiele verstoringen van twee neurale netwerken geassocieerd met USN te detecteren met de nieuwe VR-tool. Hoewel het ambitieuze experiment marginale resultaten opleverde, geloven we dat veel van de uitdagingen waarmee het werd geconfronteerd, zullen worden verbeterd naarmate de technologie blijft verbeteren. We stellen dat de belofte van de resultaten, in combinatie met andere bemoedigende trends binnen het veld, het idee ondersteunt dat VR-systemen een uitstekend substraat zijn voor de ontwikkeling van nieuwe diagnostische hulpmiddelen voor USN.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door het University Research Fund (URF) van de Universiteit van Pennsylvania en de Student Scholarships in Cerebrovascular Disease & Stroke van de American Heart Association. Speciale dank aan de onderzoekers, clinici en medewerkers van het Laboratorium voor Cognitie en Neurale Stimulatie voor hun voortdurende ondersteuning.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AirFilm Coil (AFC) Rapid Version Magstim N/A Air-cooled TMS coil
Alienware 17 R4 Laptop Dell N/A NVIDIA GeForce GTX 1060 (full specs at https://topics-cdn.dell.com/pdf/alienware-17-laptop_users-guide_en-us.pdf)
BrainSight 2.0 TMS Neuronavigation Software Rogue Research Inc N/A TMS neural targeting software
CED 1902 Isolated pre-amplifier Cambridge Electronic Design Limted N/A EMG pre-amplifier
CED Micro 401 mkII Cambridge Electronic Design Limted N/A Multi-channel waveform data acquisition unit
CED Signal 5 Cambridge Electronic Design Limted N/A Sweep-based data acquisition and analysis software. Used to measure TMS evoked motor responses.
HTC Vive Binocular Add-on Pupil Labs N/A HTC Vive, Vive Pro, or Vive Cosmos eye tracking add-on with 2 x 200Hz eye cameras.
Magstim D70 Remote Coil Magstim N/A Hand-held TMS coil
Magstim Super Rapid 2 plus 1 Magstim N/A Transcranial Magnetic Stimulation Unit
Unity 2018 Unity N/A cross-platform VR game engine
Vive Pro HTC Vive N/A VR hardware system with external motion sensors; 1440x1600 pixels per eye, 90 Hz refresh rate, 110° FoV

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Heilman, K. M., Bowers, D., Coslett, H. B., Whelan, H., Watson, R. T. Directional Hypokinesia: Prolonged Reaction Times for Leftward Movements in Patients with Right Hemisphere Lesions and Neglect. Neurology. 35 (6), 855-859 (1985).
  2. Paolucci, S., Antonucci, G., Grasso, M. G., Pizzamiglio, L. The Role of Unilateral Spatial Neglect in Rehabilitation of Right Brain-Damaged Ischemic Stroke Patients: A Matched Comparison. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 82 (6), 743-749 (2001).
  3. Ringman, J. M., Saver, J. L., Woolson, R. F., Clarke, W. R., Adams, H. P. Frequency, Risk Factors, Anatomy, and Course of Unilateral Neglect in an Acute Stroke Cohort. Neurology. 63 (3), 468-474 (2004).
  4. Jutai, J. W., et al. Treatment of visual perceptual disorders post stroke. Topics in Stroke Rehabilitation. 10 (2), 77-106 (2003).
  5. Buxbaum, L. J., et al. Hemispatial Neglect: Subtypes, Neuroanatomy, and Disability. Neurology. 62 (5), 749-756 (2004).
  6. Numminen, S., et al. Factors Influencing Quality of Life Six Months after a First-Ever Ischemic Stroke: Focus on Thrombolyzed Patients. Folia Phoniatrica et Logopaedica: Official Organ of the International Association of Logopedics and Phoniatrics (IALP). 68 (2), 86-91 (2016).
  7. Ladavas, E. Is the Hemispatial Deficit Produced by Right Parietal Lobe Damage Associated with Retinal or Gravitational Coordinates. Brain: A Journal of Neurology. 110 (1), 167-180 (1987).
  8. Ota, H., Fujii, T., Suzuki, K., Fukatsu, R., Yamadori, A. Dissociation of Body-Centered and Stimulus-Centered Representations in Unilateral Neglect. Neurology. 57 (11), 2064-2069 (2001).
  9. Neggers, S. F., Vander Lubbe, R. H., Ramsey, N. F., Postma, A. Interactions between ego- and allocentric neuronal representations of space. Neuroimage. 31 (1), 320-331 (2006).
  10. Adair, J. C., Barrett, A. M. Spatial Neglect: Clinical and Neuroscience Review: A Wealth of Information on the Poverty of Spatial Attention. Annals of the New York Academy of Sciences. 1142, 21-43 (2008).
  11. Corbetta, M., Shulman, G. L. Spatial neglect and attention networks. Annual Review of Neuroscience. 34, 569-599 (2011).
  12. Marshall, J. C., Fink, G. R., Halligan, P. W., Vallar, G. Spatial awareness: a function of the posterior parietal lobe. Cortex. 38 (2), 253-260 (2002).
  13. Ellison, A., Schindler, I., Pattison, L. L., Milner, A. D. An exploration of the role of the superior temporal gyrus in visual search and spatial perception using TMS. Brain. (10), 2307-2315 (2004).
  14. Vallar, G., Calzolari, E. Unilateral spatial neglect after posterior parietal damage. Handb Clin Neurol; Theparietal lobe. Vallar, G., Coslett, H. B. , Elsevier. Amsterdam. 287-312 (2018).
  15. Shah-Basak, P. P., Chen, P., Caulfield, K., Medina, J., Hamilton, R. H. The Role of the Right Superior Temporal Gyrus in Stimulus-Centered Spatial Processing. Neuropsychologia. 113, 6-13 (2018).
  16. Verdon, V., Schwartz, S., Lovblad, K. O., Hauert, C. A., Vuilleumier, P. Neuroanatomy of hemispatial neglect and its functional components: a study using voxel-based lesion-symptom mapping. Brain. 133 (3), 880-894 (2010).
  17. Ghacibeh, G. A., Shenker, J. I., Winter, K. H., Triggs, W. J., Heilman, K. M. Dissociation of Neglect Subtypes with Transcranial Magnetic Stimulation. Neurology. 69 (11), 1122-1127 (2007).
  18. Chaudhari, A., Pigott, K., Barrett, A. M. Midline Body Actions and Leftward Spatial 'Aiming' in Patients with Spatial Neglect. Frontiers in Human Neuroscience. 9, 393 (2015).
  19. Rizzo, A. A., et al. Design and Development of Virtual Reality Based Perceptual-Motor Rehabilitation Scenarios. The 26th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , (2004).
  20. Steinicke, F. Being Really Virtual Immersive Natives and the Future of Virtual Reality. , Springer International Publishing. (2018).
  21. Tsirlin, I., Dupierrix, E., Chokron, S., Coquillart, S., Ohlmann, T. Uses of Virtual Reality for Diagnosis, Rehabilitation and Study of Unilateral Spatial Neglect: Review and Analysis. CyberPsychology & Behavior. 12 (2), 175-181 (2009).
  22. Barrett, A. M., et al. Cognitive Rehabilitation Interventions for Neglect and Related Disorders: Moving from Bench to Bedside in Stroke Patients. Journal of Cognitive Neuroscience. 18 (7), 1223-1236 (2006).
  23. Ricci, R., et al. Effects of attentional and cognitive variables on unilateral spatial neglect. Neuropsychologia. 92, 158-166 (2016).
  24. Bonato, M. Neglect and Extinction Depend Greatly on Task Demands: A Review. Frontiers in Human Neuroscience. 6, 195 (2012).
  25. Grattan, E. S., Woodbury, M. L. Do Neglect Assessments Detect Neglect Differently. American Journal of Occupational Therapy. 71, 3 (2017).
  26. Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety of TMS Consensus Group. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clinical Neurophysiology. 120 (12), 2008-2039 (2009).
  27. Pascual-Leone, A., Walsh, V., Rothwell, J. Transcranial Magnetic Stimulation in Cognitive Neuroscience - Lesion, Chronometry, and Functional Connectivity. Current Opinion in Neurobiology. 10 (2), 232-237 (2000).
  28. Oliveri, M., et al. Interhemispheric Asymmetries in the Perception of Unimanual and Bimanual Cutaneous Stimuli. Brain. 122 (9), 1721-1729 (1999).
  29. Salatino, A., et al. Transcranial Magnetic Stimulation of Posterior Parietal Cortex Modulates Line-Length Estimation but Not Illusory Depth Perception. Frontiers in Psychology. 10, (2019).
  30. Oliveri, M., Vallar, G. Parietal versus temporal lobe components in spatial cognition: Setting the mid-point of a horizontal line. Journal of Neuropsychology. 3, Pt 2 201-211 (2009).
  31. Ogourtsova, T., Souza Silva, W., Archambault, P. S., Lamontagne, A. Virtual Reality Treatment and Assessments for Post-Stroke Unilateral Spatial Neglect: A Systematic Literature Review. Neuropsychological Rehabilitation. 27 (3), 409-454 (2017).
  32. Pedroli, E., Serino, S., Cipresso, P., Pallavicini, F., Riva, G. Assessment and rehabilitation of neglect using virtual reality: a systematic review. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 9, 226 (2015).
  33. Peskine, A., et al. Virtual reality assessment for visuospatial neglect: importance of a dynamic task. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 82 (12), 1407-1409 (2011).
  34. Mesa-Gresa, P., et al. Clinical Validation of a Virtual Environment Test for Safe Street Crossing in the Assessment of Acquired Brain Injury Patients with and without Neglect. Human-Computer Interaction - INTERACT 2011 Lecture Notes in Computer Science. , 44-51 (2011).
  35. Aravind, G., Lamontagne, A. Perceptual and Locomotor Factors Affect Obstacle Avoidance in Persons with Visuospatial Neglect. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 11 (1), 8 (2014).
  36. Pallavicini, F., et al. Assessing Unilateral Spatial Neglect Using Advanced Technologies: The Potentiality of Mobile Virtual Reality. Technology and Health Care. 23 (6), 795-807 (2015).
  37. Glize, B., et al. Improvement of Navigation and Representation in Virtual Reality after Prism Adaptation in Neglect Patients. Frontiers in Psychology. 8, (2017).
  38. Yasuda, K., Muroi, D., Ohira, M., Iwata, H. Validation of an Immersive Virtual Reality System for Training near and Far Space Neglect in Individuals with Stroke: a Pilot Study. Topics in Stroke Rehabilitation. 24 (7), 533-538 (2017).
  39. Spreij, L. A., Ten Brink, A. F., Visser-Meily, J. M. A., Nijboer, T. C. W. Simulated Driving: The Added Value of Dynamic Testing in the Assessment of Visuo-Spatial Neglect after Stroke. Journal of Neuropsychology. 31, (2018).
  40. Ogourtsova, T., Archambault, P. S., Lamontagne, A. Post-Stroke Unilateral Spatial Neglect: Virtual Reality-Based Navigation and Detection Tasks Reveal Lateralized and Non-Lateralized Deficits in Tasks of Varying Perceptual and Cognitive Demands. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 15, 1 (2018).
  41. Ogourtsova, T., Archambault, P., Sangani, S., Lamontagne, A. Ecological Virtual Reality Evaluation of Neglect Symptoms (EVENS), Effects of Virtual Scene Complexity in the Assessment of Poststroke Unilateral Spatial Neglect. Neurorehabilitation and Neural Repair. 32 (1), 46-61 (2018).
  42. Ricci, R., Chatterjee, A. Context and crossover in unilateral neglect. Neuropsychologia. 39 (11), 1138-1143 (2001).
  43. Karnath, H. O., Ferber, S., Himmelbach, M. Spatial awareness is a function of the temporal not the posterior parietal lobe. Nature. 411, 950-953 (2001).
  44. Spicer, R., Anglin, J., Krum, D. M., Liew, S. REINVENT: A low-cost, virtual reality brain-computer interface for severe stroke upper limb motor recovery. 2017 IEEE Virtual Reality (VR). , Los Angeles, CA. 385-386 (2017).
  45. Vourvopoulos, A., et al. Effects of a Brain-Computer Interface With Virtual Reality (VR) Neurofeedback: A Pilot Study in Chronic Stroke Patients. Frontiers in Human Neuroscience. 13, 210 (2019).
  46. Gammeri, R., Iacono, C., Ricci, R., Salatino, A. Unilateral Spatial Neglect After Stroke: Current Insights. Neuropsychiatric Disease and Treatment. 16, 131-152 (2020).

Tags

Geneeskunde Nummer 169 virtual reality verwaarlozing diagnostiek technologie beroerte neurologie
Virtual Reality-tools voor het beoordelen van eenzijdige ruimtelijke verwaarlozing: een nieuwe kans voor gegevensverzameling
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Schwab, P. J., Miller, A., Raphail,… More

Schwab, P. J., Miller, A., Raphail, A. M., Levine, A., Haslam, C., Coslett, H. B., Hamilton, R. H. Virtual Reality Tools for Assessing Unilateral Spatial Neglect: A Novel Opportunity for Data Collection. J. Vis. Exp. (169), e61951, doi:10.3791/61951 (2021).

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