Summary
VisualEyes2020 （VE2020） 是一种自定义脚本语言，用于呈现、记录和同步视觉眼动刺激。VE2020 为共轭眼球运动（扫视和平滑追逐）、非共轭眼球运动（会聚）、调节和每种运动的组合提供刺激。两个分析程序统一了眼动追踪和住宿记录系统的数据处理。
Abstract
通过有目的的刺激和记录眼球运动，可以观察到眼球运动的潜在神经机制的基本特征。VisualEyes2020 （VE2020） 的开发基于缺乏可定制的基于软件的视觉刺激，可供不依赖传统单倍镜中的电机或执行器的研究人员使用。这种新的仪器和方法是为利用眼动追踪和自动验光仪系统的新型单倍镜配置而开发的。能够同步分析眼球运动和调节反应的分析软件为视力研究人员和临床医生提供了可重复的环境和可共享的工具。视觉和神经工程实验室（VNEL）的眼动分析程序（VEMAP）的建立是为了处理VE2020眼动仪产生的记录，而调节运动分析程序（AMAP）是为了处理相应自动验光仪系统的记录输出。VNEL 研究三种主要刺激：调节（模糊驱动的人工晶状体凸起变化）、会聚（向内、收敛旋转和向外、发散的眼睛旋转）和扫视（共轭眼球运动）。VEMAP 和 AMAP 利用类似的数据流流程、手动操作员交互以及必要时的干预;然而，这些分析平台推进了客观软件套件的建立，最大限度地减少了对操作员的依赖。图形界面及其相应算法的实用性允许以最少的操作员先前编码经验进行广泛的视觉实验。
Introduction
协调的双眼协调以及对视觉刺激的适当调节和眼动反应是日常生活的关键方面。当个体的收敛眼球运动反应速度降低时，通过眼动记录量化，可能会感知到双视力（复视）1，2。此外，一项 Cochrane 文献荟萃分析报告称，试图维持正常双眼视力的动眼神经功能障碍患者会出现常见的常见视觉症状，包括视力模糊/复视、头痛、眼压/劳损和舒适阅读困难3。快速共轭眼球运动（扫视）在缺乏时，可能对视觉目标反应不足或反应过度，因此这意味着需要进一步的连续扫视来纠正这个错误4。这些动眼反应也可能被调节系统混淆，其中来自镜头的光线聚焦不当会产生模糊5。
阅读或在电子设备上工作等任务需要协调动眼和调节系统。对于双眼眼动或调节功能障碍的个体，无法维持双眼融合（单眼）和锐利（清晰）视力会降低他们的生活质量和整体生产力。通过建立一种程序方法，通过可重复的仪器配置和客观分析，独立和协调地定量记录这些系统，可以理解有关适应特定缺陷的区别特征。与传统方法相比，眼球运动的定量测量可以导致更全面的诊断6 ，并有可能预测通过治疗干预 进行 补救的可能性。该仪器和数据分析套件为了解当前护理标准（如视觉治疗）背后的机制以及治疗干预可能对患者产生的长期影响提供了见解。在具有和没有正常双眼视力的个体之间建立这些定量差异可以提供新的个性化治疗策略，并根据客观结果测量提高补救效果。
迄今为止，还没有一个单一的商用平台可以同时刺激和定量记录眼动数据，并具有相应的调节位置和速度响应，这些数据可以作为单独的（眼动和调节）数据流进一步处理。调节和动眼神经位置和速度响应的信号处理分析分别确定了大约 10 Hz7 的最低采样要求和扫视眼球运动的建议采样率在 240 Hz 和 250 Hz 之间8，9。然而，眼球运动的奈奎斯特速率尚未确定，尽管会聚的峰值速度比扫视眼球运动低一个数量级。尽管如此，目前关于眼动记录和自动折射仪器平台集成的文献仍存在空白。此外，分析具有同步调节反应的客观眼动反应的能力尚未开源。因此，视觉和神经工程实验室 （VNEL） 通过创建 VE2020 和两个离线信号处理程序套件来分析眼球运动和适应反应，从而解决了同步仪器和分析的需求。VE2020可通过校准程序和刺激方案 进行 定制，以适应从基础科学到临床的各种应用，包括关于收敛不足/过量、发散不足/过量、调节不足/过量、脑震荡相关双眼功能障碍、斜视、弱视和眼球震颤的双眼视觉研究项目。VE2020由VEMAP和AMAP补充，随后为这些受刺激的眼睛和调节运动提供数据分析功能。
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Protocol
该研究创建并成功实施了该仪器和数据分析套件，已获得新泽西理工学院机构审查委员会HHS FWA 00003246批准F182-13的批准，并被批准为随机临床试验，发布在 ClinicalTrials.gov 标识符：NCT03593031上，由NIH EY023261资助。所有参与者阅读并签署了由大学机构审查委员会批准的知情同意书。
1. 仪器设置
- 监视连接和硬件
- VE2020 系统按顺时针顺序在空间上分配监视器。检查主控制监视器的索引是否为 0，以及所有后续监视器是否从 1 开始索引。确保所有显示器都由一台计算机管理（请参阅 材料表）。
- 确保刺激监视器的空间配置正确。在控制器桌面主屏幕中，右键单击控制器监视器，选择 显示 设置，然后导航到屏幕分辨率。选择 识别;这将为连接到控制计算机的每个激励显示器提供分配的监视器索引的可视化（图1）。
- 物理设备配置
- 确保眼动追踪系统位于光学中线上，相机距离最小为 38 厘米。检查自动验光仪系统是否位于光学中线上，距离眼睛 1 m ± 0.05 m。
- 通过参考 图 1 中的尺寸来验证硬件和设备的配置。
- 眼动追踪系统
- 确保根据制造商的说明配置和校准桌面和相应的眼动追踪硬件（请参阅 材料表）。
- 通过模拟分线接线盒 （NI 2090A） 建立 从桌面模拟输出到数据采集 （DAQ） 板的 BNC 电缆布线。有关 VE2020 的默认 BNC 端口配置，请参阅 表 1 。
注意： 与默认接线的偏差需要修改 Acquire.vi 和/或 TriggerListen.vi 文件中描述的指定端口，或编辑标准.txt文件中的默认标头顺序。 - 通过识别单端/差分 （SE/DIFF） 开关（参见 图 2）来配置模拟端子分线盒参考开关，并将开关设置为 SE。然后，确定接地选择 （RSE/NRSE） 开关（参见 图 2），并将接地参考设置为参考单端 （RSE）。
- 调节响应采集
- 按照制造商的建议执行自动折射仪的方向（见 材料表）。将自动验光仪配置为直接对齐，并执行基于操作员的手动自动验光器触发以存储自动验光仪记录数据。
- 确保使用外部可移动存储设备来保存自动折射仪数据。在启动自动验光仪软件之前卸下外部驱动器，并在软件运行后重新插入驱动器。在相应的存储设备中创建一个文件夹目录，用于识别参与者配置文件、会话时间和刺激。对每个实验性录制会话都遵循这种做法。
- 激活自动验光仪软件并插入外部存储设备后，开始校准自动验光仪。
- 用红外透射滤光片（IR Tx滤光片）单眼遮挡参与者的左眼10。将凸球试验透镜放在IR Tx滤光片前面（参见 材料表）。
- 双目呈现来自物理上靠近刺激监视器的高敏锐度 4° 刺激。
注意：一旦参与者将刺激报告为视觉单一且清晰（急性），参与者必须使用手持触发器进行校准。 - 双目呈现来自物理上靠近刺激监视器的高敏锐度 16° 刺激。
注意：一旦参与者将刺激报告为视觉单一且清晰（急性），参与者必须使用手持触发器进行。 - 对每个凸球透镜重复这些校准程序（步骤1.4.4-1.4.6），如下所示（屈光度）：−4、−3、−2、−1、+1、+2、+3 和 +4。
图 1：单倍镜控制和记录设备配置。 VE2020 用于顺时针显示器排序和尺寸标注的显示分度示例。这里，1是控制监视器，2是近左显示监视器，3是最左边的显示监视器，6是校准板（CalBoard），4是极右显示监视器，5是近右显示监视器。 请点击此处查看此图的大图。
表 1：BNC 端口图。 BNC 连接的约定。 请按此下载此表格。
图 2：分线盒开关参考。 演示 正确 的 NI 2090A 开关 位置。 请点击此处查看此图的大图。
2. 利用VE2020视觉显示器和VE2020 LED目标进行视觉刺激
- 开始校准VisualEyes2020刺激显示器。
- 打开名为 Pix2Deg2020.vi 的虚拟仪器 （VI） 文件。利用拉伸模式ID输入字段和显示器的相应显示指数选择要校准的显示器（图3）。
- 通过在“行”输入字段中键入刺激文件名来选择刺激图像（例如，RedLine.bmp）。
注意：请务必注意，Pix2Deg2020.vi 使用.bmp文件，而不是.dds文件。 - Pix2Deg2020.vi 运行，并调整刺激位置，直到它叠加在测量的物理目标上。
- 一旦虚拟图像与物理测量的目标对齐，记录给定度值的屏幕像素值。记录至少三个具有不同受刺激度要求的校准点及其相应的像素值。
- 确保在记录每个校准点后，VE2020 生成一个名为 Cals.xls 的输出文件。利用 Cal.xls 中的校准点，应用最佳拟合线性回归，将实验所需的眼动刺激需求（以旋转度数为单位）映射到像素中。记录像素校准的五点度数示例如图 4所示。
- 对不同的刺激图像（即，根据需要，背景或第二视觉刺激）和预期使用的每个刺激监视器重复此过程。
图 3：用于监控像素的受激发度。 用于校准 VE2020 的操作员视图的描述。从左到右，为给定的刺激监视器选择（拉伸模式ID）提供了对应于已知度值的记录像素值表，具有固定的纵横比，给定文件名，背景激励（BG）和前景激励（Line）。 请点击此处查看此图的大图。
图 4：像素到度校准斜率。 已知度值和测量像素值的单目校准曲线。 请点击此处查看此图的大图。
3. 发光二极管校准
- 利用垂直或水平平面上的三角恒等式确定实验旋转度（图5）。将旋转度数绘制为 LED 编号的函数。
- 将 LED 编号线性回归为旋转度数的函数。使用获得的关系来计算初始和最终的LED编号，这些数字将在实验过程中用作视觉刺激。
图 5：计算的旋转度数。 计算扫视眼球运动和会聚运动的角位移的方法，已知距离目标 （X） 和瞳孔间距离 （IPD）。 请点击此处查看此图的大图。
4. 软件编程
- 定义 VisualEyes 显示输入文件，并将其保存到激励库中，如下所示。
- 要定义每个刺激，请在实验之前打开一个新的文本 （.txt） 文件。在此文本文件的第一行，确认是否存在四个必需的制表符分隔参数：刺激时序;X 位置（像素）;Y 位置（像素）;和旋转（度）。此外，确认是否存在两个可选的连续参数：缩放 X（水平缩放）;和缩放 Y（垂直缩放）。
- 利用从校准得出的线性回归方程计算每个所需刺激度的像素值（参见步骤2.1.5）。
- 在文本文件的下一行中确认刺激在其初始位置和随后的最终位置呈现的长度存在并用制表符分隔。
- 将刺激文件保存在目录中，作为具有信息性文件名（例如stimulus_name_movement_size.vei）的VisualEyes输入（VEI）文件。
注意：每个刺激文件都是单眼定位的，因此必须为互补眼生成一个单独的文件，以唤起双眼运动。
- 对每个所需的实验刺激、相应的运动类型、运动幅度和眼睛重复这些程序。
5. DC 文件
- 为每个激励监视器创建一个激励库。将这些库命名为dc_1.txt到dc_7.txt。有关dc_1.txt和dc_2.txt文件中包含的设置，请参阅 表 2。
- 通过单击显示 >屏幕分辨率>识别来验证每个刺激监视器的数字 ID。确保设备 ID 是主 GPU（起始索引 0），并且窗口模式为 1。
- 验证“左”定义屏幕的左边界（以像素为单位），“顶部”定义屏幕的上边界（以像素为单位），宽度是屏幕的纵向宽度（以像素为单位），高度是屏幕的垂直高度（以像素为单位）。
- 建立刺激编号 （Stim#），它将刺激文件名和位置 （.dds） 相关联，并且如果 nostimulus.vei 文件是刺激编号 0，则将它们与刺激索引号相关联。对于随后的 stimulus_name.vei，列出能够在实验会话中使用的各种刺激文件。
注意：nostimulus.vei 文件在使用 ExpTrial 时很有用，因为 nostimulus.vei 不会呈现刺激（空白屏幕）。
表 2：DC 文件配置。 下表概述了 DC 文本文件格式。 请按此下载此表格。
6. LED输入文件定义和激励库存储
- 打开一个新的文本 （.txt） 文件，并在该文件中使用制表符分隔。用两个制表符分隔的零结束文本文件中的每一行。
- 在第一行中，定义初始时间和 LED（位置）值。在第二行中，定义最终时间和最终 LED 位置值。将 stimulus_name.vei 文件保存在目录中，并对所有刺激重复这些步骤。
- 完成后，将所有激励文件保存到激励库中，array_config.txt。
- 确保array_config.txt文件中的第一行是 VisualEyes 用于与具有默认输入值 COM1 的柔性视觉刺激器通信的通信 （COM） 端口;第二行是波特率，默认输入值为 9，600;第三行是数据位容量，默认输入值为 8 位;第四行是默认输入值为 0 的数据奇偶校验索引。文件中的后续行包含柔性视觉刺激器的刺激文件（图 6）。
- 检查配置文件编号，如图 6 所示;这是指任何给定刺激文件名的相应行索引，从索引零开始。
图 6：刺激库。 利用文本编辑软件，显示用于识别端口通信、波特率、数据大小和奇偶校验的格式，以及激励文件库 （.vei），为 VE2020 提供了成功运行所需的激励文件名。 请点击此处查看此图的大图。
7. 实验方案的脚本创建
- 打开一个新的文本 （.txt） 文件，编写实验协议命令的脚本，以便 VE2020 读取和执行。检查实验协议命令和文档的正确语法。 表 3 概述了 VE2020 语法约定。
注意：VE2020 将按顺序读取这些命令。 - 将目录中的文本文件保存为 VisualEyes 脚本 （VES），例如 script_name.ves。从之前的 VisualEyes 版本手册11 开始，检查具有输入和输出功能的软件功能表。 表 3 演示了三个新实现的更新函数。
表 3：VE2020 函数语法。 VE2020 具有特定的语法，如调用嵌入式函数和注释的表中所示。 请按此下载此表格。
8. 参与者准备和实验启动
- 获得同意和资格
- 使用以下一般参与者资格标准：年龄 18-35 岁，矫正单眼视力为 20/25（或更高），立体视力为 500 秒（或更好）弧形，以及 2 周（或更长时间）使用适当的屈光矫正。
- 按照既定做法使用以下收敛不足 （CI） 参与者资格标准12：收敛不足症状调查 （CISS）13 得分为 21 或更高，谢尔德标准14 失败，6 厘米（或更大，断裂时）近收敛点 （NPC） 和 4Δ（或更大）外差（近与远）。
- 使用以下对照参与者资格标准：CISS得分小于21，近远相差小于6Δ，NPC小于6厘米（休息时），通过Sheard标准，以及霍夫斯特特公式定义的足够最小调节幅度15。
- 使用以下一般参与者不合格标准：持续性斜视、既往斜视或屈光手术、休眠或表现的眼球震颤、脑病、损害调节、会聚或眼球运动的疾病、2Δ（或更大）垂直隐斜，以及无法执行或理解与研究相关的测试。CI不合格标准进一步包括通过Donder俯卧撑方法16的屈光度小于5的调节反应的参与者。
- 获得知情同意后，指导参与者坐在单倍镜中。
- 将参与者的前额和下巴靠在固定的头枕上，以尽量减少头部运动，并调整参与者的椅子高度，使参与者的颈部在整个实验过程中处于舒适的位置。
- 调整眼动记录摄像机，以确保参与者的眼睛在摄像机的视野内被捕获。
- 在单倍镜和眼动仪/自动验光仪中正确就位后，要求参与者在视觉上注视着视觉呈现的目标。在此设置期间，确保参与者的眼睛居中，以便视觉目标呈现在矢状面中部。
- 通过在视觉中线以双眼方式呈现高敏锐度目标来实现眼睛居中。当生理复视（复视）以注视目标为中心时，参与者在视觉中线对齐。
- 然后，调整眼动追踪门控和眼动追踪信号增益，以捕获解剖学特征，如角膜缘（虹膜和巩膜之间的边界）、瞳孔和角膜反射。
- 通过要求参与者执行重复会聚和/或扫视运动来验证眼动数据的捕获。
- 在初步验证和物理监视器校准之后，打开 ReadScript.vi。打开 ReadScript.vi 后，通过在左上角键入文件名来选择实验协议脚本。通过 ReadScript.vi 运行 协议，按左上角的白色箭头执行 Acquire.vi。
- 为参与者提供一个手持触发按钮，并说明当按下触发器时，数据收集将开始。控制监视器屏幕上将自动出现一个文件，Acquire.vi，该文件绘制了记录的眼动数据的预览。实验方案完成后，ReadScript.vi 自动停止，自动生成并存储数据输出文件。
9. VNEL 眼动分析程序
- 数据预处理
- 通过选择“ 预处理数据 ”按钮开始分析。将出现一个文件资源管理器窗口。从VE2020中选择一个或多个记录的数据文件进行预处理。
- 使用 20 阶巴特沃兹滤波器过滤数据：40 Hz 表示会聚眼球运动，120 Hz 或 250 Hz 表示扫视眼球运动。完成的预处理数据文件将作为 .mat 文件存储在 VEMAP 预处理文件夹中。
注意：VEMAP 的滤波频率可以根据应用调整为用户的首选截止频率。
- 校准
- 利用VE2020脚本中唤起的左眼和右眼位置的三个受刺激单眼校准运动，创建眼动刺激的线性回归（以度为单位），作为记录的电压值的函数。如图 7 的下图所示，使用相应的 Pearson 相关系数和回归公式对拟合进行定量评估。
- 利用每次回归的斜率作为相应的单目校准增益，将记录的（原始）电压转换为度数（校准）。
- 从实验校准中确定左右眼动反应的适当增益值。始终将校准增益应用于每个记录的眼动刺激部分。校准完所有机芯小节后，将出现一个确认窗口。
注意：选择单眼运动校准是因为收敛功能不全（我们实验室研究的主要眼运动功能障碍）的患者可能无法将双眼校准视为单一感知。如果记录的校准信号饱和或不线性相关（由于没有注意刺激、眨眼、扫视运动、眼睛流泪或闭上眼睛），则对左右眼运动反应应用标准化校准增益。这应该谨慎地进行，这些校准增益值应分别从先前参与者的左眼和右眼运动反应增益的大组水平平均值中得出。
- 分类
- 校准后，手动检查每个眼动反应，并使用各种分类标签进行分类，例如瞬态眨眼、对称、不对称、融合丧失、无运动（无反应）和饱和眼球运动。
- 查看 图 8 以供参考。上图（位置数据）是 4° 对称会聚阶跃刺激的响应。组合收敛运动以绿色显示，右眼运动以红色显示。左眼运动以蓝色显示。版本跟踪以黑色显示。下图显示了眼动位置响应的一阶导数速度，具有与上述相同的颜色模式。
- 数据分析
- 执行数据分析的 VEMAP 处理数据流中的最后一步，该步骤可在 VEMAP 用户界面 （UI） 中作为按钮访问，并在 图 9 中预览。将特定刺激类型和分类标签内的眼球运动绘制为集成图，如图 9右侧所示。
- 通过分类标签有选择地分析眼球运动的子集，或者通过选择类按钮整体分析眼球运动的子集，而无需应用任何分类过滤器。
- 检查主要眼动指标是否与每个记录的眼动相对应，例如潜伏期、峰值速度、响应幅度和最终振幅。
- 检查每个眼动响应，以确保每个记录的指标都有效。如果指标看起来不合适，请相应地重新测量记录的指标，直到适当的值准确反映每次移动。此外，如果记录的指标无法充分描述记录的眼动，则省略眼动或通过“重新分类”按钮 对其 提供的分类标签进行 重新分类 。
图 7：单目校准和相关斜率。 从电压值到旋转度数的眼动数据校准示例。 请点击此处查看此图的大图。
图 8：眼动软件分类。 受刺激眼动反应的分类。 请点击此处查看此图的大图。
图 9：眼动响应软件分析。 由 4° 对称阶跃变化刺激的绘图收敛响应示例（右），单个眼动响应指标以表格形式显示（左），组级统计数据以表格形式显示在响应指标下方。 请点击此处查看此图的大图。
10. 调节运动分析程序
- 数据配置
- 利用包含自动折射仪数据的外部存储设备，将数据导出到安装了 AMAP 的设备。AMAP 可作为独立的可执行文件提供，也可通过 MATLAB 应用程序安装 作为 本地应用程序使用。
- 启动 AMAP 应用程序。从 AMAP 中，选择“ 文件预 处理器”或 “批处理预处理器”。文件预处理器处理单个数据文件夹，而批处理预处理器处理选定的数据文件夹目录。
- 检查 AMAP 的进度条和通知，因为系统会在预处理所选数据时提供这些进度条和通知。文件夹目录是从 AMAP 的预处理中生成的，以便通过计算机的本地驱动器在AMAP_Output下 进行 数据处理透明度和可访问性。
- 如果在未事先处理数据的情况下选择了 AMAP 功能，请检查是否显示一个文件资源管理器窗口供用户选择数据目录。
- 执行如下所述的 AMAP 数据分析。
- 预处理后，通过“加载数据”按钮选择要分析的数据文件。这会将任何可用文件加载到默认为生成的AMAP_Output文件夹的当前文件目录中。所选数据文件名将显示在当前文件字段中。
- 在眼图选择器下，检查默认选择，该选择显示记录的调节折射的双目平均数据。
- 通过类型选择器在调节屈光和动眼会聚（凝视）之间切换数据类型。查看可用于显示数据指标以及一阶和二阶特征的更多图形自定义。查看图 10，了解可供操作员可视化的图形选项组合。
- 检查 AMAP 的默认指标，如下所示：峰值速度（度/秒）;响应幅度（度）;最终振幅（度）;响应起始指数（s）;峰值速度指数（s）;响应结束指数;凝视（会聚）速度（度/秒）;凝视反应幅度（度）;凝视最终振幅（度）;凝视反应起始指数;凝视速度指数（s）;凝视反应结束指数;和分类（二进制 0 - 不好，1 - 好）。
- 通过指标修改微调器对响应起始指数、响应结束指数和峰值速度指数执行修改（图 10）。
- 在分析显示的所有记录的运动后，将每个数据文件的分析指标保存在运动ID字段中或通过向左和向右的导航箭头。
- 选择“ 保存 ”按钮，将分析的数据导出到可访问的电子表格。未分析的运动的默认分类为非数字 （NaN），并且不会保存或导出。
- 对每个运动执行手动分类（好/坏），以确保任何操作员都能进行完整的分析。
图 10：AMAP 软件前端。 该图显示了 AMAP 的主用户界面，突出显示了用于数据的图形表示（图形选项）和数据分析（指标修改）的部分。 请点击此处查看此图的大图。
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Representative Results
VE2020诱发的受刺激眼球运动的组级集合图如图 11 所示，具有相应的一阶速度特征。
图 11：眼动反应集合。 显示了使用 VE2020 刺激的会聚台阶（左）和扫视（右）的集合图。每个眼动位置轨迹（度）都绘制为一条唯一颜色的线，并以红色覆盖组级速度响应。 请点击此处查看此图的大图。
从 AMAP 导出的特征可以在可访问的电子表格中可视化参与者级别和组级别的运动图（融合）和相应的指标（导出）（表 4）。导出的数据表提供了参与者表现的定量概述，并可以建立异常值去除的标准。
表 4：AMAP 软件分析导出。 AMAP 导出函数的示例，其中单个眼动响应逐行导出，并具有相应的主体和运动类型标识。 请按此下载此表格。
参与者表现的可视化也可以在AMAP中完成，如图 12所示，它显示了5°收敛响应的集合和相应的1.5屈光度调节响应，这是数据处理的结果。
图 12：调节运动响应集成。 该图演示了 AMAP 集成函数，该函数创建每个单独的运动响应轨迹（灰色）和平均响应（绿色）的叠加。 请点击此处查看此图的大图。
图11和图12展示了成功刺激和记录会聚和扫视眼球运动以及调节反应。假设来自VEMAP的校准程序给出了预期的4°会聚和5°扫视目标，图11显示，对于接受这些视觉任务的双眼正常参与者，可以满足预期的刺激。对于在AMAP内处理的调节响应，图12显示了1屈光度的近似调节响应，屈光度为1.5，这与自动折射器系统在不同参与者人口统计数据下的可变性一致17。这些结果可以进一步校准，利用恒定增益，遵循具有表4所示导出功能的各种实验参与者组的组级统计数据。因此，VE2020、VEMAP和AMAP的建立和成功实施，可以对受刺激眼动和调节反应指标的差异提供定量理解。
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Discussion
该方法在研究中的应用
最初的 VisualEyes2020 （VE2020） 软件的创新包括 VE2020 的可扩展性，可以通过一个或多个视觉刺激投影到多个显示器上，从而可以研究科学问题，从会聚18 的 Maddox 成分的量化到分散注意力的目标对指示目标的影响19.单倍镜系统扩展到VE2020以及VEMAP和AMAP的互补开发提供了一个独立的刺激和分析平台，与目前可用的眼动和住宿记录设备兼容。在成功创建VE2020刺激程序和随后的记录之后，将原始眼动位置和调节数据转换为有意义且可分析的数据子集，使研究人员能够使用必要的非侵入性工具全面研究普遍和潜在的视力功能障碍，例如通常发生或轻度创伤性脑损伤引起的功能障碍和收敛不足， 可以与双眼正常对照参与者的功能进行比较1，2，13，20。提供具有相应调节反应的眼动分析可增强对健康参与者和动眼神经功能障碍者中会聚和调节系统之间未知相互作用的科学理解21。
如图所示，通过VE2020，VEMAP和AMAP的联合配置，可以更好地理解功能障碍中的潜在神经控制机制22，23。通过VE2020的可重复视觉刺激，AMAP和VEMAP现在可以定量评估可能具有通过异常调节，会聚或版本反应表达的早期生物标志物的潜在神经功能障碍。将调节反应分析与来自先前孤立的视觉实验的耦合眼动记录统一起来，有助于研究获得更完整和可量化的分析结果。客观的分析和刺激方法提供了比较当前护理标准的有效性及其治疗结果的能力24，25。这些量化，加上主观的参与者症状调查，可以帮助确定改善结果的个性化补救策略。此外，通过评估这些可能引起症状的主要成分，可以建立检测损伤26 和严重程度评估的早期方法，并提高疗效。
协议中的关键步骤
眼球运动通常通过眼睛的旋转幅度（以度为单位）来衡量。 如图5所示，刺激平移运动到度的三角转换需要已知的瞳孔间距离（IPD）和到目标的测量距离。利用 IPD 的已知平均值可以为编写 VE2020 刺激序列脚本提供广义近似;但是，这些依赖于适当的校准。可以改变运动方向的符号约定;但是，这将改变VEMAP增益值的应用。VEMAP目前的扫视运动惯例如下：向右是积极的，向左是消极的。此外，对于会聚运动，收敛（向内旋转）为正，发散（向外旋转）为负。
如图7所示，刺激目标放置在1°、3°和5°处，代表从光学无限远向内单眼角旋转。左下图显示了左眼位置数据的三点线性回归，其中对于5°刺激，平均记录电压为−1 V，对于3°刺激，平均记录电压约为0.4 V，对于1°刺激，平均记录电压约为1.25 V。同样，对于右下图中的右眼位置，1°刺激的相应电压为−1.25 V，3°刺激的平均电压约为0 V，5°刺激的平均电压为1.1 V。
方法的局限性
该方法目前的局限性包括自动折射仪和眼动仪数据的标准化输出，因为AMAP和VEVAP被编程为处理这些数据格式。另一个限制包括，如果实验不吸引人，参与者可能会经常眨眼（闭上）眼睛，导致数据记录质量差。虽然其他动眼功能障碍，如斜视、弱视、眼球震颤和抑制可以利用VE2020、VEMAP和AMAP，但需要对这些特定的动眼神经功能障碍进行修改。
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Disclosures
作者没有利益冲突需要声明。
Acknowledgments
这项研究得到了美国国立卫生研究院对TLA的R01EY023261拨款以及向SNF提供的Barry Goldwater奖学金和NJIT教务长博士奖的支持。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Analog Terminal Breakout Box | National Instruments | 2090A | |
| Convex-Sphere Trial Lens Set | Reichert | Portable Precision Lenses | Utilized for autorefractor calibration |
| Graphics Cards | - | - | Minimum performance requirement of GTX980 in SLI configuration |
| ISCAN Eye Tracker | ISCAN | ETL200 | |
| MATLAB | MathWorks | v2022a | AMAP software rquirement |
| MATLAB | MathWorks | v2015a | VEMAP software requirement |
| Microsoft Windows 10 | Microsoft | Windows 10 | Required OS for VE2020 |
| Plusoptix PowerRef3 Autorefractor | Plusoptix | PowerRef3 | |
| Stimuli Monitors (Quantity: 4+) | Dell | Resolution 1920x1080 | Note all monitors should be the same model and brand to avoid resolution differences as well as physical configurations |
References
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