Yöntem makalesi

Eye-Tracking Kontrol Amyotrofik Lateral Skleroz Hastalarında Bilişsel Fonksiyonlar değerlendirin

8.1K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/54634

⸱

13 Ekim 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurology, Ulm University, 2Institute of Medical Technology, Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg

Bu makalede

Özet

Bilişsel eksiklikler, konuşma ve hareket yeteneklerinde ilerleyici bozukluklara yol açan nörolojik bir durum olan amyotrofik lateral sklerozlu hastaların yaklaşık üçte birinde yaygındır. Konuşamayan veya yazamayan hastalarda bilişsel testler yapmak için güvenilir ve uygulaması kolay bir göz izleme paradigması geliştirilmiştir.

Özet

Amyotrofik lateral skleroz (ALS), üst ve alt motonöronların patolojik tutulumu ile seyreden ve daha sonra motor ve konuşma yeteneklerinde ilerleyici kayba yol açan nörodejeneratif bir hastalıktır. Ek olarak, hastaların bir alt kümesinde bilişsel işlevler bozulur. Ciddi fiziksel engelli ALS hastalarında bu potansiyel eksiklikleri değerlendirmek için, göz izleme, bilişsel testler yapmak için umut verici bir araçtır. Bu makale, bedensel engelli hastalar için dolaylı bir iletişim aracı olan göz hareketlerinin ayrıntılı nöropsikolojik değerlendirmeye olanak sağlamak için nasıl kullanılabileceğine odaklanmaktadır. ALS hastalarında yeterli göz takibi için okülomotor parametreler açısından karşılanması gereken gereksinimler sunulmuştur. Bilişsel işleyişi başarılı bir şekilde değerlendirmek için en uygun olan nöropsikolojik testlerin türü ve sunum tarzı da dahil olmak üzere uyaranların özellikleri de açıklanmaktadır. Ayrıca, usule ilişkin gerekliliklere ilişkin öneriler de verilmektedir. Genel olarak, bu metodoloji, şiddetli ALS'li hastalar gibi konuşamayan veya yazamayan hastalarda bilişsel eksiklikleri değerlendirmek için güvenilir, yönetimi kolay ve hızlı bir yaklaşım sağlar. Tek kafa karıştırıcı faktör, ALS hastalarının bir alt kümesinde gönüllü göz hareketi kontrolündeki eksiklikler olabilir.

Giriş

Amyotrofik lateral skleroz (ALS), genellikle 3 ila 5 yıl içinde ölüme sebep ölümcül nörodejeneratif bir hastalıktır. Patoloji sırasında, hareket yetenekleri 1 solunum ve bulber işleyişi yanı sıra bozuklukların ilerleyici kaybı ile başvurmaktadır. Bu frontotemporal demans 2 bazı klinik, patolojik ve genetik özellikleri paylaşır ve iyi ALS hastalarının yaklaşık% 30 bilişsel bozuklukların 3 sergilediği belgelenmiştir. Bu açıkları yürütücü işlevler, sözel akıcılık ve dil 4 alanlarına en önemli ve hayatta kalma 5, uyum 6 ve bakıcı yükü 7 üzerinde bir etkiye sahip. Böylece, güvenilir nöropsikolojik değerlendirme bu hastalıkta çok önemlidir.

Motor ve konuşma yetenekleri ilerleyen bozuklukları, ancak, hastalığın 8 ileriki aşamalarında bilişsel yeteneklerin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi için sınırlayıcı bir faktör vardır. OnaE, okülomotor temelli yaklaşımlar temel göz hareketi kontrol hastalar 9 çoğunluğu için ALS sırasında bir nispeten uzun süre bozulmadan kaldığı sürece, çok umut verici görünmektedir. Eye-tracking parametreler kendisi ALS 10 hastalarında bilişsel durumu hakkında bilgi edinmek ve aynı zamanda ALS 11 sıralı yayılma paterni ile korelasyon için kullanılır olmuştur. ALS bağlamında bilişsel testler kontrol etmek için bir araç olarak göze hareketi, daha önceki çalışmalarda araştırılmıştır. Bir çalışmada bir okülomotor tabanlı bir sürümünü kullanarak sağlıklı kontrollerde kullanılabilirliğini göstermiştir başarıyla Trail Verme başka bilişsel performansa dayalı sağlıklı kontroller ve ALS hastalarından ayırt etmek ve bilişsel daha az bozulmuş hastalar arasında ayrım uygun bulunan oysa Testi 12 13.

Burada anlatılan araştırma AL bilişsel bozuklukları incelemek için bir okülomotor tabanlı bir metodoloji kullanılmıştırS hastalar, özellikle yürütücü işlevler etki alanında. İki iyi valide ve yaygın olarak kullanılan nöropsikolojik testler göz hareket kontrolü adapte edilmiştir: Raven renkli ilerici matrisler (CPM) 14 ve D2-testi 15. CPM yürütme ve görsel-uzamsal yetenekler yanı sıra sıvı zekayı ölçmek için kullanılan bir sözel olmayan bir araçtır. D2-testi de seçici ve sürekli dikkat ve görsel işleme hızı alanlarında yönetici işlev bozukluğunu ortaya çıkarmak için kullanılan bir sözel olmayan bir araçtır. Her ikisi de yaygın başarıyla hastalık 16 ve sağlıklı kontrollere 17 oranla ALS hastalarının nöropsikolojik durumunun sırasında olası bilişsel gerileme değerlendiren önceki çalışmalarda istihdam edilmiştir klinik araçlar kullanılır.

Bu çalışmanın amacı, bir rel kullanarak hareket ve konuşma engelli ALS bağımsız bilişsel başarılı değerlendirme için şartları göstermektiCPM ve D2-testi iable, eye-tracking tabanlı sürümü. Önemlisi, burada açıklanan yöntem potansiyeline sahip ağır motor bozukluğu olan hastalarda diğer popülasyonları incelemek için genişletilecek.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Çalışma Ulm Üniversitesi (Açıklama No. 19/12) Etik Kurulu tarafından onaylandı ve protokol bu nedenle yönergeleri takip nitelendirdi. Tüm katılımcılar yazılı bilgilendirilmiş onam alındı.

1. Uyarılar ve Test Ortamı

  1. minimumda dikkat dağıtıcı tutmak için karanlık ya da çok loş ışıklı ve sessiz bir odada araştırma yapmak.
  2. Uygun bir göz izleme aygıtı kullanın.
    NOT: göz hareketi çalışmaları yapmak için kullanılabilir cihazlar geniş bir çeşitlilik vardır. Mevcut araştırmada gözlük ile taşınabilir bir göz hareketi kayıt cihazı eşzamanlı bir kızılötesi ışık yayan diyot (IR LED), her göz için 18 biriyle iki entegre kameralar kullanılarak, binoküler göz pozisyonları ölçmek, hangi kullanıldı.
    1. Optimal göz takibi sağlamak serbestlik 6 derece onları eğerek el göz hareketi algılama kadar (3 öteleme, 3 dönme) kameralar ayarlamak için en uygunudur.
      NOT:Sistemin ölçümleri kayıt kalitesi ve katılımcıların tepki davranışlarını izlemek için bir deneycinin ekranda gerçek zamanlı olarak gösterilir. Sistemin temel özellikleri aşağıda tarif edilmiştir ve ayrıntılı özellikleri Tablo 1 'de verilmiştir.
  3. göz hareketleri kontrol eksikliklerini tespit edebiliyor standart okülomotor test paradigması, uygulamak.
    NOT: (. Örneğin, Gorges ve arkadaşları tarafından açıklanan yöntemler 2015 11) Bu bozulmuş göz hareketi kontrolü ile katılımcılar kötü performans hangi düzgün takip veya sakkaddan görevler gibi görevler bir dizi olabilir. Bu katılımcılar daha fazla test dışında gerekir.
  4. Konu kafa 11 üzerine monte projektör aracılığıyla hemi-silindirik ekranda uyaranlara projeler uygun yazılımı kullanarak mevcut görevler. D2 için mevcut Ayrıca, bir kırmızı lazer nokta (: 0.3 °, pozisyon 10 ° dikey çap) emin oluntest.
  5. Bu göz ekran arasındaki mesafenin yaklaşık 150 cm, böylece ayarlanabilir çene geri kalanı ile yükseltilmiş bir sandalyede katılımcıları Seat.
  6. Kullanım Deneyin ilk bölümü için A ve CPM B (her set için 12 uyaran) ayarlayın. matristen kesip 6 ° genişliğinde ve 5 ° yüksek boş alana uygun olabilir aşağıda gösterildiği altı olası alternatifleri ile 22 ° uzun / 15 ° yüksek matrisler gibi bu uyaranları göster.
  7. 11 ° 'lik bir yükseklik ve genişliğe sahip ekranın ortasında birbiri ardına standart D2-testi 15 6, ve onlara bir uyarıcı tasvir - D2-testi için 2 satır karşılık, 47 uyaranlara beş blokları kullanmak 2.5 °. Her uyaran 2000 msn süren emin olun.

2. Denemenizi Çalıştırma

  1. Deney başlamadan önce, çalışma etik standartlara uygun olduğundan emin olmak için bir yazılı bilgilendirilmiş gönüllü olur formu doldurmak için isteyin.
  2. genel talimatları verino / o anda uyanıklığı ve dolayısıyla bilişsel performansı etkileyen herhangi bir ilaç ise CNS-aktif ilaçlar için deney ve kontrol, yani amacını ve prosedürü ile ilgili, katılımcıdan.
  3. cep telefonları ya da çağrı cihazları gibi, potansiyel bir rahatsızlık olabilecek tüm aygıtları kapatın.
  4. rahatça optimum pozisyonda çene geri kalanı ile koltuk katılımcılar. tüm ekran görünür olduğundan emin olun ve tüm deney sırasında duruş korumak için katılımcıdan.
  5. Çene geri kalanı kendi başını yer ve onların başının üzerine videooculography gözlük yerleştirmek için isteyin. Bireysel kafa boyutu / şekle göre ayarlayın.
    NOT: Böylece, ölçüm sırasında katılımcı için konfor ve kayma istenmeyen minimal risk arasındaki en iyi olası bir uzlaşma yapılmalıdır.
  6. Her iki gözü deneycinin ekran üzerinde görünür olduğundan emin olun nereye g içinde iki göz hareketi kayıt kameraların görüntülerioggles görüntülenir ve ardından ekranda resimleri ortalamak için kameralar odaklanmıştır.
    NOT: Bir yanlış keskinliği bir rahatsız sinyale yol açabilir gibi bu optimum algılama ve öğrenci takibi için önemlidir.
  7. her zaman göz hareketleri sürekli kaydedilmesini sağlamak için, hemi-silindirik ekranın her köşesinde bakmak için katılımcı talimat sistemin kalibrasyonu başlar. sinyali kaybolduğunda durumda, sorunu çözmek için gözün ilgili gözbebeğinin izleme kameranın açısını değiştirir.
  8. Yukarıda açıklanan standart okülomotor test paradigma başlatın ve bu bozuk görev performansının neden olacaktır önemli görme engelli tüm hastaları hariç.
  9. yatay salınım, ekranda tek bir nokta izlemek için katılımcı bilgilendirin (± 20 °) ve daha sonra dikey 0.125 Hz frekans ile (± 15 °) göz hareketleri kayıt cihazından olmayan kalibrasyon Ortogonalleştirilmiş 'ham' verilerini eşleştirmek için winci sistemin kalibrasyonu için 'gerçek' Ortogonalleştirilmiş göz konumuna saygı.
  10. Kalibrasyon kabul edilebilir olup olmadığını 'gerçek' göz hareketleri ve 'ham' veriler mekansal ve zamansal senkronize ise, yani, kontrol ve daha sonra bu kötü veri kalitesi elde edebileceğiniz gibi kafasını hareket katılımcı talimat.
    Not: videooculography cihazının pozisyonu ve söz konusu yeniden kalibrasyon için bir ihtiyaç vardır, böylece, deney sırasında sabit olması beklenmektedir.
  11. CPM için eğitim oturumu prosedürü açıklar:
    1. Onlar sonsuz zaman var olan hemi-silindirik ekranda yaklaşan matrisler altında eksik parçaları belirlemek için konuyu söyleyin. Bir seçim yaptıktan sonra, konu 1500 milisaniye her eksik parçaları olası alternatiflerin hepsi özetleyen bir yeşil çerçeve başlamak için en az 250 milisaniye boyunca gözlerini kapatmak zorunda.
    2. katılımcı seçin vardüşündükleri alternatif kendi seçim çerçeve içerisine ise en az 250 milisaniye boyunca gözlerini kapatarak doğrudur.
    3. yarı-silindirik eleğin ayrı ayrı seçim Proje. Onaylamak için isteyin. katılımcı teyit ederse, en az 250 ms için tekrar gözlerini kapatmaya isteyin.
    4. Bir sonraki uyaran (eksik parçalarından 6 alternatifleri ile matris) otomatik olarak (yine, 2. adımda açıklanan yazılım tarafından sunulan) görünür ve bu CPM 14 kümesi AB alınan eğitim uyaranlara dört kez yapılacağını olacağı katılımcılara talimat .
  12. konular prosedür hakkında aklınıza gelebilecek tüm soruları yanıtlayın. Sonra, onlar antrenman sırasında öğrendikleri gibi, matris eksik parçasını seçin ve CPM (Şekil 1) başlatmak için katılımcıların söyleyin.
  13. D2-test için eğitim oturumu prosedürü açıklar:
    1. cente bakışlarını doğrudan katılımcıları bilgilendirinEkranın r ve ayrı ayrı 47 uyaranlara dikkat (47 d's standart D2-testi 1 satır karşılık gelir).
    2. Bir sonraki uyarıcı görünene kadar iki tire ile "D" sunulmaktadır zaman uyaranlara yukarıda konumlandırılmış kırmızı lazer nokta bakmak katılımcıların söyleyin. NOT: Hedef uyaran sunulması durumunda bakışları sonraki uyarıcı sunulacak ekranın ortasında odaklanmış olması gerekir.
  14. konular prosedür hakkında aklınıza gelebilecek tüm soruları yanıtlayın. Ardından, eğitim oturumu benzer 47 uyaranların, aşağıdaki beş blok için devam ve D2-Testi başlatmak için katılımcı söyleyin.
  15. kalite kontrolü için, (görsel eğitimli deneyci tarafından) dikkatle her konu için her seansta elde edilen verilerin kontrol edin. Veri kalitesi nedeniyle teknik zorluklar, bozuk göz hareketleri ya da yanlış anlamalara örneğin, bozuk olup olmadığını kontrol edin.
  16. katılımları için teşekkür ederiz konuları ve tüm sorulara cevapDeney sırasında.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Burada sunulan araştırma amacıyla, yani doğru yüzdesi elle hesaplama için izin ALS hastaları için nöropsikolojik değerlendirme, ayrı bir dosyada CPM in-house geliştirilen yazılım mağazalarında öznenin seçimler, dayalı güvenilir bir okülomotor gelişimi cevaplar. D2-testi için, dikey göz hareketleri rekor elle ilgili bir yanıtın tespiti için + 5 ° 'lik eşik kullanılarak analiz edilir. Kayıtlar her uyaran sunum atanır ve doğru cevapların yüzdesi sonradan hesaplanabilir. kullanı...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Başarıyla konuşmak ve yazmak mümkün değildir ALS hastalarında bilişsel durumunu değerlendirmek için zor bir iştir. videooculography sistemlerinin kullanılması umut verici bir yaklaşım sağlar. Burada sunulan teknik ALS hastalarında bakıcı yükü ve hastalık yönetimi 20 bağlamında çok önemli bir rol oynamaktadır bilişsel bozuklukların saptanmasında güvenilirdir. Ayrıca, CPM ve D2-testi Okülomotor versiyonları kendi standart kağıt-kalem sürümleri ile önemli ölçüde ilişkili, ama daha fazla destek klinik bağlamda ya...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

Yazarlar teknik destek için Ralf Kühne teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) ve Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF # 01GM1103A) tarafından finanse edildi. Bu bir AB Ortak Programı-nörodejeneratif Hastalıkları Araştırma (JPND) projesidir. Proje JPND- örn., Almanya, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, FKZ), İsveç, Vetenskaprådet Sverige, Polonya, Narodowe Merkez BADAN i Rozwoju (NCBR) himayesinde aşağıdaki kuruluşlar aracılığıyla desteklenmektedir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
EyeSeeCamEyeSeeTec GmbH; 82256 Fü rstenfeldbruck, AlmanyaVideookülografi cihazı

Kaynaklar

  1. Kiernan, M. C., et al. Amyotrophic lateral sclerosis. Lancet. 377 (9769), 942-955 (2011).
  2. Neumann, M., et al. Ubiquitinated TDP-43 in frontotemporal lobar degeneration and amyotrophic lateral sclerosis. Science. 314 (5796), 130-133 (2006).
  3. Beeldman, E., Raaphorst, J., Klein Twennaar,, de Visser, M., Schmand, B. A., de Haan, R. J. The cognitive profile of ALS: a systematic review and meta-analysis update. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. , (2015).
  4. Phukan, J., et al. The syndrome of cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: a population-based study. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 83 (1), 102-108 (2012).
  5. Elamin, M., et al. Executive dysfunction is a negative prognostic indicator in patients with ALS without dementia. Neurology. 76 (14), 1263-1269 (2011).
  6. Martin, N. A., et al. Psychological as well as illness factors influence acceptance of non-invasive ventilation (NIV) and gastrostomy in amyotrophic lateral sclerosis (ALS): a prospective population study. Amyotroph. Lateral. Scler. Frontotemporal. Degener. 15 (5-6), 376-387 (2014).
  7. Chiò, A., et al. Neurobehavioral symptoms in ALS are negatively related to caregivers' burden and quality of life. Eur. J. Neurol. 17 (10), 1298-1303 (2010).
  8. Lakerveld, J., Kotchoubey, B., Kübler, A. Cognitive function in patients with late stage amyotrophic lateral sclerosis. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 79 (1), 25-29 (2008).
  9. Sharma, R., Hicks, S., Berna, C. M., Kennard, C., Talbot, K., Turner, M. R. Oculomotor dysfunction in amyotrophic lateral sclerosis: a comprehensive review. Arch. Neurol. 68 (7), 857-861 (2011).
  10. Witiuk, K., Fernandez-Ruiz, J., McKee, R. Cognitive Deterioration and Functional Compensation in ALS Measured with fMRI Using an Inhibitory Task. J. Neurosci. 34 (43), 14260-14271 (2014).
  11. Gorges, M., et al. Eye Movement Deficits Are Consistent with a Staging Model of pTDP-43 Pathology in Amyotrophic Lateral Sclerosis. PLoS One. 10 (11), 0142546(2015).
  12. Hicks, S. L., et al. An eye-tracking version of the trail-making test. PLoS One. 8 (12), 84061(2013).
  13. Keller, J., et al. Eye-tracking controlled cognitive function tests in patients with amyotrophic lateral sclerosis: a controlled proof-of-principle study. J. Neurol. 262 (8), 1918-1926 (2015).
  14. Raven, J. C., Court, J. H., Raven, J. Manual for Raven's progressive matrices and vocabulary scales. Section 2, the coloured progressive matrices. , Oxford Psychologists Press. Oxford. (1998).
  15. Brickenkamp, R. Aufmerksamkeits-Belastungs-Test (Test d2), 8th edn. , Hogrefe, Göttingen. (1994).
  16. Elamin, M., et al. Cognitive changes predict functional decline in ALS. Neurology. 80 (17), 1590-1597 (2013).
  17. Ludolph, A. C., et al. Frontal lobe function in amyotrophic lateral sclerosis: a neuropsychologic and positron emission tomography study. Acta. Neurol. Scand. 85 (2), 81-89 (1992).
  18. Schneider, E., et al. Eye-SeeCam: an eye movement-driven head camera for the examination of natural visual exploration. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1164, 461-467 (2009).
  19. Lulé, D., et al. The Edinburgh Cognitive and Behavioural Amyotrophic Lateral Sclerosis Screen: a cross-sectional comparison of established screening tools in a German-Swiss population. Amyotroph. Lateral. Scler. Frontotemporal. Degener. 16 (1-2), 16-23 (2015).
  20. Olney, R. K., et al. The effects of executive and behavioral dysfunction in the course of ALS. Neurology. 65 (11), 1774-1777 (2005).
  21. Donaghy, C., Thurtell, M. J., Pioro, E. P., Gibson, J. M., Leigh, R. J. Eye movements in amyotrophic lateral sclerosis and its mimics: a review with illustrative cases. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 82 (1), 110-116 (2011).
  22. Mizutani, T., et al. Development of ophthalmoplegia in amyotrophic lateral sclerosis during long-term use of respirators. J. Neurol. Sci. 99 (2-3), 311-319 (1990).
  23. Khin Khin, E., Minor, D., Holloway, A., Pelleg, A. Decisional Capacity in Amyotrophic Lateral Sclerosis. J. Am. Acad. Psychiatry Law. 43 (2), 210-217 (2015).
  24. Kübler, A., et al. Patients with ALS can use sensorimotor rhythms to operate a brain-computer interface. Neurology. 64 (10), 1775-1777 (2005).
  25. Connolly, S., Galvin, M., Hardiman, O. End-of-life management in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Lancet Neurol. 14 (4), 435-442 (2015).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Bili sel De erlendirmeALS HastalarOk lomotor TestlerN ropsikolojik TestlerRaven CPM TestiD2 TestiG z Hareketleri KaydSakkadik G revlerHemicilindirik Ekran

İlgili makaleler