La misurazione e trattamento di soppressione in Ambliopia

Medicine
 

Summary

L'ambliopia è un disturbo dello sviluppo della corteccia visiva che è spesso accompagnata da forte soppressione di un occhio. Vi presentiamo una nuova tecnica per la misurazione e il trattamento di soppressione endoculare in pazienti affetti da ambliopia che possono essere distribuiti utilizzando occhiali per la realtà virtuale o di un dispositivo portatile iPod Touch.

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Black, J. M., Hess, R. F., Cooperstock, J. R., To, L., Thompson, B. The Measurement and Treatment of Suppression in Amblyopia. J. Vis. Exp. (70), e3927, doi:10.3791/3927 (2012).

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Abstract

Ambliopia, un disturbo dello sviluppo della corteccia visiva, è una delle principali cause di disfunzione visiva nella popolazione in età lavorativa. Stime attuali la prevalenza di ambliopia a circa 1-3 1-3%, la maggioranza dei casi essendo monoculare 2. Ambliopia è più frequentemente causato dal disallineamento oculare (strabismo), sfocatura indotto da un errore di rifrazione disuguale (anisometropia), e in alcuni casi di privazione forma.

Sebbene ambliopia è inizialmente causata da abnorme input visivo durante l'infanzia, una volta stabilito, il deficit visivo spesso rimane quando la normale input visivo è stato restaurato con un intervento chirurgico e / o correzione di rifrazione. Questo perché ambliopia è il risultato di sviluppo anormale corteccia visiva piuttosto che un problema con l'occhio ambliope stesso 4,5. Ambliopia è caratterizzata da entrambi i deficit monoculari e binoculari 6,7 che includono compromessa acuità visiva e s scarsa o assentetereopsis rispettivamente. La disfunzione visiva in ambliopia è spesso associata ad una forte soppressione degli ingressi dall'occhio ambliope in condizioni di visione binoculare 8. Studi recenti hanno indicato che la soppressione può giocare un ruolo centrale sia nella monoculare e binoculare deficit associati con ambliopia 9,10.

Attuali test clinici per la soppressione tendono a verificare la presenza o assenza di soppressione anziché fornire una misura quantitativa del grado di soppressione. Qui si descrive una tecnica per misurare la soppressione ambliopico con un dispositivo compatto e portatile 11,12. Il dispositivo è costituito da un computer portatile collegato ad un paio di occhiali di realtà virtuale. La novità della tecnica sta nel modo di presentare gli stimoli visivi per misurare la soppressione. Gli stimoli sono mostrati all'occhio ambliope ad alto contrasto, mentre il contrasto degli stimoli mostrati alla non ambliopico occhio sono molteplici. I pazienti eseguire un Simple segnale / rumore compito che consente una misurazione precisa della forza di eccitatori interazioni binoculari. Il contrasto offset che né occhio ha un vantaggio prestazionale è una misura del "punto di equilibrio" ed è una misura diretta di soppressione. Questa tecnica è stata validata psicofisica, sia nel controllo dei pazienti 6,9,11 13,14 e le popolazioni.

Oltre a misurare soppressione questa tecnica costituisce anche la base di una nuova forma di trattamento per diminuire soppressione nel tempo e migliorare la funzione binoculare e monoculare spesso in pazienti adulti con ambliopia 12,15,16. Questo approccio nuovo trattamento può essere implementato sia sul sistema di maschera di cui sopra o su un dispositivo iPod Touch appositamente modificato 15.

Protocol

1. La misurazione di soppressione

  1. Prima di iniziare la misurazione di soppressione, dare le istruzioni dettagliate del paziente (vedere 1.8) e mostra gli stimoli visivi relativi a fasi di 1,2-1,8 sotto sullo schermo del computer portatile. Tutti i pazienti devono indossare completa correzione refrattiva (occhiali / lenti a contatto) durante tutta la procedura, opportunamente rettificato per la distanza di lavoro.
  2. Gli occhiali (eMagin 8700) deve essere montato al paziente (sopra la parte superiore di occhiali / lenti a contatto) e ben posizionati. Garantire che gli schermi essere parallelo alla superficie oculare. Gli schermi possono essere regolati per conto di distanza interpupillare di ogni paziente. Le istruzioni per il collegamento e la taratura delle occhiali può essere trovato qui: http://www.3dvisor.com/wpcontent/uploads/2010/08/UserGuide10.7.pdf .
  3. Gli stimoli sono costituiti da due popolazioni di punti in movimento, una popolazione moving in una direzione comune (il 'segnale' punti) e l'altro in movimento in direzioni casuali (il "rumore" punti). L'osservatore ha il compito è quello di segnalare la direzione del segnale. Difficoltà del compito è manipolata variando la proporzione relativa di segnale a punti di rumore nello stimolo.
  4. I programmi personalizzati Matlab che controllano queste misure utilizzano un 3-down 1-procedura di scala. Ci sono due fasi di misura distinti. Il primo prevede una soglia binoculare, cioè, il numero di punti di segnale di soglia richiesti quando entrambi punti di segnale e di rumore sono presentati in entrambi gli occhi a contrasto elevato. Il secondo programma misura lo squilibrio contrasto necessaria per raggiungere la soglia stessa quando le popolazioni punti sono presentati occhi separati.
  5. Diverse immagini vengono visualizzate sugli schermi occhiali attraverso l'uso di un DualHead2Go Matrox, (Montreal, Canada) dispositivo.
  6. Per iniziare la valutazione di soppressione, prima misurare una soglia binoculare. Qui gli stessi stimoli visivi are mostrato in entrambi gli occhi e il numero minimo di punti di segnale richieste per giudicare esattamente la direzione del movimento del punto viene misurato.
  7. Per allineare gli occhi, le schermate, compare una croce nera metà in ciascun occhio contro uno schermo bianco. Utilizzando la tastiera, il paziente viene chiesto di spostare la metà della croce visto ad occhio ambliope finché è in linea con la metà visto ad occhio compagni. È importante che il paziente si consiglia che l'immagine vista dall'occhio ambliope può risultare sfocata, ma è l'allineamento che è importante. Se l'immagine in movimento scompare dalla vista chiedere al paziente di ammiccare più frequentemente quanto ciò può migliorare la visibilità dell'immagine. Esatto allineamento oculare (valori di pixel) può essere estratto dopo ogni misura per accertare la ripetibilità di questo compito.
  8. Una volta che il paziente riferisce che le croci mezzo sono allineati, la procedura di misurazione può iniziare. Ogni misurazione richiede circa tre minuti. Cinque misure di breve scala sono completed per ciascuna delle due parti della misurazione. Le seguenti istruzioni deve essere somministrato prima che la misurazione inizia:
  9. Istruzioni per l'osservatore:
    "Durante questa prova vi verrà chiesto di esprimere un giudizio sulla direzione delle immagini in movimento."
    "Vedrete un gruppo di puntini bianchi / grigio su uno sfondo grigio. Dopo ogni presentazione che vi chiederà di decidere se i punti sono per lo sposta verso sinistra o verso destra con i tasti freccia sinistra e destra sulla tastiera di fronte a voi . "
    "Ci sono due gruppi di punti, un po 'di muoversi agevolmente verso sinistra o verso destra (i punti di segnale), l'altro gruppo sembrano muoversi in direzioni casuali."
    "Si prega di provare a decidere quale direzione i punti di segnale si muovono in (destra o sinistra), tra la confusione dei punti casuali." "Mentre si continua a prendere decisioni il numero di punti casuali aumenterà, il che rende più difficile vedere i punti di segnale, quando la situazione è così difficile non si può dire la direzione, per favore basta prenderela tua ipotesi migliore ".
  10. La prima misurazione può iniziare. Una buona istruzione 'last minute' è quello di ricordare il partecipante a lampeggiare regolarmente ("un buon tempo a lampeggiare quando si preme il pulsante").
  11. Cinque misure usando il paradigma binocolo scala sono ora. Allineamento oculare viene ripetuto prima di ogni misurazione viene avviata.
  12. Il risultato di ciascuna misurazione è il numero minimo di punti di segnale (di 100 punti totali) necessari per valutare correttamente la direzione quando entrambi gli occhi vedere gli stessi stimoli. Il programma riporta anche la gamma di risposte come un errore standard di misura.
  13. Per la misurazione successiva, la scala di contrasto, i risultati dei cinque scale binoculari media e la soglia risultante definisce il numero di punti di segnale presentato ad occhio ambliopico. I rimanenti punti di rumore sono presentati al non-ambliopico occhio a diversi contrasti di valutare soppressione.
  14. Per questa misurazione l'occhio ambliopevede sempre punti ad alto contrasto, mentre il contrasto dei punti di rumore dimostrato di non-ambliopico occhio è variata utilizzando una procedura di scala. All'inizio della scala un numero fisso di punti di segnale (ottenuto dalla fase 1,11) sono mostrati a occhio ambliope al 100% contrasto e il restante numero di punti di rumore sono mostrati dell'altro occhio allo 0% di contrasto (cioè nessun punti di rumore hanno come conseguenza visibile in soppressione minima). Corretta identificazione dei risultati dei segnali di direzione punto in un aumento del contrasto dei punti di rumore dimostrato dell'altro occhio secondo il 3-basso 1-up algoritmo scala. Tutta la misurazione, il contrasto dei punti di rumore dimostrato dell'altro occhio si varia la scala fino prestazioni dell'attività converge sul 79% corretta. Questo indica che i punti di segnale e di rumore sono stati combinati tra i due occhi per produrre lo stesso livello di prestazioni di attività che è stata osservata in condizioni di visualizzazione binoculare (step 1,11). Il rapporto tra il contrastoi punti di segnale presentato ad occhio ambliope (sempre 100%) rispetto al contrasto dei punti di rumore dimostrato dell'altro occhio in soglia è una misura del punto di equilibrio. Aumentando il contrasto dei punti di rumore dimostrato dell'altro occhio sopra questo punto comporterebbe soppressione dei punti di segnale mostrate a occhio ambliope e compromissione prestazioni dell'attività.
  15. Cinque misurazioni dello squilibrio contrasto e un risultato medio viene calcolato. Il risultato informa l'esaminatore circa il livello di squilibrio di contrasto che è necessaria per superare la soppressione e permettere l'occhio ambliope e altro occhio di vedere i punti contemporaneamente.

2. L'utilizzo di questo metodo di formazione

  1. Lo squilibrio contrasto trovata nel passo 1,14 sopra può essere usato come punto di partenza per un regime di allenamento. La formazione prevede l'integrazione l'uso di immagini dichoptic con lo squilibrio di contrasto in un formato videogioco ("tetris"). Il videogioco può essere implementato suo gli occhiali di realtà virtuale o su un dispositivo iPod touch.
  2. Il video gioco di tetris comporta una serie di blocchi che cadono che sono montati insieme per formare linee complete. L'occhio ambliope vede blocchi pieni di contrasto, e l'altro occhio vede immagini a contrasto ridotto. Le informazioni presentate per ogni occhio deve essere percepita simultaneamente per gioco di successo.
  3. Nel tempo il regime di formazione continua lo squilibrio contrasto si riduce aumentando il contrasto dell'altro occhio, rendendo più difficile per il sistema visivo per superare la soppressione causata da più immagini simili dichoptic.
  4. La formazione dovrebbe essere la durata 1-2 ore al giorno e deve essere continuato fino a quando non l'ulteriore miglioramento squilibrio contrasto (aumento di contrasto presentato al altro occhio) viene osservato. Durante il regime di allenamento, i controlli di funzionalità monoculare e binoculare dovrebbero essere effettuati regolarmente (conto dell'età del paziente e delle condizioni di base). Test di acuità visiva monoculare, stereopsie test standard di soppressione sono particolarmente importanti per comunicare i progressi.

Representative Results

Il livello di soppressione trovato nel metodo descritto dipende dalla causa della ambliopia, precedente trattamento, uso di correzione refrattiva e acuità visiva. Poiché ogni paziente ha una storia molto particolare, è difficile da definire "normali" valori di soppressione o di fare paragoni tra le persone. In generale ci aspettiamo che quelli con acuità visiva peggiore di avere un livello più profondo di soppressione 9. Durante l'allenamento, come ridurre lo squilibrio contrasto tra gli occhi, la profondità di soppressione in genere riduce e questo migliora una serie di funzioni binoculari e monoculare. Questo cambiamento di soppressione è stata dimostrata in diverse popolazioni di pazienti (vedi figure 3 e 4 in riferimento 12, Tabella 3 e Figura 9 in riferimento 15 e la Figura 2 in riferimento 16). È importante notare che le misurazioni dettagliate di soppressione utilizzando thè tecnica hanno il potenziale per migliorare la nostra comprensione della sindrome ambliopia.

Figura 1
Figura 1. L'attrezzatura utilizzata per la misura che prevede la soppressione 1) computer portatile 2) Occhiali 3) segnale splitter.

Figura 2
Figura 2. Gli occhiali montati in modo corretto su un partecipante allo studio.

Figura 3
Figura 3. Una panoramica degli stimoli casuali kinetogram punti (fase 1.2/1.3). Il pannello superiore mostra la fase di allineamento in cui viene visualizzata una croce mezzo per ogni occhio monocularmente come spunto per bino lare l'allineamento. Il pannello centrale mostra il segnale di rumore paradigma dove vengono presentati punti di segnale per l'occhio ambliope e solo i punti di rumore sono presentati dell'altro occhio, in condizioni binoculari sono combinati il ​​segnale e rumore per dare una soglia coerenza movimento che viene poi utilizzato in il contrasto variando fase della misurazione. Il pannello inferiore mostra la soglia di contrasto, questa procedura utilizza la soglia di coerenza moto ad un livello fisso di segnale-rumore, e mostra diversi livelli di contrasto tra i due occhi. Il punto in cui i due occhi vedono un ingresso bilanciato binocolo è la soglia di contrasto o "punto di equilibrio".

Figura 4
Schermi di allineamento Figura 4. (Fase 1.7) come si è visto attraverso gli occhiali, orizzontale ei tasti freccia verticali vengono utilizzati per allineare gli obiettivi fino a quando un intero croce è visto.

e_content "fo: keep-together.within-page =" always "> Figura 5
Figura 5. Una panoramica del protocollo di allenamento.

Figura 6
Figura 6. Esempio di dati clinici e psicofisico ottenuti da un partecipante adulto con ambliopia strabici che hanno completato la procedura di formazione (passi 2,1-2,4). Figura 6A mostra la variazione di acuità visiva (misurata con un grafico stile logaritmica in unità LogMAR nell'arco di quattro settimane di formazione sia per l'occhio ambliope (AME) e altro occhio (FFE)). I valori più piccoli indicano LogMAR migliore acuità visiva. Il numero cumulativo di ore di gioco è indicato tra parentesi sul l'asse x. Figura 6B mostra la variazione nel contrasto imbalancia più di quattro settimane di allenamento. L'asse y mostra il contrasto che potrebbe essere tollerata negli occhi compagni, quindi valori superiori indicano una minore soppressione. All'inizio della formazione solo il 30% di contrasto poteva essere tollerato negli occhi compagni prima che l'occhio ambliope è stata soppressa. Tuttavia l'addestramento procedeva, più contrasto poteva essere tollerato che indica una riduzione della soppressione. Figura 6C mostra il miglioramento stereoacuity durante il periodo di formazione (misurata con il test stereo Randot). Zero sulla asse y indica nessuna visione stereo e valori crescenti indicano un miglioramento della sensibilità stereo (unità sono il reciproco della soglia stereo in secondi d'arco).

Figura 7
Figura 7. Standard test clinici utilizzati per valutare lo stato visione binoculare, prima e dopo l'allenamento compresa la Worth 4 punti luminosi (in alto a sinistra), le Bagollinins (in alto a destra), Randot Stereopsi di prova (in basso a sinistra) e TNO test di stereopsi (in basso a destra).

Discussion

Le tecniche di eliminazione di misurazione e trattamento descritto in questo documento criticamente dipendono manipolazione del contrasto delle immagini viste da ciascun occhio. In particolare, lo squilibrio relativo contrasto interoculare in quale combinazione binoculare si verifica, cioè il "contrasto punto di equilibrio", fornisce una misura di soppressione 6,11,17. Inoltre, più volte esponendo i pazienti con ambliopia e la soppressione di "bilanciati" stimoli visivi, è possibile ridurre la soppressione e, potenzialmente, migliorare sia monoculare e binoculare funzione visiva 12,15,16. Queste tecniche rappresentano un progresso nella misurazione soppressione e un nuovo approccio al trattamento ambliopia, rispettivamente. Test clinici attualmente disponibili per valutare come la soppressione Worth 4 test luci e le lenti Bagolini striati valutare se la soppressione è presente o assente, e altri test come la barra Sbisa quantificare il livello di soppressione mediante l'uso di neutrodensità filtri. La nostra tecnica fornisce ulteriori informazioni cliniche, consentendo per la forza di soppressione da quantificare con precisione. Ambliopia, che è spesso associato alla soppressione, è generalmente trattato occludendo l'occhio non ambliopico o degradare l'immagine nel non-ambliopico occhio per incoraggiare l'uso dell'occhio ambliopico 18. Mentre questa tecnica è efficace nel migliorare la funzione amblyopic occhio 18, esso non affronta direttamente i deficit binoculari associati ambliopia. La nostra tecnica si rivolge direttamente binoculare funzione visiva e abbiamo scoperto che questo approccio può migliorare sia monoculare e la funzione binoculare in pazienti adulti affetti da ambliopia 12,15,16. Gli approcci di misurazione e il trattamento descritti sono adatti per l'utilizzo in adulti e bambini, anche se i giochi potrebbero dover essere adattati per essere utilizzati nelle giovani popolazioni pediatriche. Attualmente stiamo sviluppando giochi aggiuntivi per questo scopo.

Il nostrotecniche non hanno limitazioni. Alcuni pazienti con soppressione strabismo e forte troveranno difficoltoso allineare le immagini mostrate a ciascun occhio all'inizio del protocollo di misura soppressione. Mentre è possibile per tali pazienti per allineare le immagini 17, questo può richiedere molto tempo. Per quanto riguarda il trattamento, è importante lavorare a fianco di un medico debitamente qualificato per tutto il regime di allenamento, e di prendere in considerazione il rischio di diplopia (visione doppia) se la soppressione è ridotto. Il nostro lavoro prima di questo approccio terapeutico si è concentrata su pazienti con anisometropia o piccolo angolo di strabismo e nessun paziente ha sviluppato diplopia, ma il rischio di diplopia deve essere attentamente valutata da un medico debitamente qualificato su un paziente di base dei pazienti prima del trattamento viene somministrato .

Quando si impostano le tecniche per la prima volta, è importante garantire che tutte le connessioni hardware siano sicuri e che tutti i driver sono rilevanti inin fase di stallo e aggiornato sul computer host. E 'anche importante usare un computer dotato di una scheda grafica compatibile con la scheda grafica Matrox descritte nel protocollo e che supporta una risoluzione dello schermo di 1600x600 (una volta i driver Matrox sono installati), per garantire che ogni schermo occhiali ha un distinto immagine. Abbiamo scoperto che la maggior parte dei problemi incontrati durante l'installazione del sistema si verificano a causa di errate impostazioni di risoluzione dello schermo e la mancanza di aggiornate i driver per l'hardware necessario. È altresì importante garantire che entrambi gli schermi occhiali hanno una luminanza pari prima di misurare la soppressione di garantire misure accurate e stabili.

Le tecniche descritte costituiscono la base per un ulteriore sviluppo di misura di soppressione e trattamento approcci. In particolare, lo sviluppo di videogiochi più coinvolgenti basati sul principio di base di contrasto variabili tra gli occhi potrebbe rendere questo approccio più efficiente e più appealing ai pazienti più giovani. Oltre al loro uso clinico, queste tecniche possono essere utilizzate anche in un ambiente di ricerca per esplorare i meccanismi neurali sottostanti soppressione e il ruolo che le interazioni tra gli inibitori occhi svolgere nel sistema visivo normale 13.

Disclosures

Le tecniche descritte in questo manoscritto formare la base di due brevetti di BT e RFH, una delle quali è sostenuta anche da JC e LT.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Equipment for the measurement of suppression
Computer equipped with a graphics card compatible with a Matrox Duel Head to Go device (see below) and Psychtoolbox19,20 Any Suitable Manufacturer
Matlab software of a version compatible with Psychtoolbox Mathworks
Psychtoolbox and custom software for stimulus generation Psychtoolbox Psychtoolbox is available for download from psychtoolbox.org and the additional custom software is available from the corresponding author upon request.
Matrox Duel Head to Go Matrox
Z800 3D dual pro-HMD video goggles eMagin Corporation
Equipment for the treatment of suppression
iPod Touch Apple
Screen overlay to allow for dichopic viewing of the iPod Spatial View
Custom software for the tetris treatment game The software was built using Spatial View's proprietary SDK, full details have been published previously15

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References

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Comments

10 Comments

  1. Hello, I am a person with amblyopia. How I can unburden the custom softawe? Who should I ask?
    Thank you very much

    Reply
    Posted by: Jose M.
    May 22, 2013 - 6:43 AM
  2. Hello Jose,

    Please feel free to email me and I can send you additional information.

    Ben Thompson

    Reply
    Posted by: Benjamin T.
    July 4, 2013 - 2:04 AM
  3. Ben Thompson, I would like if possible your email.. can you write me please.. thanks so much !

    Reply
    Posted by: Karine B.
    January 10, 2014 - 10:04 PM
  4. Please is there any one in the United States doing this research or treatment? If so how may I contact him or her?

    Reply
    Posted by: Don M.
    November 30, 2013 - 9:55 PM
  5. Mr. Thompson,

    I'm a 20 year old student who has been told that there is nothing i can do for my amblyopia. Your research has given me hope, but how do i get my hands on it and use it!
    Thank you so much for your research
    -mark

    Reply
    Posted by: mark h.
    July 24, 2013 - 8:34 PM
  6. Is this treatment being offered in the United States? If so who would I contact? If not who would I contact Auckland? May I have contact information please?

    Reply
    Posted by: Don M.
    November 30, 2013 - 9:58 PM
  7. Could you please let me know if this treatment is available in US? If so, where can I get this treatment?

    Reply
    Posted by: Stella N.
    January 8, 2014 - 7:30 PM
  8. I am a 44 year old with Amblyopia and after reading and watching the above videos, I am VERY interested in being a test subject or finding this type of treatment in any US state available. Would my current eye doctor be able to provide this type of treatment? Please reply with more information. Any information would be greatly appreciated.

    Reply
    Posted by: paul g.
    March 9, 2014 - 10:23 PM
  9. Hello Mr. Thompson,
    I am a 35 year old with Amblyopia in the United states. are there any treatment option per your research available in the US? I am very interested in the novel treatment you have described in this video. if you have ANY information i would be very grateful.

    nakago1@gmail.com

    Reply
    Posted by: Daniel C.
    April 20, 2014 - 2:01 AM
  10. hi i am 23 years old and have amblyopia, I was born with strabismus in the left eye and was operated at 8 years, last year turned me run because I diverted the denuevo eye, little did occlusion therapy patch but did not work and in Uruguay where I live I have been told that at my age I can not regain my vision amblyopic eye, I researched on the internet there any treatment but I have nothing I could give clear information please ??

    Reply
    Posted by: pablo p.
    March 7, 2015 - 8:29 PM

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