العلاج الظاهري التكيف المنشور: بروتوكول للتحقق من صحة في البالغين الأصحاء

Summary

يوضح هذا البروتوكول التجريبي استخدام علاج التكيف الافتراضي للمنشور (VPAT) في البالغين الأصحاء والارتباط بين VPAT والطيف الضوئي شبه الأشعة تحت الحمراء لتحديد تأثير VPAT على التنشيط القشري. تشير النتائج إلى أن VPAT قد يكون ممكنًا ويمكن أن يحفز التكيف السلوكي المماثل كعلاج التكيف التقليدي للمنشور.

Abstract

الإهمال الهيميالمكاني هو ضعف شائع بعد السكتة الدماغية. ويرتبط ذلك بضعف النتائج الوظيفية والاجتماعية. ولذلك، لا بد من التدخل الكافي من أجل الإدارة الناجحة للإهمال الهيميالمكاني. ومع ذلك ، فإن الاستخدام السريري لمختلف التدخلات محدود في الممارسة السريرية الحقيقية. علاج التكيف المنشور هو واحد من أكثر طرائق إعادة التأهيل القائمة على الأدلة لعلاج الإهمال الهيميالمكاني. للتغلب على أي قصور محتمل قد يحدث مع العلاج المنشور، قمنا بتطوير نظام جديد باستخدام الواقع الافتراضي غامرة وكاميرا استشعار العمق لإنشاء علاج التكيف المنشور الظاهري (VPAT). للتحقق من صحة نظام VPAT، قمنا بتصميم بروتوكول تجريبي يحقق في الأخطاء السلوكية والتغيرات في التنشيط القشري عبر نظام VPAT. تم قياس التنشيط القشري عن طريق التحليل الطيفي الوظيفي بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (fNIRS). وتألفت التجربة من أربع مراحل. وشملت جميع أربعة النقر، مشيرا أو بقية تطبيقها على الأشخاص الأصحاء الأصحاء. تم استخدام النقر مقابل الإشارة للتحقيق في المنطقة القشرية المتعلقة بالمهمة الحركية الإجمالية ، وتم استخدام الإشارة مع VPAT مقابل الإشارة بدون VPAT للتحقيق في المنطقة القشرية المرتبطة بالإدراك الفسباسيوالمكاني. أظهرت النتائج الأولية من أربعة مشاركين أصحاء أن أخطاء الإشارة من قبل نظام VPAT كانت مشابهة لعلاج التكيف المنشور التقليدي. قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من التحليل مع المزيد من المشاركين وبيانات fNIRS ، فضلا عن دراسة في المرضى الذين يعانون من السكتة الدماغية.

Introduction

الإهمال الهيميالمكاني ، الذي يؤثر على القدرة على إدراك المجال البصري الهيميالمكاني ، هو ضعف شائع بعد السكتة الدماغية^1،2. على الرغم من أن إعادة التأهيل بعد الإهمال الهيميالمكاني أمر مهم ، بسبب ارتباطه بالنتائج الوظيفية والاجتماعية السيئة ، فإن إعادة التأهيل غالبًا ما تكون غير مستغلة بشكل كاف ٍ في الممارسة السريرية الحقيقية^3و4.

من بين مختلف نهج إعادة التأهيل القائمة المقترحة للإهمال الهيميالمكاني ، أثبت العلاج بالتكيف مع المنشور (PA) فعاليته في التعافي وتحسين الإهمال الهيميالمكاني في المرضى الذين يعانون من السكتة الدماغية تحت الحاد أو المزمن^5،6،7،8. ومع ذلك ، فإن السلطة الفلسطينية التقليدية غير مستغلة بشكل كاف بسبب العديد من العيوب^9،10. وتشمل هذه 1) ارتفاع التكلفة والوقت الاحتياجات بسبب عدسة المنشور تحتاج إلى تغيير لضبط لدرجة الانحراف؛ 2) الحاجة إلى إعداد مواد إضافية لتكون موجهة إلى وإخفاء مسار اليد؛ و 3) السلطة الفلسطينية يمكن استخدامها فقط من قبل المرضى الذين يمكن الجلوس والسيطرة على موقف رؤوسهم.

وأفادت دراسة حديثة تعيد إنتاج آثار التكيف في بيئة الواقع الافتراضي أنه قد يكون من الممكن أن يكون لعلاج التكيف مع المنشور الافتراضي (VPAT) آثار مختلفة تبعاً للأنواع الفرعية من الإهمال¹¹. واقترح أيضا أن التنشيط القشرية للسلطة الفلسطينية قد تختلف وفقا لآفات الدماغ¹². ومع ذلك ، لا يعرف الكثير عن نمط التنشيط القشري ة الذي شوهد في السلطة الفلسطينية الناجمة عن الواقع الافتراضي.

للتغلب على هذه العقبات وتعزيز استخدام السلطة الفلسطينية في بيئة سريرية ، قمنا بتطوير نظام علاج جديد للسلطة الفلسطينية باستخدام تقنية VR غامرة تسمى علاج التكيف الافتراضي للمنشور (VPAT) ، من خلال استخدام كاميرا استشعار العمق. لقد صممنا نظام VR غامر مع القدرة على تقديم ردود فعل مرئية حول موضع طرف افتراضي لتعزيز إعادة التنظيم المكاني^13. باستخدام تقنية الواقع الافتراضي الغامرة هذه، التي تحاكي تأثير السلطة الفلسطينية التقليدية، قمنا بتصميم تجربة للتحقق من صحة نظام VPAT في المشاركين الأصحاء.

من خلال إجراء البروتوكول التجريبي المرئي لدينا ، قمنا بالتحقيق فيما إذا كان نظام VPAT الجديد يمكن أن يحفز التكيف السلوكي ، على غرار السلطة الفلسطينية التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، نود أن نستكشف ما إذا كان نظام VPAT يمكن أن يحفز التنشيط في المناطق القشرية المرتبطة بالإدراك الفسباسيوالمكاني أو استرداد الإهمال الهيميالمكاني بعد السكتة الدماغية.

Protocol

تم مراجعة جميع الإجراءات والموافقة عليها من قبل مجلس المراجعة المؤسسية لمستشفى بوندانغ التابع لجامعة سيول الوطنية (IRB). ولتوظيف مشاركين أصحاء، استُخدمت الملصقات للإعلان في جميع أنحاء المستشفى.

1- الإعداد التجريبي

1. توظيف المشاركين
   1. إجراء عملية فحص الموضوع باستخدام معايير الاشتمال التالية: 1) صحية، تتراوح أعمارهم بين 18 و 50 سنة؛ 1) صحية، تتراوح أعمارهم بين 18 و 50 سنة؛ 2) اليد اليمنى، التي تم تقييمها من قبل ادنبره جرد اليد¹⁴; 3) قادرة على ارتداء عرض جبل الرأس لVR والكشف عن الكائنات داخل VR؛ و 4) لا تاريخ من الأمراض التي تؤثر على الدماغ، مثل السكتة الدماغية، ومرض باركنسون، أو إصابة الدماغ الرضية.
      ملاحظة: تم تصميم هذه المعايير لفحص المشاركين الذين هم على القدرة على المشاركة في التجربة وتنظيم العوامل التي تؤثر على النتائج.
   2. توظيف المشاركين وتقديم شرح مفصل للدراسة بأكملها والقضايا السريرية المتوقعة. ويجب الحصول على الموافقة قبل الإدراج.
2. نظام تجريبي
   ملاحظة: تم استخدام نظام VPAT مخصص باستخدام نظام VR غامر وكاميرا استشعار العمق. تم استخدام التحليل الطيفي الوظيفي بالأشعة تحت الحمراء (fNIRS) في وقت واحد للتحقيق في التنشيط القشري. تم ربط VPAT و fNIRS معًا للتجربة(الشكل 1).
   1. نظام VPAT
      ملاحظة: يتكون نظام VPAT من شاشة تحميل الرأس لتنفيذ الواقع الافتراضي، ومستشعر تتبع اليد الذي يمكنه التعرف على إيماءات اليد لإدخال بديهية من قبل المستخدم، وزر ضغط على الأجهزة. يظهر التكوين العام في الشكل 1.
      1. تأكد من عدم إمالة مستشعر التتبع اليدوي أمام شاشة جبل الرأس.
      2. تأكد من تثبيت الكاميرا المرجعية لنظام الواقع الافتراضي بشكل صحيح أعلى الشاشة الأمامية.
      3. قم بتأمين زر الضغط في موقع بالقرب من اليد لاستخدامه من قبل المشارك للتجربة.
      4. تشغيل البرنامج للتأكد من عدم وجود أخطاء.
         ملاحظة: تم تنفيذ البيئة الظاهرية لمطابقة البيئة الفعلية أقرب ما يمكن. تم تنفيذ المهمة من خلال توجيه اليد داخل البيئة الظاهرية وإدخال الزر من خلال زر الضغط.
   2. fNIRS
      1. استخدام نظام fNIRS التجارية بما في ذلك جهاز كمبيوتر شخصي (PC)، 31 optodes (15 مصادر الضوء و 16 كاشف)، والقبعات EEG النسيج، وبرامج تسجيل البيانات.
   3. الربط بين نظام VPAT وfNIRS(الشكل 1).
      1. استخدم برنامج التحكم عن بعد في لوحة المفاتيح باستخدام اتصال TCP/IP لمزامنة حدث البدء في نظام VPAT مع توقيت التسجيل في نظام fNIRS.
      2. استخدم مفتاح الأمر البعيد في الكمبيوتر لبدء تسجيل fNIRS.

2. الإعداد التجريبي(الشكل 2)

1. إعداد قياس fNIRS
   1. ضع المشارك على كرسي مع ظهره في وضع مستقيم ، على بعد حوالي خمسة عشر سنتيمترًا من الطاولة. تأكد من أن يد المشارك لا تصل إلى الطاولة عند التواصل.
   2. لإعداد غطاء fNIRS، حدد حجم الغطاء وفقًا لمحيط رأس المشارك. ضع الغطاء بحيث يقع الرأس (Cz) عند تقاطع نقطة الوسط بين الإنيون والنسخ ونقطة الوسط بين المناطق ما قبل المنتصف اليسرى والمناطق قبل ية اليمين. عرض المونتاج على الشاشة وربط 15 مصادر و 24 كاشف للمونتاج. إذا لزم الأمر لتحسين المكسب من مصدر الضوء، استخدم الجل الموصل بعد إعداد الشعر وأدخل البومزيل. احمل المشارك على ارتداء قبعة الاحتفاظ.
      ملاحظة: استخدمت الدراسة ثلاثة أحجام مختلفة من قبعات EEG النسيج ية مع محيط 54 و 56 و 58 سم.
   3. لإعداد البرامج (المعايرة، وما إلى ذلك)، قم بتشغيل برنامج نظام fNIRS وتحميل مونتاج الإهمال.
   4. اسمحوا أن يتم عرض المونتاج على الشاشة وتعيين 15 مصادر و 24 كاشفات وفقا للمونتاج(الشكل 3).
   5. اضغط على زر المعايرة. إذا تم عرض"Lost"على الشاشة، كرر إعداد الشعر، ثم أعد معايرته.
2. إعداد نظام VPAT
   1. قم بتوصيل HMD والكاميرا المرجعية وكاميرا حركة Leap، وادفع الزر الذي يربط الكمبيوتر لإعداد نظام VPAT.
   2. قم بتركيب شاشة الواقع الافتراضي المثبتة على رأس (VR HMD) على رأس المشارك فوق الغطاء لـ fNIRS. تأكد من تجنب حركة الغطاء.
   3. تشغيل برنامج VPAT. أدخل معلومات المشارك (اختصار الاسم والعمر واليد) واضغط على زر"ابدأ".
   4. تأكد من تصور اليد الظاهرية في الشاشة. المضي قدما مع معايرة من خطوتين (أي معايرة الشاشة ومعايرة المسافة المستهدفة).
   5. اطلب من المشارك مشاهدة علامة الصليب الأحمر (+) في الوسط، ثم اضغط على مفتاح"r"لمعايرة الشاشة.
      ملاحظة: تضع معايرة الشاشة المساحة الظاهرية أمام النطاق المرئي للمستخدم عن طريق إعادة توسيط نظام الإحداثيات.
   6. توجيه المشارك للإشارة إلى الهدف (أي الكرة) بيده اليمنى، ثم اضغط على مفتاح"O"لمعايرة وضع اليد.
      ملاحظة: في دراستنا، كان الكائن الذي كان على المشارك استهدافه كرة بيضاء على عصا وردية نزلت من أعلى المنظر. وضع معايرة المسافة الهدف في متناول المستخدم. يتم استخدام هذا الموضع الهدف بشكل صحيح أثناء التجربة.
   7. بعد المعايرة، اضغط على مفتاح"ث"لبدء التجربة.
3. إعداد ارتباط VPAT و fNIRS
   1. استخدم برنامج مزامنة الحدث لإدخال المشغل للتحليل في fNIRS وتوصيل VPAT بـ fNIRS.
   2. لمزامنة الوقت بين VPAT و fNIRS، قم بتوصيل أجهزة الكمبيوتر مع النظامين بنفس الشبكة، ثم قم بمزامنتها من خلال برنامج نقل المفتاح المنتج ذاتيًا.
   3. بعد الاتصال من خلال مدخلات IP والمنفذ لكلا الكمبيوترين، ابدأ جلسة التجربة عبر مفتاح"w"في برنامج VPAT. يتم تنفيذ برنامج مزامنة الحدث تلقائيًا، ويتم نقل المشغلات أثناء التنفيذ تلقائيًا إلى fNIRS وحفظها.
   4. بعد التجربة، احصل على بيانات الإنهاء التلقائي للبرنامج وVPAT. ثم إيقاف برنامج نظام VPAT و fNIRS.
      ملاحظة: يجب على المشاركين إعادة أيديهم إلى موضعهم الأصلي بعد الإشارة أثناء تجربة VPAT.

3. تجربة للتحقق من صحة نظام VPAT

1. كتلة مصممة تجربة مع تسجيل fNIRS(الشكل 4)
   1. بعد الانتهاء من عملية الإعداد في الخطوة 2، تأكد من استعداد المشارك لبدء التجربة.
   2. ابدأ تشغيل نظام VPAT بدون وضع المنشور واطلب من المشارك الإشارة إلى الهدف في نظام الواقع الافتراضي على الفور للتعرف على الإجراء.
   3. تتكون كل مرحلة من كتل للإشارة أو النقر أو الراحة(الشكل 4). مرة أخرى ، اطلب من المشارك النقر على الزر أو الإشارة إلى الهدف في نظام الواقع الافتراضي بإصبع السبابة الأيمن في أسرع وقت ممكن.
   4. ابدأ التجربة بأربع مراحل في وقت واحد مع تسجيل fNIRS بالنقر فوق مفتاح البدء.
      ملاحظة: أثناء مهمة الإشارة، الكرة البيضاء كان لا بد من لمس في غضون وقت محدد.
      1. اطلب من المشاركين الإشارة أو النقر فوق أو الراحة عند ظهور الرمز المناسب.
         ملاحظة: أثناء المهمة، تم الإشارة والنقر بواسطة رمز مباشرة فوق الكرة البيضاء والجانب الأيمن من شريط المؤقت. تمت الإشارة إلى وقت تنفيذ المهمة بواسطة شريط المؤقت كما هو موضح في الشكل 2.
      2. أخبر المشارك بلمس الهدف الذي يظهر على الجانب الأيسر أو الأيمن في غضون 3 ثانية. بالنسبة لكتلة النقر، اطلب من المشارك الضغط على زر الضغط.
         ملاحظة: تم تحديد الهدف الذي يحتوي على الكرة البيضاء على مسافة -10 درجة أو 10° من مركز المشارك، تم الحصول عليها عن طريق المعايرة. ظهرت المجموعة المستهدفة بشكل عشوائي على الجانب الأيمن أو الأيسر. وفقا للتصميم التجريبي، ظهر الهدف لمدة 3 s، ثم اختفى، ثم تجدد إلى موقف جديد.
      3. تأكد من أن المشارك يؤدي بنفس الطريقة عند تبديل المرحلة.
         ملاحظة: في مهمة الإشارة، أظهر وضع التكيف الظاهري المنشور انحراف 10 درجة أو 20 درجة إلى الجانب الأيسر من اليد الوهمية في مساحة الواقع الافتراضي بالنسبة إلى رأس المشارك. وأشارت درجة الصفر إلى أن مواضع اليد الافتراضية واليد الفعلية تزامنت.
         ملاحظة: تتكون التجربة(الشكل 4)من ما مجموعه أربع مراحل، حيث تتكون كل مرحلة من الإشارة والنقر أو الراحة بالتناوب (كانت المرحلة 1 و4 تشيران والنقر، وكانت المرحلة 2 و3 تشيران وتستريحان).

4 - تحليل البيانات

1. تحليل أخطاء التأشير
   ملاحظة: تم تخزين البيانات من لحظة ضغط المجرب على زر البدء "ث". تم تخزين البيانات تلقائيًا بسرعة 60 هرتز في كل إطار من خلال برنامج VPAT. تم تخزين اسم المرحلة والوقت المنقضي وموضع السبابة الظاهري بمرور الوقت. كان الخطأ في الإشارة هو قيمة الزاوية بين الهدف والسبابة، التي تركزت على موضع رأس المشارك.
   1. تصنيف بيانات مهمة الإشارة حسب المراحل (ما قبل VPAT، VPAT 10°، VPAT 20°، ما بعد VPAT).
   2. تصنيف بيانات مهمة التأشير ومهمة النقر في بيانات كل مرحلة (المرحلة 1 و4).
   3. تصنيف البيانات حسب المرحلة الفرعية في وحدات من 30 s وفقا لكل مرحلة وكل نوع من المهام.
   4. استخراج القيمة الوسيطة لقيم الخطأ التجريبي (خطأ الإشارة) من بيانات موضع السبابة لتحليل أخطاء الإشارة الوسيطة.
   5. استخدم تحليل المقاييس المتكررة لاختبار التباين (ANOVA) لتحليل الفرق بين كل مرحلة.
      ملاحظة: في حالة تتبع اليد باستخدام مستشعر الحركة Leap، كانت القيم المتطرفة بسبب الانسداد أو الكشف الزائف عن وضعاليد. باستثناء بيانات موضع اليد الزائفة، تم استخدام القيمة الوسيطة للعثور على قيمة الخطأ التي يشير بها الممثل في المرحلة الفرعية.
2. معالجة بيانات fNIRS
   1. إطلاق برنامج تحليل fNIRS وتحميل ملف البيانات الخام ومعلومات التحقيق.
   2. قم بإجراء عملية إعداد علامة عن طريق تحرير سجل الحدث للتحقق من كل شرط أثناء التجربة.
   3. تنفيذ المعالجة المسبقة للبيانات عن طريق حذف الفواصل الزمنية غير ذات الصلة تجريبيًا ، وإزالة القطع الأثرية ، مثل الخطوات والطفرات ، وتطبيق فلاتر التردد لاستبعاد نطاقات التردد غير ذات الصلة تجريبيًا.
      ملاحظة: تمت تصفية كافة مجموعات البيانات باستخدام فلتر تمرير عالي 0.01 هرتز وفلتر تمرير منخفض 0.2 هرتز لإزالة مساهمات الضوضاء المفيدة أو الفسيولوجية.
   4. تحديد الأطوال الموجية عن طريق إدخال قيمة الأطوال الموجية القصوى للإضاءة (أي 760 و 850 نانومتر). استخدام مسافة مادية من 3 سم بين المصدر وكاشف للقناة.
   5. حدد حقل الأساس، الذي يشير إلى الفترة الزمنية التي تتوافق مع خط الأساس حيث يستريح المشاركون عادةً بهدوء.
      ملاحظة: لقد حددنا حقل الأساس كمسار بدوام كامل لمجموعة البيانات، والذي كان الإعداد الافتراضي.
   6. حساب السلسلة الزمنية للحالات الديناميكية الدموية لإنهاء المعالجة المسبقة من البيانات التي تمت تصفيتها.

النتائج

واستخدمت البيانات المستقاة من أربعة مشاركين أصحاء (رجل واحد و 3 نساء) كنتائج تمثيلية. يظهر خطأ في الإشارة في الشكل 5A، مع متوسطات القيمة الوسيطة لـ 10 تجارب في المرحلة الفرعية من كل مهمة تأشير تدوم 30 s. وكانت القيم في المتوسط لأخطاء الإشارة الوسيطة في الكتلة الأولى من ...

Discussion

نفذت هذه الدراسة علاج تكييف المنشور باستخدام حركة يدوية مترجمة في بيئة الواقع الافتراضي. هو تحرّى ما إذا كان الانحراف يُنفّذ كان يسبّب زاوية تجاوز وتكييف متقدّمة, بما أنّ في تقليديّة المنشور تكييف معالجة.

في متوسط نتيجة خطأ الإشارة(الشكل 5)ونتيجة خطأ الإشار?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
EASYCAP	Easycap	C-SAMS	Platform to accommodate fNIRS optodes
Leap Motion 3D Motion Controller	Ultrahaptics	FBA_LM-C01-US	Hand detection device attached HMD
Leap Motion VR Developer Mount for VR Headset	Ultrahaptics	VR-UAZ
Matlab R2015a	Mathworks		Programming language running with NIRStar
NIRScout	Medical Technology LLC	NSC-CORE	fNIRS system
nirsLAB v201605	Medical Technology LLC		Software for analyzing data collected with NIRScout
NIRStar 14.1	Medical Technology LLC		NIRScout Acquisition Software
Occulus Rift DK2	Occulus		VR HMD
PowerMate USB Multimedia Controller	Griffin Technology	NA16029	Push Button in task
SuperLab 5.0	Cedrus Corp.		Synchronize the stimulus presentations allied to NIRScout