Dynamische Visuelle Tests zur Identifizierung und Quantifizierung von Visual Schäden und Reparaturen Nach Demyelinisierung in Optikusneuritis Patienten

Zusammenfassung

Von Object Motion (OFM) und Zeit begrenzte Stereo-Protokolle sind empfindlich Werkzeuge, um monokulare und binokulare dynamische visuelle Funktionsdefizite, die einzigartig in Optikusneuritis Patienten betroffen sind, zu identifizieren. Darüber hinaus können diese Tests als nichtinvasive quantitative Werkzeuge verwendet, um das Ausmaß der Myelinisierung entlang der Sehbahn beurteilen.

Zusammenfassung

Um Optikusneuritis Patienten zu folgen und die Wirksamkeit ihrer Behandlung ist ein handliches, genaue und quantifizierbare Werkzeug erforderlich, um Änderungen in der Myelinisierung im zentralen Nervensystem (ZNS) zu beurteilen. Allerdings Standardmessungen, einschließlich visuelle Routine-Tests und MRI-Scans sind nicht empfindlich genug für diesen Zweck. Wir präsentieren zwei Sichtprüfungen dynamische Adressierung monokulare und binokulare Funktionen, die eng mit dem Ausmaß der Myelinisierung entlang der Sehbahn assoziieren kann. Dazu gehören Object Von Motion (OFM) Extraktion und Zeit begrenzte Stereo-Protokolle. In der OFM-Test, eine Reihe von Punkten zu komponieren ein Objekt, indem die Punkte im Bild nach rechts, während Sie die Punkte außerhalb des Bildes nach links oder umgekehrt. Das Punktmuster erzeugt eine getarnte Objekt, das nicht entdeckt werden können, wenn die Punkte steht oder fährt als Ganzes. Wichtig ist, dass die Objekterkennung entscheidend von Bewegungswahrnehmung. Im Time-constrainedStereo-Protokoll, räumlich disparate Bilder für eine begrenzte Zeitdauer präsentiert, anspruchsvolle Fernglas 3-dimensionale Integration in der Zeit. Beide Tests sind für den klinischen Gebrauch geeignet und bieten eine einfache, aber leistungsstarke Möglichkeit zur Identifizierung und Quantifizierung von Prozessen Demyelinisierung und Remyelinisierung entlang der Sehbahn. Diese Protokolle können effizient zu diagnostizieren und zu folgen Optikusneuritis und Multiple Sklerose Patienten.

In der Diagnostik können diese Protokolle visuelle Defizite, die nicht über aktuelle visuelle Standardmessungen identifiziert werden können, offenbaren. Darüber hinaus sind diese Protokolle sensibel identifizieren die Grundlage für die derzeit ungeklärte anhalt visuellen Beschwerden der Patienten nach der Wiederherstellung der Sehschärfe. In der Längs Follow-up Natürlich können die Protokolle als sensibler Marker für demyelinisierende und remyelinisierende Prozesse entlang Zeit verwendet werden. Diese Protokolle können daher verwendet werden, um die Wirksamkeit von aktuellen und zukünftigen therapeutischen s auszuwertenTRATEGIEN, Targeting Myelinisierung des ZNS.

Einleitung

Optikusneuritis als Modell für die Verfolgung von Gewebedegeneration und Reparatur

Multiple Sklerose (MS) ist eine chronische entzündliche neurodegenerative Erkrankung des Zentralnervensystems (ZNS) und ist die häufigste Ursache für nichttraumatische neurologische Behinderungen bei jungen Erwachsenen in entwickelten Ländern. Demyelinisierung gilt als das charakteristische Merkmal der histopathologischen MS. Jüngste Studien zeigten jedoch, dass die MS ist auch eine neurodegenerative Erkrankung mit frühem neuroaxonale Schäden ^1-3.

Optikusneuritis (ON), Entzündung des Sehnervs ist die Symptom in 20% der MS-Patienten und mindestens 50% der Patienten mit MS Erfahrung mindestens eine Episode von ON während ihrer Lebenszeit ^4. Im Gegensatz zu anderen Standorten von MS-Läsionen, die nicht immer korrelieren mit den klinischen Manifestationen, demyelinisierende Folge des Sehnervs führt in der Regel markante Manifestation der akuten Sehverschlechterung. Gngesichts seine Komorbidität mit MS und ihre prominenten klinischen Merkmalen bietet ON eine einzigartige Gelegenheit für Tracking-und Reparaturgewebedegeneration und ihre Folgen in einer MS-Läsion.

Der Bedarf für verbesserte Verfahren für die Verfolgung von Gewebedegeneration und Reparatur in vivo

Pathologische Studien bei MS implizieren Demyelinisierung als Hauptursache des axonalen Durchtrennung und anschließender axonalen Degeneration. Remyelinisierung kann demyelinisierten Axone degenerieren zu verhindern; jedoch kann wirksam Remyelinisierung als Ergebnis der wiederholte Angriffe beschränkt. Daher werden aktuelle und sich entwickelnde neuroprotektive und regenerative Therapiestrategien bei MS abzielen, neue Angriffe zu verhindern und zu fördern Remyelinisierung Prozesse im ZNS ^5.

Um Folge Optikusneuritis Patienten und die Bewertung der Wirksamkeit ihrer Behandlung wird ein feines Tool, um Änderungen in der Myelinisierung im ZNS zu quantifizieren erforderlich. Jedoch die Standard Messungen, einschließlich visuelle Routine-Tests und MRI-Scans sind nicht empfindlich genug für diesen Zweck. Routine visuelle Tests (dh. Sehschärfe, Kontrastempfindlichkeit, Gesichtsfeld und Farbwahrnehmung) können Fälle von reduzierten Eingangs Projektion entlang der Sehbahn offenbaren aber sind unempfindlich gegen verzögerten Projektion Raten, die die Rolle der demyelinisierten Fasern ^6,7 identifizieren . T2 hyperintense Läsionen, die das Markenzeichen der Krankheit sind, resultiert aus Rest Mischung von Ödemen, Entzündungen, Demyelinisierung, axonale Verlust und Gliose und kann somit nicht zwischen Demyelinisierung und anderen Hirnerkrankungen zu unterscheiden. Darüber hinaus ist Standard MRT entwickelt, um qualitative Gewebekontrast zu offenbaren. Während diese angemessen zum Identifizieren des Orts von ungewöhnlichen Gewebe sind, sind sie nicht ausreichend, um Gewebeeigenschaften quantitativ zu erfassen.

Dynamische visuelle Tests können als Marker der Demyelinisierung und Remyelinisierung verwendet werden

Wir argumentieren,dass dynamische visuelle Funktionen sind besser geeignet als statische Funktionen zu identifizieren und zu quantifizieren, Änderungen in der Projektion Latenzen entlang der Sehbahn. Während Erfüllung der statischen und dynamischen visuellen Funktionen erfordert eine ausreichende Menge an visuellen Input Projektion, nur dynamische visuelle Funktionen hängen vom Projektionsraten. Sehnerv Demyelinisierung kann somit beeinflussen dynamische anstatt statische visuelle Funktionen, implizieren die Notwendigkeit für eine schnelle Übertragung von visuellen Input, um die Bewegung wahrnehmen.

Wir haben zwei Verhaltens Aufgaben entwickelt, um monokulare und binokulare visuellen Funktionen, die eng mit dem Vorsprung Latenzen assoziieren können entlang der Sehbahn beurteilen. Dazu gehören Object Von Motion (OFM) Extraktion und Zeit begrenzte Stereo-Protokolle.

In der OFM-Test, eine Reihe von Punkten zu komponieren ein Objekt, indem die Punkte im Bild nach rechts, während Sie die Punkte außerhalb des Bildes nach links oder umgekehrt. Der Punkt pattern erzeugt eine getarnte Objekt, das nicht entdeckt werden können, wenn die Punkte steht oder fährt als Ganzes. Wichtig ist, dass die Objekterkennung abhängig von der Bewegungswahrnehmung. Mit der OFM-Protokoll haben wir ein Defizit nachhaltig in den betroffenen Augen der ON Patienten, offensichtlich sogar 12 Monate nach dem Angriff demonstriert optische Neuritis, während Standard-visuellen Funktionen hatte ⁸ gewonnen. Darüber hinaus wurde eingeschränkter Performance mit verzögerter Leitungen verbunden (verzögerte P100, was Demyelinisierung) und die Verbesserung der Bewegungswahrnehmung wurde mit Verkürzung der Leitungsraten (reflektierende Remyelinisierung korreliert, lineare Regression der kleinsten Quadrate mit der Berechnung des Korrelationskoeffizienten F = 27,3, p = 0,0005; r = -0,87) ^9.

Die aktuell vorgestellten OFM-Protokoll wurde entwickelt, um den Test für die klinische Nutzung, einschließlich Test Verkürzung, die Anpassung der Test-Software, um in einer automatischen Ausgabedatei führen und in einer Bewegung führen passen aktualisiert sensitivkeit Score.

Um die Wirkung der Projektion auf Latenzen binokularen Sehens zu beurteilen, wurde die Zeit begrenzte Stereo-Protokoll entwickelt. In diesem Protokoll werden die räumlich unterschiedliche Bilder für eine begrenzte Zeitdauer präsentiert, herausfordernde binokularen Integration in der Zeit. Dieser Test wurde entwickelt, um die Hypothese, die durch Demyelinisierung bei der betroffenen Nerven, Informationen aus beiden Augen die Rinde zu verschiedenen Zeitpunkten binokularen Integration in der Zeit beeinträchtigt zu erreichen testen. Testen einer Gruppe von ON Patienten (1-2,5 Jahre nach dem Angriff) erholt, haben wir gezeigt, dass die meisten Patienten hatten intakt Leistungsstufen in einem Standard-Stereo-statische Aufgabe; Leistung auf der Zeit-Stereo Aufgabe gezwungen wurde, in den meisten Fällen ¹⁰ beeinträchtigt.

Der OFM und die Zeit begrenzte Stereo-Protokolle bieten eine einfache, aber leistungsstarke Möglichkeit zur Identifizierung und Quantifizierung von Prozessen Demyelinisierung und Remyelinisierung entlang der Sehbahn. Diese Protokolle may effizient zu diagnostizieren und Follow-up auf und MS-Patienten in einer kosteneffektiven Weise mit einem einfach zu Computer-basiertes Protokoll verwenden.

Protokoll

Das Protokoll folgt den Richtlinien Hadassah Hebrew University Ethik-Kommission für Studien am Menschen. Um den Effekt der Myopie oder Brechungsfehler auf Testergebnisse zu vermeiden, sollten die Protokolle durchgeführt werden, während die Patienten tragen ihre Brille (Sehhilfe).

Von Object Motion (OFM) Protokoll:

1. Testansatz und Einweisung Themen

1. Sitz Der Gegenstand 50 cm vor dem Computer-Bildschirm.
2. Öffnen Sie die OFM-Software.
3. Weisen Sie den Thema, das er mit Bewegung definierten Objekte präsentiert werden. Weisen Sie ihn als richtig und so schnell wie möglich, indem Sie die "A"-Tastatur und dann verbal Benennung der wahrgenommene Objekt, zu reagieren.
4. Nach der Reaktion wird ein Bildschirm angezeigt, "die Leertaste drücken" angezeigt. Weisen Sie den unter der Leertaste, wenn Sie bereit, um den nächsten Reiz zu identifizieren drücken.
5. Erklären Sie, dass das Thema Reize können bei sehr schwer zu-perceiv erscheinenE Geschwindigkeiten oder bei einigen leichter wahrnehmen diejenigen.

2. Lernphase

Geben Sie "Lern OFM" an der Kommandozeile. Thema wird nun mit 4 Beispiel Reize präsentiert. Diese Phase wird durchgeführt, wenn Subjekts beide Augen geöffnet sind.

3. Testphase

In der Regel wird jeder OFM Test umfasst 20 Reize. Alle ersten zum niedrigsten Geschwindigkeit von 4 Pixel / sec dargestellt. Diejenigen, die nicht erkannt werden dann bei der nächsten Geschwindigkeit von 5,5 Pixel / s vorgestellt. Diejenigen, die nicht erkannt wird, wird dann bei der nächsten Geschwindigkeit von 7,5 Pixel / Sekunde dargestellt werden und so weiter, gehen durch 10 Pixel / sec, 13,5 Pixel / sek, 18 Pixel / sek und bis zur schnellsten Geschwindigkeit von 24,5 Pixel / sec. Geschwindigkeiten wurden auf der Grundlage der Exponent y = 3 * e ^0,3 definiert. Wenn fünf aufeinanderfolgende Impulse in einer bestimmten Geschwindigkeit nicht erkannt wurden, wird die nächste Stimuli bei schneller Geschwindigkeit der nächsten vorgestellt zu Frustration bei den Patienten zu vermeiden. Thwird, wird bei der Verkürzung der Testlänge, die in der Regel länger als Anerkennung ist schlimmer (erforderlich die Passage durch größere Anzahl von Geschwindigkeiten pro Stimulus) führen.

1. Bedeckung unterliegen einem Auge mit einer Augenklappe. Jeder Augenklappe kann, solange es liefert eine vollständige Abdeckung ausreichend sein.
2. Geben Sie "OFM Objekte" in der Befehlszeile.
3. Wählen Sie eine Stimuli-Set (4 Software enthält Reize Sets Jedes Set beinhaltet 20 verschiedene Objekte Die Auswahl kann zufällig sein, aber stellen Sie sicher, dass Sie verschiedene Stimuli-Sets für jede der getesteten Augen gelten;... Anwenden verschiedener Reize Sätze für die nachfolgenden Lernzeitpunkten in Bei Längsabschätzung).
4. Ein Prompt, der Sie den Namen Person eingeben, wird getestet Auge und Datum des Tests angezeigt. Füllen erforderlichen Informationen.
5. Das Thema sorgfältig überwachen und reagieren auf das Thema, während sie / er erledigt die Aufgabe wie folgt:
   1. Wenn ein Reiz erscheint das Thema muss das "A"-Taste auf der Detailtagebuch drückenard und benennen Sie die Identität des Stimulus präsentiert.
   2. Drücken Sie die linke Maustaste für eine richtige Antwort oder die rechte Maustaste für eine falsche Antwort.
   3. Betreff drückt die "Leertaste" auf der Tastatur für die Einleitung der nächsten Reiz.
   4. Dieser Vorgang (Schritte 3.5.1-3.1.5.3) fortgesetzt, bis alle 20 Impulse in dem Satz entweder erkannt oder mit der schnellsten Geschwindigkeit dargestellt.
6. Den Vorgang (aus Schritt 3.1) für die zweite Auge des Patienten mit einem anderen Satz von Stimuli.

Zeit begrenzte Stereo-Protokoll:

1. Testansatz und Einweisung Themen

1. Sitz Der Gegenstand 50 cm vor dem Computer-Bildschirm.
2. Öffnen Sie die Stereo-Software.
3. Weisen Sie den Gegenstand, dass er mit 3-dimensionale (3D) Formen dargestellt werden und müssen die wahrgenommene Form als korrekt und schnell wie möglich zu nennen. Ein Kreis, ein Quadrat: Formen wird eine der folgenden sein, Ein Dreieck oder ein Stern.
4. Erklären Sie dem Thema, das Reize können bei sehr harten Bedingungen wahrnehmen scheinen oder zu einem leichter, diejenigen wahrzunehmen.
5. Weisen Sie den Gegenstand, um die 3D-Brille tragen.
6. Schalten Sie die Raumaufhellung.

2. Lernphase

Geben Sie "Lern Stereo" in der Befehlszeile. Thema wird nun mit 4 Wiederholungen jeder Form, an der längsten Dauer Reize (500 ms) und am einfachsten Disparität (840 sec Bogen) Bedingungen vorgestellt werden. Nach der 3D-Präsentation Zustand wird ein 2D-Darstellung für jede Form folgen. Im letzteren wird eine Linienmarkierung Formen Konturen hinzugefügt werden, um sicherzustellen, unterliegen die Abmessungen der dargebotenen Form wahrgenommen. Themen, die nicht in diesem Zustand einfach nicht gelang, wird nicht in der nächsten Phase getestet werden.

3. Testphase:. Stereopsis Wahrnehmung als Funktion der Fernglas-Ungleichheit

Das 4 Form120, 300, 540 und 840 sec Bogen: s für 500 ms bei 4 verschiedenen Disparität Bedingungen vorgelegt werden.

1. Geben Sie "Stereo Ungleichheit" in der Befehlszeile.
2. Ein Prompt, der Sie den Namen und das Datum des Tests unterworfen eingeben wird angezeigt. Füllen erforderlichen Informationen.
3. Stimulus erscheint
4. Betreff Namen der präsentierten Form. Die Antworten werden vom Prüfer an wichtigen Tasten 1-4 (dh codiert. Drücken Sie die 1, 2, 3, oder 4 Taster für Probanden verbale Reaktionen von "Kreis", "ein Quadrat", "Dreieck" oder "ein Stern ", beziehungsweise). Aufgrund der Lichtverhältnisse und der Tatsache, dass das Thema 3D-Brille trägt, kann er die Antworten nicht codieren von selbst).
5. Betreff drückt eine beliebige Taste, um zum nächsten Reiz weiter. Die Reihenfolge der Reize Präsentation ist zufällig.

4. Testphase

Stereopsis Wahrnehmung als eine Funktion der Stimuluszeit. Die 4 Formen für Unterschiede von 540 und 8 vorgestellt40 sec Bogen entweder 40, 60 oder 100 ms Dauer.

1. Geben Sie "Stereo Dauer" in der Befehlszeile.
2. Wiederholen Sie die Schritte 3,2-3,5.

Ergebnisse

OFM-Protokoll

Das Protokoll führt in einer Textdatei, Antworten Motivs automatisch zusammenfasst. Ergebnisse können auf zwei Arten analysiert werden:

Gesamt: Jeder Reiz darstellte, wird mit einem Stimulus Gewicht zugeordnet, und die Summe der Gewichte aller identifizierten Reize wird als Reaktion des Subjekts gesetzt Punktzahl. Das Gewicht eines bestimmten Stimulus auf Basis der Geschwindigkeit des Stimulusmenge, höhere Gewichte auf niedrigere Geschwindigkeiten. ...

Diskussion

Optikusneuritis ist eine demyelinative Erkrankung des Sehnervs, was zu akuten Sehverschlechterung. Obwohl als vorübergehend bei der Verwendung von Standard-Sichtprüfung ^ein, die Patienten weiterhin Schwierigkeiten bei der täglichen visuellen Aufgaben wahrzunehmen. Wir argumentieren, dass dynamische visuelle Tests ausreichend identifiziert und quantifiziert diese Defizite nachhaltig. Dies ist seit dynamische, aber nicht statisch visuellen Funktionen hängen vom Projektionsgeschwindigkeiten und können anfä...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Personal computer, including laptops			The OFM software runs best on Mac or on Windows 7 (or higher) PC. The Stereo software runs on every personal computer.
Monitor  specification			Size: at least 15inch,  Color: at least 16 bit
The OFM and the Stereo softwares	These are self-developed softwares		Researchers & physicians who are interested in these softwares may contact us at: fmri-hadassah.org
Red/Cyan 3D glasses (We had tested the Stereo software on the two following 3D glasses):	Nvidia & American Paper Optics	3D Vision Ultimate Anaglyph 3D Glasses & Pro X Style Red/Cyan 3D Glasses for Movies and Games on Flat Screens
Performance on our stereo task was compared to performance on the standard Randot stereo test	Stereo Optical Co.	Randot SO-002