Digitale Handschriftanalyse von Charakteren bei chinesischen Patienten mit leichter kognitiver Beeinträchtigung

Zusammenfassung

Diese Studie schlug eine digitale Handschriftanalyse von Charakteren bei Personen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung vor, um mehr Informationen zu finden, als die herkömmliche Bleistift-Papier-Handschriftanalyse zeigt.

Zusammenfassung

Eine zunehmende Menge an Beweisen zeigt, dass kognitive Defizite und Bewegungsstörungen nicht getrennt sind. Patienten mit leichter kognitiver Beeinträchtigung (MCI) können feinmotorische Störungen der oberen Extremitäten manifestieren. Handschrift ist eine komplexe und einzigartige menschliche Aktivität, die sowohl motorische als auch kognitive Koordination beinhaltet. Forscher aus westlichen Ländern haben herausgefunden, dass Patienten mit MCI abnormale Handschriftmerkmale haben. Es wurden jedoch keine relevanten Studien in der chinesischen Bevölkerung durchgeführt. Aufgrund des kulturübergreifenden Phänomens der Handschrift ist es das Ziel dieser Studie, neue Handschriftaufgaben zu finden, um die Unterschiede in den Handschriftmerkmalen zwischen älteren Patienten mit MCI und altersgerechten gesunden Personen aufzuzeigen.

Einleitung

Leichte kognitive Beeinträchtigung (MCI) gilt als eine vorübergehende, aber zunehmend degenerative kognitive Phase, diedem Beginn der Alzheimer-Krankheit (AD) 1 vorausgeht. Es wurde berichtet, dass die AD-Progressionsrate pro Jahr 15% beträgt, während fast 75% der mittelschweren und schweren MCI-Fälle unerkannt bleiben könnten². Jüngste Studien haben berichtet, dass Patienten mit MCI Schwierigkeiten in einigen Aspekten der feinmotorischen Aufgaben^{haben 3}, und jene Patienten, die motorische Störungen zeigten, wie z. B. langsamer Gang, hatten ein hohes Risiko für Demenz⁴.

Handschrift ist eine komplexe menschliche Aktivität, die eine komplizierte Mischung aus kognitiven, kinesthetischen und wahrnehmungsmotorischen Komponenten beinhaltet, einschließlich visueller und kinestheischer Wahrnehmung, Motorplanung, Augen-Hand-Koordination, visuell-motorische Integration, Geschicklichkeit und manuellen Fähigkeiten¹. Handschriftanalyse wurde verwendet, um kognitive und motorische Funktionsstörungen in vielen Arten von neurodegenerativen Erkrankungen zu erkennen, wie AD und Parkinson-Krankheit (PD)⁵. Darüber hinaus wurden einige Aspekte der Handschriftprobleme als Indikator für MCI und im Zusammenhang mit der Krankheitsprogression⁶gemeldet. Da die Mehrheit der Bevölkerung Sprache verwendet, fehlen immer noch Studien, die die Handschriftanalyse in chinesischen Sprechern (insbesondere vereinfachte chinesische Schriftzeichen) untersuchen.

Es gab mehrere Artikel, die HandschriftAnomalien oder "Agraphie" bei Personen mit MCI untersucht haben. So versuchten Zhou und Kollegen beispielsweise mit den traditionellen Bleistift-Papier-Methoden, die unterschiedlichen Schreibfähigkeiten zwischen Patienten mit MCI und Personen ohne MCI zu enthüllen. Die Unterschiede zwischen den Gruppen waren nicht offensichtlich, mit Ausnahme von Schreibfehlern⁷. Kawa et al. fanden Handschriftfunktionen bei Patienten mit MCI mit einem intelligenten Stift, der die Strich- und Stiftgeschwindigkeit beim Schreiben dynamisch analysieren konnte². WACOM-Hardware und MovAlyzeR-Software können mehr Echtzeitinformationen erkennen als herkömmliche Bleistift- und Papiermethoden und Smartpenpapiermethoden. Daher wurden dynamische Handschriftdaten wie Pen-Down-Druck, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck als neuer Schwerpunkt der Handschriftanalyse im Vergleich zu statischen Daten, wie Buchstabengröße und Leerzeichen zwischen^{Wörtern 2,}ermittelt.

Ein weiteres Phänomen, das nicht übersehen werden kann, ist jedoch die interkulturelle Wirkung der Handschrift. Die Schreibsysteme verschiedener Nationen sind nicht immer die gleichen (z.B. werden englische Buchstaben von links nach rechts geschrieben, während hebräische Buchstaben von rechts nach links geschrieben werden)⁸. In dieser Ausgabe haben sogar Überprüfungen die Wirksamkeit der Handschriftanalyse^9,10 in alphabetischen Sprachen bestätigt, und die große Kluft zwischen chinesischen Zeichen und westlichen Buchstaben hat die Austauschfähigkeit der Handschriftanalyse in den Methoden und Ergebnissen¹¹ dieser Studien behindert.

Es gibt mehrere große Unterschiede zwischen westlichen Sprachen (z.B. Englisch) und Chinesisch. Erstens gibt es viel mehr Horizontbewegungen der Stiftspitze während des chinesischen Zeichenschreibens im Vergleich zu Buchstaben, die¹²schreiben. Zweitens gilt Chinesisch im Gegensatz zur Alphabetsprache, die mit Phonemen assoziiert ist, als logographisch⁷. Daher haben die meisten chinesischen Zeichen ihre eigene eindeutige Strichreihenfolge, und die Breite und Höhe von Strichen müssen streng begrenzt werden. Andernfalls können unbegrenzte Breiten und Höhen zu erhöhter Unleserlichkeit¹¹ (" und " " führen, die völlig unterschiedliche chinesische Schriftzeichen sind. Auch " ", " " und " sind verschiedene chinesische Zeichen).

" (ausgesprochen "Zheng") ist ein typischer, einfacher und häufig verwendeter chinesischer Charakter, den fast jeder chinesische Sprecher mit einem zweijährigen Bildungsniveau lesen und schreiben kann. Es wurde als Schreibaufgabe in früheren chinesischen Handschriftanalysestudien^6,12ausgewählt. Die Forscher entschieden sich, " " als Schreibaufgabe zu verwenden, weil sie "quadratisch" ist und aus fünf Strichen besteht, die alle horizonal sind (^{1, 3, 5}Strich, von links nach rechts) oder vertikal (^{2, 4}Strich, von oben nach unten) (Abbildung 1). Nach vielen Feinmotor-Studien erfordert die Erfüllung des Hubs ³(horizontal) und ^desHubs nr. 4 (vertikal) reine Handgelenks- und Fingerbewegungen bzw.^6,12,13. Als Ergebnis könnte die Schlaggeschwindigkeit beider Striche eine richtige Manifestation¹⁴sein.

Darüber hinaus ist der Stiftdruck während der Handschrift eine Handschriftfunktion, die nachweislich andere kinematische Merkmale bei der Reflexion der Motorsteuerung^5,15übertrifft. Es gibt jedoch keine relevanten Studien an chinesischen Patienten, obwohl positive Ergebnisse von Forschungsgruppen aus der Tschechischen Republik, Spanien, Israel und anderen Ländern^8,16,17bestätigt wurden.

Die Signatur wurde häufig als Handschriftaufgabe in zahlreichen Studien verwendet⁵. Im Allgemeinen erfordert eine Signatur wenig Nachdenken oder In-Air-Zeit¹⁸. "In-Air" ist definiert als wenn der Druck der Stiftspitze auf den Bildschirm während der Handschrift 0 ist und "In-Air-Zeit" die Summe der Zeit "in-air" während der Handschrift ist. Personen, die an vielen neuropsychiatrischen Störungen leiden, können Defizite in der psychomotorischen Kontrolle haben, und daher zeigen sie erhöhte In-Air-Zeit der Signatur. Rosenblum et al. fanden beispielsweise heraus, dass israelische Patienten mit Depressionen und Parkinson eine längere In-Air-Zeit zeigten als gesunde Kontrollen beim Schreiben ihres eigenen Namens auf Hebräisch^8,19. Da chinesische Zeichen ihre eigene Form haben, wurde in dieser Studie beschlossen, die Tortuosität in der Luftlänge in der Segmentierung zwischen den Zeichen während des Schreibens des Namens als möglichen indikativen Parameter zu verwenden. Tortuosität, definiert durch das Verhältnis der Bogenlänge zum euklidischen Abstand zwischen Endpunkten, ist ein Maß für die Krümmung und indiziert daher die Glätte einer bestimmten Schreibausgabe²⁰.

Protokoll

Unsere Studie wurde von der Akademischen Ethikkommission der Abteilung Biologische Wissenschaften des chinesischen PLA General Hospital in Peking, China, genehmigt.

1. Allgemeine Aspekte der Methodenentwicklung

1. Verwenden Sie einen USB-Digitalisierer (z. B. Wacom Cintiq Pro 16) und einen Handstift für die Handschriftbewegungen. Die detaillierten Spezifikationen des Digitizers sind wie folgt: Außenmaße (Breite x Tiefe x Höhe) 410 x 265 x 17,5 mm, räumliche Auflösung 3840 x 2160 Punkte, Pixelgröße 0,090 x 0,090 mm, zeitliche Auflösung 30 ms und ein Druckpegel von 8.192.
2. Schließen Sie einen Laptop-PC an den Digitalisierer an, um die Handschriftspuren zu sammeln und auszustellen.
3. Verwenden Sie eine Software (z. B. Neuroscript MovAlyzeR) für die Datenaufzeichnung, -verarbeitung und -analyse.
4. Kriterien für die Einbindung/Ausschluß von Patienten
   1. Rekrutieren Sie MCI-Teilnehmer, die mit einer Gedächtnisbeschwerde, einer objektiv beeinträchtigten Gedächtnisfunktion, intakten Aktivitäten des täglichen Lebens und dem Fehlen von Demenz²¹. Außerdem sollten sie das Bildungsniveau von mehr als 2 Jahren Vorschule auf dem chinesischen Festland haben, sonst könnten sie Schwierigkeiten haben, chinesische Schriftzeichen zu schreiben.
   2. Teilnehmer mit offensichtlicher Seh- und Oberschenkelbehinderung ausschließen.

2. Handschriftaufgabe

1. Führen Sie die Software und einen Stift ohne Tintenstift aus.
2. Erstellen Sie ein Beispiel für chinesische Zeichen im Schreibbereich des Digitizers (siehe Abbildung 1).
3. Erlauben Sie den Probanden, den Schreibbereich in eine komfortable Position zu positionieren.
4. Erlauben Sie den Probanden, auf den Schreibbereich zu schreiben und den Stift und die Oberfläche des Schreibbereichs unterzubringen.
5. Stellen Sie die Abtastrate in der Software auf 200 Hz ein.
6. Weisen Sie die Probanden an, seinen Namen mit der dominanten Hand auf Chinesisch zu schreiben.
   HINWEIS: Eine Signatur in kursiver oder gedruckter Version ist akzeptabel, wie es der Betreff gewünscht hat.
7. Weisen Sie die Probanden an, den chinesischen Charakter " " (ausgesprochen "Zheng") mit der dominanten Hand zu schreiben.
   HINWEIS: Das chinesische Zeichen " in einer gedruckten Version ist akzeptabel.
   1. Erinnern Sie die Probanden daran, in einer gedruckten Version zu schreiben, bevor Sie mit der Handschrift beginnen.
      HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass das Motiv in einer aufrechten Position sitzt und schreibt.
8. Halten Sie die Anweisungen während jeder Testversion sichtbar.
   1. Wiederholen Sie die Handschriftprüfung dreimal.
   2. Wenn das Zeichen " in der falschen Strichreihenfolge geschrieben wurde, beenden Sie die Testversion und verfolgen Sie das Subjekt, wie das Zeichen in der richtigen Strichreihenfolge geschrieben wird.
   3. Wenn irgendein Zögern aus einem Mangel an Wissen abgeleitet wurde, stoppen Sie die Studie und zeigen Sie dem Thema, wie man den Charakter richtig schreibt.

3. Datenanalyse

1. Führen Sie die Software aus; klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Experimentieren und wählen Sie Eigenschaftenaus.
2. Wählen Sie Verarbeitenaus , und wählen Sie dann Segmentierungaus.
3. Klicken Sie auf Erste Segmentierung hinzufügen auf jeden Fall, Fügen Sie die letzte Segmentierung auf beliebige Rand-und Stelle hinzu , und verschieben Sie den Segmentierungspunkt auf den nächsten Pendown, wenn sie auf einem Penlift in Segmentierungsflags.
4. Klicken Sie auf Bei Pendown-Trajektorien in Segmentierungsmethoden.
   HINWEIS: Alle diese Anpassungen für den Standardmodus wurden vorgenommen, um die Analyse der chinesischen Handschrift zu verbessern.

4. Parameterberechnung

1. Führen Sie die Software aus, wählen Sie die Themen in " ", und klicken Sie auf Handschrift-Tests.
2. Verwenden Sie das Tracing-System und verfolgen Sie den Handschriftprozess und die Strichreihenfolge von " " Schritt für Schritt.
3. Suchen Sie die Segmentierung von Strich ³von " und lesen Sie die "Durchschnittliche absolute Geschwindigkeit" in "extrahierten Daten" aus.
   HINWEIS: Die Handschriftanalysesoftware berechnet automatisch die "durchschnittliche absolute Geschwindigkeit" jeder Segmentierung.
   VORSICHT: Strich ³von " ist eine Horizontbewegung (von links nach rechts) der Stiftspitze, die kürzer ist als Zeichen 1 und Zeichen 5 ( Abbildung1A).
4. Suchen Sie die Segmentierung von Hub ⁴von " und lesen Sie die "Durchschnittliche absolute Geschwindigkeit" in den "extrahierten Daten" aus.
   VORSICHT: Der Hub ⁴von " ist eine vertikale Bewegung (von oben nach unten) der Stiftspitze, die kürzer ist als Zeichen 2 ( Abbildung1).
5. Lies den "Pen Pressure" jeder Segmentierung in den "extrahierten Daten" aus und erhalte einen "durchschnittlichen Stiftdruck" von " ".
   HINWEIS: Die Handschriftanalysesoftware berechnet automatisch den "Durchschnittlichen Pendruck" jeder Segmentierung.
6. Führen Sie die Software aus, wählen Sie die Themen in " ", und klicken Sie auf Handschrift-Tests.
7. Verfolgen Sie mit dem Ablaufverfolgungssystem den Handschriftprozess und die Strichreihenfolge der Signatur Schritt für Schritt.
8. Suchen Sie die Segmentierung des Strichs zwischen den Zeichen und lesen Sie die "Absolute Größe" und "Straßenlänge" in den "extrahierten Daten"aus.
9. Erhalten Sie die Tortuosität in der Luftlänge in der Segmentierung zwischen Zeichen gemäß der Gleichung.
   HINWEIS: Die Segmentierung des Strichs zwischen den Zeichen war eine In-Air-Segmentierung (Abbildung 2).
   1. Berechnen Sie die Tortuosität in der Luftlänge: 1-Absolute Größe/Straßenlänge %.
      ANMERKUNG: Tortuosität, definiert durch das Verhältnis der Bogenlänge zum euklidischen Abstand zwischen Endpunkten, ist ein Maß für die Krümmung und indiziert daher die Glättung einer bestimmten Schreibausgabe²⁰. Eine stark gewundene Kurve hat mehrere Biegungen oder Kurven, während eine niedrige gewundene Kurve eine mit relativ breiten Schleifen/Kurven und mehr Geradheit ist.
      VORSICHT: Die meisten chinesischen Namen bestehen aus zwei oder drei Zeichen. Wenn die Signatur aus zwei Zeichen besteht, gibt es nur eine Segmentierung des Strichs zwischen den Zeichen. Wenn die Signatur aus drei Zeichen besteht, gibt es zwei Strichsegmentierungen zwischen Zeichen. In-Air-Länge Tortuosität in der Segmentierung zwischen Zeichen wäre ein durchschnittlicher Wert.

5. Statistische Analyse

1. Bewerten Sie Gruppenunterschiede mit dem t-Testeines Schülers. Ein P-Wert unter 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen. Führen Sie alle statistischen Analysen mit dem statistischen Softwarepaket SPSS 22.0 durch.

Ergebnisse

Die demografischen Daten der Probanden zeigten, dass alle Gruppen in Alter, Geschlecht, Bildungsniveau, dominanter Hand und anderen Parametern gut übereinstimmten.

Wie in Tabelle 1dargestellt, wiesen ältere Probanden mit MCI während des Schreibens des chinesischen Zeichens " eine niedrigere durchschnittliche absolute Geschwindigkeit von 3 ^usdauf (2,46 ± 0,40 vs 1,82 ± 0,55, P = 0,001) und ^...

Diskussion

Die kritischen Schritte im Protokoll bestätigen die Lesbarkeit von " ". Im Detail muss innerhalb eines ganzen Zeichens der Hub ³kürzer sein als die anderen Horizontstriche, und der Hub ^mitder Wert4 muss kürzer sein als der Hub ^{von 2.} Genauer gesagt, sind mehr Aufmerksamkeitsressourcen während des Schreibens des Hubs ³und ^{desHubs 6,12}erfor...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
	Microsoft	Surface Pro 2	computer
	MovAlyeR	3.4	software
	WACOM	Cintiq	digitizer