Eye-Tracking Control pour évaluer les fonctions cognitives chez les patients atteints de sclérose latérale amyotrophique

Résumé

Cognitive deficits are common in about one third of patients with amyotrophic lateral sclerosis, a neurological condition leading to progressive impairments in speech and movement abilities. To conduct cognitive tests in patients unable to speak or write a reliable and easy to administer eye-tracking paradigm was developed.

Résumé

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder with pathological involvement of upper and lower motoneurons, subsequently leading to progressive loss of motor and speech abilities. In addition, cognitive functions are impaired in a subset of patients. To evaluate these potential deficits in severely physically impaired ALS patients, eye-tracking is a promising means to conduct cognitive tests. The present article focuses on how eye movements, an indirect means of communication for physically disabled patients, can be utilized to allow for detailed neuropsychological assessment. The requirements, in terms of oculomotor parameters that have to be met for sufficient eye-tracking in ALS patients are presented. The properties of stimuli, including type of neuropsychological tests and style of presentation, best suited to successfully assess cognitive functioning, are also described. Furthermore, recommendations regarding procedural requirements are provided. Overall, this methodology provides a reliable, easy to administer and fast approach for assessing cognitive deficits in patients who are unable to speak or write such as patients with severe ALS. The only confounding factor might be deficits in voluntary eye movement control in a subset of ALS patients.

Introduction

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative fatale conduisant généralement à la mort à moins de 3 à 5 ans. Au cours de la pathologie, les patients présentent une perte progressive des voies respiratoires et le fonctionnement bulbaire ainsi que des déficiences dans le mouvement des capacités ^1. Il partage certaines caractéristiques cliniques, pathologiques et génétiques avec la démence frontotemporale ² et il est bien documenté que environ 30% des patients atteints de SLA présentent des déficits cognitifs ^3. Ces déficits sont les plus importants dans les domaines de la fonction exécutive, la fluidité verbale et la langue ⁴ et avoir une influence sur la survie ^5, la conformité ⁶ et soignant charge ^7. Ainsi, l'évaluation neuropsychologique fiable est crucial dans cette maladie.

Déficiences dans Advancing moteur et de la parole capacités sont, cependant, un facteur limitant pour l' évaluation approfondie des capacités cognitives dans les stades ultérieurs de la maladie ^8. Sae, les approches oculomoteurs base semble être très prometteur, comme base de contrôle des mouvements des yeux reste intacte pendant une longue période comparable au cours de la SLA pour la majorité des patients ^9. Lui - même les paramètres de suivi oculaire ont été utilisées pour obtenir des informations sur l'état cognitif des patients atteints de SLA ¹⁰ et corréler également avec le motif d' étalement séquentiel de la SLA ^11. Les mouvements oculaires comme un moyen pour contrôler les tests cognitifs dans le contexte de la SLA a également été étudiée dans des travaux antérieurs. Une étude a démontré avec succès sa facilité d' utilisation dans les contrôles sains en utilisant une version oculomoteur base du Trail-Making Test ^12, tandis qu'un autre trouve qu'il convient de faire la distinction entre les contrôles sains et les patients atteints de SLA basé sur la performance cognitive et de distinguer entre les patients cognitivement plus ou moins douteux ^13.

La recherche décrite ici a utilisé une méthodologie oculomoteur basée pour étudier les troubles cognitifs dans ALpatients S, en particulier dans le domaine du fonctionnement exécutif. Deux tests neuropsychologiques bien validés et couramment utilisés ont été adaptés au contrôle des mouvements oculaires: couleur progressives matrices du Raven (CPM) ¹⁴ et la D2 test ^15. Le CPM est un instrument non-verbal utilisé pour mesurer les capacités de direction et visuospatiales ainsi que l'intelligence fluide. Le D2-test est également un outil non-verbale utilisée pour découvrir le dysfonctionnement exécutif dans les domaines de l'attention sélective et soutenue et la vitesse de traitement visuel. Les deux sont largement utilisés des outils cliniques qui ont été utilisés avec succès dans les études précédentes évaluant le déclin cognitif potentiel au cours de la maladie ¹⁶ et le statut neuropsychologique des patients atteints de SLA par rapport aux témoins en bonne santé ^17.

Le but de ce travail était de montrer les conditions requises pour une évaluation réussie des déficits cognitifs dans la SLA indépendante du mouvement et de troubles de la parole en utilisant un reliable version basée eye-tracking de la RPC et de la D2-test. Fait important, la méthode décrite ici a le potentiel d'être élargi pour étudier d'autres populations de patients ayant une déficience motrice grave.

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Protocole

L'étude a été approuvée par le Comité d'éthique de l'Université d'Ulm (Déclaration n ° 19/12) et le protocole décrit suit donc leurs directives. Tous les participants ont donné leur consentement éclairé par écrit.

1. Stimuli et environnement de test

1. Pour garder les distractions au minimum effectuer la recherche dans un endroit sombre ou une chambre très mal éclairée et calme.
2. Utiliser un dispositif de suivi de l'oeil approprié.
   NOTE: Il existe une grande variété d'appareils disponibles pour effectuer des études de mouvements oculaires. Dans la présente recherche un dispositif d'enregistrement des mouvements oculaires portable avec des lunettes a été utilisé, qui mesurent synchroniquement positions oculaires binoculaires, en utilisant deux caméras intégrées avec une diode infrarouge électroluminescente (LED IR), un pour chaque oeil ^18.
   1. Pour assurer eye-tracking optimal, ajuster les caméras manuellement en les inclinant dans tous les 6 degrés de liberté (3 translationnelle, 3 de rotation) jusqu'à ce que la détection de mouvement de l'oeil est optimal.
      REMARQUE:Les mesures du système sont affichées en temps réel sur l'écran de l'expérimentateur pour surveiller la qualité de l'enregistrement et le comportement de réponse des participants. Les principales caractéristiques du système sont décrites ci - dessous et les spécifications détaillées sont données dans le tableau 1.
3. Mettre en œuvre un paradigme de test oculomoteur standardisé, qui est capable de détecter des déficits dans le contrôle des mouvements oculaires.
   NOTE: Cela peut être une série de tâches comme poursuite ou saccade tâches lisses, dans lequel les participants ayant une déficience du contrôle des mouvements des yeux exécutent mal (par exemple, les méthodes décrites par Gorges et al 2015 ^11.). Ces participants doivent être exclus des tests supplémentaires.
4. Tâches actuelles en utilisant un logiciel approprié qui projette les stimuli sur un écran d'hémi-cylindrique via un projecteur monté au- dessus de la tête du sujet ^11. En outre, veiller à ce qu'un spot laser rouge (diamètre: 0,3 °, la position: 10 ° vertical) est présent pour le D2-tester.
5. Seat les participants sur une chaise surélevée avec une mentonnière réglable, de sorte que la distance oeil-à-écran est d'environ 150 cm.
6. Utiliser l'ensemble A et B du CPM (12 stimuli pour chaque jeu) pour la première partie de l'expérience. Afficher ces stimuli que 22 ° / 15 ° de longues matrices haute avec six alternatives possibles décrites ci-dessous, qui pourraient correspondre à un haut espace 6 ° de large et 5 ° découper de la matrice.
7. Pour le D2-test, utilisez les cinq blocs avec 47 stimuli, ce qui correspond à la ligne 2 - 6 de la D2-test standard ^15, et les représenter un stimulus après l' autre dans le milieu de l'écran avec une hauteur de 11 ° et une largeur de 2,5 °. Assurez-vous que chaque stimulus dure 2.000 msec.

2. Exécution de l'expérience

1. Avant l'expérience commence, demandez aux participants de remplir un formulaire de consentement éclairé pour assurer l'étude est conforme aux normes éthiques.
2. Donner des instructions généralessur le but et la procédure de l'expérience et de contrôle des médicaments actifs sur le SNC, à savoir, demander au participant s'il / elle est en train de prendre tout médicament qui affecte la vigilance et la performance cognitive donc.
3. Éteignez tous les appareils qui pourraient être une perturbation potentielle, comme les téléphones portables ou pagers.
4. participants de siège confortablement avec la mentonnière en position optimale. Assurez-vous que la totalité de l'écran est visible et demander au participant de maintenir la posture pendant toute l'expérience.
5. Demandez aux participants de placer leur tête sur le reste du menton et de placer les lunettes de videooculography sur leur tête. Ajustez-les à l'individu la tête taille / forme.
   NOTE: De ce fait, le meilleur compromis possible entre le confort pour le participant et un risque minimal de indésirables glisser lors de la mesure doit être faite.
6. Assurez-vous que les deux yeux sont visibles sur l'écran de l'expérimentateur, où les images des deux caméras d'enregistrement des mouvements oculaires dans le goggles sont affichés, puis se concentrent les caméras pour centrer les images sur l'écran.
   NOTE: Ceci est important pour une détection optimale et le suivi de l'élève comme une acuité incorrecte peut conduire à un signal perturbé.
7. Pour garantir un enregistrement continu des mouvements oculaires à tout moment, commencer l'étalonnage du système en demandant au participant de regarder dans chaque coin de l'écran de hémi-cylindrique. En cas de perte du signal, changer l'angle de la caméra de suivi de la pupille respective de l'œil pour résoudre le problème.
8. Démarrez le paradigme normalisé de contrôle oculomoteur décrit ci-dessus et d'exclure tous les patients ayant une déficience visuelle importante que ceux-ci vont provoquer l'exécution des tâches corrompues.
9. Demander au participant de suivre un seul endroit sur l'écran, oscillant horizontalement (± 20 °) puis verticalement (± 15 °) avec une fréquence de 0,125 Hz à mapper les données non-étalonné orthogonalisés «bruts» de l'appareil d'enregistrement des mouvements oculaires wn ce qui concerne la «vraie» position de l'oeil orthogonalisé pour l'étalonnage du système.
10. Vérifiez si le calibrage est acceptable, à savoir, si le «vrai» mouvement des yeux et les données «brutes» sont spatialement et temporellement synchronisés, puis demander au participant de ne pas bouger la tête , car cela pourrait entraîner une mauvaise qualité des données.
    NOTE: La position du dispositif de videooculography et le sujet devrait être à l'arrêt pendant la durée de l'expérience, de sorte qu'il n'y a pas besoin de réétalonnage.
11. Expliquer la procédure de la session de formation pour le CPM:
    1. Instruire les sujets d'identifier les pièces manquantes ci-dessous les matrices à venir affichées sur l'écran de hémi-cylindrique pour lesquels ils ont un temps infini. Après avoir fait un choix, ont fait l'objet de fermer les yeux pendant au moins 250 ms pour commencer un cadre vert décrivant toutes les alternatives possibles de pièces manquantes pour 1500 msec chacun.
    2. Demandez au participant de choisirl'alternative qu'ils pensent est correct en fermant les yeux pendant au moins 250 ms tandis que leur choix est encadrée d'un.
    3. Projet le choix séparément sur l'écran d'hémi-cylindrique. Demandez aux participants de confirmer. Si le participant confirme, demandez-leur de fermer les yeux à nouveau pendant au moins 250 msec.
    4. Demander aux participants que le stimulus suivant (matrice avec 6 alternatives de pièces manquantes) automatiquement ( à nouveau, présenté par le logiciel décrit dans l' étape 2) apparaître et que ce sera fait quatre fois avec des stimuli de formation prises de jeu AB de la RPC ¹⁴ .
12. Répondez aux questions des sujets pourraient avoir au sujet de la procédure. Ensuite, demandez aux participants de choisir la pièce manquante de la matrice, comme ils l' ont appris au cours de la session de formation et démarrer le CPM (Figure 1).
13. Expliquer la procédure de la session de formation pour le D2 test:
    1. Demandez aux participants de diriger leur regard vers le center de l'écran et d'observer 47 stimuli séparément (47 s d'correspondant à la ligne 1 de la D2-test standard).
    2. Demandez aux participants de regarder le spot laser rouge positionné au-dessus des stimuli à chaque fois qu'un "d" avec deux tirets est présenté jusqu'à ce que le stimulus suivant apparaît. NOTE: Si aucun stimulus cible est présenté le regard doit se concentrer au centre de l'écran où le stimulus suivant sera présenté.
14. Répondez aux questions des sujets pourraient avoir au sujet de la procédure. Ensuite, demander au participant de procéder pour les cinq blocs de 47 stimuli, similaires à la session de formation suivantes et démarrer le D2-test.
15. Pour le contrôle de la qualité, inspecter les données obtenues à partir de chaque session pour chaque sujet avec soin (visuellement par un expérimentateur formé). Vérifiez si la qualité des données est corrompue, par exemple en raison de difficultés techniques, les mouvements oculaires corrompus ou des malentendus.
16. Merci sujets pour leur participation et répondre à toutes les questionsau cours de l'expérience.

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Résultats

Aux fins de la recherche présentée ici, à savoir, le développement d'un oculomotor fiable basé sur une évaluation neuropsychologique pour les patients atteints de SLA, les choix de la CPM dans un fichier séparé du sujet en interne développé magasins de logiciels, ce qui permet pour le calcul manuel du pourcentage de correct réponses. Pour le D2-test, un enregistrement des mouvements oculaires verticaux est analysé manuellement à l'aide d'un seuil de + 5 ...

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Discussion

Il est une tâche difficile d'évaluer avec succès le statut cognitif des patients atteints de SLA qui sont incapables de parler et d'écrire. L'utilisation de systèmes de videooculography fournit une approche prometteuse. La technique présente présentée est fiable dans la détection des déficits cognitifs, qui jouent un rôle essentiel dans le contexte de la charge de personnel soignant et des maladies ²⁰ chez les patients atteints de SLA. En outre, les versions oculomoteurs du CPM et D2 te...

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matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
EyeSeeCam	EyeSeeTec GmbH; 82256 Fürstenfeldbruck, Germany		Videooculography device