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  • Discussion
  • Déclarations de divulgation
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Résumé

Lésion cérébrale peut endommager les systèmes moteurs somatiques et oculaires. Caractérisation de blessure après contrôle moteur conduit aux biomarqueurs d’aider à la détection de la maladie, la surveillance et pronostic. Nous passons en revue une méthode pour mesurer le contrôle des mouvements oculo-manuelle en santé et en incoordination pathologique, avec regard-et-atteignent des paradigmes d’évaluer la coordination entre le œil et la main.

Résumé

L’analyse objective des mouvements des yeux a une histoire importante et a été depuis longtemps prouvé d’être un outil de recherche important dans le cadre de lésions cérébrales. Enregistrements quantitatives ont une forte capacité à écran diagnostique. Des examens simultanés de le œil et les mouvements du membre supérieur dirigés vers des objectifs fonctionnels communs (par exemple, la coordination oeil-main) servent un chemin de biomarqueur chargées robuste supplémentaire pour capturer et interroger les blessures neurales, incluant une lésion cérébrale acquise (ABI ). Tandis que quantitatives dual-effecteur enregistrements en 3-d s’offrir de nombreuses possibilités dans les enquêtes moteurs oculaire-manuel dans le cadre des ABI, la faisabilité de ces enregistrements en doubles pour les yeux et la main est difficile dans des contextes pathologiques, en particulier Quand s’est approché avec la rigueur de la recherche de qualité. Ici, nous décrivons l’intégration d’une système oculométrique avec un système destiné à la recherche de contrôle membre d’étudier un comportement naturel de suivi de mouvement. Le protocole permet l’étude des tâches de coordination oculo-manuelle sans restriction, en trois dimensions (3D). Plus précisément, nous passons en revue une méthode pour évaluer la coordination oculo-manuelle dans les tâches visuellement guidées de saccade à atteindre chez les sujets atteints de maladies chroniques artère cérébrale moyenne (MCA) et comparez-les aux témoins sains. Une attention particulière est accordée aux propriétés spécifique et membre-oculométrie système afin d’obtenir des données de haute fidélité d’après lésion de participants. Taux d’échantillonnage, de précision, de mouvement tête admissible plage de tolérance prévue ainsi que la faisabilité d’utilisation ont plusieurs propriétés critiques a examiné lors de la sélection un traqueur d’oeil ainsi qu’une approche. Le traqueur de membre a été sélectionné une rubrique similaire mais comprenait la nécessité pour la 3-d enregistrement, interaction dynamique et une empreinte physique miniaturisée. Les données quantitatives fournies par cette méthode et le global approche lorsqu’il est exécuté correctement possède un énorme potentiel pour mieux affiner notre compréhension mécaniste du contrôle oculo-manuelle et contribuer à éclairer les interventions diagnostiques et pragmatiques possibles dans la pratique neurologique et de réadaptation.

Introduction

Un élément essentiel de la fonction neurologique est coordination oculo-manuelle ou l’intégration des systèmes moteurs oculaires et manuels pour la planification et l’exécution d’une fonction combinée vers un objectif commun, par exemple, un coup d’oeil, atteindre et saisir de la télécommande de télévision. Nombreuses tâches tenace dépendent des actions visuellement guidées, comme atteignant, préhension, manipulation d’objets et outil utiliser, quel charnière sur les mouvements oculaires et main temporellement et spatialement couplés. Provoquent des lésions cérébrales acquises (ABI) non seulement les dysfonctionnement membre, mais aussi les troubles oculaires ; plus récemment, il semble également pointant sur le dysfonctionnement de coordination oculo-manuelle1. Les programmes de contrôle moteur de coordination oculo-manuelle sont susceptibles d’insulter des blessures neurologiques d’étiologies vasculaires, traumatiques et dégénératives. Ces insultes peuvent provoquer une rupture entre une des relations indispensables nécessaires pour le contrôle moteur intégré et rapide2,3,4,5,6. De nombreuses études sur la motricité manuelle sont terminées et ont entraîné un guidage visuel comme un pilier de base du paradigme sans une méthode ou un protocole permettant d’analyser simultanément les mouvements des yeux.

Dans ABI, déficits moteurs visibles sont souvent détectés lors de l’examen clinique chevet. Cependant, déficiences moteurs oculaires simultanées et déficiences complexes impliquant l’intégration des systèmes sensoriels et moteurs peuvent être subcliniques et nécessitent un enregistrement objectif pour être identifié7,8,9, 10,11,12,13,14,15,16. Coordination motrice oculaire-manuel dépend d’un réseau cérébral grand et interconnecté, soulignant la nécessité d’une étude détaillée. Une évaluation de coordination oeil-main avec doubles objectifs enregistrements offre la possibilité de doser la fonction motrices et cognitive chez plusieurs populations, y compris les témoins sains et les sujets ayant des antécédents de traumatisme crânien, donnant ainsi un aperçu en circuits et la fonction cérébrale3.

Tandis que les saccades sont balistiques besoin de mouvements qui peuvent varier en amplitude selon la tâche, ont démontré les dépendances entre les mouvements de saccade et de la main au cours de l’action visuellement guidées17,18,19, 20. en effet, des expériences récentes ont démontré que les systèmes de contrôle pour les deux mouvements partagent planification ressources21,22. Le moteur de planification hub pour la coordination oeil-main se trouve dans le cortex pariétal postérieur. Dans un accident vasculaire cérébral, il y a des déficits connus dans contrôle moteur ; les patients hémiparétiques auraient dû être divulgués pour produire des prévisions inexactes, étant données un ensemble de commandes neuronales, lorsqu’invités à effectuer des mouvements de la main visuellement guidées, en utilisant soit les plus touchés (controlatéral) ou moins (ipsilatéral) branche23 ,24,25,26,27,28,29. En outre, coordination oculo-manuelle et programmes connexes de contrôle moteur sont susceptibles d’être insulter suite à des lésions neurologiques, découplage des relations, temporellement et spatialement, entre effecteurs30. Objectives enregistrements de contrôle de le œil et la main sont primordiaux pour caractériser l’incoordination ou le degré de déficience de la coordination et améliore la compréhension scientifique du mécanisme de commande de moteur oeil-main dans un contexte fonctionnel.

Il existe de nombreuses études de coordination oculo-manuelle en témoins sains17,31,32,33,34, notre groupe a avancé le champ de notre cadre de lésion neurologique, pour instance au cours de l’évaluation des circuits de course, ont étudié l’organisation spatiale et temporelle des mouvements de la main, souvent en réaction aux cibles spatiales visuellement affichés. Les études qui ont élargi la caractérisation objective à le œil et la main ont porté presque exclusivement sur la capacité de performance pour enregistrer que les deux effecteurs après accident vasculaire cérébral ou dans des contextes pathologiques ; le protocole décrit permet la caractérisation robuste de la motricité oculaire et manuelle dans les mouvements naturels et sans contrainte. Nous décrivons ici la technique lors d’une enquête des mouvements de saccade à atteindre visuellement guidée chez les sujets atteints de maladies chroniques artère cérébrale moyenne (MCA) par rapport aux témoins sains. Pour l’enregistrement simultané de saccade et d’accessibilité, nous employons des yeux simultanée et suivi de mouvement de main.

Protocole

1. le participant

  1. Recruter plus de 18 ans, sans antécédents de dysfonctionnements neurologiques, lésions oculaires importantes, dépression importante déficience majeure de contrôle participants et/ou les implants électriques.
  2. Recruter les participants AVC âgées de 18 ans, ayant des antécédents de traumatisme crânien dans la distribution de l’artère cérébrale moyenne (MCA), ont la possibilité de compléter l’échelle Fugl-Meyer, maintenir une gamme complète de le œil mouvements35,36, ont la possibilité d’effectuer le pointage des tâches et sans l’histoire de dysfonctionnement neurologique supplémentaire, la comorbidité santé oculaire importante, diminution significative, major handicap et/ou implants électriques.
  3. Demandez aux participants de signer un formulaire de consentement approuvé par les institutionnels Review Board de New York University School of Medicine.
  4. Participant de dépistage (pour les critères d’exclusion détaillée voir Rizzo et al.,37)
    1. Histoire de prendre et d’effectuer des examens cliniques comme indiqué ci-dessous.
      1. Évaluer l’état cognitif des participants avec examen Mini d’état Mental (MMSE)38.
      2. Pratiquer un examen neurologique.
      3. Examiner des muscles extraoculaires et les mouvements des yeux.
        1. Demandez aux participants de suivre le doigt du chercheur avec leurs yeux tout en gardant leur tête dans la même position. Dessiner une lettre imaginaire de H en face d’eux et s’assurer que vos mouvements de doigt assez loin et haut/bas, évaluer le centre, vers le haut, bas, gauche, droite, bas/gauche, bas/droite, haut/gauche et haut/droite.
        2. Demandez aux participants de suivre et de maintenir le regard sur un objet que se déplaçait lentement à travers leur champ visuel pour évaluer la poursuite sans heurt. Couvrir une distance d’environ 24 pouces et en arrière à l’aide d’un crayon comme cible, balayer lentement dans les directions horizontale et verticale, répétant chacun trois fois.
        3. Demandez aux participants d’examiner aussi vite que possible entre les 2 cibles qui sont placés à 24 pouces de distance afin d’évaluer les saccades. Utiliser un crayon et un stylo comme cibles et direct regardent aux cibles dans un dos et quatrième manière trois fois horizontalement et verticalement.
        4. Demander aux participants de se focaliser sur un objet tel qu’il se déplace lentement vers à leurs yeux pour évaluer la convergence, la cible, un crayon, sur le pont de son nez de centrage. Suite à cette procédure, répéter l’essai en mettant la même cible de nez arrière à la position de départ (divergence).
        5. Demander au patient de couvrez un oeil regarder nez du chercheur. Déplacer la main hors champ visuel du patient et apportez-la dans, wag le doigt lentement puis demandez au patient d’informer le chercheur quand la main revient dans l’affichage, répétez cette opération pour coin supérieur gauche, supérieur droit, inférieur gauche et inférieurs droit quadrants.
          Remarque : Lorsque le patient porte sur son œil droit, elle recouvre le œil gauche et vice versa.
      4. Évaluer la déficience visuelle par un test d’intégration visuo-motrice.
      5. Évaluer l’acuité visuelle de Snellen graphique39,40.
      6. Évaluer le champ visuel avec la confrontation et en cas de question, effectuer Goldman ou Humphrey champ visuel test41,42.
      7. Évaluer la négligence hemi-spatiale via ligne Bissection test et la seule lettre annulation test43.
      8. Quantifier l’ampleur du handicap via 25-point National Eye Institute visuelle fonctionnement Questionnaire (NEI-VFQ-25) et un supplément de 10 éléments enquête44.

2. préparation de l’expérience et la configuration physique de l’équipement

  1. Equipement :
    1. Choisissez un traqueur d’oeil
      1. Choisissez un traqueur d’oeil qui est capable de visiocasques utilisation (pour éviter toute interférence avec des mouvements de bureau-base portée) haute résolution spatiale (≤ 0,1o) et haute résolution temporelle (≥250 Hz).
      2. Enregistrer le mouvement des yeux binoculaire avec le traqueur d’oeil à une fréquence d’échantillonnage de 250 Hz (position de le œil d’échantillonnage toutes les 4 ms) suivi élève tant reflet cornéen.
    2. Choisir d’un tracker limb
      1. Choisissez un tracker de branche qui peut mapper le mouvement dans le x, y, position z, exactitude de 0,08 cm ³, latence ³ de 3,5 ms.
    3. Choisissez un ordinateur portable capable d’exécuter un script personnalisé qui contrôle l’intégration en temps réel des données acquises de deux systèmes et co enregistrant les signaux en temps réel (Table des matières).
    4. Choisir un moniteur capable de s’intégrer avec le portable choisi et qui est suffisamment large pour soutenir une correspondance biunivoque entre le moniteur et espace table portée
    5. Définir un rectangle identique en taille de l’écran sur une surface de la table entre le participant et le moniteur, à utiliser comme un espace fonctionnel pour atteindre pour des travaux expérimentaux.
  2. Mettre en place la préparation :
    1. Mettre en place une table avec la chaise réglable hauteur.
    2. Placer un écran de 40 cm de l’extrémité de la table (Table des matières).
    3. Placer une planche sur table (atteignant la surface) avec la dimension de rapport 1-1 avec le moniteur.
    4. Mettre en place le tracker de la branche par le montage de la source électromagnétique sous la table (Table des matières).
    5. Mettre en place le traqueur d’oeil, l’hôte de PC (Table des matières).
      1. Fixez quatre illuminateurs (IR) aux quatre coins de l’écran à l’aide de sangles.
      2. Définir les configurations de traqueur oculaire d’écran eye tracker installation options.
        1. Sélectionnez la configuration préréglée du traqueur oculaire 13 points d’étalonnage.
        2. Sélectionnez la sensibilité élevée saccade pour détecter la petite saccade.
        3. Sélectionnez le mode élève-CR pour enregistrer les élèves et la cornée.
        4. Sélectionnez une fréquence d’échantillonnage à 250 Hz.
  3. Préparation physique participante
    1. Participants assise sur une chaise réglable en hauteur à la table avec l’écran de l’ordinateur.
    2. Positionner le participant de 60 cm de l’écran (Table des matières).
    3. Fixez le capteur de mouvement (Table des matières) à l’aspect distale de l’index de la main de l’à tester le bras (bras dominants pour les contrôles et les deux bras chez les participants avec les accidents vasculaires cérébraux)
    4. Placez le traqueur d’oeil sur le bandeau des participants et ajustez le serre-tête et caméras (Table des matières).
      1. Montage de l’arceau
        1. Ajuster l’étanchéité et la position du bandeau (en utilisant les boutons du bandeau) afin que la plaquette avant est au centre du front et les coussins latéraux au-dessus des oreilles du participant.
        2. Assurez-vous que la caméra serre-tête est au centre du front et sur le pont du nez.
        3. Demandez aux participants de froncer les sourcils et si le bandeau se déplace, remonter plus haut ou plus bas sur le front.
      2. Ajuster la caméra et la position de la cornée illuminateur. Demandez aux participants de regarder l’écran.
        1. Depuis l’écran de l’appareil, sélectionnez l’image de la caméra tête, vérifiez qu’elle montre quatre grandes taches de marqueurs IR qui sont placés dans le centre de l’image de la tête de caméra. Si ils ne sont pas dans le centre, ajuster en conséquence.
        2. Dans l’écran de réglages de caméra, sélectionnez un œil à l’époque. Ajuster le œil deux caméras en abaissant et en soulevant la caméra eye gérer jusqu'à ce que la pupille de le œil est au centre de l’image de la caméra
        3. Concentrer la caméra eye en faisant pivoter le porte-lentille.
        4. Définissez le seuil de l’élève en appuyant sur le bouton du seuil de déclenchement automatique sur l’écran de configuration de caméra.
        5. Effectuer le réglage de même pour l’autre oeil.
  4. Calibration
    1. Calibrer le tracker de branche de sortie pour atteindre la surface à l’aide d’un étalonnage de 9 points, demander au participant de placer leur doigt attaché du capteur à partir de lieux (table) surface tel qu’affiché sur l’écran du moniteur.
    2. Calibrer le traqueur d’oeil, demandez aux participants d’examiner la cible de calibrage qui apparaît comme un point bleu et maintenir la fixation jusqu'à ce que le prochain point apparaît sur l’écran
      NOTE : Étalonnage cibles apparaissent dans 13 postes choisis au hasard sur l’écran
    3. Calibrer le traqueur d’oeil au moins deux fois par session, un premier au début de l’expérience et à sa moitié.

3. expérience

  1. Demandez aux participants de passer leur doigt sur la position de départ, couvrant le cercle de démarrage sur l’écran avec le point du doigt-indicateur (point rouge), tout en fixation (œil) la position de départ sur l’écran.
    Remarque : La position de départ est un emplacement correspondant des écrans point (point bleu) fixation sur le centre de l’écran (Figure 1 a). La position du doigt est représentée comme point de rayon rouge de 4 mm sur l’écran.
  2. Exiger des participants maintenir la position du doigt sur le cercle de démarrage pour 150 ms jusqu'à ce que la cible s’affiche.
  3. Veiller à ce que les participants fixent la position de départ jusqu'à ce qu’ils entendent un signal sonore (« bip aller »). (Figure 1)
    Remarque : La durée entre la cible apparence et le signal go est aléatoire entre 250 et 750 ms pour éviter l’anticipation du signal aller.
  4. Instruire les participants vers les yeux et le bout des doigts rapidement et avec précision la cible désignée qu’ils entendent le son du bip (Figure 1)
    1. La cible désignée apparaît circulaire de rayon blanc de 1 cm
  5. Instruire les participants de toucher l’emplacement sur table à la position de la cible virtuelle telle qu’affichée sur l’écran en soulevant la main et des doigts et en reconnectant le bout du doigt et la table
    1. Veillez à ce que les participants font un mouvement de pointage en levant la main et des doigts plutôt que de glisser la main et des doigts sur la table.
    2. Afficher l’emplacement de la fin de la portée comme un point rouge, qui suit atteindre achèvement.
    3. Déterminer la portée achèvement par une combinaison de faible vitesse (< 5 % max.) et seuil de z-plane de 3 mm.
  6. Demandez aux participants d’effectuer une série d’essais de familiarisation, avant de commencer l’acquisition de données.
  7. Commencer d’acquisition de données après que les participants touché 5 des 10 derniers objectifs avec succès.
  8. Demandez aux participants d’effectuer une série de look et atteindre des essais qu’ils ont été instruits au cours des essais de familiarisation.
    1. Avoir les participants à effectuer un total de 76 essais.
  9. Avoir les participants contrôle à réaliser l’expérience avec leur main dominante.
  10. Chaque fois qu’il est possible, avoir des participants à coup réaliser l’expérience avec les deux mains, touchés plus ou moins affectés.
  11. Les participants effectuer l’expérience entière avec au moins une main.

figure-protocol-12219
Figure 1. Vue schématique d’installation et d’expérience. (a) représentation schématique du moniteur et atteignant la surface au cours d’un procès. (b) le séquençage des actions guidées visuellement accessibles. Première Fixation (F) s’affiche. La cible (T) apparaît après une durée aléatoire. Le signal « aller » se produit comme auditif bip (représenté par la barre verticale gris clair) après une suite d’intervalle (offset simultanée du F) temps imprévisible de l’apparence de la cible. Main (H) et les mouvements de le œil (E) suivent le signal go. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Résultats

Trente participants ont participé à l’étude de recherche. Il y avait 17 participants de la cohorte de contrôle et 13 participants de la cohorte d’accident vasculaire cérébral. Deux participants n’a pas pu terminer l’expérience entière, afin que leurs données ont été exclues de l’analyse.

Données démographiques et les évaluations de Questionnaire

Discussion

L’avènement de le œil et la main des systèmes de suivi comme les outils disponibles pour étudier objectivement les caractéristiques des systèmes moteurs oculaire-manuel a accéléré les études de recherche, ce qui permet un nuancé enregistrement approche pour une tâche essentielle dans les activités quotidiennes – coordination oeil-main. De nombreuses tâches d’action dépendante naturels sont guidés visuellement et dépendent de la vision comme une entrée sensorielle primaire. Regard est programmé pa...

Déclarations de divulgation

Les auteurs déclarent que la recherche a été effectuée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprété comme un conflit d’intérêts potentiel.

Remerciements

Nous tenons à remercier le Dr Tamara Bushnik et l’équipe de recherche de Rusk NYULMC pour leurs idées, suggestions et contributions. Cette recherche a été financée par 5K 12 HD001097 (à J-RR, MSL et PR).

matériels

NameCompanyCatalog NumberComments
27.0" Dell LED-Lit monitor DellS2716DGQHD resolution (2560 x 1440)
ASUS ROG G750JM 17-Inch AsusTek Computer Inc
Eye Link IISR-Research500 Hz binocular eye monitoring
0.01 º RMS resolutions
MatlabMathWorks
Polhemus MicroSensor 1.8 Polhemus240 Hz, 0.08 cm accuracy

Références

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