בקרת Eye-מעקב כדי להעריך תפקודים קוגניטיביים אצל חולים עם טרשת לרוחב amyotrophic

Summary

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.

Abstract

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

טרשת לרוחב amyotrophic (ALS) היא הפרעה ניוונית של מערכת העצבים קטלנית בדרך כלל מובילה למוות בתוך 3 עד 5 שנים. במהלך הפתולוגיה, חולים בהווה עם אובדן הדרגתי של נשימה ותפקוד bulbar וכן ליקויים ביכולות תנועת ^1. היא חולקת כמה מאפיינים קליניים, פתולוגי, וגנטיים עם דמנציה פרונטו-טמפורלית ² וזה מתועד היטב כי כ -30% של חולי ALS מפגינים ליקויים קוגניטיביים ^3. גירעונות אלה הם הבולטים בתחומי פונקציה המבצעת, שטף מילולי ושפה ⁴ ויש להם השפעה על הישרדות ^{5, 6} ו המטפל עמידה בנטל ^7. לפיכך, הערכת נוירופסיכולוגית אמינה היא חיונית במחלה זו.

ליקויי לקידום יכולות מוטוריות והקראה, לעומת זאת, גורם מגביל עבור הערכה יסודית של יכולות קוגניטיביות בשלבים מאוחרים יותר של המחלה ^8. שֶׁלָהדואר, גישות המבוססות oculomotor נראו מאוד מבטיח, כמו שליטה בתנועת עין בסיסית נשארה כמות שהייתה במשך זמן רב וזהוב במהלך ALS עבור רוב החולים ^9. Eye-מעקב פרמטרים עצמו שימשו כדי לקבל מידע על המעמד הקוגניטיבי של חולי ALS ¹⁰ וגם לתאם עם דפוס מתפשטת סדרתית של ALS ^11. תנועות עיניים כאמצעי לשלוט מבחנים קוגניטיביים בהקשר של ALS גם נחקרו בעבודות קודמות. מחקר אחד בהצלחה הוכיח השימושיות שלה שאחוז בקרב קבוצת ביקורת משתמשת בגרסה מבוססת oculomotor של שביל-ביצוע מבחן ^12, ואילו אחר מוצא אותו מתאים להבחין בין ביקורת הבריאה וחולי ALS מבוססים על ביצועים קוגניטיביים להיפלות בין קוגניטיבית יותר ופחות חולים שסבלו מהפרעה ^13.

המחקר המתואר כאן בשימוש מתודולוגיה המבוססת oculomotor ללמוד קוגנטיביים באלS חולה, במיוחד בתחום של ביצוע תפקודי. שני היטב תוקף ונהוגי מבחנים נוירופסיכולוגיים הותאמו שליטה בתנועת עין: המטריצות המתקדמות הצבעוניים של רייבן (CPM) ¹⁴ ואת D2-המבחן ^15. ה- CPM הוא מכשיר שאינו מילולי המשמש למדידת יכולות מבצעות visuospatial וכן מודיעין נוזל. נגן ה D2-המבחן הוא גם כלי הלא מילולי נהג לחשוף תפקוד הנהלה בתחומי קשב סלקטיבי ומתמשך ומהירות עיבוד ויזואלי. שניהם משמשים כלים קליניים נרחבים אשר הועסקו בהצלחה במחקרים קודמים שהעריכו ירידת קוגניטיבית פוטנציאל במהלך המחלה ¹⁶ ואת מצב נוירו-הפסיכולוגי של חולי ALS בהשוואה לקבוצת ביקורת בריאה ^17.

מטרת המחקר הנוכחי הייתה להראות את הדרישות להערכה מוצלחת של גירעונות קוגניטיביים עצמאיים ALS של מוגבלויות תנועה ודיבור באמצעות reliable, בגירסה מבוססת עקיבת העין של CPM ואת מבחן D2. חשוב לציין כי השיטה המתוארת כאן יש הפוטנציאל להיות מורחב ללמוד אוכלוסיות אחרות של חולים עם לקויות מוטוריות קשות.

Protocol

המחקר אושר על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת Ulm (גילוי דעת 19/12) ואת פרוטוקול המתואר מכאן ההנחיות שלהם. כל המשתתפים נתנו הסכמה בכתב הודיעה.

גירויים 1. בדיקת הסביבה

1. כדי לשמור את הסחות הדעת עד למינימום לבצע את המחקר במקום חשוך או בחדר מואר מאוד במעומעם ושקט.
2. השתמש מכשיר מעקב העין מתאים.
   הערה: יש מגוון רחב של התקנים זמינים לבצע מחקרי תנועות עיניים. במחקר הנוכחי מכשיר הקלטה נייד עין תנועה עם משקפים שמש, אשר באופן סינכרוני למדוד עמדות עין משקפות, באמצעות שתי מצלמות משולבות עם דיודה פולטת אור אינפרא אדום (נוריות IR), אחד לכל עין ^18.
   1. כדי להבטיח את עין מעקב אופטימלי, להתאים את המצלמות באופן ידני על ידי הטיית אותם בכל 6 דרגות חופש (3 translational, 3 סיבוב) עד זיהוי תנועות עיניים הוא אופטימלי.
      הערה:המדידות של המערכת מוצגות בזמן אמת על המסך של נסיין לניטור איכות הקלטת התנהגות התגובה של המשתתפים. התכונות העיקריות של המערכת מתוארות להלן ומפרטים מפורטים ניתן בטבלת 1.
3. יישום פרדיגמה בדיקות oculomotor סטנדרטי, אשר הוא מסוגל לזהות ליקויי שליטה בתנועת עין.
   הערה: זה יכול להיות סדרה של משימות כגון משימות מרדף או saccade חלקים, שבו משתתף עם שליטה בתנועת עין לקויה לבצע קשה (למשל, השיטות שתוארו על ידי ערוצים ואח 2015 ^11.). יש משתתפים אלו להיכלל בדיקות נוספות.
4. משימות הווה באמצעות תוכנה מתאימה והשלכה של גירויים על מסך-גלילי חם באמצעות מקרן רכוב מעל ראשו של הנושא ^11. בנוסף, יש לוודא כי כתם לייזר אדום (קוטר: 0.3 °, מיקום: 10 ° אנכי) קיים עבור D2-מִבְחָן.
5. סיאט המשתתף על כיסא מוגבה עם שאר סנטר מתכווננת, כך מרחק עין המסך הוא כ -150 סנטימטרים.
6. השתמש להגדיר A ו- B של ה- CPM (12 גירויים עבור כל קבוצה) עבור החלק הראשון של הניסוי. צג גירויים אלה כמו 22 ° ארוך / 15 ° מטריצות גבוהות עם שש חלופות אפשריות מתוארות להלן, אשר עשוי להתאים במרחב 6 ° רחב ו -5 ° גבוה ריק לגזור מן מטריקס.
7. עבור המבחן D2, השתמש בחמשת העמודים עם 47 גירויים, מקבילים לקו 2 - 6 מתוך ¹⁵ D2-המבחן הסטנדרטי, ומתאר אותם גירוי בזה אחר זה באמצע המסך עם גובה של 11 ° ורוחב של 2.5 מעלות. ודא כל גירוי נמשך 2,000 msec.

2. הפעלת הניסוי

1. לפני הניסוי מתחיל, מבקש ממשתתפים למלא טופס הסכמה מדעת בכתב, כדי להבטיח את המחקר הוא בהתאם לסטנדרטים אתיים.
2. תן הוראות כלליותבנוגע לצורך הליך הניסוי והבקרה עבור תרופות CNS-אקטיבי, כלומר, לשאול המשתתף אם הוא / היא כרגע הוא לוקח תרופות כלשהן המשפיעה בערנות ועל כן התפקוד הקוגניטיבי.
3. כבה את כל המכשירים אשר עשוי להיות הפרעה פוטנציאלית, כגון טלפונים או איתורית ניידים.
4. המשתתפים סיאט בנוחות עם שאר הסנטר במצב אופטימלי. ודא כי כל המסך גלוי לשאול המשתתף לשמור על יציבה במהלך הניסוי כולו.
5. שאל משתתפים להציב בראשם על שאר הסנטר ומקום משקפי videooculography על ראשם. להתאימם צורת גודל / ראש פרט.
   הערה: ובכך, הפשרה הטובה ביותר בין נוחות עבור המשתתף והסיכון מינימאלי של רצויות מחליקות בזמן המדידה צריכה להיעשות.
6. ודא כי שתי העיניים גלויות על גבי המסך של הנסיין, כאשר התמונות של מצלמות הקלטה תנועת שתי עיניים בתוך goggles מוצג ואז למקד את המצלמות כדי למרכז את התמונות על המסך.
   הערה: זוהי נקודה חשובה לגילוי אופטימלי ומעקב של התלמיד כפי חדות פסולה יכולה להוביל אות מופרעת.
7. כדי להבטיח הקלטה רציפה של תנועות עיניים בכל העת, להתחיל כיול של המערכת על ידי מורה את המשתתף להסתכל בכל פינה של המסך החם גלילית. במקרה האות לאיבוד, לשנות את הזווית של מצלמת מעקב התלמיד בהתאמה של העין כדי לפתור את הבעיה.
8. הפעל את הפרדיגמה בדיקות oculomotor הסטנדרטית שתוארה לעיל לכלול את כל החולים עם ליקויי ראייה משמעותיים כמו אלה יגרמו ביצוע משימות פגום.
9. הדרך את המשתתף כדי לעקוב אחר נקודה אחת על המסך, נדנוד אופקי (± 20 °) ולאחר מכן אנכי (± 15 °) עם תדר של 0.125 הרץ למפות את הנתונים הלא מכוילי orthogonalized 'גלם' ממכשיר הקלטת תנועת עין wה- i ביחס למיקום העין 'נכון' orthogonalized לכיול של המערכת.
10. בדוק אם הכיול מקובל, כלומר, אם תנועת העין 'הנכונה' והנתונים 'הגלם' הם במרחב ובזמן מסונכרן ולאחר מכן להורות המשתתף תזיז את הראש, שכן הדבר עלול לגרום איכות נתונים רעה.
    הערה: המיקום של המכשיר videooculography והנושא צפוי להיות נייח במהלך הניסוי, כך שאין צורך כיול מחדש.
11. הסבר את הליך האימון עבור ה- CPM:
    1. הדרך את הנושאים לזהות את החלקים החסרים מתחת המטריצות הקרובות מוצגות על המסך החם גלילית עבורו להם זמן אינסופי. לאחר ביצוע בחירה, יש את הנושא עוצם את עיניהם 250 msec לפחות להתחיל מסגרת ירוקה בהתוויית כל החלופות האפשריות של חלקים חסרים עבור 1,500 msec כל.
    2. יש המשתתף לבחורהחלופה שהם חושבים הוא נכון על ידי סגירת העיניים שלהם עבור 250 msec לפחות כל עוד הבחירה שלהם מְמוּסגָר.
    3. Project הבחירה בנפרד על המסך החם גלילית. בקש מהמשתתפים לאשר. אם המשתתף מאשר, להורות להם לעצום את עיניהם שוב עבור 250 msec לפחות.
    4. הדרך את המשתתפים כי הגירוי הבא (מטריצה עם 6 חלופות של חלקים חסרים) באופן אוטומטי (שוב, שהוצג על ידי התוכנה כמתוארת בשלב 2) מופיע וכי הדבר ייעשה ארבע פעמים עם גירויים הכשרה שנלקחו סט AB של CPM ¹⁴ .
12. לענות על כל שאלה בנושאים שאולי יש לך על ההליך. לאחר מכן, להורות למשתתפים לבחור את החתיכה החסרה של מטריקס, כמו שהם למדו במהלך האימון עצמו ולהתחיל ה- CPM (איור 1).
13. הסבר את הליך האימון עבור מבחן D2:
    1. הדרך המשתתפים להפנות מבטם אל center של המסך ולבחון 47 גירויים בנפרד (47 ד 's מתאים קו 1 של D2-המבחן הסטנדרטי).
    2. הדרך את המשתתפים להסתכל על מקום הליזר האדום ממוצבת מעל הגירויים בכל פעם "d" עם שני מקפים מוצג עד הגירוי הבא מופיע. הערה: אם שום גירוי יעד מוצג המבט צריכה להיות ממוקד במרכז המסך שבו הגירוי הבא יוצג.
14. לענות על כל שאלה בנושאים שאולי יש לך על ההליך. לאחר מכן, להורות המשתתף להמשיך במשך 47 גירויים חמישה בלוקים של הבאים, בדומה לאימון ולהתחיל את הבדיקה D2.
15. עבור בקרת איכות, לבדוק את הנתונים המתקבלים בכל מפגש לכל נושא בקפידה (ויזואלית ידי הנסיין מיומן). בדקו אם איכות נתונים פגומה, למשל בשל קשיים טכניים, תנועות עיניים פגומות או אי בנות.
16. תודה נושאים על השתתפותם ועל לענות על כל השאלותבמהלך הניסוי.

תוצאות

לצורך המחקר המוצג כאן, כלומר, פיתוח של oculomotor אמין מבוסס הערכה נוירו-פסיכולוגית עבור חולי ALS, ללא צורך במיקור חוץ חנויות תוכנה שפותחה הבחירות של נושא ה- CPM בקובץ נפרד, המאפשר חישוב ידני של אחוז נכונה תשובות. עבור המבחן D2, תיעוד של תנועות עיניים האנכ...

Discussion

זוהי משימה מאתגרת להעריך את המעמד הקוגניטיבי בהצלחה של חולי ALS שאינם מסוגלים לדבר ולכתוב. השימוש במערכות videooculography מספק גישה מבטיחה. הטכניקה המובאת כאן, הנה אמינה באיתור ליקויים קוגניטיביים, אשר ממלאים תפקיד מרכזי בהקשר של ניהול משא ומחלות מטפלים ²⁰ חולי ALS. כמו כ...

Materials

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