눈 - 추적 제어 루게릭 병 환자의인지 기능을 평가하는

요약

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.

초록

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.

서문

근 위축성 측삭 경화증 (ALS)은 보통 3 ~ 5 년 이내에 사망에 이르는 치명적인 신경 퇴행성 질환이다. 병리 과정에서, 운동 능력 ¹ 호흡기 및 안구 기능뿐만 아니라 장애의 진보적 인 손실을 본 환자. 이 전 측두엽 치매 ⁽²⁾ 일부 임상 병리학 적, 유전 적 특징을 공유하고 잘 ALS 환자의 약 30 %가인지 적자 ^3을 나타내는 것으로 설명되어 있습니다. 이러한 적자는 집행 기능, 언어 유창성과 언어 ^(4)의 영역에서 가장 눈에 띄는하고 생존 ^(5), 준수 ^(6)과 보호자 부담 ^(7)에 영향을 미친다. 따라서, 신뢰할 수있는 신경 심리학 적 평가는이 질병에 매우 중요하다.

모터와 음성 능력에 손상 진행하지만 병 ^(8)의 이후의 단계에서인지 능력의 완전한 평가를위한 제한 인자가된다. 그녀의E는 안구 기반 방식은 기본 안구 운동 제어 환자 ^(9)의 대부분 ALS 과정 동안 비교적 오랜 시간 동안 그대로 남아있는 매우 유망한 것으로 보인다. 안구 추적 파라미터 자체는 ¹⁰ ALS 환자의인지 기능 상태에 관한 정보를 얻을 수 있으며 또한 ALS ^(11)의 순차적 인 확산 패턴과 상관하는 데 사용되어왔다. ALS의 맥락에서인지 시험을 제어하는 ​​수단으로 안구 운동은 또한 기존의 연구에서 연구되고있다. 한 연구의 안구 운동 기반 버전을 사용하여 건강한 대조군에서 그 유용성을 입증 성공적으로 트레일을 만드는 또 다른인지 실적을 기반으로 건강한와 ALS 환자를 구별 할 수와인지 더 적은 손상 환자를 구별하는 것이 적합 발견 ^반면, 테스트 ^{(12) 13.}

여기에 설명 된 연구는 AL에서인지 장애를 연구하는 안구 운동 기반 방법론을 사용S 환자 구체적 집행 기능의 도메인이다. 두 잘 확인하고 일반적으로 사용되는 신경 심리 검사는 안구 운동 제어에 적응했다 : 까마귀의 색깔 진보적 인 행렬 (CPM) ^(14)와 D2 테스트 ^15. CPM을 행정상 및 시공간 능력뿐 아니라 유동성 정보를 측정하기 위해 사용 된 비언어적 악기. D2 테스트는 선택적 지속적인 관심과 시각적 처리 속도의 도메인 집행 기능 장애를 발견하는 데 사용되는 비 언어 도구입니다. 모두 널리 성공적으로 질병 ^(16)과 정상 대조군 ^(17)에 비해 ALS 환자의 신경 심리 상태의 과정 동안 잠재적 인인지 기능 저하를 평가하기 이전의 연구에 사용 된 임상 도구를 사용합니다.

이 연구의 목적은 REL을 사용하여 운동 및 음성 장애 ALS 독립적에서인지 결핍의 성공 평가를위한 요구를 표시하는 것이었다노출 당 비용 및 D2 테스트의 iable, 눈 추적 기반 버전. 중요한 것은, 여기 기재된 방법은 가능성이 것은 심각한 운동 장애를 가진 환자의 다른 집단 연구를 확장한다.

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프로토콜

이 연구는 울름 대학 (문 제 12분의 19)의 윤리위원회의 승인을하고, 프로토콜은 따라서 자신의 지침을 다음 설명했다. 모든 참가자는 동의서를 작성했다.

1. 자극 및 테스트 환경

1. 최소주의 산만을 유지하려면 어둡거나 매우 어두운 조명과 조용한 방에서 연구를 수행합니다.
2. 적절한 안구 추적 장치를 사용합니다.
   주 : 안구 운동 연구를 수행 할 수 다양한 장치들이있다. 본 연구에서는 고글 휴대용 안구 운동 기록 장치 기적, 적외선 발광 다이오드 (IR LED의) 각각의 눈 ⁽¹⁸⁾ 하나와 두 개의 내장형 카메라를 사용하여, 쌍안의 눈의 위치를 측정하는 데 사용 하였다.
   1. 최적의 눈 추적을 위해 자유의 모든 6도에서 그 경사에 의해 수동으로 눈의 움직임 감지 될 때까지 (3 병진, 3 회전)를 카메라를 조정하기에 최적입니다.
      노트:시스템의 측정은 기록 품질과 참가자의 응답 동작을 모니터링하기위한 실험의 화면에 실시간으로 표시된다. 시스템의 주요 기능은 아래에 설명되어 있습니다 및 자세한 사양은 표 1에 제시되어있다.
3. 안구 운동 제어의 결손을 검출 할 수있는 표준화 된 안구 시험 패러다임을 구현.
   참고 : (. 예를 들어, 협곡 등에 의해 기술 된 방법 2015 ^11)이 손상된 안구 운동 제어 참가자가 심하게 수행하는 부드러운 추구 또는 단속적 작업과 같은 일련의 작업이 될 수 있습니다. 이러한 참가자 추가 테스트에서 제외한다.
4. 피사체의 헤드 ⁽¹¹⁾ 위에 탑재 된 프로젝터를 통해 헤미 실린더 화면의 돌출 자극 적절한 소프트웨어를 사용하여 본 작업. D2-에 대한 존재 또한, 적색 레이저 스폿 (: 0.3 °는, 위치 10 ° 수직 직경) 보장테스트.
5. 그 눈에 스크린의 거리가 약 150cm 정도로, 조정 턱 나머지 상승 의자에 참가자 좌석.
6. 사용 실험의 첫 번째 부분에 대한 상기 CPM의 B (각각의 세트에 대한 자극 (12))를 설정한다. 매트릭스에서 잘라 6 ° 폭 5 ° 높은 빈 공간에 들어갈 수 아래의 도시 여섯 가능한 대안으로 22 ° 긴 / 15 ° 높은 행렬, 이러한 자극을 표시합니다.
7. 11 °의 높이와 폭이 화면의 중앙에 연이어 표준 D2 테스트 ^(15)의 6, 그들을 하나의 자극을 묘사 - D2는 시험을 위해 2 라인에 대응하는 47 자극과 다섯 개의 블록을 사용 2.5 °의. 각각의 자극이 2000 밀리 초 동안 지속해야합니다.

2. 실험 실행하기

1. 실험이 시작되기 전에, 연구 윤리 기준에 따라 확인하기 위해 서면 동의서 양식을 작성하여 참가자를 부탁드립니다.
2. 일반적인 지침을 제공합니다그 / 그녀가 현재 경보 따라서인지 성능에 영향을주는 약물을 복용하면 중추 신경계 활성 약물에 대한 실험 및 제어, 즉의 목적과 절차에 관한, 참가자를 부탁드립니다.
3. 휴대 전화 나 호출기로, 잠재적 인 방해가 될 수있는 모든 장치의 전원을 끄십시오.
4. 편안하게 최적의 위치에 턱 나머지 좌석 참가자. 전체 화면이 표시되는지 확인하고 전체 실험 기간 동안 자세를 유지하기 위해 참가자를 요청합니다.
5. 턱 받침대에 머리를 배치하고 그들의 머리 위에 videooculography 고글을 배치 할 참가자를 요청합니다. 개별 머리의 크기 / 모양을 조정합니다.
   주 : 이것에 의해, 측정시 참가자에 대한 편안함과 미끄러지는 원치 않는 최소한의 위험 사이의 최고의 타협해야합니다.
6. 두 눈이 실험자의 화면에 표시되어 있는지 확인합니다 여기서 g 내에서 두 개의 안구 운동 기록 카메라의 이미지oggles 표시 한 다음 화면의 이미지를 중앙에 카메라 초점을 맞출 수 있습니다.
   참고 : 잘못된 시력이 방해 신호로 이어질 수있는이 최적의 검출 및 동공의 추적을 위해 중요하다.
7. 항상 안구 운동의 연속 녹화를 보장하기 위해, 헤미 - 원통형 화면의 각 모서리에보고 참가자를 지시하여 시스템의 교정을 시작합니다. 신호가 손실되는 경우에,이 문제를 해결하기 위해 각 눈의 동공 추적 카메라의 각도를 변경.
8. 상기의 표준화 된 안구 운동 검사 패러다임을 시작하고이 손상된 작업 성능이 저하되므로 상당한 시각 장애가있는 환자를 제외합니다.
9. 가로 진동 스크린상의 단일 지점을 추적하는 참가자 지시 (± 20 °), 그리고 수직 0.125 Hz의 주파수 (± 15 °)의 안구 운동 기록 장치로부터 상기 비 보정 직교 '원료의 데이터를 매핑 wi 번째 시스템의 교정 용 '참'직교 눈 위치에 대하여.
10. 보정이 허용되는 경우 '진정한'안구 운동과 '원시'데이터를 공간적으로 시간적으로 동기화 된 경우, 즉, 확인하고이 나쁜 데이터 품질이 발생할 수 있습니다으로 머리를 이동하지 않도록 참가자를 지시합니다.
    주 : videooculography 장치의 위치와 피사체 재 교정 할 필요가 없기 때문에, 실험 과정 동안 정지 될 것으로 예상된다.
11. 노출 당 비용에 대한 훈련의 절차를 설명합니다 :
    1. 그들은 무한 시간이되는 헤미 실린더 화면에 곧 행렬 아래 빠진 부분을 식별하기 위해 피사체를 지시한다. 선택을 한 후, 피사체가 1,500 밀리 초 각각에 대해 누락 된 조각의 가능한 대안을 모두 요약 녹색 프레임을 시작하기 위해 적어도 250 밀리 그들의 눈을 감고있다.
    2. 참가자가 선택이그들이 생각하는 대안은 그들의 선택이 enframed 동안 적어도 250 밀리 그들의 눈을 감고으로 올바른 것입니다.
    3. 헤미 원통형 화면에 별도로 선택 전망이다. 확인하기 위해 참가자를 요청합니다. 참가자가 확인하면, 적어도 250 밀리 초 다시 자신의 눈을 감고하도록 지시합니다.
    4. 다음 자극 (빠진 부분의 6 대안으로 행렬)가 자동으로 (다시, 2 단계에서 설명 된 소프트웨어에 의해 제공) 표시이는 CPM ^(14)의 세트 AB에서 찍은 훈련 자극에 네 번 수행됩니다 것을 참가자 지시 .
12. 주제는 절차에 대해 가질 수있는 질문에 대답합니다. 그런 다음, 그들은 훈련 세션 동안 배운 바와 같이, 행렬의 누락 된 부분을 선택하고 CPM (그림 1)을 시작하기 위해 참가자를 지시합니다.
13. D2는 테스트를위한 훈련의 과정을 설명한다 :
    1. cente 그들의 시선을 직접 참가자 지시화면의 연구와 별도로 47 자극을 관찰 (47 디부의 표준 D2-시험의 1 라인에 해당).
    2. 다음 자극이 나타날 때까지 두 개의 대시와 "D"가 발표 될 때마다 자극 위에 위치 적색 레이저 스폿을보고 참가자를 지시한다. 주 : 어떤 대상 자극이 제시되지 않으면 시선 다음 자극이 제시되는 화면의 중앙에 집중되어야한다.
14. 주제는 절차에 대해 가질 수있는 질문에 대답합니다. 그리고, 훈련 유사한 자극 (47)의 다음과 같은 다섯 블록을 진행하고, D2 테스트를 시작하기 위해 학습자 지시.
15. 품질 관리 (시각적으로 숙련 된 실험자) 신중 대상마다 각 세션으로부터 얻어진 데이터를 검사한다. 데이터 품질로 인해 기술적 인 문제, 손상된 안구 운동이나 오해 예를 들어, 손상되어 있는지 확인합니다.
16. 참여에 대한 주제를 감사하고 모든 질문에 답변실험 중.

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결과

여기 제시된 연구의 목적, 즉, 정확한 비율의 수동 계산을 허용 ALS 환자의 신경 심리학 적 평가, 별도의 파일에 CPM의 자체 개발 소프트웨어 저장 대상의 선택을 기반 신뢰성 안구의 발달 답변. D2는 테스트의 경우, 수직 안구 운동 기록 수동 관련된 응답의 검출 + 5 ℃의 임계 값을 이용하여 분석한다. 녹음은 각각의 자극 프레 젠 테이션에 할당하고, 정답의 비율은 이?...

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토론

성공적으로 말하고 쓸 수없는 ALS 환자의인지 상태를 평가하는 어려운 작업입니다. videooculography 시스템의 사용은 유망한 접근법을 제공한다. 이에 제시된 기술은 ALS 환자의 보호자 부담과 질병 관리 ^(20)의 맥락에서 중추적 인 역할을인지 적자를 탐지 신뢰할 수있다. 또한, CPM 및 D2 검사의 안구 버전은 각각 표준 종이 연필 버전 상당히 연관되지만 상기 지지체는 임상 상황에서 유용성 항 ?...

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자료

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