Name: virtual reality tools for assessing unilateral spatial neglect: a novel opportunity for data collection
Uploaded: 2021-03-10T13:30:00
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이 작품은 펜실베니아 대학에서 대학 연구 기금 (URF)에 의해 지원되었다, 뇌 혈관 질환과 뇌졸중에서 미국 심장 협회의 학생 장학금. 그들의 지속적인 지원을 위한 인식 및 신경 자극을 위한 실험실의 연구원, 임상의 및 직원에게 특별한 감사.

이 연구는 지역 기관 검토 위원회에 의해 승인 되었고 좋은 임상 사례 지침에 의해 명시된 모든 기준을 충족합니다. 모든 참가자는 연구 절차가 시작되기 전에 정보에 입각한 동의를 제공했습니다. 연구 참가자는 세 개의 별도 세션(표 1에 설명된 세션)에 참여할 것으로 예상되었습니다. 실험의 요소는 아래의 단계적 방식으로 설명됩니다. 세션 순서가 무작위로 정렬되었습니다.
<table bord...

우리는 TMS와 VR로 USN 증상을 각각 성공적으로 유도하고 측정했습니다. 우리는 가짜 시험에 비해 중요한 결과를 하지 않았지만, 우리는 다른 실험 그룹 사이의 자기 중심 적소 (평균 머리 각도, 중간 공간에서 꽃을 보는 데 소요된 시간) 및 동문 성소 (왼쪽과 오른쪽에 비대칭 꽃잎을 가진 꽃을 선택하는 성능)의 여러 메트릭을 비교할 수 있었고, STG에서 자극 대상간의 평균 머리 각도에서 상당한 차?...

일방적인 공간 방치(USN)는 급성 뇌졸중 생존자의 23-46%에 영향을 미치는 공간의 한쪽에 부주의하거나 행동하지 않는 것을 특징으로 하는 증후군으로, 가장 일반적으로 오른쪽 뇌반구에 부상을 입어 공간 및/또는 생존자의 신체를 무시하는 경향이 있다1,2. USN을 가진 환자의 대다수는 단기적으로 중요한 복구를 경험하더라도, 미묘한 USN 현상은 수시로 지속3. USN은 일상 생활의 낙상 및 방해 활동에 대한 환자 위험을 증가시킬 수 있습니다2,4 그것은 또한 모터와 글로벌 기능 결과 모두에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다5,6.
USN의 적자는 사람이 자신의 신체 (자기 중심)에 대해 공간의 한쪽을 무시하는지 또는 외부 자극 (동종)7,8,9에 대하여 공간의 한쪽을 향할 수 없거나 사람이 공간 10의 한쪽으로 주의 (주의) 또는 행동 (의도적)을 지시 할 수 없는지 여부와 같은 여러 차원에 걸쳐 존재하는 것으로 개념화 될 수 있습니다. . 환자는 수시로 이 차원의 하나 이상을 따라 특징지을 수 있는 현상의 복잡한 별자리를 전시합니다. USN 증후군의 이 가변성은 특정 신경 해부학 구조 및 신경 네트워크에 상해의 다양한 정도에서 유래하기 위하여 생각됩니다, 이는 복잡합니다11. 알로센트성 방치는 각자류(AG) 및 우수한 측두엽 자이러스(STG)의 병변과 연관되어 있으며, 초후정질 피질(PPC)은 초도경질(SMG)을 포함하는 직각질 피질(PPC)이 egocentric processing12,13,14,15에 연루되었다. 주의 적 방치는 오른쪽 IPL16에 병변을 포함 하는 것으로 생각 된다, 의도적인 방치 오른쪽 전두엽의 손상에 보조 것으로 생각 되는 동안17 또는 기저 신경18.
USN의 임상 평가는 현재 펜 및 종이 신경 심리학 기기에 의존합니다. 이러한 전통적인 평가 도구는 USN19를 가진 몇몇 환자를 잘못 진단하거나 과소 진단의 결과로, 더 기술적으로 정교한 공구 보다는 보다 더 적게 민감할 지도 모릅니다. 잔류 적자의 더 나은 특성화는 온화한 USN을 가진 환자에게 치료의 전달을 촉진하고 잠재적으로 그들의 전반적인 복구를 향상할 수 있었습니다, 그러나 그 같은 특성은 아주 민감한 진단 공구를 요구할 것입니다. USN은 일반적으로 뇌졸중 환자 중 USN을 동반하는 모터 및 시각 장애로부터 분리하기가 어려울 수 있는 실험실 환경에서 도래하는 유사한 과제를 제기합니다.
가상 현실(VR)은 USN의 진단과 특성화를 위한 새로운 도구를 개발할 수 있는 특별한 기회를 제공합니다. VR은 개인이 생태학적으로 유효한 객체20과 관련된 작업을 수행 할 수있는 실시간 상호 작용을 가진 첫 번째 사람에 제시 된 다감각 3D 환경입니다. 그것은 USN을 평가하기위한 유망한 도구입니다; 사용자가 보고 듣는 것을 정확하게 제어할 수 있으므로 개발자는 사용자에게 다양한 가상 작업을 제시할 수 있습니다. 또한 현재 사용 가능한 정교한 하드웨어 및 소프트웨어 패키지를 사용하면 눈, 머리 및 사지 움직임을 비롯한 사용자의 행동에 대한 풍부한 데이터를 실시간으로 수집할 수 있으며, 이는 기존 진단 테스트에서 제공하는 메트릭을 훨씬 초과합니다21. 이러한 데이터 스트림은 즉시 사용할 수 있으며 사용자 성능(예: 지정된 작업에 대한 이상적인 난이도 타겟팅)에 따라 진단 작업을 실시간으로 조정할 수 있는 가능성을 열어주었습니다. 이 기능은 USN22에 대한 새로운 진단 도구 의 개발에 우선 순위로 간주되는 USN에서 볼 수있는 광범위한 심각도에 대한 작업 적응을 용이하게 할 수 있습니다. 또한, 몰입형 VR 작업은 환자의 주의력 자원에 부담을 줄 수 있다23,24, 방치 증상의 검출을 용이하게 할 수 있는 증가 된 오류의 결과; 실제로, 일부 VR 작업은 USN24,25의 기존의 종이 및 연필 측정에 비해 감도가 증가한 것으로 나타났습니다.
이 연구에서, 목표는 작동하는 신경학에 있는 전문지식이 없고 USN의 미묘한 케이스조차 확실하게 검출하고 특성화할 수 있는 평가 공구를 만드는 것이었습니다. 우리는 가상 현실 기반의 게임과 같은 작업을 구축했습니다. 그런 다음, 피험자의 두피와 두개골을 통과하고 뉴런을 자극하는 피사체의 뇌에서 전류를 유도하는 휴대용 자극 코일에서 방출되는 전자기 펄스를 활용하는 비침습적 뇌 자극 기술인 경두개 자기 자극(TMS)을 가진 건강한 과목에서 USN과 같은 증후군을 유도했습니다. 이 기술은 다른 사람에 의해 USN의 연구에서 활용되었습니다13,17,28,29,30, 하지만 우리의 지식에 VR 기반 평가 도구와 함께 결코.
많은 연구자들은 이미 VR 시스템의 진단 및 치료 응용 프로그램에 노력하고 있습니다. 최근 리뷰31,32 VR 기반 기술로 USN의 평가를 목표로 프로젝트의 숫자를 탐구하고,이 목표를 가진 다른 연구의 숫자는 출판되었다3333334,35,36,37,38,39,40,41 . 이러한 연구의 대부분은 현재 소비자 시장에서 사용할 수 있는 VR 기술의 전체 보완을 활용 하지 않습니다 (예를 들어, 헤드 마운트 디스플레이 (HMD) 및 아이 트래킹 인서트), 쉽게 정량화 할 수 있는 메트릭의 작은 수로 그들의 데이터 집합을 제한. 또한, 이러한 모든 연구는 USN으로 이어지는 뇌 손상을 가진 환자에서 수행되었으며, 환자가 적어도 평가 작업 (예 : 큰 시각 필드 적자 또는 인지 장애를 가진 환자를 제외)에 참여할 수 있음을 보장하기 위해 선별 방법을 요구했습니다. 더 미묘한 인지, 모터, 또는 시각적 결핍이 이 검열 방법의 문턱에서 통과할 수 있습니다, 가능하게 이 연구 결과의 결과를 혼동합니다. 그러한 선별이 USN의 특정 하위 형으로 이러한 연구에서 참가자의 샘플을 편향시킬 수도 있습니다.
이전 연구의 선별 편향을 피하기 위해, 우리는 건강한 과목을 모집하고 SMG를 표적으로 하여 STG 및 자기 중심 USN 과 같은 현상을 표적으로 하여 동종 중심 USN 같이 현상을 유도하는 것을 목표로, 최근 원고15에서 잘 기술되는 표준 TMS 프로토콜을 가진 건강한 과목을 모집하고 인위적으로 USN 현상을 시뮬레이션했습니다. 우리는 적극적으로 재판에 어려움 재판을 조정하고 USN의 다른 특수형, 특히 동종 과 자기 중심증상을 구별하는 작업을 설계했다. 우리는 또한 USN의 표준 종이 및 연필 평가를 사용하여 rTMS로 인한 적자가 USN과 같다는 것을 공식적으로 입증했습니다. 우리는 이 방법이 USN의 평가 및 재활을 위해 새로운 VR 도구를 테스트하려는 다른 연구들에게 유용할 것이라고 믿습니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>AirFilm Coil (AFC) Rapid Version</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Air-cooled TMS coil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alienware 17 R4 Laptop</td>
			<td>Dell</td>
			<td>N/A</td>
			<td>NVIDIA GeForce GTX 1060 (full specs at https://topics-cdn.dell.com/pdf/alienware-17-laptop_users-guide_en-us.pdf)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BrainSight 2.0 TMS Neuronavigation Software</td>
			<td>Rogue Research Inc</td>
			<td>N/A</td>
			<td>TMS neural targeting software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CED 1902 Isolated pre-amplifier</td>
			<td>Cambridge Electronic Design Limted</td>
			<td>N/A</td>
			<td>EMG pre-amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CED Micro 401 mkII</td>
			<td>Cambridge Electronic Design Limted</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Multi-channel waveform data acquisition unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CED Signal 5</td>
			<td>Cambridge Electronic Design Limted</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Sweep-based data acquisition and analysis software. Used to measure TMS evoked motor responses.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HTC Vive Binocular Add-on</td>
			<td>Pupil Labs</td>
			<td>N/A</td>
			<td>HTC Vive, Vive Pro, or Vive Cosmos eye tracking add-on with 2 x 200Hz eye cameras.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magstim D70 Remote Coil</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Hand-held TMS coil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magstim Super Rapid 2 plus 1</td>
			<td>Magstim</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Transcranial Magnetic Stimulation Unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Unity 2018</td>
			<td>Unity</td>
			<td>N/A</td>
			<td>cross-platform VR game engine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vive Pro</td>
			<td>HTC Vive</td>
			<td>N/A</td>
			<td>VR hardware system with external motion sensors; 1440x1600 pixels per eye, 90 Hz refresh rate, 110&#176; FoV</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

virtual reality tools for assessing unilateral spatial neglect: a novel opportunity for data collection

일방적인 공간 방치(USN)는 공간의 한쪽에 부주의하거나 행동하지 않는 것을 특징으로 하는 증후군이며 급성 뇌졸중 생존자의 23-46%에 영향을 미칩니다. 개별적인 환자에 있는 이 현상의 진단 그리고 특성은 도전적일 수 있고 수시로 숙련된 임상 직원을 요구합니다. 가상 현실(VR)은 USN 환자를 위한 새로운 평가 도구를 개발할 수 있는 기회를 제공합니다.
우리는 미묘한 USN 증상을 감지하고 특성화하기 위해 VR 도구를 설계하고 구축하고 USN과 관련된 피질 영역의 억제 반복 성 경두개 자기 자극 (TMS)으로 치료 대상자에 대한 도구를 테스트하는 것을 목표로했습니다.
당사는 visuospatial 처리와 관련된 피질의 두 개의 뚜렷한 부위에 TMS를 적용하여 3개의 실험 조건을 만들었습니다- 우수한 측두엽 자이러스(STG)와 초라한계 자이러스(SMG)-및 대조군으로서 샴 TMS를 적용하였다. 그런 다음 가상 현실 환경에 피사체를 배치하여 두 헤미스페이스의 덤불에 분포된 꽃의 측면 비대칭으로 꽃을 식별하도록 요청받았으며, 각 피사체의 성능에 따라 동적 난이도 조정을 했습니다. 
우리는 STG에서 자극된 과목과 SMG에서 자극된 과목 과목 사이 평균 머리 야우에 있는 중요한 다름 및 평균 시각 축에 있는 약간 중요한 효력을 찾아냈습니다.
VR 기술은 접근성이 높아지고 저렴하며 견고해지고 있으며, 유용하고 새로운 게임 과 같은 도구를 만들 수 있는 흥미로운 기회를 제공합니다. TMS와 함께, 이러한 도구는 건강한 과목에서 특정, 고립 된, 인공 신경 적자를 연구하는 데 사용할 수 있습니다, 인수 된 뇌 손상으로 인해 적자를 가진 환자를위한 VR 기반 진단 도구의 생성을 알리는. 이 연구는 인위적으로 생성된 USN 증상이 VR 작업으로 평가된 지식에 대한 첫 번째 연구입니다.

상기에 설명된 프로토콜을 사용하여 건강한 개인들로부터 데이터를 수집하여 가상 현실 작업에서 추출할 수 있는 다양한 변수를 분석하여 그룹 간의 미묘한 차이를 감지하는 방법을 보여 줍니다.
이 연구에서는 평균 연령 이 25.6세, 평균 16.8년의 교육을 받은 7명의 개인(남성 2명)이 각각 3개의 TMS 세션을 거쳤습니다. 이 과목은...

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Virtual Reality Tools for Assessing Unilateral Spatial Neglect: A Novel Opportunity for Data Collection

목표는 신경질환 연구 및 관리에 가상현실의 역할을 확대하는 것이 목표인 일방적인 공간 태만, 급성 뇌졸중 생존자의 23~46%에 영향을 미치는 증후군을 감지하고 특성화하는 새로운 가상현실 과제를 설계, 구축 및 시범운용하는 것이었다.

일방적인 공간 방치 평가를 위한 가상 현실 도구: 데이터 수집을 위한 새로운 기회

Unilateral spatial neglect (USN) is a syndrome characterized by inattention to or inaction in one side of space and affects between 23-46% of acute stroke ...

우리의 프로토콜, 조사자는 일방적 인 공간 방치의 진단과 특성화를 돕기 위해 새로운 가상 현실 도구를 설계하고 검증 할 수 있습니다. 이 기술은 일방적인 공간 방치 연구를 위한 광범위한 데이터 세트를 제공합니다. 그것은 또한 취득 한 뇌 손상 환자의 연구에서 볼 수 있는 혼란 효과 방지.일방적 인 공간 방치의 더 나은 특성화는 미묘하지만 여전히 쇠약 적자를 가진 환자에게 치료의 전달을 용이하게하고 잠재적으로 전반적인 회복을 향상시킬 수 있습니다. 절차를 시연하는 것은 샘 캐슨과 피터 슈왑, 내 실험실에서 연구원이 될 것입니다. 라인 양단 테스트를 수행하기 위해 피사체가 테스터 바로 맞은편 테이블에 앉아 서술 기구와 자극 시트를 제공하여 시트가 피사체 앞에 직접 배치되도록 합니다.피사체에 가능한 한 머리와 어깨를 중심으로 유지하면서 자극 시트에 인쇄된 각 라인을 가능한 한 한 중간에 가깝게 신속하고 정확하게 양분하도록 지시합니다. 벨 테스트를 수행하려면 피사체에 벨 테스트 자극 시트를 제공하고 피사체에게 머리와 어깨를 중심으로 유지하면서 시트의 모든 종을 가능한 한 빠르고 정확하게 원을 그리거나 교차하도록 지시합니다. 별 취소 테스트를 수행하려면 피사체에 자극 시트가 직접 앞에 배치되도록 하고 피사체를 자극 시트의 모든 별을 머리와 어깨를 중심으로 가능한 한 빠르고 정확하게 원을 그리거나 교차하도록 지시합니다.오타스 서클 취소 테스트를 수행하려면 피사체에 오타스 서클 취소 자극 시트를 제공하고 피사체에게 머리와 어깨를 중심으로 가능한 한 빠르고 정확하게 열리는 불완전한 원을 교차하거나 원을 그리도록 지시합니다. 첫 번째 TMS 세션 전에 피사체의 3TT1 MRI 스캔을 신경 탐색 소프트웨어에 업로드하고 피사체의 뇌를 3D 표현합니다. 첫 번째 세션에서 피사체가 광학 추적 카메라 앞에 앉아 헤드밴드 나 안경을 사용하여 피사체에 추적기를 배치하도록 합니다.피사체의 오른쪽 등대 interosseous에 일회용 디스크 전극 1개, 오른쪽 포인터 손가락의 두 번째 너클에 디스크 전극 1개, 피사체의 오른쪽 손목, 오른손 및 손목에 한 개의 접지 전극을 부착합니다. 전극을 MEP 추적 소프트웨어 프로그램에 입력하는 전극 어댑터에 연결하고 새로운 온라인 세션을 선택하여 신경 탐색 소프트웨어 내에서 피사체의 프로젝트를 엽니다. 이 세션에서 자극할 대상을 선택하고 신경 탐색 소프트웨어에 등록된 포인터를 사용하여 랜드마크가 배치된 위치와 동일한 위치에서 피사체의 얼굴을 터치합니다.소프트웨어에서 유효성 검사 탭을 열고 포인터를 사용하여 머리의 다양한 지점에서 피사체를 터치하여 화면의 십머리카락이 피사체를 가리키는 지점과 정렬되도록 합니다. 핸드헬드 TMS 코일을 TMS 컴퓨터에 연결하고 TMS 기계를 켭니다. 기기를 단일 펄스로 설정하고 적절한 자극 강도를 설정합니다.피사체의 머리 왼쪽에 핸드헬드 TMS 코일을 배치하여 TMS 단일 펄스를 사용하여 모터 피질에 자극을 전달합니다. 첫 번째 등간 interosseous를 자극 하는 위치를 식별 합니다. 자극이 MEP의 최소 50 밀리볼트를 10번 중 5회 까지 유도할 때까지 자극 강도를 변경합니다.이 강도는 휴게운동 임계값으로 간주됩니다. 휴대용 코일을 공기 냉각 TMS 코일로 교체하여 활성 세션또는 정점용 SMG 또는 STG를 대상으로 하는 내장 냉각 시스템으로 교체하고, 나머지 모터 임계값의 110% 강도에서 20분 동안 Hertz의 속도로 반복적인 TMS에 자극 매개변수를 설정합니다. 그런 다음 관심 대상의 자극을 시작합니다.가상 현실 동작 테스트를 수행하려면 VR 헤드셋을 장착한 피사체의 머리에 단단히 고정되어 있어 편안하게 고정합니다. 피사체에 컨트롤러를 모두 주고 동공 코어 소프트웨어 카메라 피드의 중심임을 시각적으로 확인하여 두 눈을 모두 볼 수 있도록 합니다. 유니티 편집기에서 가상 현실 작업을 열고 재생 버튼을 누릅니다.피사체에게 똑바로 앞을 내다보고 눈물 카메라 버튼을 클릭하도록 요청합니다. 시작 자습서 버튼을 클릭하고 피사체가 자습서를 완료할 때까지 기다립니다. 피사체가 완료되면 보정 된 아이 트래킹 버튼을 클릭하고 다음 평가판을 클릭하여 첫 번째 평가판을 시작합니다.제목이 평가판을 완료하면 재생 버튼을 다시 클릭하여 작업을 종료합니다. 이 분석에서 평균 헤드 앵글은 가상 현실 작업이 SMG와 STG 그룹 간의 차이를 식별할 만큼 충분히 민감했는지 여부를 결정하기 위해 검사되었다. 그룹 간의 헤드 앵글 차이의 ANCOVA 분석은 TMS 이전 과 포스트 TMS 그룹 사이의 헤드 앵글 변화 점수에 상당한 차이를 나타났다.가상 현실 작업에서 이러한 발견은 SMG 그룹이 미묘한 방치가 있을 수 있고 STG 그룹에 비해 오른쪽쪽으로 더 보였을 수 있는 패턴을 보여주었기 때문에 기존의 종이 및 연필 작업의 결과와 일치합니다. 특히 개별 대상 수준에 동종 포지티브 방치의 징후를 평가하기 위해 꽃의 어느 쪽에 결함이있는 꽃잎이 포함되어 있는가 분리될 수 있다. 이 분석에서, SMG 그룹의 참가자들은 짧은 꽃잎이 꽃의 왼쪽에 있을 때 관찰된 각도에 비해 꽃의 오른쪽에 짧은 꽃잎을 검색할 때 머리 각도로 오른쪽으로 더 바라보는 경향이 있었다.참가자가 각 꽃을 보았던 평균 초 수가 SMG와 STG 그룹 간에 평균 헤드 앵글 변화 점수에서 유의한 차이를 분석하지 않았다. 이 방법은 반복적인 경두개 자기 자극으로 달성된 미묘한 임상 효과에 의해 제한됩니다. 따라서 피질 영역 타겟팅의 적절한 자극 매개 변수는 매우 중요합니다.

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