Name: quantification of oculomotor responses and accommodation through instrumentation and analysis toolboxes
Uploaded: 2023-03-03T13:40:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantification of Oculomotor Responses and Accommodation Through Instrumentation and Analysis Toolboxes at JoVE.com

Diese Forschung wurde durch das Stipendium der National Institutes of Health R01EY023261 für T.L.A. und ein Barry Goldwater-Stipendium und den NJIT Provost Doctoral Award für S.N.F. unterstützt.

Die Studie, für die diese Instrumentierungs- und Datenanalyse-Suite erstellt und erfolgreich implementiert wurde, wurde vom New Jersey Institute of Technology Institution Review Board HHS FWA 00003246 Approval F182-13 genehmigt und als randomisierte klinische Studie genehmigt, die auf ClinicalTrials.gov Identifier: NCT03593031 veröffentlicht und über NIH EY023261 finanziert wurde. Alle Teilnehmer lasen und unterschrieben eine Einverständniserklärung, die vom Institutional Review Board der Universität genehmigt wurd...

<ol>
	<li>Alvarez, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disparity+vergence+differences+between+typically+occurring+and+concussion-related+convergence+insufficiency+pediatric+patients.">Disparity vergence differences between typically occurring and concussion-related convergence insufficiency pediatric patients.</a> Vision Research. 185, 58-67 (2021).</li><li>Alvarez, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Underlying+neurological+mechanisms+associated+with+symptomatic+convergence+insufficiency.">Underlying neurological mechanisms associated with symptomatic convergence insufficiency.</a> Scientific Reports. 11, 6545 (2021).</li><li>Scheiman, M., Kulp, M. T., Cotter, S. A., Lawrenson, J. G., Wang, L., Li, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interventions+for+convergence+insufficiency:+A+network+meta-analysis.">Interventions for convergence insufficiency: A network meta-analysis.</a> The Cochrane Database of Systematic Reviews. 12 (12), (2020).</li><li>Semmlow, J. L., Chen, Y. F., Granger-Donnetti, B., Alvarez, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correction+of+saccade-induced+midline+errors+in+responses+to+pure+disparity+vergence+stimuli.">Correction of saccade-induced midline errors in responses to pure disparity vergence stimuli.</a> Journal of Eye Movement Research. 2 (5), (2009).</li><li>Scheiman, M., Wick, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Clinical Management of Binocular Vision., 5th Edition. , (2019).</li><li>Kim, E. H., Vicci, V. R., Granger-Donetti, B., Alvarez, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Short-term+adaptations+of+the+dynamic+disparity+vergence+and+phoria+systems.">Short-term adaptations of the dynamic disparity vergence and phoria systems.</a> Experimental Brain Research. 212 (2), 267-278 (2011).</li><li>Labhishetty, V., Bobier, W. R., Lakshminarayanan, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Is+25Hz+enough+to+accurately+measure+a+dynamic+change+in+the+ocular+accommodation.">Is 25Hz enough to accurately measure a dynamic change in the ocular accommodation.</a> Journal of Optometry. 12 (1), 22-29 (2019).</li><li>Juhola, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+saccadic+eye+movements+using+a+non-recursive+adaptive+digital+filter.">Detection of saccadic eye movements using a non-recursive adaptive digital filter.</a> Computer Methods and Programs in Biomedicine. 21 (2), 81-88 (1985).</li><li>Mack, D. J., Belfanti, S., Schwarz, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+sampling+rate+and+lowpass+filters+on+saccades+-+A+modeling+approach.">The effect of sampling rate and lowpass filters on saccades - A modeling approach.</a> Behavior Research Methods. 49 (6), 2146-2162 (2017).</li><li>Ghahghaei, S., Reed, O., Candy, T. R., Chandna, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calibration+of+the+PlusOptix+PowerRef+3+with+change+in+viewing+distance,+adult+age+and+refractive+error.">Calibration of the PlusOptix PowerRef 3 with change in viewing distance, adult age and refractive error.</a> Ophthalmic &amp; Physiological Optics. 39 (4), 253-259 (2019).</li><li>Guo, Y., Kim, E. L., Alvarez, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VisualEyes:+A+modular+software+system+for+oculomotor+experimentation.">VisualEyes: A modular software system for oculomotor experimentation.</a> Journal of Visualized Experiments. (49), e2530 (2011).</li><li>Convergence Insufficiency Treatment Trial Study Group. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Randomized+clinical+trial+of+treatments+for+symptomatic+convergence+insufficiency+in+children.">Randomized clinical trial of treatments for symptomatic convergence insufficiency in children.</a> Archives of Ophthalmology. 126 (10), 1336-1349 (2008).</li><li>Borsting, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Association+of+symptoms+and+convergence+and+accommodative+insufficiency+in+school-age+children.">Association of symptoms and convergence and accommodative insufficiency in school-age children.</a> Optometry. 74 (1), 25-34 (2003).</li><li>Sheard, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zones+of+ocular+comfort.">Zones of ocular comfort.</a> American Journal of Optometry. 7 (1), 9-25 (1930).</li><li>Hofstetter, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+longitudinal+study+of+amplitude+changes+in+presbyopia.">A longitudinal study of amplitude changes in presbyopia.</a> American Journal of Optometry and Archives of American Academy of Optometry. 42, 3-8 (1965).</li><li>Donders, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> On the Anomalies of Accommodation and Refraction of the Eye. , (1972).</li><li>Sravani, N. G., Nilagiri, V. K., Bharadwaj, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photorefraction+estimates+of+refractive+power+varies+with+the+ethnic+origin+of+human+eyes.">Photorefraction estimates of refractive power varies with the ethnic origin of human eyes.</a> Scientific Reports. 5, 7976 (2015).</li><li>Maddox, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Clinical Use of Prisms and the Decentering of Lenses. , (1893).</li><li>Yaramothu, C., Santos, E. M., Alvarez, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+visual+distractors+on+vergence+eye+movements.">Effects of visual distractors on vergence eye movements.</a> Journal of Vision. 18 (6), 2 (2018).</li><li>Borsting, E., Rouse, M. W., De Land, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prospective+comparison+of+convergence+insufficiency+and+normal+binocular+children+on+CIRS+symptom+surveys.+Convergence+Insufficiency+and+Reading+Study+(CIRS)+group.">Prospective comparison of convergence insufficiency and normal binocular children on CIRS symptom surveys. Convergence Insufficiency and Reading Study (CIRS) group.</a> Optometry and Vision Science. 76 (4), 221-228 (1999).</li><li>Maxwell, J., Tong, J., Schor, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+first+and+second+order+dynamics+of+accommodative+convergence+and+disparity+convergence.">The first and second order dynamics of accommodative convergence and disparity convergence.</a> Vision Research. 50 (17), 1728-1739 (2010).</li><li>Alvarez, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Convergence+Insufficiency+Neuro-mechanism+in+Adult+Population+Study+(CINAPS)+randomized+clinical+trial:+Design,+methods,+and+clinical+data.">The Convergence Insufficiency Neuro-mechanism in Adult Population Study (CINAPS) randomized clinical trial: Design, methods, and clinical data.</a> Ophthalmic Epidemiology. 27 (1), 52-72 (2020).</li><li>Leigh, R. J., Zee, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Neurology of Eye Movements. , (2015).</li><li>Alvarez, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+and+functional+imaging+changes+induced+from+vision+therapy+in+patients+with+convergence+insufficiency.">Clinical and functional imaging changes induced from vision therapy in patients with convergence insufficiency.</a> Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2019, 104-109 (2019).</li><li>Scheiman, M. M., Talasan, H., Mitchell, G. L., Alvarez, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Objective+assessment+of+vergence+after+treatment+of+concussion-related+CI:+A+pilot+study.">Objective assessment of vergence after treatment of concussion-related CI: A pilot study.</a> Optometry and Vision Science. 94 (1), 74-88 (2017).</li><li>Yaramothu, C., Greenspan, L. D., Scheiman, M., Alvarez, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vergence+endurance+test:+A+pilot+study+for+a+concussion+biomarker.">Vergence endurance test: A pilot study for a concussion biomarker.</a> Journal of Neurotrauma. 36 (14), 2200-2212 (2019).</li></ol>

Anwendungen der Methode in der Forschung Zu den Neuerungen der ursprünglichen VisualEyes2020 (VE2020)-Software gehört die Erweiterbarkeit des VE2020, um auf mehrere Monitore mit einem oder mehreren visuellen Reizen zu projizieren, was die Untersuchung wissenschaftlicher Fragestellungen ermöglicht, die von der Quantifizierung der Maddox-Komponenten der Vergenz18 bis zum Einfluss ablenkender Ziele auf instruierte Ziele19 reichen. Die Erweiterung des Hap...

Eine konzertierte binokulare Koordination und angemessene akkommodative und okulomotorische Reaktionen auf visuelle Reize sind entscheidende Aspekte des täglichen Lebens. Wenn ein Individuum eine reduzierte Konvergenz-Reaktionsgeschwindigkeit der Augenbewegungen aufweist, die durch die Aufzeichnung von Augenbewegungen quantifiziert wird, kann eine Doppelsichtigkeit (Diplopie) wahrgenommen werden 1,2. Darüber hinaus berichtete eine Metaanalyse der Cochrane-Literatur, dass Patienten mit okulomotorischen Dysfunktionen, die versuchen, ein normales binokulares Sehen aufrechtzuerhalten, häufig gemeinsame visuelle Symptome aufweisen, darunter verschwommenes/doppeltes Sehen, Kopfschmerzen, Augenstress/-belastung und Schwierigkeiten beim bequemen Lesen3. Schnelle konjugierte Augenbewegungen (Sakkaden) können, wenn sie mangelhaft sind, auf visuelle Ziele unter- oder überreagieren, was bedeutet, dass weitere aufeinanderfolgende Sakkaden erforderlich sind, um diesen Fehlerzu korrigieren 4. Diese okulomotorischen Reaktionen können auch durch das Akkommodationssystem verfälscht werden, bei dem die unsachgemäße Fokussierung des Lichts von der Linse zu Unschärfeführt 5.
Aufgaben wie das Lesen oder Arbeiten an elektronischen Geräten erfordern die Koordination des okulomotorischen und akkommodativen Systems. Bei Personen mit binokularen Augenbewegungen oder akkommodativen Funktionsstörungen verringert die Unfähigkeit, die binokulare Fusion (einfach) und das akute (klare) Sehen aufrechtzuerhalten, ihre Lebensqualität und ihre allgemeine Produktivität. Durch die Etablierung einer prozeduralen Methodik zur quantitativen Erfassung dieser Systeme unabhängig und konzertiert durch wiederholbare Instrumentierungskonfigurationen und objektive Analysen können Unterscheidungsmerkmale über die Akklimatisierung an spezifische Defizite verstanden werden. Quantitative Messungen von Augenbewegungen können im Vergleich zu konventionellen Methoden zu umfassenderen Diagnosen6 führen, mit dem Potenzial, die Wahrscheinlichkeit einer Heilung durch therapeutische Interventionen vorherzusagen. Diese Instrumentierungs- und Datenanalyse-Suite bietet Einblicke in das Verständnis der Mechanismen hinter den aktuellen Behandlungsstandards, wie z. B. der Sehtherapie, und der langfristigen Auswirkungen, die therapeutische Interventionen auf Patienten haben können. Die Feststellung dieser quantitativen Unterschiede zwischen Personen mit und ohne normales binokulares Sehen kann neue personalisierte therapeutische Strategien liefern und die Wirksamkeit der Abhilfe auf der Grundlage objektiver Ergebnismessungen erhöhen.
Bisher gibt es keine einzige kommerziell verfügbare Plattform, die gleichzeitig Augenbewegungsdaten mit entsprechenden akkommodativen Positions- und Geschwindigkeitsreaktionen stimulieren und quantitativ aufzeichnen kann, die als separate (Augenbewegungs- und Akkommodations-)Datenströme weiterverarbeitet werden können. Die Signalverarbeitungsanalysen für akkommodative und okulomotorische Positions- und Geschwindigkeitsreaktionen haben jeweils minimale Abtastanforderungen von ca. 10 Hz7 und eine empfohlene Abtastrate zwischen 240 Hz und 250 Hz für sakkadische Augenbewegungen ermittelt 8,9. Die Nyquist-Rate für Vergenz-Augenbewegungen muss jedoch noch ermittelt werden, obwohl die Vergenz in der Spitzengeschwindigkeit etwa eine Größenordnung niedriger ist als die sakkadischen Augenbewegungen. Nichtsdestotrotz gibt es eine Lücke in der aktuellen Literatur bezüglich der Aufzeichnung von Augenbewegungen und der Integration von autorefraktiven Instrumentenplattformen. Darüber hinaus ist die Möglichkeit, objektive Augenbewegungsreaktionen mit synchronen Akkommodationsreaktionen zu analysieren, noch nicht als Open Source verfügbar. Daher hat das Vision and Neural Engineering Laboratory (VNEL) den Bedarf an synchronisierter Instrumentierung und Analyse durch die Entwicklung von VE2020 und zwei Offline-Signalverarbeitungsprogrammen zur Analyse von Augenbewegungen und akkommodativen Reaktionen adressiert. VE2020 ist über Kalibrierungsverfahren und Stimulationsprotokolle anpassbar, um es an eine Vielzahl von Anwendungen von der Grundlagenforschung bis hin zur klinischen Anwendung anzupassen, einschließlich Forschungsprojekten zum binokularen Sehen zu Konvergenzinsuffizienz/-überschuss, Divergenzinsuffizienz/-überschuss, akkommodativer Insuffizienz/-überschuss, Gehirnerschütterungsbedingten binokularen Dysfunktionen, Schielen, Amblyopie und Nystagmus. VE2020 wird durch VEMAP und AMAP ergänzt, die anschließend Datenanalysefunktionen für diese stimulierten Augen und akkommodierenden Bewegungen bereitstellen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Analog Terminal Breakout Box</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>2090A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Convex-Sphere Trial Lens Set</td>
			<td>Reichert</td>
			<td>Portable Precision Lenses</td>
			<td>Utilized for autorefractor calibration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphics Cards</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Minimum performance requirement of GTX980 in SLI configuration</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ISCAN Eye Tracker</td>
			<td>ISCAN</td>
			<td>ETL200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>v2022a</td>
			<td>AMAP software rquirement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>v2015a</td>
			<td>VEMAP software requirement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microsoft Windows 10</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td>Windows 10</td>
			<td>Required OS for VE2020</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plusoptix PowerRef3 Autorefractor</td>
			<td>Plusoptix</td>
			<td>PowerRef3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stimuli Monitors (Quantity: 4+)</td>
			<td>Dell</td>
			<td>Resolution 1920x1080</td>
			<td>Note all monitors should be the same model and brand to avoid resolution differences as well as physical configurations</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantification of oculomotor responses and accommodation through instrumentation and analysis toolboxes

Durch die gezielte Stimulation und Aufzeichnung von Augenbewegungen können die grundlegenden Eigenschaften der zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen von Augenbewegungen beobachtet werden. VisualEyes2020 (VE2020) wurde auf der Grundlage des Mangels an anpassbarer softwarebasierter visueller Stimulation für Forscher entwickelt, die nicht auf Motoren oder Aktuatoren innerhalb eines herkömmlichen Haploskops angewiesen ist. Dieses neue Instrument und diese neue Methodik wurden für eine neuartige Haploskopkonfiguration entwickelt, die sowohl Eye-Tracking- als auch Autorefraktorsysteme verwendet. Eine Analysesoftware, die die synchronisierte Analyse von Augenbewegungen und akkommodierenden Reaktionen ermöglicht, bietet Sehforschern und Klinikern eine reproduzierbare Umgebung und ein gemeinsam nutzbares Werkzeug. Das Eye Movement Analysis Program (VEMAP) des Vision and Neural Engineering Laboratory (VNEL) wurde eingerichtet, um Aufzeichnungen zu verarbeiten, die von den Eyetrackern von VE2020 erstellt wurden, während das Accommodative Movement Analysis Program (AMAP) erstellt wurde, um die Aufzeichnungsergebnisse des entsprechenden Autorefraktorsystems zu verarbeiten. Der VNEL untersucht drei primäre Stimuli: Akkommodation (unschärfebedingte Veränderungen in der Konvexität der Intraokularlinse), Vergenz (nach innen, konvergente Rotation und nach außen, divergente Rotation der Augen) und Sakkaden (konjugierte Augenbewegungen). VEMAP und AMAP verwenden ähnliche Datenflussprozesse, manuelle Bedienerinteraktionen und bei Bedarf Eingriffe. Diese Analyseplattformen fördern jedoch die Etablierung einer objektiven Software-Suite, die die Abhängigkeit der Bediener minimiert. Die Nützlichkeit einer grafischen Benutzeroberfläche und der entsprechenden Algorithmen ermöglicht es, eine breite Palette visueller Experimente mit minimalen Programmierkenntnissen der Bediener durchzuführen.

Ensemble-Diagramme auf Gruppenebene von stimulierten Augenbewegungen, die durch VE2020 hervorgerufen werden, sind in Abbildung 11 mit den entsprechenden Geschwindigkeitsmerkmalen erster Ordnung dargestellt.
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64808/64808fig11.jpg"> Abbildung 11: Ensembles für Augenbewegungen. Die Ensemble-Plots von Vergenzschritten...

Watch this Scientific Journal Video about Quantification of Oculomotor Responses and Accommodation Through Instrumentation and Analysis Toolboxes at JoVE.com

Quantification of Oculomotor Responses and Accommodation Through Instrumentation and Analysis Toolboxes

VisualEyes2020 (VE2020) ist eine benutzerdefinierte Skriptsprache, die visuelle Augenbewegungsreize darstellt, aufzeichnet und synchronisiert. VE2020 liefert Stimuli für konjugierte Augenbewegungen (Sakkaden und sanfte Verfolgung), diskonjugierte Augenbewegungen (Vergenz), Akkommodation und Kombinationen aus beidem. Zwei Analyseprogramme vereinheitlichen die Datenverarbeitung aus dem Eye-Tracking- und dem Unterkunftsaufzeichnungssystem.

Quantifizierung okulomotorischer Reaktionen und Akkommodation durch Instrumentierung und Analyse-Toolboxen

Through the purposeful stimulation and recording of eye movements, the fundamental characteristics of the underlying neural mechanisms of eye movements ...

Die in dieser Studie verwendeten Softwarepakete bieten eine umfassende und vollständige Kontrolle über jedes bestimmte Experiment von Interesse. Visualize 2020 passt die Stimulation an, AMAP und VMAP bieten eine ergänzende Analyse des akkommodativen bzw. okulären motorischen Verhaltens. Transparenz ist der Hauptvorteil dieser Technik.Programmatisch können das Stimulusverhalten, die Kalibrierroutine und die analytischen Prozesse für jedes beliebige experimentelle Protokoll innerhalb der Softwarebereiche benutzerdefiniert werden. Die objektive Messung von Augenbewegungen und -akkommodation mit Hilfe von Datenanalysen versetzt Sehwissenschaftler und Ärzte in die Lage, zunächst den Unterschied zwischen Patienten mit binokularer Dysfunktion und binokularen Neuromkontrollen zu erkennen. Und zweitens in der Lage sein, den zugrunde liegenden neuronalen Mechanismus der Sehtherapeutika zu verstehen.Augenmomentaufzeichnungen können als potenzieller Biomarker für okuläre motorische Funktionsstörungen verwendet werden und haben potenzielle Anwendungen in der Gehirnerschütterungs- und Parkinson-Population, die eine hohe Komorbidität von binokularen Sehstörungen aufweisen. Beginnen Sie mit der Überwachung der Verbindungen und der Hardware des Setups. Das VisualEyes 2020-System ordnet die Monitore räumlich und im Uhrzeigersinn an.Achten Sie auf die richtige räumliche Konfiguration der Stimulusmonitore. Der primäre Kontrollmonitor wird als Null indiziert, und alle nachfolgenden Monitore werden von eins an indiziert. Wählen Sie Identifizieren, um die zugewiesenen Monitorindizes für jede an den Steuercomputer angeschlossene Stimulusanzeige zu visualisieren.Navigieren Sie in den Einstellungen des Anzeigemonitors zu Bildschirmauflösung und überprüfen Sie die empfohlene Auflösung. Stellen Sie sicher, dass sich das Eye-Tracking-System auf der optischen Mittellinie mit einem minimalen Kameraabstand von 38 Zentimetern befindet. Vergewissern Sie sich, dass sich das Autorefraktorsystem auf der optischen Mittellinie und etwa einen Meter von den Augen entfernt befindet.Überprüfen Sie die Konfiguration der Hardware und Ausrüstung, indem Sie auf die Abmessungen verweisen. Stellen Sie sicher, dass der Desktop und die entsprechende Eye-Tracking-Hardware gemäß den Anweisungen des Herstellers konfiguriert und kalibriert sind. Verschließen Sie das linke Auge der Teilnehmer monokular mit einem Infrarot-Transmissionsfilter und platzieren Sie eine konvexe Kugel-Versuchslinse vor dem Filter.Als nächstes präsentieren Sie binokular einen hochakuten Vier-Grad-Stimulus von den physisch nahen Stimulusmonitoren. Präsentieren Sie dann binokular einen hochakuten 16-Grad-Stimulus von den physisch nahen Stimulusmonitoren. Sobald die Einverständniserklärung eingeholt wurde, weisen Sie den Teilnehmer an, im Haploskop Platz zu nehmen.Positionieren Sie Stirn und Kinn des Teilnehmers gegen eine feste Kopfstütze, um Kopfbewegungen zu minimieren, und stellen Sie die Stuhlhöhe so ein, dass der Nacken des Teilnehmers während des gesamten Experiments bequem ist. Stellen Sie die Kameras zur Aufzeichnung von Augenbewegungen so ein, dass die Augen des Teilnehmers im Sichtfeld der Kamera erfasst werden können. Passen Sie dann das Eye-Tracking-Signal und die Eye-Tracking-Gating-Verstärkungen an, um anatomische Merkmale wie den Limbus, die Pupille und die Hornhautreflexion zu erfassen.Validieren Sie die Erfassung der Augenbewegungsdaten, indem Sie den Teilnehmer bitten, wiederholte Vergenz- oder Sakkadenbewegungen auszuführen. Verwenden Sie zum Konfigurieren der Daten das externe Speichergerät, das die Autorefraktordaten enthält, und exportieren Sie die Daten auf ein Gerät, auf dem AMAP installiert ist. Starten Sie die AMAP-Anwendung, und wählen Sie entweder Datei-Präprozessor oder Batch-Präprozessor aus.Überprüfen Sie den AMAP-Fortschrittsbalken und die Benachrichtigungen, da das System diese bereitstellt, wenn die ausgewählten Daten vorverarbeitet wurden. Ordnerverzeichnisse werden aus der AMAP-Vorverarbeitung generiert, um die Transparenz der Datenverarbeitung und den Zugriff über das lokale Laufwerk des Computers unter der AMAP-Ausgabe zu gewährleisten. Wenn eine AMAP-Funktion ohne vorherige Datenverarbeitung ausgewählt wird, suchen Sie nach einem Datei-Explorer-Fenster, in dem der Benutzer ein Datenverzeichnis auswählen kann.Um die AMAP-Datenanalyse durchzuführen, wählen Sie als Nächstes eine Datendatei aus, die analysiert werden soll, indem Sie die Schaltfläche Daten laden und alle verfügbaren Dateien in das aktuelle Dateiverzeichnis laden, standardmäßig in einen generierten AMAP-Unterstrich-Ausgabeordner. Der Name der ausgewählten Datendatei wird im aktuellen Dateifeld angezeigt. Aktivieren Sie unter der Augenauswahl die Standardauswahl, die binokular gemittelte Daten für die aufgezeichnete Akkommodationsrefraktion anzeigt.Wechseln Sie den Datentyp zwischen akkommodativer Refraktion und okulomotorischer Vergenz, die als Anvisieren durch die Typauswahl bezeichnet wird. Sehen Sie sich weitere grafische Anpassungen an, die verfügbar sind, um die Datenmetriken und Charakterisierungen erster und zweiter Ordnung darzustellen. Überprüfen Sie die Standardmetriken für AMAP.Führen Sie nach der Anzeige der grafischen Optionen Änderungen am Startindex der Antwort, am Endindex der Antwort und am Index der Spitzengeschwindigkeit über die Zahlenauswahlfelder für metrische Änderungen durch. Speichern Sie nach der Analyse aller angezeigten aufgezeichneten Bewegungen die analysierten Metriken für jede Datendatei im Feld Bewegungs-ID oder über die Navigationspfeile für das linke Wort und das rechte Wort. Nicht analysierte Bewegungen haben eine Standardklassifizierung von keiner Zahl, die als NaN bezeichnet wird, und werden nicht gespeichert oder exportiert.Führen Sie für jede Bewegung eine manuelle Klassifizierung als gut oder schlecht durch, um eine vollständige Analyse durch jeden Bediener zu gewährleisten. Klicken Sie auf die Schaltfläche Speichern, um die analysierten Daten zu speichern. Wählen Sie dann die Schaltfläche Exportieren aus, um die analysierten Daten in eine zugängliche Tabelle zu exportieren, die einzelne Bewegungsmetriken und die gemittelten exportierten Metrikblätter enthält.Ensemble-Diagramme auf Gruppenebene von stimulierten Augenbewegungen, die durch VisualEye 2020 hervorgerufen werden, sind hier mit den entsprechenden Geschwindigkeitsmerkmalen erster Ordnung dargestellt. Jede Positionsspur der Augenbewegung wird als einfarbige Linie dargestellt und mit der Geschwindigkeitsantwort auf Gruppenebene in Rot überlagert. Die Visualisierung der Teilnehmerleistungen kann auch mit dem AMAP erfolgen, das ein Ensemble von fünf Grad konvergenten Antworten und den entsprechenden 1,5 Dioptrien akkommodativen Antworten zeigt, die sich aus der Datenverarbeitung ergeben.Es ist wichtig, dass ein Teilnehmer auf der Mittellinie zentriert ist und versteht, was er mit seinen Augen für das Experiment tun muss. Klare Augenbilder mit geeignetem Gating sind entscheidend, um Daten aufzuzeichnen, die offline analysiert werden können. Wir erforschen neue Technologien wie Virtual Reality, um diese Techniken in tragbare Geräte zu übersetzen, die für diagnostische und therapeutische Interventionen gedacht sind, um Patienten mit binokularer Dysfunktion zu helfen, die in der Allgemeinbevölkerung nach einer Gehirnerschütterung oder bei Patienten mit Parkinson häufig vorkommt.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioluminescence Imaging for Assessment of Immune Responses Following Implantation of Engineered Heart Tissue (EHT)

Bioluminescence Imaging for Assessment of Immune Responses Following Implantation of Engineered Heart Tissue EHT

Biolumineszenz-Bildgebung für die Beurteilung von Immunantworten nach der Implantation von Engineered Heart Tissue (EHT)

Various techniques of cardiac tissue engineering have been pursued in the past decades including scaffolding strategies using either native or ...

Forschung

Biotechnik

A Cre-Lox P Recombination Approach for the Detection of Cell Fusion In Vivo

A Cre-Lox P Recombination Approach for the Detection of Cell Fusion In Vivo

Ein Cre-Lox P Rekombination Ansatz für den Nachweis von Cell Fusion In Vivo</em

The ability of two or more cells of the same type to fuse has been utilized in metazoans throughout evolution to form many complex organs, including ...

Generation of Aligned Functional Myocardial Tissue Through Microcontact Printing

Generation Ausgerichtet Functional Myokardgewebe Durch Mikrokontaktdrucken

Advanced heart failure represents a major unmet clinical challenge,  arising from the loss of viable and/or fully functional cardiac muscle  cells. ...

Self-reporting Scaffolds for 3-Dimensional Cell Culture

Selbstberichts Gerüste für 3-Dimensional Cell Culture

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting ...

Using Microfluidics Chips for Live Imaging and Study of Injury Responses in Drosophila Larvae

Using Microfluidics Chips for Live Imaging and Study of Injury Responses in Drosophila Larvae

Mit Mikrofluidik-Chips für Live-Imaging-und Studienverletzungs Antworten in<em&gt; Drosophila</em&gt; Larven

Live imaging is an important technique for studying cell biological processes, however this can be challenging in live animals. The translucent cuticle of ...

Quantification and Size-profiling of Extracellular Vesicles Using Tunable Resistive Pulse Sensing

Quantifizierung und Größe-Profilierung der extrazellulären Vesikeln Mit Tunable Resistive Pulse Sensing

Extracellular vesicles (EVs), including &#8216;microvesicles&#8217; and &#8216;exosomes&#8217;, are highly abundant in bodily fluids. Recent years have ...

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

Preparation of 3D Collagen Gels and Microchannels for the Study of 3D Interactions In Vivo

Herstellung von 3D-Kollagen-Gel und Mikrokanäle für das Studium der 3D-Interaktionen<em&gt; In Vivo</em

Historically, most cellular processes have been studied in only 2 dimensions.  While these studies have been informative about general cell signaling ...

A Method for Evaluating Timeliness and Accuracy of Volitional Motor Responses to Vibrotactile Stimuli

Ein Verfahren zur Bewertung der Rechtzeitigkeit und Genauigkeit der Volitionale Motor Responses to vibrotaktilen Stimuli

Artificial sensory feedback (ASF) systems can be used to compensate for lost proprioception in individuals with lower-limb impairments.  Effective design ...

Simulating the Mechanics of Lens Accommodation via a Manual Lens Stretcher

Die Mechanik der Linse Unterkunft über einen manuellen Objektiv Stretcher simulieren

The goal of this protocol is to mimic the biomechanics of physiological accommodation in a cost-efficient, practical manner. Accommodation is achieved ...

3D Analysis of Multi-cellular Responses to Chemoattractant Gradients

3D-Analyse von multizellulären Reaktionen auf tschoattraktive Verläufe

Various limitations of 2D cell culture systems have sparked interest in 3D cell culture and analysis platforms, which would better mimic the spatial and ...