Summary

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

Published: October 13, 2016
doi:

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 כדי לשמור את הסחות ה?…

Representative Results

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…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים מבקשים להודות רלף Kuhne לקבלת תמיכה טכנית. עבודה זו מומנה על ידי (DFG) ואת Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF # 01GM1103A). זהו פרויקט משותף של האיחוד האירופי תוכנית-ניווניות מחלות מחקר (JPND). הפרויקט נתמך באמצעות הארגונים הבאים תחת חסותו של JPND- למשל., גרמניה, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, FKZ), שוודיה, Vetenskaprådet Sverige, פולין, Narodowe Centrum בדאן אני Rozwoju (NCBR).

Materials

EyeSeeCam EyeSeeTec GmbH; 82256 Fürstenfeldbruck, Germany Videooculography device

References

  1. Kiernan, M. C., et al. Amyotrophic lateral sclerosis. Lancet. 377 (9769), 942-955 (2011).
  2. Neumann, M., et al. Ubiquitinated TDP-43 in frontotemporal lobar degeneration and amyotrophic lateral sclerosis. Science. 314 (5796), 130-133 (2006).
  3. Beeldman, E., Raaphorst, J., Klein Twennaar, ., de Visser, M., Schmand, B. A., de Haan, R. J. The cognitive profile of ALS: a systematic review and meta-analysis update. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. , (2015).
  4. Phukan, J., et al. The syndrome of cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: a population-based study. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 83 (1), 102-108 (2012).
  5. Elamin, M., et al. Executive dysfunction is a negative prognostic indicator in patients with ALS without dementia. Neurology. 76 (14), 1263-1269 (2011).
  6. Martin, N. A., et al. Psychological as well as illness factors influence acceptance of non-invasive ventilation (NIV) and gastrostomy in amyotrophic lateral sclerosis (ALS): a prospective population study. Amyotroph. Lateral. Scler. Frontotemporal. Degener. 15 (5-6), 376-387 (2014).
  7. Chiò, A., et al. Neurobehavioral symptoms in ALS are negatively related to caregivers’ burden and quality of life. Eur. J. Neurol. 17 (10), 1298-1303 (2010).
  8. Lakerveld, J., Kotchoubey, B., Kübler, A. Cognitive function in patients with late stage amyotrophic lateral sclerosis. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 79 (1), 25-29 (2008).
  9. Sharma, R., Hicks, S., Berna, C. M., Kennard, C., Talbot, K., Turner, M. R. Oculomotor dysfunction in amyotrophic lateral sclerosis: a comprehensive review. Arch. Neurol. 68 (7), 857-861 (2011).
  10. Witiuk, K., Fernandez-Ruiz, J., McKee, R. Cognitive Deterioration and Functional Compensation in ALS Measured with fMRI Using an Inhibitory Task. J. Neurosci. 34 (43), 14260-14271 (2014).
  11. Gorges, M., et al. Eye Movement Deficits Are Consistent with a Staging Model of pTDP-43 Pathology in Amyotrophic Lateral Sclerosis. PLoS One. 10 (11), 0142546 (2015).
  12. Hicks, S. L., et al. An eye-tracking version of the trail-making test. PLoS One. 8 (12), 84061 (2013).
  13. Keller, J., et al. Eye-tracking controlled cognitive function tests in patients with amyotrophic lateral sclerosis: a controlled proof-of-principle study. J. Neurol. 262 (8), 1918-1926 (2015).
  14. Raven, J. C., Court, J. H., Raven, J. . Manual for Raven’s progressive matrices and vocabulary scales. Section 2, the coloured progressive matrices. , (1998).
  15. Brickenkamp, R. . Aufmerksamkeits-Belastungs-Test (Test d2), 8th edn. , (1994).
  16. Elamin, M., et al. Cognitive changes predict functional decline in ALS. Neurology. 80 (17), 1590-1597 (2013).
  17. Ludolph, A. C., et al. Frontal lobe function in amyotrophic lateral sclerosis: a neuropsychologic and positron emission tomography study. Acta. Neurol. Scand. 85 (2), 81-89 (1992).
  18. Schneider, E., et al. Eye-SeeCam: an eye movement-driven head camera for the examination of natural visual exploration. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1164, 461-467 (2009).
  19. Lulé, D., et al. The Edinburgh Cognitive and Behavioural Amyotrophic Lateral Sclerosis Screen: a cross-sectional comparison of established screening tools in a German-Swiss population. Amyotroph. Lateral. Scler. Frontotemporal. Degener. 16 (1-2), 16-23 (2015).
  20. Olney, R. K., et al. The effects of executive and behavioral dysfunction in the course of ALS. Neurology. 65 (11), 1774-1777 (2005).
  21. Donaghy, C., Thurtell, M. J., Pioro, E. P., Gibson, J. M., Leigh, R. J. Eye movements in amyotrophic lateral sclerosis and its mimics: a review with illustrative cases. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 82 (1), 110-116 (2011).
  22. Mizutani, T., et al. Development of ophthalmoplegia in amyotrophic lateral sclerosis during long-term use of respirators. J. Neurol. Sci. 99 (2-3), 311-319 (1990).
  23. Khin Khin, E., Minor, D., Holloway, A., Pelleg, A. Decisional Capacity in Amyotrophic Lateral Sclerosis. J. Am. Acad. Psychiatry Law. 43 (2), 210-217 (2015).
  24. Kübler, A., et al. Patients with ALS can use sensorimotor rhythms to operate a brain-computer interface. Neurology. 64 (10), 1775-1777 (2005).
  25. Connolly, S., Galvin, M., Hardiman, O. End-of-life management in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Lancet Neurol. 14 (4), 435-442 (2015).

Play Video

Cite This Article
Keller, J., Gorges, M., Aho-Özhan, H. E. A., Uttner, I., Schneider, E., Kassubek, J., Pinkhardt, E. H., Ludolph, A. C., Lulé, D. Eye-Tracking Control to Assess Cognitive Functions in Patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis. J. Vis. Exp. (116), e54634, doi:10.3791/54634 (2016).

View Video