JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
행동분석학

ביעילות הקלטה תיאום עין-יד לקשת חוסר קואורדינציה

Published: March 21, 2019
doi:
10.3791/58885
, , , ,
1Dept. of Rehabilitation Med,New York University Langone Health, 2Dept. of Neurology,New York University Langone Health, 3Dept. of Ophthalmology,New York University Langone Health

Summary

פגיעה מוחית עלולה לגרום נזק עינית וגופניות מערכות רכב. אפיון המוטורי לאחר פציעה מעניק סמנים ביולוגיים לסייע גילוי מחלות, ניטור, ואת הפרוגנוזה. אנו בודקים שיטה למדידת בקרת תנועה עין-יד בבריאות, חוסר קואורדינציה פיפטות, עם המראה-ועל-יד פרדיגמות להעריך תיאום בין העין והיד.

Abstract

ניתוח אובייקטיבי של תנועות עיניים יש היסטוריה משמעותית, הוכח זמן כדי להיות כלי מחקר חשוב בסביבה של פגיעה מוחית. הקלטות כמותיים יש יכולת חזקה למסך אבחונית. בדיקות בו-זמניות של העין, תנועות גפיים מופנה כלפי המטרות המשותפות פונקציונלי (למשל, תיאום עין-יד) לשמש נוספים חזקים עמוסי סמן נתיב כדי לתפוס ולחקור פגיעה עצבית, לרבות פגיעה מוחית נרכשת (ABI ). בזמן הקלטות כפולה-אפקטור כמותיים בתלת-ממד להרשות שפע הזדמנויות בתוך חקירות מנוע העינים-מדריך ההגדרה של גליה, הכדאיות של הקלטות כאלו כפול עבור העין והיד הוא מאתגר בהגדרות פתולוגי, במיוחד כאשר ניגש עם הקשיחות מחקר-כיתה. כאן נתאר השילוב של עין מערכת מעקב עם תנועה מיועד בעיקר עבור האיבר שליטה מחקר התנהגות טבעית של מערכת המעקב. הפרוטוקול מאפשר החקירה של משימות קואורדינציה בלתי מוגבלת, תלת מימדי (3D) עין-יד. ליתר דיוק, אנו בודקים בשיטה כדי להעריך תיאום עין-יד במשימות saccade להגיע באופן חזותי מודרכים בנושאים עם קו עורק המוח התיכון כרונית (MCA) ולהשוות אותם לפקדים בריא. תשומת לב מיוחדת למאפייני מערכת ספציפית, האיבר-עקיבה כדי להשיג דיוק גבוה נתונים של המשתתפים לאחר פציעה. קצב הדגימה, דיוק, טווח התנועה ראש מותר בהתחשב סובלנות הצפוי ואת הכדאיות של שימוש היו כמה מן המאפיינים הקריטיים בחשבון בעת בחירת גשש העין, גישה… המעקב האיבר נבחר בהתבסס על טבלת עזר להערכת הישגים דומים אך כללו את הצורך תלת-ממד, הקלטה, אינטראקציה דינמית, טביעת הפיזי ולמחקר. הנתונים הכמותיים שסופקו על ידי שיטה זו, הכולל גישה בעת הפעלתו בצורה נכונה יש פוטנציאל עצום נוספת לחדד להבנתנו מכניסטית השליטה עין-יד, ליידע התערבויות אבחון ופרגמטית ריאלי בתוך המרפאה הנוירולוגית ושיקומיים.

Introduction

רכיב חיוני של הפונקציה נוירולוגיות תיאום עין-יד או השילוב של עינית ידני מנוע ומערכות לתכנון, ביצוע של פונקציה משולבת לעבר מטרה משותפת, לדוגמה, מבט, התקרב ותפוס של הטלויזיה מרחוק. משימות תכליתי רבות תלויות פעולות מודרכים באופן חזותי, כגון להגיע, אוחז, אובייקט מניפולציה, כלי להשתמש, אילו ציר על תנועות העין והיד חנותם והמרגשים בשילוב. פציעות מוח הנרכש (גליה) לגרום לא רק בתפקוד האיבר, אלא גם בתפקוד עינית; לאחרונה, יש גם הראיות מצביע תפקוד של תיאום עין-יד1. בתיאום עין-יד השליטה המוטורית תוכניות רגישים להעליב ב ניורולוגיות קשות של כלי הדם, טראומטי, ניווניות אטיולוגיה. העלבונות הללו עלולה לגרום התמוטטות בין כל קשרי הגומלין הכרחית לצורך בקרת מנוע משולב ומהירה2,3,4,5,6. מחקרים רבים בנושא בתפקוד המוטורי ידנית הושלמו, יש ממונף הנחיה חזותית כאחד מעמודי התווך הליבה של הפרדיגמה ללא שיטה או פרוטוקול במקום לנתח תנועות עיניים במקביל.

ב ABI, גירעונות מנוע בולט מאותרים לעתים קרובות במהלך בדיקה קלינית שליד המיטה. עם זאת, בו-זמנית עינית ליקויי מוטוריות, ליקויים מורכבים המערבים האינטגרציה של מערכות ורפלקסי עשוי להיות תת-קליני ומצריכות הקלטה אובייקטיבית להיות מזוהה7,8,9, 10,11,12,13,14,15,16. העינים-מדריך קואורדינציה תלויה גדולה ובעלת רשת מוחית, המדגיש את הצורך מחקר מפורט. הערכה תיאום עין-יד עם הקלטות אובייקטיבית כפול מספקת הזדמנות assay פונקציה קוגניטיבית והן מוטורי באוכלוסיות מרובות, לרבות פקדים בריא, נושאים עם היסטוריה של פגיעה מוחית, ובכך לספק תובנה מוחי המעגלים ותפקוד3.

אמנם saccades בליסטי תנועות שעשוי להשתנות משרעת בהתאם לפעילות צריך, מחקרים הראו קשרים בין התנועה saccade, היד במהלך פעולה חזותית מודרכים17,18,19, 20. למעשה, ניסויים אחרונים הראו כי מערכות שליטה בשתי תנועות לשתף משאבים התכנון21,22. המנוע תכנון רכזת תיאום עין-יד טמון קליפת הקודקודית האחורי. שבץ, ישנם חסרונות ידועים בשליטה מוטורית; hemiparetic חולים הוכחו ליצור תחזיות לא מדויק לקבל ערכת פקודות עצביות, כאשר ביקש לבצע תנועות ידיים מודרכים באופן חזותי, שימוש או יותר מושפעים (contralateral) או מושפעים פחות האיבר (חולשת)23 ,24,25,26,27,28,29. יתר על כן, תיאום עין-יד ותוכניות הקשורות המוטורי רגישים להעליב בעקבות פגיעות נוירולוגיות, decoupling הגומלין, חנותם והמרגשים, בין effectors30. הקלטות אובייקטיבית של העין והיד פקד בעל חשיבות עליונה כדי אפיון של חוסר קואורדינציה או מידת ליקויי קואורדינציה, משפר את ההבנה המדעית של עין-יד מנגנון השליטה המוטורית בהקשר פונקציונלי.

למרות שיש מחקרים רבים של תיאום עין-יד בפקדים בריא17,31,32,33,34, הקבוצה שלנו כולל מתקדמת השדה שלנו מהגדרה של פגיעה נוירולוגית, עבור למשל במהלך הערכת המעגלים שבץ, חקרו הארגון יכולות של תנועות היד, לעיתים קרובות בתגובה מטרות המרחבי המוצג באופן חזותי. מחקרים הורחב האפיון אובייקטיבית העין והיד התמקדו באופן כמעט בלעדי קיבולת ביצועים לרשומה ש-effectors שני שלאחר שבץ או בהגדרות פיפטות; הפרוטוקול המתואר מאפשרת אפיון חזקים של השליטה המוטורית עינית וידני בתנועות ולמשחקי וטבעית. כאן נתאר את הטכניקה בחקירה של תנועות saccade להגיע מונחה באופן חזותי במקצועות עורק המוח התיכון כרונית (MCA) קו ביחס פקדים בריא. עבור ההקלטה סימולטני של saccade ולהגיע, אנו מעסיקים מעקב תנועה יד ועין בו-זמניות.

Protocol

1. משתתף גייס משתתפים שליטה שגילן עולה על 18 שנים, ללא היסטוריה של תפקוד נוירולוגי, פגיעת עין משמעותית, דיכאון משמעותי, נכות העיקריים ו/או שתלים חשמל. גייס משתתפים שבץ בוגרים מאשר 18 שנים, עם היסטוריה של פגיעה מוחית בהפצה עורק המוח התיכון (MCA), יש את היכולת להשלים את הסולם Fugl-מאייר, לשמ…

Representative Results

שלושים משתתפים השתתפו במחקר המחקר. היו 17 המשתתפים במדגם שליטה, 13 המשתתפים במדגם שבץ. שני המשתתפים לא יכולתי לסיים את הניסוי כולו, אז הנתונים שלהם לא נכללו בניתוח. דמוגרפיה והערכות שאלון טבלה 1…

Discussion

כניסתו של העין והיד מערכות מעקב ככלים זמינים עבור אובייקטיבית לחקור את המאפיינים של מערכות רכב העינים-מדריך הואץ מחקרים, המאפשר את הניואנסים הקלטה בגישה עבור משימה חיונית בפעילויות היומיום – תיאום עין-יד. משימות רבות תלויות-פעולה טבעית מונחות באופן חזותי ותלויות חזון כמו קלט חושי העיקרי…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ברצוננו להודות ד ר תמרה Bushnik NYULMC ראסק צוות המחקר שלהם מחשבות, הצעות של תרומות. מחקר זה נתמך על ידי K 5 12 HD001097 (ל- J-RR, MSL ו- PR).

Materials

27.0" Dell LED-Lit monitor  Dell S2716DG QHD resolution (2560 x 1440)
ASUS ROG G750JM 17-Inch  AsusTek Computer Inc
Eye Link II SR-Research 500 Hz binocular eye monitoring
0.01 º RMS resolutions
Matlab MathWorks
Polhemus MicroSensor 1.8  Polhemus 240 Hz, 0.08 cm accuracy
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Rizzo, J. R., et al. Eye Control Deficits Coupled to Hand Control Deficits: Eye-Hand Incoordination in Chronic Cerebral Injury. Frontier in Neurology. 8, 330 (2017).
  2. Leigh, R. J., Kennard, C. Using saccades as a research tool in the clinical neurosciences. Brain. 127 (3), 460-477 (2004).
  3. White, O. B., Fielding, J. . Cognition and eye movements: assessment of cerebral dysfunction. , (2012).
  4. Anderson, T. Could saccadic function be a useful marker of stroke recovery?. Journal Neurology Neurosurgery Psychiatry. 84 (3), 242 (2013).
  5. Dong, W., et al. Ischaemic stroke: the ocular motor system as a sensitive marker for motor and cognitive recovery. Neurology Neurosurgery Psychiatry. 84 (3), 337-341 (2013).
  6. Abend, W., Bizzi, E., Morasso, P. Human arm trajectory formation. Brain. 105 (Pt 2), 331-348 (1982).
  7. Agrawal, Y., et al. Evaluation of quantitative head impulse testing using search coils versus video-oculography in older individuals. Otology & neurotology : official publication of the American Otological Society, American Neurotology Society [and] European Academy of Otology and Neurotology. 35 (2), 283-288 (2014).
  8. Eggert, T. Eye movement recordings: methods. In Neuro-Ophthalmology. 40, 15-34 (2007).
  9. Houben, M. M., Goumans, J., vander Steen, J. Recording three-dimensional eye movements: scleral search coils versus videooculography. Investigative ophthalmology & visual science. 47 (1), 179-187 (2006).
  10. Imai, T., et al. Comparing the accuracy of video-oculography and the scleral search coil system in human eye movement analysis. Auris, nasus, larynx. 32 (1), 3-9 (2005).
  11. Kimmel, D. L., Mammo, D., Newsome, W. T. Tracking the eye non-invasively: simultaneous comparison of the scleral search coil and optical tracking techniques in the macaque monkey. Frontiers in behavioral neuroscience. 6, 49 (2012).
  12. McCamy, M. B., et al. Simultaneous recordings of human microsaccades and drifts with a contemporary video eye tracker and the search coil technique. PLoS One. 10 (6), e0128428 (2015).
  13. Stahl, J. S., van Alphen, A. M., De Zeeuw, C. I. A comparison of video and magnetic search coil recordings of mouse eye movements. Journal of Neuroscience Methods. 99 (1-2), 101-110 (2000).
  14. van der Geest, J. N., Frens, M. A. Recording eye movements with video-oculography and scleral search coils: a direct comparison of two methods. Journal of Neuroscience Methods. 114 (2), 185-195 (2002).
  15. Yee, R. D., et al. Velocities of vertical saccades with different eye movement recording methods. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 26 (7), 938-944 (1985).
  16. Machado, L., Rafal, R. D. Control of fixation and saccades during an anti-saccade task: an investigation in humans with chronic lesions of oculomotor cortex. Experimental Brain Research. 156 (1), 55-63 (2004).
  17. Fisk, J. D., Goodale, M. A. The organization of eye and limb movements during unrestricted reaching to targets in contralateral and ipsilateral visual space. Experimental Brain Research. 60 (1), 159-178 (1985).
  18. Neggers, S. F., Bekkering, H. Ocular gaze is anchored to the target of an ongoing pointing movement. Journal of Neurophysiology. 83 (2), 639-651 (2000).
  19. Neggers, S. F., Bekkering, H. Gaze anchoring to a pointing target is present during the entire pointing movement and is driven by a non-visual signal. Journal of Neurophysiology. 86 (2), 961-970 (2001).
  20. Neggers, S. F., Bekkering, H. Coordinated control of eye and hand movements in dynamic reaching. Human Movement Science. 21 (3), 349-376 (2002).
  21. Prablanc, C., Echallier, J. E., Jeannerod, M., Komilis, E. Optimal response of eye and hand motor systems in pointing at a visual target. II. Static and dynamic visual cues in the control of hand movement. Biological Cybernetic. 35 (3), 183-187 (1979).
  22. Prablanc, C., Echallier, J. F., Komilis, E., Jeannerod, M. Optimal response of eye and hand motor systems in pointing at a visual target. I. Spatio-temporal characteristics of eye and hand movements and their relationships when varying the amount of visual information. Biological Cybernetic. 35 (2), 113-124 (1979).
  23. Beer, R. F., Dewald, J. P., Rymer, W. Z. Deficits in the coordination of multijoint arm movements in patients with hemiparesis: evidence for disturbed control of limb dynamics. Experimental Brain Research. 131 (3), 305-319 (2000).
  24. Fisher, B. E., Winstein, C. J., Velicki, M. R. Deficits in compensatory trajectory adjustments after unilateral sensorimotor stroke. Experimental Brain Research. 132 (3), 328-344 (2000).
  25. McCrea, P. H., Eng, J. J. Consequences of increased neuromotor noise for reaching movements in persons with stroke. Experimental Brain Research. 162 (1), 70-77 (2005).
  26. Tsang, W. W., et al. Does postural stability affect the performance of eye-hand coordination in stroke survivors?. American journal of physical medicine & rehabilitation / Association of Academic Physiatrists. 92 (9), 781-788 (2013).
  27. Velicki, M. R., Winstein, C. J., Pohl, P. S. Impaired direction and extent specification of aimed arm movements in humans with stroke-related brain damage. Experimental Brain Research. 130 (3), 362-374 (2000).
  28. Wenzelburger, R., et al. Hand coordination following capsular stroke. Brain. 128 (Pt 1), 64-74 (2005).
  29. Zackowski, K. M., Dromerick, A. W., Sahrmann, S. A., Thach, W. T., Bastian, A. J. How do strength, sensation, spasticity and joint individuation relate to the reaching deficits of people with chronic hemiparesis?. Brain. 127 (Pt 5), 1035-1046 (2004).
  30. Rizzo, J. R., et al. The Intersection between Ocular and Manual Motor Control: Eye-Hand Coordination in Acquired Brain Injury. Frontiers in Neurology. 8, 227 (2017).
  31. Horstmann, A., Hoffmann, K. P. Target selection in eye-hand coordination: Do we reach to where we look or do we look to where we reach?. Experimental Brain Research. 167 (2), 187-195 (2005).
  32. Johansson, R. S., Westling, G., Backstrom, A., Flanagan, J. R. Eye-hand coordination in object manipulation. Journal of Neuroscience. 21 (17), 6917-6932 (2001).
  33. Belardinelli, A., Herbort, O., Butz, M. V. Goal-oriented gaze strategies afforded by object interaction. Vision Research. 106, 47-57 (2015).
  34. Brouwer, A. M., Franz, V. H., Gegenfurtner, K. R. Differences in fixations between grasping and viewing objects. Journal of Vision. 9 (1), (2009).
  35. de Oliveira, R., Cacho, E. W., Borges, G. Post-stroke motor and functional evaluations: a clinical correlation using Fugl-Meyer assessment scale, Berg balance scale and Barthel index. Arquivos de Neuro-Psiquiatria. 64 (3B), 731-735 (2006).
  36. Page, S. J., Fulk, G. D., Boyne, P. Clinically important differences for the upper-extremity Fugl-Meyer Scale in people with minimal to moderate impairment due to chronic stroke. Physical Therapy. 92 (6), 791-798 (2012).
  37. Rizzo, J. R., et al. The Intersection between Ocular and Manual Motor Control: Eye-Hand Coordination in Acquired Brain Injury. Frontiers in neurology. 8, 227 (2017).
  38. Folstein, M. F., Folstein, S. E., McHugh, P. R. Mini-mental state: a practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician. Journal of psychiatric research. 12 (3), 189-198 (1975).
  39. Brajkovich, H. L. Dr. Snellen's 20/20: the development and use of the eye chart. The Journal of school health. 50 (8), 472-474 (1980).
  40. Kalloniatis, M., Luu, C. . Visual acuity. , (2007).
  41. Brenton, R. S., Phelps, C. D. The normal visual field on the Humphrey field analyzer. Ophthalmologica. 193, 56-74 (1986).
  42. Kerr, N. M., Chew, S. S. L., Eady, E. K., Gamble, G. D., Danesh-Meyer, H. V. Diagnostic accuracy of confrontation visual field tests. Neurology. 74 (15), 1184-1190 (2010).
  43. Ferber, S., Karnath, H. -. O. How to assess spatial neglect-line bisection or cancellation tasks?. Journal of clinical and experimental. 23 (5), 599-607 (2001).
  44. Sutton, G. P., et al. Beery-Buktenica Developmental Test of Visual-Motor Integration performance in children with traumatic brain injury and attention-deficit/hyperactivity disorder. Psychological assessment. 23 (3), 805-809 (2011).
  45. Cavina-Pratesi, C., Hesse, C. Why do the eyes prefer the index finger? Simultaneous recording of eye and hand movements during precision grasping. Journal of Visualized Experiments. 13 (5), (2013).
  46. Bekkering, H., Adam, J. J., van den Aarssen, A., Kingma, H., Whiting, H. T. Interference between saccadic eye and goal-directed hand movements. Experimental Brain Research. 106 (3), 475-484 (1995).
  47. Jonikaitis, D., Schubert, T., Deubel, H. Preparing coordinated eye and hand movements: dual-task costs are not attentional. Journal of Visualized Experiments. 10 (14), 23 (2010).
  48. Rizzo, J. -. R., et al. eye control Deficits coupled to hand control Deficits: eye–hand incoordination in chronic cerebral injury. Frontiers in Neurology. 8, 330 (2017).
  49. Aravind, G., Lamontagne, A. Dual tasking negatively impacts obstacle avoidance abilities in post-stroke individuals with visuospatial neglect: Task complexity matters!. Restorative Neurology and Neurosciences. 35 (4), 423-436 (2017).
  50. Bhatt, T., Subramaniam, S., Varghese, R. Examining interference of different cognitive tasks on voluntary balance control in aging and stroke. Experimental Brain Research. 234 (9), 2575-2584 (2016).
  51. Shafizadeh, M., et al. Constraints on perception of information from obstacles during foot clearance in people with chronic stroke. Experimental Brain Research. 235 (6), 1665-1676 (2017).
  52. Heitger, M. H., et al. Eye movement and visuomotor arm movement deficits following mild closed head injury. Brain. 127 (Pt 3), 575-590 (2004).
  53. Goodale, M. A., Pelisson, D., Prablanc, C. Large adjustments in visually guided reaching do not depend on vision of the hand or perception of target displacement. Nature. 320 (6064), 748 (1986).
  54. Maruta, J., Suh, M., Niogi, S. N., Mukherjee, P., Ghajar, J. Visual tracking synchronization as a metric for concussion screening. Journal of Head Trauma Rehabilitation. 25 (4), 293-305 (2010).
  55. Suh, M., Kolster, R., Sarkar, R., McCandliss, B., Ghajar, J. Deficits in predictive smooth pursuit after mild traumatic brain injury. Neurosci Lett. 401 (1-2), 108-113 (2006).
  56. Suh, M., et al. Increased oculomotor deficits during target blanking as an indicator of mild traumatic brain injury. Neurosciences Letters. 410 (3), 203-207 (2006).
  57. Heitger, M. H., Jones, R. D., Anderson, T. J. A new approach to predicting postconcussion syndrome after mild traumatic brain injury based upon eye movement function. Conference Proceedings IEEE Engineering in Medicine Biological Society. , 3570-3573 (2008).
  58. Heitger, M. H., et al. Impaired eye movements in post-concussion syndrome indicate suboptimal brain function beyond the influence of depression, malingering or intellectual ability. Brain. 132 (Pt 10), 2850-2870 (2009).
  59. Carrasco, M., Clady, X. Prediction of user’s grasping intentions based on eye-hand coordination. IEEE/RSJ International Conference. , 4631-4637 (2010).
  60. Cognolato, M., Atzori, M., Müller, H. Head-mounted eye gaze tracking devices: An overview of modern devices and recent advances. Journal of Rehabilitation and Assistive Technologies Engineering. 5, 2055668318773991 (2018).
  61. Evans, K. M., Jacobs, R. A., Tarduno, J. A., Pelz, J. B. Collecting and analyzing eye tracking data in outdoor environments. Journal of Eye Movement Research. 5 (2), 6 (2012).

Tags

Eye-hand CoordinationIncoordinationEye MovementsVisual GuidanceSaccadeReach TasksMiddle Cerebral Artery StrokeMotor ControlBiomarkerExperimental ProcedureSmooth PursuitSaccadesConvergenceDivergence

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Rizzo, J., Beheshti, M., Fung, J., Rucker, J. C., Hudson, T. E. Efficiently Recording the Eye-Hand Coordination to Incoordination Spectrum. J. Vis. Exp. (145), e58885, doi:10.3791/58885 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image