Summary

Registrazione in modo efficiente la coordinazione occhio-mano allo spettro di incoordinazione

Published: March 21, 2019
doi:

Summary

Lesione cerebrale possa danneggiare sistemi motori sia oculari che somatici. Caratterizzazione di post-lesioni controllo motore offre biomarcatori che aiutano nella diagnosi della malattia, il monitoraggio e la prognosi. Esaminiamo un metodo per misurare il controllo del movimento di occhio-mano in salute e in incoordinazione patologica, con paradigmi di look-and-reach per valutare la coordinazione tra occhio e mano.

Abstract

L’analisi oggettiva dei movimenti di occhio ha una storia significativa e ha dimostrato lungo di essere uno strumento di ricerca importante nella regolazione del trauma cranico. Le registrazioni quantitative hanno una forte capacità di schermo diagnostico. Gli esami simultanei dell’occhio e movimenti degli arti superiori diretti verso obiettivi condivisi e funzionali (ad es., coordinazione occhio-mano) servono come un percorso aggiuntivo di carichi di biomarcatore robusto per catturare e interrogare lesioni neurali, tra cui lesioni cerebrali acquisite (ABI ). Mentre quantitative dual-effector registrazioni in 3-d permettersi ampie opportunità all’interno di indagini motore oculare-manuale nella cornice di ABI, la fattibilità di tali registrazioni dual per occhio e la mano è una sfida nelle impostazioni patologiche, in particolare Quando si avvicinò con rigore di ricerca-grado. Qui descriviamo l’integrazione di un sistema di tracciamento con un sistema destinato principalmente per ricerca controllo degli arti studiare un comportamento naturale di tracciamento del movimento di occhio. Il protocollo consente l’indagine dei compiti di coordinamento occhio-mano (3D) tridimensionale, senza restrizioni. Più specificamente, esaminiamo un metodo per valutare la coordinazione occhio-mano in visivamente guidate saccade da raggiungere compiti in soggetti con ictus cronico arteria cerebrale media (MCA) e confrontarli ai comandi sani. Speciale attenzione è rivolta alle proprietà del sistema di monitoraggio specifico dell’occhio e arto al fine di ottenere dati di alta fedeltà da alberino-ferita di partecipanti. Frequenza di campionamento, precisione, gamma di movimento della testa ammissibile dato tolleranza prevista e la fattibilità dell’uso erano diverse proprietà critica considerata nella scelta di eye tracker e un approccio. L’inseguitore dell’arto è stato selezionato basato su una rubrica simile ma inclusa la necessità di 3-d registrazione, interazione dinamica e un ingombro fisico miniaturizzato. I dati quantitativi forniti da questo metodo e nel complesso approccio quando eseguita correttamente ha un enorme potenziale per ulteriore affinare la nostra comprensione meccanicistica della occhio-mano di controllo e aiutano a informare gli interventi diagnostici e pragmatici fattibili all’interno la pratica neurologica e riabilitativa.

Introduction

Un elemento critico della funzione neurologica è coordinazione occhio-mano o l’integrazione dei sistemi di motore oculare e manuale per la pianificazione e l’esecuzione della funzione combinato verso un obiettivo condiviso, ad esempio, uno sguardo, raggiungere e afferrare del televisore remoto. Molte attività utile dipendono da azioni visivamente guidate, come raggiungere, afferrare, manipolazione di oggetti e strumento utilizzare, quale cerniera sui movimenti dell’occhio e mano temporalmente e spazialmente accoppiati. Causano lesioni cerebrali acquisite (ABI) non solo la disfunzione degli arti, ma anche disfunzione oculare; più recentemente, ci è inoltre prova che indica la disfunzione della occhio-mano coordinamento1. Programmi di controllo del motore di coordinamento occhio-mano sono suscettibili di insultare in lesioni neurologiche da eziologie vascolare, traumatiche e degenerative. Questi insulti possono causare una ripartizione fra le relazioni indispensabili necessari per il controllo del motore integrato e rapida2,3,4,5,6. Molti studi sulla funzione motoria manuale sono stati completati e hanno sfruttato la guida visiva come un pilastro fondamentale del paradigma senza un metodo o un protocollo in grado di analizzare simultaneamente i movimenti oculari.

Abi, cospicuo deficit motori vengono spesso rilevati durante l’esame clinico sul comodino. Tuttavia, può essere infraclinica e necessitano di registrazione oggettiva per essere identificato7,8,9, simultanee oculari motorie e disabilità complesse che coinvolgono l’integrazione dei sistemi sensoriali e motori 10,11,12,13,14,15,16. Coordinamento motorio oculare-manuale dipende da una rete cerebrale grande e interconnessa, evidenziando la necessità di uno studio dettagliato. Una valutazione di coordinazione occhio-mano con doppia obiettive registrazioni offre l’opportunità di analisi di funzione di motore e conoscitiva in popolazioni multiple, tra cui controlli sani e soggetti con una storia di trauma cranico, fornendo così spaccato circuiti e funzione cerebrale3.

Mentre saccades sono balistici bisogno di movimenti che possono variare in ampiezza a seconda del compito, gli studi hanno indicato le dipendenze tra movimento delle saccadi e la mano durante l’azione visivamente guida17,18,19, 20. infatti, gli esperimenti recenti hanno dimostrato che i sistemi di controllo per entrambi i movimenti condividano pianificazione risorse21,22. Il motore di pianificazione hub per la coordinazione occhio-mano si trova nella corteccia parietale posteriore. In un colpo, vi sono ben note carenze nel controllo motorio; pazienti emiparetici hanno dimostrati di generare stime imprecise, dati un insieme di comandi neurali, quando viene chiesto di eseguire movimenti della mano visivamente guida, utilizzando sia il più (controlaterale) o meno interessati dall’arto (ipsilateral)23 ,24,25,26,27,28,29. Inoltre, coordinazione occhio-mano e programmi di controllo motore correlato sono suscettibili di insultare segue le lesioni neurologiche, le relazioni, il disaccoppiamento temporalmente e spazialmente, tra effettori30. Oggettive registrazioni di controllo occhio e la mano sono di fondamentale importanza per caratterizzare l’incoordinazione o il grado di compromissione della coordinazione e migliora la comprensione scientifica del meccanismo di controllo motorio occhio-mano in un contesto funzionale.

Anche se ci sono molti studi di coordinazione occhio-mano in controlli sani17,31,32,33,34, il nostro gruppo ha avanzato il campo dal nostro ambiente della ferita neurologica, per esempio durante la valutazione di circuiti di corsa, hanno studiato l’organizzazione spaziale e temporale dei movimenti della mano, spesso in risposta agli obiettivi spaziali visivamente visualizzati. Studi che hanno esteso la caratterizzazione oggettiva all’occhio e la mano si sono concentrati quasi esclusivamente sulla capacità delle prestazioni per registrare che entrambi effettori post-ictus o nelle impostazioni patologiche; il protocollo descritto consente robusta caratterizzazione del controllo motorio oculare e manuale nei movimenti naturali e senza vincoli. Qui descriviamo la tecnica in un’indagine dei movimenti di saccade da raggiungere visivamente guidate in soggetti con ictus cronico arteria cerebrale media (MCA) rispetto a controlli sani. Per la registrazione simultanea delle saccadi e dalla portata, ci avvaliamo di simultanea occhio e mano motion tracking.

Protocol

1. partecipante Reclutare partecipanti di controllo più di 18 anni, senza una storia di disfunzione neurologica, lesioni agli occhi significativi, depressione significativa, inabilità principale e/o impianti elettrici. Reclutare partecipanti di ictus età superiore a 18 anni, con una storia di trauma cranico nella distribuzione dell’arteria cerebrale centrale (MCA), hanno la possibilità di completare la scala Fugl-Meyer, mantenere una gamma completa di movimenti occhio35<sup…

Representative Results

Trenta partecipanti hanno partecipato allo studio di ricerca. C’erano 17 partecipanti nel gruppo di controllo e 13 partecipanti nella coorte di colpo. Due partecipanti non potevano finire l’intero esperimento, quindi i dati sono stati esclusi dall’analisi. Dati demografici e le valutazioni di questionario La tabella 1 Mostra le caratte…

Discussion

L’avvento dell’occhio e mano sistemi di tracciamento come strumenti a disposizione per esplorare oggettivamente le caratteristiche dei sistemi motore oculare-manuale ha accelerato gli studi di ricerca, consentendo una sfumata registrazione approccio per un compito essenziale nelle attività quotidiane – coordinazione occhio-mano. Molte attività naturale di azione-dipendente sono visivamente guidate e dipendono dalla visione come un input sensoriale primaria. Lo sguardo è programmato attraverso i comandi di motori ocu…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vorremmo ringraziare il Dr. Tamara Bushnik e il Team di ricerca di Rusk NYULMC per i loro pensieri, suggerimenti e contributi. Questa ricerca è stata sostenuta da 5K 12 HD001097 (per J-RR, MSL e 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

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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).

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