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Gravação com eficiência a coordenação olho-mão ao espectro de incoordenação

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

Lesão cerebral pode danificar sistemas motor oculares e somáticos. Caracterização de pós-lesão controle motor proporciona biomarcadores que auxiliam na detecção da doença, monitorização e prognóstico. Nós revemos um método para medir o controle do movimento de olho-mão na saúde e na incoordenação patológica, com paradigmas de olhar-e-alcance para avaliar a coordenação entre olho e mão.

Abstract

A análise objetiva dos movimentos oculares tem uma história significativa e tempo provou ser uma ferramenta de pesquisa importantes no cenário de lesão cerebral. Gravações de quantitativas têm uma forte capacidade de tela para o diagnóstico. Exames simultâneos do olho e os movimentos do membro superior voltados para objetivos compartilhados funcionais (por exemplo, coordenação olho-mão) servem como um robusto biomarcador-carregado caminho adicional para capturar e interrogar a lesão neural, incluindo lesões cerebrais adquiridas (ABI ). Enquanto quantitativas dual-effector gravações em 3-d pagar amplas oportunidades no âmbito de investigações motor ocular-manual na configuração da ABI, a viabilidade de tais gravações duas para ambos olhos e mão é um desafio em configurações patológicas, particularmente Quando se aproximou com rigor de pesquisa-grau. Aqui descrevemos a integração de um sistema de rastreamento com um movimento de rastreamento sistema destinado principalmente para pesquisa de controle de membro estudar um comportamento natural de olho. O protocolo permite a investigação das funções de coordenação olho-mão (3D) tridimensionais, sem restrições. Mais especificamente, nós revemos um método para avaliar a coordenação olho-mão em tarefas visualmente guiadas de saccade de alcançar em indivíduos com acidente vascular cerebral crônica de artéria cerebral média (MCA) e compará-los com controles saudáveis. Especial atenção para as propriedades do sistema específico olho-membro-rastreamento e a fim de obter dados de alta fidelidade de pós-lesão participantes. Taxa de amostragem, exatidão, amplitude do movimento de cabeça admissível dada tolerância prevista e a viabilidade de uso foram várias das propriedades consideradas ao selecionar um tracker do olho e uma abordagem críticas. O rastreador de membro foi selecionado com base em uma rubrica similar mas incluiu a necessidade de 3-d gravação, interação dinâmica e uma pegada física miniaturizada. Os dados quantitativos fornecido por este método e o geral abordagem quando executado corretamente tem enorme potencial para mais refinam nossa compreensão mecanicista do controle da olho-mão e ajudam a informar viáveis intervenções diagnósticas e pragmáticas, dentro a prática neurológica e reabilitação.

Introduction

Um elemento crítico da função neurológica é a coordenação olho-mão ou a integração dos sistemas de motor oculares e manuais para o planejamento e execução de função combinada para um objetivo compartilhado, por exemplo, um olhar, alcançar e agarrar da televisão remota. Muitas tarefas propositais dependem de ações visualmente guiadas, tais como alcançar, agarrar, manipulação de objeto e ferramenta usar, qual dobradiça sobre os movimentos de olho e mão temporalmente e espacialmente acoplados. Lesões cerebrais adquiridas (ABI) causam disfunção dos membros, não só mas também disfunção ocular; mais recentemente, também há evidências que apontam para a disfunção de coordenação olho-mão1. Programas de controle de motor de coordenação olho-mão são suscetíveis a insultar em lesões neurológicas de etiologias vasculares, traumáticas e degenerativas. Estes insultos podem causar um colapso entre qualquer das relações indispensáveis necessárias para o controle motor integrado e rápido2,3,4,5,6. Muitos estudos sobre a função motora manual foram concluídos e tem aproveitado orientação visual como um pilar central do paradigma sem um método ou protocolo no local para analisar os movimentos dos olhos simultaneamente.

Na ABI, conspícuos déficits motor muitas vezes são detectados durante o exame clínico cabeceira. No entanto, deficiências motor oculares simultâneas e deficiências complexas, envolvendo a integração de sistemas sensoriais e motor podem ser subclínica e exigem gravação objectiva para ser identificadas7,8,9, 10,11,12,13,14,15,16. Coordenação motora ocular-manual depende de uma rede cerebral grande e interligada, destacando a necessidade de um estudo detalhado. Uma avaliação de coordenação olho-mão com gravações de objetiva duplas oferece uma oportunidade para ensaiar a função cognitiva e motor em várias populações, incluindo controles saudáveis e indivíduos com um histórico de lesão cerebral, proporcionando insights cerebral circuitos e função3.

Enquanto os saques são balísticos precisam de movimentos que podem variar em amplitude, dependendo da tarefa, os estudos mostraram as dependências entre movimento saccade e mão durante ação visualmente orientada17,18,19, 20. de fato, experimentos recentes têm demonstrado que os sistemas de controle de ambos os movimentos compartilham planejamento recursos21,22. O motor planejar hub para a coordenação olho-mão encontra-se no córtex parietal posterior. Em um acidente vascular cerebral, existem défices conhecidos no controle motor; pacientes hemiparéticos foram mostrados para gerar previsões imprecisas, dadas um conjunto de comandos neurais, quando solicitado a executar movimentos da mão guiada visualmente, usar qualquer o mais afetado (contralateral) ou menos afetados (ipsilateral) membro23 ,24,25,26,,27,28,29. Além disso, coordenação olho-mão e programas relacionadas ao controle motor são suscetíveis a insultar após lesões neurológicas, dissociação entre as relações, temporal e espacialmente, entre efetores30. Objetivas gravações de olho e mão de controle são fundamentais para caracterizar a incoordenação ou grau de deficiência de coordenação e melhora a compreensão científica do mecanismo de controle de motor de olho-mão num contexto funcional.

Embora existam muitos estudos de coordenação olho-mão em controles saudáveis17,31,32,33,34, nosso grupo tem avançado no campo pela nossa configuração de lesão neurológica, para instância durante a avaliação de circuitos de acidente vascular cerebral, investigaram a organização espacial e temporal dos movimentos de mão, muitas vezes em resposta a alvos espaciais visualmente é exibidos. Estudos que expandiram a caracterização objetiva ao olho e mão centraram-se quase que exclusivamente sobre a capacidade de desempenho para ambos os efetores pós-curso de registro ou em configurações patológicas; o protocolo descrito permite robusta caracterização do controle motor ocular e manual em movimentos naturais e sem restrições. Aqui descrevemos a técnica em uma investigação de movimentos de acesso saccade visualmente guiadas em indivíduos com acidente vascular cerebral crônica de artéria cerebral média (MCA) em relação a controles saudáveis. Para a gravação simultânea de saccade e alcance, nós empregamos olho simultâneo e rastreamento de movimento da mão.

Protocol

1. o participante Recrutar participantes de controle mais de 18 anos, sem histórico de disfunção neurológica, lesão ocular significativa, depressão significativa, grande deficiência e/ou implantes eléctricos. Recrutar participantes do curso mais velhos do que 18 anos, com uma história de lesão cerebral na distribuição da artéria cerebral média (MCA), têm a capacidade de completar a escala de Fugl-Meyer, manter uma gama completa de olho movimentos35,<su…

Representative Results

Trinta participantes participaram do estudo de pesquisa. Havia 17 participantes a coorte de controle e 13 participantes a coorte de acidente vascular cerebral. Dois participantes não podiam terminar todo o experimento, para que seus dados foram excluídos da análise. Demografia e questionário de avaliação A tabela 1 mostra as cara…

Discussion

O advento do olho e mão, sistemas de rastreamento como ferramentas disponíveis para objetivamente, explorar as características dos sistemas de motor ocular-manual acelerou-se estudos de investigação, permitindo uma sutil gravação abordagem para uma tarefa essencial nas atividades diárias – coordenação olho-mão. Muitas tarefas que dependem de ação naturais são visualmente orientadas e dependem de visão como uma entrada sensorial primária. Olhar é programado através de comandos de motor oculares que apo…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Gostaríamos de agradecer ao Dr. Tamara Bushnik e o NYULMC Rusk Research Team, por seus pensamentos, sugestões e contribuições. Esta pesquisa foi apoiada por 5K 12 HD001097 (para 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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