Versions révisées et neuroimagerables de l’écran double tâche
Summary
Nous avons développé l’écran double tâche original (DTS) comme mesure portative et peu coûteux qui peut évaluer les athlètes avec des lésions cérébrales traumatiques légères induites par le sport. Nous avons révisé le DTS original pour l’utilisation clinique future et avons développé une version neuroimaging-compatible du DTS pour mesurer les fondements neuronaux de la performance simple et double tâche.
Abstract
Les paradigmes de double tâche évaluent simultanément les capacités motrices et cognitives, et ils peuvent détecter des déficiences subtiles et résiduelles chez les athlètes ayant récemment subi des lésions cérébrales traumatiques légères (MTBI). Toutefois, les paradigmes de double tâche passés se sont concentrés uniquement sur les compétences des extrémités inférieures et se sont appuyés sur des équipements de laboratoire lourds et coûteux , limitant ainsi leur aspect pratique pour l’évaluation quotidienne de l’ITM. Par la suite, nous avons mis au point le dual task screen (DTS), qui prend 10 minutes à administrer et à marquer, utilise de l’équipement portable à faible coût et comprend des sous-tas d’extrémité inférieure (LE) et d’extrémité supérieure (UE). Le but de ce manuscrit était double. Premièrement, nous décrivons le protocole d’administration de la STD révisée, que nous avons révisé pour répondre aux limites de la STD originale. Plus précisément, les révisions comprenaient des ajouts d’appareils intelligents pour acquérir des données de démarche plus détaillées et l’inclusion de conditions cognitives simples pour tester les performances cognitives perturbées dans des conditions de double tâche. Fait important, la STD révisée est une mesure destinée à une utilisation clinique future, et nous présentons des résultats représentatifs de trois athlètes masculins pour illustrer le type de données cliniques qui peuvent être acquises à partir de la mesure. Fait important, nous n’avons pas encore évalué la sensibilité et la spécificité du DTS révisé chez les athlètes avec mTBI, qui est la prochaine initiative de recherche. Le deuxième but de ce manuscrit est de décrire une version compatible avec la neuroimagerie du DTS. Nous avons développé cette version afin que nous puissions évaluer les fondements neuronaux de la performance d’une tâche unique et double, pour une meilleure compréhension empirique des déficits comportementaux associés à mTBI. Ainsi, ce manuscrit décrit également les mesures que nous avons prises pour permettre la spectroscopie fonctionnelle simultanée dans le proche infrarouge (FNIRS) au cours de la DTS, ainsi que la façon dont nous avons acquis et terminé le traitement de premier niveau des données fNIRS.
Introduction
Chaque année, 42 millions de personnes dans le monde subissent des lésions cérébrales traumatiques légères (ISTB)1. Bien qu’autrefois considérées comme bénignes, de nouvelles recherches indiquent que les ISTB, en particulier les ISTB répétées, peuvent avoir des conséquences négatives durables, telles que des troubles physiques, cognitifs etdu sommeil 2,3,4. Par la suite, les chercheurs et les cliniciens sont à la recherche d’évaluations et de méthodes de traitement améliorées pour comprendre et traiter l’ITT.
À ce jour, les meilleures pratiques pour l’évaluation de l’ITM comprennent les symptômes autodéfiqués et la mesure objective de la fonction neurocognitive etmotrice 5. Cependant, certaines personnes, comme les athlètes de niveau collégial compétitif, sont connues pour sous-déclaration des symptômes liés à l’ITT6,ce qui limite l’utilité des rapports de symptômes. Les mesures objectives de la neurocognitive et de la fonction motrice ont également des limites, y compris une faible fiabilité des tests, une dépendance à l’égard des tests de base ou une difficulté insuffisante pour les athlètesperformants 7,8,9. Toutefois, les paradigmes de double tâche – qui évaluent simultanément les capacités motrices et cognitives – peuvent détecter des déficiences subtiles et résiduelles et peuvent être particulièrement utiles pour évaluer les athlètes dehaut niveau 10,11,12,13,14.
Les recherches antérieures utilisant des paradigmes de double tâche ont souvent incorporé de l’équipement de laboratoire lourd et coûteux, comme les systèmes de capturede mouvement 14,pour évaluer les athlètes de haut niveau. Bien que ces systèmes puissent mesurer avec précision les déficiences motrices subtiles, ils ne sont pas pratiques pour une utilisation dans l’évaluation quotidienne du mTBI en raison du coût élevé de l’équipement, de la portabilité limitée et des longs temps d’administration (c.-à-d. ≥ 45 minutes par personne). En outre, beaucoup d’études précédentes de paradigme de double tâche se sont concentrées uniquement sur le corps inférieur ou les qualifications inférieures d’extrémité, telles quel’équilibre ou la démarche 11,12,13,14. On peut soutenir que la fonction supérieure des extrémités et la coordination œil-main sont également importantes pour les athlètes de haut niveau dans de nombreux sports. Ainsi, nous avons développé le Dual Task Screen (DTS), qui est une brève mesure conçue pour être administrée et notée en 10 minutes avec des instruments portables à faible coût. Ce DTS original comprenait une sous-couche d’extrémité inférieure (LE) et d’extrémité supérieure (UE), qui évaluait la vitesse de la démarche (à l’aide d’un chronomètre) et la coordination œil-main dans des conditions de moteur unique et de double tâche15.
Dans la première étude de faisabilité, 32 adolescentes en bonne santé ont terminé la STD originale. Cette étude a été conçue pour établir que le DTS pourrait entraîner des coûts moteurs à double tâche, comme l’indique la réduction des performances motrices pendant les conditions de double tâche par rapport aux conditions motrices simples. Nous avons également cherché à établir que la STD pouvait être administrée et notée en moins de 10 minutes. Nous avons constaté que tous les participants avaient une moins bonne performance motrice à double tâche sur au moins une sous-tâche. En outre, nous avons été en mesure d’administrer le DTS en une moyenne de 5,63 minutes et de marquer le test en 2-3 minutes15.
Bien que la première étude de faisabilité ait été couronnée de succès, quelques limitations ont été révélées. Plus particulièrement, la vitesse de la démarche a été mesurée à l’aide de chronomètres, qui sont sujets à des erreurs humaines naturelles. Par conséquent, dans le DTS révisé, nous avons utilisé des appareils intelligents avec accéléromètres intégrés (Tableau des matériaux) sur chaque cheville. Cet ajout a maintenu l’utilisation d’instruments portatifs à faible coût tout en fournissant des mesures sophistiquées de la vitesse de la démarche, du nombre total d’étapes, de la longueur moyenne de l’étape, de la durée moyenne de l’étape et de la variabilité de la durée de l’étape. Une autre limitation du DTS original était l’absence des conditions cognitives simples, qui ont empêché l’évaluation des coûts cognitifs de double tâche. Les coûts cognitifs à double tâche sont définis comme une performance cognitive plus faible au cours de la double tâche par rapport à une seule condition cognitive. Par la suite, pour les sous-tas LE et UE, nous avons ajouté une seule condition cognitive (décrite dans protocole).
En plus d’élaborer une mesure pour l’utilisation clinique future, l’un des objectifs à long terme de l’équipe est d’évaluer les fondements neuronaux de la performance d’une seule et double tâche chez les athlètes en bonne santé et de comparer ces résultats aux athlètes avec mTBI induit par le sport. Ainsi, nous avons créé une version neuroimagerie compatible du DTS. Nous cherchons à déterminer si le DTS peut être modifié avec succès pour une utilisation avec la spectroscopie fonctionnelle simultanée proche infrarouge (fNIRS) mesure, et nous utilisons un dispositif mobile fNIRS spécifiquement conçu pour accueillir le mouvement moteur brut en réduisant l’influence des artefacts de mouvement. En outre, cet appareil a la plus grande quantité de couverture de la tête, à notre connaissance, pour les appareils mobiles qui sont actuellement disponibles à des fins de recherche (Tableau des matériaux).
En résumé, le protocole d’étude est conçu pour faire ce qui suit :
- Décrire le protocole d’administration du double écran de tâche révisé (DTS), qui est une mesure que nous avons repensée pour répondre aux limites du DTS15 original et d’une mesure destinée à une utilisation clinique future.
- Décrivez le protocole de recherche pour l’écran double tâche compatible neuroimaging (DTS), que nous avons conçu pour évaluer les fondements neuronaux de la performance d’une seule et double tâche.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans ce manuscrit, nous avons décrit le protocole d’administration du double écran de tâche (DTS) nouvellement révisé. Ces révisions ont été achevées pour répondre aux limitations identifiées dans le DTS15 original et comprenaient l’ajout de conditions cognitives simples pour tester les coûts cognitifs à double tâche. Il comprenait également l’accélérométrie à base d’appareils intelligents pour mesurer plus précisément les caractéristiques de la démarche. Nous avons …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous tenons à remercier Mme Isabelle Booth, une étudiante de l’Université d’État du Colorado qui a aidé à l’analyse des données d’accélérométrie. Nous tenons également à souligner le financement des NIH K12 HD055931 et K01 HD096047-02 émis à l’auteur J.S.
Materials
| Hardware (in alphabetical order) | |||
| NIRx NIRSport2 Device: NSP2-CORE1616 | NIRx | Reference #: GC359 | "The NIRSport 2 is a user-friendly, modular, and robust wireless functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) platform which measures hemodynamic responses to neuroactivation via oxy-, deoxy-, and total hemoglobin changes in the cerebral cortex.The NIRSport 2 comes with a host of ready-to-implement upgrades and modules to meet the needs of a broad range of cognitive neuroscience applications." (Direct quote from nirx.net/nirsport) |
| NIRx NIRSCap (available in 5 difference sizes) | NIRx | N/A | "The NIRScap consists of a measuring cap and optode holders. The optode holders fit into the slits of the measuring cap." (Direct quote from NIRx's NIRScap Getting Started Guide) |
| NIRx Optode Sources (x 2) | NIRx | Reference #: GC359 | "8-source active source bundel for fiberless optical illumination with dual tip; 240 cm long." (Direct quote from NIRx Packing List Description) |
| NIRx Optode Detectors (x 2) | NIRx | Reference #: GC359 | "Bundle of 8x active sensores for fiberless optical detection; dual tip; 240 cm long." (Direct quote from NIRx Packing List Description) |
| NIRx Short Distance Detector Probes | NIRx | N/A | "The probes come in a bundle of eight detector clips that allows coupling of short-distance data from eight independent sources sites to one common detector channel on the instrument." (Direct quote from NIRx's Short Distance Detector Probes Getting Started Guide) |
| Software (in alphabetical order) | |||
| Aurora | NIRx | N/A | "NIRSport 2 Acquistion Software. Aurora fNIRS connects to your NIRSport 2 device via Wi-Fi or USB and can set-up a complete experimental configuration in only several clicks. Thanks to the automated signal optimization algorithm, Aurora fNIRS ensures optimal signal quality before a measurement is started. Raw data, HbO and Hb concentration changtes can be visualized in real-time in several display modes. In addition, high-end whole head visualizations are immediately available. Recorded data can be exported over the integrate Lab Streaming Layer (LSL) protocol, allowing for real-time processing in Brain-Computer Interface (BCI) and Neurofeedback paradigms." (Direct quote from nirx.net/software) |
| Matlab | Math Works | N/A | "MATLAB® combines a desktop environment tuned for iterative analysis and design processes with a programming language that expresses matrix and array mathematics directly. It includes the Live Editor for creating scripts that combine code, output, and formatted text in an executable notebook." (Direct quote from mathworks.com) |
| NIRS Toolbox | Developed by Huppert Brain Imaging Lab | N/A | "NIRS toolbox is a Matlab based analysis program." (Direct quote from huppertlab.net/nirs-toolbox-2/) |
| PsychoPy | Python | N/A | "PsychoPy is an open source software package written in the Python program,ming language primarily for us in neuroscience and experimntal psychology research." (Direct quote from psychopy.org) |
| Lower Tech/Cost Research Supplies* (in alphabetical order) | |||
| AmazonBasics 60-Inch Lightweight Tripod with Bag | Amazon | Item Model #: WT3540 | This lightweight tripod is perfect for most cameras up to 6.6 pounds. Setup is quick and easy. The included bag makes storage and transport a snap.The tripod’s legs can extend from 20” to 48”. Leg locks release smoothly and glide easily to your desired height. Crank up the center post for a tripod that is 60” tall. (Direct quote from Amazon.com) |
| iPod Touch x 2 | Apple | N/A | Smart device with built-in accelerometer. |
| Panasonic Full HD Video Camera Camcorder HC-V180K, 50X Optical Zoom, 1/5.8-Inch BSI Sensor, Touch Enabled 2.7-Inch LCD Display (Black) | Amazon | Item Model #: HC-V180K | Compact, lightweight and easy to use, the Panasonic Full HD Camcorder HC-V180K brings a fun, worry-free experience to high-resolution video capture. Featuring a 5-axis image stabilizer for maximum handheld stability, this 1080p camera’s super-long 50X optical zoom and up to 90X intelligent zoom quickly bring distant objects in focus. A convenient 28mm wide-angle lens allows you to fit more people and scenery into settings like weddings, reunions and vacations. An advanced BSI sensor assures low-light video image quality while Panasonic’s Level Shot function automatically detects and compensates for distracting camera tilting. For added fun, the camera includes creative filter effects like 8mm Movie, Silent Movie, Miniature Effect and Time Lapse Recording, all easily accessible on the 2.7-inch LCD touch screen. A two-channel zoom microphone works in tandem with the zoom to ensure crisp, clear audio up close or at any distance." (Direct quote from Amazon.com) |
| Post-it Notes, 3" x 3", Canary Yellow, Pack Of 18 Pads | Office Depot/Office Max | Item # 1230652 | "Post it® Notes stick securely and remove cleanly, featuring a unique adhesive designed for use on paper." |
| Scotch 232 Masking Tape, 1" x 60 Yd | Office Depot/Office Max | Item # 910588 | "High-performance paper masking tape produces sharp paint lines in medium-temperature paint bake operations. Scotch tape provides clean removal every time, even on traditionally difficult-to-remove surfaces." (Direct quote from officedepot.com) |
| Stanley Tools Leverlock Tape Measure, Standard, 25' x 1" Blade | Office Depot/Office Max | Item #389512 | "Tape rule features a power return with automatic bottom lock for easy operation. High-visibility case color makes it easy to find. Special Tru-Zero hook allows use of nail as pivot to draw circles and arcs. Tape rule offers a multiple riveted hook and polymer-coated blade for longer life, blade wear guard and comfortable rubber grip. Protected blade resists abrasion, oils, dirt and most solvents. Tape rule has Imperial ruling with consecutive feet on top and consecutive inches on bottom after the first foot. Its belt clip allows easy carrying." (Direct quote from officedepot.com) |
| Stopwatch | Office Depot/Office Max | Item # 357698 | "Offers split timing, precise to 1/100 of a second. Includes 6 functions — hour, minute, second, day, month and year." (Direct quote from officedepot.com) |
| Tourna Ballport Deluxe Tennis Ball Hopper with Wheels – Holds 80 Balls | Amazon | Item Model #: BPD-80W | "Balloon port 80 deluxe holds 80 balls and comes with wheels for easy Maneuverability. The handles are an extra long 33 inch for more convenient feed and pickup. Very lightweight yet durable makes this one of the most premium hoppers on the market. Loaded with patented features: legs lock in up and down position. Bars at the top slide closed so your the balls don't fall out during transport. Bars roll at the bottom so the ball slips in the hopper easily." (Direct quote from Amazon.com) |
| Tourna Pressureless Tennis Balls with Vinyl Tote (45 pack of balls) | Amazon | Item Model #: EPTB-45 | "45 Pressure less tennis balls in a vinyl tote bag. Bag has a zipper for secure closure. Balls are regulation size and durable. Suitable for practice or tennis ball machines. Balls are pressure less so they never go dead. Pressure-less means they never go dead, which makes them great for tennis practice, ball machines, filling up ball baskets and hoppers, or just making sure your pet has hours of fun chasing these balls. They fit Chuck-it style dog ball launchers and automatic ball launchers. Durable rubber and a premium felt ensures their use can be universal, whether your a budding tennis player or a pet owner." (Direct quote from Amazon.com) |
| Velcro | Velcro | N/A | Self-adhesive strips and wraps; used to secure smart devices. |
| Yoga Block 2 Pack – 2 High Density Light Weight Exercise Blocks 4 x 6 x 9 Inches Support All Poses – Lightweight Versatile Fitness and Balance Odor Free Bricks (Note: 6 blocks are needed for Dual Task Screen) | Amazon | N/A | "These blocks are made from recycled high density EVA foam and provide firm support in a wide range of different yoga poses. This will improve your posture and you can stay in challenging poses for longer." (Direct quote from Amazon.com) |
| *These items or comparable items can be obtained from a number of other sources |
References
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