Die Auge-Hand-Koordination, Koordinationsstörungen Spektrum aufnehmen effizient

Zerebrale Verletzungen kann okuläre und somatische Motorsysteme beschädigen. Charakterisierung der Motorsteuerung posttraumatischen bietet Biomarker, die bei Krankheit Erkennung, Überwachung und Prognose zu unterstützen. Wir überprüfen eine Methode zur Messung der Auge-Hand-Bewegungssteuerung in Gesundheit und pathologische Koordinationsstörungen, mit Blick und Reichweite Paradigmen zur Koordination zwischen Auge und Hand zu beurteilen.

Die objektive Analyse von Augenbewegungen hat eine bedeutende Geschichte und hat lange nachweislich ein wichtiges Recherche-Tool in der Umgebung von Hirn-Trauma. Quantitative Aufnahmen haben eine starke Kapazität diagnostisch auf den Bildschirm. Gleichzeitige Untersuchung der Augen und der oberen Extremität Bewegungen richtet sich an gemeinsamen Handlungsziele (z.B. Auge-Hand-Koordination) dienen als zusätzliche stabile Biomarker-beladenen Pfad zu erfassen und zu verhören neuronalen Verletzungen, einschließlich erworbener Hirnschädigung (ABI ). Während quantitative Dual-Effektor-Aufnahmen in 3D viele Möglichkeiten im Okular-Handbuch motor Untersuchungen im Rahmen des ABI leisten, ist die Machbarkeit solcher dual Aufnahmen für Auge und Hand in pathologischen Einstellungen, eine besondere Herausforderung Wenn näherte sich mit Forschungsqualität strenge. Hier beschreiben wir die Integration einer Eye-tracking System mit einem Motion-tracking-System in erster Linie für Gliedmaßen Kontrolle Forschung, ein natürliches Verhalten zu studieren. Das Protokoll ermöglicht die Untersuchung der uneingeschränkten, dreidimensionale (3D) Auge-Hand Koordinationsaufgaben. Genauer gesagt, prüfen wir eine Methode zur Auge-Hand-Koordination in optisch geführte Saccade zu erreichende Aufgaben bei Patienten mit chronischen mittlere zerebrale Arterie (MCA) Schlaganfall zu beurteilen und im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen. Besondere Aufmerksamkeit ist die spezielle Auge und Gliedmaßen-Tracking-System-Eigenschaften gewidmet, um High-Fidelity-Daten von Teilnehmern nach der Verletzung zu erhalten. Sampling-Rate, Genauigkeit, zulässige Kopfbewegung Festigkeitsklasse erwarteten Toleranz und die Machbarkeit der Verwendung mehrere wichtigen Eigenschaften, die bei der Auswahl eines Eye-Tracker und einen Ansatz in Betracht gezogen wurden. Die Gliedmaßen Tracker wurde ausgewählt, basierend auf eine ähnliche Rubrik aber enthalten die Notwendigkeit einer 3-d-Aufnahme, der dynamischen Interaktion und eine miniaturisierte Platzbedarf. Die quantitativen Daten vorausgesetzt, durch diese Methode und die allgemeine Annäherung, wenn korrekt ausgeführt hat enormes Potenzial für weitere verfeinern unser mechanistische Verständnis der Auge-Hand-Bedienung und dienen als machbare Diagnose- und pragmatische Interventionen innerhalb die neurologischen und rehabilitative Praxis.

Ein entscheidendes Element der neurologischen Funktion ist, Auge-Hand-Koordination oder die Integration von okulären und manuelle Antriebssysteme für die Planung und Ausführung der kombinierten Funktion auf ein gemeinsames Ziel, beispielsweise ein Blick erreichen und greifen von der TV-Fernbedienung. Viele sinnvolle Aufgaben hängen visuell geführten Aktionen, wie z. B. erreichen, greifen, Objektmanipulation und Werkzeug zu verwenden, welche Scharnier auf die zeitlich und räumlich gekoppelten Auge und Hand Bewegungen. Erworbenen Hirnverletzungen (ABI) verursachen nicht nur Gliedmaßen Dysfunktion, sondern auch okuläre Dysfunktion; in jüngerer Zeit, gibt es auch Hinweise auf die Dysfunktion der Auge-Hand Koordination¹. Koordinierte Auge-Hand-motor Control-Programme sind anfällig für neurologische Verletzungen von Gefäß-, traumatische und degenerative Ätiologie zu beleidigen. Diese Beleidigungen können dazu führen, dass eine Aufteilung eines der unverzichtbaren Beziehungen benötigt für die integrierte und schnelle Motorsteuerung^2,3,4,5,6. Viele Studien über die manuelle Motorik sind abgeschlossen und haben visuelle Führung als zentrale Säule des Paradigmas ohne eine Methode oder ein Protokoll zu Augenbewegungen gleichzeitig analysieren genutzt.

Im ABI werden auffällige motorische Defizite oft während der Nachttisch klinische Untersuchung erkannt. Jedoch können gleichzeitiger okulärer motorischen Beeinträchtigungen und komplexen Beeinträchtigungen der Integration von sensorischen und motorischen Systemen subklinische und erfordern objektive Aufnahme zu identifizierten^{7,8,9, 10,11,12,13,14,15,16}. Okular-Handbuch motorische Koordination hängt ein großes und vernetzten zerebralen Netzwerk, die Notwendigkeit einer detaillierten Studie. Eine Auge-Hand Koordination Bewertung mit zwei Objektiven Aufnahmen bietet die Möglichkeit, kognitive und motorische Funktion in mehrere Populationen, einschließlich gesunden Kontrollpersonen und Themen mit einer Geschichte von Hirn-Trauma, somit bietet Einblick in die Testdurchführung zerebrale Schaltung und Funktion³.

Während Sakkaden ballistischen Bewegungen, die in der Amplitude abhängig von Aufgabe variieren können, Studien Abhängigkeiten zwischen Saccade und Hand Bewegung während optisch geführte Aktion^{17,18,19, 20}. In der Tat neue Experimente haben gezeigt, dass Steuerungssysteme für beide Bewegungen Planung Ressourcen^21,22teilen. Die motorische Planung Hub für die Auge-Hand-Koordination liegt im posterioren parietalen Kortex. Bei einem Schlaganfall gibt es bekannte Defizite in Motorsteuerung; hemiparetischen Patienten haben gezeigt, dass ungenaue Prognosen angesichts einer Reihe von neuronalen Befehle, wenn aufgefordert, optisch geführte Handbewegungen auszuführen, (kontralateralen) mit entweder mehr betroffen oder weniger stark (ipsilateral) Glied^{23 betroffen zu generieren ,24,25,26,27,28,29}. Darüber hinaus sind Auge-Hand-Koordination und verwandte Motorsteuerung Programme anfällig für Beleidigung nach neurologischen Verletzungen, Entkopplung der Beziehungen, zeitlich und räumlich zwischen Effektoren³⁰. Objektiven Aufnahmen von Auge und Hand Kontrolle sind ausschlaggebend für die Charakterisierung der Koordinationsstörungen oder Grad der Beeinträchtigung der Koordination und verbessert das wissenschaftliche Verständnis der Auge-Hand-Motorsteuerung-Mechanismus in einem funktionalen Zusammenhang.

Obwohl es viele Studien der Auge-Hand-Koordination im gesunden Kontrollpersonen^{17,31,32,33,34 gibt}, hat unsere Fraktion das Feld durch unsere Einstellung der neurologischen Verletzungen für fortgeschrittene bei Schlaganfall-Schaltung Bewertung beispielsweise haben die räumliche und zeitliche Organisation der Handbewegungen, oft als Reaktion auf optisch angezeigten räumliche Ziele untersucht. Studien, die die Objektive Charakterisierung für Auge und Hand erweitert haben konzentrierten sich fast ausschließlich auf die Leistungsfähigkeit, Datensatz, den beiden Effektoren Post-Schlaganfall oder in pathologischen Einstellungen; Das beschriebene Protokoll ermöglicht robuste Charakterisierung der okulären und manuelle Motorsteuerung in ungezwungenen und natürlichen Bewegungen. Hier beschreiben wir die Technik in einer Untersuchung der optisch geführte Saccade zu erreichende Bewegungen bei Patienten mit chronischen mittlere zerebrale Arterie (MCA) Schlaganfall im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen. Für die gleichzeitige Aufzeichnung von Saccade und zu erreichen beschäftigen wir gleichzeitige Auge und Hand-Motion-Tracking.

(1) Teilnehmer

1. Kontrolle Teilnehmer älter als 18 Jahre, ohne eine Geschichte von neurologische Dysfunktion, erhebliche Augenverletzungen, bedeutende Depression, große Behinderung und/oder elektrische Implantate zu rekrutieren.
2. Rekrutieren Sie Schlaganfall Teilnehmer älter als 18 Jahre, mit einer Geschichte von Hirn-Trauma in der Verteilung der mittleren zerebralen Arterie (MCA), die Möglichkeit haben, komplette Fugl-Meyer-Skala, erhalten eine vollständige Palette von Auge Bewegungen^35,36, haben die Leistungsfähigkeit zeigen Aufgaben, und ohne die Geschichte der zusätzliche neurologische Dysfunktion, bedeutende Auge Gesundheit Komorbidität, bedeutende Depression, große Behinderung und/oder elektrische Implantate.
3. Bitten Sie die Teilnehmer eine genehmigte von der institutionellen Review Board der New York University School of Medicine Einverständniserklärung zu unterschreiben.
4. Teilnehmer Screening (für detaillierte Ausschlusskriterien Rizzo Et al.^{37 Siehe})
   1. Nehmen Sie Geschichte und durchführen Sie klinischen Untersuchungen, wie weiter unten besprochen.
      1. Beurteilen Sie den kognitiven Zustand der Teilnehmer mit Mini Mental State Prüfung (MMSE)³⁸.
      2. Durchführen Sie neurologische Untersuchung.
      3. Extraokularen Muskeln und Augenbewegungen zu untersuchen.
         1. Bitten Sie die Teilnehmer des Forschers Finger mit den Augen folgen und dabei ihren Kopf in einer Position. Zeichne einen imaginäre H Buchstaben davor und stellen Sie sicher, dass Ihre Finger bewegt sich weit genug heraus und nach oben/unten, Beurteilung Zentrum, oben, unten, links, rechts, unten/links, unten/rechts, oben/links und oben/rechts.
         2. Bitten Sie die Teilnehmer beobachten und den Blick auf ein Objekt bewegt sich langsam durch ihre Gesichtsfeld zu beurteilen, glatte Verfolgung zu unterhalten. Eine Strecke von ungefähr 24 Zoll und mit einem Bleistift als Ziel fegen hin und her langsam in horizontalen und vertikalen Richtungen, jeweils dreimal zu wiederholen.
         3. Bitten Sie die Teilnehmer so schnell wie möglich zwischen 2 Zielen suchen, die 24 Zoll auseinander gesetzt werden, um Sakkaden zu beurteilen. Verwenden Sie einen Bleistift und einen Stift, wie Ziele und direkt zu den Zielen in einem hin und her Weise dreimal horizontal und vertikal bestaunen.
         4. Bitten Sie die Teilnehmer auf ein Objekt zu fixieren, wie es langsam in Richtung zu ihren Augen bewegt Konvergenz, Zentrierung des Ziels, einen Bleistift, auf den Nasenrücken zu beurteilen. Nach diesem Verfahren, wiederholen Sie der Test, indem dasselbe Ziel aus der Nase wieder in die Ausgangsposition (Divergenz).
         5. Bitten Sie den Patienten, ein Auge abdecken und schauen Sie sich die Forscherin Nase. Bewegen Sie die Hand aus der Patient Gesichtsfeld bringen es in Wag den Finger langsam und lassen Sie den Patienten lassen die Forscher wissen, wann die Hand kommt wieder ins Blickfeld, wiederholen Sie diesen Vorgang für den unteren rechten Quadranten oben links und oben rechts, unten links.
            Hinweis: Wenn der Patient ihr rechte Auge bedeckt, decken das linke Auge und umgekehrt.
      4. Bewerten Sie der Sehbehinderung, indem Sie ein Visual-Motor Integrationstest.
      5. Beurteilen Sie die Sehschärfe von Snellen Diagramm^39,40.
      6. Beurteilen Sie das Gesichtsfeld mit Konfrontation zu und wenn in Frage, führen Sie Goldman oder Humphrey Gesichtsfeld Test^41,42.
      7. Hemi-räumlichen Vernachlässigung durch Zweiteilung Leitungstest und die einzelnen Buchstaben Stornierung Test⁴³zu beurteilen.
      8. Das Ausmaß der Behinderung über 25-Element National Eye Institute visuelle funktionieren Fragebogen (NEI-VFQ-25) und eine 10-Element-Ergänzung Umfrage⁴⁴zu quantifizieren.

2. Vorbereitung für das Experiment und die physische Konfiguration von Geräten

1. Ausstattung:
   1. Wählen Sie eine Eye-tracker
      1. Wählen Sie eine Eye-Tracker, der Kopf montiertes Einsatz (zur Vermeidung von Interferenzen mit Schreibtisch-basierte Reichweite Bewegungen) kann, hohe räumliche Auflösung (≤0.1^o) und hoher zeitlicher Auflösung (≥250 Hz).
      2. Aufzeichnen der binokulare Augenbewegungen mit der Eye-Tracker bei einer Abtastrate von 250 Hz (Probenahme Augenposition alle 4 ms) tracking-Pupille und Hornhaut Reflexion.
   2. Wählen Sie ein Glied Tracker
      1. Wählen Sie einen Glied-Tracker, der die Bewegung in der X, y, Z-Position, 3,5 ms Latenz ³ ³ 0,08 cm Genauigkeit abbilden kann.
   3. Wählen Sie einen Laptop in der Lage, Ausführen eines benutzerdefinierten Skripts, die steuert, die Echtzeit-Integration von Daten übernommen aus zwei Systemen und Co die Signale in Echtzeit (Table of Materials) zu registrieren.
   4. Wählen Sie einen Display-Monitor für die Integration mit dem gewählten Laptop und das ist groß genug, um eins zu eins Korrespondenz zwischen Monitor und Tabletop Reichweite Raum unterstützen
   5. Definieren Sie ein Rechteck in der Größe identisch an den Monitor auf einer Tischfläche zwischen dem Teilnehmer und dem Monitor als ein funktionaler reichende Raum für experimentelle Arbeiten verwenden.
2. Einrichten der Vorbereitung:
   1. Eine Tabelle mit der Höhe verstellbaren Sessel einrichten.
   2. Stellen Sie einen Anzeigemonitor 40 cm vom äußersten Rand der Tabelle (Table of Materials).
   3. Platzieren Sie eine Tischplatte Board (erreichen der Oberfläche) mit der Dimension 1: 1 Verhältnis mit dem Monitor.
   4. Einrichten des Extremität Trackers durch die Montage der elektromagnetische Quelle unter dem Tisch (Table of Materials).
   5. Richten Sie die Eye-Tracker, host-PC (Table of Materials).
      1. Legen Sie vier Infrarotbeleuchter (IR) an vier Ecken des Monitors mit Gurten.
      2. Legen Sie die Eye-Tracker Konfigurationen aus Eye Tracker Setup-Optionen-Bildschirm.
         1. Die voreingestellte Konfiguration des Eye-Trackers 13-Punkt-Kalibrierung auswählen.
         2. Wählen Sie die hohe Saccade Empfindlichkeit, kleine Saccade zu erkennen.
         3. Schüler-CR-Auswahlmodus Schüler und Hornhaut aufgezeichnet.
         4. Wählen Sie eine Sampling-Rate bei 250 Hz.
3. Teilnehmer körperliche Vorbereitung
   1. Teilnehmer auf einem höhenverstellbaren Stuhl am Tisch mit dem Computerdisplay Platz.
   2. Positionieren Sie die Teilnehmer 60 cm weg von der Anzeigemonitor (Table of Materials).
   3. Beheben der Weg-und/oder Geschwindigkeitsgeber (Table of Material) auf den distalen Aspekt des Zeigefingers der Hand von der zu prüfenden Arm (dominante Arme für Steuerelemente und beide Arme in Teilnehmer mit Hub)
   4. Legen Sie den Eye-Tracker auf den Teilnehmern Stirnband und passen Sie das Stirnband und Kameras (Table of Materials).
      1. Das Stirnband passend
         1. Einstellen Sie die Dichtigkeit und die Position des Kopfbandes (mit Stirnband-Reglern) so, dass das vordere Pad in der Mitte der Stirn und die Seitenpolster oberhalb des Teilnehmers Ohren ist.
         2. Stellen Sie sicher, dass die Stirnband-Kamera in der Mitte der Stirn und über die Brücke der Nase ist.
         3. Bitten Sie die Teilnehmer, die ihre Augenbrauen heben, und bewegt sich das Stirnband, montieren Sie es höher oder niedriger auf der Stirn.
      2. Die Kamera und die Hornhaut Illuminator Position anpassen. Bitten Sie die Teilnehmer auf dem Monitor betrachten.
         1. Aus dem Kameradisplay Kopf Kamerabild auswählen, stellen Sie sicher, dass es vier große Flecken von den IR-Markern zeigt, die in der Mitte des Kopfes Kamerabildes positioniert sind. Wenn sie nicht in der Mitte sind, entsprechend anpassen.
         2. Wählen Sie aus der Kamera-Setup-Bildschirm ein Auge zur Zeit. Passen Sie die zwei Augen Kameras durch Absenken und Anheben der Eye-Kamera zu behandeln, bis die Pupille des Auges ist in der Mitte des Kamerabildes
         3. Die Eye-Kamera durch Drehen der Linse-Inhaber zu konzentrieren.
         4. Stellen Sie die Schüler-Schwelle durch drücken die Schaltfläche "Auto-Schwelle" auf der Kamera-Setup-Bildschirm ein.
         5. Führen Sie die gleiche Einstellung für das andere Auge.
4. Kalibrierung
   1. Kalibrieren Sie den Leib Tracker Ausgang zum Erreichen der Oberfläche mit einem 9-Punkt-Kalibrierung, Fragen die Teilnehmer auf den Sensor beiliegenden Finger legen Sie auf Oberflächen (Tabletop) Standorten zu erreichen, wie auf dem Bildschirm angezeigt.
   2. Kalibrierung des Eye-Trackers, bitten Sie die Teilnehmer das Kalibrierungstarget betrachten, die als blauer Punkt erscheint und Fixierung aufrechterhalten, bis der nächste Punkt auf dem Bildschirm erscheint
      Hinweis: Kalibrierung Ziele in 13 nach dem Zufallsprinzip ausgewählten Positionen auf dem Bildschirm angezeigt
   3. Kalibrierung des Eye-Trackers mindestens zweimal pro Sitzung, ersterer zu Beginn des Experiments und in seiner Mitte.

(3) experiment

1. Bitten Sie die Teilnehmer bewegen Sie ihren Finger auf die Startposition für den Start-Kreis auf dem Bildschirm mit dem Finger-Indikator-Punkt (roter Punkt), während Konzentration (Auge) die Startposition auf dem Bildschirm.
   Hinweis: Die Startposition befindet sich ein Korrespondent der Fixierung Punkt (blauer Punkt) zeigt auf die Mitte des Bildschirms (Abbildung 1a). Die Position des Fingers wird als 4 mm Radius roten Punkt auf dem Bildschirm dargestellt.
2. Benötigen Sie Teilnehmer Fingerstellung auf den Start-Kreis für 150ms beizubehalten, bis das Ziel erscheint.
3. Sicherstellen Sie, dass die Teilnehmer die Startposition zu fixieren, bis sie hören einen Piepton ("gehen Sie Piep"). (Abbildung 1)
   Hinweis: Die Dauer zwischen Ziel aussehen und das Signal gehen ist randomisiert zwischen 250 bis 750 ms, Vorfreude auf das Signal gehen zu verhindern.
4. Weisen Sie Teilnehmer für ihre Augen und Finger schnell und präzise zum angegebenen Ziel bewegen, wie sie den Piepton (Abbildung 1) hören
   1. Angesetztes Ziel erscheint 1 cm Radius weißer Kreis
5. Weisen Sie Teilnehmer, die Tischplatte Lage an der Zielposition der virtuellen zu berühren, wie auf dem Bildschirm angezeigt, durch Heben der Hand und Finger und wieder anschließen, die Fingerspitze und Tischplatte an
   1. Sicherstellen Sie, dass die Teilnehmer eine zeigende Bewegung durch Heben der Hand und Finger, anstatt zu ziehen die Hand und Finger auf der Tischplatte.
   2. Die Endposition der REACH-Verordnung als ein roter Punkt angezeigt, folgenden Abschluss zu erreichen.
   3. Bestimmen Reichweite Abschluss durch eine Kombination von Low Velocity (< 5 % Spitze) und 3 mm-Z-Ebene-Schwelle.
6. Bitten Sie die Teilnehmer eine Reihe von Studien Einarbeitung führen Sie vor Beginn der Datenerfassung.
7. Datenerfassung nach Teilnehmer 5 der letzten 10 Ziele erfolgreich berührt gestartet.
8. Bitten Sie die Teilnehmer führen eine Reihe von Aussehen und versuche zu erreichen, wie sie während der Einarbeitung Studien angewiesen waren.
   1. Haben Sie die Teilnehmer insgesamt 76 Studien durchführen.
9. Haben Sie die Kontrolle Teilnehmer das Experiment mit der dominanten Hand durchführen.
10. Wann immer es möglich ist, haben Sie die Teilnehmer mit Schlaganfall führen Sie das Experiment mit beiden Händen, mehr betroffen und weniger betroffen.
11. Die Teilnehmer füllen das gesamte Experiment mit mindestens einer Hand.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Einrichtung und Experiment. (a) schematische Darstellung der Anzeige-Monitor und Oberfläche während eines Prozesses zu erreichen. (b) Sequenzierung von Aktionen visuell geführt zu erreichen. Erste Befestigung (F) erscheint. Das Ziel (T) erscheint nach einer randomisierten Zeitdauer. Das 'gehe' Signal tritt als auditive Piepton (bezeichnet durch die hellgrauen senkrechten Strich) nach einer unvorhersehbaren Zeit Intervall (gleichzeitige Offset des F) Folgendes durch Ziel aussehen. Hand (H) und Auge (E) Bewegungen folgen das Go-Signal. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

30 Teilnehmer nahmen an der Studie. Es gab 17 Teilnehmer in der Steuerelement-Kohorte und 13 Teilnehmer in der Schlaganfall-Kohorte. Zwei Teilnehmer konnte nicht das ganze Experiment zu Ende, so dass ihre Daten aus der Analyse ausgeschlossen wurden.

Demografie und Fragebogen Bewertungen

Tabelle 1 zeigt die klinischen und demographischen Merkmale der repräsentativen Schlaganfall Kohorte.

Mittelwert ungewichtete VFQ Partituren wurden 91.33 ± 13.01 in Schlaganfall-Teilnehmer, im Vergleich zu 94.87 ± 4,87 in gesunden Kontrollpersonen (p = 0.203, ns). Meine Resultate von der 10-Element-Beilage waren 95 ± 11,57 in Schlaganfall-Teilnehmer, im Vergleich zu 96.27 ± 6,64 im gesunden Kontrollpersonen (p = 0,375, ns). Meine Noten für die Composite- und 10-Element Ergänzung waren 92.36 ± 12,18 in Schlaganfall-Teilnehmer, im Vergleich zu 95.12 ± 4,65 in gesunden Kontrollpersonen (p = 0.244, ns). Schlaganfall-Teilnehmer hatten einen mittleren Fugl-Meyer-Score von 55.54 ± 13,33, mit einer Reichweite von 30-66.

Auge und Handbewegungen Dauer und Latenzen

In Abbildung 2 sind Saccade und Reichweite Latenzen, gemessen als die Dauer zwischen dem Signal gehen und Bewegung auftreten, dargestellt. Schlaganfall Teilnehmer machte die erste (primäre) Sakkaden deutlich früher in den beiden weniger betroffen und mehr betroffenen Seiten im Vergleich zu gesunden Teilnehmern (p <.05) (mehr betroffenen Hand: 0.082 s, CI: [0,052 0.112]; weniger betroffene Hand: 0,106 s, CI: [0,08 0.132]; Steuern Onsets Saccade: 0.529 s, CI: [0,514 0.543]). Vergleichen zu kontrollieren, Schlaganfall Teilnehmer gemacht bemerkenswert frühen ersten Saccade auf aber es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen Steuerung Onsets und weniger betroffen oder mehr betroffenen erreichen Onsets Schlaganfall Teilnehmer (weniger betroffene Hand: 0.545 s, CI: [0,521 0.568]; mehr Betroffene Hand: 0,60 s, CI: [0,567 0.632]; Steuern Onsets erreichen: 0.556 s, CI: [0,544 0.568]). Wartezeit zwischen der ersten Saccade und Reichweite einsetzen, entspricht eine zeitliche Entkopplung in Schlaganfall-Teilnehmer, war größer in in beiden der mehr betroffen und weniger betroffene Hand, 519 ms (CI: [476 562]) und 439 ms (CI: [404 474]) bzw. in Trennung Schlaganfall, gegen eine minimale Trennung von 27 ms (CI: [8,5 45]) bei Kontrollen (alle p <.05. Schlaganfall machte nicht nur die längste Dauer erreicht (berechnet als Differenz zwischen Bewegung Beginn und Beendigung) die Teilnehmer mit ihrer Seite mehr betroffen (604 ms, CI: [587 622]), aber erhöht auch ihre durchschnittliche erreichen auf der weniger betroffenen Seite (546 ms, CI: [537 555] Vs 352 ms, CI: [348 356]) (alle p <.05.

Auge Bewegungen Frequenz

Wir untersuchten das Intervall zwischen dem ersten Saccade einsetzen und einsetzen, die in gesunden Kontrollpersonen minimal und wesentlich länger in Takt Teilnehmer in weniger- und mehr - betroffenen Seite war zu erreichen. Wir bemerkten Unterschiede in der Anzahl der Sakkaden, die während dieser Zeit gemacht wurden. Die Anzahl der Sakkaden produziert von Schlaganfall Teilnehmer unabhängig von der Extremität, die sie verwendet, war mehr als gesunde Kontrollpersonen. Wir gezeichnet, die Anzahl der sekundären Sakkaden Teilnehmer in Histogramme (Abbildung 3). Gesunde Kontrollpersonen in 90 % der Versuche machte einen einzigen Saccade und anhaltende Fixierung auf das Ziel bis sie die Reichweite abgeschlossen. In scharfem Kontrast, wurde dieses Muster in 50 % der Studien generiert (Z = 32.2 p <.05) für Menschen mit Schlaganfall und der Rest machte mehrere Sakkaden. (Abbildung 3). Abbildung 4 zeigt ein Beispiel für solche Saccade Spuren.

Räumliche Fehler des Auges und Handbewegungen

Im Hinblick auf die Amplitude vom Endpunkt der Bewegung zum Ziel Center (Bewegungsfehler), Schlaganfall Teilnehmer hatte erhöht Reichweite Fehler in sowohl weniger und mehr Betroffene Hand im Vergleich zu gesunden Kontrollen (Kontrolle: 9,3 mm, CI: [9,0 9,5]; weniger betroffenen Arm: 19,2 mm, CI: [ 18.4 20,0]; mehr Betroffene Arm: 21,4 mm, CI: [20,5 21,4]) (Abbildung 5; alle p <.05. Zusammen mit der Erhöhung der Reichweite Fehler, Saccade Endpunkt Fehler erhöht stark wie gezeigt in Abbildung 5 (Kontrolle: 18,3 mm, CI: [17,9 18,7]; weniger betroffenen Arm: 36,4 mm, CI: [35,2 37,6]; mehr betroffenen Arm: 41,6 mm, CI: [40,3 43,0]; alle p <.05.

Motorischen Beeinträchtigungen und Auge-Hand-Latenz Entkopplung Korrelation zu bewaffnen

Die Fugl-Meyer-Partitur wurde verwendet, um Arm motorischen Beeinträchtigungen zu bewerten. Es wurde erwartet, dass zeitliche Entkopplung in Schlaganfall-Teilnehmer mit Arm motorischen Beeinträchtigungen schwere korrelieren würden, aber unsere Ergebnisse zeigten, dass es für die weniger statistisch nicht signifikant war (R =-0.64, ns) und stärker betroffen (R =-0.34, ns) Arme.

Tabelle 1 . Klinische Merkmale zu streicheln.
^ein "H/H" = Händigkeit / Hemiparese: Händigkeit (bewertet durch Edinburgh Inventar) / Hemiparese Lateralität

^b "Schlaganfall-Features": Läsion Ort gewonnenen Krankengeschichte mit Teilnehmer und/oder Familienmitglieder, die als Historiker; Region und Lateralität Kreuz für Konsistenz mit Untersuchungsbefunde validiert
^c "Fugl-Meyer Score": eine Summierung der oberen Extremität Partitur [Total möglich 66], widerspiegelt das Ausmaß der motorischen Beeinträchtigungen nach Schlaganfall.

Abbildung 2. Saccade und Reach-Latenzen Saccade Onsets (gekennzeichnet durch blaue Kreise) in der Schlaganfall-Teilnehmer deutlich früher auftreten, zwar gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen Kontrolle erreichen Onsets (gekennzeichnet durch grüne Kreise) und Schlaganfall (gekennzeichnet durch grüne Kreise) Teilnehmer (mit eine kleine Verzögerung auf der mehr betroffenen Seite). Wartezeit zwischen der ersten Saccade und Reichweite auftreten wird mit einem leichten grauen Balken angezeigt. (Onsets: Kreise, Kündigungen: Plätze) (Fehlerindikator: 95 % Konfidenzintervall) Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3. Histogramme der Anzahl der Sakkaden neben der primären Saccade. Das obere Histogramm zeigt, dass Kontrolle Teilnehmer mit überwältigender Mehrheit eine primäre Saccade nur machen. Es gab entweder keine zusätzliche Sakkaden jenseits der primären Saccade oder eine einzelne sekundäre Saccade in etwa 96 % Prüfungen enthalten. Machen Sie das untere Histogramm zeigt Schlaganfall Teilnehmer bis zu fünf sekundären Sakkaden in den gleichen 96 % der Studien. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4. Abbildung zeigt zufällige roh Saccade Spur von zwei Teilnehmern der Kontrolle und Zweitakt-Teilnehmer. Zwei Proben (ungefiltert, roh) Auge (blau) und Hand (grün) Spuren von Kontrolle Teilnehmer (linke Spalte) und Schlaganfall Teilnehmer (rechte Spalte) werden im Bildschirm mm betragen, damit für das gleichzeitige Plotten von Auge und Hand Spuren dargestellt. In zwei Schlaganfall Teilnehmer Studien sind mehrere Augenbewegungen gemacht, bevor sie die Reichweite, im Gegensatz zur Kontrolle Teilnehmer Prüfungen abgeschlossen, die eine einzelne Saccade an oder schließen Sie die Zeit der REACH-Verordnung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 5. Durchschnittliche Endpunkt Fehler durch Teilnehmer gruppieren und/oder arm Grüne Balken Durchschnitt erreichen Fehler und der blaue Balken zeigen durchschnittliche Saccade (primäre) Fehler angegeben. Zwei-Stichproben-t-Tests wurden durchgeführt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Das Aufkommen von Auge und Hand-tracking-Systeme als verfügbare Tools für Objektiv erforschen die Merkmale der Okular-Handbuch Motorsysteme Forschungsstudien, ermöglicht eine differenzierte beschleunigt hat Aufnahme Ansatz für eine wesentliche Aufgabe im täglichen Aktivitäten – Auge-Hand-Koordination. Viele natürliche Aktion-abhängige Aufgaben visuell orientieren und Vision als einen primären sensorischen Input abhängig. Blick ist durch augenfällige motorische Befehle programmiert, die zentralen Sehens auf räumliche Schlüsselziele zu zeigen; Diese Information ist von zentraler Bedeutung und beim Erwerb von Hand Ziele unterstützt. Der Schlüssel ist, dass koordinierte Auge-Hand-Verhalten effizient und genau ausgeführt werden muss. Zum Beispiel führt entscheiden, schnappen Sie sich eine Kaffeetasse eine schnelle Augenbewegung am Griff, ein terminal Fixierung, die Übernahme der entscheidende ökologische Detail für die Zeigefinger Platzierung und Greifprobleme, alles in zeitlich synchronisierte Serie. Nach Einleitung der Bewegung ist visuelles Feedback der oberen Extremität für Online-Fehlerüberwachung und Korrektur von entscheidender Bedeutung.

Bewertung der Auge-Hand-Koordination mit unseren unterschiedlichen Methodik zeigt an, dass diesen Strich die Koordination von Auge-Hand-Bewegungssteuerung behindert. Schlaganfall-Teilnehmer mit MCA-Verletzungen zeigen beide ungenaueren Sakkaden und erreichen (in beiden weniger/mehr-betroffenen Seiten) im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen; Es scheint auch zu stark Entkopplung zwischen dem primären Saccade auftreten und Reichweite Ausbruch in beiden weniger / mehr betroffen Seiten. Während Wertminderungen von Auge und Hand Bewegung separat zu funktionellen Beeinträchtigung beitragen, scheint es ein spezifisches Defizit im Auge-Hand-Koordination, die verstärken reichende Fehler und weitere neurologische Funktion beeinträchtigen können; Dies tritt auf, wenn diese separaten Effektor-Systeme versagen, hin zu einem einzigen synchrone Verhalten zu koordinieren. Eine mögliche Erklärung liegt in der computational Zusatzbelastung der Ausführung dual Auge-Hand-Bewegungen und die damit verbundenen Störungen Effekte^46,47,48,49. Experimentelle Paradigmen, die Auge-Hand-Bewegung-Co-Registrierung erfordern ermöglichen Wissenschaftlern, dual Aufgaben systematisch zu erforschen; Dies ist besonders relevant für pathologische Bevölkerungen, die Schwierigkeiten mit solchen Aufgaben, unabhängig von der Kombination (kognitive-Motor, Motor-Motor, etc.)^50,51,52gekannt haben.

Bewegungen der Augen und der oberen Gliedmaßen sind sensible Marker der zerebralen Schädigung und unzählige Anwendungen existieren, diagnostisch, therapeutisch und prognostisch^{53,54,55,56,57 ,58,59}. Augenbewegungen und ihre Beziehungen zu Bewegungen der Gliedmaßen schaffen eine noch größere "Fenster" in das Gehirn, als bisher angenommen. Abgesehen von direkten Beeinträchtigung in Bewegung Augenfunktion Defizite im Auge Bewegung Entschädigung als Reaktion auf die Beeinträchtigung der Bewegung der hand ist ein neuer Bereich mit wissenschaftlichen Gelegenheit weit verbreitet. Sobald weitere gekennzeichnet, wird Auge-Hand-Koordination in der Lage ist, mehrere Anwendungen zu beleuchten und motivieren weiter zu verstehen, seine Tragweite für funktionale Bewegungskontrolle, übersetzen mechanistische Einblicke in klinischen Studien wissen. Der Schlüssel zum Auge-Hand-Kontrolle-Forschung ist die robuste Methodik und kräftige Protokolle, mit denen man solche Physiologie gleichzeitig und mit hoher Wiedergabetreue assay.

Trotz der Vorteile hier abgegrenzt gibt es noch methodische Einschränkungen vorhanden. Wie im Methodenteil beschrieben, werden die Teilnehmer angewiesen, um das Ziel zu fixieren, wie es auf einem Display-Monitor erscheint und machen eine gleichzeitige Reichweite auf einer Tischplatte, die unmittelbar vor der Arbeitsstation positioniert. Dies erfordert eine Transformation räumlicher Informationen vom Monitor auf die Tischplatte und fügt einen zusätzliche kognitiven Schritt. Während dieser kognitive Herausforderung zur Transformation identisch, die man während der Arbeit am Computer macht ist, würden Informationen vom Bildschirm auf dem Arbeitsplatz oder in Maus-Tastatur "Raum" zu übersetzen, eine naturalistische Aufgabe eine Übersetzung-freie Paradigma verwenden. Egal, robuste 3-d-Hand tracking mit Objektiv charakterisiert Auge Aufnahmen erlauben es, integrierte Motorsteuerung Sonde, die dreht sich um Koordination zuzog. Der bisherige Ansatz bietet darüber hinaus die Möglichkeit, die Auge-Hand-Steuerelement Aspekte entscheidend für die Interaktion mit dem Computerschnittstelle in Echtzeit zu bewerten.

Während quantitative Dual-Effektor-Aufnahmen in 3D robuste Möglichkeiten im Okular-Handbuch motor Untersuchungen im Rahmen der ABI, die Machbarkeit solcher dual Aufnahmen für Auge und Hand ist eine Herausforderung leisten, besonders in einer pathologischen Umgebung Ausführung mit Forschungsqualität strenge. Bemühungen haben versucht, die Augen verbinden und Hand-Tracker, Auge und Hand Physiologie, sondern die Datenausgabe zu beurteilen ist oft instabil ⁶⁰. Wenn diese Instabilitäten in gesunden Populationen gesehen werden berücksichtigt und die technische Kalibrierung und Aufnahme Probleme bei Teilnehmern mit Pathologie gegenübergestellt, werden die Daten immer weniger nützlich. Daher ist es zu nutzen, eine Methode und Paradigma, pragmatisch, wie hier beschrieben. Dementsprechend Auge Position Kalibrierung erfolgt in der Tiefenebene von Interesse, Auge-spezifische Reize sind bei diesem einzigen Abstand angezeigt und Blick Messung Treue ist anschließend robust. Bei anderen Entfernungen die Vogelperspektive ist nicht mehr ausgerichtet und Charakterisierung beschränkt sich auf 3-d-Aufnahmen der Hand Position^61,62. Die Quintessenz Studie des Auges und der Hand in die pathologische Einstellung wird am besten mit Individualsoftware erreicht werden, die Multi-Tiefe Kalibrierungen, integrierte Hardware, einem zentralen Computer oder Host-System für Signal-Co-Registrierung und ein Protokoll ähnlich erlaubt die oben genannten eins.

Die Autoren erklären, dass die Forschung in der Abwesenheit von kommerziellen oder finanziellen Beziehungen geführt wurde, die als ein potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnte.

Wir möchten Dr. Tamara Bushnik und NYULMC-Zwieback-Research-Team für ihre Gedanken, Anregungen und Beiträge danken. Diese Forschung wurde von 5 K 12 HD001097 (J-RR, MSL und PR) unterstützt.