Method Article
* Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen
Wir präsentieren die Entwicklung eines blickabhängigen Display-Frameworks, das für die Wahrnehmungs- und Okulomotorikforschung entwickelt wurde, um den Verlust des zentralen Sehvermögens zu simulieren. Dieser Rahmen eignet sich besonders für die Untersuchung kompensatorischer Verhaltens- und okulomotorischer Strategien bei Personen, die sowohl simulierten als auch pathologischen zentralen Sehverlust erleben.
Die Makuladegeneration (MD) ist eine der Hauptursachen für Sehstörungen in der westlichen Welt. Patienten mit MD neigen dazu, spontane Augenbewegungsstrategien zu entwickeln, um ihren Sehverlust zu kompensieren, einschließlich der Annahme eines bevorzugten retinalen Locus (PRL), einer verschonten peripheren Region, die sie häufiger verwenden, um die geschädigte Fovea zu ersetzen. Allerdings gelingt es nicht allen Patienten, eine PRL zu entwickeln, und selbst wenn sie es tun, kann es Monate dauern. Derzeit gibt es keine Goldstandard-Rehabilitationstherapie, und die MD-Forschung wird durch Probleme der Rekrutierung, Compliance und Komorbidität weiter behindert. Um diese Probleme anzugehen, hat eine wachsende Zahl von Forschungsarbeiten Eye-Tracking-gesteuerte, blickabhängige Displays in einem simulierten zentralen Sehverlustparadigma bei Personen mit intaktem Sehvermögen verwendet. Während sich der simulierte Sehverlust qualitativ vom pathologischen zentralen Sehverlust unterscheidet, bietet unser Framework ein hochgradig kontrolliertes Modell, mit dem kompensatorische Augenbewegungen untersucht und mögliche Rehabilitationsmaßnahmen bei Sehbehinderung getestet werden können. Durch die Entwicklung eines umfassenden Rahmens, anstatt uns auf isolierte und unzusammenhängende Aufgaben zu verlassen, schaffen wir eine zusammenhängende Umgebung, in der wir größere Hypothesen testen können, was es uns ermöglicht, Wechselwirkungen zwischen Aufgaben zu untersuchen, Trainingseffekte über mehrere Maßnahmen hinweg zu bewerten und eine konsistente Methodik für zukünftige Forschung zu etablieren. Darüber hinaus zeigen Teilnehmer an simulierten Studien zum zentralen Sehverlust Ähnlichkeiten in ihrem okulomotorischen kompensatorischen Verhalten im Vergleich zu Patienten mit MD. Hier stellen wir einen Rahmen für die Durchführung von blickabhängigen Studien im Zusammenhang mit simuliertem zentralem Sehverlust vor. Wir betonen die Verwendung des Frameworks, um die verhaltensbezogene und okulomotorische Leistung gesunder Personen bei einer Vielzahl von Wahrnehmungsaufgaben zu testen, die verschiedene Ebenen der visuellen Verarbeitung umfassen. Wir diskutieren auch, wie dieses Framework für die Ausbildung von MD-Patienten angepasst werden kann.
Makuladegeneration (MD) ist weltweit die Hauptursache für Sehbehinderungen und wird bis 2040 voraussichtlich 248 Millionen Menschen weltweit betreffen1. Die MD im Spätstadium ist gekennzeichnet durch eine Schädigung der Photorezeptoren im Zentrum des Gesichtsfeldes (Fovea). Der Verlust des zentralen Sehvermögens hat schwerwiegende Auswirkungen auf tägliche Aufgaben, die auf dem zentralen Sehen beruhen, wie z. B. Navigation2, Lesen3 und Erkennen von Gesichtern4. Die Folgen von MD beeinträchtigen die Lebensqualität dieser Personen stark5 und führen zu negativen psychologischen Folgen6. Patienten mit MD, die ihres zentralen Sehvermögens beraubt sind, können spontan kompensatorische okulomotorische Strategien entwickeln, bei denen eine periphere Netzhautregion als Ersatz für die Fovea verwendet wird (Abbildung 1). Diese Region, die als bevorzugter retinaler Locus (PRL)7 bezeichnet wird, wird häufig von Patienten bei Aufgaben wie Fixierung, Lesen und Gesichtserkennung eingesetzt. Es gibt Hinweise darauf, dass die PRL bei Patienten mit MD die okulomotorische Referenzfunktion der Fovea übernimmt 8,9. Darüber hinaus werden Veränderungen der Aufmerksamkeit und der kognitiven Kontrolle bei Patienten mit zentralem Sehverlust beobachtet, was auf einen Zusammenhang zwischen Sehverlust und kognitiven Funktionen hindeutet10.
Abbildung 1. Illustration der Wahrnehmungserfahrung von Personen mit gesundem Sehvermögen und Patienten mit Makuladegeneration und fovealem Skotom. Das foveale Skotom führt bei Patienten mit Makuladegeneration zu einem Verlust des zentralen Sehvermögens. Einige Personen können den Verlust des visuellen Inputs für die Fovea teilweise kompensieren, indem sie eine periphere retinale Lokalisation verwenden, die als bevorzugter retinaler Locus (PRL) definiert ist. Bei Patienten, die eine PRL entwickelt haben, wird diese häufig zur exzentrischen Fixation und bei täglichen Aufgaben eingesetzt. Die Lokalisation, Form und Größe der Netzhaut kann von Person zu Person variieren. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Während es keine Goldstandard-Intervention gibt, um den Verlust des Sehvermögens zu beheben oder den Verlust des zentralen Sehvermögens zu kompensieren, werden experimentelle Ansätze aus der Optometrie, der Ergotherapie und der Sehwissenschaft getestet, um die Kompensation durch peripheres Sehen zu verbessern11,12. Okulomotorische Ansätze konzentrieren sich darauf, den Patienten beizubringen, die Kontrolle und Koordination der Augenbewegungen zu verbessern, einschließlich der Erziehung zu einem angemesseneren PRL 11,12,13,14,15, während sich die Wahrnehmungsinterventionen auf die Verbesserung der allgemeinen peripheren visuellen Fähigkeiten oder des Sehvermögens innerhalb des PRL konzentrieren und die Einschränkung des peripheren Sehens teilweise überwinden 16,17,18,19,20. Neuere Studien haben eine auf Eye-Tracking basierende, blickabhängige Anzeige als Paradigma für die Untersuchung von Augenbewegungen bei zentralem Sehverlustverwendet 21,22,23,24,25,26,27,28,29. Dieser Ansatz, bei dem bei gesunden Personen ein simuliertes Skotom (d. h. ein Okkluder zur Verstopfung der zentralen Region des Gesichtsfeldes) verwendet wird (Abbildung 1), mildert Probleme bei der Rekrutierung und Compliance und bietet gleichzeitig eine hohe Kontrolle über mehrere Parameter, wie z. B. die Größe und Form des Skotoms, und bietet somit eine vielversprechende Alternative zur direkten Beteiligung von Patienten mit MD. Während es mehrere Unterschiede zwischen zentralem Sehverlust und simuliertem Skotomgibt 30,31, sind einige der bei ersterem beobachteten okulomotorischen Verhaltensweisen, wie z. B. die Entwicklung eines PRL, bei letzterem zu sehen 27,30,32, was darauf hindeutet, dass einige Aspekte kompensatorischer okulomotorischer Strategien durch dieses blickabhängige Paradigma hervorgerufen werden können. Wichtig ist, dass der simulierte zentrale Sehverlust einen breiten Rahmen für die Untersuchung der Plastizität sowohl im gesunden visuellen System als auch nach dem zentralen Sehverlust bietet.
Hier stellen wir das Design, die Entwicklung und die Verwendung eines blickabhängigen Rahmens vor, der zur Überprüfung der Wahrnehmungs-, Okulomotorik- und Aufmerksamkeitsleistung bei gesunden Personen und, mit einigen Modifikationen, bei MD-Patienten verwendet werden kann (Abbildung 2). Wir beschreiben auch die technischen und psychophysischen Überlegungen, die mit blickbedingtem, peripherem Training einhergehen. Eine zentrale technische Herausforderung besteht darin, die Wahrnehmung einer sanften Bewegung des Skotoms33 mit kurzer Latenz zu erzeugen. Diese kurze Latenz wird durch Auswahl geeigneter Anzeigegeräte, Eyetracker und Betriebssysteme 34,35,36 erreicht. In früheren Arbeiten wurde dokumentiert, wie jede Hardware die Latenz37 erhöht und Strategien zur Reduzierung der Gesamtlatenz, zur Aufnahme von Blinzeln und zur Verlangsamung von Augenbewegungen33 entwickelt werden. Ein neuer Aspekt unseres Paradigmas ist die Vielfalt der Trainings- und Bewertungsaufgaben innerhalb eines einzigen Rahmens für die Wahrnehmungsforschung sowohl in gesunden als auch in Patientenpopulationen. Das Framework charakterisiert mehrere Ebenen der visuellen Verarbeitung, die von zentralem Sehverlust betroffen sind, insbesondere das niedrige Sehvermögen, das Sehen auf höherer Ebene, die Aufmerksamkeit, die okulomotorische Kontrolle und die kognitive Kontrolle. Vorläufige Tests, die mit einer modifizierten Version dieses Ansatzes durchgeführt wurden, zeigten Hinweise auf eine Verbesserung der Sehschärfe sowohl bei gesunden Kontrollpersonen als auch bei der Patientenpopulation32.
Abbildung 2. Mehrdimensionaler Ansatz zur Untersuchung der Plastizität im visuellen System und der Rehabilitation des Sehvermögens bei Makuladegeneration. Veranschaulichung miteinander verbundener Dimensionen wie visueller Wahrnehmung, okulomotorischer und kognitiver Kontrolle, die zur visuellen Verarbeitung beitragen und bei zentralem Sehverlust betroffen sind. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Alle Teilnehmer waren gesunde Personen mit einer Sehschärfe von 20/40 oder mehr und ohne bekannte Sehprobleme. Beide repräsentativen Teilnehmer sind weiblich und zwischen 27 und 24 Jahre alt. Alle Teilnehmer gaben eine Einverständniserklärung ab, und die Studie erhielt die Genehmigung des Institutional Review Board (IRB) an der University of Alabama in Birmingham.
1. Identifizierung eines idealen Systems für die simulierte Forschung zum zentralen Sehverlust
Abbildung 3: Latenzvergleich über verschiedene Kombinationen von Monitoren, Eye-Tracking-Geräten und Betriebssystemen hinweg. Die Balken stellen die ± 1 Standardabweichung über die 20 Wiederholungen pro Kombination dar. Die Maßnahmen wurden mit einem Mac-Betriebssystem im Zeitlupenmodus durchgeführt, das eine Bildwiederholfrequenz von 240 Hz erreichte. TP/CRS/Win unterscheidet sich statistisch von E1000/CRT/Mac (t(38)=9,53, p<0,001), E1000/CRS/Mac (t(38)=16,24, p<0,001) und E1000/CRS/Win (t(38)=3,94, p<0,001). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
2. Gewöhnung der Teilnehmer an den simulierten zentralen Sehverlust durch blickabhängige Darstellung
HINWEIS: Eine grundlegende Komponente bei der Simulation des zentralen Sehverlusts besteht darin, die Teilnehmer mit der blickabhängigen Anzeige vertraut zu machen. Ohne angemessene Einarbeitung können die Maße der Fähigkeiten durch die Anstrengung der Teilnehmer vermischt werden, sich in der blickabhängigen Darstellung zurechtzufinden. Mehrere wichtige Schritte im Protokoll sorgen für eine ausreichende Vertrautheit mit der blickabhängigen Anzeige, um die visuelle Leistung zuverlässig messen zu können.
3. Entwicklung wirksamer Anweisungen
HINWEIS: Anweisungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Anleitung der Teilnehmer, wie sie auf Reize reagieren und ihr simuliertes Skotom bei verschiedenen Aufgaben bewältigen sollen. Entsprechende Anweisungen müssen gründlich und klar sein, um Verwirrung zu vermeiden. Die Anweisungen sollten bei Bedarf wiederholt werden, um das Verständnis zu gewährleisten.
4. Konzeption und Durchführung von Assessment-Aufgaben
HINWEIS: Aufgaben, die in diesem Rahmen entwickelt wurden, sind grob in zwei Hauptkategorien unterteilt: (1) Aufgaben mit freier Augenbewegung und (2) Aufgaben mit eingeschränkter Fixierung. Lassen Sie die Teilnehmer bei den Freiaugenbewegungsaufgaben Augenbewegungen über den Bildschirm ausführen, um Ziele zu identifizieren, die an zufälligen Stellen auf dem Bildschirm erscheinen (oder um Text zu lesen), während Sie bei fixierungsbeschränkten Aufgaben die Teilnehmer bitten, während der gesamten Aufgabe in einem zentralen weißen Feld fixiert zu bleiben und ihr peripheres Sehen zu nutzen, um Urteile zu fällen. Abbildung 4 zeigt Beispielaufgaben und Beschreibungen für jede Kategorie. Genauere Informationen zu den Aufgaben finden Sie in38.
Abbildung 4: Eine visuelle Darstellung verschiedener Bewertungsaufgaben, die mit dem Framework entworfen wurden. Die Aufgaben sind grob kategorisiert in Aufgaben mit freier Augenbewegung, bei denen das Skotom den Augenbewegungen der Teilnehmer folgt, um Ziele frei zu sehen (oberes Feld), und Aufgaben mit Fixationsbeschränkungen, bei denen das Skotom in einem zentralen weißen Feld während der gesamten Aufgabe platziert werden muss (unteres Feld). Diese Zahl wurde von38 geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Fixationshilfen zur Förderung der Fixationsstabilität bei den Teilnehmern. (A) Fixationskreuz und Fixationsbox wurden für Fixationsstabilitätsaufgaben verwendet. (B) Das Fixationskreuz, die Fixierungsbox und das schwarze Kreuz in der Mitte wurden bei Low-Level-Sehaufgaben verwendet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
In diesem Abschnitt präsentieren wir illustrative Daten sowohl von Aufgaben mit freier Augenbewegung als auch von Fixationsbeschränkungen. Das Ziel dieses Abschnitts ist es, Daten zu veranschaulichen, die mit dem Framework erhalten wurden, und seine Fähigkeit, periphere Sehfunktionen zu messen. Der Abschnitt ist in vier verschiedene Kategorien unterteilt, die jeweils kritische Elemente hervorheben, die für eine genaue Abschätzung der Sehleistung bei simuliertem zentralem Sehverlust erforderlich sind. Zu diesen Kategorien gehören die Leistung bei (1) Aufgaben für niedriges und mittleres Sehvermögen, (2) Aufmerksamkeitsmessungen bei Aufgaben für hohes Sehvermögen, (3) ökologisch valide Aufgaben und (4) okulomotorische Metriken, die adaptive Augenbewegungsstrategien erfassen, wenn die zentrale Sehfixierung behindert ist. Alle Teilnehmer waren gesunde Personen mit einer Sehschärfe von 20/40 oder mehr und ohne bekannte Sehprobleme. Beide unserer repräsentativen Teilnehmer waren weiblich und sie sind 27 und 24 Jahre alt. Alle Teilnehmer gaben eine Einverständniserklärung ab, und die Studie erhielt die Genehmigung des Institutional Review Board (IRB) an der University of Alabama in Birmingham.
Leistung bei Sehaufgaben auf niedriger und mittlerer Ebene mit adaptiven Treppen
Die Abbildungen 6 und 7 veranschaulichen den Leistungsverlauf von zwei Teilnehmern bei vier spezifischen Sehaufgaben: Sehschärfe (Panel A), Kontrastempfindlichkeit (Panel B), Konturintegration (Panel C) und Crowding (Panel D). Die Leistungsverläufe werden durch farbcodierte Treppen dargestellt, wobei Grün die linke Position des Ziels und Lila die rechte Position anzeigt. Für jede Aufgabe wurden die Schwellenwerte berechnet, indem die letzten sechs Umkehrungen für jede Position (und für jede Form oder Ausrichtung in den Aufgaben Konturintegration bzw. Überfüllung) gemittelt wurden. Diese Schwellenwerte werden durch eine gestrichelte Linie senkrecht zur Y-Achse markiert. Es ist wichtig zu beachten, dass für die Aufgaben Sehschärfe, Kontrastempfindlichkeit und Crowding niedrigere Werte auf der y-Achse eine bessere Leistung bedeuten, während höhere Werte für die Aufgabe der Konturintegration eine bessere Leistung anzeigen.
Abbildung 6. Leistung von Teilnehmer 1 bei Aufgaben mit adaptiven Treppen: Die Panels A, B, C und D entsprechen der Leistung des Teilnehmers in Bezug auf Sehschärfe, Kontrastempfindlichkeit, Konturintegration und Crowding-Aufgaben. Die Leistung an der linken Position wird durch rote Punkte gekennzeichnet, während die Leistung an der rechten Position durch schwarze Punkte gekennzeichnet ist. Die Schwellenwerte für jede Aufgabe werden durch gestrichelte Linien senkrecht zur Y-Achse dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 7. Leistung von Teilnehmer 2 bei Aufgaben mit adaptiven Treppen: Die Panels A, B, C und D entsprechen der Leistung des Teilnehmers in Bezug auf Sehschärfe, Kontrastempfindlichkeit, Konturintegration und Crowding-Aufgaben. Die Leistung an der linken Position wird durch rote Punkte gekennzeichnet, während die Leistung an der rechten Position durch schwarze Punkte gekennzeichnet ist. Die Schwellenwerte für jede Aufgabe werden durch gestrichelte Linien senkrecht zur Y-Achse dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Die Teilnehmer zeigten während des Experiments eine zuverlässige Leistung in den Bereichen Sehschärfe, Kontrastempfindlichkeit, Konturintegration und Crowding-Aufgaben (Abbildung 6 und 7).
Maße der Aufmerksamkeit
Abbildung 8 veranschaulicht die Leistung der Teilnehmer bei der exogenen Aufmerksamkeitsaufgabe, bei der die Reaktionszeiten für kongruente (gültiger Hinweis) und inkongruente (ungültiger Hinweis) Versuche gemessen werden, kategorisiert nach Ort (links/rechts). Bei Teilnehmer 1 wurde ein signifikanter Effekt des Cue-Typs an der linken Stelle beobachtet (Welch-t-Test: t(111,5) = -2,6, p < 0,05), was auf einen bemerkenswerten Unterschied in den Reaktionszeiten basierend auf der Cue-Kongruenz hinweist (Abbildung 8). An der richtigen Stelle wurde jedoch kein signifikanter Effekt festgestellt. Bei Teilnehmer 2 wurde an beiden Stellen kein signifikanter Effekt des Cueings beobachtet. Abbildung 8 zeigt einen konsistenten Cueing-Effekt, wie er bei einer exogenen Aufmerksamkeitsaufgabe zu erwarten ist.
Abbildung 8. Exogene Aufmerksamkeitsaufgabenanalyse: Die Abbildung zeigt die Reaktionszeiten (gemessen in Sekunden) von zwei Teilnehmern, wobei die Daten nach dem Ort der Zielpräsentation gruppiert sind. In dieser Visualisierung stellen blaue Balken die Reaktionszeiten und die prozentuale Genauigkeit für kongruente und inkongruente Versuche dar. Fehlerbalken sind enthalten, um die Standardabweichung für jede Bedingung anzugeben. Die oberen Diagramme zeigen die Reaktionszeiten und die Genauigkeitsrate auf der linken Seite, die unteren Diagramme zeigen die Reaktionszeiten und die Genauigkeitsrate auf der rechten Seite. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Leistung bei Aufgaben mit freier Augenbewegung
Die Leistung bei der MNRead-Aufgabe wird anhand der Zeit gemessen, die zum Lesen der einzelnen Sätze benötigt wird, wobei die Aufgabe endet, wenn der Teilnehmer den Satz nicht mehr lesen kann. In den Abbildungen 9A und B wird die Leistung der MNRead-Aufgabe für beide Teilnehmer dargestellt. Wie erwartet, nimmt die Zeit, die zum Lesen jedes Satzes benötigt wird, mit abnehmender Schriftgröße zu. Aus diesen Ergebnissen können wir wichtige Metriken wie die Leseschärfe (die kleinste korrekt gelesene Schriftgröße), die maximale Lesegeschwindigkeit und die kritische Druckgröße (die kleinste Druckgröße, bei der die Teilnehmer mit ihrer maximalen Geschwindigkeit lesen können) abschätzen. Diese Metriken können sowohl innerhalb als auch zwischen den Teilnehmern verglichen werden. Abbildung 9C veranschaulicht die Leistung bei der Aufgabe zur Erstellung von Trails, wobei die Gesamtfertigstellungszeit sowohl für Teil A (Verbinden von Zahlen in aufsteigender Reihenfolge) als auch für Teil B (Verbinden von abwechselnden Zahlen und Buchstaben in sequenzieller Reihenfolge) aufgezeichnet wurde. Trotz der gleichen Anzahl von Elementen benötigen die Teilnehmer in der Regel länger, um Teil B abzuschließen, ein Ergebnis, das mit früheren Forschungen übereinstimmt43.
Abbildung 9. Analysen von ökologisch validen Bewertungsaufgaben: Die Reaktionszeit (gemessen in Sekunden) in Abhängigkeit von der Schriftgröße des Satzes wird für Teilnehmer 1 in Tafel A und für Teilnehmer 2 in Tafel B dargestellt. Tafel C veranschaulicht die Zeit bis zur Fertigstellung (in Sekunden) sowohl für Teil A als auch für Teil B der Trail-Erstellungsaufgabe. In dieser Abbildung stellen blaue Balken die Leistung von Teilnehmer 1 dar, während rote Balken der Leistung von Teilnehmer 2 entsprechen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Analyse von Augenbewegungen
Um periphere Betrachtungsstrategien nach visuellem Training zu verstehen, analysieren wir Fixationsverteilungen, um die Fixationsstabilität und die Position des PRL44,45 abzuschätzen. Die Streuung der Augenpositionen innerhalb eines Versuchs wird analysiert, indem unterschiedliche Fixationsorte in verschiedenen Versuchen kontrolliert werden. Dieser Ansatz ermöglicht die Berechnung der durchschnittlichen Streuung der Augenpositionen innerhalb jedes Versuchs. Diese Metrik ist ein Maß für die Dispersion der Augenpositionen nach der ersten Fixierung der Studie, in Übereinstimmung mit früheren Studien27,28. Darüber hinaus führt das Wahrnehmungstraining von Personen mit gesundem Sehvermögen durch die Verwendung einer blickabhängigen Darstellung zu einer kürzeren Sakkadenlatenz46. Wir analysieren das periphere Fixationsverhalten, indem wir die Dispersion durch Bestimmung der Bivariaten Konturellipsenfläche (BCEA) berechnen, die einen bestimmten Prozentsatz der Fixationen, typischerweise 68%, über einen bestimmten Zeitraum (z.B. 15-30 Sekunden) umfasst. Im Gegensatz zu früheren Studien normalisierten wir die Streuung der Fixationen für jede Studiendauer und mittelten diese dann über alle Studien hinweg (wie in Abbildung 10, Spalte 2 gezeigt). Diese Normalisierung stellt sicher, dass die Methode selbst dann, wenn die Fixationen in den Versuchen an verschiedenen Stellen zentriert sind, alle Verteilungen an einem gemeinsamen Referenzpunkt darstellt. Zusätzlich haben wir eine Wahrscheinlichkeitsdichteanalyse mit Hilfe der Kernel Density Estimation (KDE) eingesetzt, um Bereiche mit einer hohen Dichte an Fixationen visuell darzustellen (Abbildung 10, Spalte 3). Diese Technik ermöglicht es uns, PRL als den Bereich zu definieren, der dem Peak der KDE-Funktion entspricht. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Analysen einen allgemeinen Überblick über die Blickmuster der Teilnehmer im Laufe der Zeit bieten, aber nicht unterscheiden, wie sich die Blickmuster von Versuch zu Versuch unterscheiden.
Abbildung 10. Analyse der Fixationsstabilität: Die Abbildung zeigt BCEA- und KDE-Diagramme der Fixationsverteilungen für die beiden Teilnehmer. In den BCEA-Diagrammen umschließt eine blaue Ellipse 68 % der gesamten Fixationen. In den KDE-Diagrammen zeigt der hellgelbe Bereich den Bereich mit der höchsten Fixationsdichte an. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Ergänzende Datei. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
In diesem methodischen Beitrag stellen wir einen blickabhängigen Rahmen für die Durchführung von Wahrnehmungsforschung bei simuliertem zentralem Sehverlust vor, der Hardware-, Design- und methodische Überlegungen hervorhebt, die erforderlich sind, um (1) die kürzeste Systemlatenz für die blickabhängige Anzeige zu wählen, (2) eine breite Palette von visuellen Wahrnehmungsaufgaben zu verwalten und (3) die okulomotorische und perzeptuelle Leistung der Teilnehmer innerhalb dieses Paradigmas zu messen. In Bezug auf (1) betonen wir die Notwendigkeit, die Zuverlässigkeit von Hardware und Software zu testen, um die Wahrnehmung der Blickkontingenz aufrechtzuerhalten. Bestimmte Kombinationen von Eyetracker-Geräten und Computersoftware und -hardware, idealerweise mehr als eine, sollten getestet werden, um sicherzustellen, dass die Latenzzeit niedrig genug ist, um die Wahrnehmung von Kontingenz nicht zu stören und, was wichtig ist, es den Teilnehmern nicht zu ermöglichen, die Systemverzögerung auszunutzen, um Aufgaben mit ihrem Fovea auszuführen. In Bezug auf (2) haben wir mehrere Überprüfungen bei der Gestaltung von Aufgaben (und der anschließenden Datenerfassung) mit blickabhängigen Displays implementiert. Ein wichtiger Aspekt ist die Vertrautheit der Teilnehmer mit den veränderten Betrachtungsbedingungen, die das Skotom mit sich bringt. Dazu gehört das Training für die Aufrechterhaltung stabiler Fixationen, was für fixationsabhängige Aufgaben unerlässlich ist, und die Initiierung eines angemessenen okulomotorischen Verhaltens, was beides entscheidend für die erfolgreiche Erledigung von Wahrnehmungsaufgaben ist. Wir erreichen dies, indem wir die Teilnehmer darin schulen, sich auf das Skotom zu fixieren und eine PRL-Induktionsaufgabe vor der Anwendung der Wahrnehmungsaufgaben zu verwenden. Zu (3) haben wir einen detaillierten Rahmen für jede Aufgabe, einschließlich Aufbau, Anweisungen, Übungen und adaptiven Methoden, die sowohl Free-Viewing- als auch Fixations-kontrollierte Aufgaben abdecken. Eine Besonderheit unseres Frameworks ist seine Fähigkeit, ein breites Spektrum von Wahrnehmungsaufgaben zu unterstützen, die darauf ausgelegt sind, die Leistung auf verschiedenen Ebenen der visuellen Verarbeitung zu bewerten, einschließlich niedriger, mittlerer und hoher Aufgaben. Um die Leistung genau zu messen, ist es unerlässlich, sowohl innerhalb als auch zwischen den Aufgaben angemessene Pausen einzuplanen und die psychophysischen Anforderungen so zu strukturieren, dass die Leistung effizient und zuverlässig bewertet werden kann. Dieser Ansatz minimiert die Ermüdung, insbesondere bei Teilnehmern mit intaktem zentralen Sehvermögen, die sonst durch eine längere Nutzung ihrer visuellen Peripherie belastet werden könnten. Schließlich stellen wir Methoden zur Analyse von Augenbewegungen innerhalb von Studien vor, indem wir die BCEA berechnen, die einen bestimmten Prozentsatz der Fixationen über einen bestimmten Zeitraum umfasst, um das okulomotorische Verhalten zu quantifizieren, das für verschiedene peripher aussehende Strategien der Teilnehmer repräsentativ ist.
Verwendung des simulierten zentralen Sehverlusts als Modell, um die Spezifität und Generalisierung des Wahrnehmungslernens zu testen
Die Begründung für die Verwendung des simulierten zentralen Sehverlusts ist zweierlei: (1) Es bietet eine kontrollierte Umgebung, um die Trainingsstrategien zu testen und zu beurteilen, wie sich das Lernen auf andere untrainierte Aufgaben und Orte übertragen lässt, und (2) die effektive Nutzung des peripheren Sehens erfordert eine Verbesserung auf mehreren Ebenen der visuellen Verarbeitung, einschließlich niedriger, mittlerer und hoher Sehebene. Unser Ziel ist es zu untersuchen, wie sich diese verschiedenen visuellen Bereiche durch Wahrnehmungslernen nach zentralem Sehverlust gemeinsam entwickeln. Durch die Messung einer Reihe von Lernergebnissen wollen wir unterschiedliche Lernprofile und Verallgemeinerungsmuster über verschiedene Ergebnismaße hinweg charakterisieren.
Obwohl sie nicht erschöpfend sind, umfassen die vorgeschlagenen Trainingsstrategien alle drei Bereiche der visuellen Verarbeitung und befassen sich mit grundlegenden Aspekten des Sehens, von denen bekannt ist, dass sie zumindest teilweise sowohl von der visuellen Leistung als auch von der neurowissenschaftlichen Perspektive getrennt werden können. In dieser Studie durchlaufen die Teilnehmer 20 Trainingseinheiten, die jeweils etwa 45 Minuten dauern, zu einer von vier Trainingsaufgaben, die nach dem Zufallsprinzip zugewiesen werden. Bevor das Training beginnt, wird der spezifische bevorzugte retinale Locus (PRL) jedes Teilnehmers durch die PRL-Induktionsaufgabe identifiziert, und dieser Locus wird dann während des Trainings als trainierter retinaler Locus (TRL) verwendet. Die Leistung zu Studienbeginn und nach dem Training bei verschiedenen Bewertungsaufgaben wird gemessen, um zu beobachten, ob das Lernen auf andere Aufgaben und untrainierte Orte (d. h. andere Orte als den TRL) übertragen wird. Darüber hinaus untersuchen wir die Veränderungen der Augenbewegungsmetriken vor und nach dem Training für diese Aufgaben.
Begrenzungen
Obwohl dieses Framework derzeit verwendet wird, um die Leistung sowohl bei Personen mit gesundem Sehvermögen (unter Verwendung simulierter Skotome) als auch bei Patienten mit Makuladegeneration (MD) zu trainieren und zu bewerten, gibt es mehrere Einschränkungen, die eine Überlegung rechtfertigen. In unserer Studie verwenden wir ein sichtbares Skotom, das zu kompensatorischen Augenbewegungen oder anderen Strategien führen kann, die bei einem realen, unsichtbaren Skotom möglicherweise nicht auftreten. Darüber hinaus schränkt die Verwendung eines statischen Skotoms im Gegensatz zu dynamischen Skotomen, die sich in Form und Größe verändern und wachsen können (wie bei Patienten), unsere Fähigkeit ein, die longitudinalen Auswirkungen des zentralen Sehverlusts zu untersuchen. Es ist jedoch möglich, die physikalischen Eigenschaften eines Skotoms bei Patienten, wie z. B. Größe und Form, mit Hilfe der Mikroperimetrie zu überwachen. Darüber hinaus ist es möglich, dass der einheitliche Hintergrund des Skotoms zu Anpassungseffekten führt, und zukünftige Forschung sollte die Verwendung von uneinheitlichen Hintergründen untersuchen. Während wir den zentralen Sehverlust mit Computerbildschirmen simulieren, ist es auch wichtig, seine Auswirkungen in naturalistischeren Umgebungen zu untersuchen. Extended-Reality-Systeme (XR) bieten das Potenzial, eine immersivere und subjektivere Erfahrung des simulierten zentralen Sehverlusts für Personen mit gesundem Sehvermögen zu ermöglichen, aber es ist wichtig, die Latenz solcher Systeme sorgfältig zu berücksichtigen, um eine reibungslose und realistische Wahrnehmung des Skotoms zu gewährleisten. Wichtig ist, dass der Einsatz von XR auch die Verwendung naturalistischerer Aufgaben erleichtern könnte, die reale Aufgaben, die Menschen mit zentralem Sehverlust bewältigen müssen, besser nachahmen könnten.
Schlussfolgerung
Der vorgeschlagene Rahmen für die Verwendung von blickabhängigen Displays zum Testen des Sehens im Zusammenhang mit simuliertem zentralem Sehverlust hat eine breite Anwendbarkeit sowohl für das Verständnis der Nutzung des peripheren Sehens nach zentralem Sehverlust als auch für die Entwicklung neuer Sehtrainingsinterventionen. Das neuartige multidimensionale Framework integriert mehrere Ansätze zum Testen des Sehens sowohl unter fixationskontrollierten als auch unter freien Sehbedingungen und kann blickabhängige Trainingsinterventionen unterstützen. Weitere Aspekte des Frameworks können erweitert werden, um andere Erkrankungen des retinalen oder kortikal basierten Gesichtsfeldverlusts zu behandeln, die ebenfalls auf Messungen und/oder Trainings beruhen, die auf bestimmte Gesichtsfeldpositionen im Zusammenhang mit Sehverlust abzielen. Es kann auch auf Technologiesysteme, wie z. B. moderne Extended-Reality-Systeme, übertragen werden, um eine bessere Zugänglichkeit für Forschung und Praxis im Bereich der Sehbehinderung zu ermöglichen.
Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt bezüglich der Veröffentlichung dieser Arbeit besteht.
Diese Arbeit wird unterstützt durch NIH NEI 1 U01 R01EY031589 und 1R21EY033623-01.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
CRT Monitor | ViewSonic PF817 Professional Series CRT, ViewSonic Corp. | https://www.viewsonic.com/us/monitors.html?srsltid= AfmBOorEmjc67A5U2v2V wywNRHWzdrxcYx7Q3Y0 9tiNrnbs6FC4TPlc9 | |
Display++ LCD Monitor | Cambridge Research Systems | https://www.crsltd.com/tools-for-vision-science/calibrated-displays/displaypp-lcd-monitor/ | |
Eye Tracker | EyeLink 1000 Plus Tower Mount, SR Research | https://www.sr-research.com/eyelink-1000-plus/ | |
Eye Tracker | Vpixx Technologies Inc. | www.vpixx.com | |
Macintosh IOS | Apple Inc. | https://www.apple.com/mac/ | |
Windows 10 | Microsoft Inc. | https://www.microsoft.com/en-us/ |
Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden
Genehmigung beantragenThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten