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Resumen

Lesión cerebral puede dañar los sistemas del motor oculares y somáticos. Caracterización de la lesión posterior al control del motor permite biomarcadores que ayudan en la detección de enfermedades, monitoreo y pronóstico. Se revisa un método para medir el control de movimiento de ojo-mano en salud y patológica falta de coordinación, con paradigmas de mirar-y-alcance para evaluar la coordinación entre ojo y mano.

Resumen

El análisis objetivo de los movimientos de ojo tiene una historia importante y durante mucho tiempo ha demostrado ser una herramienta de investigación importante en la configuración de la lesión cerebral. Grabaciones cuantitativas tienen una fuerte capacidad a la pantalla de diagnóstico. Exámenes simultáneos del ojo y los movimientos de la extremidad superior dirigidos hacia objetivos funcionales compartidos (por ejemplo, coordinación ojo-mano) servir como un camino cargado de biomarcadores robusto adicional para capturar e interrogar a lesiones neurales, incluyendo daño cerebral adquirido (ABI ). Mientras que la cuantitativas grabaciones de doble unidad de efectos en 3-d permitir amplias posibilidades dentro de las investigaciones motor ocular-manual en el ajuste de ABI, la viabilidad de tales grabaciones duales de ojo y la mano es un reto en valores patológicos, particularmente Cuando se acercó con el rigor de la investigación. Aquí se describe la integración de un sistema de seguimiento con un sistema diseñado principalmente para que la investigación de control de miembro para el estudio de un comportamiento natural de seguimiento de movimiento de ojo. El protocolo permite la investigación de las tareas de coordinación ojo-mano (3D) tridimensional, sin restricciones. Más específicamente, se revisa un método para evaluar la coordinación ojo-mano en tareas visualmente guiadas de sacudida para alcanzar en sujetos con accidente cerebrovascular crónico arteria cerebral media (MCA) y compararlos con controles sanos. Se presta especial atención a las propiedades del sistema específico de seguimiento de ojo y de miembro con el fin de obtener datos de alta fidelidad de la lesión de los participantes. Frecuencia de muestreo, precisión, rango de movimiento de la cabeza permitida dado tolerancia prevista y la viabilidad del uso de varias de las propiedades críticas consideradas al seleccionar un perseguidor del ojo y un enfoque. El perseguidor de la extremidad se seleccionaron con base en una rúbrica similar pero incluye la necesidad de 3-d grabación, interacción dinámica y una huella física miniaturizada. Los datos cuantitativos por este método y el general enfoque cuando ejecuta correctamente tiene un tremendo potencial para más refinan nuestra comprensión mecanicista de control óculo-manual y ayudar a informar a posibles intervenciones diagnóstico y pragmáticas dentro de la práctica neurológica y de rehabilitación.

Introducción

Un elemento crítico de la función neurológica es coordinación ojo-mano o la integración de sistemas motor oculares y manual para la planificación y ejecución de función combinada hacia un objetivo común, por ejemplo, una mirada, alcanzar y agarrar de la televisión de control remota. Muchas tareas útiles dependen de acciones visualmente dirigidas, como alcanzar, agarrar, manipulación de objetos y herramientas, que dependen de los movimientos de ojo y mano temporal y espacial acoplados. Lesiones cerebrales adquiridas (ABI) causan trastornos funcionales del miembro, sino también la disfunción ocular; más recientemente, también hay pruebas que señalan a la disfunción de de coordinación ojo-mano1. Programas de control de motor de coordinación ojo-mano son susceptibles a insultar en lesiones neurológicas de etiologías vasculares, traumáticas y degenerativas. Estos insultos pueden provocar una ruptura entre las relaciones indispensables para el control de motor integrado y rápido2,3,4,5,6. Muchos estudios sobre la motricidad manual han terminado y han aprovechado orientación visual como pilar central del paradigma sin un método o protocolo para analizar los movimientos de los ojos al mismo tiempo.

En ABI, déficits motor visibles a menudo se detectan durante el examen clínico de cabecera. Sin embargo, deficiencias motoras oculares concurrentes y complejos problemas que implica la integración de los sistemas sensoriales y motor pueden ser subclínica y requieren de grabación objetivo sea identificado7,8,9, 10,11,12,13,14,15,16. Coordinación motora ocular manual depende de una red cerebral grande e interconectada, resaltando la necesidad de un estudio detallado. Una evaluación de coordinación ojo-mano con grabaciones de objetivo duales ofrece la oportunidad de análisis función cognitiva y motor en varias poblaciones, incluyendo controles sanos y sujetos con antecedentes de lesión cerebral, proporcionando así una visión cerebral circuito y función3.

Mientras que los movimientos sacádicos son balísticos necesitan de movimientos que pueden variar en amplitud dependiendo de la tarea, los estudios han demostrado las dependencias entre movimiento saccade y de la mano durante acción visualmente guiada17,18,19, 20. de hecho, experimentos recientes han demostrado que los sistemas de control para ambos movimientos comparten planificación recursos21,22. El motor de planificación de centro de coordinación ojo-mano se encuentra en la corteza parietal posterior. En un golpe, hay conocidos déficits en el control del motor; han demostrado los pacientes hemiparéticos para generar predicciones inexactas dadas un conjunto de comandos neurales, cuando le pide que realice movimientos de la mano guiada visualmente, utilizando ya sea el más afectado (contralateral) o menos afectadas del miembro (ipsolateral)23 ,24,25,26,27,28,29. Además, coordinación ojo-mano y programas relacionados con el control del motor son susceptibles a insultar después de lesiones neurológicas, las relaciones, la disociación temporal y espacial, entre efectores30. Objetivo de control de ojo y mano son fundamentales para caracterizar la incoordinación o grado de deficiencia de coordinación y mejora la comprensión científica del mecanismo de control motor de la ojo-mano en un contexto funcional.

Aunque hay muchos estudios de coordinación ojo-mano en controles sanos31,de17,32,33,34, nuestro grupo ha avanzado el campo por nuestra configuración de lesión neurológica, de ejemplo durante la evaluación de los circuitos de movimiento, han investigado la organización espacial y temporal de los movimientos de la mano, a menudo en respuesta a objetivos espaciales mostrados visualmente. Estudios que se han expandido la caracterización objetiva al ojo y la mano se han centrado casi exclusivamente en la capacidad de rendimiento para grabar que ambos efectores del post- movimiento o en contextos patológicos; el protocolo descrito permite caracterización robusto de control motor ocular y manual en los movimientos espontáneos y naturales. Aquí describimos la técnica en una investigación de los movimientos de sacudida para alcanzar visualmente guiada en sujetos con accidente cerebrovascular crónico arteria cerebral media (MCA) en comparación con controles sanos. Para la grabación simultánea de sacudida y alcance, empleamos ojo concurrente y seguimiento de movimiento de mano.

Protocolo

1. participante

  1. Reclutar a los participantes de control mayores de 18 años, sin antecedentes de disfunción neurológica, lesiones oculares importantes, depresión significativa, mayor discapacidad o implantes eléctricos.
  2. Reclutar los participantes del movimiento mayores de 18 años, con antecedentes de lesión cerebral en la distribución de la arteria cerebral media (MCA), tienen la capacidad de completar la escala de Fugl-Meyer, mantener una gama completa de movimientos de ojo35,36, tienen la capacidad de realizar señalando las tareas y sin la historia de la disfunción neurológica adicional, comorbilidad de salud ocular significativa, depresión significativa, mayor discapacidad o implantes eléctricos.
  3. Pida a los participantes a firmar un formulario de consentimiento aprobado por Facultad de medicina el institucional Informe Junta de New York University.
  4. Investigación participante (para los criterios de exclusión detallados, véase Rizzo et al37)
    1. Historia y realizar exámenes clínicos como se explica a continuación.
      1. Evaluar el estado cognitivo de los participantes con el Mini examen del Estado Mental (MMSE)38.
      2. Realizar exploración neurológica.
      3. Examinar los músculos extraoculares y movimientos del ojo.
        1. Pida a los participantes a seguir el dedo del investigador con los ojos, manteniendo su cabeza en una posición. Dibujar una letra H imaginaria delante de ellos y asegúrese de que su dedo se mueve lo suficientemente lejos hacia fuera y hacia arriba/abajo, evaluación de centro, arriba, abajo, izquierda, derecha, abajo/izquierda, abajo/derecha, arriba/izquierda y arriba/derecha.
        2. Pida a los participantes a seguir y mantener la mirada en un objeto que se movió lentamente a través de su campo visual para evaluar búsqueda lisa. Cubrir una distancia de aproximadamente 24 pulgadas y utilizando un lápiz como un objetivo, barrer hacia adelante y hacia atrás lentamente en dirección horizontal y vertical, repitiendo tres veces cada uno.
        3. Pida a los participantes a buscar tan rápido como sea posible entre los 2 objetivos que son 24 pulgadas de distancia para evaluar los movimientos sacádicos. Utilice un lápiz y una pluma como objetivos y dirigir la mirada a los objetivos en una parte posteriora y adelante manera tres veces horizontalmente y verticalmente.
        4. Pida a los participantes a fijar sobre un objeto mientras se mueve lentamente hacia a sus ojos para evaluar la convergencia, centrado el objetivo, un lápiz, en el puente de su nariz. Siguiendo este procedimiento, repetir la prueba por que el destino mismo de la nariz hacia la posición inicial (divergencia).
        5. Pida al paciente que cubra un ojo y mirar la nariz de los investigadores. Mover la mano fuera del campo visual del paciente y luego traerlo, wag el dedo lentamente y pida al paciente que deje que el investigador sabe cuándo la mano vuelve a la vista, repita esto para la parte superior izquierda, superior derecha, inferior izquierda e inferiores derecha cuadrantes.
          Nota: Cuando el paciente cubre su ojo derecho, cubra el ojo izquierdo y viceversa.
      4. Evaluar el deterioro visual por una prueba de integración visual-motor.
      5. Evaluar la agudeza visual de Snellen tabla39,40.
      6. Evaluar el campo visual con confrontación y si en la pregunta, realizar Goldman o Humphrey campo visual prueba41,42.
      7. Evaluar la negligencia hemi-espacial mediante la prueba de bisección de línea y la cancelación de la carta única de prueba43.
      8. Cuantificar la magnitud de la discapacidad mediante artículo 25 Nacional Eye Institute Visual funcionamiento cuestionario (NEI-VFQ-25) y de encuesta suplemento 10-artículo44.

2. preparación para el experimento y la configuración física del equipo

  1. Equipo:
    1. Elegir un rastreador de ojos
      1. Elegir un perseguidor del ojo que es capaz de uso montado en la cabeza (para evitar interferencias con los movimientos de alcance basado en el escritorio) (≤0. 1o) de alta resolución espacial y resolución temporal alta (≥250 Hz).
      2. Registrar el movimiento ocular binocular con el rastreador de ojos a una velocidad de muestreo de 250 Hz (posición del ojo muestreo cada 4 ms) seguimiento de pupila y reflejo corneal.
    2. Elija de un rastreador de extremidad
      1. Elegir un rastreador de extremidades que puede el movimiento en x, y, z posición, precisión de 0,08 cm ³, ³ de latencia de 3,5 ms.
    3. Elegir un ordenador portátil capaz de ejecutar un script personalizado que controla en tiempo real integración de los datos adquirido de los dos sistemas y co registrar las señales en tiempo real (Tabla de materiales).
    4. Elegir a un monitor de pantalla capaz de integrar con el portátil solicitado y que sea lo suficientemente grande como para apoyar la correspondencia uno a uno entre el monitor y espacio alcance mesa
    5. Definir un rectángulo idéntico en tamaño al monitor sobre una superficie de la mesa entre el participante y el monitor, para usar como un espacio de alcance funcional para el trabajo experimental.
  2. Tiempo de preparación:
    1. Crear una tabla con la silla de altura ajustable.
    2. Coloque a un monitor de pantalla 40 cm desde el borde más lejano de la tabla (Tabla de materiales).
    3. Coloque una tabla de mesa (llegar a la superficie) con la dimensión de la relación de 1-1 con el monitor.
    4. Configurar el rastreador miembro montando la fuente electromagnética debajo de la mesa (Tabla de materiales).
    5. Configurar el rastreador de ojos, host PC (Tabla de materiales).
      1. Coloque cuatro iluminadores infrarrojos de (IR) a las cuatro esquinas del monitor con correas.
      2. Establecer las configuraciones de perseguidor del ojo pantalla de opciones de configuración de seguimiento de ojo.
        1. Seleccione calibración de 13 puntos de la configuración preestablecida de la perseguidor del ojo.
        2. Seleccionar la sensibilidad alta sacada para detectar pequeños sacada.
        3. Seleccione el modo alumno-CR para registrar alumnos y córnea.
        4. Seleccione una frecuencia de muestreo de 250 Hz.
  3. Preparación física participante
    1. Participantes de asiento en una silla de altura ajustable a la mesa con la pantalla del ordenador.
    2. La posición del participante 60 cm de distancia del monitor de pantalla (tabla de materiales).
    3. Fijar el sensor de movimiento (tabla de materiales) al aspecto distal del dedo índice de la mano del para ser probado brazo (brazos dominantes para los controles y ambos brazos en los pacientes con accidente cerebrovascular)
    4. Coloque el rastreador de ojos en cabeza de los participantes y ajustar la diadema y cámaras (Tabla de materiales).
      1. Ajuste la diadema
        1. Ajustar la tensión y posición de la diadema (usando las perillas de la diadema) para que la almohadilla delantera está en el centro de la frente y las almohadillas laterales por encima de orejas del participante.
        2. Asegúrese de que la cámara de la venda está en el centro de la frente y sobre el puente de la nariz.
        3. Pida a los participantes para elevar las cejas y si la cinta se mueve, vuelva a instalarlo de mayor o menor en la frente.
      2. Ajustar la cámara y la posición de la córnea iluminador. Pida a los participantes a mirar el monitor.
        1. Desde la pantalla de la cámara, seleccione la imagen de la cámara principal, asegúrese de que muestra cuatro grandes manchas de los marcadores IR que están situados en el centro de la imagen principal. Si no están en el centro, ajustar por consiguiente.
        2. En la pantalla de configuración de cámara, seleccione un ojo en el momento. Ajustar el ojo dos cámaras bajando y levantando la cámara ojo manejar hasta la pupila del ojo está en el centro de la imagen de la cámara
        3. Enfoque la cámara ojo girando el portaobjetivo.
        4. Ajuste el umbral del alumno presionando el botón Auto Threshold en la pantalla de configuración de la cámara.
        5. Realizar el mismo ajuste para el otro ojo.
  4. Calibración
    1. Calibrar el tracker de la extremidad de salida para llegar a la superficie mediante una calibración de 9 puntos, pedir al participante que coloque su dedo atado de sensor al llegar a la superficie (mesa) ubicaciones que se muestra en la pantalla del monitor.
    2. Calibrar el rastreador de ojos, pida a los participantes a mirar el blanco de calibración que aparece como un punto azul y mantener fijación hasta el punto siguiente aparece en la pantalla
      Nota: Los objetivos de calibración aparecen en 13 posiciones seleccionadas al azar en la pantalla
    3. Calibrar el perseguidor del ojo por lo menos dos veces por sesión, una primera al inicio del experimento y en su punto medio.

3. experimento

  1. Pida a los participantes pasar su dedo a la posición inicial, que abarca el círculo start en la pantalla con el punto del dedo indicador (punto rojo), mientras que la fijación (ojo) la posición de inicio en la pantalla.
    Nota: La posición de inicio es una ubicación correspondiente de la muestra de punto (punto azul) de fijación en el centro de la pantalla (Figura 1a). La posición del dedo se representa como punto de radio rojo de 4 mm en la pantalla.
  2. Requieren los participantes mantener la posición del dedo en el círculo de inicio de 150 ms hasta que aparezca el objetivo.
  3. Asegúrese de que los participantes para fijar la posición de inicio hasta que oiga un pitido "(beep ir del). (Figura 1)
    Nota: La duración entre objetivo aspecto y la señal ir es al azar entre 250 a 750 ms para evitar la anticipación de la señal ir.
  4. Instruir a los participantes hacia sus ojos y la punta de los dedos con rapidez y precisión el objetivo designado como oyen el pitido (figura 1)
    1. Objetivo designado aparece círculo de radio blanca de 1 cm
  5. Encomendamos a los participantes tocar la mesa ubicación en la posición de la blanco virtual que aparece en la pantalla levantando la mano y el dedo y volver a conectar la punta de los dedos y el tablero de la mesa
    1. Asegúrese de que los participantes hacen un movimiento punteagudo por levantar la mano y del dedo en lugar de arrastrar la mano y el dedo sobre la mesa.
    2. Mostrar la ubicación final del alcance como un punto rojo, siguiente llegar a completar.
    3. Determinar alcance terminación por una combinación de baja velocidad (< 5% máximo) y 3 mm plano z umbral.
  6. Pida a los participantes a realizar una serie de ensayos de familiarización antes de comenzar la adquisición de datos.
  7. Inicio de adquisición de datos después de que los participantes tocaron 5 de los últimos 10 objetivos con éxito.
  8. Pida a los participantes a realizar una serie de aspecto y llegar a los ensayos como fueron instruidos durante pruebas de familiarización.
    1. Que los participantes realizan un total de 76 juicios.
  9. Que los participantes control lleve a cabo el experimento con su mano dominante.
  10. Siempre que sea posible, que los participantes con el movimiento de realizar el experimento con ambas manos, más afectados y menos afectados.
  11. Los participantes completan todo el experimento con al menos una mano.

figure-protocol-12269
Figura 1. Vista esquemática de la configuración y el experimento. (a) representación esquemática del monitor de exhibición y llegar a la superficie durante un juicio. (b) la secuencia de acciones a distancia guiados visualmente. Primera fijación (F) aparece. El destino (T) aparece después de un periodo aleatorio de tiempo. La señal de 'ir' ocurre como auditivo sonido de pitido (representado por la barra vertical gris claro) después de un siguiente intervalo (offset simultánea de F) de tiempo impredecible por aspecto de destino. Mano (H) y los movimientos del ojo (E) siguen la señal de ir. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Resultados

Treinta participantes participaron en el estudio de investigación. Hubo 17 participantes en la cohorte de control y 13 participantes en la cohorte de la carrera. Dos participantes no pudieran terminar el experimento entero, por lo que sus datos fueron excluidos del análisis.

Demografía y cuestionario de evaluación

La tabla 1 muestra las características clínicas y demográficas de la cohorte representativa del movimiento.

Media sin ponderación puntuación VFQ fueron 91.33 ± 13.01 en los participantes de la carrera, versus 94.87 ± 4.87 en controles sanos (p = 0.203, ns). Significa que los resultados del suplemento 10-artículo fueron 95 ± 11.57 en los participantes de la carrera, versus 96.27 ± 6.64 en controles sanos (p = 0.375, ns). Significa puntuaciones para el suplemento compuesto y elemento de 10 fueron 92.36 ± 12.18 en los participantes de la carrera, versus 95.12 ± 4,65 en controles sanos (p = 0.244, ns). Los participantes de la carrera tuvieron una puntuación media de Fugl-Meyer de 55,54 ± 13.33, con un rango de 30-66.

Del ojo y los movimientos de la mano las duraciones y las latencias

En la figura 2 latencias sacada y alcance, medidas de la duración entre la señal ir y el inicio del movimiento, se trazan. Los participantes hicieron la iniciales (primarios) saccades significativamente en ambos menos afectados y afectadas por más lados, en comparación con los participantes sanos del control de movimiento (p <.05) (mano más afectada: 0,082 s, CI: [0,052 0.112]; mano menos afectados: 0.106 s, CI: [0.132 0,08]; control de inicios de sacada: 0,529 s, CI: [0,514 0.543]). Comparar al control, movimiento participantes hizo notable temprano sacudida inicial destino pero no hubo diferencias significativas entre control llegar a inicios y menos afectados o afectadas por más llegar a inicios de los participantes de la carrera (mano menos afectados: 0.545 s, CI: [0,521 0.568]; mano más afectada: 0.60 s, CI: [0,567 0.632]; control de llegar a los inicios: 0,556 s, CI: [0,544 0.568]). Latencia entre la sacudida inicial y aparición de alcance, que representa una desvinculación temporal de los participantes de la carrera, fue mayor en tanto la mano más afectada y menos afectadas, un ms 519 (CI: [476 562]) y una ms 439 (CI: [404 474]) separación respectivamente en stroke, frente a una separación mínima de 27 ms (CI: [8,5 45]) en los controles (todos p <.05. Movimiento de los participantes no sólo hizo los alcances de duración más largos (calculados como la diferencia entre el inicio del movimiento y terminación) con su lado más afectado (604 ms, CI: [587 622]) pero también aumentó su promedio llega a tiempo en el lado menos afectado (546 ms, CI: [537 555] vs ms 352, CI: [348 356]) (todos los p <.05.

Frecuencia de los movimientos del ojo

Examinamos el intervalo entre el inicio de la sacudida inicial y llegar a Inicio, que fue significativamente mayor en los participantes de la carrera en menos - y más - lado afectado y mínima en controles sanos. Hemos observado diferencias en el número de movimientos sacádicos que se hicieron durante este período. El número de movimientos sacádicos producidos por los participantes de la carrera independientemente de la rama que utilizaban, fue más que controles sanos. Marcábamos el número de movimientos sacádicos secundarias realizados por participantes en histogramas (figura 3). Controles sanos en el 90% de los ensayos hizo una sola sacudida y fijación sostenida al blanco hasta que complete el alcance. En contraste, este modelo se generó en el 50% de los ensayos (z = 32.2, p <.05) para ésos con el movimiento y el resto hizo varios movimientos sacádicos. (Figura 3). La figura 4 muestra un ejemplo de tales huellas de sacudida.

Errores espaciales de los movimientos de mano y ojo

Con respecto a la amplitud del punto final del movimiento al centro de destino (error de movimiento), los participantes de la carrera habían aumentado errores de alcance en manos afectadas menos tanto más en comparación con controles sanos (control: 9,3 mm, CI: [9,0 9,5]; brazo menos afectado: 19,2 mm, CI: [ 20.0 18.4]; brazo más afectada: 21,4 mm, CI: [20,5 21.4]) (figura 5; todos p <.05. Junto con el aumento de alcance de errores, errores de endpoint sacada aumentaron grandemente como se muestra en la figura 5 (control: 18,3 mm, CI: [17,9 18,7]; brazo menos afectado: 36,4 mm, CI: [35,2 37,6]; brazo más afectada: 41,6 mm, CI: [40,3 43.0]; todos p <.05.

Brazo de deficiencia motora y latencia del ojo-mano disociación correlación

La puntuación de Fugl-Meyer se utilizó para evaluar la deficiencia motora de brazo. Se esperaba que desvinculación temporal de los participantes de la carrera correlacionan con la severidad de la deficiencia motora de brazo, pero nuestros resultados demostraron que era estadísticamente insignificante para el menor (r = -0.64, ns) y más afectados (r = -0,34, ns) brazos.

IDEdadSexoH / H unGolpeCronicidad (años)Puntuación de Fugl-Meyer c
(años)Características de b
178MR/LDistribución de R MCA266
261FR/LDistribución de R MCA766
334MR/RDistribución de L MCA1.766
439FR/RDistribución de L MCA1.445
570MR/RDistribución de L MCA2.858
660FR/LDistribución de R MCA2.630
773MR/LDistribución de R MCA658
851FR/LDistribución de R MCA12.230
960MR/RDistribución de L MCA4.463
1039MR/LDistribución de R MCA4.747
1170MR/LDistribución de R MCA266
1247FR/RDistribución de L MCA1.561
1365FR/RDistribución de L MCA0,766
AVG57,53.855.5
(SD)-14.3-3.2-13.3

Tabla 1 . Características clínicas del movimiento.
un "Horas" = uso de las manos / hemiparesia: uso de las manos (evaluada a través de Edimburgo inventario) / hemiparesia lateralidad

b "Características de la Stroke": ubicación de la lesión Obtenido de historia clínica con participantes o miembros de la familia que sirve como historiador; región y lateralidad validado en cruz para la consistencia con los resultados de la examinación
c "Puntuación de Fugl-Meyer": una suma de la puntuación de la extremidad superior [total 66 posible], que refleja el grado de deficiencia motora posterior al accidente cerebrovascular.

figure-results-9297
Figura 2. Sacudida y latencias de alcance Inicios del Saccade (indicados por círculos azules) ocurren mucho antes en los participantes de la carrera, mientras que no fueron no significativas diferencias entre control alcanzan inicios (indicados por círculos verdes) y participantes (indicados por círculos verdes) al movimiento (con el un retraso leve en el lado más afectado). Latencia entre la sacudida inicial y aparición de alcance se indica con una barra gris luz. (inicios: círculos, terminaciones: plazas) (barras de error: 95% intervalo de confianza) Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figure-results-10191
Figura 3. Histograma del número de movimientos sacádicos además de la sacudida principal. El histograma superior muestra, los participantes control abrumadoramente hacer una sacudida principal solamente. No hubo o movimientos sacádicos adicionales más allá de la sacudida principal o contienen una sola sacudida secundaria en aproximadamente 96% ensayos. El histograma inferior muestra a los participantes de la carrera, hacer hasta cinco movimientos sacádicos secundarias en el mismo 96% de los ensayos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figure-results-11031
Figura 4. Figura muestra, rastro al azar sacada cruda de dos participantes de control y dos tiempos participantes. Dos muestras (sin filtrar, crudo) ojo (azul) y huellas de mano (verde) de control participantes (columna izquierda) y los participantes de la carrera (columna derecha) se representan gráficamente en pantalla mm para permitir un trazado simultáneo de rastros de ojo y mano. En dos ensayos de los participantes de la carrera, se realizan varios movimientos de los ojos antes de completar el alcance, en comparación con ensayos de los participantes de control que una sola sacudida en o cerca de la hora del alcance. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 5. Error de punto final promedio por participante de agrupación o brazo Barras verdes indican promedio llegar a error, y barras azules indican error promedio sacada (primario). Se realizaron pruebas de t de dos muestras. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discusión

La llegada de ojo y mano, sistemas de seguimiento como herramientas para explorar objetivamente las características de los sistemas motor ocular-manual ha acelerado estudios de investigación, lo que permite una matizada grabación acercamiento para una tarea esencial en las actividades cotidianas, coordinación ojo-mano. Muchas de las tareas de dependiente de la acción naturales son guiados visualmente y dependen de la visión como una entrada sensorial primaria. La mirada está programada a través de comandos motor oculares que señalan la visión central en claves objetivos espaciales; Esta información es fundamental y ayuda en la adquisición de objetivos de la mano. La clave es que el comportamiento de coordinación ojo-mano debe ser ejecutada eficientemente y exactamente. Por ejemplo, decidir tomar una taza de café resultará en un movimiento de ojo rápido a la manija, una fijación del terminal, la adquisición de detalle ambiental fundamental para la colocación del dedo índice y prensión, todo en serie temporal sincronizada. Después de la iniciación de movimiento, información visual de la extremidad superior es crucial para error en línea seguimiento y corrección.

Evaluación de la coordinación ojo-mano con nuestra metodología distinta indica que movimiento dificulta la coordinación de control de movimiento de ojos y manos. Los participantes de la carrera con lesión de la MCA revelan ambos movimientos sacádicos menos precisas y llegar (en ambos lados afectadas menos/más) en comparación con controles sanos; también aparece ser descarnado desacoplamiento entre la sacudida principal Inicio e Inicio alcance en ambos menos / más afectada los lados. Mientras que deficiencias de movimiento de ojo y mano contribuyen por separado a compromiso funcional, parece que hay un déficit específico en la coordinación ojo-mano, que puede amplificar errores llegar a y comprometer aún más la función neurológica; Esto ocurre cuando estos sistemas efectores independientes capaces de coordinar hacia un único comportamiento síncrono. Una explicación potencial reside en la carga computacional adicional de ejecutar movimientos de doble ojo-mano y la interferencia relacionados con efectos46,47,48,49. Paradigmas experimentales que requieren ojo-mano movimiento Co permitan de científicos a investigar sistemáticamente las tareas duales; Esto es especialmente importante para las poblaciones patológicas que conocen dificultades con esas tareas, independientemente de la combinación (etcetera de motor-motor-motor, cognitiva)50,51,52.

Movimientos oculares y la parte superior son marcadores sensibles de lesión cerebral y múltiples aplicaciones existen de diagnóstico, pronóstico y terapéutico53,54,55,56,57 ,58,59. Movimientos del ojo y sus relaciones con los movimientos crean una 'ventana' aún mayor en el cerebro que se pensaba. Aparte de deterioro directo en función del movimiento de ojo, déficits en la compensación de movimiento del ojo en respuesta a la debilitación del movimiento de la mano es una nueva área plagada de oportunidad científica. Una vez que la caracteriza, coordinación ojo-mano será capaz de arrojar luz sobre varias aplicaciones y motivar aún más estudios para entender sus repercusiones para el control del movimiento funcional, traduciendo la visión mecanicista de clínica conocimiento. La clave para la investigación de control de ojos y manos es la metodología robusta y vigorosos protocolos que permiten tal fisiología del análisis al mismo tiempo y con alta fidelidad.

A pesar de los beneficios aquí delineados, hay limitaciones metodológicas aún presentes. Como se describe en la sección de métodos, los participantes aprenden a fijar el objetivo, tal y como aparece en un monitor de pantalla y hacer un alcance concurrente sobre una mesa colocada inmediatamente frente a la estación de trabajo. Esto requiere una transformación de la información espacial del monitor a la mesa y agrega un paso extra cognitivo. Mientras que este desafío cognitivo es idéntico a la transformación se hace durante el trabajo de equipo, traducir la información en la pantalla de la estación de trabajo o en teclado ratón 'espacio', una tarea más naturalista utilizaría un paradigma de traducción libre. Cueste lo que cueste, robusta mano 3-d sigue con las grabaciones de ojo caracterizado objetivamente permiten sonda control de motor integrado que gira en torno a coordinación de efector múltiples. Además, el enfoque actual ofrece una oportunidad para evaluar los aspectos de control de mano por el ojo críticos a la interacción con la interfaz de la computadora en tiempo real.

Mientras que grabaciones de doble unidad de efectos cuantitativas en 3-d permitirse sólidas oportunidades dentro de las investigaciones motor ocular-manual en el ajuste de ABI, la viabilidad de tales grabaciones duales de ojo y la mano es un reto, especialmente en un entorno patológico Cuando se ejecuta con rigor de investigación. Esfuerzos han intentado combinar ojo y mano para evaluar la fisiología del ojo y la mano, pero la salida de datos es a menudo inestable 60. Cuando estas inestabilidades en poblaciones saludables son tomadas en cuenta y yuxtapuestas con la calibración técnica y grabación de temas en los participantes con la patología, los datos se vuelve cada vez menos útiles. Por lo tanto, es pragmático para aprovechar un método y un paradigma, tal como se describe aquí. Por consiguiente, calibración de posición de ojo se completa en el plano de la profundidad de interés, estímulos específicos del ojo se muestran en esta distancia solo y mirada medida fidelidad es posteriormente robusto. En otras distancias, vista del ojo no está alineado y caracterización se limita a las grabaciones 3D de mano posición61,62. El estudio por excelencia del ojo y la mano en la posición patológica se logrará mejor con software personalizado que permite profundidad varias calibraciones, integrado de hardware, un sistema de ordenador o host central para el registro de la señal y un protocolo similar al el uno ya mencionado.

Divulgaciones

Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pueda interpretarse como un potencial conflicto de interés.

Agradecimientos

Nos gustaría agradecer al Dr. Tamara Bushnik y el equipo de investigación de Rusk NYULMC sus pensamientos, sugerencias y contribuciones. Esta investigación fue apoyada por 5K 12 HD001097 (J-RR, MSL y PR).

Materiales

NameCompanyCatalog NumberComments
27.0" Dell LED-Lit monitor DellS2716DGQHD resolution (2560 x 1440)
ASUS ROG G750JM 17-Inch AsusTek Computer Inc
Eye Link IISR-Research500 Hz binocular eye monitoring
0.01 º RMS resolutions
MatlabMathWorks
Polhemus MicroSensor 1.8 Polhemus240 Hz, 0.08 cm accuracy

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