Un marco de visualización contingente a la mirada para la investigación del aprendizaje perceptual con pérdida de visión central simulada

Presentamos el desarrollo de un marco de visualización contingente a la mirada diseñado para la investigación perceptiva y oculomotora que simula la pérdida de la visión central. Este marco es particularmente adaptable para el estudio de estrategias conductuales y oculomotoras compensatorias en individuos que experimentan pérdida de visión central tanto simulada como patológica.

La degeneración macular (DM) es una de las principales causas de discapacidad visual en el mundo occidental. Los pacientes con distrofia muscular tienden a desarrollar estrategias de movimiento ocular espontáneo para compensar su pérdida de visión, incluida la adopción de un locus retiniano preferido, o PRL, una región periférica preservada que usan con más frecuencia para reemplazar la fóvea dañada. Sin embargo, no todos los pacientes tienen éxito en el desarrollo de una PRL, e incluso cuando lo hacen, puede llevarles meses. En la actualidad, no existe una terapia de rehabilitación de referencia, y la investigación de la distrofia muscular se ve obstaculizada aún más por problemas de reclutamiento, cumplimiento y comorbilidad. Para ayudar a abordar estos problemas, un creciente cuerpo de investigación ha utilizado pantallas guiadas por seguimiento ocular y contingentes a la mirada en un paradigma simulado de pérdida de visión central en individuos con visión intacta. Si bien la pérdida de visión simulada es cualitativamente diferente a la pérdida patológica de la visión central, nuestro marco proporciona un modelo altamente controlado a través del cual estudiar los movimientos oculares compensatorios y probar posibles intervenciones de rehabilitación en la baja visión. Al desarrollar un marco integral, en lugar de depender de tareas aisladas y desconectadas, creamos un entorno cohesivo en el que podemos probar hipótesis a mayor escala, lo que nos permite examinar las interacciones entre las tareas, evaluar los efectos del entrenamiento en múltiples medidas y establecer una metodología coherente para futuras investigaciones. Además, los participantes en estudios simulados de pérdida de visión central muestran similitudes en sus comportamientos compensatorios oculomotores en comparación con los pacientes con distrofia muscular. Aquí, presentamos un marco para llevar a cabo estudios contingentes a la mirada relacionados con la pérdida simulada de la visión central. Hacemos hincapié en la utilización del marco para evaluar el rendimiento conductual y oculomotor de individuos sanos en una amplia gama de tareas perceptivas que abarcan diferentes niveles de procesamiento visual. También discutimos cómo se puede adaptar este marco para la formación de pacientes con MD.

La degeneración macular (DM) es la principal causa de discapacidad visual en todo el mundo, y se prevé que afecte a 248 millones de personas en todo el mundo para 2040¹. La distrofia muscular en estadio tardío se caracteriza por daño a los fotorreceptores en el centro del campo visual (fóvea). La pérdida de la visión central tiene efectos graves en las tareas diarias que dependen de la visión central, como la navegación², la lectura³ y el reconocimiento de rostros⁴. Las consecuencias de la distrofia muscular tienen un gran impacto en la calidad de vida de estos individuos⁵ y conducen a consecuencias psicológicas negativas⁶. Los pacientes con distrofia muscular, privados de su visión central, pueden desarrollar espontáneamente estrategias oculomotoras compensatorias que implican el uso de una región periférica de la retina para reemplazar la fóvea (Figura 1). Esta región, conocida como locus retiniano preferido (PRL)⁷, es adoptada a menudo por los pacientes en tareas que involucran fijación, lectura y reconocimiento facial. Existen evidencias de que la PRL, en pacientes con DM, asume las funciones de referencia oculomotora de la fóvea ^8,9. Además, se observan cambios en la atención y el control cognitivo en pacientes con pérdida de visión central, lo que sugiere una relación entre la pérdida de visión y las funciones cognitivas¹⁰.

Figura 1. Ilustración de la experiencia perceptiva de individuos con visión sana y pacientes con degeneración macular con escotoma foveal. El escotoma foveal conduce a la pérdida de la visión central en pacientes con degeneración macular. Algunas personas pueden compensar parcialmente la pérdida de información visual a la fóvea mediante el uso de una ubicación de la retina periférica, definida como el locus retiniano preferido (PRL). En los pacientes que desarrollaron una PRL, a menudo se usa para la fijación excéntrica y durante las tareas diarias. La ubicación, la forma y el tamaño de la PRL en la retina pueden variar de una persona a otra. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Si bien no existe una intervención estándar de oro para recuperar la pérdida de visión o para compensar la pérdida de la visión central, se están probando enfoques experimentales de optometría, terapia ocupacional y ciencia de la visión para mejorar la compensación a través de la visión periférica^11,12. Los enfoques oculomotores se centran en enseñar a los pacientes a mejorar el control del movimiento ocular y la coordinación, incluyendo enseñarles a utilizar una PRL más adecuada 11,12,13,14,15 mientras que las intervenciones perceptivas se centran en mejorar las capacidades visuales periféricas generales o la visión dentro de la PRL, superando parcialmente la limitación de la visión periférica 16,17,18,^19,20. Estudios recientes han utilizado una visualización contingente de la mirada basada en el seguimiento ocular como paradigma para el estudio de los movimientos oculares en la pérdida de visión central 21,22,23,24,25,26,27,28,29. Este enfoque, que utiliza un escotoma simulado (es decir, un oclusor para obstruir la región central del campo visual) en individuos sanos (Figura 1), mitiga los problemas de reclutamiento y cumplimiento, al tiempo que proporciona un alto control sobre varios parámetros, como el tamaño y la forma del escotoma, ofreciendo así una alternativa prometedora a la participación directa de los pacientes con distrofia muscular. Si bien existen varias diferencias entre la pérdida de visión central y el escotoma simulado^30,31, algunos de los comportamientos oculomotores observados en el primero, como el desarrollo de una PRL, se pueden observar en el segundo 27,30,32, lo que sugiere que algunos aspectos de las estrategias oculomotoras compensatorias pueden ser provocados por este paradigma contingente a la mirada. Es importante destacar que la pérdida simulada de la visión central proporciona un marco amplio para estudiar la plasticidad tanto en el sistema visual sano como después de la pérdida de la visión central.

Aquí, presentamos el diseño, desarrollo y uso de un marco contingente a la mirada que se puede utilizar para evaluar el rendimiento perceptual, oculomotor y atencional en individuos sanos y, con algunas modificaciones, en pacientes con distrofia muscular (Figura 2). También detallamos las consideraciones técnicas y psicofísicas que acompañan al entrenamiento periférico dependiente de la mirada. Un desafío técnico clave consiste en crear la percepción de un movimiento suave y de latencia corta del escotoma³³. Esta corta latencia se obtiene seleccionando los dispositivos de visualización, los rastreadores oculares y los sistemas operativos adecuados 34,35,36. Trabajos anteriores han documentado cómo cada pieza de hardware agrega latencia³⁷ y estrategias para reducir la latencia general, acomodar parpadeos y movimientos oculares lentos³³. Un aspecto novedoso de nuestro paradigma es el conjunto diverso de tareas de entrenamiento y evaluación dentro de un único marco para la investigación perceptiva tanto en poblaciones sanas como en pacientes. El marco caracteriza múltiples niveles de procesamiento visual afectados por la pérdida de la visión central, específicamente la visión de bajo nivel, la visión de nivel superior, la atención, el control oculomotor y el control cognitivo. Las pruebas preliminares realizadas utilizando una versión modificada de este enfoque mostraron evidencia de mejoría en la agudeza visual tanto en controles sanos como en la población de pacientes³².

Figura 2. Abordaje multidimensional para el estudio de la plasticidad en el sistema visual y la rehabilitación de la visión en la Degeneración Macular. Ilustración de dimensiones interconectadas como la percepción visual, el control oculomotor y cognitivo que contribuyen al procesamiento visual y se ven afectadas en la pérdida de la visión central. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Todos los participantes eran individuos sanos con una agudeza visual de 20/40 o superior y sin problemas de visión conocidos. Los dos participantes representativos son mujeres y sus edades son 27 y 24 años. Todos los participantes dieron su consentimiento informado y el estudio recibió la aprobación de la Junta de Revisión Institucional (IRB) de la Universidad de Alabama en Birmingham.

1. Identificación de un sistema ideal para la investigación simulada de la pérdida de visión central

1. Identificar un sistema que transmita eficientemente la información desde el eye tracker hasta el software de generación de estímulos en un bucle continuo. Utilice los métodos descritos en el^{punto 37} para medir la latencia de diferentes combinaciones de sistemas a fin de identificar el que tiene la latencia más baja.
   NOTA: En la Figura 3 se muestra una comparación de la latencia combinada de cuatro combinaciones diferentes de sistemas que comprenden dos rastreadores oculares (EyeLink 1000 Plus Tower Mount y TRACKPixx3), dos dispositivos de visualización (CRT Monitor (frecuencia de actualización = 100 Hz) y Display++ (frecuencia de actualización = 120 Hz)) junto con dos sistemas operativos (Windows 10 y Mac iOS). Cada combinación se midió 20 veces. Los resultados mostraron que la latencia del sistema fue la más baja cuando se utilizó el rastreador ocular Vpixx TrackPixx3 en combinación con el sistema operativo Windows 10.

Figura 3: Comparación de latencia entre diferentes combinaciones de monitores, dispositivos de seguimiento ocular y sistemas operativos. Las barras representan la desviación estándar ± 1 a través de las 20 repeticiones por combinación. Se tomaron medidas con un teléfono con sistema operativo Mac en modo de cámara lenta, alcanzando una frecuencia de actualización de 240 Hz. TP/CRS/Win es estadísticamente diferente de E1000/CRT/Mac (t(38)=9.53, p<0.001), E1000/CRS/Mac (t(38)=16.24, p<0.001) y E1000/CRS/Win (t(38)=3.94, p<0.001). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

2. Familiarización de los participantes con la pérdida de visión central simulada a través de la visualización contingente a la mirada

NOTA: Un componente fundamental en la simulación de la pérdida de la visión central es familiarizar a los participantes con la visualización contingente a la mirada. Sin una familiarización adecuada, las medidas de las habilidades pueden combinarse con el esfuerzo de los participantes para navegar por la pantalla contingente a la mirada. Varios pasos clave en el protocolo garantizan una familiarización suficiente con la pantalla contingente a la mirada para poder medir el rendimiento visual de forma fiable.

1. Proporcione a los participantes instrucciones audiovisuales sobre la tarea que realizarán durante una sesión en particular. Para cada tarea, tenga instrucciones de video dedicadas con capturas de pantalla de la tarea real. Luego, explique las instrucciones verbalmente para asegurarse de que el participante tenga una buena comprensión de lo que puede esperar en una tarea determinada.
2. Proporcione a los participantes pruebas de práctica antes de comenzar cada una de las tareas principales. Esto brinda la oportunidad de aclarar cualquier pregunta relacionada con la tarea.
3. Durante la visita inicial, antes de realizar tareas contingentes a la mirada, realice un entrenamiento de fijación en los participantes, donde aprenden a colocar su escotoma simulado dentro de un cuadro central blanco en la pantalla durante diferentes duraciones con tolerancia espacial que aumenta en todos los ensayos, mientras ignoran los distractores que pueden aparecer en la pantalla.
4. Además, lleve a cabo una tarea de inducción de PRL en los participantes, que está diseñada para promover el desarrollo de un comportamiento similar al PRL. En esta tarea, haga que los participantes vean un disco opaco colocado aleatoriamente en la pantalla que cubre un objetivo (por ejemplo, un Landolt C) y mueva el escotoma cerca del disco opaco para revelar el objetivo.
   NOTA: El análisis oculomotor de esta tarea puede indicar una ubicación temprana similar a la PRL que luego se puede usar como un locus de entrenamiento. En este paradigma experimental, el escotoma central circular subtendía un ángulo visual de 10°. Estos pasos permiten a los participantes familiarizarse con la visualización contingente a la mirada y prepararlos para realizar una amplia gama de evaluaciones perceptivas y tareas de entrenamiento utilizando su visión periférica.

3. Desarrollo de instrucciones efectivas

NOTA: Las instrucciones juegan un papel crucial en guiar a los participantes sobre cómo responder a los estímulos y manejar su escotoma simulado durante diferentes tareas. Las instrucciones apropiadas deben ser completas y claras para evitar cualquier confusión. Las instrucciones deben reiterarse según sea necesario para garantizar la comprensión.

1. Videos instructivos
   1. Demostración visual: Proporcione videos que demuestren visualmente cada paso de la tarea. Los videos deben ilustrar claramente cómo manejar el escotoma simulado de manera adecuada durante la tarea y cómo responder a los estímulos.
   2. Narración: Entregar un guión conciso desarrollado para acompañar la demostración visual que explique el proceso en términos sencillos. Asegúrese de que el lenguaje sea fácil de entender y evite la terminología técnica.
2. Instrucciones verbales guionizadas
   1. Consistencia: Utilice un guión estandarizado para las instrucciones verbales a fin de garantizar la coherencia en las diferentes sesiones y participantes. Ejemplo: A lo largo de la tarea, habrá múltiples pausas para descansar la vista. Durante estos descansos, asegúrese de mantener la cabeza en la mentonera. Cuando esté listo para continuar con la tarea, presione la barra espaciadora y la tarea comenzará de nuevo.
   2. Claridad: Hable despacio y con claridad, asegúrese de enfatizar todos los aspectos importantes de la tarea.
3. Instrucciones visuales
   1. Instrucciones en pantalla: Proporcione orientación escrita en la pantalla que los participantes puedan leer antes y durante la realización de las tareas. Use oraciones cortas para mayor claridad con ayudas visuales para demostrar los estímulos que el participante puede encontrar durante cada tarea.

4. Diseño e implementación de las tareas de evaluación

NOTA: Las tareas diseñadas dentro de este marco se dividen en dos categorías principales: (1) Tareas de movimiento ocular libre y (2) Tareas restringidas por fijación. En las tareas de movimiento de ojo libre, permita que los participantes hagan movimientos oculares a través de la pantalla para identificar objetivos que aparecen en ubicaciones aleatorias en la pantalla (o para leer texto), mientras que, en las tareas con restricción de fijación, pida a los participantes que mantengan la fijación dentro de una caja blanca central durante toda la tarea y usen su visión periférica para hacer juicios. En la figura 4 se muestran ejemplos de tareas y descripciones para cada categoría. Se puede encontrar información más detallada sobre las tareas en³⁸.

Figura 4: Una representación visual de diferentes tareas de evaluación diseñadas utilizando el marco. Las tareas se clasifican ampliamente en tareas de movimiento ocular libre, donde el escotoma sigue los movimientos oculares de los participantes para ver los objetivos libremente (panel superior), y tareas restringidas por fijación, donde el escotoma debe colocarse dentro de una caja blanca central durante toda la tarea (panel inferior). Esta cifra ha sido modificada de³⁸. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

1. Tareas de movimiento ocular libre
   NOTA: Las tareas de movimiento ocular libre miden el comportamiento de movimiento ocular de los participantes mientras realizan tareas. Estos promueven la comprensión de los movimientos del ojo en el contexto de tareas naturalistas como la lectura y la búsqueda visual.
   1. Video instructivo/instrucciones verbales
      1. Presente un video instructivo e instrucciones verbales escritas al participante antes de la calibración.
   2. Calibración
      1. Ejecute validaciones de calibraciones anteriores entre tareas y calibraciones adicionales cuando las validaciones sean deficientes o cuando los participantes tomen descansos entre tareas.
   3. Métodos específicos de tareas de visualización libre
      1. Realice tareas de visualización libre que instruyan a los participantes a realizar una variedad de acciones usando su mirada en lugar de fijarse en un área. Elija realizar la tarea con una de las siguientes variantes.
      2. Acerque el escotoma a una señal, haciendo que aparezca un estímulo. Mantenga la fijación en una ubicación específica de la pantalla durante un período de tiempo. Realizar una tarea estándar, como la lectura o la búsqueda visual, con la visión central ocluida por el escotoma.
      3. Al comienzo de las tareas, proporcione a los participantes instrucciones en pantalla seguidas de una serie de pruebas de práctica. Una vez finalizadas las pruebas de práctica, dé instrucciones recordatorias antes de pasar a la tarea. Asegúrese de que los participantes comprendan y hayan demostrado competencia utilizando los diseños visuales, las acciones oculomotoras requeridas y las características de respuesta de cada tarea antes de medir el rendimiento.
      4. Proporcione a los participantes retroalimentación auditiva que indique la precisión de sus respuestas a medida que completan cada tarea, ya que la retroalimentación visual puede perderse debido al uso de un escotoma.
      5. Incorpore descansos de hasta 1 minuto en cada tarea para reducir la posibilidad de probar la fatiga. Incorpore descansos de 3 minutos o más para los días que incluyan sesiones más largas de evaluaciones para reducir las posibilidades de fatiga por los exámenes.
2. Tareas restringidas por fijación
   NOTA: Las tareas restringidas por fijación son útiles para evaluar o entrenar la visión periférica en ubicaciones específicas del campo visual. Estas tareas son adecuadas para probar el procesamiento visual de nivel temprano y medio, incluida la agudeza visual, la sensibilidad al contraste, el apiñamiento, etc., así como el procesamiento visual de alto nivel, incluida la atención exógena y endógena. Para estas tareas, es importante que los participantes aprendan a mantener una fijación constante para evitar que el rendimiento de la tarea se vea confundido por los recursos atencionales dedicados a la fijación constante. Durante estas tareas, se les pide a los participantes que mantengan su visión central enfocada en el centro de la pantalla con la ayuda de ayudas de fijación (Figura 5B) mientras responden a los estímulos que aparecen en su visión periférica.
   1. Video instructivo/instrucciones verbales
      1. Presente un video instructivo e instrucciones verbales escritas al participante antes de la calibración.
   2. Calibración
      1. Ejecute validaciones de calibraciones anteriores entre tareas y calibraciones adicionales cuando las validaciones sean deficientes o cuando los participantes tomen descansos entre tareas.
   3. Métodos específicos de tareas con restricciones de fijación
      1. Durante las tareas de fijación restringida, pida a los participantes que mantengan la posición de la cabeza en la mentonera durante la duración de la tarea, asegurándose de que la calibración permanezca lo más precisa posible a la posición original durante todo el proceso.
      2. Proporcione a los participantes instrucciones en pantalla seguidas de una serie de pruebas de práctica. Después de completar las pruebas de práctica, proporcione un conjunto de recordatorios de instrucciones en pantalla antes de pasar a la tarea.
      3. Durante estas tareas, pida a los participantes que mantengan su visión central enfocada en el centro de la pantalla con la ayuda de ayudas de fijación (caja de fijación rectangular blanca) mientras responden a los estímulos que aparecen en su visión periférica a ambos lados de la caja de fijación.
      4. Pida a los participantes que respondan con el dedo índice derecho en un cuadro de respuesta de cinco botones ubicado a su derecha durante la evaluación. Si la fijación no se mantiene, el estímulo no se presentará y se agotará el tiempo a menos que se reanude la fijación.
      5. Proporcione a los participantes retroalimentación auditiva que indique la precisión de sus respuestas a medida que completan cada tarea, ya que, nuevamente, la retroalimentación visual puede perderse debido al uso de un escotoma.
      6. Incorpore descansos de hasta 1 minuto en cada tarea para reducir la posibilidad de probar la fatiga. Incorpore descansos de 3 minutos o más para los días que incluyan sesiones más largas de evaluaciones para reducir las posibilidades de fatiga por los exámenes.
3. Desarrollo de pantallas de fijación adecuadas
   NOTA: Las tareas que involucran objetivos presentados periféricamente y escotoma simulado que obstruye la visión central presentan desafíos cuando se trata de estimar el rendimiento en una ubicación definida retinotópicamente. De hecho, incluso en las tareas foveales, los ojos hacen pequeños movimientos involuntarios en forma de deriva y microsacádicos). Por lo tanto, para optimizar la estabilidad de la fijación, se debe pensar detenidamente en el diseño de ayudas a la fijación.
   1. Desarrollar un diseño de ayuda a la fijación que incorpore tanto una cruz de fijación grande como una caja de fijación (Figura 5). Indique a los participantes que mantengan el oclusor opaco dentro de la caja de fijación y que utilicen los brazos largos de la cruz de fijación como referencia para el centro de la pantalla.
      NOTA: Este diseño combina ayudas visuales de tipo diana y retícula, que se ha demostrado que conducen a la mejor estabilidad de fijación³⁹. Además, al tener una caja de fijación y una cruz de fijación, este diseño se puede utilizar fácilmente en contextos traslacionales para evaluar a pacientes con pérdida de visión central, como es el caso de los pacientes con distrofia muscular.
4. Optimización de procedimientos adaptativos para medir con precisión el rendimiento
   NOTA: Un aspecto crítico de la implementación de diferentes evaluaciones es la capacidad de estimar rápida y exitosamente los umbrales de rendimiento en un subconjunto de estas tareas (específicamente agudeza visual, sensibilidad al contraste, apiñamiento e integración de contornos). Un desafío es que las escaleras convencionales pueden ser lentas para converger y apuntar al rendimiento cerca del umbral, lo que causa frustración y fatiga. Para evitar esto, implementamos un procedimiento de tres etapas para estimar el desempeño de los participantes en estas tareas.
   1. En la primera etapa, pida a los participantes que realicen 12 ensayos de práctica antes del experimento real. Durante la segunda etapa, utilice una escalera de 2 hacia abajo y 1 hacia arriba que termina después de 3 inversiones hacia abajo (es decir, la dirección del cambio de estímulo, de abajo (duro) a arriba (fácil), también consulte la sección de resultados representativos), seguida de la tercera etapa que consiste en una escalera convencional de 3 bajadas y 1 subida que termina después de 60 intentos.
      NOTA: Los estudios piloto indicaron que este procedimiento logra umbrales confiables para la mayoría de las tareas (agudeza visual, apiñamiento y tareas de sensibilidad al contraste). Sin embargo, algunas tareas pueden requerir otros métodos, especialmente cuando el rendimiento puede diferir mucho entre los participantes. Por ejemplo, en la tarea de integración de contornos, después de la primera etapa del procedimiento (práctica), se implementó un procedimiento adicional. La dificultad de la tarea se manipuló utilizando un método de escalera progresiva donde la fluctuación de orientación (0°, 1°, 2°, 4°, 6°, 8°, 10°, 12°) aumentaba cada tres intentos para un total de 24 intentos. Luego, la segunda y tercera etapa del procedimiento (escalera adaptativa) continuaron con normalidad. En general, diferentes tareas pueden requerir procedimientos adaptativos ligeramente diferentes. Sin embargo, el enfoque de 3 etapas permite a los participantes practicar y ponerse rápidamente dentro del rango de su umbral y proporciona una medición detallada dentro de ese rango.

Figura 5: Ayudas de fijación utilizadas para promover la estabilidad de la fijación en los participantes. (A) Se utilizaron la cruz de fijación y la caja de fijación para las tareas de estabilidad de la fijación. (B) La cruz de fijación, la caja de fijación y la cruz negra en el centro se utilizaron en tareas de visión de bajo nivel. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

En esta sección, presentamos datos ilustrativos tanto de las tareas de movimiento ocular libre como de las tareas restringidas por la fijación. El objetivo de esta sección es ilustrar los datos obtenidos utilizando el marco y su capacidad para medir las funciones visuales periféricas. La sección está organizada en cuatro categorías distintas, cada una de las cuales destaca los elementos críticos necesarios para una estimación precisa del rendimiento visual bajo la pérdida de visión central simulada. Estas categorías incluyen el rendimiento en (1) tareas de visión de nivel bajo y medio, (2) medidas de atención en tareas de visión de alto nivel, (3) tareas ecológicamente válidas y (4) métricas oculomotoras que capturan estrategias de movimiento ocular adaptativo cuando la fijación de la visión central está obstruida. Todos los participantes eran individuos sanos con una agudeza visual de 20/40 o superior y sin problemas de visión conocidos. Los dos participantes representativos eran mujeres y sus edades son 27 y 24 años. Todos los participantes dieron su consentimiento informado y el estudio recibió la aprobación de la Junta de Revisión Institucional (IRB) de la Universidad de Alabama en Birmingham.

Rendimiento en tareas de visión de nivel bajo y medio con escaleras adaptativas

Las figuras 6 y 7 ilustran la progresión del rendimiento de dos participantes en cuatro tareas visuales específicas: agudeza visual (Panel A), sensibilidad al contraste (Panel B), integración de contornos (Panel C) y aglomeración (Panel D). Las trayectorias de rendimiento se representan mediante escaleras codificadas por colores, donde el verde denota la ubicación izquierda del objetivo y el púrpura significa la ubicación correcta. Para cada tarea, los umbrales se calcularon promediando las últimas seis inversiones para cada ubicación (y para cada forma u orientación en las tareas de integración de contorno y aglomeración, respectivamente). Estos umbrales están marcados por una línea punteada perpendicular al eje Y. Es importante tener en cuenta que para las tareas de agudeza visual, sensibilidad al contraste y aglomeración, los valores más bajos en el eje Y corresponden a un mejor rendimiento, mientras que para la tarea de integración de contornos, los valores más altos indican un rendimiento superior.

Figura 6. Desempeño del Participante 1 en tareas que utilizan escaleras adaptativas: Los paneles A, B, C y D corresponden al desempeño del participante en las tareas de agudeza visual, sensibilidad al contraste, integración de contornos y aglomeración, respectivamente. El rendimiento en la ubicación de la izquierda se marca con puntos rojos, mientras que el rendimiento en la ubicación de la derecha se indica con puntos negros. Los umbrales de cada tarea se representan mediante líneas discontinuas perpendiculares al eje Y. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7. Desempeño del Participante 2 en tareas que utilizan escaleras adaptativas: Los paneles A, B, C y D corresponden al desempeño del participante en las tareas de agudeza visual, sensibilidad al contraste, integración de contornos y aglomeración, respectivamente. El rendimiento en la ubicación de la izquierda se marca con puntos rojos, mientras que el rendimiento en la ubicación de la derecha se indica con puntos negros. Los umbrales de cada tarea se representan mediante líneas discontinuas perpendiculares al eje Y. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Los participantes mostraron un rendimiento fiable en agudeza visual, sensibilidad al contraste, integración de contornos y tareas de aglomeración durante el experimento (Figura 6 y 7).

Medidas de atención

La Figura 8 ilustra el desempeño de los participantes en la tarea de atención exógena, donde se miden los tiempos de reacción para ensayos congruentes (señal válida) e incongruentes (señal inválida), categorizados por ubicación (izquierda/derecha). Para el participante 1, se observó un efecto significativo del tipo de señal en la ubicación de la izquierda (prueba t de Welch: t(111.5) = -2.6, p < 0.05), lo que indica una diferencia notable en los tiempos de reacción en función de la congruencia de la señal (Figura 8). Sin embargo, no se encontró ningún efecto significativo en el lugar correcto. Para el Participante 2, no se observó un efecto significativo de las señales en ninguno de los lugares. La figura 8 muestra un efecto de señalización consistente, como se espera en una tarea de atención exógena.

Figura 8. Análisis de la tarea de atención exógena: La figura presenta los tiempos de reacción (medidos en segundos) de dos participantes, con datos agrupados según la ubicación de la presentación objetivo. En esta visualización, las barras azules representan los tiempos de reacción y el porcentaje de precisión para ensayos congruentes e incongruentes. Se incluyen barras de error para indicar la desviación estándar de cada condición. Los gráficos superiores muestran los tiempos de reacción y la tasa de precisión en el lado izquierdo, los gráficos inferiores muestran los tiempos de reacción y la tasa de precisión en el lado derecho. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Rendimiento en tareas de movimiento libre de los ojos

El rendimiento en la tarea MNRead se mide por el tiempo que se tarda en leer cada frase, y la tarea concluye cuando el participante ya no puede leer la frase. Las figuras 9A y B muestran el rendimiento de la tarea MNRead para ambos participantes. Como se anticipó, el tiempo requerido para leer cada oración aumenta a medida que disminuye el tamaño de la fuente. A partir de estos resultados, podemos estimar métricas clave como la agudeza de lectura (el tamaño de letra más pequeño se lee correctamente), la velocidad máxima de lectura y el tamaño de impresión crítico (el tamaño de impresión más pequeño en el que los participantes pueden leer a su velocidad máxima). Estas métricas se pueden comparar tanto dentro como entre los participantes. La Figura 9C ilustra el rendimiento en la tarea de creación de senderos, con el tiempo total de finalización registrado tanto para la Parte A (conexión de números en orden ascendente) como para la Parte B (conexión de números y letras alternas en orden secuencial). A pesar de tener el mismo número de elementos, los participantes generalmente tardan más en completar la Parte B, un hallazgo consistente con investigaciones previas⁴³.

Figura 9. Análisis de tareas de evaluación ecológicamente válidas: El tiempo de respuesta (medido en segundos) en función del tamaño de la fuente de la oración se presenta para el Participante 1 en el Panel A y para el Participante 2 en el Panel B. El Panel C ilustra el tiempo hasta la finalización (en segundos) tanto para la Parte A como para la Parte B de la Tarea de Creación de Caminos. En esta figura, las barras azules representan el rendimiento del Participante 1, mientras que las barras rojas corresponden al rendimiento del Participante 2. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Análisis del movimiento ocular

Para comprender las estrategias de visión periférica después del entrenamiento visual, analizamos las distribuciones de fijación para estimar la estabilidad de la fijación y la ubicación de la PRL^44,45. La dispersión de las posiciones de los ojos dentro de un ensayo se analiza controlando las diferentes ubicaciones de fijación en diferentes ensayos. Este enfoque permite calcular la dispersión media de las posiciones de los ojos dentro de cada ensayo. Esta métrica es una medida intraensayo de la dispersión de las posiciones de los ojos después de la primera fijación del ensayo, en concordancia con estudios previos^27,28. Por otra parte, el entrenamiento perceptivo de individuos con visión sana mediante el uso de la visualización contingente a la mirada conduce a una latencia sacádica más corta⁴⁶. Analizamos el comportamiento de la fijación periférica mediante el cálculo de la dispersión mediante la determinación del Área de Elipse del Contorno Bivariado (BCEA), que abarca un porcentaje específico de fijaciones, generalmente el 68%, durante un cierto período de tiempo (por ejemplo, 15-30 segundos). A diferencia de estudios anteriores, normalizamos la dispersión de las fijaciones para cada duración de cada ensayo y luego promediamos esto en todos los ensayos (como se muestra en la Figura 10, columna 2). Esta normalización garantiza que, incluso si las fijaciones se centran en diferentes ubicaciones a lo largo de los ensayos, el método traza todas las distribuciones en un punto de referencia común. Además, empleamos un análisis de densidad de probabilidad utilizando la Estimación de Densidad del Kernel (KDE) para representar visualmente las áreas con una alta densidad de fijaciones (Figura 10, columna 3). Esta técnica nos permite definir PRL como la región correspondiente al pico de la función KDE. Es importante tener en cuenta que estos análisis ofrecen una visión general de los patrones de mirada de los participantes a lo largo del tiempo, pero no distinguen entre cómo varían los patrones de mirada de un ensayo a otro.

Figura 10. Análisis de la estabilidad de la fijación: La figura muestra los gráficos BCEA y KDE de las distribuciones de fijación para los dos participantes. En las parcelas de BCEA, una elipse azul encierra el 68% de las fijaciones totales. En los gráficos de KDE, el área amarilla brillante indica la región con la densidad de fijación más alta. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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En este documento metodológico, presentamos un marco contingente a la mirada para llevar a cabo una investigación perceptiva en la pérdida de visión central simulada que enfatiza el hardware, el diseño y las consideraciones metodológicas que se requieren para (1) elegir la latencia del sistema más corta para la visualización contingente a la mirada, (2) administrar una amplia gama de tareas de percepción visual y (3) medir el rendimiento oculomotor y perceptivo de los participantes dentro de este paradigma. En relación con (1), enfatizamos la necesidad de probar la confiabilidad del hardware y software para mantener la percepción de la contingencia de la mirada. Deben probarse combinaciones específicas de equipos de seguimiento ocular y software y hardware informáticos, idealmente más de uno, para garantizar que la latencia sea lo suficientemente baja como para no interrumpir la percepción de la contingencia y, lo que es más importante, para no permitir que los participantes aprovechen el retraso del sistema para realizar tareas con su fóvea. Con respecto a (2), implementamos varias comprobaciones al diseñar tareas (y posteriormente recopilar datos) utilizando pantallas contingentes a la mirada. Un aspecto clave es asegurarse de que los participantes se familiaricen con las condiciones de visualización modificadas introducidas por el escotoma. Esto implica entrenarlos para mantener fijaciones estables, lo cual es esencial para las tareas dependientes de la fijación, e iniciar un comportamiento oculomotor apropiado, los cuales son cruciales para completar con éxito las tareas perceptivas. Logramos esto entrenando a los participantes para que se fijen con el escotoma y utilizando una tarea de inducción de PRL antes del uso de las tareas perceptivas. Con respecto a (3), tenemos un marco detallado para cada tarea que incluye configuración, instrucciones, práctica y métodos adaptativos que abordan tanto las tareas de visualización libre como las controladas por fijación. Una característica distintiva de nuestro marco es su capacidad para acomodar un amplio espectro de tareas perceptivas, diseñadas para evaluar el rendimiento en varios niveles de procesamiento visual, incluidas tareas de nivel bajo, medio y alto. Para medir con precisión el rendimiento, es esencial incorporar descansos adecuados tanto dentro como entre las tareas, y estructurar las demandas psicofísicas para que el rendimiento pueda evaluarse de manera eficiente y confiable. Este enfoque minimiza la fatiga, particularmente en los participantes con visión central intacta, que de otro modo podrían experimentar tensión por el uso prolongado de su periferia visual. Por último, introducimos métodos para analizar los movimientos oculares dentro de los ensayos mediante el cálculo del BCEA que abarca un porcentaje determinado de fijaciones durante un cierto período para cuantificar el comportamiento oculomotor representativo de las diferentes estrategias de mirada periférica de los participantes.

Uso de la pérdida de visión central simulada como modelo para probar la especificidad y generalización del aprendizaje perceptivo

La justificación para el uso de la pérdida de visión central simulada es doble: (1) proporciona un entorno controlado para probar las estrategias de entrenamiento y evaluar cómo se transfiere el aprendizaje a otras tareas y lugares no entrenados, y (2) el uso efectivo de la visión periférica requiere una mejora en múltiples niveles de procesamiento visual, incluida la visión de bajo, medio y alto nivel. Nuestro objetivo es investigar cómo estos diferentes dominios visuales evolucionan juntos a través del aprendizaje perceptivo después de la pérdida de visión central. Al medir una variedad de resultados de aprendizaje, nuestro objetivo es caracterizar distintos perfiles de aprendizaje y patrones de generalización a través de varias medidas de resultados.

Aunque no son exhaustivas, las estrategias de entrenamiento propuestas abarcan los tres dominios del procesamiento visual, abordando aspectos fundamentales de la visión que se sabe que son, al menos parcialmente, separables tanto del rendimiento visual como de las perspectivas neurocientíficas. En este estudio, los participantes se someten a 20 sesiones de entrenamiento, cada una con una duración aproximada de 45 minutos, en una de las cuatro tareas de entrenamiento asignadas al azar. Antes de comenzar el entrenamiento, se identifica el locus retiniano preferido (PRL) específico de cada participante a través de la tarea de inducción de PRL, y este locus se utiliza como locus retiniano entrenado (TRL) durante el entrenamiento. Se mide el rendimiento inicial y posterior a la capacitación en varias tareas de evaluación para observar si el aprendizaje se transfiere a otras tareas y ubicaciones no capacitadas (es decir, ubicaciones distintas a la TRL). Además, examinamos los cambios previos y posteriores al entrenamiento en las métricas de movimiento ocular en estas tareas.

Limitaciones

Si bien este marco se utiliza actualmente para entrenar y evaluar el rendimiento tanto en individuos con visión sana (usando escotomas simulados) como en pacientes con degeneración macular (MD), existen varias limitaciones que merecen consideración. En nuestro estudio, empleamos un escotoma visible, que puede conducir a movimientos oculares compensatorios u otras estrategias que podrían no ocurrir con un escotoma invisible del mundo real. Además, el uso de un escotoma estático, a diferencia de los escotomas dinámicos que pueden cambiar y crecer en forma y tamaño (como se observa en los pacientes), limita nuestra capacidad para estudiar los efectos longitudinales de la pérdida de la visión central. Sin embargo, es factible monitorear las propiedades físicas de un escotoma en los pacientes, como el tamaño y la forma, utilizando microperimetría. Además, es posible que el fondo uniforme del escotoma conduzca a efectos de adaptación, y las investigaciones futuras deben examinar el uso de fondos no uniformes. Además, si bien simulamos la pérdida de visión central utilizando pantallas de computadora, también es crucial examinar sus efectos en entornos más naturalistas. Los sistemas de realidad extendida (XR) ofrecen el potencial de proporcionar una experiencia más inmersiva y subjetiva de la pérdida de visión central simulada para las personas con visión sana, pero es esencial considerar cuidadosamente la latencia de dichos sistemas para garantizar una percepción suave y realista del escotoma. Es importante destacar que el uso de la XR también podría facilitar el uso de tareas más naturalistas que podrían imitar mejor las tareas del mundo real que las personas con pérdida de visión central necesitan navegar.

Conclusión

El marco propuesto para el uso de pantallas contingentes a la mirada para evaluar la visión en el contexto de la pérdida de visión central simulada tiene una amplia aplicabilidad tanto para comprender el uso de la visión periférica después de la pérdida de visión central como para desarrollar nuevas intervenciones de entrenamiento de la visión. El novedoso marco multidimensional integra múltiples enfoques para evaluar la visión, tanto en condiciones de fijación controlada como de visualización libre, y puede respaldar intervenciones de entrenamiento contingentes a la mirada. Otros aspectos del marco pueden ampliarse para abordar otras condiciones de pérdida del campo visual de la retina o cortical que también dependen de la medición y/o el entrenamiento que se dirige a ubicaciones específicas del campo visual en el contexto de la pérdida de la visión. También se puede traducir a través de sistemas tecnológicos, como los sistemas modernos de realidad extendida, para proporcionar una mayor accesibilidad para la investigación y la práctica que abordan la baja visión.

Los autores declaran que no existe ningún conflicto de intereses con respecto a la publicación de este artículo.

Este trabajo cuenta con el apoyo de NIH NEI 1 U01 R01EY031589 y 1R21EY033623-01.