Un cadre d’affichage contingent du regard pour la recherche sur l’apprentissage perceptuel avec perte de vision centrale simulée

Nous présentons le développement d’un cadre d’affichage contingent du regard conçu pour la recherche perceptuelle et oculomotrice simulant la perte de vision centrale. Ce cadre est particulièrement adaptable pour l’étude des stratégies comportementales et oculomotrices compensatoires chez les individus présentant une perte de vision centrale simulée et pathologique.

La dégénérescence maculaire (DM) est l’une des principales causes de déficience visuelle dans le monde occidental. Les patients atteints de DM ont tendance à développer des stratégies de mouvements oculaires spontanés pour compenser leur perte de vision, notamment en adoptant un locus rétinien préféré, ou PRL, une région périphérique épargnée qu’ils utilisent plus fréquemment pour remplacer la fovéa endommagée. Cependant, tous les patients ne réussissent pas à développer une PRL, et même lorsqu’ils le font, cela peut leur prendre des mois. À l’heure actuelle, il n’existe pas de thérapie de réadaptation de référence, et la recherche sur les DM est entravée par des problèmes de recrutement, d’observance et de comorbidité. Pour aider à résoudre ces problèmes, un nombre croissant de recherches ont utilisé des affichages guidés par le suivi oculaire et contingents du regard dans un paradigme de perte de vision centrale simulé chez les personnes ayant une vision intacte. Bien que la perte de vision simulée soit qualitativement différente de la perte pathologique de la vision centrale, notre cadre fournit un modèle hautement contrôlé à travers lequel étudier les mouvements oculaires compensatoires et tester d’éventuelles interventions de réadaptation en basse vision. En développant un cadre complet, plutôt que de nous appuyer sur des tâches isolées et déconnectées, nous créons un environnement cohérent où nous pouvons tester des hypothèses à plus grande échelle, ce qui nous permet d’examiner les interactions entre les tâches, d’évaluer les effets de l’entraînement à travers plusieurs mesures et d’établir une méthodologie cohérente pour les recherches futures. De plus, les participants aux études de perte de vision centrale simulée montrent des similitudes dans leurs comportements compensatoires oculomoteurs par rapport aux patients atteints de DM. Ici, nous présentons un cadre pour mener des études contingentes au regard liées à la perte de vision centrale simulée. Nous mettons l’accent sur l’utilisation du cadre pour tester les performances comportementales et oculo-motrices d’individus en bonne santé sur un large éventail de tâches perceptuelles englobant différents niveaux de traitement visuel. Nous discutons également de la manière dont ce cadre peut être adapté à la formation des patients atteints de DM.

La dégénérescence maculaire (DM) est la principale cause de déficience visuelle dans le monde, et elle devrait toucher 248 millions de personnes dans le monde d’ici 2040¹. La DM à un stade avancé se caractérise par des lésions des photorécepteurs au centre du champ visuel (fovéa). La perte de la vision centrale a des effets graves sur les tâches quotidiennes qui reposent sur la vision centrale, telles que la navigation², la lecture³ et la reconnaissance des visages⁴. Les conséquences de la DM ont un impact considérable sur la qualité de vie de ces personnes⁵ et entraînent des conséquences psychologiques négatives⁶. Les patients atteints de DM, privés de leur vision centrale, peuvent développer spontanément des stratégies oculomotrices compensatoires impliquant l’utilisation d’une région périphérique de la rétine pour remplacer la fovéa (Figure 1). Cette région, appelée locus rétinien préféré (PRL)⁷, est souvent adoptée par les patients dans des tâches impliquant la fixation, la lecture et la reconnaissance faciale. Il existe des preuves que la PRL, chez les patients atteints de DM, prend en charge les fonctions de référencement oculomoteur de la fovéa ^8,9. De plus, des changements dans l’attention et le contrôle cognitif sont observés chez les patients atteints de perte de vision centrale, suggérant une relation entre la perte de vision et les fonctions cognitives¹⁰.

Graphique 1. Illustration de l’expérience perceptuelle d’individus ayant une vision saine et de patients atteints de dégénérescence maculaire avec scotome fovéal. Le scotome fovéal entraîne une perte de la vision centrale chez les patients atteints de dégénérescence maculaire. Certaines personnes peuvent compenser partiellement la perte d’entrée visuelle dans la fovéa en utilisant une localisation rétinienne périphérique, définie comme le locus rétinien préféré (PRL). Chez les patients qui ont développé une PRL, celle-ci est souvent utilisée pour la fixation excentrique et lors des tâches quotidiennes. L’emplacement, la forme et la taille de la rétine peuvent varier d’une personne à l’autre. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Bien qu’il n’existe aucune intervention de référence pour récupérer la perte de vision ou pour compenser la perte de vision centrale, des approches expérimentales de l’optométrie, de l’ergothérapie et de la science de la vision sont testées pour améliorer la compensation par la vision périphérique^11,12. Les approches oculomotrices se concentrent sur l’apprentissage des patients à améliorer le contrôle des mouvements oculaires et la coordination, y compris en leur apprenant à utiliser une PRL plus adéquate 11,12,13,14,15 tandis que les interventions perceptuelles se concentrent sur l’amélioration des capacités visuelles périphériques générales ou de la vision au sein de la PRL, surmontant partiellement la limitation de la vision périphérique 16,17,18,^19,20. Des études récentes ont utilisé un affichage conditionnel du regard basé sur l’oculométrie comme paradigme pour l’étude des mouvements oculaires dans la perte de vision centrale 21,22,23,24,25,26,27,28,29. Cette approche, qui utilise un scotome simulé (c’est-à-dire un occluseur pour obstruer la région centrale du champ visuel) chez les individus en bonne santé (Figure 1), atténue les problèmes de recrutement et d’observance, tout en offrant un contrôle élevé sur plusieurs paramètres, tels que la taille et la forme du scotome, offrant ainsi une alternative prometteuse à l’implication directe des patients atteints de DM. Bien qu’il existe plusieurs différences entre la perte de vision centrale et le scotome simulé^30,31, certains des comportements oculomoteurs observés chez le premier, tels que le développement d’une PRL, peuvent être observés chez le second 27,30,32, ce qui suggère que certains aspects des stratégies oculomoteurs compensatoires peuvent être induits par ce paradigme contingent du regard. Il est important de noter que la perte de vision centrale simulée fournit un cadre large pour étudier la plasticité dans le système visuel sain et après une perte de vision centrale.

Ici, nous présentons la conception, le développement et l’utilisation d’un cadre contingent au regard qui peut être utilisé pour tester les performances perceptuelles, oculomotrices et attentionnelles chez des individus en bonne santé et, avec quelques modifications, chez des patients atteints de DM (Figure 2). Nous détaillons également les considérations techniques et psychophysiques qui accompagnent l’entraînement périphérique contingent au regard. L’un des principaux défis techniques consiste à créer la perception d’un mouvement fluide et à faible latence du scotome³³. Cette courte latence est obtenue en sélectionnant les périphériques d’affichage, les oculomètres et les systèmes d’exploitation 34,35,36 appropriés. Des travaux antérieurs ont documenté comment chaque élément matériel ajoute de la latence³⁷ et des stratégies pour réduire la latence globale, s’adapter aux clignements d’yeux et ralentir les mouvements oculaires^33. Un aspect nouveau de notre paradigme est l’ensemble diversifié de tâches de formation et d’évaluation dans un cadre unique pour la recherche perceptuelle chez les populations en bonne santé et les patients. Le cadre caractérise plusieurs niveaux de traitement visuel affectés par la perte de vision centrale, en particulier la vision de bas niveau, la vision de haut niveau, l’attention, le contrôle oculomoteur et le contrôle cognitif. Des tests préliminaires effectués à l’aide d’une version modifiée de cette approche ont montré une amélioration de l’acuité visuelle chez les témoins sains et chez la population de patients³².

Graphique 2. Approche multidimensionnelle de l’étude de la plasticité dans le système visuel et de la réhabilitation visuelle dans la dégénérescence maculaire. Illustration de dimensions interconnectées telles que la perception visuelle, le contrôle oculomoteur et cognitif qui contribuent au traitement visuel et sont affectées par la perte de la vision centrale. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Tous les participants étaient des personnes en bonne santé avec une acuité visuelle de 20/40 ou plus et aucun problème de vision connu. Les deux participants sont des femmes âgées de 27 et 24 ans. Tous les participants ont fourni un consentement éclairé et l’étude a reçu l’approbation de l’Institutional Review Board (IRB) de l’Université de l’Alabama à Birmingham.

1. Identifier un système idéal pour la recherche sur la perte de vision centrale simulée

1. Identifiez un système qui transmet efficacement les informations de l’eye tracker au logiciel de génération de stimulus en boucle continue. Utiliser les méthodes décrites au^{point 37} pour mesurer la latence de différentes combinaisons de systèmes afin d’identifier celui qui présente la latence la plus faible.
   REMARQUE : la figure 3 présente une comparaison de la latence combinée de quatre combinaisons différentes de systèmes comprenant deux oculomètres (EyeLink 1000 Plus Tower Mount et TRACKPixx3), deux périphériques d’affichage (moniteur CRT (taux de rafraîchissement = 100 Hz) et Display++ (taux de rafraîchissement = 120 Hz)) ainsi que deux systèmes d’exploitation (Windows 10 et Mac iOS). Chaque combinaison a été mesurée 20 fois. Les résultats ont montré que la latence du système était la plus faible lorsque le suivi oculaire Vpixx TrackPixx3 était utilisé en combinaison avec le système d’exploitation Windows 10.

Figure 3 : Comparaison de la latence entre différentes combinaisons de moniteurs, de dispositifs de suivi oculaire et de systèmes d’exploitation. Les barres représentent l’écart type ± 1 sur les 20 répétitions par combinaison. Des mesures ont été prises avec un téléphone du système d’exploitation Mac en mode ralenti, atteignant un taux de rafraîchissement de 240 Hz. TP/CRS/Win est statistiquement différent de E1000/CRT/Mac (t(38)=9,53, p<0,001), E1000/CRS/Mac (t(38)=16,24, p<0,001) et E1000/CRS/Win (t(38)=3,94, p<0,001). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

2. Familiarisation du participant avec la perte de vision centrale simulée grâce à l’affichage contingent du regard

REMARQUE : Un élément fondamental dans la simulation de la perte de vision centrale est de familiariser les participants avec l’affichage contingent du regard. Sans une familiarisation appropriée, les mesures des capacités peuvent être confondues par l’effort des participants pour naviguer dans l’affichage contingent du regard. Plusieurs étapes clés du protocole garantissent une familiarisation suffisante avec l’affichage en fonction du regard pour pouvoir mesurer les performances visuelles de manière fiable.

1. Fournissez aux participants des instructions audiovisuelles sur la tâche qu’ils effectueront au cours d’une session particulière. Pour chaque tâche, prévoyez des instructions vidéo dédiées avec des captures d’écran de la tâche réelle. Ensuite, expliquez les instructions verbalement pour vous assurer que le participant comprend bien à quoi s’attendre dans une tâche donnée.
2. Fournissez aux participants des essais pratiques avant de commencer chacune des tâches principales. C’est l’occasion de clarifier toutes les questions liées à la tâche.
3. Au cours de la visite initiale, avant d’effectuer des tâches contingentes au regard, effectuez un entraînement à la fixation sur les participants, où ils apprennent à placer leur scotome simulé dans une boîte centrale blanche sur l’écran pendant des durées variables, la tolérance spatiale augmentant d’un essai à l’autre, tout en ignorant les distracteurs qui peuvent apparaître à l’écran.
4. De plus, effectuez une tâche d’induction PRL sur les participants, qui est conçue pour promouvoir le développement d’un comportement de type PRL. Dans cette tâche, demandez aux participants de voir un disque opaque placé au hasard sur l’écran qui recouvre une cible (par exemple, un Landolt C) et de déplacer le scotome près du disque opaque pour révéler la cible.
   REMARQUE : L’analyse oculomotrice de cette tâche peut indiquer un emplacement précoce de type PRL qui peut ensuite être utilisé comme lieu d’entraînement. Dans ce paradigme expérimental, le scotome central circulaire sous-tendait l’angle visuel de 10°. Ces étapes permettent aux participants de se familiariser avec l’affichage contingent du regard et de les préparer à effectuer un large éventail d’évaluations perceptuelles et de tâches d’entraînement à l’aide de leur vision périphérique.

3. Élaboration d’instructions efficaces

REMARQUE : Les instructions jouent un rôle crucial pour guider les participants sur la façon de réagir aux stimuli et de gérer leur scotome simulé au cours de différentes tâches. Les instructions appropriées doivent être complètes et claires pour éviter toute confusion. Les instructions doivent être répétées au besoin pour assurer la compréhension.

1. Vidéos pédagogiques
   1. Démonstration visuelle : Fournissez des vidéos qui démontrent visuellement chaque étape de la tâche. Les vidéos doivent clairement illustrer comment gérer le scotome simulé de manière appropriée pendant la tâche et comment réagir aux stimuli.
   2. Narration : Livrez un script concis élaboré pour accompagner la démonstration visuelle qui explique le processus en termes simples. Assurez-vous que le langage est facile à comprendre et évitez la terminologie technique.
2. Instructions verbales scénarisées
   1. Cohérence : Utilisez un script standardisé pour les instructions verbales afin d’assurer la cohérence entre les différentes sessions et les participants. Exemple : Tout au long de la tâche, il y aura plusieurs pauses pour reposer vos yeux. Pendant ces pauses, assurez-vous de garder la tête sur la mentonnière. Lorsque vous êtes prêt à poursuivre la tâche, appuyez sur la barre d’espace et la tâche recommencera.
   2. Clarté : Parlez lentement et clairement - assurez-vous de mettre l’accent sur tous les aspects importants de la tâche.
3. Instructions visuelles
   1. Instructions à l’écran : Fournissez des conseils écrits à l’écran que les participants peuvent lire avant et pendant l’exécution des tâches. Utilisez des phrases courtes pour plus de clarté avec des aides visuelles pour montrer les stimuli que le participant peut rencontrer au cours de chaque tâche.

4. Conception et mise en œuvre des tâches d’évaluation

REMARQUE : Les tâches conçues dans ce cadre sont largement divisées en deux catégories principales : (1) les tâches de mouvement oculaire libre et (2) les tâches contraintes par fixation. Dans les tâches de mouvement de l’œil libre, laissez les participants faire des mouvements oculaires sur l’écran pour identifier des cibles apparaissant à des endroits aléatoires sur l’écran (ou pour lire du texte), tandis que, dans les tâches sous contrainte de fixation, demandez aux participants de maintenir la fixation dans une boîte blanche centrale tout au long de la tâche et d’utiliser leur vision périphérique pour porter des jugements. La figure 4 présente des exemples de tâches et des descriptions pour chaque catégorie. Vous trouverez des informations plus détaillées sur les tâches dans^{la section 38}.

Figure 4 : Une représentation visuelle de différentes tâches d’évaluation conçues à l’aide du cadre. Les tâches sont classées en deux catégories : les tâches de mouvement oculaire libre, où le scotome suit les mouvements oculaires des participants pour voir librement les cibles (panneau supérieur), et les tâches contraintes de fixation, où le scotome doit être placé dans une boîte blanche centrale tout au long de la tâche (panneau inférieur). Ce chiffre a été modifié au lieu de³⁸. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

1. Tâches de mouvement oculaire libre
   REMARQUE : Les tâches de mouvement oculaire libre mesurent le comportement des mouvements oculaires des participants pendant qu’ils effectuent des tâches. Ceux-ci favorisent la compréhension des mouvements de l’œil dans le contexte de tâches naturalistes telles que la lecture et la recherche visuelle.
   1. Vidéo d’instruction/instructions verbales
      1. Présentez une vidéo d’instruction et des instructions verbales scénarisées au participant avant l’étalonnage.
   2. Étalonnage
      1. Exécutez des validations des étalonnages précédents entre les tâches et des étalonnages supplémentaires lorsque les validations sont médiocres ou lorsque les participants font des pauses entre les tâches.
   3. Méthodes spécifiques aux tâches d’affichage libre
      1. Effectuez des tâches de visualisation libre qui demandent aux participants d’effectuer une variété d’actions en utilisant leur regard plutôt que de se fixer sur une zone. Choisissez d’effectuer la tâche avec l’une des variantes suivantes.
      2. Approchez le scotome d’un signal, ce qui fait apparaître un stimulus. Maintenez la fixation sur un emplacement spécifique de l’écran pendant un certain temps. Effectuez une tâche standard, comme la lecture ou la recherche visuelle, avec la vision centrale obstruée par le scotome.
      3. Au début des tâches, fournissez aux participants des instructions à l’écran suivies d’une série d’essais pratiques. Une fois les essais pratiques terminés, donnez des instructions de rappel avant de passer à la tâche. Assurez-vous que les participants comprennent et ont démontré leur compétence à l’aide des dispositions visuelles, des actions oculomoteurs requises et des caractéristiques de réponse de chaque tâche avant de mesurer la performance.
      4. Fournir aux participants une rétroaction auditive indiquant la précision de leurs réponses au fur et à mesure qu’ils accomplissent chaque tâche, car la rétroaction visuelle peut être manquée en raison de l’utilisation d’un scotome.
      5. Intégrez des pauses allant jusqu’à 1 minute dans chaque tâche pour réduire le risque de fatigue des tests. Prévoyez des pauses de 3 minutes ou plus pour les jours qui comprennent des séances d’évaluation plus longues afin de réduire les risques de fatigue liée aux tests.
2. Tâches contraintes par la fixation
   REMARQUE : Les tâches contraintes de fixation sont utiles pour tester ou entraîner la vision périphérique à des emplacements spécifiques du champ visuel. Ces tâches conviennent pour tester le traitement visuel de niveau précoce et intermédiaire, y compris l’acuité visuelle, la sensibilité aux contrastes, l’encombrement, etc., ainsi que le traitement visuel de haut niveau, y compris l’attention exogène et endogène. Pour ces tâches, il est important que les participants apprennent à maintenir une fixation stable afin d’éviter que la performance de la tâche ne soit perturbée par les ressources attentionnelles dédiées à la fixation stable. Au cours de ces tâches, les participants sont invités à garder leur vision centrale concentrée au centre de l’écran à l’aide d’aides à la fixation (Figure 5B) tout en répondant à des stimuli qui apparaissent dans leur vision périphérique.
   1. Vidéo d’instruction/instructions verbales
      1. Présentez une vidéo d’instruction et des instructions verbales scénarisées au participant avant l’étalonnage.
   2. Étalonnage
      1. Exécutez des validations des étalonnages précédents entre les tâches et des étalonnages supplémentaires lorsque les validations sont médiocres ou lorsque les participants font des pauses entre les tâches.
   3. Méthodes spécifiques à une tâche sous contrainte de fixation
      1. Pendant les tâches avec contrainte de fixation, demandez aux participants de maintenir la position de leur tête dans la mentonnière pendant toute la durée de la tâche, en veillant à ce que l’étalonnage reste aussi précis que possible par rapport à la position d’origine tout au long du processus.
      2. Fournissez aux participants des instructions à l’écran suivies d’une série d’essais pratiques. Une fois les essais pratiques terminés, donnez un rappel d’instructions à l’écran avant de passer à la tâche.
      3. Au cours de ces tâches, demandez aux participants de garder leur vision centrale concentrée au centre de l’écran à l’aide d’aides à la fixation (boîte de fixation rectangulaire blanche) tout en répondant aux stimuli qui apparaissent dans leur vision périphérique de chaque côté de la boîte de fixation.
      4. Demandez aux participants de répondre à l’aide de leur index droit sur une boîte de réponse à cinq boutons située à leur droite pendant l’évaluation. Si la fixation n’est pas maintenue, le stimulus ne sera pas présenté et s’arrêtera à moins que la fixation ne soit reprise.
      5. Fournir aux participants une rétroaction auditive indiquant la précision de leurs réponses au fur et à mesure qu’ils accomplissent chaque tâche, car, encore une fois, la rétroaction visuelle peut être manquée en raison de l’utilisation d’un scotome.
      6. Intégrez des pauses allant jusqu’à 1 minute dans chaque tâche pour réduire le risque de fatigue des tests. Prévoyez des pauses de 3 minutes ou plus pour les jours qui comprennent des séances d’évaluation plus longues afin de réduire les risques de fatigue liée aux tests.
3. Mise au point de dispositifs de fixation appropriés
   REMARQUE : Les tâches impliquant des cibles présentées de manière périphérique et un scotome simulé obstruant la vision centrale présentent des défis lorsqu’il s’agit d’essayer d’estimer les performances dans un emplacement défini par un rétinotopique. En effet, même dans les tâches fovéales, les yeux effectuent de petits mouvements involontaires sous forme de dérive et de microsaccades). Ainsi, afin d’optimiser la stabilité de la fixation, il convient de réfléchir soigneusement à la conception des aides à la fixation.
   1. Élaborez une conception d’aide à la fixation qui intègre à la fois une grande croix de fixation et une boîte de fixation (figure 5). Demandez aux participants de maintenir l’occluseur opaque à l’intérieur de la boîte de fixation et d’utiliser les longs bras de la croix de fixation comme référence pour le centre de l’écran.
      REMARQUE : Cette conception combine à la fois des aides visuelles de type œil de bœuf et réticule, qui se sont avérées conduire à la meilleure stabilité de fixation³⁹. De plus, en ayant à la fois une boîte de fixation et une croix de fixation, cette conception peut être facilement utilisée dans des contextes translationnels pour tester les patients atteints de perte de vision centrale, comme c’est le cas des patients atteints de DM.
4. Optimisation des procédures adaptatives pour mesurer précisément les performances
   REMARQUE : Un aspect essentiel de la mise en œuvre de différentes évaluations est la capacité d’estimer rapidement et avec succès les seuils de performance dans un sous-ensemble de ces tâches (en particulier l’acuité visuelle, la sensibilité au contraste, l’encombrement et l’intégration des contours). Un défi est que les escaliers conventionnels peuvent être lents à converger et à viser des performances proches du seuil, ce qui provoque frustration et fatigue. Pour contourner ce problème, nous avons mis en place une procédure en trois étapes pour estimer la performance des participants à ces tâches.
   1. Dans un premier temps, demandez aux participants d’effectuer 12 essais pratiques avant l’expérience proprement dite. Au cours de la deuxième étape, utilisez un escalier à 2 descentes et 1 vers le haut qui se termine après 3 inversions vers le bas (c’est-à-dire que la direction du changement de stimulus, de bas (difficile) à haut (facile), reportez-vous également à la section des résultats représentatifs), suivie de la troisième étape qui consiste en un escalier conventionnel à 3 vers le bas et 1 vers le haut qui se termine après 60 essais.
      REMARQUE : Des études pilotes ont indiqué que cette procédure permet d’atteindre des seuils fiables pour la plupart des tâches (acuité visuelle, encombrement et sensibilité au contraste). Cependant, certaines tâches peuvent nécessiter d’autres méthodes, en particulier lorsque les performances peuvent différer considérablement d’un participant à l’autre. Par exemple, dans la tâche d’intégration des contours, après la première étape de la procédure (pratique), une procédure supplémentaire a été mise en œuvre. La difficulté de la tâche a été manipulée à l’aide d’une méthode d’escalier progressif où la gigue d’orientation (0°, 1°, 2°, 4°, 6°, 8°, 10°, 12°) augmentait tous les trois essais pour un total de 24 essais. Ensuite, les deuxième et troisième étapes de la procédure (escalier adaptatif) se sont poursuivies normalement. En général, différentes tâches peuvent nécessiter des procédures d’adaptation légèrement différentes. Cependant, l’approche en 3 étapes permet aux participants de s’entraîner et de se mettre rapidement à portée de leur seuil et fournit une mesure détaillée dans cette plage.

Figure 5 : Aides à la fixation utilisées pour favoriser la stabilité de la fixation chez les participants. (A) La croix de fixation et la boîte de fixation ont été utilisées pour les tâches de stabilité de la fixation. (B) La croix de fixation, la boîte de fixation et la croix noire au centre ont été utilisées dans les tâches de vision de bas niveau. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Dans cette section, nous présentons des données illustratives provenant à la fois de mouvements oculaires libres et de tâches contraintes par la fixation. L’objectif de cette section est d’illustrer les données obtenues à l’aide du cadre et sa capacité à mesurer les fonctions visuelles périphériques. La section est organisée en quatre catégories distinctes, chacune mettant en évidence les éléments critiques nécessaires à l’estimation précise de la performance visuelle dans le cadre d’une perte de vision centrale simulée. Ces catégories comprennent la performance sur (1) les tâches de vision de bas et moyen niveau, (2) les mesures d’attention dans les tâches de vision de haut niveau, (3) les tâches écologiquement valides et (4) les mesures oculomotrices qui capturent les stratégies de mouvement oculaire adaptatives lorsque la fixation de la vision centrale est obstruée. Tous les participants étaient des personnes en bonne santé avec une acuité visuelle de 20/40 ou plus et aucun problème de vision connu. Les deux participantes étaient des femmes âgées de 27 et 24 ans. Tous les participants ont fourni un consentement éclairé et l’étude a reçu l’approbation de l’Institutional Review Board (IRB) de l’Université de l’Alabama à Birmingham.

Performance sur les tâches de vision de bas et moyen niveau avec des escaliers adaptatifs

Les figures 6 et 7 illustrent la progression de la performance de deux participants dans quatre tâches visuelles spécifiques : l’acuité visuelle (panneau A), la sensibilité au contraste (panneau B), l’intégration des contours (panneau C) et l’encombrement (panneau D). Les trajectoires de performance sont représentées à l’aide d’escaliers codés par couleur, où le vert indique l’emplacement gauche de la cible et le violet l’emplacement droit. Pour chaque tâche, les seuils ont été calculés en faisant la moyenne des six dernières inversions pour chaque emplacement (et pour chaque forme ou orientation dans les tâches d’intégration des courbes de niveau et d’encombrement, respectivement). Ces seuils sont marqués par une ligne pointillée perpendiculaire à l’axe des y. Il est important de noter que pour les tâches d’acuité visuelle, de sensibilité au contraste et d’encombrement, des valeurs plus faibles sur l’axe des y correspondent à de meilleures performances, tandis que pour la tâche d’intégration des contours, des valeurs plus élevées indiquent des performances supérieures.

Graphique 6. Performance du participant 1 à travers les tâches à l’aide d’escaliers adaptatifs : Les panneaux A, B, C et D correspondent respectivement à la performance du participant sur l’acuité visuelle, la sensibilité au contraste, l’intégration des contours et l’encombrement. Les performances à l’emplacement de gauche sont marquées par des points rouges, tandis que les performances à l’emplacement de droite sont indiquées par des points noirs. Les seuils de chaque tâche sont représentés par des lignes pointillées perpendiculaires à l’axe des y. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Graphique 7. Performance du participant 2 à travers les tâches à l’aide d’escaliers adaptatifs : Les panneaux A, B, C et D correspondent respectivement à la performance du participant sur l’acuité visuelle, la sensibilité au contraste, l’intégration des contours et l’encombrement. Les performances à l’emplacement de gauche sont marquées par des points rouges, tandis que les performances à l’emplacement de droite sont indiquées par des points noirs. Les seuils de chaque tâche sont représentés par des lignes pointillées perpendiculaires à l’axe des y. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Les participants ont montré des performances fiables en matière d’acuité visuelle, de sensibilité au contraste, d’intégration des contours et d’encombrement au cours de l’expérience (figures 6 et 7).

Mesures de l’attention

La figure 8 illustre la performance des participants sur la tâche d’attention exogène, où les temps de réaction sont mesurés pour des essais congruents (indice valide) et incongrus (indice invalide), classés par emplacement (gauche/droite). Pour le participant 1, un effet significatif du type de signal a été observé à l’endroit gauche (test t de Welch : t(111,5) = -2,6, p < 0,05), indiquant une différence notable dans les temps de réaction en fonction de la congruence du signal (figure 8). Cependant, aucun effet significatif n’a été observé au bon endroit. Pour le participant 2, aucun effet significatif des indices n’a été observé à l’un ou l’autre endroit. La figure 8 montre un effet de signal constant, comme prévu dans une tâche d’attention exogène.

Graphique 8. Analyse de la tâche d’attention exogène : La figure présente les temps de réaction (mesurés en secondes) de deux participants, avec des données regroupées en fonction de l’emplacement de présentation de la cible. Dans cette visualisation, les barres bleues représentent les temps de réaction et le pourcentage de précision pour les essais congruents et incongrus. Des barres d’erreur sont incluses pour indiquer l’écart-type de chaque condition. Les graphiques supérieurs montrent les temps de réaction et le taux de précision sur le côté gauche, les graphiques inférieurs montrent les temps de réaction et le taux de précision sur le côté droit. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Performance sur les tâches de mouvement oculaire libre

La performance de la tâche MNRead est mesurée par le temps nécessaire à la lecture de chaque phrase, la tâche se terminant lorsque le participant ne peut plus lire la phrase. Les figures 9A et B illustrent les performances de la tâche MNRead pour les deux participants. Comme prévu, le temps nécessaire à la lecture de chaque phrase augmente à mesure que la taille de la police diminue. À partir de ces résultats, nous pouvons estimer des indicateurs clés tels que l’acuité de lecture (la plus petite taille de police correctement lue), la vitesse de lecture maximale et la taille d’impression critique (la plus petite taille d’impression à laquelle les participants peuvent lire à leur vitesse maximale). Ces mesures peuvent être comparées à la fois au sein des participants et entre eux. La figure 9C illustre le rendement de la tâche de création de sentiers, avec le temps total d’achèvement enregistré pour la partie A (relier les numéros dans l’ordre croissant) et la partie B (relier les chiffres et les lettres en alternance dans l’ordre séquentiel). Bien qu’ils aient le même nombre d’éléments, les participants prennent généralement plus de temps pour terminer la partie B, une constatation cohérente avec les recherches précédentes⁴³.

Graphique 9. Analyses des tâches d’évaluation écologiquement valables : Le temps de réponse (mesuré en secondes) en fonction de la taille de la police de la phrase est présenté pour le participant 1 dans le panneau A et pour le participant 2 dans le panneau B. Le panneau C illustre le temps nécessaire (en secondes) pour la partie A et la partie B de la tâche de création de sentiers. Dans cette figure, les barres bleues représentent la performance du participant 1, tandis que les barres rouges correspondent à la performance du participant 2. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Analyse des mouvements oculaires

Pour comprendre les stratégies de visualisation périphérique après l’entraînement visuel, nous analysons les distributions de fixation pour estimer la stabilité de la fixation et l’emplacement du PRL^44,45. La dispersion des positions oculaires au sein d’un essai est analysée en contrôlant les différents emplacements de fixation dans différents essais. Cette approche permet de calculer la dispersion moyenne des positions oculaires dans chaque essai. Cette mesure est une mesure intra-essai de la dispersion des positions oculaires après la première fixation de l’essai, cohérente avec les études précédentes^27,28. De plus, l’entraînement perceptuel des individus ayant une vision saine en utilisant l’affichage contingent du regard conduit à une latence de saccade plus courte⁴⁶. Nous analysons le comportement de fixation périphérique en calculant la dispersion en déterminant l’aire d’ellipse de contour bivariée (BCEA), qui englobe un pourcentage spécifié de fixations, généralement 68 %, sur une certaine période de temps (par exemple, 15 à 30 secondes). Contrairement aux études précédentes, nous avons normalisé la dispersion des fixations pour chaque durée d’essai, puis nous en avons fait la moyenne pour tous les essais (comme le montre la figure 10, colonne 2). Cette normalisation garantit que même si les fixations sont centrées à différents endroits au cours des essais, la méthode trace toutes les distributions à un point de référence commun. De plus, nous avons utilisé une analyse de densité de probabilité à l’aide de l’estimation de la densité du noyau (KDE) pour représenter visuellement les zones à forte densité de fixations (Figure 10, colonne 3). Cette technique nous permet de définir PRL comme la région correspondant au pic de la fonction KDE. Il est important de noter que ces analyses offrent un aperçu général des modèles de regard des participants au fil du temps, mais ne font pas de distinction entre la façon dont les modèles de regard varient d’un essai à l’autre.

Graphique 10. Analyse de la stabilité de la fixation : La figure montre les graphiques BCEA et KDE des distributions de fixation pour les deux participants. Dans les parcelles BCEA, une ellipse bleue renferme 68 % des fixations totales. Dans les graphiques KDE, la zone jaune vif indique la région avec la densité de fixation la plus élevée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

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Dans cet article méthodologique, nous présentons un cadre temporel du regard pour mener des recherches perceptuelles dans la perte de vision centrale simulée qui met l’accent sur le matériel, la conception et les considérations méthodologiques qui sont nécessaires pour (1) choisir la latence du système la plus courte pour l’affichage contingent du regard, (2) administrer un large éventail de tâches de perception visuelle, et (3) mesurer les performances oculomotrices et perceptuelles des participants dans ce paradigme. En ce qui concerne (1), nous soulignons la nécessité de tester la fiabilité du matériel et des logiciels pour maintenir la perception de contingence du regard. Des combinaisons spécifiques d’équipement de suivi oculaire et de logiciels et de matériel informatiques, idéalement plus d’un, doivent être testées pour s’assurer que la latence est suffisamment faible pour ne pas perturber la perception de contingence et, surtout, pour ne pas permettre aux participants d’exploiter le retard du système pour effectuer des tâches avec leur fovéa. En ce qui concerne (2), nous avons mis en place plusieurs contrôles lors de la conception des tâches (et de la collecte ultérieure de données) à l’aide d’affichages contingents au regard. Un aspect clé est de s’assurer que les participants se familiarisent avec les conditions d’observation modifiées introduites par le scotome. Cela implique de les entraîner à maintenir des fixations stables, ce qui est essentiel pour les tâches dépendantes de la fixation, et d’initier un comportement oculomoteur approprié, deux éléments cruciaux pour mener à bien les tâches perceptuelles. Nous y parvenons en entraînant les participants à se fixer sur le scotome et en utilisant une tâche d’induction PRL avant l’utilisation des tâches perceptuelles. En ce qui concerne (3), nous disposons d’un cadre détaillé pour chaque tâche, y compris la configuration, les instructions, la pratique et les méthodes adaptatives abordant à la fois les tâches de visualisation libre et les tâches contrôlées par fixation. Une caractéristique distinctive de notre cadre est sa capacité à s’adapter à un large éventail de tâches perceptuelles, conçues pour évaluer les performances à différents niveaux de traitement visuel, y compris les tâches de bas, moyen et haut niveau. Pour mesurer avec précision la performance, il est essentiel d’intégrer des pauses adéquates à l’intérieur et entre les tâches, et de structurer les exigences psychophysiques de manière à ce que la performance puisse être évaluée de manière efficace et fiable. Cette approche minimise la fatigue, en particulier chez les participants ayant une vision centrale intacte, qui pourraient autrement ressentir une tension en raison d’une utilisation prolongée de leur périphérie visuelle. Enfin, nous introduisons des méthodes pour analyser les mouvements oculaires au sein des essais en calculant la BCEA englobant un pourcentage donné de fixations sur une certaine période pour quantifier le comportement oculomoteur représentatif des différentes stratégies d’apparence périphérique des participants.

Utilisation de la perte de vision centrale simulée comme modèle pour tester la spécificité et la généralisation de l’apprentissage perceptuel

La raison d’être de l’utilisation de la perte de vision centrale simulée est double : (1) elle fournit un environnement contrôlé pour tester les stratégies d’entraînement et évaluer comment l’apprentissage est transféré à d’autres tâches et lieux non entraînés, et (2) l’utilisation efficace de la vision périphérique nécessite une amélioration à plusieurs niveaux de traitement visuel, y compris la vision de bas, moyen et haut niveau. Notre objectif est d’étudier comment ces différents domaines visuels évoluent ensemble par apprentissage perceptif suite à une perte de vision centrale. En mesurant une gamme de résultats d’apprentissage, nous visons à caractériser des profils d’apprentissage distincts et des modèles de généralisation à travers diverses mesures de résultats.

Bien qu’elles ne soient pas exhaustives, les stratégies d’entraînement proposées englobent les trois domaines du traitement visuel, abordant des aspects fondamentaux de la vision qui sont connus pour être, au moins partiellement, séparables à la fois de la performance visuelle et des perspectives neuroscientifiques. Dans cette étude, les participants suivent 20 séances d’entraînement, d’une durée d’environ 45 minutes chacune, sur l’une des quatre tâches d’entraînement attribuées au hasard. Avant le début de l’entraînement, le locus rétinien préféré (PRL) spécifique de chaque participant est identifié par la tâche d’induction PRL, et ce locus est ensuite utilisé comme locus rétinien entraîné (TRL) pendant l’entraînement. Les performances de base et post-formation pour diverses tâches d’évaluation sont mesurées afin d’observer si l’apprentissage est transféré à d’autres tâches et à des lieux non entraînés (c.-à-d. des lieux autres que le NMT). De plus, nous examinons les changements avant et après l’entraînement dans les mesures des mouvements oculaires dans ces tâches.

Limitations

Bien que ce cadre soit actuellement utilisé pour entraîner et évaluer les performances chez les personnes ayant une vision saine (à l’aide de scotomes simulés) et les patients atteints de dégénérescence maculaire (DM), plusieurs limites méritent d’être prises en compte. Dans notre étude, nous utilisons un scotome visible, qui peut conduire à des mouvements oculaires compensatoires ou à d’autres stratégies qui pourraient ne pas se produire avec un scotome invisible du monde réel. De plus, l’utilisation d’un scotome statique, par opposition aux scotomes dynamiques qui peuvent changer et croître en forme et en taille (comme on le voit chez les patients), limite notre capacité à étudier les effets longitudinaux de la perte de vision centrale. Cependant, il est possible de surveiller les propriétés physiques d’un scotome chez les patients, telles que la taille et la forme, à l’aide de la micropérimétrie. De plus, il est possible que le fond uniforme du scotome entraîne des effets d’adaptation, et les recherches futures devraient examiner l’utilisation de fonds non uniformes. De plus, bien que nous simulions la perte de vision centrale à l’aide d’écrans d’ordinateur, il est également crucial d’examiner ses effets dans des contextes plus naturalistes. Les systèmes de réalité étendue (XR) offrent le potentiel de fournir une expérience plus immersive et subjective de perte de vision centrale simulée pour les personnes ayant une vision saine, mais il est essentiel d’examiner attentivement la latence de ces systèmes pour assurer une perception fluide et réaliste du scotome. Il est important de noter que l’utilisation de la XR pourrait également faciliter l’utilisation de tâches plus naturalistes qui pourraient mieux imiter les tâches du monde réel que les personnes ayant une perte de vision centrale doivent naviguer.

Conclusion

Le cadre proposé pour l’utilisation d’affichages contingents du regard pour tester la vision dans le contexte d’une perte de vision centrale simulée a une large applicabilité à la fois pour comprendre l’utilisation de la vision périphérique après une perte de vision centrale et pour développer de nouvelles interventions d’entraînement de la vision. Le nouveau cadre multidimensionnel intègre de multiples approches pour tester la vision, à la fois dans des conditions de visualisation contrôlée par fixation et libre, et peut soutenir des interventions d’entraînement contingent au regard. D’autres aspects du cadre peuvent être étendus pour traiter d’autres conditions de perte de champ visuel rétinienne ou corticale qui reposent également sur la mesure et/ou l’entraînement qui cible des emplacements spécifiques du champ visuel dans le contexte de la perte de vision. Il peut également être transposé à l’ensemble des systèmes technologiques, tels que les systèmes modernes de réalité étendue, afin d’offrir une plus grande accessibilité à la recherche et à la pratique visant la basse vision.

Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflit d’intérêts concernant la publication de cet article.

Ce travail est soutenu par NIH NEI 1 U01 R01EY031589 et 1R21EY033623-01.