ניתוח כתב יד דיגיטלי של תווים בחולים סינים עם פגיעה קוגניטיבית קלה

מחקר זה הציע ניתוח כתב יד דיגיטלי של תווים אצל אנשים עם ליקוי קוגניטיבי קל כדי למצוא מידע רב יותר ממה שנחשף על ידי ניתוח כתב יד מסורתי עיפרון-נייר.

כמות הולכת וגדלה של ראיות מראה כי ליקויים קוגניטיביים ותפקוד לקוי של התנועה אינם מופרדים. חולים עם פגיעה קוגניטיבית קלה (MCI) יכולים להתבטא בהפרעות מוטוריות עדינות של הגפיים העליונות. כתב יד הוא פעילות אנושית מורכבת וייחודית הכוללת תיאום מוטורי וקוגניטיבי כאחד. חוקרים ממדינות המערב גילו כי חולים עם MCI יש תכונות כתב יד חריג. עם זאת, לא נערכו מחקרים רלוונטיים באוכלוסייה הסינית. בשל תופעת התרבות הצולבת של כתב יד, מטרת המחקר היא למצוא משימות כתב יד חדשות כדי להדגים את ההבדלים בתכונות כתב היד בין חולים קשישים עם MCI ואנשים בריאים המותאמים לגיל.

פגיעה קוגניטיבית קלה (MCI) נחשבת לשלב קוגניטיבי מעבר אך ניווני בהדרגה שקדם להתפרצות מחלת האלצהיימר (AD)¹. דווח כי שיעור התקדמות לספירה בשנה הוא 15% בעוד כמעט 75% ממקרי MCI מתונים וחמורים עשויים להישאר לא מאובחנים². מחקרים אחרונים דיווחו כי חולים עם MCI מתקשים בהיבטים מסוימים של משימות מוטוריות עדינות³, ואלה חולים שהראו הפרעות מוטוריות, כגון הליכה איטית, היו בסיכון גבוה לדמנציה⁴.

כתב יד הוא פעילות אנושית מורכבת הכרוכה בתערובת מורכבת של רכיבים קוגניטיביים, קינסתטיים ותפיסתיים-מוטוריים כולל תפיסה חזותית וקינסתטית, תכנון מוטורי, תיאום עין-יד, אינטגרציה חזותית-מוטורית, צניעות ומיומנויות ידניות¹. ניתוח כתב יד נוצל כדי לזהות תפקוד קוגניטיבי ומוטורי בסוגים רבים של מחלות ניווניות, כגון לספירה ומחלת פרקינסון (PD)⁵. בנוסף, היבטים מסוימים של בעיות בכתב יד דווחו להיות אינדיקטור עבור MCI הקשורים התקדמות המחלה⁶. מכיוון שרוב האוכלוסייה משתמשת בשפה, מחקרים החוקרים ניתוח כתב יד בדוברי סינית (במיוחד תווים סיניים פשוטים) עדיין חסרים.

היו כמה מאמרים שחקרו חריגות בכתב יד או "agraphia" אצל אנשים עם MCI. לדוגמה, על ידי שימוש בשיטות המסורתיות של עיפרון-נייר, ג'ואו ועמיתיו ניסו לחשוף את יכולות הכתיבה המובהקת בין חולים עם MCI לבין אנשים ללא MCI. ההבדלים בין הקבוצות לא היו ברורים, למעט שגיאות כתיבה⁷. Kawa et al. נמצאו תכונות כתב יד בחולים עם MCI באמצעות עט חכם, אשר יכול לנתח באופן דינמי את מהירות השבץ והעט במהלך הכתיבה². חומרת WACOM ותוכנת MovAlyzeR יכולות לזהות מידע רב יותר בזמן אמת בהשוואה לשיטות עיפרון ונייר מסורתיות ושיטות נייר חכמות. לכן, נתוני כתב יד דינאמיים, כגון לחץ עט כלפי מטה, מהירות, האצה ואידיוט, נמצאו כמוקד חדש של ניתוח כתב יד ביחס לנתונים סטטיים, כגון גודל אות ורווח בין מילים².

עם זאת, תופעה נוספת שלא ניתן להתעלם ממנה היא ההשפעה הבין-תרבותית של כתב היד. מערכות הכתיבה של עמים שונים אינן תמיד זהות (למשל, אותיות באנגלית נכתבות משמאל לימין ואילו אותיות עבריות נכתבות מימין לשמאל)^8. בנושא זה, אפילו ביקורות אישרו את האפקטיביות של ניתוח כתב יד^9,10 בשפות אלפביתיות, והפער הרחב בין תווים סיניים לאותיות מערביות עיכב את יכולת ההחלפה של ניתוח כתב יד בשיטות ובתוצאות¹¹ מחקרים אלה.

קיימים מספר הבדלים עיקריים בין שפות מערביות (למשל, אנגלית) וסינית. ראשית, יש הרבה יותר תנועות אופקים של קצה העט במהלך כתיבת אופי סיני לעומת כתיבת מכתב¹². שנית, בניגוד לשפת האלפבית, המשויכת לפונומים, סינית נחשבת ללוגוגרפית⁷. כתוצאה מכך, לרוב התווים הסיניים יש סדר שבץ ייחודי משלהם, ויש להגביל את הרוחב והגובה של משיכות. אחרת, רוחב וגבהים בלתי מוגבלים עלולים לגרום לבלתי לגיטימיות מוגברת¹¹ (" " ו " " הם תווים סיניים שונים לחלוטין. כמו כן, " ", " " ו " הם תווים סיניים שונים).

" (מבוטא "Zheng") הוא אופי סיני טיפוסי, פשוט, נפוץ כי כמעט כל דובר סינית עם רמה חינוכית של שנתיים יכול לקרוא ולכתוב. זה נבחר כמשימה כתיבה במחקרים קודמים ניתוח כתב יד^{סינית 6,12}. החוקרים החליטו להשתמש ב " " כמשימה שכותבת " מכיוון שהיא "מרובעת" ומורכבת מחמש משיכות, כולן אופקיות (^#1, ^#3, ^#5 קו, משמאל לימין) או אנכית (^#2, ^#4 קו, מלטה)(איור 1). על פי מחקרים מוטוריים עדינים רבים, מילוי ^{שבץ #}3 (אופקים) ואת ^#4 שבץ (אנכי) דורש תנועות פרק כף יד ואצבע טהורות, בהתאמה^6,12,13. כתוצאה מכך, מהירות השבץ של שתי המשיכות יכולה להיות ביטוי נאות¹⁴.

בנוסף, לחץ עט במהלך כתב יד הוא תכונת כתב יד שהוכח כי היא עולה על תכונות קינמטיות אחרות בהשתקפות^שליטהמוטורית 5^,15. עם זאת, אין מחקרים רלוונטיים בחולים סינים, אם כי תוצאות חיוביות אושרו על ידי קבוצות מחקר מצ'כיה, ספרד, ישראל ומדינות אחרות^8,16,17.

החתימה שימשה בדרך כלל כמטלת כתב יד במחקרים רבים⁵. באופן כללי, חתימה דורשת חשיבה מועטה או זמן אוויר¹⁸. "באוויר" מוגדר כ כאשר הלחץ של קצה העט על המסך הוא 0 במהלך כתב היד, ו"זמן באוויר" הוא סכום הזמן "באוויר" במהלך כתב היד. אנשים הסובלים מהפרעות נוירופסיכיאטריות רבות עשויים להיות ליקויים בשליטה פסיכומוטורית, ולכן הם מפגינים זמן מוגבר באוויר של החתימה. כך למשל, רוזנבלום ואח' מצאו כי חולים ישראלים עם דיכאון ופרקינסון הראו זמן ארוך יותר באוויר בהשוואה לבקרות בריאות במהלך כתיבת שמם בעברית^8,19. מכיוון שלדמויות סיניות יש צורה משלהן, במחקר זה הוחלט להשתמש בצב באורך האוויר בפילוח בין תווים במהלך כתיבת השם כפרמטרים אינדיקטיביים פוטנציאליים. טורטואוזיות, המוגדרת על ידי היחס בין אורך הקשת למרחק האוקלידי בין נקודות קצה, היא מדד של עקמומיות, ולכן אינדקס החלקות של פלט כתיבה ספציפי²⁰.

המחקר שלנו אושר על ידי ועדת האתיקה האקדמית של האגף למדעי הביולוגיה של בית החולים הכללי PLA הסיני בבייג'ינג, סין.

1. היבטים כלליים של פיתוח שיטות

1. השתמש בדיגיטייזר USB (לדוגמה, Wacom Cintiq Pro 16) ובעט עט אלקטרוני ידני עבור תנועות כתב היד. המפרטים המפורטים של הדיגיטציה הם כדלקמן: מידות חיצוניות (רוחב x עומק x גובה) 410 x 265 x 17.5 מ"מ, רזולוציה מרחבית 3840 x 2160 נקודות, גודל פיקסל 0.090 x 0.090 מ"מ, רזולוציה זמנית 30 אלפיות השנייה ורמת לחץ של 8,192.
2. חבר מחשב נישא לדיגיטייזר כדי לאסוף ולהציג את מעקבי כתב היד.
3. השתמש בתוכנה (לדוגמה, Neuroscript MovAlyzeR) להקלטה, עיבוד וניתוח של נתונים.
4. קריטריוני הכללה/אי-הכללה של מטופל
   1. לגייס משתתפי MCI המציגים תלונה זיכרון, פונקציית זיכרון לקוי אובייקטיבית, פעילויות שלמות של חיי היומיום, ואת היעדר^{דמנציה 21}. חוץ מזה, הם צריכים להיות ברמה החינוכית של יותר מ 2 שנים של בית ספר מקדים בסין היבשתית, אחרת, הם עלולים להתקשות בכתיבת תווים סיניים.
   2. אל תכלול משתתפים בעלי מוגבלות ראייתית וגפיים עליונות ברורות.

2. משימת כתב יד

1. הפעל את התוכנה ועט חרט שאינו בדיו.
2. צור דוגמה לתווים סיניים באזור הכתיבה של הדיגיטציה (ראו איור 1).
3. אפשר לנושאים למקם את אזור הכתיבה במיקום נוח.
4. אפשר לנושאים לכתוב על אזור הכתיבה ולהתאים את העט ואת פני השטח של אזור הכתיבה.
5. הגדר את קצב הדגימה בתוכנה ל- 200 הרץ.
6. הורה לנושאים לכתוב את שמו בסינית ביד הדומיננטית.
   הערה: חתימה בכתב רהור או בגירסה מודפסת מקובלת, כפי שהנושא רצה.
7. הורה לנושאים לכתוב את הדמות הסינית " ( " (מבוטא "ז'נג") ביד הדומיננטית.
   הערה: התו הסיני " " בגירסה מודפסת מקובל.
   1. הזכר לנושאים לכתוב בגירסה מודפסת לפני תחילת כתב היד.
      הערה: ודא שהנושא יושב וכותב בעמדה זקופה.
8. שמור על הוראות גלויות במהלך כל תקופת ניסיון.
   1. חזור על משפט כתב היד שלוש פעמים.
   2. אם התו " " היה כתוב בסדר קו שגוי, הפסק את גירסת הניסיון ואת המעקב והצג לנושא כיצד לכתוב את התו בסדר הקו הנכון.
   3. אם היסוס כלשהו נגזר מחוסר ידע, הפסק את המשפט והצג לנושא כיצד לכתוב את הדמות בצורה נכונה.

3. ניתוח נתונים

1. הפעל את התוכנה; לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על התנסה ובחר מאפיינים.
2. בחר עיבודולאחר מכן בחר פילוח.
3. לחץ על הוסף פילוח ראשון בכל קצב, הוסף פילוח אחרון בכל קצב, והזז נקודת פילוח ל pendown הקרוב ביותר אם ב penlift בדגלי פילוח.
4. לחץ על במסלולי pendown בשיטות פילוח.
   הערה: כל ההתאמות הללו עבור מצב ברירת המחדל נעשו כדי לשפר את הניתוח של כתב היד הסיני.

4. חישוב פרמטר

1. הפעל את התוכנה, בחר את הנושאים ב " ", ולחץ על משפטי כתב יד.
2. השתמש במערכת המעקב ועקוב אחר תהליך כתב היד וסדר הקו של " צעד אחר צעד ".
3. מצא את הפילוח של קו ^#3 של " וקרא את "המהירות המוחלטת הממוצעת" ב"נתונים שחולצו".
   הערה: תוכנת ניתוח כתב היד תחשב באופן אוטומטי את "המהירות המוחלטת הממוצעת" של כל פילוח.
   התראה: קו ^#3 של " הוא תנועה אופקית (משמאל לימין) של קצה העט הקצרה יותר מתווי 1 ותו 5 (איור 1A).
4. מצא את הפילוח של קו ^#4 של " וקרא מתוך "המהירות המוחלטת הממוצעת" ב"נתונים שחולצו ".
   התראה: קו ^#4 של " הוא תנועה אנכית (מ למעלה ולמטה) של קצה העט הקצרה יותר מתווי 2 ( איור1).
5. קרא את "לחץ עט" של כל פילוח ב "נתונים שחולצו" ולקבל "לחץ עט ממוצע" של " ".
   הערה: תוכנת ניתוח כתב היד תחשב באופן אוטומטי את "לחץ העט הממוצע" של כל פילוח.
6. הפעל את התוכנה, בחר את הנושאים ב " ", ולחץ על משפטי כתב יד.
7. באמצעות מערכת המעקב, עקוב אחר תהליך כתב היד וסדר הקו של החתימה צעד אחר צעד.
8. חפש את הפילוח של הקו בין התווים וקרא את "גודל מוחלט" ו "אורך כביש" ב " נתוניםשחולצו ".
9. השג את הצב באורך האוויר בפילוח בין תווים בהתאם למשוואה.
   הערה: הפילוח של הקו בין תווים היה פילוח באוויר (איור 2).
   1. חשב את אורך האוויר טורטואוזיות: 1-גודל מוחלט / אורך הכביש %.
      הערה: טורטואוזיות, המוגדרת על ידי היחס בין אורך הקשת למרחק האוקלידי בין נקודות קצה, היא מדד של עקמומיות, ולכן אינדקס החלקות של פלט כתיבה ספציפי²⁰. עקומה מפותלת מאוד יש כמה עיקולים או עקומות, ואילו עקומה מתפתלת נמוכה היא אחת עם לולאות / עקומות רחבות יחסית וישירות יותר.
      התראה: רוב השמות בסינית מורכבים משני תווים או שלושה תווים. אם החתימה כוללת שני תווים, קיים פילוח אחד בלבד של קו בין תווים. אם החתימה כוללת שלושה תווים, קיימים שני מקטעי קו בין תווים. טורטואוזיות באורך באוויר בפילוח בין תווים תהיה ערך ממוצע.

5. ניתוח סטטיסטי

1. הערך הבדלים קבוצתיים באמצעות מבחן tשל סטודנט. ערך P קטן מ- 0.05 נחשב מובהק סטטיסטית. בצע את כל הניתוחים הסטטיסטיים באמצעות חבילת התוכנה הסטטיסטית SPSS 22.0.

הנתונים הדמוגרפיים של הנבדקים הראו כי כל הקבוצות התאימו היטב לגיל, מגדר, רמה חינוכית, יד דומיננטית ופרמטרים אחרים.

כפי שמוצג בטבלה 1, במהלך כתיבת הדמות הסינית " ", נבדקים קשישים עם MCI הציגו מהירות מוחלטת ממוצעת נמוכה יותר של ^#3 (2.46 ± 0.40 לעומת 1.82 ± 0.55, P = 0.001) ו ^#4 פעימה (2.61 ± 0.46 מול 1.93 ± 0.50, P < 0.001) ולחץ עט ממוצע גבוה יותר (237.43 ± 39.77 לעומת 281.99 ± 37.70, P = 0.001) בהשוואה לקשישים בריאים. בנוסף, במהלך החתימה על שמות סיניים, הנבדקים המבוגרים עם MCI הציגו טורטואוזיות גבוהה יותר באורך האוויר בפילוחים בין הדמויות בהשוואה למקצועות קשישים בריאים (12.57 ± 6.96 לעומת 31.66 ± 7.53, P < 0.001).

איור 1: תו סיני " " כתוב בתוכנה. (A). הדמות הסינית " " מוצגת רק הקטעים שעל המסך. העיגולים האדומים הם ההתחלות והקצוות של המקטעים. הקווים הכחולים הם עקבות הפילוח שעל המסך. (B). הדמות הסינית " " עם הקטעים באוויר ובמסך המוצגים. הקווים הכחולים הם עקבות הפילוח שעל המסך. הקווים האפורים הם עקבות הפילוח באוויר. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: חתימות סיניות של נבדקים קשישים בריאים ונושאים קשישים עם MCI. (A). החתימה הסינית " " (נושא של קבוצת הקשישים הבריאים) עם רק פילוחים על המסך שהוצגו. העיגולים האדומים הם ההתחלות והקצוות של פילוחים. הקווים הכחולים הם עקבות הפילוח שעל המסך. (B). החתימה הסינית " " (נושא של קבוצת הקשישים הבריאים) עם פילוחים באוויר ובמסך שהוצגו. הקווים הכחולים הם עקבות הפילוח שעל המסך. הקווים האפורים הם עקבות הפילוח באוויר. האזורים האדומים מדגישים את פילוח אורך האוויר בין תווים (טורטואוזיות = 5.34%). האזור השמאלי הוא הפילוח בין " " ל " (גודל מוחלט = 2.2226; אורך כביש = 2.4658; טורטואוזיות = 9.98%). האזור הימני הוא הפילוח בין " " ל " (גודל מוחלט = 2.9607; אורך כביש = 2.9821; טורטווזיות = 0.71%). (C). החתימה הסינית " " (נושא של קשישים עם קבוצת MCI) עם רק פילוחים על המסך הציג. העיגולים האדומים הם ההתחלות והקצוות של המקטעים. הקווים הכחולים הם עקבות הפילוח שעל המסך. (D). החתימה הסינית " " (נושא של קשישים עם קבוצת MCI) עם פילוחים באוויר ובמסך שהוצגו. הקווים הכחולים הם עקבות הפילוח שעל המסך. הקווים האפורים הם עקבות הפילוח באוויר. האזור האדום מדגיש את פילוח אורך האוויר בין תווים (גודל מוחלט = 1.2100; אורך הכביש = 1.7072; טורטואוזיות = 29.12%). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

	קשישים בריאים	קשישים עם MCI	ערך P
	N=20	N=20
מין (זכר/נקבה)	10/10	8/12	0.74
גיל (שנים)	69.70±4.51	70.39±3.42	0.602
יד דומיננטית (מימין%)	100	100
חינוך (שנים)	9.60±3.72	8.22±3.30	0.237
MMSE (ציון)	28.90±0.79	26.33±0.77	<0.001
מהירות מוחלטת ממוצעת של 3# שבץ של " "	2.46±0.40	1.82±0.55	0.001
מהירות מוחלטת ממוצעת של 4# שבץ של " "	2.61±0.46	1.93±0.50	<0.001
לחץ עט ממוצע של " "	237.43±39.77	281.99±37.70	0.001
טורטואוזיות של באורך אוויר "חתימה" (%)	12.57±6.96	31.66±7.53	<0.001
MCI: פגיעה קוגניטיבית קלה
תו 3 " " היא תנועה אופקית.
תו 4 " " הוא תנועה אנכית.

טבלה 1: נתונים דמוגרפיים וניתוח כתב יד של נושאים.

השלבים הקריטיים בפרוטוקול מאשרים את הקריאות של " " . בפירוט, בתוך תו שלם, קו ^#3 צריך להיות קצר יותר מאשר משיכות אופקים אחרים, ואת ^{קו #}4 צריך להיות קצר יותר מאשר קו ^#2. באופן ספציפי יותר, דרושים משאבים קשב יותר במהלך הכתיבה של ^#3 שבץ ו ^#4 שבץ^6,12, ושתי משיכות יש מגבלת אורך דומה. ייתכן שאורך שבץ לא הולם הוליד הטיה בזיהוי מהירות.

התוכנה עם מסך הדיגיטציה היא תוכנה לאיסוף נתונים מקוון ללא צורה דמוית עיפרון נייר. כדי להתחיל ולהפסיק לכתוב, הנבדקים צריכים לעקוב אחר ההוראות של החוקרים או המכשירים המנחים. תנאים מפורשים אלה יכולים להיות גורמי לחץ עבור נושאים, להסיח את דעתם משאבים תשומת הלב שלהם להשפיע על הביצועים של כתב היד. פתרון הבעיות של שיטה זו חמור עוד יותר בחולים מאזורים כפריים שאינם מכירים מכשירים אלקטרוניים. מספיק זמן חימום יכול לעזור. דרך נוספת למזער את ההשפעות של מגבלה זו היא למקם גיליון נייר על גבי הדיגיטייזר. בנוסף, התקנים שיכולים לאסוף נתונים לא מקוון עם צורות דמויי עיפרון דמויי נייר, כגון Smartpen בתוספת מחברת Livescribe, עשויים להיות שינוי נוסף. ככל הידוע לנו, נתונים מתוכנות MovAlyzeR ו-Smartpen יהיו תואמים בעתיד הקרוב.

ראשית, מכיוון שהמוקד העיקרי היה בניתוח הדינמי של כתב היד, פרמטרים סטטיים, כגון רוחב וגובה של תווים, לא נכללו ונותחו במחקר הנוכחי. למעשה, " " אושרה כמשימה טובה לכתיבה לגילוי מיקרוגרפיה ב- PD¹². שנית, כמה חוקרים בחרו להגביל את גודל התו במהלך משימת כתב היד (למשל, 1 ס"מ, 2 ס"מ, ו 4 ס"מ משרעת)¹⁹. כפי שנמצא, הנבדקים דורשים יותר זמן לכתוב במשרעת קטנה יותר יחסית לזו גדולה יותר. משרעת מובהקת לא הוגדרה במחקר זה בעוד הצורה של תווים סיניים עשויה להיות גבול משתמע עבור שבץ מסוים.

למיטב ידיעתנו, זהו המחקר הראשון של ניתוח כתב יד דיגיטלי עבור משתמשי אופי סיניים פשוטים. משימות כתב יד נוספות לגבי תווים סיניים פשוטים ניתן להשתמש כדי למצוא ליקויים קוגניטיביים ותפקוד מוטורי בחולים עם הפרעות נוירופסיכיאטריות.

ניתוח כתב יד דיגיטלי יכול להשלים מבחנים קוגניטיביים מסורתיים של נייר עיפרון, כגון מבחן עשיית שבילים, MMSE, הערכה קוגניטיבית של מונטריאול ואחרים^17,22. ניתוח תכונות כתב יד במהלך מבחן קוגניטיבי הוא פרדיגמה חדשה עבור משימות כפולות מוטוריות-קוגניטיביות²³. שיטה זו עשויה להיות לעזר לאבחון תסמונת הסיכון הקוגניטיבי המוטורי ומחלת כלי ים קטנים במוח.

למחברים אין מה לחשוף.

אנו מודים לפרופסור הנס-ליאו טיולינגס מחברת Neuroscript LLD על התמיכה בטכנולוגיה הדיגיטלית.

מחקר זה נתמך על ידי קרן וו ג'יפינג (גרנט מס': 320.6750.18456).