Simüle Edilmiş Merkezi Görme Kaybı ile Algısal Öğrenme Araştırmaları için Bakışa Bağlı Bir Ekran Çerçevesi

Merkezi görme kaybını simüle eden algısal ve okülomotor araştırmalar için tasarlanmış bir bakış koşullu ekran çerçevesinin geliştirilmesini sunuyoruz. Bu çerçeve, hem simüle edilmiş hem de patolojik merkezi görme kaybı yaşayan bireylerde telafi edici davranışsal ve okülomotor stratejileri incelemek için özellikle uyarlanabilir.

Makula dejenerasyonu (MD), Batı dünyasında görme bozukluğunun önde gelen nedenlerinden biridir. MD'li hastalar, görme kayıplarını telafi etmek için, tercih edilen bir retina lokusu veya hasarlı foveayı değiştirmek için daha sık kullandıkları korunmuş bir periferik bölge olan PRL'yi benimsemek de dahil olmak üzere spontan göz hareketi stratejileri geliştirme eğilimindedir. Bununla birlikte, tüm hastalar bir PRL geliştirmede başarılı değildir ve yapsalar bile aylar sürebilir. Şu anda, altın standart bir rehabilitasyon tedavisi mevcut değildir ve MD araştırmaları işe alım, uyum ve komorbidite sorunları tarafından daha da engellenmektedir. Bu sorunların ele alınmasına yardımcı olmak için, giderek artan bir araştırma grubu, sağlam görüşe sahip bireylerde simüle edilmiş bir merkezi görme kaybı paradigmasında göz izleme kılavuzlu, bakışa bağlı ekranlar kullanmıştır. Simüle edilmiş görme kaybı, patolojik merkezi görme kaybından niteliksel olarak farklı olsa da, çerçevemiz, telafi edici göz hareketlerini incelemek ve az görmede olası rehabilitasyon müdahalelerini test etmek için oldukça kontrollü bir model sağlar. Kapsamlı bir çerçeve geliştirerek, yalıtılmış ve bağlantısız görevlere güvenmek yerine, daha büyük ölçekli hipotezleri test edebileceğimiz uyumlu bir ortam yaratıyoruz, bu da görevler arasındaki etkileşimleri incelememize, birden fazla önlemde eğitim etkilerini değerlendirmemize ve gelecekteki araştırmalar için tutarlı bir metodoloji oluşturmamıza olanak tanıyor. Ayrıca, simüle edilmiş merkezi görme kaybı çalışmalarına katılanlar, MD'li hastalara kıyasla okülomotor telafi edici davranışlarında benzerlikler göstermektedir. Burada, simüle edilmiş merkezi görme kaybı ile ilgili bakışa bağlı çalışmaların yürütülmesi için bir çerçeve sunuyoruz. Sağlıklı bireylerin farklı görsel işleme düzeylerini kapsayan çok çeşitli algısal görevlerde davranışsal ve okülomotor performansını test etmek için çerçevenin kullanımını vurguluyoruz. Ayrıca, bu çerçevenin MD hastalarının eğitimi için nasıl uyarlanabileceğini de tartışıyoruz.

Makula dejenerasyonu (MD), küresel olarak görme bozukluğunun ana nedenidir ve 2040 yılına kadar dünya çapında 248 milyon insanı etkilemesi beklenmektedir¹. Geç evre MD, görme alanının merkezindeki (fovea) fotoreseptörlerin hasar görmesi ile karakterizedir. Merkezi görme kaybı, navigasyon², okuma³ ve yüzleri tanıma⁴ gibi merkezi görüşe dayanan günlük görevler üzerinde ciddi etkilere sahiptir. MD'nin sonuçları bu bireylerin yaşam kalitesini büyük ölçüde etkiler⁵ ve olumsuz psikolojik sonuçlara yol açar⁶. Santral görmeden yoksun olan MD'li hastalar, foveanın yerini almak için periferik retinal bölgenin kullanımını içeren kompansatuar okülomotor stratejileri spontan olarak geliştirebilirler (Şekil 1). Tercih edilen retina lokusu (PRL)⁷ olarak adlandırılan bu bölge, genellikle fiksasyon, okuma ve yüz tanıma gibi görevlerde hastalar tarafından benimsenir. PRL'nin, MD'li hastalarda, fovea ^8,9'un okülomotor referans görevlerini üstlendiğine dair kanıtlar vardır. Ayrıca, merkezi görme kaybı olan hastalarda dikkat ve bilişsel kontrolde değişiklikler gözlenir, bu da görme kaybı ile bilişsel işlevler arasında bir ilişki olduğunu düşündürür¹⁰.

Şekil 1. Sağlıklı görüşe sahip bireylerin ve foveal skotomlu makula dejenerasyonu hastalarının algısal deneyiminin gösterimi. Foveal skotom makula dejenerasyonu olan hastalarda merkezi görme kaybına yol açar. Bazı kişiler, tercih edilen retina lokusu (PRL) olarak tanımlanan periferik bir retina konumu kullanarak foveaya görsel girdi kaybını kısmen telafi edebilir. PRL gelişen hastalarda, bu genellikle eksantrik fiksasyon için ve günlük görevler sırasında kullanılır. PRL'nin retina konumu, şekli ve boyutu kişiden kişiye değişebilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Görme kaybını telafi etmek veya merkezi görme kaybını telafi etmek için altın standart bir müdahale bulunmamakla birlikte, periferik görme yoluyla telafiyi iyileştirmek için optometri, mesleki terapi ve görme biliminden deneysel yaklaşımlar test edilmektedir^11,12. Okülomotor yaklaşımlar, hastalara daha yeterli bir PRL 11,12,13,14,15 kullanmayı öğretmek de dahil olmak üzere göz hareketi kontrolünü ve koordinasyonunu geliştirmeyi öğretmeye odaklanırken, algısal müdahaleler, PRL içindeki genel periferik görme yeteneklerini veya görüşü geliştirmeye odaklanır ve periferik görme sınırlamasının kısmen üstesinden gelir 16,17,18,^19,20. Son çalışmalar, merkezi görme kaybında göz hareketlerinin incelenmesi için bir paradigma olarak göz izlemeye dayalı bir bakışa bağlı ekran kullanmıştır 21,22,23,24,25,26,27,28,29. Sağlıklı bireylerde simüle edilmiş bir skotom (yani, görme alanının merkezi bölgesini tıkayan bir tıkayıcı) kullanan bu yaklaşım (Şekil 1), skotomun boyutu ve şekli gibi çeşitli parametreler üzerinde yüksek kontrol sağlarken, işe alım ve uyum sorunlarını azaltır ve böylece MD'li hastaların doğrudan katılımına umut verici bir alternatif sunar. Merkezi görme kaybı ile simüle edilmiş skotom^30,31 arasında çeşitli farklılıklar olsa da, PRL'nin gelişimi gibi ilkinde gözlenen okülomotor davranışların bir kısmı ikincisinde görülebilir 27,30,32, bu da telafi edici okülomotor stratejilerin bazı yönlerinin bu bakış koşullu paradigma tarafından ortaya çıkarılabileceğini düşündürmektedir. Daha da önemlisi, simüle edilmiş merkezi görme kaybı, hem sağlıklı görme sisteminde hem de merkezi görme kaybını takiben plastisiteyi incelemek için geniş bir çerçeve sağlar.

Burada, sağlıklı bireylerde ve bazı değişikliklerle MD hastalarında algısal, okülomotor ve dikkat performanslarını test etmek için kullanılabilecek bir bakış koşullu çerçevenin tasarımını, geliştirilmesini ve kullanımını sunuyoruz (Şekil 2). Ayrıca, bakışa bağlı, çevresel eğitime eşlik eden teknik ve psikofiziksel hususları da detaylandırıyoruz. Önemli bir teknik zorluk, scotoma^33'ün pürüzsüz, kısa gecikmeli bir hareketi algısının yaratılmasını içerir. Bu kısa gecikme, uygun görüntüleme cihazları, göz izleyicileri ve işletim sistemleri seçilerek elde edilir 34,35,36. Önceki çalışmalar, her bir donanım parçasının nasıl gecikme süresi³⁷ eklediğini ve genel gecikmeyi azaltma, göz kırpmalarını ve yavaş göz hareketlerini³³ azaltma stratejilerini belgelemiştir. Paradigmamızın yeni bir yönü, hem sağlıklı hem de hasta popülasyonlarında algısal araştırmalar için tek bir çerçeve içinde çeşitli eğitim ve değerlendirme görevleridir. Çerçeve, merkezi görme kaybından etkilenen, özellikle düşük seviyeli görme, üst düzey görme, dikkat, okülomotor kontrol ve bilişsel kontrol olmak üzere çoklu görsel işleme seviyelerini karakterize eder. Bu yaklaşımın değiştirilmiş bir versiyonu kullanılarak yapılan ön testler, hem sağlıklı kontrollerde hem de hasta popülasyonunda görme keskinliğinde iyileşme olduğuna dair kanıtlar göstermiştir³².

Şekil 2. Makula Dejenerasyonunda görme rehabilitasyonu ve görme sistemindeki plastisite çalışmalarına çok boyutlu yaklaşım. Görsel işlemeye katkıda bulunan ve merkezi görme kaybında etkilenen görsel algı, okülomotor ve bilişsel kontrol gibi birbirine bağlı boyutların gösterimi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tüm katılımcılar görme keskinliği 20/40 ve üzeri olan ve bilinen bir görme sorunu olmayan sağlıklı bireylerdi. Her iki temsilci katılımcı da kadındır ve yaşları 27 ve 24'tür. Tüm katılımcılar bilgilendirilmiş onam verdi ve çalışma, Birmingham'daki Alabama Üniversitesi'ndeki Kurumsal İnceleme Kurulu'ndan (IRB) onay aldı.

1. Simüle edilmiş merkezi görme kaybı araştırmaları için ideal bir sistemin belirlenmesi

1. Göz izleyiciden uyaran oluşturma yazılımına sürekli bir döngü içinde verimli bir şekilde bilgi ileten bir sistem tanımlayın. En düşük gecikme süresine sahip olanı belirlemek için farklı sistem kombinasyonlarının gecikmesini ölçmek için^37'de açıklanan yöntemleri kullanın.
   NOT: İki göz izleyici (EyeLink 1000 Plus Tower Mount ve TRACKPixx3), iki görüntü cihazı (CRT Monitör (yenileme hızı = 100 Hz) ve Display++ (yenileme hızı = 120 Hz)) ile iki işletim sisteminden (Windows 10 ve Mac iOS) oluşan dört farklı sistem kombinasyonunun birleşik gecikmesinin karşılaştırması Şekil 3'te gösterilmiştir. Her kombinasyon 20 kez ölçüldü. Sonuçlar, Vpixx TrackPixx3 göz izleyici Windows 10 işletim sistemi ile birlikte kullanıldığında sistem gecikmesinin en düşük olduğunu gösterdi.

Şekil 3: Farklı monitör, göz izleme cihazları ve işletim sistemi kombinasyonları arasında gecikme karşılaştırması. Çubuklar, kombinasyon başına 20 tekrar boyunca ± 1 standart sapmayı temsil eder. Ölçümler, ağır çekim modunda bir Mac işletim sistemli telefon ile alındı ve 240Hz yenileme hızına ulaştı. TP/CRS/Win, E1000/CRT/Mac (t(38)=9.53, p<0.001), E1000/CRS/Mac (t(38)=16.24, p<0.001) ve E1000/CRS/Win (t(38)=3.94, p<0.001) değerlerinden istatistiksel olarak farklıdır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

2. Katılımcının bakışa bağlı ekran aracılığıyla simüle edilmiş merkezi görme kaybına aşina olması

NOT: Merkezi görme kaybını simüle etmenin temel bir bileşeni, katılımcıları bakışa bağlı ekranla tanıştırmaktır. Uygun bir aşinalık olmadan, yetenek ölçümleri, katılımcıların bakışa bağlı ekranda gezinme çabasıyla birleştirilebilir. Protokoldeki birkaç önemli adım, görsel performansı güvenilir bir şekilde ölçebilmek için bakışa bağlı ekrana yeterli düzeyde aşina olunmasını sağlar.

1. Katılımcılara belirli bir oturum sırasında gerçekleştirecekleri görev hakkında görsel-işitsel talimatlar verin. Her görev için, asıl görevden ekran görüntüleri içeren özel video talimatlarına sahip olun. Ardından, katılımcının belirli bir görevde ne bekleyeceğini iyi anladığından emin olmak için talimatları sözlü olarak açıklayın.
2. Ana görevlerin her birine başlamadan önce katılımcılara pratik denemeler yapın. Bu, görevle ilgili herhangi bir soruyu açıklığa kavuşturmak için bir fırsat sağlar.
3. İlk ziyaret sırasında, bakışa bağlı görevleri yerine getirmeden önce, katılımcılar üzerinde fiksasyon eğitimi gerçekleştirin, burada simüle edilmiş skotomalarını ekrandaki beyaz bir merkezi kutu içine yerleştirmeyi öğrenirler ve denemeler boyunca uzamsal tolerans artarken, ekranda görünebilecek çeldiricileri görmezden gelirler.
4. Ek olarak, katılımcılar üzerinde PRL benzeri davranışların gelişimini teşvik etmek için tasarlanmış bir PRL indüksiyon görevi gerçekleştirin. Bu görevde, katılımcıların ekrana rastgele yerleştirilmiş ve bir hedefi kaplayan opak bir diski (örneğin, bir Landolt C) görüntülemelerini sağlayın ve hedefi ortaya çıkarmak için skotoma'yı opak diske yaklaştırın.
   NOT: Bu görevin okülomotor analizi, daha sonra bir eğitim odağı olarak kullanılabilecek erken bir PRL benzeri konumu gösterebilir. Bu deneysel paradigmada, dairesel merkezi skotoma 10° görüş açısını korudu. Bu adımlar, katılımcıların bakışa bağlı ekrana aşina olmalarına ve onları çevresel görüşlerini kullanarak çok çeşitli algısal değerlendirmeler ve eğitim görevleri gerçekleştirmeye hazırlamalarına olanak tanır.

3. Etkili talimatların geliştirilmesi

NOT: Talimatlar, katılımcılara farklı görevler sırasında uyaranlara nasıl tepki verecekleri ve simüle edilmiş skotomalarını nasıl yönetecekleri konusunda rehberlik etmede çok önemli bir rol oynar. Herhangi bir karışıklığı önlemek için uygun talimatlar eksiksiz ve açık olmalıdır. Anlaşılmasını sağlamak için talimatlar gerektiği gibi tekrarlanmalıdır.

1. Eğitici videolar
   1. Görsel gösterim: Görevin her adımını görsel olarak gösteren videolar sağlayın. Videolar, simüle edilmiş skotomun görev sırasında uygun şekilde nasıl yönetileceğini ve uyaranlara nasıl yanıt verileceğini açıkça göstermelidir.
   2. Anlatım: Süreci basit terimlerle açıklayan görsel gösteriye eşlik etmek üzere geliştirilmiş kısa bir senaryo sunun. Dilin kolay anlaşılır olduğundan emin olun ve teknik terminolojiden kaçının.
2. Yazılı sözlü talimatlar
   1. Tutarlılık: Farklı oturumlar ve katılımcılar arasında tutarlılığı sağlamak için sözlü talimatlar için standartlaştırılmış bir komut dosyası kullanın. Örnek: Görev boyunca, gözlerinizi dinlendirmek için birden fazla mola olacak. Bu molalar sırasında başınızı çene desteğinin üzerinde tuttuğunuzdan emin olun. Göreve devam etmeye hazır olduğunuzda boşluk tuşuna basın, görev yeniden başlayacaktır.
   2. Netlik: Yavaş ve net bir şekilde konuşun - görevin tüm önemli yönlerini vurguladığınızdan emin olun.
3. Görsel talimatlar
   1. Ekran talimatları: Görevlerin tamamlanmasından önce ve sırasında katılımcıların okuyabileceği ekranda yazılı rehberlik sağlayın. Katılımcının her görev sırasında karşılaşabileceği uyaranları göstermek için görsel yardımcılarla netlik için kısa cümleler kullanın.

4. Değerlendirme görevlerinin tasarımı ve uygulanması

NOT: Bu çerçevede tasarlanan görevler genel olarak iki ana kategoriye ayrılır: (1) Serbest göz hareketi görevleri ve (2) Fiksasyon kısıtlı görevler. Serbest göz hareketi görevlerinde, katılımcıların ekranda rastgele konumlarda görünen hedefleri belirlemek (veya metin okumak için) için ekran boyunca göz hareketleri yapmalarına izin verirken, fiksasyonun kısıtlı olduğu görevlerde, katılımcılardan görev boyunca merkezi bir beyaz kutu içinde fiksasyonu sürdürmelerini ve karar vermek için çevresel görüşlerini kullanmalarını isteyin. Şekil 4'te her kategori için örnek görevler ve açıklamalar gösterilmektedir. Görevler hakkında daha ayrıntılı bilgi^38'de bulunabilir.

Şekil 4: Çerçeve kullanılarak tasarlanan farklı değerlendirme görevlerinin görsel bir temsili. Görevler genel olarak, skotomun hedefleri serbestçe görmek için katılımcıların göz hareketlerini takip ettiği Serbest göz hareketi görevleri (üst panel) ve skotomun görev boyunca merkezi bir beyaz kutu içine yerleştirilmesi gereken Sabitleme kısıtlı görevler (alt panel) olarak kategorize edilmiştir. Bu rakam^38'den değiştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

1. Serbest göz hareketi görevleri
   NOT: Serbest göz hareketi görevleri, katılımcıların görevleri yerine getirirken göz hareketi davranışlarını ölçer. Bunlar, okuma ve görsel arama gibi doğal görevler bağlamında gözün hareketlerinin anlaşılmasını teşvik eder.
   1. Eğitici video/sözlü talimatlar
      1. Kalibrasyondan önce katılımcıya eğitici bir video ve yazılı sözlü talimatlar sunun.
   2. Kalibrasyon
      1. Görevler arasında önceki kalibrasyonların doğrulamalarını çalıştırın ve doğrulamalar zayıf olduğunda veya katılımcılar görevler arasında ara verdiğinde ek kalibrasyonlar yapın.
   3. Serbest görüntüleme görevine özel yöntemler
      1. Katılımcılara tek bir alana odaklanmak yerine bakışlarını kullanarak çeşitli eylemler gerçekleştirmeleri talimatını veren serbest görüntüleme görevlerini gerçekleştirin. Görevi aşağıdaki varyantlardan biriyle gerçekleştirmeyi seçin.
      2. Skotoma'yı bir işaretin yakınına getirin ve bir uyaranın ortaya çıkmasına neden olun. Belirli bir ekran konumuna sabitlemeyi belirli bir süre için sürdürün. Okuma veya görsel arama gibi standart bir görevi, skotoma tarafından engellenen merkezi görüş ile gerçekleştirin.
      3. Görevlerin başında, katılımcılara ekrandaki talimatları ve ardından bir dizi alıştırma denemesi sağlayın. Alıştırma denemelerinin tamamlanmasının ardından, göreve geçmeden önce hatırlatma talimatları verin. Performansı ölçmeden önce katılımcıların görsel düzenleri, gerekli okülomotor eylemleri ve her bir görevin yanıt özelliklerini anlamalarından ve kullanmalarında yeterlilik gösterdiklerinden emin olun.
      4. Katılımcılara, skotoma kullanımı nedeniyle görsel geri bildirim gözden kaçabileceğinden, her bir görevi tamamlarken yanıtlarının doğruluğunu gösteren işitsel geri bildirim sağlayın.
      5. Yorgunluğu test etme şansını azaltmak için her göreve 1 dakikaya kadar aralar ekleyin. Test yorgunluğunu azaltma olasılığını azaltmak için daha uzun değerlendirme oturumları içeren günler için 3 dakika veya daha uzun aralar verin.
2. Sabitleme kısıtlı görevler
   NOT: Fiksasyon kısıtlı görevler, belirli görme alanı konumlarında periferik görüşü test etmek veya eğitmek için yararlıdır. Bu görevler, görme keskinliği, kontrast duyarlılığı, kalabalık vb. dahil olmak üzere hem erken hem de orta düzey görsel işlemenin yanı sıra dışsal ve endojen dikkat dahil olmak üzere üst düzey görsel işlemeyi test etmek için uygundur. Bu görevler için, katılımcıların görev performansının sabit sabitlemeye adanmış dikkat kaynakları tarafından karıştırılmasını önlemek için sabit sabitlemeyi sürdürmeyi öğrenmeleri önemlidir. Bu görevler sırasında, katılımcılardan periferik görüşlerinde ortaya çıkan uyaranlara yanıt verirken, fiksasyon yardımcılarının yardımıyla merkezi görüşlerini ekranın merkezine odaklamaları istenir (Şekil 5B).
   1. Eğitici video/sözlü talimatlar
      1. Kalibrasyondan önce katılımcıya eğitici bir video ve yazılı sözlü talimatlar sunun.
   2. Kalibrasyon
      1. Görevler arasında önceki kalibrasyonların doğrulamalarını çalıştırın ve doğrulamalar zayıf olduğunda veya katılımcılar görevler arasında ara verdiğinde ek kalibrasyonlar yapın.
   3. Fiksasyon kısıtlı göreve özgü yöntemler
      1. Sabitleme kısıtlı görevler sırasında, katılımcılardan görev süresince çene dayanağındaki baş pozisyonlarını korumalarını isteyin ve kalibrasyonun süreç boyunca orijinal pozisyona mümkün olduğunca doğru kalmasını sağlayın.
      2. Katılımcılara ekrandaki talimatları ve ardından bir dizi alıştırma denemesi sağlayın. Alıştırma denemelerinin tamamlanmasının ardından, göreve geçmeden önce ekrandaki talimatlardan oluşan bir hatırlatma seti verin.
      3. Bu görevler sırasında, katılımcılardan sabitleme kutusunun her iki tarafında çevresel görüşlerinde görünen uyaranlara yanıt verirken, sabitleme yardımcılarının (beyaz dikdörtgen sabitleme kutusu) yardımıyla merkezi görüşlerini ekranın merkezine odaklamalarını isteyin.
      4. Katılımcılardan, değerlendirme sırasında sağlarında bulunan beş düğmeli yanıt kutusuna sağ işaret parmağını kullanarak yanıt vermelerini isteyin. Fiksasyon sürdürülmezse, uyaran sunulmayacak ve fiksasyon devam etmedikçe zaman aşımına uğrayacaktır.
      5. Katılımcılara, her bir görevi tamamlarken yanıtlarının doğruluğunu gösteren işitsel geri bildirim sağlayın, çünkü yine bir skotoma kullanımı nedeniyle görsel geri bildirim gözden kaçabilir.
      6. Yorgunluğu test etme şansını azaltmak için her göreve 1 dakikaya kadar aralar ekleyin. Test yorgunluğunu azaltma olasılığını azaltmak için daha uzun değerlendirme oturumları içeren günler için 3 dakika veya daha uzun aralar verin.
3. Uygun fiksasyon ekranlarının geliştirilmesi
   NOT: Periferik olarak sunulan hedefleri ve merkezi görüşü engelleyen simüle edilmiş skotoma içeren görevler, retinotopik olarak tanımlanmış bir yerde performansı tahmin etmeye çalışırken zorluklar ortaya çıkarır. Gerçekten de, foveal görevlerde bile, gözler sürüklenme ve mikrosakkadlar şeklinde küçük, istemsiz hareketler yapar). Bu nedenle, fiksasyon stabilitesini optimize etmek için, fiksasyon yardımcılarının tasarlanmasında dikkatli bir şekilde düşünülmelidir.
   1. Hem büyük bir sabitleme çaprazı hem de bir sabitleme kutusu içeren bir sabitleme yardımcısı tasarımı geliştirin (Şekil 5). Katılımcılara opak tıkayıcıyı sabitleme kutusu içinde tutmalarını ve sabitleme çaprazının uzun kollarını ekranın merkezi için bir referans olarak kullanmalarını söyleyin.
      NOT: Bu tasarım, en iyi sabitleme stabilitesine yol açtığı gösterilen hem bullseye hem de artı işareti türlerini birleştirir³⁹. Ek olarak, hem bir fiksasyon kutusuna hem de bir fiksasyon çaprazına sahip olan bu tasarım, MD'li hastalarda olduğu gibi, merkezi görme kaybı olan hastaları test etmek için translasyonel bağlamlarda kolayca kullanılabilir.
4. Performansı doğru bir şekilde ölçmek için uyarlanabilir prosedürlerin optimizasyonu
   NOT: Farklı değerlendirmelerin uygulanmasının kritik bir yönü, bu görevlerin bir alt kümesindeki (özellikle görme keskinliği, kontrast duyarlılığı, kalabalıklaşma ve kontur entegrasyonu) performans eşiklerini hızlı ve başarılı bir şekilde tahmin etme yeteneğidir. Bir zorluk, geleneksel merdivenlerin eşiğe yakın bir şekilde yakınsaması ve performansı hedeflemesinin yavaş olabilmesi, hayal kırıklığına ve yorgunluğa neden olabilmesidir. Bunu aşmak için, bu görevlerdeki katılımcıların performansını tahmin etmek için üç aşamalı bir prosedür uyguladık.
   1. İlk aşamada, katılımcılardan gerçek deneyden önce 12 uygulama denemesi yapmalarını isteyin. İkinci aşamada, 3 aşağı doğru geri dönüşten sonra sona eren 2 aşağı 1 yukarı merdiven kullanın (yani, aşağıdan (sert) yukarıya (kolay) uyaran değişiminin yönü, ayrıca temsili sonuçlar bölümüne bakın), ardından 60 denemeden sonra sona eren geleneksel 3 aşağı 1 yukarı merdivenden oluşan üçüncü aşama.
      NOT: Pilot çalışmalar, bu prosedürün çoğu görev (görme keskinliği, kalabalık ve kontrast duyarlılığı görevleri) için güvenilir eşiklere ulaştığını göstermiştir. Bununla birlikte, bazı görevler, özellikle performansın katılımcılar arasında büyük farklılıklar gösterebileceği durumlarda başka yöntemler gerektirebilir. Örneğin, kontur entegrasyon görevinde, prosedürün ilk aşamasından (uygulama) sonra ek bir prosedür uygulandı. Görevin zorluğu, oryantasyon titremesinin (0 °, 1 °, 2 °, 4 °, 6 °, 8 °, 10 °, 12 °) toplam 24 deneme için her üç denemede bir arttığı aşamalı bir merdiven yöntemi kullanılarak manipüle edildi. Daha sonra prosedürün ikinci ve üçüncü aşamaları (adaptif merdiven) normal şekilde devam etti. Genel olarak, farklı görevler biraz farklı uyarlanabilir prosedürler gerektirebilir. Bununla birlikte, 3 aşamalı yaklaşım, katılımcıların pratik yapmalarına ve hızlı bir şekilde eşik aralıklarına girmelerine olanak tanır ve bu aralıkta ayrıntılı ölçüm sağlar.

Şekil 5: Katılımcılarda fiksasyon stabilitesini desteklemek için kullanılan fiksasyon yardımcıları. (A) Fiksasyon stabilite görevleri için fiksasyon çaprazı ve fiksasyon kutusu kullanıldı. (B) Merkezdeki sabitleme haçı, fiksasyon kutusu ve siyah haç, düşük seviyeli görme görevlerinde kullanıldı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Bu bölümde, hem serbest göz hareketinden hem de fiksasyon kısıtlı görevlerden açıklayıcı veriler sunuyoruz. Bu bölümün amacı, çerçeve kullanılarak elde edilen verileri ve çevresel görsel işlevleri ölçme yeteneğini göstermektir. Bu bölüm, her biri simüle edilmiş merkezi görme kaybı altında doğru görsel performans tahmini için gerekli kritik unsurları vurgulayan dört farklı kategoriye ayrılmıştır. Bu kategoriler, (1) düşük ve orta düzey görme görevleri, (2) üst düzey görme görevlerindeki dikkat ölçümleri, (3) ekolojik olarak geçerli görevler ve (4) merkezi görme fiksasyonu engellendiğinde uyarlanabilir göz hareketi stratejilerini yakalayan okülomotor ölçümlerdeki performansı içerir. Katılımcıların tamamı görme keskinliği 20/40 ve üzeri olan ve bilinen bir görme sorunu olmayan sağlıklı bireylerdi. Temsilci katılımcılarımızın her ikisi de kadındı ve yaşları 27 ve 24'tür. Tüm katılımcılar bilgilendirilmiş onam verdi ve çalışma, Birmingham'daki Alabama Üniversitesi'ndeki Kurumsal İnceleme Kurulu'ndan (IRB) onay aldı.

Uyarlanabilir merdivenlerle düşük ve orta seviye görme görevlerinde performans

Şekil 6 ve 7 , iki katılımcının dört özel görsel görevdeki performans ilerlemesini göstermektedir: görme keskinliği (Panel A), kontrast duyarlılığı (Panel B), kontur entegrasyonu (Panel C) ve kalabalık (Panel D). Performans yörüngeleri, yeşilin hedefin sol konumunu ve morun doğru konumu ifade ettiği renk kodlu merdivenler kullanılarak temsil edilir. Her görev için eşikler, her konum için (ve sırasıyla kontur entegrasyonu ve kalabalıklaştırma görevlerindeki her şekil veya yönlendirme için) son altı tersine çevirmenin ortalaması alınarak hesaplandı. Bu eşikler, y eksenine dik noktalı bir çizgi ile işaretlenmiştir. Görme keskinliği, kontrast duyarlılığı ve kalabalıklaştırma görevleri için y eksenindeki daha düşük değerlerin daha iyi performansa karşılık geldiğini, kontur entegrasyon görevi için ise daha yüksek değerlerin üstün performansı gösterdiğini unutmamak önemlidir.

Şekil 6. Katılımcı 1'in uyarlanabilir merdivenleri kullanan görevlerdeki performansı: A, B, C ve D panelleri, katılımcının sırasıyla görme keskinliği, kontrast duyarlılığı, kontur entegrasyonu ve kalabalık görevlerindeki performansına karşılık gelir. Sol konumdaki performans kırmızı noktalarla işaretlenirken, sağ konumdaki performans siyah noktalarla gösterilir. Her görev için eşikler, y eksenine dik kesikli çizgilerle temsil edilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 7. Katılımcı 2'nin uyarlanabilir merdivenleri kullanan görevlerdeki performansı: A, B, C ve D panelleri, katılımcının sırasıyla görme keskinliği, kontrast duyarlılığı, kontur entegrasyonu ve kalabalık görevlerindeki performansına karşılık gelir. Sol konumdaki performans kırmızı noktalarla işaretlenirken, sağ konumdaki performans siyah noktalarla gösterilir. Her görev için eşikler, y eksenine dik kesikli çizgilerle temsil edilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Katılımcılar deney sırasında görme keskinliği, kontrast duyarlılığı, kontur entegrasyonu ve kalabalıklaşma görevlerinde güvenilir performans gösterdiler (Şekil 6 ve 7).

Dikkat Ölçüleri

Şekil 8 , katılımcıların uyumlu (geçerli işaret) ve uyumsuz (geçersiz işaret) denemeler için reaksiyon sürelerinin ölçüldüğü, konuma göre kategorize edildiği (sol/sağ) dışsal dikkat görevindeki performansını göstermektedir. Katılımcı 1 için, sol konumda işaret tipinin önemli bir etkisi gözlendi (Welch'in t-testi: t (111.5) = -2.6, p < 0.05), bu da işaret uyumuna dayalı reaksiyon sürelerinde kayda değer bir fark olduğunu gösterir (Şekil 8). Bununla birlikte, doğru yerde önemli bir etki bulunamadı. Katılımcı 2 için, her iki yerde de gözlenen ipucunun önemli bir etkisi yoktu. Şekil 8 , dışsal bir dikkat görevinde beklendiği gibi tutarlı bir işaret etkisini göstermektedir.

Şekil 8. Dışsal Dikkat Görev Analizi: Şekil, hedef sunumun konumuna göre gruplandırılmış verilerle birlikte iki katılımcının tepki sürelerini (saniye cinsinden ölçülür) sunar. Bu görselleştirmede mavi çubuklar, uyumlu ve uyumsuz denemeler için reaksiyon sürelerini ve doğruluk yüzdesini temsil eder. Her koşul için standart sapmayı belirtmek için hata çubukları dahil edilmiştir. Üstteki grafikler sol tarafta reaksiyon sürelerini ve doğruluk oranını, alttaki grafikler sağ tarafta reaksiyon sürelerini ve doğruluk oranını göstermektedir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Serbest Göz Hareketi Görevlerinde Performans

MNRead görevindeki performans, her bir cümleyi okumak için geçen süre ile ölçülür ve görev, katılımcı artık cümleyi okuyamadığında sona erer. Şekil 9A ve B, her iki katılımcı için MNRead görev performansını gösterir. Tahmin edildiği gibi, yazı tipi boyutu küçüldükçe her cümleyi okumak için gereken süre artar. Bu sonuçlardan, okuma keskinliği (doğru okunan en küçük yazı tipi boyutu), maksimum okuma hızı ve kritik baskı boyutu (katılımcıların maksimum hızlarında okuyabilecekleri en küçük baskı boyutu) gibi temel ölçümleri tahmin edebiliriz. Bu metrikler hem katılımcılar içinde hem de katılımcılar arasında karşılaştırılabilir. Şekil 9C , hem Bölüm A (sayıları artan sırada bağlama) hem de Bölüm B (alternatif sayıları ve harfleri sırayla bağlama) için kaydedilen toplam tamamlama süresi ile İz Bırakma Görevindeki performansı göstermektedir. Aynı sayıda öğeye sahip olmalarına rağmen, katılımcıların Bölüm B'yi tamamlamaları genellikle daha uzun sürer, bu da önceki araştırmalarla tutarlı bir bulgudur⁴³.

Şekil 9. Ekolojik olarak geçerli değerlendirme görevlerinin analizleri: Cümle yazı tipi boyutunun bir fonksiyonu olarak yanıt süresi (saniye cinsinden ölçülür), Panel A'da Katılımcı 1 için ve Panel B'de Katılımcı 2 için sunulur. Panel C, İz Sürme Görevinin hem Bölüm A hem de Bölüm B için tamamlanma süresini (saniye cinsinden) gösterir. Bu şekilde, mavi çubuklar Katılımcı 1'in performansını, kırmızı çubuklar ise Katılımcı 2'nin performansını temsil eder. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Göz Hareketi Analizi

Görsel eğitimden sonra periferik görüntüleme stratejilerini anlamak için, fiksasyon stabilitesini ve PRL^44,45'in konumunu tahmin etmek için fiksasyon dağılımlarını analiz ediyoruz. Bir çalışma içindeki göz pozisyonlarının dağılımı, farklı denemelerde değişen fiksasyon konumları kontrol edilerek analiz edilir. Bu yaklaşım, her bir denemedeki göz pozisyonlarının ortalama dağılımının hesaplanmasına izin verir. Bu metrik, önceki çalışmalarla tutarlı olarak, çalışmanın ilk fiksasyonundan sonra göz pozisyonlarının dağılımının deneme içi bir ölçüsüdür^27,28. Ayrıca, sağlıklı gören bireylerin bakışa bağlı ekran kullanılarak algısal eğitimi, daha kısa sakkad gecikmesine yol açar⁴⁶. Periferik fiksasyon davranışını, belirli bir zaman periyodu boyunca (örneğin, 15-30 saniye) belirli bir fiksasyon yüzdesini, tipik olarak %68'ini kapsayan İki Değişkenli Kontur Elips Alanını (BCEA) belirleyerek dağılımı hesaplayarak analiz ediyoruz. Önceki çalışmalardan farklı olarak, her bir deneme süresi için fiksasyonların dağılımını normalleştirdik ve daha sonra bunun tüm denemelerde ortalamasını aldık (Şekil 10, sütun 2'de gösterildiği gibi). Bu normalleştirme, fiksasyonlar denemeler arasında farklı konumlarda merkezlenmiş olsa bile, yöntemin tüm dağılımları ortak bir referans noktasında çizmesini sağlar. Ek olarak, yüksek fiksasyon yoğunluğuna sahip alanları görsel olarak temsil etmek için Çekirdek Yoğunluk Tahminini (KDE) kullanarak bir olasılık yoğunluk analizi kullandık (Şekil 10, sütun 3). Bu teknik, PRL'yi KDE fonksiyonunun zirvesine karşılık gelen bölge olarak tanımlamamıza izin verir. Bu analizlerin, katılımcıların zaman içindeki bakış kalıplarına genel bir bakış sunduğunu, ancak bakış kalıplarının denemeden denemeye nasıl değiştiği arasında ayrım yapmadığını belirtmek önemlidir.

Şekil 10. Fiksasyon Stabilite Analizi: Şekil, iki katılımcı için BCEA ve KDE fiksasyon dağılımlarının grafiklerini göstermektedir. BCEA grafiklerinde, mavi bir elips toplam fiksasyonların %68'ini kapsar. KDE grafiklerinde, parlak sarı alan en yüksek fiksasyon yoğunluğuna sahip bölgeyi gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Dosya. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Bu metodolojik makalede, (1) bakışa bağlı görüntüleme için en kısa sistem gecikmesini seçmek, (2) çok çeşitli görsel algı görevlerini yönetmek ve (3) bu paradigma içindeki katılımcıların okülomotor ve algısal performansını ölçmek için gerekli olan donanım, tasarım ve metodolojik hususları vurgulayan simüle edilmiş merkezi görme kaybında algısal araştırma yürütmek için bakışa bağlı bir çerçeve sunuyoruz. (1) ile ilgili olarak, bakış olasılıkları algısını sürdürmede donanım ve yazılım güvenilirliğinin test edilmesi ihtiyacını vurguluyoruz. İdeal olarak birden fazla olmak üzere göz izleyici ekipmanı ve bilgisayar yazılımı ve donanımının belirli kombinasyonları, gecikmenin beklenmedik durum algısını bozmayacak kadar düşük olduğundan emin olmak ve daha da önemlisi, katılımcıların foveaları ile görevleri yerine getirmek için sistem gecikmesinden yararlanmalarına izin vermemek için test edilmelidir. (2) ile ilgili olarak, bakış koşullu ekranları kullanarak görevleri tasarlarken (ve ardından veri toplarken) birkaç kontrol uyguladık. Önemli bir husus, katılımcıların skotoma tarafından getirilen değiştirilmiş görüntüleme koşullarına aşina olmalarını sağlamaktır. Bu, fiksasyona bağlı görevler için gerekli olan stabil fiksasyonları sürdürmeleri için onları eğitmeyi ve her ikisi de algısal görevleri başarıyla tamamlamak için çok önemli olan uygun okülomotor davranışı başlatmayı içerir. Bunu, katılımcıları skotoma ile fiksasyon yapmaları için eğiterek ve algısal görevlerin kullanımından önce bir PRL indüksiyon görevi kullanarak başarıyoruz. (3) ile ilgili olarak, hem serbest görüntüleme hem de sabitleme kontrollü görevleri ele alan kurulum, talimatlar, uygulama ve uyarlanabilir yöntemler dahil olmak üzere her görev için ayrıntılı bir çerçevemiz var. Çerçevemizin ayırt edici bir özelliği, düşük, orta ve üst düzey görevler de dahil olmak üzere çeşitli görsel işleme seviyelerinde performansı değerlendirmek için tasarlanmış geniş bir algısal görev yelpazesini barındırma kapasitesidir. Performansı doğru bir şekilde ölçmek için, hem görevler içinde hem de görevler arasında yeterli molaları dahil etmek ve performansın verimli ve güvenilir bir şekilde değerlendirilebilmesi için psikofiziksel talepleri yapılandırmak esastır. Bu yaklaşım, özellikle sağlam merkezi görüşe sahip katılımcılarda, aksi takdirde görme çevrelerinin uzun süreli kullanımından dolayı zorlanma yaşayabilecek olan yorgunluğu en aza indirir. Son olarak, katılımcıların farklı periferik bakış stratejilerini temsil eden okülomotor davranışı ölçmek için belirli bir süre boyunca belirli bir fiksasyon yüzdesini kapsayan BCEA'yı hesaplayarak, denemeler içindeki göz hareketlerini analiz etmek için yöntemler sunuyoruz.

Algısal öğrenmenin özgüllüğünü ve genelleştirilmesini test etmek için simüle edilmiş merkezi görme kaybını bir model olarak kullanma

Simüle edilmiş merkezi görme kaybını kullanmanın mantığı iki yönlüdür: (1) eğitim stratejilerini test etmek ve öğrenmenin diğer eğitimsiz görevlere ve konumlara nasıl aktarıldığını değerlendirmek için kontrollü bir ortam sağlar ve (2) periferik görmenin etkili kullanımı, düşük, orta ve yüksek düzey görme dahil olmak üzere birden fazla görsel işleme seviyesinde geliştirme gerektirir. Amacımız, bu farklı görsel alanların, merkezi görme kaybını takiben algısal öğrenme yoluyla birlikte nasıl geliştiğini araştırmaktır. Bir dizi öğrenme kazanımını ölçerek, çeşitli kazanım ölçütlerinde farklı öğrenme profillerini ve genelleme kalıplarını karakterize etmeyi amaçlıyoruz.

Kapsamlı olmasa da, önerilen eğitim stratejileri, hem görsel performanstan hem de sinirbilimsel perspektiflerden en azından kısmen ayrılabileceği bilinen görmenin temel yönlerini ele alarak, görsel işlemenin üç alanını da kapsar. Bu çalışmada katılımcılar, rastgele atanan dört eğitim görevinden birinde her biri yaklaşık 45 dakika süren 20 eğitim seansına tabi tutulmaktadır. Eğitim başlamadan önce, her katılımcının spesifik tercih ettiği retina lokusu (PRL), PRL indüksiyon görevi ile tanımlanır ve bu lokus daha sonra eğitim sırasında eğitilmiş retina lokusu (TRL) olarak kullanılır. Çeşitli değerlendirme görevlerinde temel ve eğitim sonrası performans, öğrenmenin diğer görevlere ve eğitilmemiş konumlara (yani, TRL dışındaki konumlara) aktarılıp aktarılmadığını gözlemlemek için ölçülür. Ek olarak, bu görevlerde göz hareketi ölçümlerindeki egzersiz öncesi ve sonrası değişiklikleri inceliyoruz.

Sınırlama

Bu çerçeve şu anda hem sağlıklı görüşe sahip bireylerde (simüle edilmiş skotomlar kullanılarak) hem de makula dejenerasyonu (MD) olan hastalarda performansı eğitmek ve değerlendirmek için kullanılsa da, dikkate alınması gereken çeşitli sınırlamalar vardır. Çalışmamızda, gerçek dünyada, görünmez bir skotoma ile meydana gelmeyebilecek telafi edici göz hareketlerine veya diğer stratejilere yol açabilecek görünür bir skotom kullanıyoruz. Ek olarak, şekil ve boyutta değişebilen ve büyüyebilen dinamik skotomaların aksine (hastalarda görüldüğü gibi) statik bir skotom kullanımı, merkezi görme kaybının uzunlamasına etkilerini inceleme yeteneğimizi sınırlar. Bununla birlikte, hastalarda bir skotomun boyut ve şekil gibi fiziksel özelliklerini mikroperimetri kullanarak izlemek mümkündür. Ayrıca, skotoma'nın tek tip arka planının adaptasyon etkilerine yol açması mümkündür ve gelecekteki araştırmalar tek tip olmayan arka planların kullanımını incelemelidir. Ayrıca, bilgisayar ekranlarını kullanarak merkezi görme kaybını simüle ederken, etkilerini daha doğal ortamlarda incelemek de çok önemlidir. Genişletilmiş gerçeklik (XR) sistemleri, sağlıklı görüşe sahip bireyler için simüle edilmiş merkezi görme kaybının daha sürükleyici ve öznel bir deneyimini sağlama potansiyeli sunar, ancak skotomun sorunsuz ve gerçekçi bir şekilde algılanmasını sağlamak için bu tür sistemlerin gecikmesini dikkatlice düşünmek önemlidir. Daha da önemlisi, XR'nin kullanımı, merkezi görme kaybı olan kişilerin gezinmesi gereken gerçek dünya görevlerini daha iyi taklit edebilecek daha doğal görevlerin kullanımını da kolaylaştırabilir.

Son

Simüle edilmiş merkezi görme kaybı bağlamında görmeyi test etmek için bakışa bağlı ekranların kullanılması için önerilen çerçeve, hem merkezi görme kaybından sonra periferik görmenin kullanımını anlamak hem de yeni görme eğitimi müdahaleleri geliştirmek için geniş bir uygulanabilirliğe sahiptir. Yeni çok boyutlu çerçeve, hem fiksasyon kontrollü hem de serbest görüntüleme koşullarında görmeyi test etmek için birden fazla yaklaşımı bütünleştirir ve bakışa bağlı eğitim müdahalelerini destekleyebilir. Çerçevenin diğer yönleri, görme kaybı bağlamında belirli görme alanı konumlarını hedefleyen ölçüm ve/veya eğitime dayanan retinal veya kortikal temelli görme alanı kaybının diğer koşullarını ele alacak şekilde genişletilebilir. Ayrıca, az görmeyi ele alan araştırma ve uygulama için daha fazla erişilebilirlik sağlamak üzere modern genişletilmiş gerçeklik sistemleri gibi teknoloji sistemleri arasında da çevrilebilir.

Yazarlar, bu makalenin yayınlanması ile ilgili herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

Bu çalışma NIH NEI 1 U01 R01EY031589 ve 1R21EY033623-01 tarafından desteklenmektedir.