Summary
Presenteras här är ett protokoll för bedömning av binokulära ögonrörelser och blickstyrd central synfält screening i deltagare med centrala vision förlust.
Abstract
Makuladegeneration resulterar vanligtvis i heterogena binokulära centrala visuella defekter. För närvarande tillgängliga metoder för att bedöma centrala synfält, som mikroperimetri, kan bara testa ett öga i taget. Därför kan de inte förklara hur defekterna i varje öga påverkar den binokulära interaktionen och den verkliga funktionen. Dichoptic stimulans presentation med ett blick-kontrollerade system kan ge ett tillförlitligt mått på monokulära/binokulära visuella fält. Dikoptisk stimulanspresentation och samtidig ögonspårning är dock utmanande eftersom optiska enheter av instrument som presenterar stimulans dichoptically (t.ex. haploscope) alltid stör ögonspårare (t.ex. infraröda videobaserade ögonspårare). Därför var målen 1) att utveckla en metod för dikoptisk stimulanspresentation med samtidig ögonspårning, med hjälp av 3D-slutarglasögon och 3D-klara bildskärmar, som inte påverkas av störningar och 2) för att använda denna metod för att utveckla ett protokoll för att bedöma centrala synfält hos personer med central synförlust. Resultaten visade att denna inställning ger en praktisk lösning för tillförlitlig mätning av ögonrörelser i dikoptiskt visningstillstånd. Dessutom visades det också att denna metod kan bedöma gaze-controlled binocular centrala synfält i ämnen med centrala vision förlust.
Introduction
Makuladegeneration är i allmänhet ett bilateralt tillstånd som påverkar centrala vision och mönstret för visuella förlust kan vara heterogena. Den centrala visuella förlusten kan vara antingen symmetrisk eller asymmetrisk mellan två ögon1. För närvarande finns det flera tekniker tillgängliga för att bedöma det centrala synfältet i makuladegeneration. Amsler-rutnätsdiagrammet innehåller ett rutnätsmönster som kan användas för att manuellt screena centrala visuella fält. Automatiserade omkretsar (t.ex. Humphrey visual field analyzer) presenterar ljusblixtar med varierande ljusstyrka och storlekar i en standardiserad ganzfeld skål för att undersöka synfältet. Gaze-contingent mikroperimetry presenterar visuell stimulans på en LCD-skärm. Mikroomkretsar kan kompensera mikroögonrörelser genom att spåra en region av intresse på näthinnan. Mikroomkretsar kan undersöka lokala regioner i den centrala näthinnan för funktionsförändringar men kan bara testa ett öga i taget. Följaktligen kan mikroperimetrisk testning inte förklara hur de heterogena defekterna i varje öga påverkar den binokulära interaktionen och den verkliga funktionen. Det finns ett ouppfyllt behov av en metod för att på ett tillförlitligt sätt bedöma visuella fält i ett visningsskick som nära approximerar verklig visning. En sådan bedömning är nödvändig för att förstå hur synfält defekten i ett öga påverkar/bidrar till binokulära synfält defekten. Vi föreslår en ny metod för att bedöma centrala synfält hos personer med central visuell förlust under dichoptic visning villkor (dvs. när visuella stimuli presenteras självständigt för var och en av de två ögonen).
För att mäta visuella fält på ett tillförlitligt sätt måste fixeringen bibehållas vid en viss locus. Därför är det viktigt att kombinera ögonspårning och dikoptisk presentation för binokulär bedömning. Att kombinera dessa två tekniker kan dock vara utmanande på grund av störningar mellan ögonspårarens belysningssystem (t.ex. infraröda lysdioder) och de optiska elementen i de dikoptiska upplysningssystemen (t.ex. speglar av haploscope eller prismor av stereoscope). Alternativa alternativ är att använda en ögonspårningsteknik som inte stör siktlinjen (t.ex. skleral spoleteknik) eller en ögonspårare som är integrerad medskyddsglasögon 2. Även om varje metod har sina egna fördelar finns det nackdelar. Den tidigare metoden anses vara invasiv och kan orsaka betydande obehag3 och de senare metoderna har låga temporala upplösningar (60 Hz)4. För att övervinna dessa problem använde Brascamp & Naber (2017)5 och Qian & Brascamp (2017)6 ett par kalla speglar (som överförde infrarött ljus men återspeglade 95% av det synliga ljuset) och ett par bildskärmar på vardera sidan av de kalla speglarna för att skapa en dikoptisk presentation. Infraröd videobaserad ögonspårare användes för att spåra ögonrörelser i haploscope setup7,8.
Att använda en dikoptisk presentation av haploscopetyp har dock en nackdel. Instrumentets rotationscentrum (haploscope) skiljer sig från ögats rotationscentrum. Därför krävs ytterligare beräkningar (som beskrivs i tillägg – A av Raveendran (2013)9) för korrekta och exakta mätningar av ögonrörelser. Dessutom måste planen för inkvartering och vergence anpassas (dvs. efterfrågan på boende och vergence måste vara densamma). Om arbetsavståndet (totalt optiskt avstånd) till exempel är 40 cm, är efterfrågan på boende och vergence 2,5 diopters respektive 2,5 meter vinklar. Om vi justerar speglarna perfekt orthogonal, är haploscopet justerat för avlägsen visning (dvs. nödvändig vergence är noll), men det nödvändiga boendet är fortfarande 2.5D. Därför måste ett par konvexa linser (+2,50 diopters) placeras mellan haploscopets ögon- och spegelarrangemang för att driva inkvarteringsplanet till oändligheten (dvs. nödvändigt boende är noll). Detta arrangemang kräver mer utrymme mellan ögat och spegelarrangemanget av haploscope krävs, vilket tar oss tillbaka till skillnaden i rotationscentra. Frågan om att anpassa plan för boende och vergence kan minimeras genom att anpassa haploscopet till den nära visningen så att båda planen är i linje. Detta kräver dock mätning av avståndet mellan pupillerna för varje deltagare och motsvarande inriktning av haploscopespeglar/stimulanser som presenterar bildskärmar.
I det här dokumentet introducerar vi en metod för att kombinera infraröd videobaserad ögonspårning och dikoptisk stimulanspresentation med trådlösa 3D-slutarglasögon och 3D-klara skärmar. Denna metod kräver inga ytterligare beräkningar och/eller antaganden som de som används med den haploscopic metoden. Slutarglasögon har använts tillsammans med ögonspårare för att förstå binokulär fusion10,saccadisk anpassning11, och ögonhandskoordinering12. Det bör dock noteras att stereo-slutarglasögon som används av Maiello ochkollegorna 10,11,12 var den första generationens slutarglasögon, som var anslutna via en tråd för att synkronisera med bildskärmens uppdateringsfrekvens. Dessutom är den första generationens slutarglasögon kommersiellt otillgängliga nu. Här demonstrerar vi användningen av kommersiellt tillgängliga andra generationens trådlösa slutarglasögon (Table of Materials) för att presentera dikoptisk stimulans och på ett tillförlitligt sätt mäta monokulära och binokulära ögonrörelser. Dessutom visar vi en metod för att bedöma monokulära/binokulära visuella fält i ämnen med centrala synfält förlust. Medan dikoptisk presentation av visuell stimulans möjliggör monokulär och binokulär bedömning av visuella fält, binokulär ögonspårning under dikoptiskt visningstillstånd underlättar visuella fält testning i ett blickstyrt paradigm.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla procedurer och protokoll som beskrivs nedan granskades och godkändes av den institutionella granskningsnämnden vid Wichita State University, Wichita, Kansas. Informerat samtycke inhämtades från alla deltagare.
1. Urval av deltagare
- Rekryterade deltagare med normal syn (n=5, 4 honor, medelvärde ± SE: 39,8 ± 2,6 år) och med central synförlust (n=15, 11 honor, 78,3 ± 2,3 år) på grund av makuladegeneration (åldersrelaterad/juvenil). Observera att grovt olika åldrar i de två grupperna var sekundärt till demografi av ämnen med central synförlust (åldersrelaterad makuladegeneration påverkar äldre ämnen och är vanligare hos kvinnor). Dessutom var målet med denna studie inte att jämföra de två kohorterna.
2. Förberedelse av försöket
- Använd en trådlös 3D-aktiv slutarglasögon(Table of Materials)som kan synkroniseras med vilken 3D-skärm som helst. För att slutarglasögonen ska vara aktiva bör det inte finnas någon störning mellan den infraröda sändaren (en liten pyramidformad svart låda) och den infraröda mottagaren (sensorn) på slutarglasögonens nosbrygga.
- Visa alla visuella stimuli på en 3D-skärm (1 920 x 1 080 pixlar, 144 Hz). För att bildskärmen och 3D-glasögonen ska fungera sömlöst, se till att lämpliga drivrutiner är installerade.
- Använd en bordsmonterad infraröd videobaserad eye-tracker(Table of Materials)som kan mäta ögonrörelser vid provtagning av 1000 Hz för detta protokoll. Separera den infraröda belysningen och kameran på ögonspåraren använd alla stativ med justerbar höjd och vinkel (Materialförteckning) för att hålla dem stadigt på plats. Placera kameran på ett avstånd av 20-30 cm från deltagaren och placera skärmen på ett avstånd av 100 cm från deltagaren.
- Använd ett infraröd reflekterande plåster(Table of Materials)för att undvika störningar mellan infraröd belysning av ögonspåraren och slutarglasögonens infraröda system(figur 1,höger).
- Använd kommersiellt tillgänglig programvara (Table of Materials) för att integrera slutarglasögon och 3D-redo bildskärm för dikotisk presentation av visuella stimuli för att styra eyetrackern.
- För att stabilisera huvudets rörelser, använd en lång och bred haka och pannstöd(Materialförteckning)och kläm fast den vid ett justerbart bord. Hakans och pannstödets breda dimension möjliggör bekväm positionering av deltagarna med slutarglasögonen på.
OBS: Bild 1 visar inställningen för ögonspårning med dikoptisk stimulanspresentation med 3D-slutarglasögon och 3D-klar bildskärm. Det infraröda reflekterande plåstret placerades strategiskt under den infraröda sensorn på nosbryggan på 3D-slutarglasögon(figur 1,höger). - Minimera läckaget av luminansinformation genom att inaktivera ljusförstärkningsalternativet i 3D-skärmen. Läckaget av luminansinformation från ena ögat till det andra ögat kallas luminansläckage eller crosstalk13. Detta är benägen att inträffa med stereoskopiska skärmar i de höga luminansförhållandena.
- På grund av fönsterluckorna kan mängden infraröd belysning (från ögonspårningssystemet) som når eleven minskasavsevärt 13 – i genomsnitt minskades cirka 65% av luminansen (kompletterande tabell 1). För att övervinna detta, öka styrkan hos eyetrackerns infraröda lysdioder till 100% eller (den maximala inställningen) från standardeffektinställningen. När du använder den infraröda videobaserade ögonspåraren (Table of Materials) ändrar du den här inställningen i inställningarna för belysningseffekt på vänster nedre skärm enligt figur 2.
3. Köra experimentet
OBS: Huvudexperimentet i denna studie var binokulär ögonspårning och screening av det centrala synfältet med hjälp av dikoptisk stimulans. Den centrala synfältsscreeningen var jämförbar med visuell fälttestning av kommersiellt tillgängliga instrument (Table of Materials). De fysiska egenskaperna hos den visuella stimulansen, såsom målets luminans (~22 cd/m2),bakgrundens luminans (~10 cd/m2),målets storlek (Goldmann III – 4 mm2),synfältsnätet (Polar 3-rutnätet med 28 punkter, figur 3)och stimulanstiden (200 ms) var identiska med visuell fälttestning av kommersiellt tillgängliga instrument. Observera att dessa luminansvärden uppmättes genom slutarglasögon när slutaren var PÅ (Tilläggstabell 1). Vid testning som diskuterades här var stimulansens luminans konstant till skillnad från visuell fälttestning där stimulansens luminans ändras för att erhålla en detekteringströskel. Med andra ord använde experimentet överhöjd screening och inte tröskelvärden. Resultaten av screeningen var därför binära svar (stimuli sett eller inte sett) och inte numeriska värden.
- Kontroller före experiment
- Ett par minuter innan deltagaren anländer till testningen, se till att både eye tracker och värddatorn (som kör experimentet) är på och bekräfta att värddatorn är ansluten till eyetrackern.
- Bekräfta som regel synkroniseringsnoggrannheten (med plattformsspecifika kommandon) för displayen innan du påbörjar experimentet.
- Påbörja huvudexperimentet
Stegen nedan är mycket plattformsspecifika och är beroende av skriptet som kör huvudexperimentet. Se kompletterande material som innehåller proverna på de koder som används för att utforma och köra experimentet.- Initiera programmet (Se kompletterande material - "ELScreeningBLR.m") som kör huvudexperimentet från lämpligt gränssnitt. När och om du uppmanas av programmet anger du deltagarinformationen (till exempel deltagar-ID, testavstånd) som behövs för att spara utdatafilen i datamappen med ett unikt filnamn.
- En grå skärm med instruktioner som "Tryck på Retur för att växla kamera; Tryck på C för att kalibrera, Tryck på V för att validera" visas på skärmen. Justera i detta skede ögonspårarens kamera så att den överensstämmer med deltagarens elev enligt figur 2.
- Kalibrering och validering av eye tracker
- Påbörja kalibreringen av ögonspåraren. Instruera deltagarna att följa målet genom att flytta ögonen (och inte huvudet) och titta på målets mitt.
- Efter den lyckade kalibreringen initierar du valideringen. Ge samma instruktioner som kalibreringen.
- Läs resultaten av valideringssteget (visas vanligtvis på skärmen). Upprepa kalibreringen och valideringen tills resultatet "bra/rättvist" (enligt eyetrackerhandbokens instruktionsbok) erhålls.
- Korrigering av drift
- När kalibreringen och valideringen av ögonspåraren är klar initierar du driftkorrigeringen.
- Instruera deltagarna att "titta på det centrala fixeringsmålet och hålla ögonen så stadiga som möjligt".
OBS: Efter kalibrering, validering och driftkorrigering kommer ögonspårningen att initieras samtidigt med huvudexperimentet.
- Screening av synfält
- Instruera/påminn deltagaren om den uppgift som han/hon måste utföra under experimentet. Be försökspersonerna att hålla båda ögonen öppna under hela testningen.
- För detta synfältsexperiment instruerar du dem att hålla fast fixeringen vid det centrala fixeringsmålet medan de svarar på "alla vita ljus som ses" genom att trycka på "ange" -knappen i svarsknappen (Bild 1, Materialförteckning). Instruera dem att inte röra ögonen och söka efter de nya vita lamporna. Påminn dem också om att de korta vita lamporna kan visas var som helst på skärmen.
OBS: Under visuell fältscreening kan slutarglasögonens funktion undersökas med hjälp av monokulära mål som kan smältas samman för att bilda en fullständig percept (se kompletterande figur 2 – fångstförsök). - Re-iterate instruktionen att "hålla fixering" flera gånger under hela experimentet för att säkerställa att fixeringen faller inom önskat område.
OBS: En ljudåterkoppling (som en felton) kan användas för att varna förlust av fixering (som ögon som flyttas utanför ett toleransfönster). När fixeringen upphör att gälla, sätt tillbaka deltagaren för att fixera endast på korsmålet. Presentationen av visuella stimuli kan tillfälligt stoppas tills deltagaren tar tillbaka fixeringen i toleransfönstret (som centrala 2°). - I slutet av synfältsexperimentet visar skärmen resultatet av testningen som belyser de sedda och icke-sedda platserna annorlunda (till exempel figur 6).
- Spara datafilen
- Alla visuella fältdata (säg sparade som ". och ögonförflyttningsdata (t.ex. sparade som ".edf"-fil) sparas automatiskt för post hoc-analys. Se dock till att filerna har sparats innan du avslutar programmet / plattformen som kör experimentet.
4. Analys
OBS: Analysen av ögonrörelser och visuella fältdata kan utföras på flera sätt och är beroende av den programvara som används för att köra experimentet och dataformatet för ögonspårarens utdata. Stegen nedan är specifika för installationen och programmet (Se kompletterande material).
- Ögonrörelseanalys (post-hoc)
OBS: Den sparade datafilen för ögonrörelser (EDF) är ett mycket komprimerat binärt format, och den innehåller många typer av data, inklusive ögonrörelser, meddelanden, knapptryck och blickpositionsexempel.- Konvertera EDF till ASC-II-filer med hjälp av ett översättarprogram (EDF2ASC).
- Kör "PipelineEyeMovementAnalysisERI.m" för att initiera ögonrörelseanalys och följ instruktionerna som anges i koden (Se kompletterande material för kodskriptet).
- Kör "EM_plots.m", för att extrahera horisontella och vertikala ögonpositioner och för att rita enligt figur 4 och figur 5.
OBS: Ögonförflyttningsdata kan analyseras ytterligare för att beräkna fixeringsstabilitet, upptäcka mikrosaccades etc. Detta ligger dock utanför det nuvarande dokumentets tillämpningsområde.
- Visuella fält
- Om du vill hämta rapporterna om synfältstest kör du "VF_plot.m".
Obs: Alla datamängder som rör synfältsexperimentet, till exempel punkter som ses/inte ses, ritas som en visuell fältkarta enligt figur 6. Om en punkt sågs, kommer den att ritas som "grön" fylld kvadrat, annars kommer en röd fylld kvadrat att ritas. Ingen post hoc-analys för visuella fältdata kommer att krävas.
- Om du vill hämta rapporterna om synfältstest kör du "VF_plot.m".
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De representativa binokulära ögonrörelserna spår av en observatör med normal binokulär syn under två olika visningsförhållanden visas (figur 4). Kontinuerlig spårning av ögonrörelser var möjlig när båda ögonen tittade på stimulansen (figur 4A), och när det vänstra ögat tittade på stimulansen med höger öga under en aktiv slutare (Figur 4B). Som framgår av dessa spår påverkar den föreslagna metoden inte kvaliteten på ögonrörelsemätningen och kan mäta ögonrörelserna för även långvariga experiment. Vi visade sedan att metoden kan användas för att på ett tillförlitligt sätt mäta ögonrörelser även hos utmanande deltagare med central synförlust (Figur 5). En viktig tillämpning av metoden är att undersöka det centrala synfältet hos försökspersoner med (figur 6) och utan (kompletterande figur 1) central synförlust. Metoden ger ett sätt att dokumentera effekten av central synförlust i verkliga världen med båda ögonen öppna. I denna representativa observatör (S7 i kompletterande tabell 2)observerades binokulära fördelar (dvs. att se ett större antal punkter med båda ögonen jämfört med höger/vänster ögon). Preliminär analys (kompletterande tabell 2) av resultaten av synfältstesten för alla deltagare med central synförlust visar nyttan av binokulär visning (jämfört med icke-dominerande ögonseende tillstånd). Enkel väg ANOVA visade att det finns en betydande huvudeffekt av visningsförhållandet [F (2,28) =6,51, p=0,004]. Post-hoc (Tukey HSD) visade att deltagare med central synförlust såg större antal punkter i det binokulära visningsförhållandet jämfört med icke-dominerande visningstillstånd (p<0,01), men inte dominerande ögonvisningstillstånd (p=0,43).
Bild 1: Ögonspårning och dikoptisk presentation.
Vänster - Utrustningsinställning som visar (a) 3D-klar bildskärm, (b) haka / pannstöd, (c & d) EyeLink eyetrackerkamera och infraröd belysningskälla (bordsmonterad), (e & f) 3D-slutarglasögon och dess IR-sändare och (g) svarsknapp. Höger –3D-slutarglasögon med (h) infraröd sensor på näsbryggan och ( i )Infrarödreflekterande plåster strategiskt placerad under sensorn och hålls på plats av en tunn tråd. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Bild 2: Skärmgrepp på ögonspårarinställningarna.
Siffran visar att inställningen för infraröd belysningseffekt (nedre vänstra hörnet) kan växlas mellan 50%, 75% och 100%. Denna siffra visar också en korrekt anpassning av pupillen. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 3: Illustration av testrutnätet för synfält.
Bildrepresentation som visar Polar 3-rutnät (N = 28, i 3 koncentriska ringar på 2,3°, 6,6° respektive 11° i diameter) visuell fälttestdesign. Testparametrarna liknade kommersiellt tillgängliga instrument. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 4: Kikarögonspårning i ett ämne med normal syn.
Representativa binokulära ögonrörelsespår av en kontrolldeltagare: ( A )horisontellaoch vertikala ögonpositioner på vänster öga (överst) och det högra ögat (botten) när de visuella stimuli presenterades dichoptically för båda ögonen; och (B) horisontella och vertikala ögonpositioner på vänster öga och det högra ögat när de visuella stimuli presenterades dichoptically endast till vänster öga. Varje enhet på x-axeln respektive y-axeln representerar en sekund respektive en grad. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 5: Kikare ögonspårning i ett ämne med central synförlust.
Representativa binokulära ögonrörelsespår av en deltagare med makuladegeneration: (A) horisontella och vertikala ögonpositioner på vänster öga (överst) och det högra ögat (botten) när de visuella stimuli presenterades dichoptically till båda ögonen och ( B )horisontellaoch vertikala ögonpositioner i vänster öga och det högra ögat när de visuella stimuli presenterades dichoptically endast till vänster öga. Varje enhet på x-axeln respektive y-axeln representerar en sekund respektive en grad. Det bör noteras att trots större fixering ögon rörelser hos patienten med centrala vision förlust (jämföra det med figur 4),tillförlitlig eye-tracking var genomförbart. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 6: Testresultat för synfältsscreening av ett ämne med central synförlust.
Resultat av synfältsscreening (N=28) hos en representativ deltagare med central synförlust (S7 i kompletterande tabell 2). Visuell stimulans presenteras för båda ögonen (vänster), endast för vänster öga (mitten) och endast för höger öga (höger). Fixeringskorset visas i mitten och synfältsplatserna där den korta vita stimulansen sågs visas som gröna fyllda rutor. Platserna som inte såg stimulansen visas som röda fyllda rutor. Andelen som sågs under de tre visningsförhållandena var 0,50 (14/28, båda ögonen tittade, vänster); 0,29 (8/28, LE-visning, mitten); och 0,14 (4/28, RE-visning, höger). Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Kompletterande figur 1: Testresultat för synfältskontroll av ett kontrollobjekt. Resultat av synfältsscreening (N=28) hos en representativ kontrolldeltagare. Visuell stimulans presenteras för båda ögonen (överst), endast för vänster öga (mitten) och endast för höger öga (nederkant). Fixeringskorset visas i mitten och synfältsplatserna där den korta vita stimulansen sågs visas som gröna fyllda rutor. Platserna som inte såg stimulansen visas som röda fyllda rutor. Andelen som sågs under de tre visningsförhållandena var 1,00 (28/28, båda ögonen tittade, överst); 1.00 (28/28, LE-visning, mitten); och 0,93 (26/28, RE-visning, botten). Klicka här för att ladda ner den här siffran.
Kompletterande figur 2: Fångstförsök - Sondering av slutarglasögonens funktion. Fångstförsöken visade oavbruten kommunikation av stereoskopiska glasögon med IR-sändare och synkronisering med stereodisplayen. Den centrala bilden illustrerar en uppfattning som ska rapporteras av motivet (röda korset och en röd/grön/gul kvadrat) om synkroniseringen fungerar. Måtten på korsmålet (och de enskilda staplarna) var identiska med fixeringskorset som används för visuell fältscreening och den yttre kvadratkanten motsvarar toleransfönstret på 4°. Observera att undertryckande av sämre seende öga, vilket är mer sannolikt hos personer med grovt olika visuella acuities, kan förvirra de subjektiva perceptuella rapporterna. För fångstförsöken (var 10: e försök) användes röd horisontell stång innesluten i en röd kvadrat som endast ses av vänster öga och röd vertikal stång innesluten i en grön kvadrat som endast ses av det högra ögat (2° x 0,4 °). De monokulära målen kunde smältas för att uppfatta ett rött mittkors, om stereoskopiskt läge var PÅ hela och om slutarglasögonen fungerade korrekt. Detta steg säkerställde att de två infraröda ljuskällorna inte störde, och slutarglasögonen synkroniserades med den 3D-klara bildskärmen. Klicka här för att ladda ner den här siffran.
Tilläggstabell 1: Bakgrundens luminans och stimulansen. Luminansen hos den grå bakgrunden och den vita stimulansen mätt med och utan slutarglasögonen i ögonnivån hos det förmodade motivet. Slutarglasögonen minskar luminansen med cirka 65%. Det är viktigt att ta hänsyn till överföringsförlusten när man presenterar visuell stimulans av inställd luminans och kontrast. Observera att ögonspårarens infraröda belysningskraft (alltid inställd på 100% i vår testning) inte har någon roll i dessa mätningar. Klicka här för att ladda ner den här tabellen.
Kompletterande tabell 2: Sammanfattning av fälttester i centrala fältförlustdeltagare. Synfält prestanda av deltagare med centrala vision förlust i dominerande öga, icke-dominerande öga och binokulära visning villkor. Förkortningar: DE – dominerande öga; NDE – icke-dominerande öga; BE – båda ögonen. Binokulära förhållanden för DE beräknades genom att man fann förhållandet mellan andelen punkter som sågs under BE- och DE-visningsförhållandena. På samma sätt beräknades också det binokulära förhållandet för NDE. Förhållandet mellan >1 tyder på binokulär fördel (dvs. bättre prestanda under binokulärt visningstillstånd). Totalt sett sågs ett större antal punkter i BE-visningsförhållanden jämfört med NDE-visningsvillkor. Klicka här för att ladda ner den här tabellen.
Kompletterande material. Klicka här för att ladda ner dessa material.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den föreslagna metoden för att mäta ögonrörelser i dikoptiskt visningstillstånd har många potentiella tillämpningar. Att bedöma binokulära visuella fält hos deltagare med central synförlust som demonstreras här är en sådan tillämpning. Vi använde denna metod för att bedöma binokulära synfält i femton deltagare med central synförlust för att studera hur binokulär visning påverkar den heterogena centrala synfält förlust.
Det viktigaste steget i protokollet är positionering (avstånd från öga och vinkel) ögonspårarens infraröda källa för optimal belysning. Detta är avgörande för att ögonspåraren konsekvent ska fånga både hornhinnans reflex och elevcenter. När detta har uppnåtts bör spårningen vara kontinuerlig även hos personer med receptbelagda glasögon och hos dem med central synförlust. Det är viktigt att titta på posturala förändringar i ämnen, särskilt huvudlutningar (med huvud och haka vilade) under långvarig testning eftersom det kan störa ögonspårning. Posturala förändringar och trötthet kan minimeras genom att minska den totala testtiden. Hos utmanande försökspersoner drivs testtiden främst av den tid det tagit att uppnå en lyckad kalibrering/validering. Den totala testtiden för förfarandet var cirka 45 minuter hos försökspersoner med makuladegeneration. Placeringen av det infraröda reflekterande plåstret, sändaren och ögonspårarens infraröda källa är avgörande för slutarglasögonens oavbrutna funktion. Standardkalibreringen (som 9-punkts eller HV 9) kan användas för deltagare med normal syn. För att bedöma försökspersoner med central synförlust kan det dock vara nödvändigt att använda alternativ (som 5-punktskalibrering eller HV 5) och/eller stora skräddarsydda kalibreringsmål (som svart kvadratisk ≈2° i storlek). Dessa ändringar av kalibreringsmålet kan hanteras i de skript som används för att köra experimentet (Se kompletterande material - "ELScreeningBLR.m"). För mycket utmanande deltagare kan kalibreringsmålet pekas med fingrarna för att hjälpa dem att hitta och peka mot målet. Liksom kalibreringsprocessen kan driftkontroll/korrigering utföras med inbyggt mål för deltagare med normal syn och specialbyggt större mål för deltagare med central synförlust. Vi följde tillverkarens rekommendation att utföra driftkontroll i början av varje session. Blickförskjutningen i grader av visuell vinkel (eller pixlar) kan nås från den slutliga utdatafilen. Vi har dock inte tillämpat någon av dessa uppgifter för våra analyser. Som ett inbyggt kvalitetsmått upprepar EyeLink eye tracker kalibreringen när driftkontrollen misslyckas.
Stimulansdesignen, presentationen och kontrollen i installationen var genom MATLAB-baserade program. Python eller liknande program kan användas för att uppnå målen för vår studie. En viktig förfråga för att köra tidskänsliga visionsvetenskapliga experiment är bra synkronisering mellan displayens vertikala retrace och stimulansinställningen. Före varje session körde vi kontroller före experimentet av synkronisering med plattformsspecifika kommandon. En homogen flimrande skärm indikerar bra synkronisering, medan ett inhomogent flimmer innebär dålig synkronisering, förmodligen på grund av något fel eller begränsning av grafikmaskinvaran eller dess drivrutin. Förutom flimmer kommer ett framväxande mönster av gula horisontella linjer också att ses i de flesta datorer. Dessa linjer ska vara tätt koncentrerade/grupperade i skärmens översta område. Distribuerade gula linjer signalerar tidsproblem som kan bero på bakgrundsprogram som antivirusprogram eller andra i värddatorn. Vi rekommenderar att du avslutar alla onödiga program och aktiverar flygplansläge (eller stänger av Wi-Fi) för att minimera tidsrelaterade artefakter.
I likhet med tidigarestudier 10,12 använde vi videobaserad högupplöst bordsmonterad ögonspårare. Vi anser dock att metoden som beskrivs här bör fungera lika bra med andra kommersiellt tillgängliga ögonspårare. Kvaliteten på ögonrörelsedata för den metod som demonstreras i denna studie bör inte påverkas av ögonspårarens tidsupplösning. Även ögonspårare med lägre upplösning (så låga som 60 Hz15) har använts för att bedöma och träna försökspersoner med makuladegeneration. Visningsavståndet bestäms av flera faktorer, inklusive visningsupplösningen och stimulansparametrarna. Alla praktiskt genomförbara arbetsavstånd inom den trådlösa sändarens raseri (<15 fot) kan användas. Storleken på det synfält som kan bedömas beror på testavståndet och visningsstorleken. I installationen här var maximalt möjligt ~30°x17° (W x H). Det vanliga synfältsnätet (Polar 3) som används i denna studie testar synfältets centrala 11° (diameter). Stereoskopiska slutarglasögon kan ersättas med polariserande glasögon. Lämpliga ändringar i installationen (säg högre upplösningsdisplay eller längre arbetsavstånd) kommer att behövas för att minimera effekten av minskad upplösning sekundärt för användning av polariserande glasögon. Dessutom är den nuvarande metoden billigare än att bygga ett haploscope för dikoptisk presentation om forskare redan har en videobaserad ögonspårare.
Vi använde ett "blickstyrt" paradigm i denna studie. Gaze-kontrollerade system samlar in omedelbar information om blickposition (och kasserar därför försök där blicken inte var inom ett önskat toleransfönster) men kompenserar inte för det. Inställningen här kan dock användas för en blickkontingenttestning, där den ögonblickliga blickpositionen inte bara övervakas utan också kompenseras av lämplig ändring av stimulanspresentationen. Om blicken till exempel flyttas från önskad plats till höger med "x"-grad kan stimulansen förskjutas med "x" grad till höger. Studier av simulerad synförlust och scotomas använder blick kontingent paradigm16,17. Sådana paradigm kan vara extremt tidskänsliga och deras effektivitet beror på flera faktorer, inklusive den tidsmässiga upplösningen av ögonspåraren18. Till exempel kommer en ögonspårare med en temporal upplösning på 500 Hz (eller ett prov var 2 ms) att införa en temporal fördröjning på minst 2 ms. Även om detta är trivialt, finns det vanligtvis ytterligare förseningar på grund av uppdateringsfrekvensen för stimulansvisningen, beräkningsfördröjningar av programmeringsspråk etc. Dessutom kan den föreslagna metoden inducera en ytterligare fördröjning på grund av temporal synkronisering mellan 3D-monitorer och 3D-slutarglasögon.
Försökspersoner med avsevärt asymmetrisk synförlust (t.ex. med stora interokulära skillnader i synskärpa eller om scotoma i ett öga är relativt stor) kan vara effektivt monokulära när man tittar kikare. Försökspersoner med grovt olika synförlust, nystagmus, hög brytningsfel och skelning kan inte bedömas med hjälp av den här inställningen. Ämnen med systemiska tillstånd som huvudskakningar och Parkinsons sjukdom kommer inte att vara bra kandidater för ögonspårning. Försökspersoner med nack- eller ryggproblem behöver ofta pauser och kortare testprotokoll. Minskningen av luminansen genom de aktiva slutarna kräver användning av bildskärmar med bredare luminansområde. Att uppnå optimal infraröd belysning och kontinuerlig spårning av hornhinnans reflex och pupillary centrum kan vara utmanande hos ämnen med receptbelagda glasögon.
Flera studier har använt dikoptisk stimulanspresentation som presenterar två separata bilder för deltagarens två ögon för att studera binokulära funktioner som stereopsis14,undertryckande 18. Dessa studier saknar dock information om ögonrörelser på grund av de tekniska svårigheterna att kombinera dikoptisk visuell stimulanspresentation och ögonspårning. Ögonrörelser ger avgörande insikter om kognitiva funktioner som hemlig / overt rumslig uppmärksamhet. Den föreslagna metoden för att mäta ögonrörelser i ett dikoptiskt visningstillstånd kommer att förbättra förståelsen av binokulär funktion hos personer med normal syn och hos personer med central synförlust. Amsler-rutnätsdiagrammet innehåller endast kvalitativ information om synfältet och omkretsarna för näthinnespårning kan inte bedöma binokulära fält. Installationen här innehåller ögonspårning och dikoptisk testning ger ett sätt att tillförlitligt screena centrala synfält i makuladegeneration. En potentiell tillämpning av den föreslagna metoden är inom området virtuell verklighet. Alla kommersiellt tillgängliga virtual reality-headset använder begreppet dikoptisk presentation av visuell stimulans. Många asyntenopic symtom har associerats med dysfunktionella ögonrörelser (t.ex. vergence ögonrörelser) medan du använder virtualreality-miljö 10,15. Den föreslagna metoden skulle hjälpa oss att studera ögonrörelser och visuell funktion under dikoptisk presentation, som kan relateras till virtuell verklighetsmiljö.
Sammanfattningsvis detaljerade vi en metod för att bedöma 1) binokulära ögonrörelser och 2) monokulära /binokulära synfält medan dichoptically presenterar visuell stimulans med trådlösa 3D-slutarglasögon och 3D-redo bildskärm. Vi visade att vår metod är genomförbar även i utmanande deltagare som de med central synförlust.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja. Delar av studien som presenterades här presenterades som abstrakt med titeln "Binocular Central Visual Function in Macular Degeneration" vid årsmötet för American Academy of Optometry 2019.
Acknowledgments
Denna forskning finansierades av LC Industries postdoktorala forskningsstipendium till RR och Bosma Enterprises Postdoctoral research fellowship till AK. Författarna vill tacka Drs. Laura Walker och Donald Fletcher för deras värdefulla förslag och hjälp med ämnesrekrytering.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D monitor | Benq | NA | Approximate Cost (in USD): 500 https://zowie.benq.com/en/product/monitor/xl/xl2720.html |
| 3D shutter glass | NVIDIA | NA | Approximate Cost (in USD): 300 https://www.nvidia.com/object/product-geforce-3d-vision2-wireless-glasses-kit-us.html |
| Chin/forehead rest | UHCO | NA | Approximate Cost (in USD): 750 https://www.opt.uh.edu/research-at-uhco/uhcotech/headspot/ |
| Eyetracker | SR Research | NA | Approximate Cost (in USD): 27,000 https://www.sr-research.com/eyelink-1000-plus/ |
| IR reflective patch | Tactical | NA | Approximate Cost (in USD): 10 https://www.empiretactical.org/infrared-reflective-patches/tactical-infrared-ir-square-patch-with-velcro-hook-fastener-1-inch-x-1-inch |
| MATLAB Software | Mathworks | NA | Approximate Cost (in USD): 2150 https://www.mathworks.com/pricing-licensing.html |
| Numerical Keypad | Amazon | CP001878 (model), B01E8TTWZ2 (ASIN) | Approximate Cost (in USD): 15 https://www.amazon.com/Numeric-Jelly-Comb-Portable-Computer/dp/B01E8TTWZ2 |
| Psychtoolbox - Add on | Freeware | NA | Approximate Cost (in USD): FREE http://psychtoolbox.org/download.html |
| Tripod (Dekstop) | Manfrotto | MTPIXI-B (model), B00D76RNLS (ASIN) | Approximate Cost (in USD): 30 https://www.amazon.com/dp/B00D76RNLS |
References
- Fletcher, D. C., Schuchard, R. A. Preferred retinal loci relationship to macular scotomas in a low-vision population. Ophthalmology. 104 (4), 632-638 (1997).
- Raveendran, R. N., Babu, R. J., Hess, R. F., Bobier, W. R. Transient improvements in fixational stability in strabismic amblyopes following bifoveal fixation and reduced interocular suppression. Ophthalmic & Physiological Optics. 34, 214-225 (2014).
- Nyström, M., Hansen, D. W., Andersson, R., Hooge, I. Why have microsaccades become larger? Investigating eye deformations and detection algorithms. Vision Research. , (2014).
- Raveendran, R. N., Babu, R. J., Hess, R. F., Bobier, W. R. Transient improvements in fixational stability in strabismic amblyopes following bifoveal fixation and reduced interocular suppression. Ophthalmic and Physiological Optics. 34 (2), (2014).
- Brascamp, J. W., Naber, M. Eye tracking under dichoptic viewing conditions: a practical solution. Behavior Research Methods. 49 (4), 1303-1309 (2017).
- Qian, C. S., Brascamp, J. W. How to build a dichoptic presentation system that includes an eye tracker. Journal of Visualized Experiments. (127), (2017).
- Raveendran, R. N., Bobier, W. R., Thompson, B. Binocular vision and fixational eye movements. Journal of Vision. 19 (4), 1-15 (2019).
- Nallour Raveendran, R. Binocular vision and fixational eye movements. , Available from: https://uwspace.uwaterloo.ca/handle/10112/12076 (2017).
- Nallour Raveendran, R. Fixational eye movements in strabismic amblyopia. , Available from: https://uwspace.uwaterloo.ca/handle/10012/7478 (2013).
- Maiello, G., Chessa, M., Solari, F., Bex, P. J. Simulated disparity and peripheral blur interact during binocular fusion. Journal of Vision. 14 (8), (2014).
- Maiello, G., Harrison, W. J., Bex, P. J. Monocular and binocular contributions to oculomotor plasticity. Scientific Reports. 6, (2016).
- Maiello, G., Kwon, M. Y., Bex, P. J. Three-dimensional binocular eye-hand coordination in normal vision and with simulated visual impairment. Experimental Brain Research. 236 (3), 691-709 (2018).
- Agaoglu, S., Agaoglu, M. N., Das, V. E. Motion Information via the Nonfixating Eye Can Drive Optokinetic Nystagmus in Strabismus. Investigative Opthalmology & Visual Science. 56 (11), 6423 (2015).
- Erkelens, C. J. Fusional limits for a large random-dot stereogram. Vision Research. 28 (2), 345-353 (1988).
- Seiple, W., Szlyk, J. P., McMahon, T., Pulido, J., Fishman, G. A. Eye-movement training for reading in patients with age-related macular degeneration. Investigative Ophthalmology and Visual Science. 46 (8), 2886-2896 (2005).
- Aguilar, C., Castet, E. Gaze-contingent simulation of retinopathy: Some potential pitfalls and remedies. Vision Research. 51 (9), 997-1012 (2011).
- Pratt, J. D., Stevenson, S. B., Bedell, H. E. Scotoma Visibility and Reading Rate with Bilateral Central Scotomas. Optom Vis Sci. 94 (31), 279-289 (2017).
- Babu, R. J., Clavagnier, S., Bobier, W. R., Thompson, B., Hess, R. F., PGH, M. Regional Extent of Peripheral Suppression in Amblyopia. Investigative Opthalmology & Visual Science. 58 (4), 2329 (2017).
- Ebenholtz, S. M. Motion Sickness and Oculomotor Systems in Virtual Environments. Presence: Teleoperators and Virtual Environments. 1 (3), 302-305 (1992).
