Évaluation du champ visuel central binoculaire et des mouvements oculaires binoculaires dans un état d’observation dichoptique
Summary
Présenté ici est un protocole pour évaluer les mouvements oculaires binoculaires et le criblage central de champ visuel contrôlé par le regard dans les participants avec la perte centrale de vision.
Abstract
La dégénérescence maculaire entraîne généralement des défauts visuels centraux binoculaires hétérogènes. Les approches actuellement disponibles pour évaluer le champ visuel central, comme la micropétrométrie, ne peuvent tester qu’un œil à la fois. Par conséquent, ils ne peuvent pas expliquer comment les défauts dans chaque œil affectent l’interaction binoculaire et la fonction du monde réel. La présentation dichoptique de stimulus avec un système gaze-commandé pourrait fournir une mesure fiable des champs visuels monoculaires/binoculaires. Toutefois, la présentation dichoptique de stimulus et le suivi simultané des yeux sont difficiles parce que les dispositifs optiques des instruments qui présentent le stimulus dichoptically (par exemple, haploscope) interfèrent toujours avec eye-trackers (par exemple, infrarouge vidéo-basé eye-trackers). Par conséquent, les objectifs étaient 1) de développer une méthode pour la présentation dichoptique de stimulus avec eye-tracking simultané, utilisant des lunettes 3D-obturateur et des moniteurs 3D-prêts, qui n’est pas affecté par l’interférence et 2) pour employer cette méthode pour développer un protocole pour évaluer le champ visuel central dans les sujets avec la perte centrale de vision. Les résultats ont montré que cette configuration fournit une solution pratique pour mesurer de manière fiable les mouvements oculaires dans un état de visualisation dichoptique. En outre, il a également été démontré que cette méthode peut évaluer le champ visuel central binoculaire contrôlé par le regard dans les sujets avec la perte centrale de vision.
Introduction
La dégénérescence maculaire est généralement une condition bilatérale affectant la vision centrale et le modèle de perte visuelle peut être hétérogène. La perte visuelle centrale pourrait être symétrique ou asymétrique entre deux yeux1. Actuellement, il existe plusieurs techniques disponibles pour évaluer le champ visuel central dans la dégénérescence maculaire. Le graphique de grille Amsler contient un modèle de grille qui peut être utilisé pour filtrer manuellement le champ visuel central. Les périmètres automatisés (p. ex., analyseur de champ visuel Humphrey) présentent des éclairs de luminosité et de tailles variables dans un bol de ganzfeld normalisé pour sonder le champ visuel. La micropérimétrie gaze-contingent présente le stimulus visuel sur un affichage d’affichage à cristaux liquides. Les micro-périmètres peuvent compenser les mouvements micro-oculaires en suivant une région d’intérêt sur la rétine. Les micro-périmètres peuvent sonder les régions locales de la rétine centrale pour les changements de fonction, mais ne peuvent tester qu’un œil à la fois. Par conséquent, les tests micro perimétriques ne peuvent pas expliquer comment les défauts hétérogènes de chaque œil affectent l’interaction binoculaire et la fonction du monde réel. Il y a un besoin non satisfait d’une méthode pour évaluer de manière fiable les champs visuels dans un état d’observation qui se rapproche étroitement de l’observation du monde réel. Une telle évaluation est nécessaire pour comprendre comment le défaut visuel de champ d’un oeil affecte/contribue au défaut binoculaire de champ visuel. Nous proposons une nouvelle méthode pour évaluer le champ visuel central chez les personnes avec la perte visuelle centrale dans l’état dichoptique de visionnement (c.-à-d., quand les stimulus visuels sont indépendamment présentés à chacun des deux yeux).
Pour mesurer les champs visuels de manière fiable, la fixation doit être maintenue à un lieu donné. Par conséquent, il est important de combiner le suivi oculaire et la présentation dichoptique pour l’évaluation binoculaire. Toutefois, la combinaison de ces deux techniques peut s’avérer difficile en raison de l’interférence entre les systèmes d’éclairage du traqueur oculaire (p. ex., leds infrarouges) et les éléments optiques des systèmes de présentation dichoptiques (p. ex., miroirs d’haploscope ou prismes de stéréoscopes). D’autres options sont d’utiliser une technique de suivi oculaire qui n’interfère pas avec la ligne de mire (par exemple, la technique de bobine scléricale) ou un eye-tracker qui est intégré avec des lunettes2. Bien que chaque méthode ait ses propres avantages, il y a des inconvénients. La première méthode est considérée comme invasive et peut causer un inconfortconsidérable 3 et les dernières méthodes ont de faibles résolutions temporelles (60 Hz)4. Pour surmonter ces problèmes, Brascamp & Naber (2017)5 et Qian & Brascamp (2017)6 ont utilisé une paire de miroirs froids (qui transmettaient la lumière infrarouge mais reflétaient 95% de la lumière visible) et une paire de moniteurs de chaque côté des miroirs froids pour créer une présentation dichoptique. Infrarouge vidéo basé eye-tracker a été utilisé pour suivre les mouvements oculaires dans la configuration haploscope7,8.
Cependant, l’utilisation d’une présentation dichoptique de type haploscope a un inconvénient. Le centre de rotation de l’instrument (haploscope) est différent du centre de rotation de l’œil. Par conséquent, des calculs supplémentaires (tels que décrits à l’Annexe – A de Raveendran (2013)9) sont nécessaires pour des mesures appropriées et précises des mouvements oculaires. En outre, les plans d’hébergement et de vergence doivent être alignés (c’est-à-dire que la demande d’hébergement et de vergence doit être la même). Par exemple, si la distance de travail (distance optique totale) est de 40 cm, alors la demande d’hébergement et de vergence est de 2,5 diopters et angles de 2,5 mètres, respectivement. Si nous alignons les miroirs parfaitement orthogonaux, alors l’haploscope est aligné pour une visualisation à distance (c.-à-vergence requis est nul), mais l’hébergement requis est toujours 2.5D. Par conséquent, une paire de lentilles convexes (+2,50 diopters) doit être placée entre l’arrangement de l’œil et du miroir de l’haploscope pour pousser le plan d’hébergement à l’infini (c.-à-d. que l’hébergement requis est nul). Cet arrangement nécessite plus d’espace entre l’arrangement de l’œil et du miroir de l’haploscope est nécessaire, ce qui nous ramène à la différence dans les centres de rotation. La question de l’alignement des plans d’hébergement et de vergence peut être minimisée en alignant l’haploscope à la visualisation proche de telle sorte que les deux avions sont alignés. Toutefois, cela nécessite la mesure de la distance inter-pupille pour chaque participant et l’alignement correspondant des miroirs haploscope / stimulus présentant des moniteurs.
Dans cet article, nous introduisons une méthode pour combiner le suivi oculaire basé sur la vidéo infrarouge et la présentation dichoptique de stimulus utilisant des lunettes d’obturateur 3D sans fil et des moniteurs 3D-prêts. Cette méthode ne nécessite pas de calculs et/ou d’hypothèses supplémentaires comme ceux utilisés avec la méthode haploscopique. Les lunettes d’obturateur ont été employées en conjonction avec des traqueurs d’oeil pour comprendre la fusion binoculaire10,l’adaptation saccadic11,et la coordination oeil-main12. Cependant, il convient de noter que les lunettes d’obturateur stéréo utilisées par Maiello etses collègues 10,11,12 étaientles lunettes d’obturateur de première génération, qui étaient reliées par un fil pour se synchroniser avec le taux de rafraîchissement du moniteur. En outre, les lunettes d’obturateur de première génération sont commercialement indisponibles maintenant. Ici, nous démontrons l’utilisation de lunettes d’obturateur sans fil de deuxième génération disponibles dans le commerce(Table of Materials)pour présenter un stimulus dichoptique et mesurer de manière fiable les mouvements oculaires monoculaires et binoculaires. En outre, nous démontrons une méthode pour évaluer les champs visuels monoculaires/binoculaires dans les sujets avec la perte de champ visuel central. Tandis que la présentation dichoptique du stimulus visuel permet l’évaluation monoculaire et binoculaire des champs visuels, le suivi oculaire binoculaire dans l’état dichoptique de visionnement facilite l’essai visuel de champs dans un paradigme gaze-controlled.
Protocol
Representative Results
Discussion
La méthode proposée pour mesurer les mouvements oculaires en état dichoptique de visualisation a de nombreuses applications potentielles. L’évaluation des champs visuels binoculaires chez les participants ayant une perte de vision centrale qui est démontrée ici est l’une de ces applications. Nous avons utilisé cette méthode pour évaluer le champ visuel binoculaire chez quinze participants ayant une perte de vision centrale afin d’étudier comment l’observation binoculaire influence la perte hétérogène…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été financée par une bourse de recherche postdoctorale de LC Industries à la bourse de recherche postdoctorale RR et Bosma Enterprises à AK. Les auteurs aimeraient remercier les Drs Laura Walker et Donald Fletcher pour leurs précieuses suggestions et leur aide dans le recrutement de sujets.
Materials
| 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 |
Referencias
- 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).
- . Binocular vision and fixational eye movements Available from: https://uwspace.uwaterloo.ca/handle/10112/12076 (2017)
- . 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).
