Eye-Tracking-Steuerung zur Beurteilung kognitiver Funktionen bei Patienten mit amyotropher Lateralsklerose

Summary

Cognitive deficits are common in about one third of patients with amyotrophic lateral sclerosis, a neurological condition leading to progressive impairments in speech and movement abilities. To conduct cognitive tests in patients unable to speak or write a reliable and easy to administer eye-tracking paradigm was developed.

Abstract

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder with pathological involvement of upper and lower motoneurons, subsequently leading to progressive loss of motor and speech abilities. In addition, cognitive functions are impaired in a subset of patients. To evaluate these potential deficits in severely physically impaired ALS patients, eye-tracking is a promising means to conduct cognitive tests. The present article focuses on how eye movements, an indirect means of communication for physically disabled patients, can be utilized to allow for detailed neuropsychological assessment. The requirements, in terms of oculomotor parameters that have to be met for sufficient eye-tracking in ALS patients are presented. The properties of stimuli, including type of neuropsychological tests and style of presentation, best suited to successfully assess cognitive functioning, are also described. Furthermore, recommendations regarding procedural requirements are provided. Overall, this methodology provides a reliable, easy to administer and fast approach for assessing cognitive deficits in patients who are unable to speak or write such as patients with severe ALS. The only confounding factor might be deficits in voluntary eye movement control in a subset of ALS patients.

Introduction

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine tödliche neurodegenerative Erkrankung in der Regel innerhalb von 3 bis 5 Jahren zum Tode. Im Zuge der Pathologie, Patienten mit einer progressiven Verlust von Atmungs- und bulbar Funktionsweise sowie Beeinträchtigungen der Bewegungsfähigkeiten ^1. Es teilt sich einige klinische, pathologische und genetische Merkmale mit frontotemporal Demenz ² und es ist gut dokumentiert , dass etwa 30% der ALS – Patienten ³ kognitive Defizite aufweisen. Diese Defizite sind am deutlichsten in den Bereichen der Exekutive Funktion, Wortflüssigkeit und Sprache ⁴ und haben einen Einfluss auf das Überleben ^5, Compliance ⁶ und Pfleger Belastung ^7. So zuverlässige neuropsychologischen Diagnostik ist bei dieser Krankheit von entscheidender Bedeutung.

Vorschieben Beeinträchtigungen in Motor und Sprachfähigkeiten sind jedoch ein begrenzender Faktor für eine gründliche Bewertung der kognitiven Fähigkeiten in späteren Stadien der Krankheit ^8. Ihre, oculomotor basierte Ansätze scheinen sehr vielversprechend zu sein, als Steuergrundaugenbewegung für eine vergleichsweise lange Zeit im Verlauf der ALS für die Mehrheit der Patienten ⁹ intakt bleibt. Eye-Tracking – Parameter selbst verwendet wurden Informationen über die kognitiven Status von Patienten mit ALS ¹⁰ zu gewinnen , und auch mit der sequentiellen Streubild von ALS ¹¹ korrelieren. Augenbewegung als Mittel kognitiven Tests im Rahmen der ALS zu steuern auch in früheren Arbeiten untersucht worden. Eine Studie hat gezeigt , erfolgreich ihre Verwendbarkeit bei gesunden Kontrollen unter Verwendung eines oculomotor basierte Version des Trail-Making Test ^12, während ein anderer fand es passend zwischen gesunden Kontrollen und ALS – Patienten basiert auf der kognitiven Leistung zu unterscheiden und zwischen kognitiv mehr und weniger beeinträchtigte Patienten zu diskriminieren ^13.

Die Forschung hier beschriebenen verwendet, um eine oculomotor basierte Methodik kognitiven Beeinträchtigungen in AL zu studierenS Patienten, speziell im Bereich der exekutiven Funktionen. Zwei gut validiert und am häufigsten verwendeten wurden neuropsychologische Tests angepasst Augenbewegungskontrolle: Die Ravens farbigen progressive Matrizen (CPM) ¹⁴ und die D2-Test ^15. Die CPM ist eine nonverbale Instrument zur Exekutive und visuospatial Fähigkeiten sowie fluide Intelligenz messen. Die D2-Test ist auch eine nonverbale Werkzeug benutzt, um Exekutive Dysfunktion in den Bereichen selektive und nachhaltige Aufmerksamkeit und visuelle Verarbeitungsgeschwindigkeit aufzudecken. Beide sind klinische Werkzeuge weit verbreitet , die in früheren Untersuchungen erfolgreich verwendet wurden , im Verlauf des Krankheitspotenzial kognitiver Abnahme der Beurteilung ¹⁶ und der neuropsychologischen Status von ALS – Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollen ^17.

Das Ziel dieser Arbeit war es, die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Auswertung der kognitiven Defizite bei ALS unabhängig von Bewegung und Sprache Behinderungen zeigen eine reliable, Eye-Tracking-basierte Version des CPM und der D2-Test. Wichtig ist, dass das hier beschriebene Verfahren hat das Potenzial, mit schweren motorischen Beeinträchtigungen zu studieren anderen Populationen von Patienten erweitert werden.

Protocol

Die Studie wurde von der Ethikkommission der Universität Ulm (Statement No. 19/12) zugelassen ist und das Protokoll beschrieben deshalb ihre Richtlinien folgt. Alle Teilnehmer gaben informierte Zustimmung geschrieben. 1. Stimuli und Testumgebung Um halten Ablenkungen auf ein Minimum führen die Forschung in einem dunklen oder sehr schwach beleuchtet und Ruheraum. Verwenden Sie eine geeignete Eye-Tracking-Gerät. HINWEIS: Es gibt eine Vielzahl von Geräten zur Ver…

Representative Results

Für die Zwecke der Forschung hier dargestellt, dh die Entwicklung eines zuverlässigen oculomotor neuropsychologische Beurteilung für ALS – Patienten, in-house entwickelte Software speichert das Thema der Auswahl der CPM in einer separaten Datei, so dass für die manuelle Berechnung der Prozentsatz der richtigen Basis Antworten. Für die D2-Test wird eine Aufzeichnung der vertikalen Augenbewegungen manuell unter Verwendung einer Schwelle von + 5 ° für den Nachweis einer rele…

Discussion

Es ist eine anspruchsvolle Aufgabe, um erfolgreich den kognitiven Status von Patienten mit ALS beurteilen, die nicht in der Lage sind, zu sprechen und zu schreiben. Die Verwendung von videooculography Systeme bietet einen vielversprechenden Ansatz. Die hier vorgestellte Technik ist zuverlässig kognitive Defizite bei der Erkennung, die eine zentrale Rolle im Rahmen der Betreuungsperson Belastung und Disease – Management ²⁰ ALS – Patienten spielen. Auch sind die oculomotor Versionen des CPM und der D2-Test kor…

Materials

EyeSeeCam

EyeSeeTec GmbH; 82256 Fürstenfeldbruck, Germany

Videooculography device