Karakteriserer forholdet mellom Eye Movement parametere og kognitive funksjoner i ikke-demente Parkinsons sykdom pasienter med eye tracking

Summary

Her presenterer vi en protokoll for å studere forholdet mellom øye bevegelses parametrene og kognitive funksjoner i ikke-demente pasienter med Parkinsons sykdom. Eksperimentet brukte en Eye tracker for å måle saccadic amplitude og fiksering varighet i en visuell søke oppgave. Sammenhengen med ytelse i kognitive oppgaver med flere domener ble senere målt.

Abstract

Kognitiv svekkelse er et vanlig fenomen i Parkinsons sykdom som har implikasjoner på prognosen. En enkel, ikke-invasiv og objektiv proxy måling av kognitiv funksjon i Parkinsons sykdom vil være nyttig i å oppdage tidlig kognitiv nedgang. Som en fysiologisk beregning er ikke øyen bevegelse parameter forvirret av emnet attributter og intelligens og kan fungere som en proxy markør hvis den samsvarer med kognitive funksjoner. For dette formålet utforsket denne studien forholdet mellom øye bevegelses parametrene og ytelsen i kognitive tester i flere domener. I forsøket ble det satt opp en visuell søke oppgave med øye sporing, der forsøkspersonene ble bedt om å se etter et tall som var innebygd i en rekke alfabeter som var tilfeldig spredt på en dataskjerm. Differensiering mellom tall og alfabetet er en overlearned oppgave slik at den forvirrende effekten av kognitive evner på øyet bevegelse parametrene er minimert. Gjennomsnittlig saccadic amplitude og fiksering varighet ble fanget og beregnet under den visuelle søke oppgaven. Den kognitive vurderingen batteriet dekket domener av frontal-utøvende funksjoner, oppmerksomhet, verbal og visuell hukommelse. Det ble funnet at langvarig fiksering varighet var assosiert med dårligere ytelse i verbal flyt, visuell og verbal hukommelse, slik at videre leting på bruk av øyebevegelser parametere som proxy markører for kognitiv funksjon i Parkinsons sykdom Pasienter. Den eksperimentelle paradigmet er funnet å være svært utholdelig i vår gruppe av Parkinsons sykdom pasienter og kan brukes transdiagnostically til andre sykdoms enheter for lignende forskning spørsmål.

Introduction

Parkinsons sykdom er klassisk en motorisk lidelse; ennå, er sykdommen også forbundet med kognitive underskudd, og progresjon til demens er vanlig¹. Patofysiologi av kognitiv svekkelse i Parkinsons sykdom er ikke godt forstått. Det antas å være relatert til Alpha-synuclein deponering i kortikale området basert på Braak ‘ s staging². Det ble også foreslått at en dual syndrom av degenerasjon av dopaminerg og kolinerge systemet fører til ulike kognitive underskudd med Prognostisk konsekvens³. Mer forskning er nødvendig for å ytterligere belyse de nøyaktige mekanismene som er involvert i kognitiv svekkelse i Parkinsons sykdom. På det kliniske aspektet, har tilstedeværelsen av kognitiv svekkelse en betydelig innvirkning på prognosen^4,5. Vurdering av kognitiv funksjon i klinisk praksis er derfor avgjørende. En langvarig kognitiv vurdering er imidlertid begrenset av pasientens mentale og motoriske forhold. Derfor er det nødvendig med en ikke-invasiv og enkel måling som kan gjenspeile sykdoms belastningen på kognitiv funksjon.

Den øyebevegelse unormalt er allment beskrevet synlige tegn på Parkinsons sykdom fra sin tidlige stadier⁶, men patofysiologi er enda mindre godt preget enn for kognitiv svekkelse. Generering av øyebevegelse er gjennom en transformasjon av den visuelle sensoriske innspill, subserved av en sammenvevd kortikale og subkortikal nettverk, i signaler til nervus kjerner i hjernestammen for effekt⁷. Involvering av Parkinsons sykdom patologi i disse nettverkene kan føre til Observer øyebevegelse unormalt. Det er, kanskje overlappende av nevroanatomi strukturer som styrer kontroll av øyebevegelser og kognitiv funksjon. Videre har det vært studier som undersøker forholdet mellom saccadic øyebevegelser og kognitiv funksjon i andre nevrodegenerative lidelser⁸. På slike grunner er det verdt å utforske bruken av øyebevegelser parametre som en proxy markør for kognitive funksjoner i Parkinsons sykdom. En tverrfaglig studie⁹ viste at redusert saccadic amplitude og lengre fikserings tid var forbundet med alvorlighetsgraden av global kognitiv svekkelse ved Parkinsons sykdom. Det er imidlertid en mangel på data om sammenhengen mellom øyebevegelser parametere og spesifikke kognitive domener. Betydningen og behovet for måling av spesifikke kognitive domener, snarere enn en generell kognitiv tilstand, er at individuelle kognitive domene informerer differensial Prognostisk informasjon i Parkinsons sykdom³ og de er subserved av forskjellige nevrale nettverk. Målet med denne studien er å utforske det konkrete forholdet mellom øyebevegelse beregninger og ulike kognitive funksjoner. Dette er første skritt for å etablere et fundament som utviklingen av biomarkører av kognitiv nedgang i Parkinsons sykdom ved hjelp av eye tracking-teknologi kan bygges.

Den eksperimentelle paradigmet presentert består av to hoveddeler: den kognitive vurderingen og øyet sporing oppgaven. Det kognitive vurderings batteriet omfattet en rekke kognitive funksjoner, inkludert oppmerksomhet og arbeidsminne, utøvende funksjon, språk, verbal hukommelse og Tilegning funksjon. Valget av disse 5 kognitive domener er basert på Movement uorden Society Task Force retningslinjer for mild kognitiv svekkelse i Parkinsons sykdom¹⁰, og et sett med lokalt tilgjengelige kognitive tester ble valgt for å bygge vurderingen Batteri. I en tidligere lignende eye tracking studie på Parkinsons sykdom kognisjon nevnt⁹, trakk forfatteren øyet bevegelse parametrene mens fagene var engasjert i visuelle kognitive oppgaver, der parametrene kan potensielt bli påvirket av temaet kognitive evner. Ettersom denne studien tok sikte på å vurdere sammenhengen mellom øye bevegelses parametrene og ulike kognitive domener, må den potensielle forvirrende effekten av kognitive evner på øye parametrene rettes opp. I dette forhold, en visuell søke oppgave, tilpasset fra en annen eye tracking studie på Alzheimers¹¹, var ansatt for å fange øyet bevegelse parametrene av fagene. Under oppgaven måtte forsøkspersonene søke etter et enkelt tall på en dataskjerm blant flere alfabetiske avledningselementer. Denne oppgaven vil lokke fram den alternative bruken av saccadic øyebevegelser og visuell fiksering, unormalt som er beskrevet mye i Parkinsons sykdom. Identifisering og differensiering av tall og alfabetet er en overlearned oppgave der etterspørselen etter kognitive funksjoner er bare minimal og ville derfor være egnet til å svare på forskningen spørsmålet i denne studien. Et dataprogram ble utviklet basert på spesifikasjoner og design som fremgår av Rösler et al.¹¹. i sin opprinnelige studien skal kjøres innenfor innebygd programvare av våre Eye tracker. En in-House algoritme for klassifisering og analyse av øye sporingsdata ble også utviklet for denne studien.

Protocol

Dette forskningsprosjektet ble godkjent av Joint Chinese University of Hong Kong-nye territorier East Cluster Clinical Research etikk Committee (CREC REF. nr.: 2015,263). 1. deltakere rekruttering og Baseline vurdering Rekruttere Parkinsons sykdom pasienter i alderen mindre enn eller lik 70 fra en Nevrologi spesialist klinikk med diagnosen gjort basert på Storbritannia Parkinson ‘ s Disease Society (UKPDS) Brain bank diagnostiske kriterier12.</strong…

Representative Results

Den fulle resultatet av denne studien er tilgjengelig i den opprinnelige papiret publisert23. Pasienter med Parkinsons sykdom (n = 67) ble rekruttert og fullførte vurderingen. Imidlertid, 5 sakene mislykkes å fullstendig det synlig søke oppgave idet de bar progressiv linsen inkompitabel med det øye bane og deres data var kasserte. Gjennomsnittsalderen for fagene var 58,9 år (SD = 7,5 år) med en mannlig til kvinnelig ratio på 1,7:1. 62 for sammenligning var sunn alder-, Sex-, og utdanning-ma…

Discussion

Protokollen presentert ovenfor ble utformet som den første delen av en langsgående studie i å utforske den potensielle kliniske nytten av øyet bevegelse parametere som surrogat markører for kognitive funksjoner i Parkinsons sykdom. Mens det finnes studier som undersøker mer klassisk eye tracking paradigmer som selv-tempo saccade, refleksiv saccade, og anti-saccade^25,26,27, en visuell søke oppgave ble brukt i denne studien…

Materials

Computer	Intel
Computerized cognitive assessment tool	CANTAB	CANTAB Research Suite	Contains Pattern Recognition Memory, Spatial Span, and Stockings of Cambridge
Eye Movement Analyzer	Lab Viso Limited		https://github.com/lab-viso-limited/visual-search-analyzer
Eye tracker	Tobii	Tx300	23 inch computer screen with resolution of 1920×1080, Sampling rate at 300Hz
Hong Kong List Leanrning Test	Department of Psychology, The Chinese University of Hong Kong	The Hong Kong List Learning Test (HKLLT) 2nd Edition
Stroop test	Laboratory of Neuropsychology, The University of Hong Kong	Neuropsychological Measures: Normative Data for Chinese, Second Edition (Revised)
Tobii Studio	Tobii	Tobii Studio version 3.2.2	Computer programme for running the visual search task
Visual Search Task	Lab Viso Limited		https://www.labviso.com/#products