एकतरफा स्थानिक उपेक्षा का आकलन करने के लिए आभासी वास्तविकता उपकरण: डेटा संग्रह के लिए एक उपन्यास अवसर
Summary
लक्ष्य एकतरफा स्थानिक उपेक्षा का पता लगाने और चिह्नित करने के लिए एक उपन्यास आभासी वास्तविकता कार्य को डिजाइन, निर्माण और पायलट करना था, एक सिंड्रोम जो 23-46% तीव्र स्ट्रोक बचे लोगों को प्रभावित करता है, न्यूरोलॉजिकल रोग के अध्ययन और प्रबंधन में आभासी वास्तविकता की भूमिका का विस्तार करता है।
Abstract
एकतरफा स्थानिक उपेक्षा (यूएसएन) एक सिंड्रोम है जो अंतरिक्ष के एक तरफ असावधानी या निष्क्रियता की विशेषता है और तीव्र स्ट्रोक बचे लोगों के 23-46% के बीच प्रभावित करता है। व्यक्तिगत रोगियों में इन लक्षणों का निदान और लक्षण वर्णन चुनौतीपूर्ण हो सकता है और अक्सर कुशल नैदानिक कर्मचारियों की आवश्यकता होती है। आभासी वास्तविकता (वीआर) यूएसएन के साथ रोगियों के लिए उपन्यास मूल्यांकन उपकरण विकसित करने का अवसर प्रस्तुत करता है।
हमने सूक्ष्म यूएसएन लक्षणों का पता लगाने और चिह्नित करने के लिए एक वीआर टूल डिजाइन और निर्माण करने का लक्ष्य रखा है, और यूएसएन से जुड़े कॉर्टिकल क्षेत्रों के निरोधात्मक दोहराए जाने वाले ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) के साथ इलाज किए गए विषयों पर उपकरण का परीक्षण करने के लिए।
हमने विसुओस्पेशियल प्रसंस्करण से जुड़े कॉर्टेक्स के दो अलग-अलग क्षेत्रों में टीएमएस लागू करके तीन प्रयोगात्मक स्थितियां बनाईं- बेहतर टेम्पोरल गाइरस (एसटीजी) और सुपरमर्जिनल गाइरस (एसएमजी) – और एक नियंत्रण के रूप में शाम टीएमएस लागू किया। फिर हमने विषयों को एक आभासी वास्तविकता वातावरण में रखा जिसमें उन्हें प्रत्येक विषय के प्रदर्शन के आधार पर गतिशील कठिनाई समायोजन के साथ दोनों हेमिस्पेस में झाड़ियों में वितरित फूलों की पार्श्व विषमताओं के साथ फूलों की पहचान करने के लिए कहा गया था।
हमने एसटीजी में उत्तेजित विषयों और एसएमजी पर उत्तेजित लोगों और औसत दृश्य अक्ष में मामूली रूप से महत्वपूर्ण प्रभावों के बीच औसत सिर याव में महत्वपूर्ण अंतर पाया।
वीआर तकनीक अधिक सुलभ, सस्ती और मजबूत होती जा रही है, जो उपयोगी और उपन्यास गेम जैसे उपकरण बनाने के लिए एक रोमांचक अवसर प्रस्तुत करती है। टीएमएस के साथ संयोजन के रूप में, इन उपकरणों का उपयोग स्वस्थ विषयों में विशिष्ट, अलग-थलग, कृत्रिम न्यूरोलॉजिकल घाटे का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है, अधिग्रहित मस्तिष्क की चोट के कारण घाटे वाले रोगियों के लिए वीआर-आधारित नैदानिक उपकरणों के निर्माण को सूचित किया जा सकता है। यह अध्ययन हमारे ज्ञान का पहला अध्ययन है जिसमें कृत्रिम रूप से उत्पन्न यूएसएन लक्षणों का मूल्यांकन वीआर कार्य के साथ किया गया है।
Introduction
एकतरफा स्थानिक उपेक्षा (यूएसएन) एक सिंड्रोम है जो अंतरिक्ष के एक तरफ असावधानी या निष्क्रियता की विशेषता है जो तीव्र स्ट्रोक बचे लोगों के 23-46% के बीच प्रभावित करता है, आमतौर पर दाएं सेरेब्रल गोलार्ध में चोट शामिल होती है और जिसके परिणामस्वरूप अंतरिक्ष के बाईं ओर और / या उत्तरजीवी के शरीर को अनदेखा करने की प्रवृत्ति होती है1,2। हालांकि यूएसएन वाले अधिकांश रोगियों को अल्पावधि में महत्वपूर्ण वसूली का अनुभव होता है, सूक्ष्म यूएसएन लक्षण अक्सर बने रहते हैं3। यूएसएन गिरने के लिए रोगी जोखिम को बढ़ा सकता है और दैनिक जीवन की गतिविधियों में बाधा डाल सकता है2,4 यह मोटर और वैश्विक कार्यात्मक परिणामों दोनों को नकारात्मक रूप से प्रभावित करने के लिए भी दिखाया गया है5,6।
यूएसएन में घाटे को कई आयामों में मौजूदा के रूप में परिकल्पित किया जा सकता है, जैसे कि क्या कोई व्यक्ति अपने शरीर (अहंकारी) के संबंध में अंतरिक्ष के एक तरफ की अनदेखी करता है या बाहरी उत्तेजना (एलोसेंट्रिक) 7,8,9 के संबंध में, या क्या कोई व्यक्ति अंतरिक्ष के एक तरफ अपना ध्यान (चौकस) या कार्यों (जानबूझकर) को निर्देशित करने में असमर्थ है10 . रोगी अक्सर लक्षणों का एक जटिल नक्षत्र प्रदर्शित करते हैं जिन्हें इन आयामों में से एक से अधिक के साथ चित्रित किया जा सकता है। यूएसएन सिंड्रोम की इस परिवर्तनशीलता को विशिष्ट न्यूरोएनाटॉमिकल संरचनाओं और न्यूरोनल नेटवर्क के लिए चोट की अलग-अलग डिग्री के परिणामस्वरूप माना जाता है, जो जटिल हैं11। एलोसेंट्रिक उपेक्षा कोणीय गाइरस (एजी) और बेहतर टेम्पोरल गाइरस (एसटीजी) के घावों से जुड़ी हुई है, जबकि सुपरमार्जिनल गाइरस (एसएमजी) सहित पीछे की पार्श्विका प्रांतस्था (पीपीसी) को अहंकारी प्रसंस्करण 12,13,14,15 में फंसाया गया है। ध्यान देने योग्य उपेक्षा को सही आईपीएल 16 में घावों को शामिल करने के लिए माना जाता है, जबकि जानबूझकर उपेक्षा को सही ललाट लोब 17 या बेसल गैन्ग्लिया 18 के नुकसान के लिए माध्यमिक माना जाता है।
यूएसएन का नैदानिक मूल्यांकन वर्तमान में पेन-एंड-पेपर न्यूरोसाइकोलॉजिकल उपकरणों पर निर्भर करता है। ये पारंपरिक मूल्यांकन उपकरण अधिक तकनीकी रूप से परिष्कृत उपकरणों की तुलना में कम संवेदनशील हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप USN19 के साथ कुछ रोगियों को गलत निदान या कम निदान किया जा सकता है। अवशिष्ट घाटे के बेहतर लक्षण वर्णन हल्के यूएसएन वाले रोगियों को चिकित्सा के वितरण की सुविधा प्रदान कर सकते हैं और संभावित रूप से उनकी समग्र वसूली में सुधार कर सकते हैं, लेकिन इस तरह के लक्षण वर्णन के लिए बहुत संवेदनशील नैदानिक उपकरणों की आवश्यकता होगी। यूएसएन प्रयोगशाला सेटिंग में इसी तरह की चुनौतियों का सामना करता है, जहां मोटर और दृश्य हानि से अलग करना मुश्किल हो सकता है जो आमतौर पर स्ट्रोक रोगियों के बीच यूएसएन के साथ होते हैं।
आभासी वास्तविकता (वीआर) यूएसएन के निदान और लक्षण वर्णन के लिए नए उपकरण विकसित करने का एक अनूठा अवसर प्रस्तुत करता है। वीआर एक बहुसंवेदी 3 डी वातावरण है जो वास्तविक समय इंटरैक्शन के साथ पहले व्यक्ति में प्रस्तुत किया जाता है जिसमें व्यक्ति पारिस्थितिक रूप से मान्य वस्तुओं 20 से जुड़े कार्यों को करने में सक्षम होते हैं। यह यूएसएन का आकलन करने के लिए एक आशाजनक उपकरण है; ठीक से नियंत्रित करने की क्षमता क्या उपयोगकर्ता देखता है और सुनता है डेवलपर्स उपयोगकर्ता के लिए आभासी कार्यों की एक विस्तृत विविधता प्रस्तुत करने के लिए अनुमति देता है। इसके अलावा, वर्तमान में उपलब्ध परिष्कृत हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर पैकेज उपयोगकर्ता के कार्यों के बारे में डेटा के धन के वास्तविक समय के संग्रह की अनुमति देते हैं, जिसमें आंख, सिर और अंग आंदोलन शामिल हैं, जो पारंपरिक नैदानिक परीक्षणों द्वारा पेश किए गए मीट्रिक से कहीं अधिक है21। ये डेटा स्ट्रीम तात्कालिक रूप से उपलब्ध हैं, उपयोगकर्ता प्रदर्शन के आधार पर नैदानिक कार्यों के वास्तविक समय समायोजन की संभावना को खोलते हैं (उदाहरण के लिए किसी दिए गए कार्य के लिए आदर्श कठिनाई स्तर को लक्षित करना)। यह सुविधा यूएसएन में देखी गई गंभीरता की विस्तृत श्रृंखला के लिए कार्य अनुकूलन की सुविधा प्रदान कर सकती है, जिसे यूएसएन 22 के लिए नए नैदानिक उपकरणों के विकास में प्राथमिकता के रूप में माना जाता है। इसके अलावा, इमर्सिव वीआर कार्य रोगियों के ध्यान देने योग्य संसाधनों 23,24 पर एक बढ़ा हुआ बोझ डाल सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप त्रुटियों में वृद्धि होती है जो उपेक्षा के लक्षणों का पता लगाने की सुविधा प्रदान कर सकती हैं; वास्तव में, कुछ वीआर कार्यों को यूएसएन 24,25 के पारंपरिक पेपर-एंड-पेंसिल उपायों की तुलना में संवेदनशीलता में वृद्धि हुई है।
इस अध्ययन में, लक्ष्य एक मूल्यांकन उपकरण बनाना था जिसे संचालित करने के लिए न्यूरोलॉजी में कोई विशेषज्ञता की आवश्यकता नहीं होती है और जो विश्वसनीय रूप से यूएसएन के सूक्ष्म मामलों का भी पता लगा सकता है और इसकी विशेषता भी हो सकती है। हमने एक आभासी वास्तविकता-आधारित, गेम-जैसे कार्य का निर्माण किया। फिर हमने ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) के साथ स्वस्थ विषयों में एक यूएसएन-जैसे सिंड्रोम को प्रेरित किया, एक noninvasive मस्तिष्क उत्तेजना तकनीक जो एक हैंडहेल्ड उत्तेजना कुंडल से उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय दालों का उपयोग करती है, जो विषय की खोपड़ी और खोपड़ी से गुजरती है और विषय के मस्तिष्क में विद्युत धाराओं को प्रेरित करती है जो न्यूरॉन्स 26,27 को उत्तेजित करती है। इस तकनीक का उपयोग यूएसएन के अध्ययन में दूसरों द्वारा किया गया है13,17,28,29,30, हालांकि हमारे ज्ञान के लिए वीआर-आधारित मूल्यांकन उपकरण के साथ संयोजन में कभी नहीं।
कई शोधकर्ता पहले से ही वीआर सिस्टम के नैदानिक और चिकित्सीय अनुप्रयोगों पर काम कर रहे हैं। हाल की समीक्षा31,32 ने वीआर-आधारित तकनीकों के साथ यूएसएन के मूल्यांकन के उद्देश्य से कई परियोजनाओं का पता लगाया, और इस उद्देश्य के साथ कई अन्य अध्ययनों को प्रकाशित किया गया है33,34,35,36,37,38,39,40,41 . इन अध्ययनों में से अधिकांश वीआर प्रौद्योगिकी के पूर्ण पूरक का उपयोग नहीं करते हैं जो वर्तमान में उपभोक्ता बाजार के लिए उपलब्ध है (उदाहरण के लिए, एक हेड-माउंटेड डिस्प्ले (एचएमडी) और आंख-ट्रैकिंग आवेषण), उनके डेटासेट को आसानी से-मात्रात्मक मीट्रिक की एक छोटी संख्या तक सीमित करते हैं। इसके अलावा, इन सभी अध्ययनों को यूएसएन के लिए अग्रणी अधिग्रहित मस्तिष्क की चोट वाले रोगियों पर किया गया था, जिसमें यह सुनिश्चित करने के लिए स्क्रीनिंग विधियों की आवश्यकता होती है कि रोगी कम से कम मूल्यांकन कार्यों में भाग ले सकते हैं (उदाहरण के लिए, बड़े दृश्य क्षेत्र घाटे या संज्ञानात्मक हानि वाले रोगियों को छोड़कर)। यह संभव है कि अधिक सूक्ष्म संज्ञानात्मक, मोटर, या दृश्य घाटे इन स्क्रीनिंग विधियों की दहलीज के नीचे पारित हो गए, संभवतः इन अध्ययनों के परिणामों को भ्रमित करते हुए। यह भी संभव है कि इस तरह की स्क्रीनिंग यूएसएन के एक विशेष उपप्रकार की ओर इन अध्ययनों में प्रतिभागियों के नमूनों को पक्षपाती करती है।
पूर्व अध्ययनों के स्क्रीनिंग पूर्वाग्रहों से बचने के लिए, हमने स्वस्थ विषयों की भर्ती की और कृत्रिम रूप से नकली यूएसएन लक्षणों को एक मानक टीएमएस प्रोटोकॉल के साथ भर्ती किया, जिसे हाल ही में पांडुलिपि 15 में अच्छी तरह से वर्णित किया गया है, जिसमें एसएमजी को लक्षित करके एसटीजी और अहंकारी यूएसएन जैसे लक्षणों को लक्षित करके एलोसेंट्रिक यूएसएन जैसे लक्षणों को प्रेरित करने के लक्ष्य के साथ। हमने परीक्षण के लिए अपने कठिनाई परीक्षण को सक्रिय रूप से समायोजित करने और यूएसएन के विभिन्न उपप्रकारों के बीच अंतर करने के लिए कार्य को डिज़ाइन किया है, विशेष रूप से एलोसेंट्रिक बनाम अहंकारी लक्षण। हमने औपचारिक रूप से प्रदर्शित करने के लिए यूएसएन के मानक पेपर और पेंसिल आकलन का भी उपयोग किया कि आरटीएमएस के साथ हमने जिन घाटे को प्रेरित किया है, वे यूएसएन जैसे हैं। हमारा मानना है कि विधि अन्य शोधकर्ताओं के लिए उपयोगी होगी जो यूएसएन के मूल्यांकन और पुनर्वास के लिए उपन्यास वीआर टूल का परीक्षण करना चाहते हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
हमने क्रमशः टीएमएस और वीआर के साथ यूएसएन लक्षणों को सफलतापूर्वक प्रेरित और मापा। जबकि हमारे पास शाम के परीक्षणों की तुलना में महत्वपूर्ण परिणाम नहीं थे, हम विभिन्न प्रयोगात्मक समूहों के बीच अहंकारी ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय से विश्वविद्यालय अनुसंधान कोष (यूआरएफ) और सेरेब्रोवास्कुलर रोग और स्ट्रोक में अमेरिकन हार्ट एसोसिएशन की छात्र छात्रवृत्ति द्वारा समर्थित किया गया था। शोधकर्ताओं, चिकित्सकों और उनके चल रहे समर्थन के लिए अनुभूति और तंत्रिका उत्तेजना के लिए प्रयोगशाला के कर्मचारियों के लिए विशेष धन्यवाद।
Materials
| AirFilm Coil (AFC) Rapid Version | Magstim | N/A | Air-cooled TMS coil |
| Alienware 17 R4 Laptop | Dell | N/A | NVIDIA GeForce GTX 1060 (full specs at https://topics-cdn.dell.com/pdf/alienware-17-laptop_users-guide_en-us.pdf) |
| BrainSight 2.0 TMS Neuronavigation Software | Rogue Research Inc | N/A | TMS neural targeting software |
| CED 1902 Isolated pre-amplifier | Cambridge Electronic Design Limted | N/A | EMG pre-amplifier |
| CED Micro 401 mkII | Cambridge Electronic Design Limted | N/A | Multi-channel waveform data acquisition unit |
| CED Signal 5 | Cambridge Electronic Design Limted | N/A | Sweep-based data acquisition and analysis software. Used to measure TMS evoked motor responses. |
| HTC Vive Binocular Add-on | Pupil Labs | N/A | HTC Vive, Vive Pro, or Vive Cosmos eye tracking add-on with 2 x 200Hz eye cameras. |
| Magstim D70 Remote Coil | Magstim | N/A | Hand-held TMS coil |
| Magstim Super Rapid 2 plus 1 | Magstim | N/A | Transcranial Magnetic Stimulation Unit |
| Unity 2018 | Unity | N/A | cross-platform VR game engine |
| Vive Pro | HTC Vive | N/A | VR hardware system with external motion sensors; 1440×1600 pixels per eye, 90 Hz refresh rate, 110° FoV |
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