Summary

Цифровой анализ почерка персонажей у китайских пациентов с легкими когнитивными нарушениями

Published: March 11, 2021
doi:

Summary

Это исследование предложило цифровой анализ почерка символов у людей с легкими когнитивными нарушениями, чтобы найти больше информации, чем показывает традиционный анализ почерка карандашной бумаги.

Abstract

Все большее количество доказательств показывает, что когнитивные дефициты и дисфункции движения не разделены. Пациенты с легкими когнитивными нарушениями (MCI) могут проявляться мелкие двигательные расстройства верхних конечностей. Почерк – это сложная и уникальная деятельность человека, связанная как с двигательной, так и с когнитивной координацией. Исследователи из западных стран обнаружили, что пациенты с MCI имеют ненормальные черты почерка. Однако соответствующих исследований среди китайского населения не проводилось. Из-за кросс-культурного феномена почерка, цель этого исследования состоит в том, чтобы найти новые задачи почерка, чтобы продемонстрировать различия в почерке между пожилыми пациентами с MCI и возрастных здоровых людей.

Introduction

Мягкие когнитивные нарушения (MCI) рассматривается как переходная, но постепенно дегенеративная когнитивная фаза, которая предшествует началу болезни Альцгеймера (AD)1. Было сообщено, что уровень прогрессирования АД в год составляет 15%, в то время как почти 75% умеренных и тяжелых случаев MCI может оставаться недиагностированным2. Недавние исследования сообщили, что пациенты с MCI испытывают трудности в некоторых аспектахтонкой двигательных задач 3, и те пациенты, которые показали двигательные расстройства, такие как медленная походка, был высокий рискдеменции 4.

Почерк является сложной человеческой деятельности, которая влечет за собой сложную смесь когнитивных, кинестичный, и восприятия двигательных компонентов, включая визуальное и кинестоническое восприятие, моторное планирование, координация глаз и рук, визуально-моторной интеграции, ловкость, и ручныенавыки 1. Анализ почерка был использован для выявления когнитивных и двигательных дисфункций во многих типах нейродегенеративных заболеваний, таких как АД и болезнь Паркинсона (PD)5. Кроме того, некоторые аспекты проблем с почерком, как сообщается, являются индикатором ДЛЯ MCI и связаны с прогрессированиемзаболевания 6. По мере того как большинство населенности использует язык, изучения которые исследуют анализ почерка в китайских дикторах (специально упрощенных китайских иероглифах) все еще нуждаются.

Там было несколько статей, которые исследовали почерк аномалии или “аграфия” у лиц с MCI. Например, используя традиционные методы карандашной бумаги, Чжоу и его коллеги пытались раскрыть различные способности письма между пациентами с MCI и лицами без MCI. Различия между группами не были очевидны, за исключением написания ошибок7. Кава и др. нашли черты почерка у пациентов с MCI с помощью умной ручки, которая могла динамически анализировать скорость инсульта и пера во времянаписания 2. Оборудование WACOM и программное обеспечение MovAlyzeR могут обнаруживать больше информации в режиме реального времени по сравнению с традиционными карандашными и бумажными методами и методами смарт-бумаги. Таким образом, динамические данные почерка, такие как давление пера вниз, скорость, ускорение, и рывок, были найдены, чтобы быть новым фокусом анализа почерка по отношению к статическим данным, таким как размер буквы и пространство междусловами 2.

Однако еще одним явлением, которое нельзя игнорировать, является межкультурное воздействие почерка. Системы письма разных народов не всегда одинаковы (например, английские буквы написаны слева направо, в то время как еврейские буквы написаны справаналево) 8. В этом выпуске, даже обзоры подтвердили эффективностьанализа почерка 9,10 в алфавитных языках, и широкий разрыв между китайскими иероглифами и западными буквами препятствует обмену способность анализа почерка в методах и результаты11 из этих исследований.

Существует несколько основных различия между западными языками (например, английский) и китайский. Во-первых, Есть еще много горизонтальных движений наконечник пера во время китайского написания символов по сравнению с письмомписьменной форме 12. Во-вторых, в отличие от алфавитного языка, который ассоциируется с фонемами, китайский считаетсялогографическим 7. В результате, большинство китайских иероглифов имеют свой уникальный порядок хода, а ширина и высота штрихов должны быть строго ограничены. В противном случае, неограниченные ширины и высоты могут привести к повышенной неразборчивости11 Equation 1 Equation 2 (“и” – совершенно разные китайские иероглифы. Кроме того, Equation 3 «», Equation 4 «» и «» Equation 5 являются разными китайскими иероглифами).

Equation 6 ( произносится “Чжэн”) является типичным, простым и широко используемым китайским характером, что почти каждый китайский оратор с двухлетним уровнем образования может читать и писать. Он был выбран в качестве письменной задачи в предыдущих китайских исследований анализапочерка 6,12. Исследователи решили использовать Equation 6 “в качестве письменной задачи, потому что это “квадрат-как” и состоитиз пяти штрихов, все из которых являются горизонтальными (No 1, No 3, 5 инсульта, слева направо) или вертикальной ( No 2, No 4 инсульта, от вверх до вниз) (Рисунок 1). По данным многих исследований тонкой двигатель, выполняяNo 3 инсульта (горизонтальный) иNo 4 инсульта (вертикальный) требует чистого запястья и пальцев движений,соответственно 6,12,13. В результате скорость инсульта обоих ударов может быть правильным проявлением14.

Кроме того, давление пера во время почерка является функцией почерка, которая, как было показано, превосходит другие кинематические особенности вотражении управления двигателем 5,15. Однако соответствующих исследований у китайских пациентов нет, хотя положительные результаты были подтверждены исследовательскими группами из Чехии, Испании,Израиля и других стран 8,16,17.

Подпись широко используется в качестве задачи почерка в многочисленных исследованиях5. В общем, подпись требует мало думать или в эфире время18. “In-air” определяется как когда давление наконечника пера на экран 0 во время почерка, а “эфирное время” – это сумма времени “в воздухе” во время почерка. Лица, которые страдают от многих нейропсихиатрических расстройств, возможно, дефицит психомоторного контроля, и, таким образом, они проявляют увеличение времени в воздухе подписи. Например, Розенблюм и др. обнаружили, что израильские пациенты с депрессией и болезнью Паркинсона показали больше эфирного времени по сравнению со здоровым контролем при написании собственногоимени на иврите 8,19. Поскольку китайские иероглифы имеют свою собственную форму, в этом исследовании было решено использовать в воздухе длины тортуозность в сегментации между символами при написании имени в качестве потенциального индикативного параметра. Тортуозность, определяемая соотношением длины дуги к евклидовому расстоянию между конечной точкой, является мерой кривизны и, следовательно, индексирует плавность конкретного письменного вывода20.

Protocol

Наше исследование было одобрено Комитетом по академической этике Отдела биологических наук Китайской больницы НОАК в Пекине, Китай. 1. Общие аспекты разработки методов Используйте USB-дигитайзер (например, Wacom Cintiq Pro 16) и портативную ручку стилуса для движения рукопис…

Representative Results

Демографические данные испытуемых показали, что все группы хорошо соответствуют возрасту, полу, уровню образования, доминирующей руке и другим параметрам. Как показано в таблице 1, во время написания китайского символа, пожилые предметы с MCI выставлены <img alt="Equatio…

Discussion

Критические шаги в протоколе подтверждают разборчивость Equation 6 “. В деталях, в течение всего символа, 3удара должен быть короче, чем другие горизонтальные штрихи, и ударNo 4 должен быть короче, чем2 удара. Более конкретно, больше внимания ресу…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы благодарим профессора Ханса-Лео Теулинга из Neuroscript LLD за поддержку цифровых технологий.

Это исследование было поддержано Фондом У Цзепинга (Grant No.: 320.6750.18456).

Materials

Microsoft Surface Pro 2 computer
MovAlyeR 3.4 software
WACOM Cintiq digitizer

References

  1. Werner, P., et al. Handwriting process variables discriminating mild Alzheimer’s disease and mild cognitive impairment. Journals of Gerontology. 61 (4), 228-236 (2006).
  2. Kawa, J., et al. Spatial and dynamical handwriting analysis in mild cognitive impairment. Computers in Biology and Medicine. 82, 21-28 (2017).
  3. De Paula, J. J., et al. Impairment of fine motor dexterity in mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease dementia: association with activities of daily living. Revista Brasilra De Psiquiatria. 38 (3), 235-238 (2016).
  4. Takehiko, D., et al. Combined effects of mild cognitive impairment and slow gait on risk of dementia. Experimental Gerontology. 110, 146-150 (2018).
  5. Impedovo, D., et al. Dynamic handwriting analysis for the assessment of neurodegenerative diseases: a pattern recognition perspective. IEEE Reviews in Biomedical Engineering. 12, 209-220 (2019).
  6. Yu, N. Y., et al. Characterization of the fine motor problems in patients with cognitive dysfunction – A computerized handwriting analysis. Human Movement Science. 65 (17), 30841-30842 (2019).
  7. Zhou, J., et al. Characteristics of agraphia in Chinese patients with Alzheimer’s disease and amnestic Mild Cognitive Impairment. Chinese Medical Journal. 129 (13), 1553-1557 (2016).
  8. Rosenblum, S., et al. Handwriting process variables among elderly people with mild major depressive disorder: a preliminary study. Aging Clinical & Experimental Research. 22 (2), 141-147 (2010).
  9. Caligiuri, M. P., et al. Signature dynamics in Alzheimer’s disease. Forensic Science International. 302, 109880 (2019).
  10. Thomas, M., et al. Handwriting analysis in Parkinson’s disease: current status and future directions. Movement Disorders Clinical Practice. 4 (6), 806-818 (2017).
  11. Leung, S. C., et al. A comparative approach to the examination of Chinese handwriting-The Chinese character. Journal of the Forensic Science Society. 25, 255-267 (1985).
  12. Ma, H. I., et al. Progressive micrographia shown in horizontal, but not vertical, writing in Parkinson’s disease. Behavioural Neurology. 27 (2), 169-174 (2013).
  13. Yan, J. H., et al. Alzheimer’s disease and mild cognitive impairment deteriorate fine movement control. Journal of Psychiatric Research. 42, 1203-1212 (2008).
  14. Johnson, B. P., et al. Understanding macrographia in children with autism spectrum disorders. Research in Developmental Disabilities. 34 (9), 2917-2926 (2013).
  15. Afonso, O., et al. Writing difficulties in Alzheimer’s disease and Mild Cognitive Impairment. Reading and Writing. 32 (1), 217-233 (2019).
  16. Drotár, P., et al. Evaluation of handwriting kinematics and pressure for differential diagnosis of Parkinson’s disease. Artificial Intelligence in Medicine. 67, 39-46 (2016).
  17. Garre-Olmo, J., et al. Kinematic and pressure features of handwriting and drawing: preliminary results between patients with mild cognitive impairment, Alzheimer disease and healthy controls. Current Medicinal Chemistry. 14, 960-968 (2017).
  18. Cohen, J., et al. Digital clock drawing: differentiating “thinking” versus “doing” in younger and older adults with depression. Journal of the International Neuropsychological Society. 20 (9), 920-928 (2014).
  19. Rosenblum, S., et al. Handwriting as an objective tool for Parkinson’s disease diagnosis. Journal of Neurology. 260 (9), 2357-2361 (2013).
  20. Grace, N., et al. Do handwriting difficulties correlate with core symptomology, motor proficiency and attentional behaviours. Journal of Autism and Developmental Disorders. 47 (4), 1-12 (2017).
  21. Petersen, R. C. Mild cognitive impairment as a diagnostic entity. Journal of Interactive Marketing. 256 (3), 183-194 (2004).
  22. Ishikawa, T., et al. Handwriting features of multiple drawing tests for early detection of Alzheimer’s Disease: A preliminary result. Studies in Health Technology and Informatics. 264, 168-172 (2019).
  23. Herold, F., et al. Thinking while moving or moving while thinking-concepts of motor-cognitive training for cognitive performance enhancement. Frontiers in Aging Neuroscience. 10, 228 (2018).
check_url/kr/61841?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Zhào, H., Zhang, Y., Xia, C., Liu, Y., Li, Z., Huang, Y. Digital Handwriting Analysis of Characters in Chinese Patients with Mild Cognitive Impairment. J. Vis. Exp. (169), e61841, doi:10.3791/61841 (2021).

View Video