Eye-Tracking Control för att bedöma kognitiva funktioner hos patienter med amyotrofisk lateralskleros

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

Amyotrofisk lateralskleros (ALS) är en dödlig neurodegenerativ sjukdom vanligen leder till döden inom tre till fem år. Under patologin patienter närvarande med progressiv förlust av luftvägarna och bulbär funktion samt nedskrivningar i rörelse förmågor ^1. Det delar vissa kliniska, patologiska och genetiska särdrag med frontotemporal demens ^två och det är väl dokumenterat att ca 30% av ALS-patienter uppvisar kognitiva brister ^3. Dessa underskott är mest framträdande i områdena exekutiva funktioner, verbalt flyt och språk ⁴ och har en inverkan på överlevnaden ^5, efterlevnad ⁶ och vårdare börda ^7. Således är avgörande i denna sjukdom pålitliga neuropsykologiska bedömning.

Ryckande försämringar i motor- och tal förmågor är dock en begränsande faktor för grundlig utvärdering av kognitiva förmågor i senare stadier av sjukdomen ^8. Hennee, oculomotor baserade strategier verkar vara mycket lovande, som grundläggande ögonrörelsekontroll förblir intakt för en jämförbar lång tid under ALS för majoriteten av patienterna ^9. Eye-tracking parametrar själv har använts för att få information om den kognitiva status hos patienter med ALS ¹⁰ och även korrelerar med den sekventiella spridningsmönstret ALS ^11. Ögonrörelser som ett medel för att styra kognitiva tester i samband med ALS har också studerats i tidigare arbeten. En studie har framgångsrikt visat sin användbarhet i friska kontroller med hjälp av en oculomotor baserad version av Trail Making Test ^12, medan en annan fann det lämpligt att skilja mellan friska kontroller och ALS-patienter baserad på kognitiv prestation och att skilja mellan kognitivt mer och mindre nedsatt njurfunktion ^13.

Den forskning som beskrivs här används en oculomotor baserad metod för att studera kognitiva försämringar i ALS patienter, särskilt på området för verkställande funktion. Två väl validerade och som vanligen används neuropsykologiska tester anpassades till ögonrörelsekontroll: Korpens färgade progressiva matriser (CPM) ¹⁴ och D2-testet ^15. CPM är en icke-verbal instrument som används för att mäta verkställande och visuospatial förmågor samt flytande intelligens. D2-testet är också en icke-verbal verktyg som används för att avslöja verkställande dysfunktion inom områdena selektiv och ihållande uppmärksamhet och visuell bearbetningshastighet. Båda används ofta kliniska verktyg som har använts med framgång i tidigare studier bedöma potentiella kognitiv nedgång under sjukdomsförloppet ¹⁶ och neuropsykologiska status ALS-patienter jämfört med friska kontroller ^17.

Målet med detta arbete var att visa kraven för en framgångsrik utvärdering av kognitiva brister i ALS oberoende av rörelse- och talsvårigheter med hjälp av en reliable, eye-tracking baserad version av CPM och D2-testet. Viktigt är den här beskrivna metoden har potential att utökas för att studera andra populationer av patienter med svåra motoriska nedsättningar.

Protocol

Studien godkändes av den etiska kommittén vid universitetet i Ulm (Statement No. 19/12) och det protokoll som beskrivs därför följer deras riktlinjer. Alla deltagare gav skriftligt informerat samtycke. 1. stimuli och Testmiljö För att hålla distraktioner till ett minimum utföra forskning i en mörk eller en mycket svagt upplysta och tyst rum. Använd en lämplig eye tracking enhet. OBS: Det finns en mängd olika enheter tillgängliga för att utföra ögo…

Representative Results

För syftet med forskningen som presenteras här, det vill säga utvecklingen av en tillförlitlig oculomotor baserad neuropsykologisk bedömning ALS-patienter, i egenutvecklad programvara lagrar motivets val av CPM i en separat fil, vilket möjliggör manuell beräkning av andelen korrekt svar. För D2-testet är ett register över de vertikala ögonrörelser manuellt analyseras med hjälp av ett tröskelvärde på + 5 ° för detektering av en relevant svar. Inspelnin…

Discussion

Det är en utmanande uppgift att framgångsrikt bedöma den kognitiva status hos patienter med ALS som är oförmögen att tala och skriva. Användningen av videooculography system tillhandahåller ett lovande tillvägagångssätt. Den härmed tekniken är pålitlig i att upptäcka kognitiva brister, som spelar en central roll i samband med vårdare bördan och sjukdomshantering ²⁰ i ALS-patienter. Även de oculomotor versioner av CPM och D2-testet korrelerar signifikant med sina respektive standardpappers pe…

Materials

EyeSeeCam

EyeSeeTec GmbH; 82256 Fürstenfeldbruck, Germany

Videooculography device