Eye-Tracking Control pour évaluer les fonctions cognitives chez les patients atteints de sclérose latérale amyotrophique
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
La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative fatale conduisant généralement à la mort à moins de 3 à 5 ans. Au cours de la pathologie, les patients présentent une perte progressive des voies respiratoires et le fonctionnement bulbaire ainsi que des déficiences dans le mouvement des capacités 1. Il partage certaines caractéristiques cliniques, pathologiques et génétiques avec la démence frontotemporale 2 et il est bien documenté que environ 30% des patients atteints de SLA présentent des déficits cognitifs 3. Ces déficits sont les plus importants dans les domaines de la fonction exécutive, la fluidité verbale et la langue 4 et avoir une influence sur la survie 5, la conformité 6 et soignant charge 7. Ainsi, l'évaluation neuropsychologique fiable est crucial dans cette maladie.
Déficiences dans Advancing moteur et de la parole capacités sont, cependant, un facteur limitant pour l' évaluation approfondie des capacités cognitives dans les stades ultérieurs de la maladie 8. Sae, les approches oculomoteurs base semble être très prometteur, comme base de contrôle des mouvements des yeux reste intacte pendant une longue période comparable au cours de la SLA pour la majorité des patients 9. Lui – même les paramètres de suivi oculaire ont été utilisées pour obtenir des informations sur l'état cognitif des patients atteints de SLA 10 et corréler également avec le motif d' étalement séquentiel de la SLA 11. Les mouvements oculaires comme un moyen pour contrôler les tests cognitifs dans le contexte de la SLA a également été étudiée dans des travaux antérieurs. Une étude a démontré avec succès sa facilité d' utilisation dans les contrôles sains en utilisant une version oculomoteur base du Trail-Making Test 12, tandis qu'un autre trouve qu'il convient de faire la distinction entre les contrôles sains et les patients atteints de SLA basé sur la performance cognitive et de distinguer entre les patients cognitivement plus ou moins douteux 13.
La recherche décrite ici a utilisé une méthodologie oculomoteur basée pour étudier les troubles cognitifs dans ALpatients S, en particulier dans le domaine du fonctionnement exécutif. Deux tests neuropsychologiques bien validés et couramment utilisés ont été adaptés au contrôle des mouvements oculaires: couleur progressives matrices du Raven (CPM) 14 et la D2 test 15. Le CPM est un instrument non-verbal utilisé pour mesurer les capacités de direction et visuospatiales ainsi que l'intelligence fluide. Le D2-test est également un outil non-verbale utilisée pour découvrir le dysfonctionnement exécutif dans les domaines de l'attention sélective et soutenue et la vitesse de traitement visuel. Les deux sont largement utilisés des outils cliniques qui ont été utilisés avec succès dans les études précédentes évaluant le déclin cognitif potentiel au cours de la maladie 16 et le statut neuropsychologique des patients atteints de SLA par rapport aux témoins en bonne santé 17.
Le but de ce travail était de montrer les conditions requises pour une évaluation réussie des déficits cognitifs dans la SLA indépendante du mouvement et de troubles de la parole en utilisant un reliable version basée eye-tracking de la RPC et de la D2-test. Fait important, la méthode décrite ici a le potentiel d'être élargi pour étudier d'autres populations de patients ayant une déficience motrice grave.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il est une tâche difficile d'évaluer avec succès le statut cognitif des patients atteints de SLA qui sont incapables de parler et d'écrire. L'utilisation de systèmes de videooculography fournit une approche prometteuse. La technique présente présentée est fiable dans la détection des déficits cognitifs, qui jouent un rôle essentiel dans le contexte de la charge de personnel soignant et des maladies 20 chez les patients atteints de SLA. En outre, les versions oculomoteurs du CPM et D2 te…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier Ralf Kühne pour le support technique. Ce travail a été financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) et le Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF # 01GM1103A). Ceci est un projet commun de recherche des maladies Programme-neurodégénérative UE (JPND). Le projet est soutenu par les organisations suivantes sous l'égide de JPND- ex., Allemagne, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, FKZ), Suède, Vetenskaprådet Sverige, Pologne, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (RPNE).
Materials
| EyeSeeCam | EyeSeeTec GmbH; 82256 Fürstenfeldbruck, Germany | Videooculography device |
Referências
- Kiernan, M. C., et al. Amyotrophic lateral sclerosis. Lancet. 377 (9769), 942-955 (2011).
- Neumann, M., et al. Ubiquitinated TDP-43 in frontotemporal lobar degeneration and amyotrophic lateral sclerosis. Science. 314 (5796), 130-133 (2006).
- Beeldman, E., Raaphorst, J., Klein Twennaar, ., de Visser, M., Schmand, B. A., de Haan, R. J. The cognitive profile of ALS: a systematic review and meta-analysis update. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. , (2015).
- Phukan, J., et al. The syndrome of cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: a population-based study. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 83 (1), 102-108 (2012).
- Elamin, M., et al. Executive dysfunction is a negative prognostic indicator in patients with ALS without dementia. Neurology. 76 (14), 1263-1269 (2011).
- Martin, N. A., et al. Psychological as well as illness factors influence acceptance of non-invasive ventilation (NIV) and gastrostomy in amyotrophic lateral sclerosis (ALS): a prospective population study. Amyotroph. Lateral. Scler. Frontotemporal. Degener. 15 (5-6), 376-387 (2014).
- Chiò, A., et al. Neurobehavioral symptoms in ALS are negatively related to caregivers’ burden and quality of life. Eur. J. Neurol. 17 (10), 1298-1303 (2010).
- Lakerveld, J., Kotchoubey, B., Kübler, A. Cognitive function in patients with late stage amyotrophic lateral sclerosis. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 79 (1), 25-29 (2008).
- Sharma, R., Hicks, S., Berna, C. M., Kennard, C., Talbot, K., Turner, M. R. Oculomotor dysfunction in amyotrophic lateral sclerosis: a comprehensive review. Arch. Neurol. 68 (7), 857-861 (2011).
- Witiuk, K., Fernandez-Ruiz, J., McKee, R. Cognitive Deterioration and Functional Compensation in ALS Measured with fMRI Using an Inhibitory Task. J. Neurosci. 34 (43), 14260-14271 (2014).
- Gorges, M., et al. Eye Movement Deficits Are Consistent with a Staging Model of pTDP-43 Pathology in Amyotrophic Lateral Sclerosis. PLoS One. 10 (11), 0142546 (2015).
- Hicks, S. L., et al. An eye-tracking version of the trail-making test. PLoS One. 8 (12), 84061 (2013).
- Keller, J., et al. Eye-tracking controlled cognitive function tests in patients with amyotrophic lateral sclerosis: a controlled proof-of-principle study. J. Neurol. 262 (8), 1918-1926 (2015).
- Raven, J. C., Court, J. H., Raven, J. . Manual for Raven’s progressive matrices and vocabulary scales. Section 2, the coloured progressive matrices. , (1998).
- Brickenkamp, R. . Aufmerksamkeits-Belastungs-Test (Test d2), 8th edn. , (1994).
- Elamin, M., et al. Cognitive changes predict functional decline in ALS. Neurology. 80 (17), 1590-1597 (2013).
- Ludolph, A. C., et al. Frontal lobe function in amyotrophic lateral sclerosis: a neuropsychologic and positron emission tomography study. Acta. Neurol. Scand. 85 (2), 81-89 (1992).
- Schneider, E., et al. Eye-SeeCam: an eye movement-driven head camera for the examination of natural visual exploration. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1164, 461-467 (2009).
- Lulé, D., et al. The Edinburgh Cognitive and Behavioural Amyotrophic Lateral Sclerosis Screen: a cross-sectional comparison of established screening tools in a German-Swiss population. Amyotroph. Lateral. Scler. Frontotemporal. Degener. 16 (1-2), 16-23 (2015).
- Olney, R. K., et al. The effects of executive and behavioral dysfunction in the course of ALS. Neurology. 65 (11), 1774-1777 (2005).
- Donaghy, C., Thurtell, M. J., Pioro, E. P., Gibson, J. M., Leigh, R. J. Eye movements in amyotrophic lateral sclerosis and its mimics: a review with illustrative cases. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 82 (1), 110-116 (2011).
- Mizutani, T., et al. Development of ophthalmoplegia in amyotrophic lateral sclerosis during long-term use of respirators. J. Neurol. Sci. 99 (2-3), 311-319 (1990).
- Khin Khin, E., Minor, D., Holloway, A., Pelleg, A. Decisional Capacity in Amyotrophic Lateral Sclerosis. J. Am. Acad. Psychiatry Law. 43 (2), 210-217 (2015).
- Kübler, A., et al. Patients with ALS can use sensorimotor rhythms to operate a brain-computer interface. Neurology. 64 (10), 1775-1777 (2005).
- Connolly, S., Galvin, M., Hardiman, O. End-of-life management in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Lancet Neurol. 14 (4), 435-442 (2015).
