Eye-Tracking Control for å vurdere kognitive funksjoner hos pasienter med amyotrofisk lateral sklerose

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 lateral sklerose (ALS) er en fatal nevrodegenerativ lidelse vanligvis fører til døden i løpet av tre til fem år. I løpet av patologien, at pasienten har progressivt tap av respiratoriske og bulbar virkemåte, så vel som svekkelser i bevegelse evner ^1. Den deler noen kliniske, patologiske og genetiske egenskaper med frontotemporal demens ^2, og det er vel dokumentert at ca 30% av ALS pasienter viser kognitive mangler ^3. Disse underskuddene er mest fremtredende i domener av utøvende funksjon, verbal flyt og språk ⁴ og ha innflytelse på overlevelse ^5, compliance ⁶ og pleieren byrde ^7. Således er pålitelig nevropsykologiske vurderings avgjørende i denne sykdommen.

Advancing svekkelser i motor og tale evner er imidlertid en begrensende faktor for grundig evaluering av kognitive evner i senere stadier av sykdommen ^8. Hennee, oculomotor baserte tilnærminger synes å være svært lovende, så grunnleggende øyebevegelser kontroll forblir intakt for en forholdsvis lang tid i løpet av ALS for de fleste av pasientene ^9. Eye-sporingsparametere seg selv har vært anvendt for å få informasjon om den kognitive status av pasienter med ALS ¹⁰ og også korrelerer med den sekvensielle spredningsmønsteret av ALS ^11. Øyebevegelser som et middel for å kontrollere kognitive tester i forbindelse med ALS har også blitt studert i tidligere arbeider. En studie har bevist sin brukbarhet i friske kontroller ved hjelp av en oculomotor basert versjon av Trail-Making Test ^12, mens en annen har funnet det hensiktsmessig å skille mellom friske kontroller og ALS pasienter basert på kognitive prestasjoner og til å diskriminere mellom kognitivt mer og mindre nyrefunksjon ^13.

Forskningen er beskrevet her benyttet en oculomotor basert metode for å studere kognitive svekkelser i ALS pasienter, spesielt i domenet for utøvende funksjon. To godt validerte og mest brukte nevropsykologiske testene ble tilpasset øyebevegelser kontroll: Raven fargede progressive matriser (CPM) ¹⁴ og D2-test ^15. CPM er en ikke-verbal instrument som brukes til å måle utøvende og visuospatial evner så vel som flytende intelligens. D2-testen er også en ikke-verbal verktøy som brukes til å avdekke utøvende dysfunksjon i domenene til selektiv og vedvarende oppmerksomhet og visuell prosessering hastighet. Begge er utbredt klinisk verktøy som har blitt anvendt i tidligere studier som vurderer potensiell kognitiv svikt i løpet av sykdommen ¹⁶ og nevropsykologiske status av ALS-pasienter sammenlignet med friske kontroller ^17.

Målet med dette arbeidet var å vise kravene for vellykket evaluering av kognitiv svikt i ALS uavhengig av bevegelse og nedsatt taleevne ved hjelp av en reliable, eye-tracking basert versjon av CPM og D2-test. Viktigere er fremgangsmåten som er beskrevet her har potensiale til å bli utvidet til å studere andre populasjoner av pasienter med alvorlige motoriske vansker.

Protocol

Studien ble godkjent av etikkomiteen ved Universitetet i Ulm (erklæring nr 19/12) og protokollen beskrevet derfor følger deres retningslinjer. Alle deltakerne ga skriftlig informert samtykke. 1. Stimuli og testing miljø For å holde distraksjoner til et minimum utføre forskning i et mørkt eller veldig svakt opplyst og stille rom. Bruk en passende eye tracking-enhet. MERK: Det finnes et bredt utvalg av enheter tilgjengelig for å utføre øye bevegelse studier…

Representative Results

For hensikten med forskningen som presenteres her, dvs. utvikling av en pålitelig oculomotor basert nevropsykologisk vurdering for ALS pasienter, i egenutviklede programvare butikker fagets valg av CPM i en egen fil, noe som åpner for manuelle beregninger av hvor stor prosentandel av riktig svarene. For D2-test, er en oversikt over de vertikale øyebevegelser manuelt analysert ved hjelp av en terskel på + 5 ° for påvisning av et relevant svar. Opptakene tildelt hver stimulu…

Discussion

Det er en utfordrende oppgave å kunne vurdere den kognitive status av pasienter med ALS som ikke klarer å snakke og skrive. Bruken av videooculography systemer gir en lovende tilnærming. Den herved presenteres teknikken er pålitelig i å oppdage kognitiv svikt, som spiller en sentral rolle i forbindelse med pleieren byrde og sykdom ledelse ²⁰ ALS-pasienter. Også oculomotor versjoner av CPM og D2-test korrelerer signifikant med sine respektive standard papir-blyant versjoner, men ytterligere støtte er n?…

Materials

EyeSeeCam

EyeSeeTec GmbH; 82256 Fürstenfeldbruck, Germany

Videooculography device