Virtual Prism Adaptation Therapy: Protokoll for validering hos friske voksne
Summary
Denne eksperimentelle protokollen demonstrerer bruken av virtuell prismetilpasningsterapi (VPAT) hos friske voksne og sammenhengen mellom VPAT og funksjonell nær infrarød spektroskopi for å bestemme effekten av VPAT på kortikal aktivering. Resultatene tyder på at VPAT kan være mulig og kan indusere lignende atferdstilpasning som konvensjonell prisme tilpasningterapi.
Abstract
Hemispatial forsømmelse er en vanlig svekkelse etter hjerneslag. Det er forbundet med dårlige funksjonelle og sosiale resultater. Derfor er en tilstrekkelig intervensjon avgjørende for vellykket håndtering av hemispatial forsømmelse. Klinisk bruk av ulike intervensjoner er imidlertid begrenset i reell klinisk praksis. Prismetilpasningsterapi er en av de mest evidensbaserte rehabiliteringsmodalitetene for å behandle hemispatial forsømmelse. For å overvinne eventuelle mangler som kan oppstå med prismeterapi, utviklet vi et nytt system ved hjelp av oppslukende virtuell virkelighet og dybdesensingkamera for å skape en virtuell prismetilpasningsterapi (VPAT). For å validere VPAT-systemet, designet vi en eksperimentell protokoll som undersøker atferdsfeil og endringer i kortikal aktivering via VPAT-systemet. Kortikal aktivering ble målt ved funksjonell nær infrarød spektroskopi (fNIRS). Eksperimentet besto av fire faser. Alle fire inkluderte å klikke, peke eller hvile brukt på høyrehendte friske mennesker. Klikking versus peker ble brukt til å undersøke den kortikale regionen knyttet til brutto motoroppgave, og peker med VPAT versus peker uten VPAT ble brukt til å undersøke den kortikale regionen forbundet med visuospatial persepsjon. De foreløpige resultatene fra fire friske deltakere viste at å peke feil fra VPAT-systemet var lik den konvensjonelle prismetilpasningsbehandlingen. Videre analyse med flere deltakere og fNIRS-data, samt en studie hos pasienter med hjerneslag kan være nødvendig.
Introduction
Hemispatial forsømmelse, som påvirker evnen til å oppfatte det kontralaterale hemispatiale synsfeltet, er en vanlig svekkelse etter slag1,2. Selv om rehabilitering etter hemispatial forsømmelse er viktig, på grunn av sin tilknytning til dårlige funksjonelle og sosiale resultater, rehabilitering er ofte underutnyttet i reell klinisk praksis3,4.
Blant de ulike eksisterende rehabiliteringstilnærmingene som foreslås for hemispatial forsømmelse, har prismetilpasning (PA) terapi vist seg effektiv for utvinning og forbedring i hemispatial forsømmelse hos pasienter med subakutt eller kronisk slag5,6,7,8. Konvensjonell PA underutnyttes imidlertid på grunn av flere ulemper9,10. Disse inkluderer 1) høye kostnader og tidskrav på grunn av prisme linsen som må endres for å justere til graden av avvik; 2) behovet for å sette opp ekstra materialer som skal pekes på og for å maskere håndbanen; og 3) PA kan bare brukes av pasienter som kan sitte og kontrollere hodet posisjon.
En fersk studie som reproduserer tilpasningseffektene i VR-miljøet i virtuell virkelighet rapporterte at det kan være mulig for den virtuelle prismetilpasningsbehandlingen (VPAT) å ha forskjellige effekter avhengig av undertypene av forsømmelse11. Det ble også foreslått at kortikal aktivering for PA kan variere i henhold til hjerneskader12. Men lite er kjent om det kortikale aktiveringsmønsteret sett i VR-indusert PA.
For å overvinne disse hindringene og fremme bruken av PA i en klinisk setting, utviklet vi et nytt PA-behandlingssystem ved hjelp av en oppslukende VR-teknologi kalt virtual prisme tilpasningsterapi (VPAT), via bruk av et dybdesensingskamera. Vi designet et oppslukende VR-system med muligheten til å gi visuell tilbakemelding om posisjonen til et virtuelt lem for å fremme romlig omstilling13. Ved hjelp av denne oppslukende VR-teknologien, som etterlignet effekten av konvensjonell PA, designet vi et eksperiment for å validere VPAT-systemet hos friske deltakere.
Ved å gjennomføre vår visualiserte eksperimentelle protokoll undersøkte vi om det nye VPAT-systemet kan indusere atferdstilpasning, lik konvensjonell PA. I tillegg ønsker vi å undersøke om VPAT-systemet kan indusere aktiveringen i kortikale regioner forbundet med visuospatial persepsjon eller gjenoppretting av hemispatial forsømmelse etter hjerneslag.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne studien implementerte prisme tilpasningterapi ved hjelp av en oversatt håndbevegelse i et VR-miljø. Den undersøkte om avviket som ble implementert forårsaket vinkeloverskyting og atferdstilpasning, som i konvensjonell prismetilpasningsterapi.
I median pekefeilresultatet (figur 5) og det første pekefeilresultatet endret pekefeilen seg betydelig når fasen ble byttet. Selv om noen håndgjenkjenningsfeil ble eliminert, kan det fortsatt være falsk deteksjo…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne studien ble støttet av Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (14-2015-022) og av Næringsdepartementet & Energi (MOTIE, Korea), Vitenskapsdepartementet (MSIT, Korea) og Ministry of Health & Welfare (MOHW, Korea ) under Teknologiutviklingsprogram for AI-Bio-Robot-Medicine Convergence (20001650). Vi vil gjerne takke Su-Bin Park, Nu-Ri Kim og Ye-Lin Jang for å ha bidratt til å forberede og fortsette med videoopptaket.
Materials
| EASYCAP | Easycap | C-SAMS | Platform to accommodate fNIRS optodes |
| Leap Motion 3D Motion Controller | Ultrahaptics | FBA_LM-C01-US | Hand detection device attached HMD |
| Leap Motion VR Developer Mount for VR Headset | Ultrahaptics | VR-UAZ | |
| Matlab R2015a | Mathworks | Programming language running with NIRStar | |
| NIRScout | Medical Technology LLC | NSC-CORE | fNIRS system |
| nirsLAB v201605 | Medical Technology LLC | Software for analyzing data collected with NIRScout | |
| NIRStar 14.1 | Medical Technology LLC | NIRScout Acquisition Software | |
| Occulus Rift DK2 | Occulus | VR HMD | |
| PowerMate USB Multimedia Controller | Griffin Technology | NA16029 | Push Button in task |
| SuperLab 5.0 | Cedrus Corp. | Synchronize the stimulus presentations allied to NIRScout |
Referências
- Appelros, P., Karlsson, G. M., Seiger, A., Nydevik, I. Neglect and anosognosia after first-ever stroke: incidence and relationship to disability. Journal of Rehabilitation Medicine. 34 (5), 215-220 (2002).
- Buxbaum, L., et al. Hemispatial neglect subtypes, neuroanatomy, and disability. Neurology. 62 (5), 749-756 (2004).
- Jehkonen, M., et al. Visual neglect as a predictor of functional outcome one year after stroke. Acta Neurologica Scandinavica. 101 (3), 195-201 (2000).
- Jehkonen, M., Laihosalo, M., Kettunen, J. Impact of neglect on functional outcome after stroke–a review of methodological issues and recent research findings. Restorative Neurology and Neuroscience. 24 (4-6), 209-215 (2006).
- Mizuno, K., et al. Prism adaptation therapy enhances rehabilitation of stroke patients with unilateral spatial neglect: a randomized, controlled trial. Neurorehabilitation and Neural Repair. 25 (8), 711-720 (2011).
- Shiraishi, H., Yamakawa, Y., Itou, A., Muraki, T., Asada, T. Long-term effects of prism adaptation on chronic neglect after stroke. NeuroRehabilitation. 23 (2), 137-151 (2008).
- Yang, N. Y., Zhou, D., Chung, R. C., Li-Tsang, C. W., Fong, K. N. . Rehabilitation interventions for unilateral neglect after stroke: a systematic review from 1997 through 2012. , (2013).
- Rossetti, Y., et al. Prism adaptation to a rightward optical deviation rehabilitates left hemispatial neglect. Nature. 395 (6698), 166-169 (1998).
- Barrett, A., Goedert, K. M., Basso, J. C. Prism adaptation for spatial neglect after stroke: translational practice gaps. Nature Reviews Neurology. 8 (10), 567-577 (2012).
- Maxton, C., Dineen, R., Padamsey, R., Munshi, S. Don’t neglect ‘neglect’-an update on post stroke neglect. International Journal of Clinical Practice. 67 (4), 369-378 (2013).
- Gammeri, R., Turri, F., Ricci, R., Ptak, R. Adaptation to virtual prisms and its relevance for neglect rehabilitation: a single-blind dose-response study with healthy participants. Neuropsychol Rehabilitation. , 1-14 (2018).
- Saj, A., Cojan, Y., Assal, F., Vuilleumier, P. Prism adaptation effect on neural activity and spatial neglect depend on brain lesion site. Cortex. 119, 301-311 (2019).
- Redding, G. M., Wallace, B. Generalization of prism adaptation. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 32 (4), 1006-1022 (2006).
- Caplan, B., Mendoza, J. E. . Encyclopedia of Clinical Neuropsychology. , 928 (2011).
- Kim, W. S., Paik, N. J., Cho, S. . 2017 International Conference on Virtual Rehabilitation (ICVR). , 1-2 (2017).
- Munafo, J., Diedrick, M., Stoffregen, T. A. The virtual reality head-mounted display Oculus Rift induces motion sickness and is sexist in its effects. Experimental Brain Research. 235 (3), 889-901 (2017).
- Merhi, O. . Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting. , 2618-2622 (2018).
- Duh, H. B. L., Parker, D. E., Furness, T. A. . Proceedings of 9th International Conference on Human-Computer Interaction. , 5-10 (2018).
- Prothero, J. D., Draper, M. H., Parker, D., Wells, M. The use of an independent visual background to reduce simulator side-effects. Aviation, Space, and Environmental Medicine. 70, 277-283 (1999).
