Digital handskriftsanalys av karaktärer hos kinesiska patienter med mild kognitiv försämring

Summary

Denna studie föreslog en digital handskrift analys av tecken hos individer med mild kognitiv svikt för att hitta mer information än vad som framgår av traditionell penna-papper handskrift analys.

Abstract

En ökande mängd bevis visar att kognitiva underskott och rörelse dysfunktioner inte separeras. Patienter med mild kognitiv svikt (MCI) kan manifestera fina motoriska störningar i de övre extremiteterna. Handstil är en komplex och unik mänsklig aktivitet som involverar både motorisk och kognitiv koordination. Forskare från västländer har upptäckt att patienter med MCI har onormala handstilsfunktioner. Inga relevanta studier har dock utförts i den kinesiska befolkningen. På grund av det tvärkulturerade fenomenet handstil är syftet med denna studie att hitta nya handskriftsuppgifter för att visa skillnaderna i handstilsfunktioner mellan äldre patienter med MCI och åldersmatchade friska individer.

Introduction

Mild kognitiv svikt (MCI) anses vara en övergångsfas men gradvis degenerativ kognitiv fas som föregår uppkomsten av Alzheimers sjukdom (AD)¹. det har rapporterats att AD progressionsfrekvensen per år är 15% medan nästan 75% av måttliga och allvarliga MCI fall kan förbli odiagnostiserade². Nyligen genomförda studier har rapporterat att patienter med MCI har svårigheter i vissa aspekter av finmotoriska^{uppgifter 3}, och de patienter som visade motoriska störningar, såsom långsam gång, hade en hög risk för demens⁴.

Handstil är en komplex mänsklig aktivitet som innebär en invecklad blandning av kognitiva, kinestetiska och perceptuella-motoriska komponenter inklusive visuell och kinestetisk uppfattning, motorisk planering, ögonhandskoordinering, visuell-motorisk integration, fingerfärdighet och manuella färdigheter¹. Handskriftsanalys har använts för att upptäcka kognitiva och motoriska dysfunktioner i många typer av neurodegenerativa sjukdomar, såsom AD och Parkinsons sjukdom (PD)⁵. Dessutom har vissa aspekter av handstilsproblem rapporterats vara en indikator för MCI och relaterade till sjukdomsprogression⁶. Eftersom en majoritet av befolkningen använder språk saknas fortfarande studier som undersöker handskriftsanalys i kinesiska talare (särskilt förenklade kinesiska tecken).

Det har funnits flera artiklar som har undersökt handskrift avvikelser eller “agraphia” hos individer med MCI. Till exempel, genom att använda de traditionella blyertspappersmetoderna, försökte Zhou och kollegor avtäcka de distinkta skrivförmågorna mellan patienter med MCI och individer utan MCI. Skillnaderna mellan grupperna var inte uppenbara, med undantag för skrivfel⁷. Kawa et al. hittade handskriftsfunktioner hos patienter med MCI med hjälp av en smart penna, som dynamiskt kunde analysera slag- och pennhastigheten under skrivning². WACOM hårdvara och MovAlyzeR programvara kan upptäcka mer realtidsinformation jämfört med traditionella penna och pappersmetoder och smartpen pappersmetoder. Därför har dynamiska handskriftsdata, till exempel penntryck, hastighet, acceleration och ryck, visat sig vara ett nytt fokus för handskriftsanalys i förhållande till statiska data, till exempel bokstavsstorlek och utrymme mellan ord².

Ett annat fenomen som dock inte kan förbises är handstilens tvärkulturella effekt. Skrivsystemen i olika nationer är inte alltid desamma (t.ex. engelska bokstäver skrivs från vänster till höger medan hebreiska bokstäver skrivs från höger till vänster)⁸. I det här numret har även recensioner bekräftat effektiviteten av handskriftsanalys^9,10 på alfabetiska språk, och det stora gapet mellan kinesiska tecken och västerländska bokstäver har hindrat utbytesförmågan för handskriftsanalys i metoderna och^{resultaten 11} av dessa studier.

Det finns flera stora skillnader mellan västerländska språk (t.ex. engelska) och kinesiska. För det första finns det många fler horisontella rörelser av pennspetsen under kinesisk teckenskrivning jämfört med brevskrivning¹². För det andra, till skillnad från alfabetets språk, som är förknippat med telefonem, anses kinesiska vara^{logografisk 7}. Som ett resultat har de flesta kinesiska tecken sin egen unika slagordning, och bredden och höjden på slag måste vara strikt begränsad. Annars kan obegränsade bredder och höjder orsaka ökad oläslighet¹¹ (” och ” ” är helt olika kinesiska tecken. Dessutom är ” “, ” ” och ” ” olika kinesiska tecken).

” ” (uttalas “Zheng”) är en typisk, enkel och allmänt använd kinesisk karaktär som nästan varje kinesisk talare med en tvåårig utbildningsnivå kan läsa och skriva. Det har valts som en skrivuppgift i tidigare kinesiska handskriftsanalysstudier^6,12. Forskarna bestämde sig för att använda ” ” som skrivuppgift eftersom den är “fyrkantig” och består av fem slag, som alla är horisontella (^#1, ^#3, ^#5 slag, från vänster till höger) eller vertikal (^#2, ^#4 slag, från upp till ner) (Figur 1). Enligt många finmotoriska studier kräver ^{uppfyllandet av #}3-slaget (horisontellt) ^{och #}4-slaget (vertikalt) rena handleds- respektive fingerrörelser,^{respektive 6,12,13}. Som ett resultat kan strokehastigheten för båda slagen vara en riktig manifestation¹⁴.

Dessutom är penntryck under handskrift en handskriftsfunktion som har visat sig överträffa andra kinematiska funktioner för att reflektera motorstyrning^5,15. Det finns dock inga relevanta studier på kinesiska patienter, även om positiva resultat har bekräftats av forskargrupper från Tjeckien, Spanien, Israel och andra länder^8,16,17.

Signaturen har ofta använts som handskriftsuppgift i många studier⁵. I allmänhet kräver en signatur lite tänkande eller i luften tid¹⁸. “In-air” definieras som när pennspetsens tryck mot skärmen är 0 under handskriften, och “in-air time” är summan av tiden “in-air” under handskriften. Individer som lider av många neuropsykiatriska störningar kan ha underskott i psykomotorisk kontroll, och därmed uppvisar de ökad lufttid för signaturen. Till exempel fann Rosenblum et al. att israeliska patienter med depression och Parkinsons sjukdom visade längre lufttid jämfört med friska kontroller under att skriva sitt eget namn på hebreiska^8,19. Eftersom kinesiska tecken har sin egen form bestämdes det i denna studie att använda tortuositeten i luftlängd i segmentering mellan tecken under skrivandet av namnet som en potentiell indikativ parameter. Tortuositet, definierad av förhållandet mellan båglängden och det euklidiska avståndet mellan slutpunkterna, är ett mått på krökning och indexerar därför jämnheten hos en specifik skrivutgång²⁰.

Protocol

Vår studie godkändes av Academic Ethics Committee of the Biological Sciences Division vid Chinese PLA General Hospital i Peking, Kina. 1. Allmänna aspekter av metodutveckling Använd en USB-digitizer (t.ex. Wacom Cintiq Pro 16) och en handhållen penna för handskriftsrörelserna. De detaljerade specifikationerna för digitizern är följande: yttre dimensioner (bredd x djup x höjd) 410 x 265 x 17,5 mm, rumslig upplösning 3840 x 2160 punkter, pixelstorlek 0,090 x 0,090 mm, tempo…

Representative Results

De demografiska uppgifterna för försökspersonerna visade att alla grupper matchade bra i ålder, kön, utbildningsnivå, dominerande hand och andra parametrar. Som visas i tabell 1, under skrivandet av den kinesiska karaktären ” “, uppvisade äldre ämnen med MCI en lägre genomsnittlig absolut hastighet på #3 (2,46 ± 0,40 vs 1,82 ± 0,55, P = 0,001) och #4 slag (2,61 ± 0,46 jämf?…

Discussion

De kritiska stegen i protokollet bekräftar läsbarheten av ” “. I detalj, inom ett helt tecken, ^{måste #}3-linjen vara kortare än de andra horisontella linjeerna, ^{och #}4-linjen måste vara kortare än ^#2-linjen. Mer specifikt behövs mer uppmärksamhetsresurser under skrivandet av ^#3-slaget och ^#4 slag^6,12, och båda slag har en liknande lä…

Materials

	Microsoft	Surface Pro 2	computer
	MovAlyeR	3.4	software
	WACOM	Cintiq	digitizer