Summary

Eye-Tracking Kontrol Amyotrofik Lateral Skleroz Hastalarında Bilişsel Fonksiyonlar değerlendirin

Published: October 13, 2016
doi:

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

Amyotrofik lateral skleroz (ALS), genellikle 3 ila 5 yıl içinde ölüme sebep ölümcül nörodejeneratif bir hastalıktır. Patoloji sırasında, hareket yetenekleri 1 solunum ve bulber işleyişi yanı sıra bozuklukların ilerleyici kaybı ile başvurmaktadır. Bu frontotemporal demans 2 bazı klinik, patolojik ve genetik özellikleri paylaşır ve iyi ALS hastalarının yaklaşık% 30 bilişsel bozuklukların 3 sergilediği belgelenmiştir. Bu açıkları yürütücü işlevler, sözel akıcılık ve dil 4 alanlarına en önemli ve hayatta kalma 5, uyum 6 ve bakıcı yükü 7 üzerinde bir etkiye sahip. Böylece, güvenilir nöropsikolojik değerlendirme bu hastalıkta çok önemlidir.

Motor ve konuşma yetenekleri ilerleyen bozuklukları, ancak, hastalığın 8 ileriki aşamalarında bilişsel yeteneklerin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi için sınırlayıcı bir faktör vardır. OnaE, okülomotor temelli yaklaşımlar temel göz hareketi kontrol hastalar 9 çoğunluğu için ALS sırasında bir nispeten uzun süre bozulmadan kaldığı sürece, çok umut verici görünmektedir. Eye-tracking parametreler kendisi ALS 10 hastalarında bilişsel durumu hakkında bilgi edinmek ve aynı zamanda ALS 11 sıralı yayılma paterni ile korelasyon için kullanılır olmuştur. ALS bağlamında bilişsel testler kontrol etmek için bir araç olarak göze hareketi, daha önceki çalışmalarda araştırılmıştır. Bir çalışmada bir okülomotor tabanlı bir sürümünü kullanarak sağlıklı kontrollerde kullanılabilirliğini göstermiştir başarıyla Trail Verme başka bilişsel performansa dayalı sağlıklı kontroller ve ALS hastalarından ayırt etmek ve bilişsel daha az bozulmuş hastalar arasında ayrım uygun bulunan oysa Testi 12 13.

Burada anlatılan araştırma AL bilişsel bozuklukları incelemek için bir okülomotor tabanlı bir metodoloji kullanılmıştırS hastalar, özellikle yürütücü işlevler etki alanında. İki iyi valide ve yaygın olarak kullanılan nöropsikolojik testler göz hareket kontrolü adapte edilmiştir: Raven renkli ilerici matrisler (CPM) 14 ve D2-testi 15. CPM yürütme ve görsel-uzamsal yetenekler yanı sıra sıvı zekayı ölçmek için kullanılan bir sözel olmayan bir araçtır. D2-testi de seçici ve sürekli dikkat ve görsel işleme hızı alanlarında yönetici işlev bozukluğunu ortaya çıkarmak için kullanılan bir sözel olmayan bir araçtır. Her ikisi de yaygın başarıyla hastalık 16 ve sağlıklı kontrollere 17 oranla ALS hastalarının nöropsikolojik durumunun sırasında olası bilişsel gerileme değerlendiren önceki çalışmalarda istihdam edilmiştir klinik araçlar kullanılır.

Bu çalışmanın amacı, bir rel kullanarak hareket ve konuşma engelli ALS bağımsız bilişsel başarılı değerlendirme için şartları göstermektiCPM ve D2-testi iable, eye-tracking tabanlı sürümü. Önemlisi, burada açıklanan yöntem potansiyeline sahip ağır motor bozukluğu olan hastalarda diğer popülasyonları incelemek için genişletilecek.

Protocol

Çalışma Ulm Üniversitesi (Açıklama No. 19/12) Etik Kurulu tarafından onaylandı ve protokol bu nedenle yönergeleri takip nitelendirdi. Tüm katılımcılar yazılı bilgilendirilmiş onam alındı. 1. Uyarılar ve Test Ortamı minimumda dikkat dağıtıcı tutmak için karanlık ya da çok loş ışıklı ve sessiz bir odada araştırma yapmak. Uygun bir göz izleme aygıtı kullanın. NOT: göz hareketi çalışmaları yapmak için kullanılabilir cihazla…

Representative Results

Burada sunulan araştırma amacıyla, yani doğru yüzdesi elle hesaplama için izin ALS hastaları için nöropsikolojik değerlendirme, ayrı bir dosyada CPM in-house geliştirilen yazılım mağazalarında öznenin seçimler, dayalı güvenilir bir okülomotor gelişimi cevaplar. D2-testi için, dikey göz hareketleri rekor elle ilgili bir yanıtın tespiti için + 5 ° 'lik eşik kullanılarak analiz edilir. Kayıtlar her uyaran sunum atanır ve doğru cevapların yüzde…

Discussion

Başarıyla konuşmak ve yazmak mümkün değildir ALS hastalarında bilişsel durumunu değerlendirmek için zor bir iştir. videooculography sistemlerinin kullanılması umut verici bir yaklaşım sağlar. Burada sunulan teknik ALS hastalarında bakıcı yükü ve hastalık yönetimi 20 bağlamında çok önemli bir rol oynamaktadır bilişsel bozuklukların saptanmasında güvenilirdir. Ayrıca, CPM ve D2-testi Okülomotor versiyonları kendi standart kağıt-kalem sürümleri ile önemli ölçüde ilişki…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar teknik destek için Ralf Kühne teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) ve Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF # 01GM1103A) tarafından finanse edildi. Bu bir AB Ortak Programı-nörodejeneratif Hastalıkları Araştırma (JPND) projesidir. Proje JPND- örn., Almanya, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, FKZ), İsveç, Vetenskaprådet Sverige, Polonya, Narodowe Merkez BADAN i Rozwoju (NCBR) himayesinde aşağıdaki kuruluşlar aracılığıyla desteklenmektedir.

Materials

EyeSeeCam EyeSeeTec GmbH; 82256 Fürstenfeldbruck, Germany Videooculography device

References

  1. Kiernan, M. C., et al. Amyotrophic lateral sclerosis. Lancet. 377 (9769), 942-955 (2011).
  2. Neumann, M., et al. Ubiquitinated TDP-43 in frontotemporal lobar degeneration and amyotrophic lateral sclerosis. Science. 314 (5796), 130-133 (2006).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Elamin, M., et al. Executive dysfunction is a negative prognostic indicator in patients with ALS without dementia. Neurology. 76 (14), 1263-1269 (2011).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Hicks, S. L., et al. An eye-tracking version of the trail-making test. PLoS One. 8 (12), 84061 (2013).
  13. 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).
  14. Raven, J. C., Court, J. H., Raven, J. . Manual for Raven’s progressive matrices and vocabulary scales. Section 2, the coloured progressive matrices. , (1998).
  15. Brickenkamp, R. . Aufmerksamkeits-Belastungs-Test (Test d2), 8th edn. , (1994).
  16. Elamin, M., et al. Cognitive changes predict functional decline in ALS. Neurology. 80 (17), 1590-1597 (2013).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Olney, R. K., et al. The effects of executive and behavioral dysfunction in the course of ALS. Neurology. 65 (11), 1774-1777 (2005).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Kübler, A., et al. Patients with ALS can use sensorimotor rhythms to operate a brain-computer interface. Neurology. 64 (10), 1775-1777 (2005).
  25. Connolly, S., Galvin, M., Hardiman, O. End-of-life management in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Lancet Neurol. 14 (4), 435-442 (2015).
check_url/54634?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Keller, J., Gorges, M., Aho-Özhan, H. E. A., Uttner, I., Schneider, E., Kassubek, J., Pinkhardt, E. H., Ludolph, A. C., Lulé, D. Eye-Tracking Control to Assess Cognitive Functions in Patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis. J. Vis. Exp. (116), e54634, doi:10.3791/54634 (2016).

View Video