Karakterisering af forholdet mellem øjen bevægelses parametre og kognitive funktioner hos patienter med ikke-dementeret Parkinsons sygdom med Øjensporing

Summary

Her præsenterer vi en protokol til at studere forholdet mellem øjenbevægelser parametre og kognitive funktioner i ikke-demented Parkinsons sygdom patienter. Eksperimentet brugte en øjetracker til at måle den saccadiske amplitude og fikserings varigheden i en visuel søge opgave. Sammenhængen med ydeevnen i multi-Domain kognitive opgaver blev efterfølgende målt.

Abstract

Kognitiv svækkelse er et almindeligt fænomen i Parkinsons sygdom, der har konsekvenser for prognosen. En simpel, ikke-invasiv og objektiv proxy måling af kognitiv funktion i Parkinsons sygdom vil være nyttige i at opdage tidlig kognitiv tilbagegang. Som en fysiologisk måling er øjen bevægelses parameteren ikke forvirret af motivet attributter og intelligens og kan fungere som en proxy markør, hvis det korrelerer med kognitive funktioner. Til dette formål udforskede denne undersøgelse forholdet mellem øjen bevægelses parametrene og ydeevnen i kognitive tests i flere domæner. I eksperimentet blev der oprettet en visuel søge opgave med sporing af øjne, hvor emner blev bedt om at søge efter et tal, der er indlejret i en række alfabeter, der er spredt tilfældigt på en computerskærm. Differentieringen mellem antallet og alfabetet er en over lært opgave, således at den forstyrrende virkning af kognitiv evne på øjet bevægelses parametre minimeres. Den gennemsnitlige saccadiske amplitude og fikserings varighed blev taget til fange og beregnet under den visuelle søge opgave. Den kognitive vurdering batteridækket domæner af frontal-udøvende funktioner, opmærksomhed, verbal og visuel hukommelse. Det blev konstateret, at langvarig fiksering varighed var forbundet med dårligere ydeevne i verbal Fluency, visuel og verbal hukommelse, giver mulighed for yderligere udforskning af brugen af øjenbevægelser parametre som proxy markører for kognitiv funktion i Parkinsons sygdom Patienter. Den eksperimentelle paradigme har været fundet at være meget tåleligt i vores gruppe af Parkinsons sygdom patienter og kunne anvendes transdiagnostically til andre sygdoms enheder for lignende forskningsspørgsmål.

Introduction

Parkinsons sygdom er klassisk en motorisk lidelse; endnu, sygdommen er også forbundet med kognitive underskud, og progression til demens er fælles¹. Patofysiologien af kognitiv svækkelse i Parkinsons sygdom er ikke godt forstået. Det menes at være relateret til Alpha-synuclein deposition i det kortikale område baseret på Braaks staging². Det blev også foreslået, at et dobbelt syndrom af degeneration af dopaminerge og kolinerge system fører til forskellige kognitive underskud med prognostisk implikation³. Mere forskning er nødvendig for yderligere at belyse de nøjagtige mekanismer, der er involveret i kognitiv svækkelse i Parkinsons sygdom. På det kliniske aspekt har tilstedeværelsen af kognitiv svækkelse en signifikant indvirkning på prognosen^4,5. Vurdering af kognitiv funktion i klinisk praksis er derfor afgørende. Men, en langvarig kognitiv vurdering er begrænset af patienternes mentale og motoriske forhold. Derfor er en ikke-invasiv og enkel måling, der kan afspejle sygdommens byrde på kognitiv funktion, nødvendig.

Øjenbevægelser abnormiteter er bredt beskrevet påviselige tegn på Parkinsons sygdom fra de tidlige stadier⁶, men Patofysiologi er endnu mindre velkarakteriseret end kognitiv svækkelse. Den generation af øjenbevægelser er gennem en omdannelse af den visuelle sensoriske input, under tjent med en sammenflettet kortikale og subkortikale netværk, i signaler til oculomotoriske kerner i hjernestammen for effekt⁷. Involvering af Parkinsons sygdom patologier i disse netværk kan føre til observerbare øjenbevægelser abnormiteter. Der er, måske overlappende af neuroanatomiske strukturer, der styrer kontrol af øjenbevægelser og kognitiv funktion. Desuden har der været undersøgelser undersøge forholdet mellem saccadiske øjenbevægelser og kognitiv funktion i andre neurodegenerative lidelser⁸. På sådanne grunde, det er umagen værd at undersøge brugen af øjenbevægelser parametre som en proxy markør for kognitive funktioner i Parkinsons sygdom. En tværsnitsundersøgelse⁹ viste, at reduceret saccadiske amplitude og længere fiksering varighed var forbundet med sværhedsgraden af globale kognitiv svækkelse i Parkinsons sygdom. Men, der er en mangel på data om sammenhængen mellem øjenbevægelser parametre og specifikke kognitive domæner. Betydningen og behovet for måling af specifikke kognitive domæner, snarere end en generel kognitiv tilstand, er, at individuelle kognitive domæne informerer differentialprognostisk information i Parkinsons sygdom³ og de er underbudt af forskellige neurale netværk. Formålet med denne undersøgelse er at udforske det specifikke forhold mellem øjenbevægelser Metrics og forskellige kognitive funktioner. Dette er det første skridt til at etablere et fundament, hvor udviklingen af biomarkører af kognitiv tilbagegang i Parkinsons sygdom ved hjælp af Eye tracking-teknologi kunne bygges.

Den eksperimentelle paradigme præsenteret er sammensat af 2 store dele: den kognitive vurdering og øjet tracking opgave. Den kognitive vurdering batteri omfattede en række kognitive funktioner, herunder opmærksomhed og arbejdshukommelse, udøvende funktion, sprog, verbal hukommelse og visuospatiale funktion. Valget af disse 5 kognitive domæner er baseret på bevægelses forstyrrelse Society Task Force retningslinjer for mild kognitiv svækkelse i Parkinsons sygdom¹⁰, og et sæt af lokalt tilgængelige kognitive tests blev udvalgt til at bygge vurderingen Batteri. I en tidligere lignende Eye tracking undersøgelse om Parkinsons sygdom kognition nævnt⁹, forfatteren ekstraheret øjenbevægelse parametre, mens emnerne var engageret i visuelle kognitive opgaver, hvor parametrene kan potentielt blive påvirket af forsøgspersons kognitive evner. Da denne undersøgelse har til formål at vurdere sammenhængen mellem øjenbevægelser parametre og forskellige kognitive domæner, den potentielle forstyrrende effekt af kognitive evner på øjet parametre skal behandles. I denne henseende, en visuel søgning opgave, tilpasset fra en anden Eye tracking undersøgelse om Alzheimers sygdom¹¹, blev ansat til at fange øjenbevægelser parametre af emnerne. Under opgaven skulle emnerne søge efter et enkelt tal på en computerskærm blandt flere alfabet distraktører. Denne opgave ville fremkalde alternativ brug af saccadiske øjenbevægelser og visuel fiksering, hvis abnormaliteter er beskrevet bredt i Parkinsons sygdom. Identifikation og differentiering af tal og alfabet er en over lært opgave, hvor efterspørgslen efter kognitive funktioner er kun minimal og ville derfor være egnet til at besvare forskningen spørgsmålet om denne undersøgelse. Et edb-program blev udviklet på grundlag af specifikationerne og designet som angivet af Rösler et al.¹¹. i deres oprindelige undersøgelse, der skal køres inden for den indbyggede software af vores Eye tracker. En in-House algoritme til klassificering og analyse af øjet tracking data blev også udviklet til denne undersøgelse.

Protocol

Dette forskningsprojekt blev godkendt af den fælles kinesiske University of Hong Kong-nye territorier East Cluster klinisk forskning etiske komité (CREC Ref. no.: 2015,263). 1. rekruttering af deltagere og vurdering af baseline Rekruttere Parkinsons sygdom patienter i alderen mindre end eller lig med 70 fra en Neuro logi specialist klinik med diagnosen lavet baseret på Det Forenede Kongerige Parkinsons sygdom Society (UKPDS) Brain bank diagnostiske kriterier<sup class="xr…

Representative Results

Det fulde resultat af denne undersøgelse er tilgængelig i det oprindelige papir offentliggjort23. Patienter med Parkinsons sygdom (n = 67) blev rekrutteret og afsluttede vurderingen. Men 5 tilfælde undlod at fuldføre den visuelle søgning opgave, da de bar progressive linse uforenelig med Eye Tracker og deres data blev kasseret. Forsøgspersonernes gennemsnitsalder var 58,9 år (SD = 7,5 år) med et forhold mellem mænd og kvinder på 1,7:1. 62 sunde alders-, køn-og uddannelses matchede Kontr…

Discussion

Protokollen præsenteret ovenfor blev udformet som den første del af en longitudinel undersøgelse i at udforske den potentielle kliniske anvendelighed af øjenbevægelser parametre som surrogatmarkører for kognitive funktioner i Parkinsons sygdom. Mens der er undersøgelser, der undersøger mere klassiske Eye tracking paradigmer såsom selv-tempo saccade, refleksiv saccade, og anti-saccade^25,26,27, en visuel søgning opgave b…

Materials

Computer	Intel
Computerized cognitive assessment tool	CANTAB	CANTAB Research Suite	Contains Pattern Recognition Memory, Spatial Span, and Stockings of Cambridge
Eye Movement Analyzer	Lab Viso Limited		https://github.com/lab-viso-limited/visual-search-analyzer
Eye tracker	Tobii	Tx300	23 inch computer screen with resolution of 1920×1080, Sampling rate at 300Hz
Hong Kong List Leanrning Test	Department of Psychology, The Chinese University of Hong Kong	The Hong Kong List Learning Test (HKLLT) 2nd Edition
Stroop test	Laboratory of Neuropsychology, The University of Hong Kong	Neuropsychological Measures: Normative Data for Chinese, Second Edition (Revised)
Tobii Studio	Tobii	Tobii Studio version 3.2.2	Computer programme for running the visual search task
Visual Search Task	Lab Viso Limited		https://www.labviso.com/#products