Характеристика отношения между параметрами движения глаз и когнитивными функциями у пациентов с болезнью Паркинсона с отслеживанием глаз
Summary
Здесь мы представляем протокол для изучения взаимосвязи между параметрами движения глаз и когнитивными функциями у пациентов с болезнью Паркинсона. Эксперимент использовал трекер глаз для измерения саккадной амплитуды и длительности фиксации в задаче визуального поиска. Впоследствии была измерена корреляция с производительностью многодоменных когнитивных задач.
Abstract
Когнитивные нарушения является распространенным явлением при болезни Паркинсона, которая имеет последствия для прогноза. Простое, неинвазивное и объективное измерение когнитивных функций при болезни Паркинсона будет полезно в выявлении раннего когнитивного спада. Как физиологическая метрика, параметр движения глаз не сбит с толку атрибутами и интеллектом субъекта и может функционировать как прокси-маркер, если он коррелирует с когнитивными функциями. С этой целью, это исследование исследовало связь между параметрами движения глаз и производительности в когнитивных тестов в нескольких областях. В эксперименте была создана задача визуального поиска с отслеживанием глаз, где испытуемым было предложено искать номер, встроенный в массив алфавитов, разбросанных случайным образом на экране компьютера. Дифференциация между числом и алфавитом является переученной задачей, так что смешанный эффект когнитивных способностей на параметры движения глаза сведен к минимуму. Средняя саккадическая амплитуда и длительность фиксации были захвачены и рассчитаны во время визуального поиска задачи. Аккумулятор когнитивной оценки охватывает области фронтально-исполнительных функций, внимания, вербальной и зрительной памяти. Было установлено, что длительная длительность фиксации была связана с более плохой производительности в вербальной беглости, зрительной и вербальной памяти, что позволяет дальнейшее исследование по использованию параметров движения глаз в качестве прокси-маркеров для когнитивных функций при болезни Паркинсона Пациентов. Экспериментальная парадигма была признана весьма терпимой в нашей группе пациентов с болезнью Паркинсона и может быть применена трансдиагностическо к другим организациям болезни для аналогичных вопросов исследования.
Introduction
Болезнь Паркинсона является классически местью моторики; тем не менее, болезнь также связана с когнитивными дефицитами, и прогрессирование в деменции является общим1. Патофизиология когнитивных нарушений при болезни Паркинсона не очень хорошо понимается. Считается, что это связано с альфа-синуклеина осаждения в корковой области на основе постановки Braak2. Было также предложено, что двойной синдром дегенерации дофаминергической и холинергической системы приводит к различным когнитивным дефицитом с прогностическим истечением3. Необходимы дополнительные исследования для дальнейшего выяснение точных механизмов, участвующих в когнитивных нарушений при болезни Паркинсона. Что же в клиническом плане, наличие когнитивных нарушений оказывает значительное влияние на прогноз4,5. Поэтому оценка когнитивных функций в клинической практике имеет важное значение. Однако длительная когнитивная оценка ограничена психическими и двигательными состояниями пациентов. Поэтому необходимо проделать неинвазивное и простое измерение, которое может отражать нагрузку болезни на когнитивные функции.
Аномалии движения глаз широко описаны обнаруживаемые признаки болезни Паркинсона с его ранних стадий6,но патофизиология еще менее хорошо характеризуется, чем когнитивные нарушения. Поколение движения глаз через преобразование визуального сенсорного ввода, субобслуживается переплетенной корковой и подкорковой сети, в сигналы окуломоторных ядер в стволе мозга дляэффекта 7. Участие патологий болезни Паркинсона в этих сетях может привести к наблюдаемым нарушениям движения глаз. Существует, возможно, перекрытия нейроанатомических структур, которые регулируют контроль движения глаз и когнитивных функций. Кроме того, были исследования изучения взаимосвязи между саккадным движением глаз и когнитивных функций в других нейродегенеративных расстройств8. На таких основаниях, стоит изучить использование параметров движения глаз в качестве прокси-маркеркогнитивных функций при болезни Паркинсона. Одно поперечное исследование9 показало, что снижение саккадной амплитуды и более длительная длительность фиксации были связаны с тяжестью глобальных когнитивных нарушений при болезни Паркинсона. Однако, существует недостаток данных о корреляции между параметрами движения глаз и конкретных когнитивных областях. Значение и необходимость измерения конкретных когнитивных областей, а не общее когнитивное состояние, является то, что индивидуальный когнитивный домен информирует дифференциальной прогностической информации в болезни Паркинсона3, и они подобслуживаются различных нейронных сетей. Целью данного исследования является изучение специфической взаимосвязи между метриками движения глаз и различными когнитивными функциями. Это первый шаг к созданию основы, на которой развитие биомаркеров когнитивных снижение болезни Паркинсона с использованием технологии слежения за глазами может быть построен.
Представленная экспериментальная парадигма состоит из 2 основных частей: когнитивной оценки и задачи отслеживания глаз. Аккумулятор когнитивной оценки включал в себя целый ряд когнитивных функций, включая внимание и рабочую память, исполнительную функцию, язык, вербальную память и visuospatial функции. Выбор этих 5 когнитивных областей основан на движении расстройство общества Целевая группа Руководящие принципы для мягкой когнитивных нарушений в болезни Паркинсона10, и набор локально доступных когнитивных тестов были выбраны для создания оценки Батареи. В предыдущем аналогичном исследовании отслеживания глаз на болезнь Паркинсона познания упомянутых9, автор извлек параметры движения глаз в то время как испытуемые были заняты в зрительных когнитивных задач, где параметры потенциально могут быть под влиянием когнитивные способности субъекта. Поскольку это исследование направлено на оценку корреляции между параметрами движения глаз и различными когнитивными областями, потенциальное запутанное влияние когнитивных способностей на параметры глаз должно быть решено. В этой связи, визуальный поиск задача, адаптированная из другого глаза отслеживания исследования болезни Альцгеймера11, был использован для захвата параметров движения глаз субъектов. Во время выполнения задания испытуемым приходилось искать единый номер на экране компьютера среди нескольких отвлекающих алфавитов. Эта задача будет вызвать альтернативное использование саккадных движения глаз и визуальной фиксации, аномалии которых широко описаны в болезни Паркинсона. Идентификация и дифференциация числа и алфавита является переученной задачей, где спрос на когнитивные функции минимален и, следовательно, будет подходящим для ответа на исследовательский вопрос этого исследования. Компьютерная программа была разработана на основе спецификаций и дизайна, как указано в Рёслер и др.11. в их первоначальном изучении, то, что будет работать в рамках встроенного программного обеспечения нашего трекера глаз. Для этого исследования был также разработан внутренний алгоритм классификации и анализа данных слежения за глазами.
Protocol
Representative Results
Discussion
Протокол, представленный выше, был разработан в качестве первой части продольного исследования в изучении потенциальной клинической полезности параметров движения глаз в качестве суррогатных маркеров когнитивных функций при болезни Паркинсона. Хотя Есть исследования, которые изуча…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить доктора Харви Хунгза за его советы по рукописи.
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 |
References
- Hely, M. A., Reid, W. G. J., Adena, M. A., Halliday, G. M., Morris, J. G. L. The Sydney Multicenter Study of Parkinson’s disease: The inevitability of dementia at 20 years. Movement Disorders. 23 (6), 837-844 (2008).
- Braak, H., Del Tredici, K., Bratzke, H., Hamm-Clement, J., Sandmann-Keil, D., Rüb, U. Staging of the intracerebral inclusion body pathology associated with idiopathic Parkinson’s disease (preclinical and clinical stages). Journal of Neurology. 249, 1-5 (2002).
- Williams-Gray, C. H., et al. The distinct cognitive syndromes of Parkinson’s disease: 5 year follow-up of the CamPaIGN cohort. Brain. 132 (11), 2958-2969 (2009).
- Buter, T. C., van den Hout, A., Matthews, F. E., Larsen, J. P., Brayne, C., Aarsland, D. Dementia and survival in parkinson disease: A 12-year population study. Neurology. 70 (13), 1017-1022 (2008).
- Aarsland, D., Larsen, J. P., Tandberg, E., Laake, K. Predictors of nursing home placement in Parkinson’s disease: A population-based, prospective study. Journal of the American Geriatrics Society. 48 (8), 938-942 (2000).
- Rascol, O., et al. Abnormal ocular movements in parkinson’s disease: Evidence for involvement of dopaminergic systems. Brain. 112 (5), 1193-1214 (1989).
- Orban De Xivry, J. J., Lefèvre, P. Saccades and pursuit: Two outcomes of a single sensorimotor process. Journal of Physiology. 584 (1), 11-23 (2007).
- Crawford, T. J., et al. Inhibitory control of saccadic eye movements and cognitive impairment in Alzheimer’s disease. Biological Psychiatry. 57 (9), 1052-1060 (2005).
- Archibald, N. K., Hutton, S. B., Clarke, M. P., Mosimann, U. P., Burn, D. J. Visual exploration in Parkinson’s disease and Parkinson’s disease dementia. Brain. 136 (3), 739-750 (2013).
- Litvan, I., et al. Diagnostic criteria for mild cognitive impairment in Parkinson’s disease: Movement Disorder Society Task Force guidelines. Movement Disorders. 27 (3), 349-356 (2012).
- Rösler, A., et al. Alterations of visual search strategy in Alzheimer’s disease and aging. Neuropsychology. 14 (3), 398-408 (2000).
- Hughes, A. J., Daniel, S. E., Kilford, L., Lees, A. J. Accuracy of clinical diagnosis of idiopathic Parkinson’s disease: A clinico-pathological study of 100 cases. Journal of Neurology Neurosurgery and Psychiatry. 55 (3), 181-184 (1992).
- Chiu, H. F. K., Lee, H. C., Chung, W. S., Kwong, P. K. Reliability and Validity of the Cantonese Version of Mini-Mental State Examination-A Preliminary Study. Hong Kong Journal of Psychiatry. 4 (2), 25 (1994).
- Wong, A., et al. The validity, reliability and clinical utility of the Hong Kong Montreal Cognitive Assessment (HK-MoCA) in patients with cerebral small vessel disease. Dementia and Geriatric Cognitive Disorders. 28 (1), 81-87 (2009).
- Fahn, S., Elton, R. Members of the UPDRS Development Committee. Unified Parkinson’s disease rating scale. Recent Development in Parkinson’s Disease. 2, 293-304 (1987).
- Hoehn, M. M., Yahr, M. D. Parkinsonism: onset, progression, and mortality. Neurology. 17 (5), 427-427 (1967).
- Wu, P. C., Chang, L. Psychometric properties of the Chinese version of the Beck Depression Inventory-II using the Rasch model. Measurement and Evaluation in Counseling and Development. 41 (1), 13-31 (2008).
- Chiu, H. F., et al. The modified Fuld Verbal Fluency Test: a validation study in Hong Kong. The journals of gerontology. Series B, Psychological sciences and social sciences. 52 (5), 247-250 (1997).
- Chan, A. S., Kwok, I. Hong Kong list learning test: manual and preliminary norm. Hong Kong: Department of Psychological and Clinical Psychology Center. , (1999).
- Robbins, T. W., James, M., Owen, A. M., Sahakian, B. J., McInnes, L., Rabbitt, P. Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery (CANTAB): A Factor Analytic Study of a Large Sample of Normal Elderly Volunteers. Dementia and Geriatric Cognitive Disorders. 5 (5), 266-281 (1994).
- Lee, T. M. C., Wang, K. . Neuropsychological Measures: Normative Data for Chinese. , (2010).
- Birant, D., Kut, A. ST-DBSCAN: An algorithm for clustering spatial-temporal data. Data and Knowledge Engineering. 60 (1), 208-221 (2007).
- Wong, O. W., et al. Eye movement parameters and cognitive functions in Parkinson’s disease patients without dementia. Parkinsonism and Related Disorders. 52, 43-48 (2018).
- Muslimovic, D., Post, B., Speelman, J. D., Schmand, B. Cognitive profile of patients with newly diagnosed Parkinson disease. Neurology. 65 (8), 1239-1245 (2005).
- Winograd-Gurvich, C., Georgiou-Karistianis, N., Fitzgerald, P. B., Millist, L., White, O. B. Self-paced saccades and saccades to oddball targets in Parkinson’s disease. Brain Research. 1106 (1), 134-141 (2006).
- Briand, K. A., Strallow, D., Hening, W., Poizner, H., Sereno, A. B. Control of voluntary and reflexive saccades in Parkinson’s disease. Experimental Brain Research. 129 (1), 38-48 (1999).
- Rivaud-Péchoux, S., Vidailhet, M., Brandel, J. P., Gaymard, B. Mixing pro- and antisaccades in patients with parkinsonian syndromes. Brain. 130 (1), 256-264 (2007).
- Perneczky, R., Ghosh, B. C. P., Hughes, L., Carpenter, R. H. S., Barker, R. A., Rowe, J. B. Saccadic latency in Parkinson’s disease correlates with executive function and brain atrophy, but not motor severity. Neurobiology of Disease. 43 (1), 79-85 (2011).
- Matsumoto, H., et al. Small saccades restrict visual scanning area in Parkinson’s disease. Movement Disorders. 26 (9), 1619-1626 (2011).
- MacAskill, M. R., Anderson, T. J., Jones, R. D. Adaptive modification of saccade amplitude in Parkinson’s disease. Brain. 125 (7), 1570-1582 (2002).
- Salvucci, D. D., Goldberg, J. H. Identifying fixations and saccades in eye-tracking protocols. Proceedings of the 2000 symposium on Eye tracking research & applications. , 71-78 (2000).
- Rana, A. Q., Kabir, A., Dogu, O., Patel, A., Khondker, S. Prevalence of blepharospasm and apraxia of eyelid opening in patients with parkinsonism, cervical dystonia and essential tremor. European Neurology. 68 (5), 318-321 (2012).
