Virtual Prism Tilpasning Therapy: Protokol for validering hos raske voksne
Summary
Denne eksperimentelle protokol viser brugen af virtuelle prisme tilpasning terapi (VPAT) hos raske voksne og sammenhængen mellem VPAT og funktionelle nær infrarød spektroskopi at bestemme effekten af VPAT på kortikal aktivering. Resultaterne tyder på, at VPAT kan være muligt og kan fremkalde lignende adfærdsmæssige tilpasning som konventionelle prisme tilpasning terapi.
Abstract
Hemispatial forsømmelse er en fælles svækkelse efter slagtilfælde. Det er forbundet med dårlige funktionelle og sociale resultater. Derfor er en passende indgriben afgørende for en vellykket forvaltning af hemispatial forsømmelse. Den kliniske brug af forskellige interventioner er imidlertid begrænset i reel klinisk praksis. Prisme tilpasning terapi er en af de mest evidensbaserede rehabilitering smuligheder til behandling af hemispatial forsømmelse. For at overvinde eventuelle mangler, der kan opstå med prisme terapi, udviklede vi et nyt system ved hjælp af fordybende virtual reality og dybde-sensing kamera til at skabe en virtuel prisme tilpasning terapi (VPAT). For at validere VPAT-systemet har vi designet en eksperimentel protokol, der undersøger adfærdsfejl og ændringer i kortikal aktivering via VPAT-systemet. Kortikal aktivering blev målt ved funktionel nær infrarød spektroskopi (fNIRS). Eksperimentet bestod af fire faser. Alle fire omfattede klikke, peger eller hvile anvendes til højrehåndede raske mennesker. Hvis du klikker i forhold til at pege, blev brugt til at undersøge den kortikale region, der er relateret til bruttomotoropgaven, og pegede med VPAT versus peger uden VPAT blev brugt til at undersøge den kortikale region, der er forbundet med visuospatial perception. De foreløbige resultater fra fire raske deltagere viste, at pegefejl fra VPAT-systemet svarede til den konventionelle prismetilpasningsbehandling. Yderligere analyse med flere deltagere og fNIRS data, samt en undersøgelse hos patienter med slagtilfælde kan være påkrævet.
Introduction
Hemispatial forsømmelse, som påvirker evnen til at opfatte den kontralaterale hemispatiale synsfelt, er en fælles svækkelse efter slagtilfælde1,2. Selv om rehabilitering efter hemispatial forsømmelse er vigtig, på grund af sin tilknytning til dårlige funktionelle og sociale resultater, rehabilitering er ofte underudnyttet i reel klinisk praksis3,4.
Blandt de forskellige eksisterende rehabiliteringsmetoder, der foreslås for hemispatial forsømmelse, prisme tilpasning (PA) terapi har vist sig effektiv til genopretning og forbedring i hemispatial forsømmelse hos patienter med subakut eller kronisk slagtilfælde5,6,7,8. Men, konventionelle PA er underudnyttet på grund af flere ulemper9,10. Disse omfatter 1) høje omkostninger og tidskrav på grund af prisme linsen skal ændres for at tilpasse sig graden af afvigelse; 2) behovet for at oprette yderligere materialer, der skal peges på og maskere håndbane; og 3) PA kan kun anvendes af patienter, der kan sidde og styre deres hovedposition.
En nylig undersøgelse, der reproducerede tilpasningseffekterne i virtual reality-miljøet (VR), rapporterede, at det kan være muligt for den virtuelle prismetilpasningsterapi (VPAT) at have forskellige virkninger afhængigt af undertyperne af omsorgssvigt11. Det blev også foreslået, at kortikal aktivering for PA kan variere afhængigt af hjernelæsioner12. Men lidt er kendt om den kortikale aktivering mønster ses i VR-induceret PA.
For at overvinde disse hindringer og fremme brugen af PA i kliniske omgivelser, udviklede vi et nyt PA terapisystem ved hjælp af en fordybende VR-teknologi kaldet virtuel prisme tilpasning terapi (VPAT), via brug af en dybde-sensing kamera. Vi har designet et fordybende VR-system med evnen til at give visuel feedback om placeringen af et virtuelt ben for at fremme rumlig justering13. Ved hjælp af denne fordybende VR-teknologi, som efterlignede effekten af konventionelle PA, designede vi et eksperiment for at validere VPAT-systemet i raske deltagere.
Ved at gennemføre vores visualiserede eksperimentelle protokol undersøgte vi, om det nye VPAT-system kan fremkalde adfærdstilpasning, svarende til konventionelle PA. Derudover vil vi gerne undersøge, om VPAT-systemet kan fremkalde aktiveringen i de kortikale regioner, der er forbundet med visuospatial opfattelse eller genopretning af hemispatial forsømmelse efter slagtilfælde.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne undersøgelse implementerede prismetilpasningsterapived hjælp af en oversat håndbevægelse i et VR-miljø. Det undersøgte, om den gennemførte afvigelse var årsag vinkel overskridelse og adfærdsmæssige tilpasning, som i konventionelle prisme tilpasning terapi.
I det midterpegende fejlresultat (figur 5) og det første pegefejlresultat ændrede pegefejlen sig betydeligt, da fasen blev skiftet. Selvom nogle fejl i håndgenkendelsen blev elimineret, kan de…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne undersøgelse blev støttet af Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (14-2015-022) og af Ministeriet for Handelsindustri & Energi (MOTIE, Korea), Ministeriet for Videnskab og IKT (MSIT, Korea) og Ministeriet for Sundhed & Velfærd (MOHW, Korea ) under Technology Development Program for AI-Bio-Robot-Medicine Konvergens (20001650). Vi vil gerne takke Su-Bin Park, Nu-Ri Kim og Ye-Lin Jang for at hjælpe med at forberede og fortsætte med videooptagelse.
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 |
References
- 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).
