Virtual Prism Adaptation Therapy: Protocol voor validatie bij gezonde volwassenen
Summary
Dit experimentele protocol toont het gebruik van virtual prism adaptatietherapie (VPAT) bij gezonde volwassenen en de associatie tussen VPAT en functionele nabij-infrarood spectroscopie om het effect van VPAT op corticale activering te bepalen. Resultaten suggereren dat VPAT haalbaar kan zijn en soortgelijke gedragsaanpassing kan veroorzaken als conventionele prisma aanpassingstherapie.
Abstract
Hemispatial eis is een veel voorkomende aantasting na een beroerte. Het wordt geassocieerd met slechte functionele en sociale resultaten. Daarom is een adequate interventie noodzakelijk voor een succesvol beheer van hemispatiale verwaarlozing. Het klinisch gebruik van verschillende interventies is echter beperkt in de echte klinische praktijk. Prism adaptatietherapie is een van de meest evidence-based revalidatie modaliteiten om hemispatiale verwaarlozing te behandelen. Om eventuele tekortkomingen die kunnen optreden met prismatherapie te overwinnen, ontwikkelden we een nieuw systeem met behulp van meeslepende virtual reality en diepte-sensing camera om een virtuele prisma adaptatietherapie (VPAT) te creëren. Om het VPAT-systeem te valideren, hebben we een experimenteel protocol ontworpen dat de gedragsfouten en veranderingen in corticale activering via het VPAT-systeem onderzoekt. Corticale activering werd gemeten door functionele nabij infrarood spectroscopie (fNIRS). Het experiment bestond uit vier fasen. Alle vier opgenomen klikken, wijzen of rust toegepast op rechtshandige gezonde mensen. Klikken versus wijzen werd gebruikt voor het onderzoeken van de corticale regio in verband met de bruto motorische taak, en wijzen met VPAT versus wijzen zonder VPAT werd gebruikt voor het onderzoeken van de corticale regio in verband met visuospatiale waarneming. De voorlopige resultaten van vier gezonde deelnemers toonden aan dat wijzen fouten door de VPAT systeem was vergelijkbaar met de conventionele prisma aanpassing therapie. Verdere analyse met meer deelnemers en fNIRS-gegevens, evenals een studie bij patiënten met een beroerte kan nodig zijn.
Introduction
Hemispatiale verwaarlozing, die het vermogen om het contralaterale hemispatiale gezichtsveld waarneemt beïnvloedt, is een veel voorkomende aantasting na slag1,2. Hoewel revalidatie na hemispatiale verwaarlozing belangrijk is, vanwege de associatie met slechte functionele en sociale resultaten, wordt revalidatie vaak onderbenut in de echte klinische praktijk3,4.
Onder de verschillende bestaande revalidatiebenaderingen die worden voorgesteld voor hemispatiale verwaarlozing, is de therapie (PA) van het prisma effectief gebleken voor herstel en verbetering van de hemispatiale verwaarlozing bij patiënten met subacute of chronische beroerte5,6,7,8. Echter, conventionele PA is onderbenut als gevolg van verschillende nadelen9,10. Deze omvatten 1) hoge kosten en tijd eis als gevolg van de prisma lens moeten worden gewijzigd aan te passen aan de mate van afwijking; 2) de noodzaak om extra materialen op te zetten om op te wijzen en het handtraject te maskeren; en 3) PA kan alleen worden gebruikt door patiënten die kunnen zitten en hun hoofdpositie te controleren.
Een recente studie reproduceren van de aanpassingseffecten in de virtual reality (VR) omgeving gemeld dat het mogelijk is voor de virtuele prisma adaptatie therapie (VPAT) om verschillende effecten te hebben, afhankelijk van de subtypes van verwaarlozing11. Er werd ook gesuggereerd dat corticale activering voor PA kan variëren afhankelijk vanhersenletsel12. Er is echter weinig bekend over het corticale activeringspatroon van VR-geïnduceerde PA.
Om deze obstakels te overwinnen en het gebruik van PA in een klinische omgeving te bevorderen, ontwikkelden we een nieuw PA-therapiesysteem met behulp van een meeslepende VR-technologie genaamd virtual prism adaptation therapy (VPAT), via het gebruik van een dieptesensorcamera. We ontwierpen een meeslepend VR-systeem met de mogelijkheid om visuele feedback te geven over de positie van een virtuele ledemaat om ruimtelijke herschikking te bevorderen13. Met behulp van deze meeslepende VR-technologie, die het effect van conventionele PA nabootste, ontwierpen we een experiment om het VPAT-systeem bij gezonde deelnemers te valideren.
Door het uitvoeren van ons gevisualiseerde experimentele protocol, onderzochten we of het nieuwe VPAT-systeem gedragsadaptatie kan veroorzaken, vergelijkbaar met conventionele PA. Daarnaast willen we onderzoeken of het VPAT-systeem de activering kan veroorzaken in de corticale regio’s die gepaard gaan met visuospatiale waarneming of herstel van hemispatiale verwaarlozing na beroerte.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze studie implementeerde de prisma adaptie therapie met behulp van een vertaalde handbeweging in een VR-omgeving. Het onderzocht of de uitgevoerde afwijking hoekoverschrijding en gedragsaanpassing veroorzaakte, zoals in conventionele prismaaanpassingstherapie.
In het mediane puntfoutresultaat (figuur 5) en het eerste puntfoutresultaat veranderde de aanwijsfout aanzienlijk toen de fase werd gewijzigd. Hoewel sommige handherkenningsfouten zijn geëlimineerd, kan e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd ondersteund door het Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (14-2015-022) en door het Ministerie van Handel Industrie & Energie (MOTIE, Korea), Ministry of Science & ICT (MSIT, Korea) en ministry of Health & Welfare (MOHW, Korea ) onder Technology Development Program for AI-Bio-Robot-Medicine Convergence (20001650). We willen Su-Bin Park, Nu-Ri Kim en Ye-Lin Jang bedanken voor het helpen voorbereiden en doorgaan met de video-opnames.
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).
