Virtual Prism Adaptation Therapy: Protocollo per la convalida in adulti sani
Summary
Questo protocollo sperimentale dimostra l’uso della terapia di adattamento del prisma virtuale (VPAT) negli adulti sani e l’associazione tra VPAT e spettroscopia funzionale vicino infrarossa per determinare l’effetto di VPAT sull’attivazione corticale. I risultati suggeriscono che VPAT può essere fattibile e potrebbe indurre un adattamento comportamentale simile a quello della terapia di adattamento del prisma convenzionale.
Abstract
L’incuria emispatiale è una menomazione comune dopo l’ictus. È associato a scarsi risultati funzionali e sociali. Pertanto, un intervento adeguato è indispensabile per una gestione efficace dell’incuria emispaziale. Tuttavia, l’uso clinico di vari interventi è limitato nella pratica clinica reale. La terapia di adattamento del prisma è una delle modalità di riabilitazione più basate sulle prove per trattare l’abbandono emispatiale. Per superare ogni possibile difetto che può verificarsi con la terapia del prisma, abbiamo sviluppato un nuovo sistema utilizzando la realtà virtuale immersiva e la fotocamera di rilevamento della profondità per creare una terapia virtuale di adattamento del prisma (VPAT). Per convalidare il sistema VPAT, abbiamo progettato un protocollo sperimentale che analizza gli errori comportamentali e i cambiamenti nell’attivazione corticale tramite il sistema VPAT. L’attivazione corticale è stata misurata mediante spettroscopia funzionale vicino infrarossa (fNIRS). L’esperimento consisteva in quattro fasi. Tutti e quattro inclusi clic, puntamento o riposo applicato a persone sane destrorso. Fare clic contro puntamento è stato utilizzato per studiare la regione corticale correlata con il compito del motore lordo, e puntando con VPAT rispetto a puntamento senza VPAT è stato utilizzato per studiare la regione corticale associata alla percezione visuospatial. I risultati preliminari di quattro partecipanti sani hanno mostrato che indicare gli errori da parte del sistema VPAT era simile alla terapia convenzionale di adattamento del prisma. Possono essere necessarie ulteriori analisi con più partecipanti e dati fNIRS, nonché uno studio in pazienti con ictus.
Introduction
L’incuria emispaziale, che colpisce la capacità di percepire il campo visivo emispatiale contralaterale, è una menomazione comune dopo il tratto1,2. Anche se la riabilitazione dopo la negligenza emispaziale è importante, a causa della sua associazione con scarsi esiti funzionali e sociali, la riabilitazione è spesso sottoutilizzata nella pratica clinica reale3,4.
Tra i vari approcci riabilitativi esistenti suggeriti per la negligenza emispaziale, la terapia di adattamento prisma (PA) si è dimostrato efficace per il recupero e il miglioramento della negligenza emispaziale nei pazienti con ictus subacuto o cronico5,6,7,8. Tuttavia, PA convenzionale è sottoutilizzato a causa di diversi inconvenienti9,10. Questi includono 1) elevato fabbisogno di costi e tempo dovuto alla lente del prisma che necessita di essere modificata per adattarsi al grado di deviazione; 2) la necessità di impostare materiali aggiuntivi da indicare e di mascherare la traiettoria della mano; e 3) L’AP può essere utilizzato solo dai pazienti che possono sedersi e controllare la loro posizione della testa.
Un recente studio che ha riprodotto gli effetti di adattamento nell’ambiente della realtà virtuale (VR) ha riferito che la terapia di adattamento del prisma virtuale (VPAT) potrebbe avere effetti diversi a seconda dei sottotipi di negligenza11. È stato anche suggerito che l’attivazione corticale per LA PA può variare in base alle lesioni cerebrali12. Tuttavia, si sa poco sul modello di attivazione corticale visto nella PA indotta da VR.
Per superare questi ostacoli e promuovere l’uso della PA in un ambiente clinico, abbiamo sviluppato un nuovo sistema di terapia PA utilizzando una tecnologia VR immersiva chiamata terapia virtuale di adattamento del prisma (VPAT), attraverso l’uso di una telecamera di rilevamento della profondità. Abbiamo progettato un sistema VR immersivo con la capacità di fornire un feedback visivo sulla posizione di un arto virtuale per promuovere il riallineamento spaziale13. Utilizzando questa tecnologia VR immersiva, che ha imitato l’effetto della PA convenzionale, abbiamo progettato un esperimento per convalidare il sistema VPAT in partecipanti sani.
Conducendo il nostro protocollo sperimentale visualizzato, abbiamo studiato se il nuovo sistema VPAT può indurre adattamento comportamentale, simile alla PA convenzionale. Inoltre, vorremmo esplorare se il sistema VPAT può indurre l’attivazione nelle regioni corticali associate alla percezione visuospatial o al recupero di negligenza emispaziale dopo l’ictus.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo studio ha implementato la terapia di adattamento del prisma utilizzando un movimento della mano tradotto in un ambiente VR. Ha studiato se la deviazione implementata causasse il superamento dell’angolo e l’adattamento comportamentale, come nella terapia convenzionale di adattamento del prisma.
Nel risultato dell’errore di puntamento mediano (Figura 5) e nel primo risultato dell’errore di puntamento, l’errore di puntamento è cambiato in modo significativo q…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato sostenuto dal Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (14-2015-022) e dal Ministero dell’Industria del Commercio e dell’Energia (MOTIE, Corea), Ministero della Scienza e delle TIC(MSIT, Corea) e del Ministero della Salute e del Welfare (MOHW, Corea) ) nell’ambito del programma di sviluppo tecnologico per la convergenza aiperiste-robot-medicina (20001650). Vorremmo ringraziare Su-Bin Park, Nu-Ri Kim e Ye-Lin Jang per aver contribuito a preparare e procedere con le riprese video.
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).
