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Neuroscience

Teste de Acuidade de Movimento para Medição de Acuidade de Campo Visual com Formas Definidas por Movimento

Published: February 23, 2024 doi: 10.3791/66272
Automatic Translation
1, 2,3, 1, 4, 4, 4, 1
1Nencki Institute of Experimental Biology, Polish Academy of Sciences, 2Mossakowski Medical Research Institute, Polish Academy of Sciences, 3Institute of Radio Electronics and Multimedia Technology, Warsaw University of Technology, 4Department of Ophthalmology, Medical University of Warsaw

ERRATUM NOTICE

Summary

Um novo teste de acuidade baseado em movimento que permite a avaliação do processamento visual central e periférico em indivíduos com baixa visão e saudáveis, juntamente com óculos que limitam a visão periférica compatíveis com protocolos de ressonância magnética, são descritos aqui. Este método oferece uma avaliação abrangente da visão para deficiências funcionais e disfunções do sistema visual.

Abstract

As medidas padrão de acuidade visual dependem de estímulos estacionários, sejam letras (gráficos de Snellen), linhas verticais (acuidade vernier) ou gráficos de grade, processados pelas regiões do sistema visual mais sensíveis à estimulação estacionária, recebendo entrada visual da parte central do campo visual. Aqui, uma medida de acuidade é proposta com base na discriminação de formas simples, que são definidas pelo movimento dos pontos nos cinematogramas de pontos aleatórios (RDK) processados por regiões visuais sensíveis à estimulação de movimento e recebendo entrada também do campo visual periférico. No teste de acuidade de movimento, os participantes são solicitados a distinguir entre um círculo e uma elipse, com superfícies correspondentes, construídas a partir de RDKs e separadas do RDK de fundo por coerência, direção ou velocidade dos pontos. A medição da acuidade é baseada na detecção de elipse, que a cada resposta correta se torna mais circular até atingir o limiar de acuidade. O teste de acuidade de movimento pode ser apresentado em contraste negativo (pontos pretos sobre fundo branco) ou em contraste positivo (pontos brancos sobre fundo preto). As formas definidas por movimento estão localizadas centralmente dentro de 8 graus visuais e são cercadas por um plano de fundo RDK. Para testar a influência das periferias visuais na acuidade medida centralmente, é proposto um estreitamento mecânico do campo visual para 10 graus, usando óculos opacos com orifícios localizados centralmente. Este sistema de estreitamento fácil e replicável é adequado para protocolos de ressonância magnética, permitindo investigações adicionais das funções da entrada visual periférica. Aqui, uma medição simples da percepção de forma e movimento simultaneamente é proposta. Este teste simples avalia as deficiências visuais dependendo das entradas do campo visual central e periférico. O teste de acuidade de movimento proposto avança a capacidade dos testes padrão de revelar funções de visão sobressalentes ou mesmo fortalecidas em pacientes com sistema visual lesionado, que até agora permaneciam não detectados.

Introduction

A maioria dos testes visuais disponíveis é direcionada para examinar as características processadas pela visão central, contando com a entrada derivada da retina central1. A retina central tem a população mais densa de fotorreceptores de cone para acuidade visual máxima e não possui fotorreceptores de bastonetes, que dominam a retina periférica2. A presença de fotorreceptores densamente compactados também se reflete em um aumento da densidade de células ganglionares, o que significa que um número maior de axônios é direcionado para o nervo óptico e, eventualmente, para o córtex visual. Fora da fóvea em direção à periferia, os bastonetes superam o fotorreceptordo cone 3. Com os corpos mais largos dos bastonetes e o mosaico mais esparso de fotorreceptores, a retina periférica responde principalmente à visão noturna e à consciência do movimento4.

Classicamente, acreditava-se que o processamento visual, dependente da estimulação da parte central do campo visual, é dedicado à análise fina de objetos estacionários, e sua parte periférica é especializada em detectar movimento e trazer objetos para a visão central foveal, onde é posteriormenteanalisado 5,6. No entanto, agora temos evidências emergentes mostrando que, no nível cortical, a análise fina da via estacionária não está totalmente separada da sensível ao movimento 6,7,8. O teste de forma e percepção de movimento simultaneamente é classicamente realizado usando grades móveis9 e padrões de vidro10 e também movimentos de anéis concêntricos11. Nosso objetivo é introduzir um teste que se aproxime da vida normal das pessoas com deficiência visual, que possa diminuir suas frustrações e dar esperança, mostrando-lhes explicitamente que algumas características de seu processamento visual ainda podem ser preservadas e até fortalecidas. O teste de acuidade de movimento proposto baseado em cinematogramas de pontos aleatórios (RDKs) combina análise de percepção de movimento e forma e, simultaneamente, testa o funcionamento da percepção de movimento e forma. Dentro do teste de acuidade de movimento, existem muitas possibilidades de características psicofísicas a serem testadas, como diferentes velocidades, direções e contrastes dos RDKs. Ao alterar os parâmetros, podemos manipular a força da estimulação, seja específica para o processamento central ou periférica. Por exemplo, a detecção de objetos em movimento rápido é uma característica bem descrita específica para o processamento visual periférico12, enquanto o processamento dos escuros no fundo claro é preferencialmente processado pela visão central13. Esse teste foi realizado inicialmente em pacientes com degeneração retiniana de fotorreceptores, localizados especificamente na retina central ou periférica14. A retinite pigmentosa (FR) manifesta-se com dano periférico e prevalece em ~1/5000 pacientes em todo omundo15. A doença de Stargardt (STGD), com prevalência de ~1/10000, é a causa mais comum de degeneração macular juvenil (DM)16. Danos aos fotorreceptores na retina central, como na degeneração macular ou na retinite pigmentosa na retina periférica, resultam em perdas de campo visual correspondentes. Essas perdas de campo visual são refletidas nas deficiências das características específicas das regiões do sistema visual17. É importante ressaltar que as regiões do sistema visual que recebem informações de partes não afetadas da retina também são afetadas. Foi demonstrado anteriormente em modelos animais de degeneração macular18 que, após o dano da retina central binocular, não apenas a acuidade é agravada, mas a percepção do movimento, uma característica característica do processamento periférico, é reforçada. O teste de acuidade de movimento descrito aqui fornece uma visão importante para o planejamento de procedimentos de reabilitação visual. Uma visão completa da interação entre as partes central e periférica do campo visual tem um papel crucial na compreensão de como as funções perdidas podem ser assumidas pelas partes sobressalentes do sistema visual e como esse processo pode ser apoiado por procedimentos de reabilitação de treinamento visual. Em linha, o conhecimento de como a degeneração regional da retina afeta o processamento visual, especialmente além de suas partes danificadas, ainda permanece incompleto. Os testes ópticos são baseados nas medições das características de forma estacionária. Por exemplo, as medições de acuidade visual dependem de estímulos estacionários, sejam letras (gráficos de Snellen), gráficos de grade ou gráficos de acuidade vernier.

Com o objetivo de ampliar a percepção da dinâmica entre a visão central e periférica em olhos saudáveis e olhos com funções visuais centrais/periféricas prejudicadas, foi introduzido um teste de acuidade baseado em movimento que mede a percepção de forma e movimento simultaneamente. O teste de acuidade de movimento é baseado na detecção de formas localizadas centralmente em contraste negativo ou positivo (pontos escuros ou claros), uma elipse e um círculo com superfícies correspondentes, construídos a partir de cinematogramas de pontos aleatórios (RDK) e separados do mesmo fundo RDK por velocidade, coerência ou direção. A acuidade é medida como a diferença mínima percebida entre as dimensões do círculo e da elipse, e os resultados são dados em graus visuais nos quais o sujeito para para perceber a diferença. Além disso, para verificar se o contraste de luminância influencia a acuidade de movimento medida, os estímulos podem ser apresentados em negativo (pontos pretos sobre fundo branco) ou em contraste positivo (pontos brancos sobre fundo preto). Todas as informações disponíveis sobre o processamento do contraste positivo (tipo ON) e do contraste negativo (tipo OFF) no sistema visual são provenientes da estimulação estacionária do campo visual central19,20. Mas como o processamento periférico de sinais de movimento depende do contraste permanece bastante desconhecido14,21. Foi estabelecido apenas que a sensibilidade a altas velocidades é específica para o processamento periférico, enquanto o processamento de movimento central envolve velocidades lentas em frequências espaciais mais altas apresentadas em contraste positivo (tipo ON)12. As versões de contraste positivo e negativo dos estímulos de acuidade de movimento, bem como a capacidade de modificar a velocidade dos pontos, bem como a coerência ou direção, são cruciais para uma descrição mais detalhada do campo visual completo. Além disso, um estreitamento mecânico do campo visual para 10 graus centrais é proposto usando óculos com lentes substituídas por opacas com orifícios localizados centralmente. Este sistema de estreitamento facilmente replicável, adequado para protocolos de fMRI e TMS, permite investigações adicionais das funções da entrada visual periférica e como as periferias visuais influenciam a acuidade medida centralmente. Um sistema semelhante foi inicialmente validado em estudos anteriores14, nos quais se verificou que os testes de acuidade de movimento em contraste negativo e em movimento rápido, ativando fortemente as periferias visuais, são os mais difíceis para todos os participantes. Para pacientes com doença de Stargardt, eles eram incontroláveis. É importante ressaltar que a atenuação da estimulação da periferia visual, diminuindo a velocidade dos RDKs, melhora os limiares de acuidade em todos os indivíduos testados. Em conclusão, propomos a tarefa com medição da acuidade de movimento com base na discriminação de forma simples. Portanto, os resultados são diretos e fáceis de entender também para os pacientes e seus cuidadores. O teste de acuidade de movimento apresentado aqui também é dirigido para usuários fora da academia. A tarefa é fácil de explicar para uma ampla gama de idades e grupos de pacientes.

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Protocol

Todos os procedimentos foram realizados seguindo as diretrizes e regulamentos relevantes e foram aprovados pelo Comitê de Ética da WUM (KB/157/2017). O consentimento por escrito foi obtido de todos os participantes, garantindo que eles entendessem o objetivo geral do experimento e que entendessem a inclusão de seus dados para fins de análise estatística. Todos os estímulos visuais apresentados são gerados usando um aplicativo de desktop baseado em Java (Viscacha2) criado para o propósito desses experimentos.

1. Configuração

  1. Garanta uma sala silenciosa e escura. Construa uma configuração que consista em um computador, um teclado, uma tela plana, um rastreador ocular (opcional, dependendo da questão de pesquisa e dos objetivos; consulte Tabela de materiais), uma mesa, um apoio de queixo e uma cadeira. Organize-o de forma que os participantes possam sentar-se com o queixo apoiado no apoio de queixo, os olhos diretamente na frente do centro da metade superior da tela e as mãos alcançando as teclas de seta do teclado. A distância horizontal entre a tela e os olhos deve ser de 85 cm.
    NOTA: Embora os participantes sejam treinados e especificamente solicitados a fixar a cruz de fixação central durante todo o procedimento, o teste com um rastreador ocular pode constituir um controle adicional para filtrar durante as análises dos participantes que exibem muitas flutuações com o olhar. Além disso, dependendo do objetivo do estudo, os resultados do rastreador ocular podem fornecer informações interessantes sobre os padrões de fixação, tamanho da pupila ou local de interesse de diferentes coortes de participantes.
  2. Visite https://github.com/grimwj/Viscacha2 e baixe o software clicando no botão Código e baixando o ZIP. Extraia o arquivo zip e salve-o no diretório de trabalho.
  3. Siga as etapas de instalação descritas no arquivo README.txt. No caso de testes com um rastreador ocular, siga as etapas de instalação do software para o rastreador ocular. Monte o rastreador ocular de acordo com as instruções.
  4. Para executar uma verificação inicial, execute o programa clicando duas vezes no arquivo Viscacha2.jar. Depois que a tela inicial for exibida, pressione ESC no teclado para sair do programa.
  5. Navegue pelas pastas recém-criadas – experiment_data, TestPatient, Shape_Brt. Abra o arquivo .csv usando um editor de planilhas (defina ponto e vírgula como separador de campo). Verifique se os parâmetros, como dimensões da tela e a distância da tela, estão corretos.
    NOTA: A partir daqui, o protocolo é baseado na suposição de que uma tela de 1920 x 1080 de 31,5 polegadas é usada e a distância entre o paciente e a tela é de 85 cm. Isso implica que a tela ocupa 44,6° de espaço visual horizontalmente. Se esses parâmetros não puderem ser atendidos, pode-se consultar a etapa 5 para reconfigurar o programa.

2. Determinação da dificuldade inicial do teste

  1. Abra o arquivo config.txt e localize uma linha contendo patient_name=TestPatient. Substitua o TestPatient por um texto que identifique o sujeito que está sendo examinado.
  2. No arquivo config.txt, localize a linha filename=Shape_Brt.txt. Certifique-se de que essa linha não comece com um símbolo de hash # (linha não comentada).
  3. Peça ao sujeito para se sentar em frente à tela, com o queixo descansado e os olhos diretamente na frente do centro da metade superior da tela. Verifique se a distância da tela está correta. Certifique-se de que as teclas do teclado estejam facilmente acessíveis para o assunto usar.
  4. Navegue até o diretório Viscacha2.jar e execute o programa. Ensine o participante a focar a mira na cruz de fixação no centro da tela durante toda a duração do experimento.
  5. Em cada lado da tela, um círculo ou uma elipse serão apresentados à mesma distância da cruz de fixação central. A tarefa é selecionar o círculo sobre uma elipse usando as teclas de seta para a esquerda e para a direita no teclado. Explique a tarefa ao participante e, quando ele estiver pronto, pressione a tecla s para iniciar o experimento. O experimento continua até que o participante pressione uma das teclas de seta.
  6. O programa termina após quatro reversões terem ocorrido ou um número máximo de tentativas ter sido atingido. Uma reversão ocorre quando o sujeito seleciona a resposta errada depois de selecionar previamente a correta ou vice-versa.
    NOTA: Este é um procedimento do tipo escada. A dificuldade de cada tentativa aumenta após cada resposta correta e diminui após uma resposta errada. A Figura 1 mostra como o nível da escada muda ao longo dos testes para um participante representativo.
  7. Observe as quatro reversões após as quais a tarefa é concluída e o limite de detecção foi estabelecido. Abra o arquivo .csv correspondente que contém os resultados. Localize as colunas THRESHOLD próximas ao final do arquivo. Use o valor nesta coluna para calcular a dificuldade inicial para tarefas subsequentes.
    NOTA: O teste também pode ser apresentado em um paradigma constante, onde o nível da dificuldade é fixo e não muda, removendo o símbolo de hash da linha Experiment_Type=Constant nos arquivos init.txt e adicionando um símbolo de hash antes da linha Experiment_Type=Staircase.

Figure 1
Figura 1: Mudança no nível da escada ao longo da duração do Shape_Brt experimento (tentativas subsequentes). O gráfico vermelho representa o nível da escada, que se traduz na proporção do S- (elipse). Após 4 reversões terem ocorrido (barras azuis), o limite de detecção do sujeito foi estabelecido e a tarefa foi concluída. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Use o limiar recém-obtido como linha de base para a próxima apresentação de estímulos (etapas 2.3 a 2.5). Para substituir o novo limite em todos os arquivos de definição de estímulos, use o script Python dentro da pasta replacer e siga as instruções na tela.

3. Procedimento de estímulos

NOTA: Serão realizados um total de 10 experimentos: 5 com pontos brancos sobre fundo preto e 5 com pontos pretos sobre fundo branco.

  1. Tarefa de coerência
    1. Quando o assunto estiver pronto, abra o arquivo config.txt e comente (ou seja, insira o símbolo de hash) a linha filename=Shape_Brt.txt e descomente a linha abaixo, incluindo a tarefa shape_dotsB_C.txt. Nesta tarefa, o círculo e a elipse consistem em pontos que se movem aleatoriamente com uma velocidade de 10 ° / s. O fundo é construído de pontos que se movem coerentemente para cima com a mesma velocidade do círculo e da elipse.
      NOTA: É possível definir uma direção de movimento diferente dos pontos de fundo editando o parâmetro Direction dentro do arquivo de definição para cada tarefa.
    2. Execute Viscacha2.jar. Explique a tarefa ao sujeito em palavras simples, por exemplo, Por favor, sempre aponte para o círculo. Quando o participante estiver pronto, pressione a tecla s para iniciar o experimento. Aguarde até que o experimento seja concluído.
    3. Abra o arquivo config.txt, comente a linha filename=shape_dotsB_C.txt e remova o comentário da linha abaixo, incluindo a tarefa shape_dotsW_C.txt. Repita a etapa 3.1.2.
  2. Tarefa de direção
    1. Quando o assunto estiver pronto, abra o arquivo config.txt e comente o nome do arquivo selecionado anteriormente. Remova o comentário da linha que contém filename=shape_dotsB_D.txt tarefa. Nesta tarefa, o círculo e a elipse consistem em pontos que se movem coerentemente para cima com uma velocidade de 10 ° / s. O fundo consiste em pontos que se movem coerentemente para a esquerda com a mesma velocidade do círculo e da elipse.
    2. Execute Viscacha2.jar. Explique a tarefa ao sujeito. Quando o participante estiver pronto, pressione a tecla s para iniciar o experimento. Aguarde até que o experimento seja concluído.
    3. Abra o arquivo config.txt, comente a linha filename=shape_dotsB_D.txt e remova o comentário da linha abaixo, incluindo a tarefa shape_dotsW_D.txt. Repita a etapa 3.2.2.
  3. Tarefa de velocidade
    1. Quando o assunto estiver pronto, abra o arquivo config.txt e comente o nome do arquivo selecionado anteriormente. Remova o comentário da linha que contém filename=shape_dotsB_V10_20.txt tarefa. Esta tarefa envolve três condições. O círculo, a elipse e o fundo consistem em pontos que se movem coerentemente para cima, e os pontos dentro do círculo e da elipse sempre se movem mais devagar do que os pontos de fundo: i) 10 ° / s versus 20 ° / s; ii) 5°/s versus 10°/s; e iii) 1°/s versus 2°/s.
    2. Execute Viscacha2.jar. Explique a tarefa ao sujeito. Quando o participante estiver pronto, pressione a tecla s para iniciar o experimento. Aguarde até que o experimento seja concluído.
    3. Abra o arquivo config.txt e comente na linha shape_dotsB_V10_20.txt e remova o comentário da linha abaixo, incluindo a tarefa shape_dotsW_V10_20.txt. Repita a etapa 3.2.2.
    4. Repita as etapas 3.3.1 - 3.3.3 2x, para tarefas shape_dotsB_V5_10.txt e shape_dotsW_V5_10.txt, bem como para shape_dotsB_V1_2.txt e shape_dotsW_V1_2.txt.
      1. Para evitar alterar manualmente o nome do arquivo para cada tarefa após a conclusão da tarefa, use uma opção sweep_file. No arquivo config.txt, defina o campo sweep_files como 0 para encerrar o procedimento após o término de cada procedimento de tarefa.
      2. Use essa configuração para a tarefa Shape_Brt.txt para definir o valor do limite inicial da linha de base. Depois que a linha de base for definida, para executar várias tarefas em sucessão, defina o arquivo de varredura como um número inteiro entre 1 e 9. O número inteiro aqui determina o número de alterações entre tarefas consecutivas (por exemplo, se definido como 1 e shape_dotsB_D.txt não for comentado, o programa executará esta tarefa e a próxima. Se definido como 9, todas as tarefas serão executadas). Internamente, isso resultará na regeneração de um novo arquivo de configuração após a conclusão de cada experimento, com um nome de arquivo selecionado anteriormente comentado e o nome de arquivo subsequente selecionado para o próximo experimento.

4. Óculos que limitam a visão

  1. Para remover transitoriamente o campo visual periférico, use óculos de natação (Figura 2), onde as lentes transparentes são substituídas por lentes brancas opacas. As lentes tinham uma abertura de 1,4 mm que limitava o campo visual aos 10° centrais. Para tornar os óculos adequados para cada assunto e para levar em conta da melhor forma possível a distância interocular individual natural, faça 14 pares de óculos com espaçamento de orifícios de 58 mm a 72 mm (com um passo de 1 mm entre cada par de óculos).

Figure 2
Figura 2: Estreitamento dos óculos. Os furos centrais têm um diâmetro de 1,4 mm. Tínhamos 14 pares de óculos com distâncias entre furos de 58 mm a 72 mm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Use uma régua para definir a distância entre os olhos do participante. Coloque a régua logo acima dos olhos, alinhada com as sobrancelhas, com o valor 0 em cima de um olho. Calcule a distância, em mm, da segunda pupila, verificando o valor no topo do segundo olho. Durante o procedimento, peça ao participante para manter o olhar o mais estável possível.
  2. Depois que o par mais adequado for escolhido, dê um intervalo de 15 min. Durante esse tempo, peça aos participantes que se movam livremente na sala, usem o telefone ou leiam para que os olhos se acostumem com a nova condição visual.
  3. Inicie o procedimento novamente a partir da etapa 3.

5. Reconfiguração

  1. Tamanho da tela e calibração de distância
    1. Se uma exibição diferente estiver sendo usada, insira as dimensões da tela (resolução e diagonal) no arquivo de configuração (resolution_v para resolução vertical, resolution_h para resolução horizontal diagonal_inch para a diagonal da tela em polegadas).
    2. Execute Viscacha2.jar. Quando a tela inicial for exibida, pressione ESC para encerrar. Abra o arquivo .csv que contém os resultados.
    3. Encontre a linha que contém o texto Distância mm e anote o valor.
    4. Reajuste a configuração experimental para que o sujeito possa ficar sentado na distância recém-calculada. Calcule a distância para que a largura da tela ocupe 44,6° do espaço visual horizontalmente. Isso é definido pelo parâmetro full_angle_h, que também pode ser alterado no arquivo config.txt.
      NOTA: A calibração também pode ser realizada para a altura da tela usando o parâmetro full_angle_v. Observe que apenas um desses parâmetros pode ser definido, o outro deve ser comentado com um prefixo #.
  2. Definição de estímulos
    1. Defina os parâmetros de estímulos em arquivos separados (por exemplo, shape_dotsB_C.txt). Alguns valores, como as dimensões do S- (Ellipse_X, Ellipse_Y) são dados em pixels. Para calcular de pixels a graus visuais, multiplique o valor pelo multiplicador de pixel para ângulo extraído do arquivo csv que contém os resultados.
      NOTA: Os parâmetros de estímulos, como a coerência dos pontos, são predefinidos e ajustáveis para cada camada (fundo, forma S+, forma S-, ruído). Na tarefa de coerência, por exemplo, o círculo e a elipse consistem em pontos que se movem aleatoriamente com uma velocidade de 10 ° / s (coerência = 0,0). O fundo é construído de pontos movendo-se coerentemente para cima com a mesma velocidade do círculo e da elipse (coerência = 1,0). Viscacha2 ainda não possui um manual de usuário oficial. Para mais informações sobre a definição de estímulos, consulte o arquivo stimuli_description.ods no repositório Viscacha2.

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Representative Results

A tarefa de acuidade de movimento gera, para cada participante, um arquivo de resultados para cada procedimento de estímulo. Um arquivo de log exemplar para um participante do teste foi incluído no repositório dentro da pasta doc. Da linha 1 à linha 31, várias configurações são relatadas, como o nome do paciente e as configurações. O bloco de tarefas começa na linha 34 e relata informações importantes necessárias para uma análise posterior: hora do evento, tipo de evento, tentativa, duração, seleção, correta, sucesso, experimentador, estímulos externos, reversão e nível da escada. É importante ressaltar que as colunas de seleção e sucesso não devem estar vazias; Nesse caso, pode indicar um mau funcionamento da ferramenta de resposta (teclado ou painel de resposta). Na linha 170, o valor limite é relatado abaixo do limite da coluna. Observe que o repositório vinculado na etapa 1.2 inclui um script de preparação de arquivo de log para limpar os arquivos de log. O arquivo de log pode ser usado para analisar a precisão das respostas, comparando a seleção e correção da coluna ou simplesmente verificando a coluna chamada sucesso. Outro valor útil relatado é o tempo de duração da investigação do tempo de reação.

Para um estudo sobre o limiar de acuidade de movimento, a variável crucial é o valor abaixo do limite da coluna. Cada participante terá um limiar para cada apresentação de estímulo, sendo possível comparar limiares decorrentes de diferentes contrastes e/ou de diferentes tarefas.

Na Figura 3, um gráfico representativo para um grupo de controle que foi testado em condições de visão total (ou seja, sem usar óculos de estreitamento; Figura 3A,B) e em condições de visão limitada (usando óculos de estreitamento; Figura 3C,D) é mostrada. Os participantes de controle incluídos tinham visão normal ou corrigida para normal.

Figure 3
Figura 3: Resultados representativos para o grupo controle. (A, B) Resultados para testes em visão total e (C,D) em visão limitada com óculos cobrindo o campo visual periférico. Os limiares de acuidade de movimento de velocidade rápida (10/20 graus) para tarefas de coerência são mostrados em (A, C) painéis esquerdos negativos e (B, D) contraste positivo nos painéis direitos. No eixo vertical, o limiar de movimento-acuidade é relatado como a diferença mínima percebida nos graus visuais. Os limites individuais são mostrados como um círculo. Erros de média e padrão são mostrados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Na Figura 4, dois grupos de pacientes foram testados: pacientes com degeneração periférica dos fotorreceptores (Retinite pigmentosa, FR; Figura 4A,B) e pacientes com degeneração central dos fotorreceptores (Stargardt, STGD; Figura 4C,D). Para a inclusão correta dos pacientes, o diagnóstico final foi estabelecido após exame oftalmológico típico e após investigações acessórias, como tomografia de coerência óptica (OCT), angiografia fluoresceínica (AF) e testes eletrofisiológicos (eletrorretinografia flash, FERG). Além disso, se os pacientes não conseguissem ver ou realizar a tarefa inicial (Shape_Brt.txt) para determinar a dificuldade inicial do teste, eles eram automaticamente excluídos do procedimento.

Figure 4
Figura 4: Resultados representativos para pacientes com FR e STGD. (A, B) Resultados para pacientes com FR com perda da periferia visual e (C, D) pacientes com STGD com perda da visão central. Os limiares de acuidade de movimento de velocidade rápida (10/20 graus) para tarefas de coerência são mostrados em (A, C) painéis esquerdos negativos e (B, D) contraste positivo nos painéis direitos. No eixo vertical, o limiar de movimento-acuidade é relatado como a diferença mínima percebida nos graus visuais. Os limites individuais são mostrados como um círculo. Erros de média e padrão são mostrados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Na Figura 3 e na Figura 4, no eixo vertical, o limiar de acuidade é relatado como a diferença mínima percebida; O eixo horizontal divide os resultados em tarefas: rápido 10/20, médio 5/10 e lento 1/2, na direção e coerência da velocidade rápida. As tarefas são apresentadas em dois contrastes (ou seja, a e c para negativo, b e d para positivo). Cada participante é relatado como um único ponto, enquanto as barras de erro representam o erro padrão.

Esses resultados representativos mostram que, para o grupo controle em visão plena (Figura 3A), o limiar de movimento-acuidade é semelhante entre as tarefas. Com a velocidade de tarefa mais exigente 10/20 em contraste negativo, a velocidade lenta mais fácil 1/2 em contraste positivo. Observa-se que o uso dos óculos que cobrem o campo visual periférico, como mostrado na condição visual limitada, reduziu a dispersão dos resultados entre os participantes, revelando uma medida bem-sucedida da estimulação visual central e periférica (Figura 3B). Para os pacientes (Figura 4), também é mostrado com as tarefas de velocidade como a deficiência visual afeta o limiar de acuidade de movimento. Para os pacientes com FR (Figura 4A,B), que pouparam o campo visual central, as tarefas mais lentas são as mais fáceis, enquanto para os pacientes com STGD (Figura 4C,D) que pouparam o campo visual periférico, o padrão segue a tendência oposta, mostrando maior limiar para a velocidade 1/2 (lenta) e menor limiar para a velocidade 10/20 (rápida). Em contraste, as tarefas de direção e coerência não diferenciaram os dois grupos de pacientes.

Filmes representativos dos estímulos estão disponíveis em formato .mp4 em Arquivo Suplementar 1, Arquivo Suplementar 2, Arquivo Suplementar 3, Arquivo Suplementar 4, Arquivo Suplementar 5, Arquivo Suplementar 6, Arquivo Suplementar 7, Arquivo Suplementar 8, Arquivo Suplementar 9, Arquivo Suplementar 10, Arquivo Suplementar 11. Observe que nessas gravações, o cursor branco mostra a posição do círculo (estímulo S+), que deve ser escolhido para uma escolha correta. Durante a sessão experimental, esse cursor não fica visível. As gravações estão disponíveis para as tarefas de linha de base Shape_Brt, as tarefas de coerência (shape_dotsB_C e shape_dotsW_C), as tarefas de direção (shape_dotsB_D e shape_dotsW_D) e as tarefas de velocidade (rápido 10/20 graus: shape_dotsB_V10_20, shape_dotsW_V10_20; médio 5/10 graus: shape_dotsB_V5_10, shape_dotsW_V5_10; lento 1/2 grau: shape_dotsB_V1_2, shape_dotsW_V1_2), em contrastes negativos e positivos.

Arquivo Suplementar 1: Tarefa de linha de base para calcular o limite inicial. O círculo e a elipse são mostrados no lado da cruz de fixação. Após cada escolha, a elipse muda de forma: em caso de resposta correta (o participante escolhe o círculo), a forma da elipse torna-se mais semelhante a uma circunferência; Em caso de resposta errada (o participante escolhe a elipse), a forma da elipse torna-se mais acentuada, seguindo o procedimento da escada. Durante todo o procedimento, o participante é solicitado a olhar para a cruz de fixação. Clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 2: Tarefa de coerência em contraste negativo. O RDK é construído com pontos pretos movendo-se sobre um fundo branco. As duas formas localizadas centralmente são definidas pelo movimento RDK: dentro das formas, os pontos se movem aleatoriamente, enquanto o fundo é formado com pontos se movendo para cima a 10°/s. O nível de dificuldade é definido com a tarefa básica. O círculo e a elipse são mostrados no lado da cruz de fixação. Durante todo o procedimento, o participante é solicitado a olhar para a cruz de fixação. Clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 3: Tarefa de coerência em contraste positivo. O RDK é construído com pontos brancos em um fundo preto. As duas formas localizadas centralmente são definidas pelo movimento RDK: dentro das formas, os pontos se movem aleatoriamente, enquanto o fundo é formado com pontos se movendo para cima a 10°/s. O nível de dificuldade é definido com a tarefa básica. O círculo e a elipse são mostrados no lado da cruz de fixação. Durante todo o procedimento, o participante é solicitado a olhar para a cruz de fixação. Clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 4: Tarefa de direção em contraste negativo. O RDK é construído com pontos pretos movendo-se sobre um fundo branco. As duas formas localizadas centralmente são definidas pelo movimento RDK: dentro das formas, os pontos se movem para cima a 10 ° / s e o fundo se move para a esquerda a 10 ° / s. O nível inicial de dificuldade é definido como no Arquivo Suplementar 2. O círculo e a elipse são mostrados no lado da cruz de fixação. Durante todo o procedimento, o participante é solicitado a olhar para a cruz de fixação. Clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 5: Tarefa de direção em contraste positivo. O RDK é construído com pontos brancos movendo-se sobre um fundo preto. As duas formas localizadas centralmente são definidas pelo movimento RDK: dentro das formas, os pontos se movem para cima a 10 ° / s e o fundo se move para a esquerda a 10 ° / s. O nível inicial de dificuldade é definido como no Arquivo Suplementar 2. O círculo e a elipse são mostrados no lado da cruz de fixação. Durante todo o procedimento, o participante é solicitado a olhar para a cruz de fixação. Clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 6: Tarefa de velocidade rápida em contraste negativo. O RDK é construído com pontos pretos movendo-se sobre um fundo branco. As duas formas localizadas centralmente são definidas pelo movimento RDK: dentro das formas, os pontos se movem para cima a 10°/s e o fundo se move para cima a 20°/s. O nível inicial de dificuldade é definido como no Arquivo Suplementar 2. O círculo e a elipse são mostrados no lado da cruz de fixação. Durante todo o procedimento, o participante é solicitado a olhar para a cruz de fixação. Clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 7: Tarefa de velocidade rápida em contraste positivo. O RDK é construído com pontos brancos movendo-se sobre um fundo preto. As duas formas localizadas centralmente são definidas pelo movimento RDK: dentro das formas, os pontos se movem para cima a 10°/s e o fundo se move para cima a 20°/s. O nível inicial de dificuldade é definido como no Arquivo Suplementar 2. O círculo e a elipse são mostrados no lado da cruz de fixação. Durante todo o procedimento, o participante é solicitado a olhar para a cruz de fixação. Clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 8: Tarefa de velocidade média em contraste negativo. O RDK é construído com pontos pretos movendo-se sobre um fundo branco. As duas formas localizadas centralmente são definidas pelo movimento RDK: dentro das formas, os pontos se movem para cima a 5°/s e o fundo se move para cima a 10°/s. O nível inicial de dificuldade é definido como no Arquivo Suplementar 2. O círculo e a elipse são mostrados no lado da cruz de fixação. Durante todo o procedimento, o participante é solicitado a olhar para a cruz de fixação. Clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 9: Tarefa de velocidade média em contraste positivo. O RDK é construído com pontos brancos movendo-se sobre um fundo preto. As duas formas localizadas centralmente são definidas pelo movimento RDK: dentro das formas, os pontos se movem para cima a 5°/s e o fundo se move para cima a 10°/s. O nível inicial de dificuldade é definido como no Arquivo Suplementar 2. O círculo e a elipse são mostrados no lado da cruz de fixação. Durante todo o procedimento, o participante é solicitado a olhar para a cruz de fixação. Clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 10: Tarefa de velocidade lenta em contraste negativo. O RDK é construído com pontos pretos movendo-se sobre um fundo branco. As duas formas localizadas centralmente são definidas pelo movimento RDK: dentro das formas, os pontos se movem para cima a 1°/s e o fundo se move para cima a 2°/s. O nível inicial de dificuldade é definido como no Arquivo Suplementar 2. O círculo e a elipse são mostrados no lado da cruz de fixação. Durante todo o procedimento, o participante é solicitado a olhar para a cruz de fixação. Clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 11: Tarefa de velocidade lenta em contraste positivo. O RDK é construído com pontos brancos movendo-se sobre um fundo preto. As duas formas localizadas centralmente são definidas pelo movimento RDK: dentro das formas, os pontos se movem para cima a 1°/s e o fundo se move para cima a 2°/s. O nível inicial de dificuldade é definido como no Arquivo Suplementar 2. O círculo e a elipse são mostrados no lado da cruz de fixação. Durante todo o procedimento, o participante é solicitado a olhar para a cruz de fixação. Clique aqui para baixar este arquivo.

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Discussion

Aqui, um novo método é descrito para medir a acuidade do movimento visual usando um conjunto de estímulos baseados em cinematogramas de pontos aleatórios. O resultado é dado como uma diferença mínima percebida entre um círculo e uma elipse, e permite ver quando o sujeito parou de distinguir formas umas das outras. Quanto menor a diferença alcançada, melhor a acuidade: significa que o sujeito ainda pode detectar onde está o círculo, mesmo que seja quase idêntico à elipse. O teste de acuidade de movimento aqui apresentado traz os resultados em graus visuais, que podem ser relacionados às medidas clínicas comuns baseadas na acuidade de reconhecimento, que requer a identificação de letras de alto contraste de diferentes tamanhos22.

A preparação da configuração é de importância crítica. Conforme explicado na etapa 1.1, uma sala esmaecida é a melhor escolha para realizar o procedimento. É importante cobrir qualquer fonte de luz adicional (por exemplo, qualquer luz indicadora do monitor, almofadas de resposta, rastreador ocular ou qualquer outro aparelho presente na sala). Da mesma forma, é aconselhável realizar o procedimento em uma sala acusticamente isolada para evitar qualquer outra fonte de distração. A distância do monitor e o tamanho do monitor precisam ser claramente definidos, pois a geração dos pontos depende desses valores.

Além disso, conforme relatado na NOTA do passo 1.1, o rastreador ocular é altamente recomendado para monitorar o olhar dos participantes. Para o procedimento, após ser instruído, o participante estava sentado sozinho em uma pequena sala enquanto o experimentador estava sentado em um espaço adjacente fora da sala experimental, monitorando o movimento do olhar e da cabeça usando a câmera rastreadora ocular. Quando o rastreador ocular não está disponível, o experimentador pode controlar a posição da cabeça usando uma câmera instalada acima do monitor de teste e verificando as imagens ao vivo em uma tela separada. Ambas as configurações, com e sem o rastreador ocular, foram comprovadamente eficientes por um estudo anterior em pacientes com FRy e STGD14. No entanto, o rastreador ocular permite não apenas o monitoramento das fixações, mas também análises subsequentes.

O procedimento pode ser melhorado adicionando uma tela de instruções ou adicionando instruções acústicas (para participantes com baixa visão). Explicar o procedimento oralmente pode causar diferenças na explicação de tempos em tempos, levando a desempenhos diferentes. Além disso, a aparência diferente entre a tarefa de linha de base (Shape_Brt) e as outras tarefas às vezes pode ser complicada e confusa para alguns participantes; Por esse motivo, é altamente recomendável explicar claramente o quão diferentes os estímulos parecerão da tarefa inicial. Caso um participante não consiga realizar uma tarefa específica ou esteja apresentando dificuldades de desempenho, é recomendável alterar o valor do parâmetro sweep_file (etapa 3.3.4 NOTA) para testar uma tarefa por vez. Dessa forma, o experimentador teria mais controle do procedimento, decidindo se deve sair da tarefa apresentada e passar para a próxima manualmente. O procedimento com óculos de estreitamento às vezes pode ser difícil de adaptar a cada pessoa. Uma dica para escolher o par de óculos adequado seria pedir aos participantes que se fixassem em um objeto à sua frente sem mover a cabeça, cobrindo um olho e depois o outro. Se os participantes forem capazes de ver o objeto claramente com um olho e depois com o outro, o par de óculos que eles estão usando é adequado.

É bem conhecido por estímulos estacionários que o processamento de escuros e claros é segregado na retina e em um nível cortical, onde o processamento de escuros domina12. Aqui, usando estímulos em movimento, o procedimento proposto oferece uma oportunidade única para examinar como a perda de partes específicas do campo visual afeta o processamento de movimento e forma simultaneamente em contrastes negativos ou positivos. A discriminação de formas localizadas centralmente foi fortemente perturbada pela tarefa com velocidade rápida de 10/20° em contraste negativo, conforme relatado pelos participantes. Isso está de acordo com a ativação da representação cortical do campo visual periférico por estímulos de movimento rápido em contraste negativo23. A perda transitória da entrada visual periférica pelo estreitamento dos óculos de proteção em indivíduos de controle por 15 minutos antes do procedimento não afetou a acuidade de movimento. No entanto, pudemos ver uma distribuição menor dos resultados individuais. Provavelmente expondo as diferenças individuais na interação entre o processamento central e periférico. Como funciona a detecção de movimento sem periferias sensíveis ao movimento? Podemos observar alguma aquisição de funções de peças danificadas para peças sobressalentes24? Até que ponto? Graças a este conjunto de testes fáceis de editar, é possível verificar como as mudanças nas características dos estímulos influenciam o processamento visual. Todas as configurações, potencialmente influentes para o processamento da visão, podem ser ajustadas: a cor dos pontos em movimento, sua velocidade e tamanho e muito mais. Esta oportunidade dá ao usuário um amplo espectro de testes diferentes que podem ser usados para examinar o campo visual completo e o funcionamento visual em diferentes manipulações. Decidimos optar por testar a acuidade de movimento dentro dos 8° centrais para diferenciar o processamento fino central da estimulação de movimento periférico5. No entanto, os futuros usuários podem ajustar o tamanho e a localização dos estímulos dentro do campo visual de acordo com suas necessidades.

Como foi mostrado anteriormente, as lesões centrais da retina aumentaram a percepção de estímulos em movimento, o que é característico das periferias18. Além disso, um estudo de fMRI de pacientes com DM com perda central da retina23 revelou que partes do córtex visual, incluindo V1, que não respondem à estimulação visual central, foram ativadas por estímulos visuais localizados perifericamente, o que reflete possíveis ajustes do sistema visual à perda de visão central a longo prazo. A maior variabilidade no grupo de pacientes com FR provavelmente deriva das altas diferenças interindividuais na progressão da doença e na manifestação dos sintomas. Além disso, os pacientes com FR geralmente lutam para se adaptar à perda visual, exibindo padrões irregulares de sacadas25,26, o que pode ajudar a explicar por que eles se comportam de maneira tão diferente; Por esse motivo, conforme também explicado na etapa 1, recomenda-se o uso de um rastreador ocular, especialmente ao testar pacientes.

O procedimento proposto não está isento de dificuldades e limitações. Os arquivos de log de cada sessão experimental podem ser difíceis de ler e limpar. Por esse motivo, na etapa 1.2, o repositório que contém o código para limpar os logs foi disponibilizado com o link fornecido. Além disso, testar participantes com um grau avançado de miopia pode ser difícil. A tarefa exige que os participantes sejam capazes de ver o RDK claramente e sejam, pelo menos, capazes de diferenciar entre primeiro plano e fundo a uma determinada distância do monitor.

O teste de acuidade baseado em movimento proposto permite avaliar as funções visuais dependentes das entradas derivadas não apenas do campo visual central, mas também das periferias14. A percepção do movimento e os detalhes estacionários finos não são totalmente separados, como foi demonstrado recentemente por um ganho de acuidade após a adaptação ao movimento do anel concêntrico11. O sistema de estreitamento pode ser usado dentro do scanner de ressonância magnética sem ir contra as diretrizes de segurança27, bem como durante as sessões de TMS ou tRNS28,29, permitindo o rastreamento de possíveis mecanismos por trás da dinâmica cortical devido à limitação do campo visual em controles saudáveis, bem como em pacientes.

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Disclosures

Os autores não têm nada a divulgar.

Acknowledgments

O protocolo foi conduzido no Laboratório de Imagens Cerebrais do Instituto Nencki de Biologia Experimental, Varsóvia, Polônia e foi apoiado por uma bolsa 2018/29/B/NZ4/02435 do Centro Nacional de Ciências (Polônia) concedida a K.B e J.S.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Chinrest custom-made
Computer Windows 10 or higher
Display 1920 × 1080, 31 inches
EyeLink 1000 Plus SR Research desktop mount
USB Keyboard
USB mouse

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References

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Tags

Edição 204 treinamento visual sistema visual visão periférica teste de acuidade discriminação de formas definidas por movimento campo visual central

Erratum

Formal Correction: Erratum: Motion-Acuity Test for Visual Field Acuity Measurement with Motion-Defined Shapes
Posted by JoVE Editors on 04/01/2024. Citeable Link.

An erratum was issued for: Motion-Acuity Test for Visual Field Acuity Measurement with Motion-Defined Shapes. The Authors section was updated from:

Marco Ninghetto1
Michał Wieteska2,3
Anna Kozak1
Kamil Szulborski4
Tomasz Gałecki4
Jacek Szaflik1
Kalina Burnat1
1Nencki Institute of Experimental Biology, Polish Academy of Sciences
2Mossakowski Medical Research Institute, Polish Academy of Sciences
3Institute of Radio Electronics and Multimedia Technology, Warsaw University of Technology
4Department of Ophthalmology, Medical University of Warsaw

to:

Marco Ninghetto1
Michał Wieteska2,3
Anna Kozak1
Kamil Szulborski4
Tomasz Gałecki4
Jacek Szaflik4
Kalina Burnat1
1Nencki Institute of Experimental Biology, Polish Academy of Sciences
2Mossakowski Medical Research Institute, Polish Academy of Sciences
3Institute of Radio Electronics and Multimedia Technology, Warsaw University of Technology
4Department of Ophthalmology, Medical University of Warsaw

Teste de Acuidade de Movimento para Medição de Acuidade de Campo Visual com Formas Definidas por Movimento
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Ninghetto, M., Wieteska, M., Kozak,… More

Ninghetto, M., Wieteska, M., Kozak, A., Szulborski, K., Gałecki, T., Szaflik, J., Burnat, K. Motion-Acuity Test for Visual Field Acuity Measurement with Motion-Defined Shapes. J. Vis. Exp. (204), e66272, doi:10.3791/66272 (2024).

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