Symulacja jazdy w warunkach klinicznych: badanie zachowań eksploracyjnych wzroku podczas codziennych czynności u pacjentów z defektami pola widzenia

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest zróżnicowanie strategii kompensacyjnych eksploracji wizualnej u pacjentów z ubytkami pola widzenia po zawałach tętnicy mózgowej tylnej. Cel ten osiąga się poprzez umieszczenie i poinstruowanie pacjentów w symulatorze jazdy w celu zbadania zachowań w realistycznej sytuacji testowej. Wykorzystywana jest kamera do eyetrackingu montowana na głowie, a dokładność pomiarów zapewniana jest poprzez wprowadzenie korekt oraz kalibrację dla każdego pacjenta.

Następnie rozpoczyna się symulacja jazdy, podczas której rejestrowane są zachowania wzrokowe oraz wyniki prowadzenia pojazdu; jako alternatywny tryb można włączyć obrazy nakładkowe, aby zwizualizować i umożliwić szybką ocenę kompensacyjnego zachowania wzroku. Różne strategie są ujawniane poprzez ewaluację parametrów sakad i ruchów głowy, takich jak liczba sakad, amplitudy sakad, fiksacje, ich rozkład i czas trwania, a także czasy reakcji na obiekty peryferyjne. Główną zaletą tej konfiguracji symulacji jazdy jest to, że pozwala ona na szybką i łatwą ocenę zachowań eksploracyjnych wzroku w warunkach klinicznych.

Obecnie możemy rejestrować ściśle określone parametry, takie jak ruchy gałek ocznych i głowy oraz czasy reakcji. Zastosowania tej techniki obejmują rehabilitację i terapię, ponieważ natychmiastowa wizualizacja zachowania spojrzenia za pomocą kontroli nakładki może stanowić mechanizm sprzężenia zwrotnego, który zwiększa uwagę pacjenta i pomaga w nauce strategii kompensacyjnych. Może ona również zwiększyć efektywność rehabilitacji poprzez oferowanie bardziej zindywidualizowanych planów rehabilitacyjnych, dostosowanych do aktualnego poziomu zachowań kompensacyjnych pacjenta.

Mój współpracownik, doktorant z naszego laboratorium, zademonstruje procedurę. Aby rozpocząć ten protokół, poproś pacjenta o zajęcie miejsca dwa metry przed ekranem symulacyjnym w imitującym fotel samochodowy siedzisku; pomóż pacjentowi wyregulować oparcie oraz odległość siedzenia od pedału. Gdy pacjent znajdzie się w wygodnej pozycji, udziel instrukcji dotyczących obsługi symulowanego samochodu, w tym hamulców, kierunkowskazów oraz kierownicy.

Następnie przekaż instrukcje dotyczące zadania. Poinformuj pacjenta, że podobnie jak w rzeczywistej sytuacji drogowej, należy stosować hamulec i/lub kierunkowskaz w zależności od aktualnej sytuacji podczas jazdy. Należy również poinformować pacjenta o możliwości wystąpienia choroby symulatorowej oraz przekazać, że sesję testową można przerwać w przypadku wystąpienia złego samopoczucia, nudności lub potliwości.

Następnie przeprowadź jazdę próbną o niskim zagęszczeniu zadań, aby pacjent mógł oswoić się z samochodem symulacyjnym i bodźcami. Może to również zapobiec chorobie symulatorowej, zapewniając czas na adaptację do symulatora podczas drugiej sesji testowej. Gdy pacjent zostanie prawidłowo posadzony i otrzyma wystarczająco dużo czasu na praktykę, załóż eye tracker na głowę pacjenta i dopasuj go, naciągając elastyczne paski, aby przygotować oprogramowanie i pacjenta do kalibracji.

Laser kamery głównej powinien być skierowany na środek ekranu symulacyjnego, a kamery należy ustawić tak, aby ostrość była ustawiona na źrenicy. Następnie należy poinstruować pacjenta, aby sekwencyjnie patrzył na pięć punktów na ekranie, podążając za strzałką myszy, i rozpocząć kalibrację sprzętu do śledzenia ruchu gałek ocznych. Następnie należy przeprowadzić kalibrację poziomą.

Poproś pacjenta o utrwalenie wzroku na nałożonym obrazie oka na lewym ekranie. Następnie poproś o śledzenie przesuwającego się po ekranie obrazu i ponowne utrwalenie wzroku na nim po prawej stronie. Przetestuj kalibrację, prosząc pacjenta o utrwalenie wzroku na konkretnych obiektach na ekranie, a następnie dopasuj to utrwalenie do nałożonego obrazu oka, który wskazuje obliczaną przez oprogramowanie pozycję spojrzenia.

Kalibracja przebiegła pomyślnie, jeśli wzrok pacjenta i obraz nakładki spotykają się w tym samym punkcie na ekranie. W razie potrzeby powtórz kalibrację. Po zakończeniu kalibracji wyłącz obrazy nakładki.

Gdy pacjent poczuje się komfortowo w symulatorze, a eye tracker zostanie pomyślnie skalibrowany, należy przystąpić do symulacji. W tym przykładzie pacjent prowadzi pojazd po jednopasmowej drodze jednokierunkowej z przeszkodami. Pacjent powinien reagować jak najszybciej na obiekty w ruchu zbliżające się do drogi, takie jak dziki lub piłki, a także na znaki drogowe lub zepsute samochody pojawiające się po obu stronach drogi.

Należy zauważyć, że podczas naciskania akceleratora samochód może przyspieszyć do stałej prędkości 70 kilometrów na godzinę, chyba że użyty zostanie hamulec. Pozwól pacjentowi przejechać kilka różnych tras, z których każda ma długość 6 500 metrów i trwa około 10 minut, z różnym stopniem trudności zadania wynikającym z poziomu rozproszenia przez otaczające środowisko. Jako alternatywny tryb testowania włącz nakładkę obrazów oczu, gdzie jeden wskazuje pozycję spojrzenia, a drugi pozycję głowy pacjenta.

Pozwala to na szybką ocenę kompensacyjnego zachowania ruchów gałek ocznych jednocześnie z testowaniem, poprzez wizualizację pozycji spojrzenia w oprogramowaniu. Tutaj możemy zobaczyć typowe wyniki prowadzenia pojazdu u pacjenta z hemianopsją prawostronną z kompensacyjnym zachowaniem spojrzenia. Zachowanie spojrzenia jest wizualizowane przez nałożone obrazy oczu, które umożliwiają szybką ocenę pozycji ruchów głowy i oczu; wykazany zostaje kompensacyjny ruch w stronę, w której znajduje się defekt widzenia, co pozwala na wykrycie obiektów pojawiających się w polu ślepoty.

Należy zwrócić uwagę na przykładowe wyniki pacjenta z hemianopią prawostronną; tutaj widzimy typową jazdę wraz z wizualizacją zachowania spojrzenia pacjenta z hemianopią prawostronną bez zachowań kompensacyjnych, co prowadzi do kolizji z obiektami pojawiającymi się w polu ślepoty. Proszę zwrócić uwagę na przykładowe wyniki pacjenta z hemianopią prawostronną bez kompensacji. Do analizy danych eksperymentalnych zarejestrowanych podczas symulacji można wykorzystać oprogramowanie MATLAB.

Zdefiniuj sekwencje (secs) jako odcinki trajektorii spojrzenia, w których prędkość spojrzenia przekraczała 30 stopni na sekundę, a amplituda spojrzenia była większa niż jeden stopień. Odcinki pomiędzy sekwencjami należy zdefiniować jako fiksacje, natomiast ruchy głowy jako ruchy przekraczające sześć stopni na sekundę o amplitudzie powyżej trzech stopni. Oprogramowanie Slab może być wykorzystywane podczas eksperymentu do rejestracji czasów reakcji przy użyciu kierunkowskazu i hamulca; fiksacje obiektów w pasie ruchu należy zdefiniować jako fiksacje na obiekcie, w których pozycja spojrzenia oddalała się maksymalnie o 1,24 stopnia od obiektu na osi x oraz o 1,66 stopnia na osi Y.

Poniżej przedstawiono wyniki dla dwóch pacjentów z niepełną hemianopsją prawostronną, prowadzących pojazd z zastosowaniem i bez zastosowania zachowań kompensacyjnych. Pacjent A wykazał kompensacyjne ruchy sakadyczne w stronę, w której znajduje się defekt widzenia, co zaowocowało prawidłową sprawnością w symulacji jazdy w porównaniu z osobą zdrową. Natomiast pacjent B nie wykazał kompensacyjnych ruchów sakadycznych i wykazał niską sprawność w symulacji jazdy poprzez pomijanie bodźców peryferyjnych w polu ślepoty, co prowadziło do wydłużonego czasu reakcji lub kolizji. Tutaj widzimy rozkład fiksacji na ekranie podczas pierwszej jazdy pacjenta A, pacjenta B oraz zdrowego badanego; pacjent A wykazał kompensacyjne ruchy sakadyczne w stronę, w której znajduje się defekt widzenia, podczas gdy pacjent B eksplorował pole widzenia w mniejszym stopniu.

Pacjent B wykonał 3,4 raza mniej ruchów psychotycznych w porównaniu z pacjentem A, obejmując połowę amplitudy pacjenta A. Pacjent B wykazał również dłuższe czasy fiksacji w porównaniu zarówno z grupą kontrolną zdrowych osób, jak i z pacjentem A. Rysunek ten przedstawia wpływ ekscentryczności położenia obiektu względem pozycji GA na czas reakcji, wykazany oddzielnie dla lewej i prawej strony pola widzenia. W przypadku pacjenta A oraz zdrowej grupy kontrolnej nie stwierdzono istotnych różnic między czasami reakcji na zbliżające się obiekty wykrywane manualnie a fiksacją obiektu w lewym lub prawym polu widzenia. U pacjenta B czasy reakcji różniły się natomiast wyraźnie między polem ślepym a widzącym.

Podczas wykonywania tej procedury pacjent musi zostać poinformowany, że na podstawie tego eksperymentu nie można stwierdzić zdolności do prowadzenia pojazdów, którego celem jest wyjaśnienie, czy zachowania kompensacyjne zanikają podczas przejścia z bezpiecznej sytuacji symulowanej do rzeczywistej sytuacji prowadzenia pojazdu. Należy przeprowadzić badania w rzeczywistych warunkach prowadzenia pojazdu. Prawidłowo wykonana stymulacja może zostać zakończona w ciągu 10 minut.

Pozwala to na uzyskanie pierwszego wrażenia dotyczącego wizualnych zachowań eksploracyjnych, a po obejrzeniu tego filmu zdobędą Państwo dobrą wiedzę na temat tego, jak ta technika w szybki i wygodny sposób ujawnia wizualne zachowania eksploracyjne w sytuacji naturalistycznej.