Текст книги "Айтрекинг в психологической науке и практике"

Айтрекинг в реабилитации больных с поражением мозга
О. А. Кроткова, А. А. Потапов, Д. А. Баловнев, Г. В. Данилов, М. Ю. Каверина, Г. П. Черномордик

Любое поражение мозга приводит к ухудшению качества жизни больного, при этом наиболее тяжело переживаются коммуникативные и двигательные ограничения. Современные компьютерные технологии значительно расширяют арсенал реабилитационных мероприятий, предоставляя принципиально новые возможности реализации затрудненных вследствие поражения мозга видов повседневной активности. Широко обсуждается необходимость создания альтернативных способов коммуникации. Каждый год на рынке появляется новое оборудование, существенный сегмент которого составляют аппараты окулографии. Однако методическая часть их клинического внедрения разработана явно недостаточно. В рамках проведенного в ФГБУ «НИИ НХ» пилотажного исследования была апробирована «Методика пассивного диалога на основе айтрекинга» (далее – Методика).

В исследование было включено 10 пациентов с грубыми нарушениями коммуникации в результате поражений мозга травматического, опухолевого и сосудистого генеза. Перед началом исследования все они проходили нейропсихологическое обследование по методике А. Р. Лурия. Данные нейропсихологического обследования легли в основу разработанных методических приемов. Методика пассивного диалога предполагала вовлечение больного в беседу путем задержки его взгляда на пиктограммах «да»-«нет», постоянно находящихся на экране монитора. Одновременно с фиксацией взгляда сигнал айтрекера вызывал синтезированное звучание соответствующего пиктограмме слова. Все диалоги полностью протоколировались.

Были описаны характеристики двигательных и когнитивных дефицитов, обуславливающих целесообразность и возможность клинического применения данной методики.

1. Грубое снижение спонтанной активности являлось одним из показаний к использованию методики. Предоставленные себе, такие больные лежат в постели неподвижно, не проявляют никаких

желаний, не пытаются установить контакт с окружающими. Хотя двигательных и речевых нарушений может и не быть, но больной как бы не замечает обращенную к нему речь, выполнение любых заданий (напр., «сожмите мою руку») требует многочисленных побуждающих инструкций. Оказавшись в ситуации «Методики пассивного диалога на основе айтрекинга» больной неожиданно для окружающих начинает «отвечать» на обращенные к нему вопросы. Перевод взгляда на пиктограммы «Да»-«Нет» оказывается для него гораздо менее трудоемким процессом, требует значительно меньше усилий, чем произвольное выполнение движения рукой или самостоятельное произнесение слова.

2. Дефекты вербальной коммуникации – афазии, дизартрии, нарушения фонации, дефекты разборчивости речи, например, связанные с перенесенной трахеостомией и т. д. Методика позволяет добиться понимания обращенной речи, даже грубые формы сенсорной афазии оставляют возможность понимания контекста обращенной речи и простого, ситуационно обусловленного вопроса, а слова «Да»-«Нет» на экране компьютера сочетаются с пиктограммами, обеспечивающими однозначность их понимания. Выбор взглядом для больного в ряде случаев оказывается более произвольным, чем его речевое сопровождение. Так, один из больных с грубой сенсорной афазией на все вопросы вслух произносил слово «Да», но одновременно при помощи айтрекера осуществлял дифференцированный и правильный выбор ответа. Четкое разборчивое синтезированное компьютером звучание выбранного больным ответа формирует ощущение полного взаимопонимания, удовольствия от ведущегося диалога.

3. Дефекты двигательной сферы. Афатические нарушения и дефекты спонтанности часто сочетаются с нарушениями символических движений. Больной «забывает», как можно кивнуть головой в знак согласия или сделать жест головой, руками при несогласии с собеседником. Распадается весь символический праксис, который способствует вербальной коммуникации, а в ряде случаев с успехом заменяет ее. Двигательные дефекты могут присутствовать не только в виде апраксии, но и в виде парезов, атаксий, гиперкинезов, нарушений мышечного тонуса. Если дефект распространяется на все конечности, айтрекинг оказывается единственным способом реализации двигательных программ больного.

Больные, участвовавшие в пилотажной апробации методики пассивного диалога на основе айтрекинга, имели нарушения всех трех классов, но индивидуально у каждого больного описанные дефекты могли принимать разную степень выраженности. Наша группа не была однородной. Никто из принимавших участие в исследовании больных не смог перейти от методики пассивного диалога к активному выбору пиктограмм, обозначающих его возможные желания или темы беседы, т. е. не сделал попытки перейти к активному двустороннему диалогу. По всей вероятности, для данной выборки предлагаемая методика является единственной возможностью коммуникации, по крайней мере, на данном этапе течения заболевания.

Исследование позволило сформулировать некоторые правила в организации диалогов. Обсуждаемые темы должны быть интересны больному. Желательно использовать появившийся канал коммуникации для обсуждения вопросов, связанных с лечением и активностью пациента в реабилитационных мероприятиях. В начале и в конце сеанса следует задавать простые вопросы, на которые пациент заведомо даст правильный ответ. Вопросы должны быть короткими, состоять из часто употребляемых в родном языке пациента слов, иметь простую грамматическую конструкцию, подразумевать в качестве ответа «Да» или «Нет». Например: «Давайте поговорим о погоде на улице. Я спрошу вас, какое сейчас время года. Сейчас зима?». Если больной не понял вопроса, его повтор возможен в другой формулировке и с другим набором слов. Для понимания вопросов больными с афазией необходимо формировать контекст беседы, иллюстрировать ее наглядным материалом, давать попутно с вопросом комментарии и пояснения.

Апробация методики показала, что материал ответов может быть использован в качестве дополнительной диагностической информации. Например, неожиданно для родственников и медперсонала у одного из больных при помощи методики были выявлены грубые нарушения памяти: больной не знал, какое сейчас время года, не помнил, какие события предшествовали его визиту в кабинет врача.

Все больные с радостью приняли возможность вести продуктивный диалог при помощи айтрекера и выразили готовность снова участвовать в организованной с его помощью беседе.

Современный этап развития нейрореабилитации характеризуется внедрением компьютерных технологий, претендующих на компенсацию утраченных вследствие поражения мозга видов повседневной активности человека. Проведенная апробация показала, что успешность этого процесса зависит не только от темпов технического прогресса, но и от полноты наших представлений о работе мозга и психологических законах реализуемых поведенческих актов.

Параметры произвольных саккад у пациентов с тревожными расстройствами
И. Г. Шалагинова, И. А. Ваколюк

Введение

В последние годы айтрекинг активно используется исследователями для оценки зрительного внимания у пациентов с различными психопатологиями. На сегодняшний день дефицит внимания рассматривается как когнитивный маркер таких заболеваний, как шизофрения, большое депрессивное и биполярное расстройства, синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) (Gooding, 2008; Harris, 2009; Bittencourt, 2013).

Кроме перспектив, связанных с донозологической диагностикой психопатологий, исследования движений глаз предоставляют ценную информацию для понимания нейрофизиологических механизмов этих заболеваний.

Тревожные расстройства (ТР) сопровождаются нарушениями GABA-эргической системы (Сюняков, 2011), и тот факт, что генерация саккад в основном контролируется корой и верхним бугром четверохолмия, тонус которых находится под контролем GABA-эргических сетей, позволяет ожидать отклонения параметров саккад при ТР. Кроме того, согласно теории контроля внимания (Derakshan, 2009), тревога нарушает баланс между двумя системами внимания: нисходящей (top-down) и восходящей (bottom-up), поэтому специфические нарушения в производстве как рефлекторных, так и произвольных движений глаз вполне вероятны при патологической тревоге. Так, показано, что у здоровых испытуемых с высокой тревожностью значимо выше латентный период (ЛП) корректных антисаккад (AS), чем у низкотревожных испытуемых. При этом доля ошибочных саккад в двух группах не различается (Derakshan, 2009). Такие же отклонения в выполнении заданий на AS обнаружены и у пациентов, страдающих некоторыми ТР. Например, пациенты с обсессивно-компульсивным расстройством (ОКР) демонстрируют достоверно более высокие ЛП корректных антисаккад, чем здоровые испытуемые, а различий в доле ошибочных саккад в экспериментальной и контрольной группах не обнаружено (Maruff, 1999; van Der Wee, 2006). Однако более поздние исследования пациентов с ОКР и социальной фобией показали, что процент ошибок при выполнении заданий на AS у них больше, чем в группе здоровых лиц (Bar-Haim, 2007; Wieser, 2009). Возможно, такие противоречия связаны с отсутствием методического единообразия в экспериментальных парадигмах. Зачастую при проведении эксперимента используются зрительные задачи, которые отражают не один когнитивный процесс, а несколько. Так, например, в качестве стимула в тестах на AS используются фотографии лиц людей, демонстрирующих эмоции, в том числе страх, злость, презрение (Wieser, 2009). Такие стимулы имеют особую эмоциональную значимость при патологической тревоге, так как связаны с угрозой, и есть исследования, в которых у пациентов с ТР показаны различные нарушения процесса обработки таких стимулов (Bell, 2011). Таким образом, при оценке произвольных движений глаз у пациентов с ТР важно искать задачи, которые относительно просты концептуально.

Цель данного исследования: выявить специфические отклонения в параметрах произвольных саккад на простые визуальные стимулы у пациентов с ТР, не принимающих медикаменты.

Процедура и методы исследования

В исследовании приняли участие 26 испытуемых. В группу контроля были включены 18 здоровых испытуемых; средний возраст – 20,2±0,1 года. Экспериментальная группа – 8 пациентов с диагностированными тревожными расстройствами (2-ОКР, 3 – острая реакция на стресс, 3 – генерализованное ТР); средний возраст – 32,0±2,9 года. На момент исследования испытуемые не принимали медикаменты и начали курс когнитивно-поведенческой психотерапии. Все испытуемые имели нормальное или скорректированное до нормального зрение, не имели в анамнезе черепно-мозговых травм и сопутствующих психических и неврологических заболеваний, не принимали алкоголь и кофе как минимум на протяжении 3 часов перед исследованием. До начала тестирования все испытуемые дали письменное согласие на участие в эксперименте.

Методы

Для диагностики уровня тревожности использовали тест Спилбергера-Ханина.

Регистрацию движений глаз производили по оригинальной методике видеоокулографии в условиях ИК подсветки, без жесткой фиксации головы испытуемого, с использованием видеокамеры Sony HDR-PJ760 (формат AVCHD 720р, 50 fp) в режиме инфракрасной съемки. Камеру располагали на штативе на уровне правого глаза испытуемого на расстоянии 60 см от него. Расстояние от глаз испытуемого до стимульного монитора составляло 70 см. Предварительно на боковую поверхность носа испытуемого на расстоянии 1–1,5 см от внутреннего угла его глаза наклеивали маркер (черный бумажный круг диаметром 5 мм), который использовали как реперную точку при определении координат центра зрачка. Полученную видеозапись секвенировали с помощью программы Sony VegasProlO. Координаты центра зрачка вычисляли на каждом кадре с помощью оригинального программного обеспечения «CV», на основании этих данных строили окулограмму в программе MsExcel 2010. Для статистической обработки результатов применяли непараметрический критерий Манна-Уитни и коэффициент корреляции Спирмена (SPSS 21.0).

В качестве экспериментальной парадигмы использовали простой тест на произвольные саккады (Литвинова, 2012). Испытуемому на экране монитора предъявляли изображения, составленные из черных точек (диаметр 4 мм) на сером фоне:

– три точки, расположенные в ряд по горизонтали;

– три точки, расположенные в ряд по вертикали;

Каждый тип изображения предъявляли в течение 20 с троекратно, между каждым предъявлением делали перерыв (4–5 с). Предварительно испытуемых инструктировали как можно быстрее переводить взгляд с точки на точку.

При анализе окулограмм оценивали следующие показатели: средняя продолжительность цикла (цикл – 4 последовательные фиксации), среднее время фиксации на центральном стимуле (ЦС), среднее время фиксации на периферическом стимуле (ПС), число пропусков фиксации на ЦС, число ошибок направления, число гипометричных саккад на ЦС, число гиперметричных саккад на ЦС, латентный период (ЛП) коррекции гипометричных саккад на ЦС, ЛП коррекции гиперметричных саккад на ЦС, число гипометричных саккад на ПС, число гиперметричных саккад на ПС, ЛП коррекции гипометричных саккад на ПС, ЛП коррекции гиперметричных саккад на ПС, общий относительный показатель ошибок (т ;) (отношение суммы числа ошибок всех типов по горизонтали, по вертикали и числа произведенных саккад), относительный показатель ошибок горизонтальных саккад (m_horiz) (отношение суммы числа ошибок всех типов по горизонтали и числа произведенных саккад), относительный показатель ошибок вертикальных саккад (m_vertk) (отношение суммы числа ошибок всех типов по вертикали и числа произведенных саккад).

Результаты исследования

Для оценки оперативности выполнения задачи анализировали количество циклов, выполненных за фиксированное время, и продолжительность фиксации на ЦС и ПС у испытуемых обеих групп. Полный цикл включает 4 фиксации (две на центральном стимуле и две на периферическом) и 4 саккады. Пример полного цикла на окулограмме показан на рисунке 1.

Рис. 1. Полный цикл на окулограмме

Нами выявлено, что пациенты с ТР совершают достоверно меньшее количество циклов, чем здоровые испытуемые, за одно и то же время (р<0,05), причем данные различия выявлены как при горизонтальном, так и при вертикальном предъявлении стимулов (рисунок 2). Значимые различия в показателях продолжительности фиксации на стимулах обнаружены только для фиксации на ЦС при совершении горизонтальных саккад (рисунок 3). Пациенты с ТР дольше фиксируются на ЦС, чем испытуемые группы контроля (р<0,05) Для оценки эффективности выполнения задачи на произвольные саккады оценивали количество ошибок при совершении саккад по горизонтали и вертикали и относительные показатели ошибок.

Рис. 2. Среднее количество циклов у испытуемых двух групп (* – р<0,05, критерий Манна-Уитни)

Рис. 3. Средняя продолжительность фиксации на ЦС при выполнении горизонтальных саккад у испытуемых двух групп (*-р<0,05, критерий Манна-Уитни)

Достоверные различия в показателях ошибок у испытуемых двух групп обнаружены только в случае совершения саккад по горизонтали и только в отношении количества гипометричных саккад на ЦС и относительного показателя ошибок (рисунки 4, 5). Пациенты с ТР совершают больше гипометричных горизонтальных саккад на ЦС, чем здоровые испытуемые. Для них также характерен значимо больший относительный показатель ошибок горизонтальных саккад, чем для контрольной группы.

Рис. 4. Среднее количество гипометричных горизонтальных саккад на ЦС у испытуемых двух групп (* – р<0,05, критерий Манна-Уитни)

Рис. 5. Среднее значение относительного показателя ошибок при совершении горизонтальных саккад у испытуемых обследованных групп (* – р<0,05, критерий Манна-Уитни)

Кроме того, для выявления взаимосвязи уровней личностной (ЛТ) и ситуативной тревоги (СТ) с параметрами произвольных саккад был рассчитан коэффициент корреляции Спирмена. Таблица 1 отражает те показатели, для которых найдена значимая связь.

Таблица 1

Значения коэффициентов корреляции между уровнем ситуативной тревожности и показателями произвольных саккад

Только СТ имеет значимую связь с показателями произвольных саккад. Высокая СТ связана с меньшим количеством циклов произвольных движений глаз за фиксированное время как по горизонтали, так и по вертикали. На сниженную оперативность в производстве саккад указывает и положительная корреляция СТ и продолжительности цикла по горизонтали, а также СТ и продолжительности фиксации на ЦС по горизонтали. Кроме того, более высокий уровень СТ связан с более высоким числом гиперметричных саккад в горизонтальном направлении как на ЦС, так и на ПС.

Заключение

В результате исследования было обнаружено, что пациенты с ТР демонстрируют сниженную эффективность выполнения произвольных саккад по горизонтали, об этом свидетельствуют достоверно большее количество гипометричных саккад на ЦС и более высокое значение относительного показателя ошибок по сравнению с группой контроля. При этом оперативность выполнения заданий на произвольные саккады у испытуемых с патологической тревогой достоверно ниже, чем у здоровых лиц, поскольку за фиксированное время они успевают сделать значимо меньше циклов, чем контрольная группа вне зависимости от направления саккад. При этом продолжительность фиксаций на ЦС при совершении саккад по горизонтали в экспериментальной группе достоверно выше, чем в контроле.

Кроме того, результаты корреляционного анализа позволяют предположить, что именно ситуативный, а не личностный компонент тревоги вносит вклад в нарушения движений глаз, так как значимая корреляция обнаружена только для показателя СТ и параметров саккад. Более высокие показатели СТ связаны с более низкой оперативностью выполнения произвольных саккад как по горизонтали, так и по вертикали. Также прямая связь выявлена между показателями СТ и числом гиперметричных саккад по горизонтали.

Тот факт, что сниженная эффективность в выполнении произвольных саккад обнаружена только для горизонтального направления, можно объяснить различиями в управлении вертикальными и горизонтальными движениями глаз. Так, горизонтальные произвольные саккады инициируются фронтальными глазными полями (FEF), их проекции прямо и опосредованно (через верхние бугры четверохолмия) идут контрлатерально к парамедиальной ретикулярной формации моста (ПРФМ). Для вертикальных произвольных движений единого кортикального центра на данный момент не найдено, считают, что различные области коры, имеющие проекции на ростральной части мезэнцефалона вовлечены в генерацию таких движений (Swenson, 2006). Возможно, участие различных кортикальных областей в контроле вертикальных движений глаз позволяет скомпенсировать имеющиеся при патологической тревоге фронтальные дисфункции. Важно также отметить, что в литературе имеются доказательства наличия дисфункции в сети «фронтальная кора – базальные ганглии» при некоторых ТР, например ОКР (Heuvel, 2005).

Таким образом, оценка параметров произвольных саккад у пациентов с ТР является перспективным направлением исследований, предоставляющим информацию для понимания нейрофизиологических механизмов данных расстройств. Кроме того, увеличение выборки и дифференцированная оценка нарушений глазодвигательных реакций у пациентов с разными типами расстройств позволит разработать систему обнаружения биологических маркеров ТР.

Литература

Литвинова А. С. Возрастные изменения параметров саккадических движений глаз в норме и при болезни паркинсона: Автореф. дис… канд. биол. наук. М., 2012.

Сюняков Т. С., Сюняков С. А., Дорофеева О. А. Механизмы анксиогенеза и терапия тревоги // Психиатрия и психофармакотерапия им. П. Б. Ганнушкина. 2011. № 6. С. 9–15.

Bar-Haim Y. et al. Threat-related attentional bias in anxious and nonanxious individuals: A meta-analytic study // Psychological Bulletin. 2007. V. 133. P. 1–24.

Bell C, Bourke C, Colhoun H., Carter F., Frampton C, Porter R. The misclassification of facial expressions in generalised social phobia // Journal of Anxiety Disorders. 2011. V. 25. P. 278–283.

Bittencourt et al. Saccadic eye movement applications for psychiatric disorders // Neuropsychiatric Disease and Treatment. 2013. V. 9. P. 1393–1409.

Derakshan N., Eysenck M. Anxiety Processing Efficiency and Cognitive Performance // European Psychologist. 2009. V. 14 (2). P. 168–176.

Gooding D. C, Basso M. A. The Tell-Tale Tasks: A Review of Saccadic Research in Psychiatric Patient Populations // Brain Cogn. 2008. V. 68 (3). P. 371–390.

Harris M. S. et al. Response suppression deficits in treatment-nai've first-episode patients with schizophrenia, psychotic bipolar disorder and psychotic major depression // Psychiatry Res. 2009. V. 170 (2–3). P. 150–156.

MaruffP. et al. Abnormalities of internally generated saccades in obsessive-compulsive disorder // Psychological Medicine. 1999. V. 29. P. 1377–1385.

Swenson R. Review of Clinical and Functional Neuroscience. 2006. URL: https://www.dartmouth.edu/≈rswenson/NeuroSci/chapter_8d.html (дата обращения: 20.06.2015).

van der Wee N., Hardeman H., Ramsey N., Raemaekers M., Van Megen H., Denys D., Westenberg H., Kahn R. Saccadic abnormalities in psychotropic-nai've obsessive-compulsive disorder without co-morbidity // Psychological Medicine. 2006. V. 36. P. 1321–1326.

WieserM.J, PauliP., Muhlberger A. Probing the attentional control theory in social anxiety: An emotional saccade task // Cognitive Affective & Behavioral Neuroscience. 2009. V. 9. P. 314–322.