P PR RO OY YE EC CT TO O ““D DA AV ViiD D”” DIAGNÓSTICO DE LA AGUDEZA VISUAL DINÁMICA PPrroottooccoolloo ppssiiccooffííssiiccoo ddee eevvaalluuaacciióónn ooppttoom mééttrriiccaa,, ooccuulloom moottoorraa yy ppeerrcceeppttiivvooaatteenncciioonnaall
Dr. Jaume Rosselló Mir Universitat Illes Balears
Dr. Alejandro Maiche Marini Universitat Autònoma de Barcelona
Grup EVOLUCIÓ I COGNICIÓ HUMANA Laboratori de Sistemàtica Humana (UIB)
Proyecto DAViD
PROYECTO “DAViD” DIAGNÓSTICO DE LA AGUDEZA VISUAL DINÁMICA
Protocolo psicofísico de evaluación optométrica, oculomotora y perceptivoatencional
BREVE MARCO CONCEPTUAL
Habitualmente, en la evaluación oftalmológica de la función visual se suelen utilizar, tanto en el ámbito clínico como en el aplicado, estímulos (optotipos) estáticos de tamaño decreciente, midiéndose, salvo excepciones, el menor tamaño de diversos tipos de estímulos de alto contraste que pueden ser correctamente informados por el sujeto evaluado. Dicho protocolo de evaluación estima lo que se ha llamado Agudeza Visual Estática (AVE), entendida ésta cómo el detalle menor (la frecuencia espacial más alta) que el sistema visual puede resolver. En condiciones estáticas, esta agudeza “espacial” oscila, en el adulto normal, entre 40 y 50 ciclos/grado si el estímulo es de alto contraste y se proyecta en la fóvea. Sin embargo, resulta obvio que dichas condiciones concurren raramente en la vida real. Y dado que la visión dinámica ha sido y sigue siendo una habilidad esencial para la supervivencia de nuestra especie, parece altamente recomendable la evaluación complementaria de la llamada Agudeza Visual Dinámica (AVD), entendida como la habilidad para discriminar detalles de un objeto cuando existe movimiento relativo entre dicho objeto y el observador. De hecho, la AVD ha demostrado ser, en numerosos estudios, un mejor predictor del rendimiento visual en el entorno real que la AVE. Así pues, la evaluación y diagnóstico de esta función visual parece esencial en el ámbito clínico, pero también se ha revelado de mayor utilidad y mejor validez ecológica que la AVE en ámbitos aplicados tan dispares como la seguridad vial, el deporte, la aviación o el ejército. Si a ese potencial, le sumamos el derivado de controlar y medir los factores atencionales y psicofísicos, que resultan determinantes en nuestra función visual (detección, discriminación e identificación), nos encontramos ante un proyecto que puede resultar crucial para la evaluación, diagnóstico y rehabilitación de la función visual ante estímulos en movimiento relativo, tanto en el ámbito clínico como en el aplicado. Sorprendentemente, pese a que muchos autores coinciden en destacar la 2
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falta de un instrumento de fácil utilización clínica para medir la AVD de forma fiable y válida (con especial énfasis en la validez ecológica), ha habido escasas iniciativas encaminadas a diseñar un protocolo de evaluación de la AVD que cumpla con esos requisitos, una carencia que pretendemos contribuir a paliar con el proyecto que aquí se describe. OBJETIVOS GENERALES: 1. Diseñar y supervisar la implementación de un programa informático que, en combinación con un Eye-Tracker, evalúe la agudeza visual dinámica (AVD) en condición binocular, teniendo en cuenta las diversas variables optométricas, oculomotoras y psicofísicas, particularmente los factores relacionados con la atención selectiva visual y con la percepción de la forma, del contraste y del movimiento. 2. Crear un protocolo psicofísico fiable, válido y versátil de paradigmas experimentales para evaluar la AVD en condición binocular de movimientos oculares de seguimiento, en condición binocular de movimientos sacádicos optocinéticos y en sendas variantes que impliquen, para cada condición anterior, la evaluación de la atención visual selectiva, en su variante endógena. 3. Adaptar el protocolo, en una primera fase, al diagnóstico clínico, sin perder de vista su futura adaptabilidad a los posibles objetivos de las fases ulteriores, entre los cuáles destacarían su adaptación para la evaluación de la AVD en contextos aplicados (p.e. reconocimiento psicofísico de conductores, selección de pilotos, entrenamiento deportistas, etc) y para la rehabilitación de la función visual dinámica, entre otras. 4. Diseñar, para cada uno de los casos anteriores, paradigmas experimentales de exploración (screening) y evaluaciones más precisas con fines diagnósticos. 5. Establecer la convergencia de datos con los proporcionados por el Eye-Tracker y diseñar su análisis. 6. Supervisar y revisar la simulación en vídeo y la implementación informática. 7. Establecer, si cabe, las correcciones pertinentes para alcanzar los objetivos del 1 al 5.
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 1. Diseñar y supervisar la implementación de las siguientes tareas: TAREA/FINALIDAD
SCREENING
DIAGNÓSTICA
PURSUIT
Tarea PS
Tarea PD
EVALUACIÓN VISUOATENCIONAL I
Tarea EVS-I
Tarea EVD-I
SACÁDICOS
Tarea SS
Tarea SD
EVALUACIÓN VISUOATENCIONAL II
Tarea EVS-II
Tarea EVD-II
2. Definir detalladamente el diseño, las condiciones y los parámetros de cada tarea para facilitar su implementación informática, al tiempo que se garantiza la utilidad de las tareas para el propósito que deben cumplir. 3. Diseñar los estímulos adecuados para cada una de las tareas y sus diversas opciones. 4. Ofrecer las suficientes opciones para garantizar la versatilidad en su aplicación, distintos grados de validez ecológica y de grado de dificultad, así como su funcionalidad como herramienta diagnóstica en el ámbito clínico. 5. Fijar y/o controlar las variables que puedan interferir en una correcta evaluación, incluídas las cognitivas, las ambientales y las referentes al hardware. 6. Establecer el procedimiento a seguir y las instrucciones que deben darse al sujeto/paciente.
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7. Diseñar una recogida de resultados con un alto grado de funcionalidad y elaboración, teniendo presentes los principios de rigor y facilidad de manejo y de interpretación (ergonomía cognitiva). 8. Proponer el tipo de análisis pertinente, priorizando la eficacia y la eficiencia en el ámbito del diagnóstico clínico, y teniendo en cuenta que los datos de la prueba psicofísica deben valorarse en relación con los obtenidos por el Eye- Tracker. 9. Considerar, tras las pruebas en el ámbito clínico, la adaptación de la prueba a ámbitos aplicados (seguridad vial, deporte, ejército, aviación civil, etc.), tanto desde el punto de vista de selección de sujetos a partir de la evaluación efectuada, como desde el del entrenamiento para mejorar la AVD a partir de la práctica progresiva, consistente y pautada en pruebas de este tipo, una posibilidad tan sólidamente demostrada como sistemáticamente olvidada.
1. TAREA PS Objetivos: Evaluación binocular de la AVD en condición de movimientos oculares de seguimiento (pursuit) con fines exploratorios. Debe ser, por tanto, una primera prueba de criba, de fácil y rápida administración, para detectar pacientes que puedan tener dèficits en AVD al seguir ocularmente un estímulo cuyo movimiento relativo no exceda la velocidad angular de 30°/seg y que requieran, por tanto, de una exploración más detallada para determinar la existencia y el grado de su déficit. Es necesario controlar la focalización de la atención visual selectiva exógena y evitar el Efecto Simon y, en la medida de lo posible, la ocurrencia de sacádicos o fijaciones. Ajustes previos: Los parámetros de las tareas han sido calculados para funcionar óptimamente en un monitor de alta calidad y contraste de 21’ con una área útil de 40 x 30 cm, a una frecuencia de 100Hz, con una resolución en el eje horizontal de 1280 píxeles y en el vertical de al menos 768 píxeles, al menos 96 ppp, y que cuente con una óptima tarjeta gráfica (250 Mb), así como para un Eye-tracker cuya cámara pueda funcionar, como es el caso, a una frecuencia de 50Hz. De este modo se optimiza la sensación de movimiento del estímulo y se podrá tomar, cada 20 mseg., una muestra del scanpath ocular registrado por el Eye-tracker (y de otras variables que puedan estimarse relevantes,
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como el tamaño pupilar –y la miosis o midriasis ligada a ciertas condiciones, como por ejemplo a la focalización atencional) y de la posición del estímulo en la pantalla, para contrastar su evolución en el análisis final. En toda la presentación se prescindirá del color: el fondo, los estímulos, las claves (cues) y los target deberán presentarse en escala de grises, por lo que la profundidad del espacio de color resulta de momento irrelevante. Los estímulos, de al menos 96 ppp, deberán hallarse disponibles en formato de mapa de bits (bmp) o bien en formato jpeg o gif. Debe tenerse en cuenta que fijar una resolución alta para los estímulos (p.e. > 120ppp), además de no notarse en el display, puede producir un indeseable enlentecimiento adicional del sistema. La mentonera deberá ajustarse para que la distancia entre el sujeto y el centro del monitor sea de 40 cm, procurando que su mirada se halle a la altura de dicho centro. Asimismo, deberá procurarse (via un barbuquejo con sujeción frontal, por ejemplo) que el sujeto no mueva la cabeza durante la prueba. Naturalmente, deberá ajustarse la iluminación para obtener una luminancia adecuada a cada prueba y al tipo de estímulos seleccionado. Descripción general: Se trata de una prueba de discriminación visual de un estímulo en movimiento relativo (horizontal, vertical y oblicuo). El área de presentación estimular se ha establecido en un círculo imaginario de 30 cm de diámetro (15 cm de radio, que subtienden 20,6° desde la posición de sujeto), centrado en el monitor. Se considerará que el centro del círculo representan las coordenadas (0,0). Otro círculo imaginario concéntrico de 15 cm de diámetro (7,5 de radio, que subtienden 10,6° desde la posición del sujeto) representa el área en la que el sujeto sigue ocularmente el estímulo inicial sin que haya probabilidad alguna que se presente el target. El área comprendida entre los dos círculos forma un anillo imaginario (véanse Figuras 1 y 2) que subtiende 10° y representa la zona en la que se va a presentar el target cuya orientación deberá discriminar el sujeto/paciente.
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Figura 1. Display de la tarea PS en el que se puede apreciar, en gris más claro, el anillo imaginario comentado en el texto. Las líneas rojas (también imaginarias) corresponden a las ocho trayectorias lineales que siguen los estímulos, para cada una de la ocho posibilidades que determinan el binomio punto de partida/punto de llegada. En finas líneas blancas, se pueden apreciar las otras dos trayectorias (parabólicas) para dicho binomio (asimismo imaginarias). Cabe tener en cuenta que, en cada ensayo, los estímulos deben desaparecer una vez lleguen al punto en el que la función que determina su trayectoria corte la circunferencia mayor (es decir, al cruzar el borde externo de la región anular). Veáse el texto para consultar las funciones que determinan las trayectorias en rama de parábola.
La discriminación que deben llevar a cabo los sujetos/pacientes se refiere a la orientación del target presentado en algún punto de ese anillo imaginario representado en la figura 1, previa preseñalización mediante una clave o pista (cue) de luminancia que asegure la captura atencional exógena. El sujeto debe discriminar, mediante una respuesta de elección forzada, la orientación de los target para 8 “sentidos” iniciales -correspondientes a los propios de la “rosa de los vientos”, es decir, a los ángulos 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 305° y 360° (véanse las Figura 1 y 2)- que se originan en el punto de fijación del centro de la pantalla -
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coordenadas (0,0)-, y dan lugar a 48 variantes según sus 3 posibles trayectorias (trayectoria lineal, rama de parábola izquierda y rama de parábola derecha) y las 2 velocidades angulares establecidas (10 o 20°seg). Las tres trayectorias para cada sentido (lineal, parabólica derecha y parabólica izquierda) parten de las coordenadas (0,0) y convergen en el mismo punto, es decir, donde se cruza la línea imaginaria que sigue la trayectoria lineal con la circunferencia que delimita el borde externo del anillo imaginario antes mencionado. En coordenadas cartesianas y cm, dichos puntos son: (0,15); (10’6, 10’6); (15, 0); (10’6, -10’6); (0,-15); (-10,6, -10,6); (-15, 0); (-10’6, 10’6) (véase la Tabla 1 para equivalencias). Tabla 1. Equivalencias de las coordenadas cartesianas en grados y π
Coordenadas cartesianas
Equivalencia en º
Equivalencia en π
(0, 15)
360º
2π
(10’6, 10’6)
45º
π/4
(15, 0)
90º
π/2
(10’6, -10,6)
135º
3π/4
(0, -15)
180º
π
(-10,6, -10,6)
225º
5π/4
(-15, 0)
270º
3π/2
(-10,6, 10,6)
315º
7π/4
Una vez aparezca la clave y el estímulo original dé paso al target, el sujeto debe responder, de la forma más rápida y precisa posible, apretando uno de los dos botones del ratón, cada uno de los cuáles corresponderá a una de las dos orientaciones posibles del target (en el caso del triángulo: vértice arriba▲/vértice abajo▼). En la prueba debe poder establecerse qué botón corresponderá a cada opción, para que sea posible contrabalancear este factor si se estima conveniente.
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Figura 2. Figura a escala en la que se completa la información dada en la figura 1. En la ilustración puede apreciarse la región anular en la que puede aparecer el target (en azul claro), que aparece delimitada, en su borde externo, por la circunferencia a y, en el externo, por la b. En verde, se indican cada uno de los “sentidos” iniciales posibles, según las direcciones que señalan las dos diagonales (en color magenta), que, en las circunferencias, van del punto que corresponde a los 45°° (π/4) al que corresponde a 225° (5π/4) y del correspondiente a 135°° (3π/4) al correspondiente a 315° (7π/4), respectivamente. Las dos diagonales establecen exactamente, en cada cuadrante, las trayectorias lineales seguidas para cada uno de los cuatro sentidos. También puede observarse, en cada uno de los cuadrantes, dos ramas de parábola (en color blanco), que representan las dos trayectorias parabólicas propuestas para el mismo punto de partida y el mismo punto de llegada que la trayectoria lineal (véase la fórmula de las funciones parabólicas en el texto). Para no dificultar más la interpretación de la figura no se han incluído las trayectorias parabólicas que se corresponden con las direcciones establecidas por los ejes x, y (es decir, para los cuatro sentidos que cortan la circunferencia en los puntos correspondientes a 90°°, 180°°, 270°° y 360°° -o en π/2, π, 3π/2, 2π ), pero cabe no olvidar que también deben implementarse en la prueba.
Las funciones para obtener las ramas de parábola representadas en la figura son las siguientes: y2= 10’6 x y2= -10,6 x
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x2= -10,6 y x2= 10,6 y Condiciones de evaluación: La sala donde se lleve a cabo la evaluación deberá hallarse adecuadamente iluminada según cada tarea u opción estimular, por lo que resulta imprescindible un mecanismo de regulación de la iluminación (iluminancia). A modo de ejemplo la utilización de estímulos como el Anillo/Disco de Palomar requiere de una luminancia mucho más elevada (p.e. 200 lux) que la apropiada para evaluar la AVD con funciones Gabor-2D. Asimismo, al menos idealmente, debería permanecer constante la reflectancia de la luz en dicha sala, para que la luminancia fuera sólo función de la iluminancia, con lo que podría establecerse la equivalencia a priori. Una alternativa sería utilizar cada vez un fotómetro o luxómetro para medir el nivel de luminancia requerido. El sujeto/paciente deberá seguir de forma binocular el estímulo en movimiento, así como manejar los pulsadores del ratón del ordenador para responder a la tarea de elección forzada (discriminación). Los sujetos con poca práctica en el manejo del ratón es preferible que pulsen con la mano dominante. Si ya poseen cierta experiencia, deberán manejarlo con la mano que usan habitualmente. Como ya hemos mencionado al hablar de los ajustes previos, cada sujeto/paciente deberá situarse a una distancia de 40 cm del centro del monitor y, preferiblemente, se apoyará en una mentonera que minimice los movimientos de la cabeza –pe: barbuquejo con sujeción frontal-, y que garantice el mantenimiento de la distancia establecida. De este modo, el monitor debe quedar situado aproximadamente como indica la figura 3 en relación a los campos visuales.
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Figura 3. Posición del monitor respecto a los campos visuales del sujeto para una distancia de 40 cm y una pantalla de 21’.
Tipo de estímulos y opciones de discriminación: La prueba puede implicar, según la opción estimular seleccionada*: 1. Discriminación de la orientación, en el eje vertical, del vértice de un triángulo equilátero (arriba/abajo), tras el cambio preseñalizado del estímulo inicial (círculo) por el target. 2. Discriminación de la orientación de la abertura en el optotipo C de Landolt. 3. Discriminación de la orientación de la abertura en el Anillo/Disco de Palomar. 4. Discriminación de la orientación de un estímulo de frecuencia espacial y contraste preseleccionados (medida de la AVD combinada con la Función de Sensibilidad al Contraste -FSC). Los estímulos podrán ser enrejados sinusoidales o funciones Gabor 2D (es decir, el producto de un enrejado sinusoidal y una
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gaussiana, especialmente óptimo para evaluar las células simples de la corteza visual primaria y, según algunos autores, el tipo de estímulo que mejor detecta el sistema visual humano cuando se presenta en niveles de gris). Ambos implican la evaluación de la función de la sensibilidad al contraste, cuya medida ha demostrado ser notablemente mejor que la de los optotipos tradicionales para evaluar la agudeza visual humana y para predecir el rendimiento perceptivo en el mundo real. El menú previo permitirá seleccionar el tipo de estímulo, las orientaciones a discriminar, la frecuencia espacial, el contraste y la simetría (even/odd). Las frecuencias espaciales opcionales deben incluir, como mínimo, las siguientes: 0’8 c/° 1’7 c/° 2’8 c/° 4 c/° 8 c/° 16 c/° 5. Discriminación de la frecuencia (mayor o menor que la de un modelo de referencia) de estímulos de frecuencia radial -es decir, estímulos J0 modulados por funciones esféricas de Bessel-, que implican mecanismos visuales quasilineales distintos a los que procesan los enrejados sinusoidales. Así como los canales implicados en la percepción de éstos últimos trabajan óptimamente en condiciones de baja luminancia y contraste, los que se activan ante los estímulos de frecuencia radial lo hacen a elevadas luminancias y niveles de contraste. Al parecer, el procesamiento de los estímulos de frecuencia radial ofrece una valiosa información sobre la funcionalidad de las áreas extraestriadas, sobre todo de V2 y V4. *Nota: para ver los estímulos propuestos consúltese la carpeta “Estímulos”.
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DISEÑO, PROCEDIMIENTO Y PARÁMETROS: La opción estimular por defecto será la 1, cuyos parámetros serán los siguientes: Número de ensayos: 48. Tiempo aproximado de administración: Unos 2’, dependiendo de la rapidez de respuesta de cada sujeto/paciente. Ensayos de práctica: Antes de iniciar la prueba deberán darse las instrucciones pertinentes a cada sujeto/paciente, tras lo cual -siempre que previamente asienta al preguntarle si entiende lo que debe hacer-, se administrarán 6 ensayos de práctica (tres trayectorias x dos velocidades). El sentido del movimiento puede establecerse en random o elegir simplemente seis sentidos distintos; deberían aparecer ensayos para cada una de las respuestas posibles –para cada orientación/pulsador-, aunque no necesariamente en una proporción 1/1. Estos ensayos de práctica deben poder repetirse en caso de que sea necesario. Los datos de las variables dependientes correspondientes a los ensayos se compilarán aparte de los obtenidos en la prueba en sí y no se tendrán en cuenta a la hora del análisis. Orden de los ensayos de la prueba: random, tanto según su velocidad como según su “sentido” y trayectoria, aunque con el prerequisito previo que se de un ensayo para cada una de las 48 combinaciones posibles. Características, secuencia temporal y parámetros de cada ensayo: Cada ensayo empieza con una señal (+) de fijación central en las cooordenadas (0,0) –que establecemos en el centro del monitor. La + se presenta durante 400 mseg., tras lo cual aparece el estímulo a seguir visualmente desplazándose en el “sentido” correspondiente (modo random), siguiendo la trayectoria que corresponda (modo random entre las tres posibles) y una de las dos velocidades posibles (modo random).
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En la condición básica o por defecto (default) dicho estímulo será un círculo de color negro –con una luminancia de 0,1 candelas/m2 - que debe abarcar 1° en el campo visual del sujeto evaluado y que aparecerá sobre un fondo gris (60 candelas/m2). El estímulo en cuestión, permanecerá en pantalla (el tiempo, obviamente, dependerá de la velocidad y de la trayectoria) al menos hasta la distancia angular de 9.7 ° -medida a partir del punto (0,0) y desde el punto de vista del sujeto-, para los ensayos cuya velocidad sea de 10°/seg y al menos hasta 8.7° del punto 0,0 para aquellos cuya velocidad sea de 20°/seg. A partir de aquí podrá aparecer ya la clave o pista (cue), que consistirá en un cambio de luminancia del círculo a 150 candelas/m2 y que durará 100 mseg. El rango angular en el que puede aparecer la pista (modo semirandom) será de 8.3º para la velocidad de 10º/seg. Es decir, se debe programar la aplicación para que aparezca aleatoriamente entre los 9.7º y los 18º de distancia angular respecto a las coordenadas (0,0), desde la perspectiva del sujeto. Para la velocidad angular de 20º/seg., el rango será de 6.8º, es decir, la pista debe aparecer aleatoriamente entre los 8.7º y los 15,5º de distancia angular (véanse los gráficos de la Figura 4). Velocidad 10°/seg. Zona entre 9.7º y 18º
20,6º
Zona en la puede aparecer la cue
(0,0)
Región anular entre 10,6º y 20,6º
Velocidad 20°/seg. Zona entre 8.7º y 15,5º
20,6º
Zona en la puede aparecer la cue
(0,0)
Región anular entre 10,6º y 20,6º
Figura 4. Representación, en el radio del círculo imaginario mayor (30 cm de diámetro, 41.2º), de las zonas en las que debe aparecer la pista (en modo semirandom) para las dos velocidades angulares establecidas.
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Presentación del target: Inmediatamente después de la pista (IEE = 0, SOA = 100 mseg), se presenta el estímulo target, un triángulo equilátero con el vértice hacia arriba o hacia abajo (▲,▼) en la condición por defecto, de forma semirandom, (proporción 1/1) y durante 160 mseg. Tras la respuesta de elección forzada del sujeto (discriminación de la orientación del target) el ensayo permanecerá en pantalla hasta 200 mseg (PRI= intervalo postrespuesta) después de registrarse la respuesta del sujeto/paciente. De todos modos, aunque el ensayo permanezca en pantalla, el estímulo debe desaparecer al llegar al borde del círculo imaginario que subtiende 20,6° respecto al punto de vista del sujeto.
Esquema de la secuencia temporal:
Esquemàticamente, la secuencia temporal es la que se puede apreciar en la figura 5:
Punto de fijación
Estímulo inicial
cue target
Respuesta PRI
+
Tm
Tn 100 ms 160 ms
400 mseg
200 ms
T Figura 5.. Secuencia temporal de un ensayo tipo para la condición “por defecto”. Nótese que el IEE = 0 mseg., mientras que el SOA = 100mseg. Tm variará según la velocidad y la trayectoria. Tn lo harça según la rapidez de respuesta del sujeto. De hecho, Tn + 160 mseg = Tiempo de Reacción.
Sintetizando, los parámetros más importantes a tener en cuenta para implementar la secuencia temporal son los siguientes (véase Tabla 2). Tabla 2. Síntesis de los parámetros temporales de cada uno de los 48 ensayos. Duración fijación +
Velocidad angular
Tm
Duración cue
Duración target
IEE
SOA
Tn
PRI
400 mseg
10-20º/seg
>400 ms
100 mseg
160 mseg
0 mseg.
100 mseg
TR160ms
200 mseg
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Datos a registrar y computar por el sistema Los datos que debe registrar el sistema diseñado deben incluir los datos sociobiográficos y médicos relevantes de cada sujeto/paciente. Del mismo modo, deben registrarse todas las opciones de ajuste establecidas, desde el tipo de estímulo elegido hasta la configuración de los botones del ratón para señalar cada una de las orientaciones (o cualquier otro tipo de discriminación a realizar). Por otro lado, toda una serie de factores se deben capturar, almacenar, computar y ordenar debidamente para su ulterior análisis como variables dependientes y para su comparación con los datos ofrecidos por el Eye Tracker. Estas variables generadas, una vez analizadas, van a resultar cruciales como criterios para la evaluación y el diagnóstico clínico de la AVD (y, si es el caso, en la aplicación a los ámbitos previstos). Destacan las siguientes: Variables propias de la tarea y cálculos iniciales: Tiempo de reacción (en mseg.): entendido como el tiempo que transcurre entre el inicio de la presentación del target y la respuesta del sujeto (deben tenerse en cuenta las posibles dilaciones debidas a las restricciones propias del hardware y del software). Se deben registrar aparte los TR de los ensayos con respuesta correcta (que son los realmente relevantes) y los que correspondan a los ensayos con respuesta incorrecta. Aparte de los TR de cada ensayo, deben registrarse la media, la mediana y la desviación estándar del TR del total de los ensayos correctos. Asimismo, se deben ofrecer los resultados: 1- para cada, dirección (horizontal, vertical y oblicua) 2- para cada “sentido” (de los ocho posibles) 3- para cada velocidad 4- para cada tipo de trayectoria (lineal, parabólica izquierda, parabólica derecha) 16
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5- para cada hemisferio, tanto respecto al eje vertical (derecho/izquierdo), como respecto al horizontal (superior/inferior). 6- para cada orientación del target (u otra dimensión dicotómica a discriminar) 7- para cada uno de los pulsadores del ratón. 8- PARA LAS INTERACCIONES MÁS RELEVANTES (sentido x velocidad, trayectoria x velocidad, sentido x orientación, etc.).
También resulta conveniente, para explorar la AVD en cada cuadrante, que se ofrezcan por separado los TR para cada uno de los cuatro sentidos oblicuos. Debe también calcularse la relación del factor TR con el grado de excentricidad -distancia angular respecto a (0,0) desde el punto de vista del sujeto- en el momento de presentación del target. Si cabe, es decir, si la correlación es significativa, el sistema debería calcular el coeficiente de regresión, la p, y, si se halla significación estadística, representar gráficamente la función de regresión correspondiente. Según el tipo de estímulos utilizados deberán ofrecerse los resultados agrupados también para cada contraste, frecuencia espacial, luminancia, ángulo subtendido, fase, frecuencia radial, etc. Número total de errores: Se refiere al número de ensayos en que el sujeto ha respondido pulsando el botón equivocado. Debe ofrecerse el número total, para cada dirección, para cada “sentido”, para cada “velocidad”, para cada “trayectoria”, para cada “hemisferio” (izquierdo vs. derecho y superior vs. inferior), para cada “orientación” del target, para cada “botón” del ratón y para cada “cuadrante”. Como en el caso anterior, debe relacionarse esta variables con el grado de excentricidad. También se incorporarán, según el estímulo elegido, los datos comentados en el apartado anterior. Como en el caso del Tr sería importante que se computaran los resultados para las principales interacciones.
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Porcentaje de errores: Se refiere a la relación entre los ensayos con respuestas fallidas y el número total de ensayos realizados x 100. Esta variable, como las anteriores, debe registrarse globalmente y para cada uno de los casos concretos mencionados en los dos apartados anteriores. Número de ensayos nulos y filtrado: En la recopilación automática de datos deberían filtrarse todos aquellos tiempos de reacción por debajo de 200 mseg para evitar que se computen las anticipaciones en el intento de adivinar la orientación. En el otro extremo del rango válido de respuestas deberían filtrarse las que sean emitidas más de 1000 mseg. después de aparecer el target. Se deben registrar el número de ensayos en que el sujeto se ha anticipado (TR 1000 mseg.) y el resto de anomalías atribuibles a errores del aparataje. Compensación/balance rapidez-precisión (CRP) (Speed-accuracy trade off): dado que, debido a la estrategia de respuesta adoptada por algunos sujetos, a menudo se da una relación inversa entre el grado de precisión (proporción o porcentaje de errores o de aciertos) y la rapidez en la respuesta (TR), se ha demostrado muy útil el análisis combinado de ambas variables, que tiene en cuenta, de este modo, el posible sesgo hacia la variable que prioriza el sujeto(precisión o rapidez), independientemente de las instrucciones recibidas. De este modo, nos encontramos a menudo, tanto con sujetos que exhiben estrategias “conservadoras”, que presentan un bajo porcentaje de errores a costa de aumentar el TR, como con otros que adoptan estrategias “liberales”, que suelen manifestarse en forma de cortos TR que, como contrapartida, provocan un relativamente elevado porcentaje de errores. Así, para controlar la influencia de la estrategia adoptada, que es un factor más cognitivo que perceptivo, se suelen utilizar variables construídas ad hoc. En nuestra tarea, el sistema debe computar el siguiente factor (CRP): CRP = (Media TR - % errores) / (Media TR + % errores)
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El valor de CRP sería directamente proporcional al rendimiento global del sujeto/paciente en la prueba. Cabe hallar también el CRPm , que en lugar de utilizar la media de los TR, recurre a la mediana, una medida más robusta de la tendencia central y óptima para representar una distribución de datos que no cumpla con los requisitos de normalidad, homocedasticidad e independencia (no paramétrica) CRPm = (Mediana TR - % errores) / (Mediana TR + % errores) Como el resto de variables dependientes relevantes, el CRP y el CRPm deben computarse globalmente, para cada velocidad, para cada dirección, para cada tipo de trayectoria, para cada orientación del target, prinicpales interacciones, etc.
Variables combinadas tarea /eye-tracking En la computación de datos y análisis de resultados será fundamental la comparación y/o combinación de los datos registrados por el software de la tarea y de los computados por el Eye Tracker (Clearview). Para ello, es necesario que se comuniquen ambos programas, que deberían correr en distintos ordenadores, con señales TTL que sincronicen la recogida de datos. Será necesario que el software diseñado para la administración de las tareas (DAViD) cuente con una interficie TCP/IP óptima para comunicarse con Clearview. Asimismo, deberá abrirse el puerto 4456 del ordenador en el que corre Clearview para que no se bloqueen los triggers que establecerán dicha comunicación. Harto relevante es tener en cuenta, a la hora de registrar y computar los datos, el tiempo de máquina (la latencia), es decir, la dilación temporal debida a la captura, tiempo de exposición de la cámara (en el caso del Eye Tracker), procesamiento y transmisión de la señal.
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De especial importancia, en relación con la comparación de variables y al cálculo de factores combinados, va a ser la comparación entre la trayectoria seguida por el estímulo y el scanpath binocular que registra el Eye-tracker. Para ello, deben analizarse las imprecisiones y sesgos en el movimiento binocular de pursuit del sujeto/paciente evaluado: entre todos los errores, los de mayor importancia diagnóstica son, naturalmente, aquellos que sean sistemáticos. Una forma posible (y relativamente sencilla de implementar) para comparar las trayectorias susodichas, se basa en el cálculo de la mediana y dispersión de las diferencias entre ambas coordenadas en el espacio cartesiano (las del scanpath y las del estímulo). Sería ideal incorporar a esta variable escalar alguna magnitud vectorial, que nos daría información muy valiosa sobre la naturaleza de los errores o sesgos sistemáticos. Pero, para hacer posible esta comparación, antes deberán tenerse en cuenta (y compensar o controlar), los errores espaciales y temporales inherentes al sistema, y otros propios de la respuesta humana: 1- Dado que en el registro del movimiento de seguimiento (pursuit) se producen sesgos debidos al propio sistema, deberá tenerse en cuenta este factor y tratar de controlarlo en las computaciones a realizar. 2- No debe olvidarse la latencia temporal del sistema. 3- Cabe considerar el hecho de que, cuando el sujeto responde utilizando el ratón (de forma motora), ya han pasado decenas de milisegundos desde que se emitió la orden desde el cerebro (tiempo de transmisión) y que, por otra parte, desde que el impulso nervioso llega a los músculos del brazo hasta que se da la acción de pulsar el botón transcurre un tiempo motor que no puede obviarse. 4-Finalmente, debe tenerse en cuenta el “decalage” entre el momento en que se da la respuesta motora y la respuesta ocular, que será forzosamente previa.
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Por otra parte, dado que el sistema tiene la potencialidad de recoger una muestra cada 20mseg, si se registraran y compararan la trayectoria estimular y el scanpath binocular durante todo el ensayo, el número de muestras sería muy elevado, complicando innecesariamente su análisis. Además, dado que los intervalos relevantes son el que precede inmediatamente a la presentación de la cue-target, el que se da durante dicha presentación, el que ocurre hasta la respuesta del sujeto y el inmediatamente posterior a dicha respuesta, se registrarán los datos de ambas trayectorias (estimular y scanpath) desde los 40 mseg. antes de la presentación de la pista o clave hasta los 40 mseg. después de la respuesta dada por el sujeto. Esto implica que se registrarán 2 muestras precue (prepista), 5 muestras durante la presentación de dicha pista, 8 muestras durante la presentación del target, n muestras durante el intervalo entre la finalización de la presentación del target y la respuesta del sujeto (dependerá de su rapidez en responder; en todo caso, es muy probable que, como mínimo, se recojan 20 muestras) y 2 muestras postrespuesta. En total, y teniendo en cuenta que el valor de “n” será necesariamente variable entre e intrasujetos, tendremos un total aproximado de muestras cercano a 40. Comparación entre las muestras registradas Dado que dichas muestras se registran en coordenadas cartesianas, a la hora de llevar a cabo esta comparación, se puede tomar como referencia la secuencia de muestras que definen la trayectoria del estímulo. En otras palabras, podemos considerar la función que define el movimiento del estímulo como un eje para establecer un nuevo espacio cartesiano (el que nos informará sobre la desviación del scanpath de la trayectoria estimular). Si consideramos dicha función como un nuevo eje X, el eje Y lo formaría la perpendicular que pasa por el registro (muestra) del trayecto estimular a comparar con su correspondiente en el scanpath (debido al decalage temporal antes aludido, esto requeriría un previo realineamiento). De este modo, cada muestra de la trayectoria estimular, al ser comparada con la muestra correspondiente del scanpath, nos proporcionaría una magnitud escalar -el módulo del vector- y una vectorial -la dirección y el sentido establecido por el vector que va del punto (0,0) al punto (x,y). De este modo se podría calcular la mediana y la dispersión del módulo como variable escalar y el producto 21
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escalar para hallar el ángulo que subtienden (la suma de los productos escalares representaría el conjunto de comparaciones). Una alternativa válida sería calcular la mediana y la dispersión de las diferencias de cada par de puntos para cada uno de los ejes. Véase, en la figura 6, un ejemplo hipotético en el que hemos representado para el eje x (arriba) y para el eje y (abajo) los diagramas de caja que podrían dar cuenta, por ejemplo, de la mediana de las diferencias (y de la dispersión hallada) para cada una de las combinaciones velocidad angular x “sentido” (2 x 8 =16). En el recuadro de la izquierda, hemos representado el diagrama de cajas total, con la mediana global de las diferencias, independientemente del tipo de combinación (ensayo).
Figura 6. Representación hipotètica de los diagramas de caja que representarían la mediana de las diferencias y la dispersión hallada para dieciseis tipos de ensayos distintos (2 velocidades x 8 sentidos) pasados diversas veces por un sujeto/paciente. En el cuadro de la izquierda aparece representado el supuesto diagrama de cajas global.
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Valoración de la atención y de la relación entre el rendimiento en tareas simultáneas (tareas de seguimiento ocular y de discriminación –PS-) Dado que el procedimiento de evaluación planteado implica la distribución de la atención visual entre actividades que se dan de forma simultánea, resulta pertinente calcular la relación entre algunas variables dependientes (representativas del rendimiento en cada una de las tareas concurrentes) mediante el cálculo de las llamadas funciones POC (Performance Operating Characteristic). Así pues, se debe computar la función POC entre el Tiempo de Reacción ante la tarea de discriminación planteada y la mediana de las diferencias obtenida a partir de lo recomendado en el apartado anterior. También debe calcularse la función POC entre el % de de aciertos en la discriminación y dicha mediana. A partir del cálculo de la función POC, deben obtenerse las siguientes variables: -Punto de Rendimiento Óptimo -Punto de Mínimo Rendimiento. -Área de Rendimiento Funcional (FPR) -Área de Coste de Atención Dividida (DAC) -Área de Eficiencia (EFIC) -Coste de Atención Dividida relativo. (DACr) -Eficiencia relativa. (EFICr) Las dos últimas son las más relevantes dado su carácter relativo respecto al Área de Rendimiento Funcional (FPR). De hecho, dado que: DAC + EFIC = FPR y DACr = DAC/FPR (y naturalmente EFICr= EFIC/FPR) resulta que:
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DACr + EFICr = 1
Las funciones POC resultan muy adecuadas para analizar el progreso en la relación de rendimiento a medida que se instaura un tratamiento o, por ejemplo, que se lleva a cabo un programa de entrenamiento en AVD. Por otro lado, no hay que olvidar que las funciones POC también pueden relacionar variables dependientes asociadas a una misma tarea (p.e. TR y % de errores). De este modo, este método sería una alternativa al cálculo del CRP (Speed-accuracy trade off) que comentábamos al referir las variables que la aplicación debe computar.
Funciones de regresión Los valores en coordenadas cartesianas de las aproximadamente 40 muestras registradas para cada una de las trayectorias (scanpath y trayectoria estimular) pueden representarse mediante una función de regresión que se adapte lo mejor posible a la distribución de puntos. La representación de las dos funciones resultantes y su comparación puede ser de suma utilidad para analizar los sesgos o errores sistemáticos en el seguimiento binocular de los estímulos.
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2. TAREA EVS-I Se trata de la primera tarea para la Evaluación Visuoatencional, en su versión screening, una variación de la tarea anterior diseñada para evaluar la atención visual selectiva endógena cuando se lleva a cabo una tarea de discriminación a partir de un target en movimiento que requiere movimientos binoculares de seguimiento (pursuit) Objetivos: Se trata de incorporar, a la tarea PS, un factor que haga posible la evaluación precisa de la atención visual endógena. Una de las formas de conseguir este objetivo suficientemente avalada por la evidencia experimental, se basa en la llamada tarea de costes y beneficios, también llamada tarea de Posner. Pero la implementación adaptada de este paradigma experimental debe respetar al máximo los parámetros establecidos en la tarea PS si realmente queremos evaluar el efecto atencional mencionado, dado que, si cambiaran muchas variables, sería muy difícil analizar cuál o cuales de esos cambios pudieran ser la causa de los cambios observados en las variables dependientes (si los hubiera, se entiende). Así pues, en el diseño de esta tarea procuraremos respetar al máximo el anteriormente establecido para la tarea PS, tanto por lo que se refiere al display, a los parámetros espaciales y temporales, y a los factores (“por defecto” y opcionales) que juegan el papel de variables independientes. Del mismo modo, la mayoría de los datos que el sistema deberá registrar y computar coincidiran con los de la tarea anterior. De hecho, lo que va a cambiar en la tarea EVS-I es sólo aquello que se deriva de la introducción de la variable de atención endógena y del procedimiento necesario para evaluarla. No cabe dura que, lejos de ser un inconveniente, esta opción tiene la clara ventaja del control de variables y, por supuesto, de la parsimonia, ya que permite conservar la mayoría de parámetros implementados para la tarea anterior, por lo que su implementación informática, una vez llevada a cabo la correspondiente a la tarea PS, debería resultar relativamente sencilla.
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Atendiendo a la similitud descrita, vamos sólo a especificar aquí los factores y parámetros que cambian respecto a la tarea anterior. Se entiende que todo aquello que no mencionemos, coincide con lo diseñado para la tarea PS. Descripción general: Se trata, fundamentalmente, de variar el protocolo de forma que produzca un sesgo en la predisposición atencional del sujeto. Para ello, como hemos comentado, vamos a utilizar el procedimiento básico que caracteriza a la llamada tarea de Posner, una variante de los llamados paradigmas de preaviso, adaptado a nuestro tipo de tareas. De hecho, los paradigmas mencionados acostumbran a utilizar un SOA corto dado que lo que pretenden precisamente es evitar los movimientos oculares. De este modo, suelen establecer un SOA < 150 mseg., que es inferior a la latencia necesaria para que se produzca un sacádico. Pero este no es en absoluto nuestro caso. En consecuencia, para adaptar el principio anterior a nuestra tarea, y provocar el sesgo atencional que perseguimos, vamos a modificar la
+ de fijación central por una cruz que
contenga una pista, es decir, que sea informativa. Así, el punto de fijación central previo al inicio de cada ensayo será
o bien
, entendiendo que el sentido de la flecha
informa al sujeto de la orientación del estímulo target (i.e., de la del vértice del triángulo si nos ceñimos a la tarea básica o default). Ahora bien, la relación entre el sentido indicado por la pista central inicial y la orientación del target no puede ser de total contingencia, dado que así obtendríamos una facilitación en la respuesta de todos los ensayos, lo que nos impediría analizar y medir el efecto atencional. Por ello, se acostumbra a establcer que la pista sea sólo una indicación probabilística. Así, para esta tarea, vamos a establecer, como condición default, una probabilidad de 0,75 de que el target o señal se halle orientado en el sentido informado por la pista. Esta probabilidad determinará que la orientación del estímulo target (o señal) que aparezca en cada ensayo coincida en un 75% de ocasiones con la orientación indicada por la pista central (la flecha). En cambio, habrá un número complementario de ensayos (25%) en los que la orientación del target será la contraria a la preseñalizada. En el primero de los casos, hablamos de ensayos “válidos”, mientras que en el segundo, 26
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decimos que se trata de ensayos “inválidos”. Así, si consideramos la tarea default, se pueden dar cuatro situaciones posibles, si tenemos en cuenta que hay dos tipos de pistas y dos tipos de estímulos target.
Target
▲
▼
37,5% Ensayos válidos, orientación arriba
12,5 % ensayos inválidos orientación abajo
12,5 Ensayos inválidos, orientación arriba
37,5% Ensayos válidos, orientación abajo
Pista
Así pues, si, dado que se trata de la versión screening de la tarea, mantenemos el número de ensayos de la tarea anterior (48), habrá 36 ensayos válidos (18 arriba y 18 abajo) y 12 ensayos inválidos (6 arriba y 6 abajo). Sin embargo, somos conscientes que ese número de ensayos inválidos no nos permite la comparación
del
efecto
atencional
(coste-beneficios)
para
las
tres
variables
fundamentales que manipulamos (velocidad angular, sentido y trayectoria). De hecho, para poder hacerlo, a la probabilidad 0,75/0,25 elegida, la prueba debería contar con al menos 192 ensayos -48 inválidos para cada una de las combinaciones posibles de los tres factores (2x3x8), y, naturalmente, 144 válidos (48 x3). Este podrá ser un buen diseño para la versión diagnóstica de la prueba. En lo que aquí respecta, y dado que se trata de una prueba de criba, mantendremos los 48 ensayos totales, de los cuáles, los 12 inválidos deberán aparecer dos veces para cada combinación de trayectoria x velocidad (3 x 2). Del mismo modo, el orden de los 48 ensayos (36 válidos y 12 inválidos) se fijará en modo random, sin descuidar el prerrequisito que se debe contar con un ensayo para cada
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una de las 48 combinaciones posibles, con lo que el factor “sentido” será asignado aleatoriamente entre los ensayos válidos y los inválidos. El resto de estímulos, el display, el diseño y procedimiento, los parámetros, tanto los temporales como los espaciales, se mantendrán como en la tarea PS. Así, por ejemplo, la secuencia temporal será similar a la tarea PS, sólo que en lugar de la + de fijación central aparecerá la cruz transformada en pista, señalando arriba o abajo.
Pista central ↑↓
400 mseg
Velocidad angular
Tm
Duración cue
Duración target
IEE
SOA
10-20º/seg >400 ms 100 mseg 160 mseg 0 mseg. 100 mseg
Tn
PRI
TR200 mseg 160ms
Datos a registrar y a computar por el sistema En cuanto a los datos a registrar y a computar por el sistema, cabe tener en cuenta que introducimos una nueva variable independiente y que, por lo tanto, deberán registrarse los datos de las variables dependientes para cada nivel de la misma, así como computarse los estadísticos que hemos fijado para el resto de variables. Además, los valores de cada nivel de la variable deberán compararse entre sí. También se deberá computar su interacción con las demás variables, al menos con las más importantes. Así, por ejemplo, en esta versión screening de la tarea EVS-I, resultará de elevado interés comparar si hay diferencias significativas entre las variables dependientes TR, % aciertos, CRP, etc. entre los ensayos válidos y los inválidos, así como sus posibles interacciones. Habitualmente, cuando se aplica este procedimiento para medir los beneficios y los costes de la atención, la variable que resulta fundamental és el TR. De hecho, resulta típico observar cómo el TR en los ensayos inválidos es notablemente mayor que el de los ensayos válidos, debido a la necesidad de reorientar la atención: si en el paradigma clásico la reorientación atencional se da en la representación del sspacio visualen nuestro caso, dicha “reorientación” implica un cambio en la disposición 28
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atencional (attentional set shift), una habilidad cuyo origen neural se encuentra, fundamentalmente, en el lóbulo prefrontal humano. Dado que se dispondrán de datos sobre las variables dependientes, tanto de los ensayos válidos como de los ensayos inválidos para cada una de las combinaciones velocidad angular x trayectoria, la aplicación debe analizar esta interacción, comparando, si cabe, los valores de las vd de los ensayos válidos con las de los inválidos para cada tipo de trayectoria y cada velocidad angular. De todos modos, debe tenerse en cuenta que, dado el pequeño número de ensayos, no se controla el factor sentido, si bien deben registrarse los sentidos asignados aleatoriamente a los ensayos válidos y a los inválidos, para poder analizar cualitativamente dicha información.
Campus UIB, julio de 2008 Dr. Jaume Rosselló Mir (UIB) Dr. Alejandro Maiche Marini (UAB) Grup Evolució i Cognició Humana Laboratori de Sistemàtica Humana Contacto:
[email protected] Tel: 971 172573 / 671930677
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