Eye movements in stroke

Background Stroke is one of the most common diseases and has a wide variety of presentations. One of the most impactful, yet incompletely understood, outcomes of stroke is the emergence of attentional deficits. Attentional deficits negatively affect the prognosis, and they are hard to diagnose, especially at the chronic stage. The development of novel and more sensitive ways for diagnosing attention deficits is highly relevant to the recovery from stroke, and may lead to novel interventions.. The neural networks that control eye movements and the allocation of attention are highly correlated; hence, monitoring of eye movements during natural vision may be a way to measure also attention deficits. Scope of the study We investigated the feasibility of utilizing eye tracking in the clinical detection of attentional impairments, and we aimed at finding the best experimental setting to predict clinically measurable metrics of inattention. Materials and methods Thirty-four patients received a paper-based test of visuospatial neglect (OCS Hearts test), then they viewed a set of images while their eye movements were measured. The eye movements of twenty-eight patients were also recorded during the free viewing of a blank screen. The analysed metrics included both standard eye-movements metrics such as eye fixations, saccades, blinks, and innovative metrics such as indexes of the laterality and direction of gaze. The correlation between the eye movement metrics and the OCS hearts test score were studied. In addition, we studied aspects of the fixations pattern. Eighteen subjects also performed a Posner cueing task and their reaction times were analysed to measure their ability to direct covertly their attention to the contralesional and ipsilesional visual field under higher or lower certainty conditions. Results The performance on the visuospatial task (OCS hearts test) was correlated with the centre of mass of the fixation distribution, the blink-rate, and the direction of saccades. Specifically, higher performance on the OCS hearts correlated with a more centred distribution of fixations while a higher blink rate was correlated with lower performance. Additionally, the execution of more rightward than leftward directed saccades was also correlated with worse OCS scores. The distribution of fixations along the vertical and horizontal axes in stroke patients differed from that of healthy subjects. Finally, in the Posner cueing task, right hemisphere stroke patients were slower during target detection. Conclusion The analysis of a broad spectrum of eye movement metrics has yielded preliminary evidence on the potential usefulness of eye tracking for the diagnosis of sub-clinical attentional impairments. Further research is necessary to overcome the limitations of the present study and to strengthen our observations

Background L’ictus è una delle malattie più comuni nel mondo occidentale e si presenta con un’ampia varietà di disturbi. Tra i disturbi più impattanti, nonché meno compresi, vi sono i disturbi dell’attenzione che possono far seguito all’evento cerebrovascolare. I disturbi dell’attenzione hanno un grave impatto sulla prognosi dei pazienti, ma, quando non severi, possono essere difficili da diagnosticare. Ne consegue che la ricerca di nuove maniere per diagnosticare tali disturbi, sia quando clinici che subclinici, è di vitale importanza. I network neurali che sottendono al controllo dei movimenti oculari e quelli che governano l’attenzione sono fortemente correlati tra loro, dunque lo studio dei movimenti oculari potrebbe essere la risposta al bisogno clinico appena menzionato. Scopo dello studio Abbiamo studiato la fattibilità di utilizzare i movimenti oculari nella diagnosi dei disturbi dell’attenzione clinici e subclinici, e abbiamo cercato il setting sperimentale più appropriato per raggiungere detto scopo. Materiali e metodi Trentaquattro pazienti hanno ricevuto un test su carta di attenzione visuospaziale (OCS Hearts test), poi sono stati invitati a guardare una serie di immagini mentre i loro movimenti oculari venivano misurati. Inoltre, i movimenti oculari di ventotto di questi pazienti sono stati misurati mentre guardavano uno schermo grigio. Le metriche derivanti dai movimenti oculari utilizzate per le analisi comprendevano sia metriche tradizionali (fissazioni, saccadi, ammiccamenti), sia metriche innovative come degli indici della lateralità e direzionalità dello sguardo. La correlazione di dette metriche con i parametri clinici analizzati tramite l’OCS è stata studiata. In aggiunta, abbiamo studiato il pattern di fissazione dei pazienti. Diciotto soggetti hanno anche eseguito la “Posner cueing task” e i loro tempi di reazione sono stati analizzati. Risultati Le performance nel test di attenzione visuospaziale (OCS) erano correlate con il baricentro delle fissazioni, la frequenza di ammiccamenti e la direzionalità delle saccadi. In particolare, una migliore performance nel test visuospaziale era correlata a una distribuzione delle fissazioni più centralizzata. Al contrario, un aumento della frequenza di ammiccamenti si correlava a una peggior performance. In aggiunta, l’esecuzione di più saccadi verso destra correlava con un punteggio più basso all’OCS. Inoltre, abbiamo analizzato la distribuzione delle fissazioni nei pazienti con ictus e queste differivano dai controlli sani. Infine, riguardo la “Posner cueing task”, i tempi di reazione dei pazienti con infarti destri erano significativamente aumentati. Conclusioni L’analisi di un ampio spettro di metriche oculari in pazienti con deficit dell’attenzione ha fornito delle evidenze preliminari dell’utilità dei movimenti oculari nella diagnosi clinica dei deficit stessi. Ulteriori lavori di ricerca sono necessari per validare i nostri risultati.