用于盲人和视力障碍导航的高级空间运动康复
对于盲人和视障人士而言,最具挑战性的任务之一是在复杂的环境中导航。 本多学科研究的目标是通过先前开发的认知-运动康复训练来改善导航,并通过多模态脑成像研究由此产生的神经可塑性大脑重组,从而提高盲人或视障人士的空间认知能力.
根据国家眼科研究所 (NEI) 的战略目标,这个多学科项目将促进导航康复、记忆增强和跨模态大脑可塑性的消息灵通新方法的发展,以造福于移动辅助技术、视觉等“前沿”领域老化大脑的恢复和记忆促进。
研究概览
详细说明
研究人员提出了一种全新的多学科方法来进行盲人和视力障碍的导航训练。 成功的导航需要为导航空间和从当前位置行进到目标位置所需的路线轨迹绘制准确灵活的心理或认知地图。 PI在前期开发的认知-动觉(C-K)康复训练利用一种独特的盲目记忆引导绘画形式,将认知映射发展到高水平的熟练程度。 必须特别依赖这样的心智地图(仅由触觉和听觉输入支持),以及当失去内置空间功能的视觉时有效使用它们进行空间运动控制的能力。 然而,在定向和移动 (O&M) 的实践中存在一个根本性的差距,即缺乏对增强空间运动活动的这些认知根源的特别强调,尽管它们对视障人士的导航具有众所周知的重要性。
因此,研究人员针对这个问题提出了一种严格的多学科方法,该方法位于空间运动康复、失明评估技术和脑功能领域的交叉点,每个领域都是一个特定目标的焦点。 为了训练成功导航的空间认知能力,当前的提议旨在将 C-K 康复训练的力量转化为导航领域。 盲人和视障学员将快速学习如何通过触觉探索的凸起线图像或触觉地图生成精确稳定的认知地图,以及如何使用形成的认知地图自信地在地图尺度上引导绘图“手动导航” ,以及宏观上的全身盲导航。 一旦转化为导航,初步数据表明,这种高效而愉快的训练将快速和可持续地增强空间认知功能,以改善导航性能和增强更一般的空间认知技能。 除了其实际优势外,快速有效的训练协议还将作为一种有效的工具,通过全面的全脑多模态脑成像平台来驱动和研究基于训练的神经可塑性机制。
研究类型
注册 (估计的)
阶段
- 不适用
联系人和位置
学习联系方式
- 姓名:Lora T Likova
- 电话号码:415 345 2066
- 邮箱:lora@ski.org
研究联系人备份
- 姓名:Christopher W Tyler
- 电话号码:415 345 2020
- 邮箱:cwt@ski.org
学习地点
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California
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San Francisco、California、美国、94115
- 招聘中
- Smith-Kettlewell Eye Research Institute
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接触:
- Lora T Likova, PhD
- 电话号码:415-345-2066
- 邮箱:lora@ski.org
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接触:
- Christopher W Tyler, PhD
- 电话号码:415 345 2020
- 邮箱:cwt@ski.org
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参与标准
资格标准
适合学习的年龄
接受健康志愿者
描述
纳入标准:
行为研究:
- 视力从 < 20/500 到 NLP(无光感知)
脑成像研究:
- 从 < 20/500 到 NLP 的视觉
- 在身高的平均性别范围内 +/- 1 个标准差
- 在体重的平均性别范围内 +/- 1 个标准差
- 熟悉 MRI 程序
排除标准:
行为研究:
- 神经缺陷
- 无法正常控制下肢或上肢
- 无法听到和理解指令。
脑成像研究:
- 所有标准的 MRI 排除标准,例如体内有任何金属物体,或者太大而无法在扫描仪孔中舒适地安装或操作。
学习计划
研究是如何设计的?
设计细节
- 主要用途:治疗
- 分配:不适用
- 介入模型:单组作业
- 屏蔽:无(打开标签)
武器和干预
参与者组/臂 |
干预/治疗 |
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实验性的:失明史
由于这是回归分析,所有参与者都被分配到同一组,并以失明史和人口统计数据作为协变量。
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使用触觉地图进行训练,以提高空间记忆能力,从而增强导航能力。
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研究衡量的是什么?
主要结果指标
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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从预训练 (Pre) 到立即后训练 (Post1) 时间点的盲图绘制速度变化
大体时间:6-10天
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在执行记忆引导的导航任务时绘图手的轨迹将被电子记录下来,以评估从前到后 1 的绘图速度(以 cm/s 为单位)的变化。 注:研究的三个时间点是:
更改和维护评估的时间范围以允许安排物流的范围给出,但代表每个参与者对每个措施的单个间隔。 |
6-10天
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维护从 Post1 到扩展后训练 (Post2) 时间点的盲图绘制速度变化
大体时间:3-6个月
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在执行记忆引导的导航任务时,绘图手的轨迹将被评估为 Post1 到 Post2 绘图速度的变化(以 cm/s 为单位)。
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3-6个月
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从 Pre 到 Post1 时间点盲图绘制错误的变化
大体时间:6-10天
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在执行记忆引导的导航任务时,绘图手的轨迹将根据不正确的转弯次数评估导航绘图错误的前到后 1 变化。
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6-10天
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维护 Post1 到 Post2 时间点盲图绘制错误的变化
大体时间:3-6个月
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在执行记忆引导的导航任务时,绘图手的轨迹将根据不正确的转弯次数评估导航绘图错误中 Post1 到 Post2 的变化。
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3-6个月
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从 Pre 到 Post1 时间点的最短路径盲宏观导航过程中总导航时间的变化
大体时间:6-10天
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虚拟布局的触觉地图将被探索和记忆;然后,使用地图的形成记忆表示,参与者将在街道地图上的两个口头提供的点之间在脑海中计划最短路线,并在 iPhone 编码的虚拟环境中的空白真实空间 (iVEERS) 中沿着该路线行走为此提案开发的系统。
iVEERS 记录的最短路径导航轨迹将评估总导航时间从前到后 1 的变化(以 s 为单位)。
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6-10天
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从 Post1 到 Post2 时间点的宏观最短路径盲导航期间总导航时间变化的维护
大体时间:3-6个月
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虚拟布局的触觉地图将被探索和记忆;然后,使用地图的形成记忆表示,参与者将在街道地图上的两个口头提供的点之间在脑海中计划最短路线,并在 iPhone 编码的虚拟环境中的空白真实空间 (iVEERS) 中沿着该路线行走为此提案开发的系统。
iVEERS 记录的最短路径导航轨迹将根据以 s 为单位测量的总导航时间来评估 Post1 到 Post2 的变化。
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3-6个月
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从 Pre 到 Post1 时间点的盲目宏观导航过程中接触错误总数的变化
大体时间:6-10天
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虚拟布局的触觉地图将被探索和记忆;然后,使用地图的形成记忆表示,参与者将在街道地图上的两个口头提供的点之间在脑海中计划最短路线,并在 iPhone 编码的虚拟环境中的空白真实空间 (iVEERS) 中沿着该路线行走为此提案开发的系统。
iVEERS 记录的最短路径导航轨迹将根据接触错误总数评估 Pre 到 Post1 的变化。
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6-10天
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从 Post1 到 Post2 时间点的盲目宏观导航期间接触错误总数变化的维护
大体时间:3-6个月
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虚拟布局的触觉地图将被探索和记忆;然后,使用地图的形成记忆表示,参与者将在街道地图上的两个口头提供的点之间在脑海中计划最短路线,并在 iPhone 编码的虚拟环境中的空白真实空间 (iVEERS) 中沿着该路线行走为此提案开发的系统。
iVEERS 记录的最短路径导航轨迹将评估 Post1 到 Post2 接触错误数量的变化。
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3-6个月
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皮质导航网络中功能 MRI (fMRI) 激活的变化
大体时间:6-10天
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将运行全脑 fMRI 以测量皮质导航网络中的激活,同时参与者根据他们对探索的凸起线触觉地图的记忆表示来规划两个位置之间的最短路径。
皮层导航网络中平均激活的变化将从前到后 1 时间点以 z 分数为单位进行评估。
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6-10天
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维持皮质导航网络中 fMRI 激活的变化
大体时间:3-6个月
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将运行全脑 fMRI 以测量皮质导航网络中的激活,同时参与者根据他们对探索的凸起线触觉地图的记忆表示来规划两个位置之间的最短路径。
皮层导航网络中平均激活的维持将从 Post1 到 Post2 时间点以 z 分数为单位进行评估。
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3-6个月
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空间工作记忆网络中功能 MRI (fMRI) 激活的变化
大体时间:6-10天
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将运行全脑 fMRI 以测量空间工作记忆网络中的激活,同时参与者根据他们探索的凸起线触觉地图的记忆表示来规划两个位置之间的最短路径。
空间工作记忆网络中平均激活的变化将从前到后 1 时间点以 z 分数为单位进行评估。
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6-10天
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维持空间工作记忆网络中 fMRI 激活的变化
大体时间:3-6个月
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将运行全脑 fMRI 以测量空间工作记忆网络中的激活,同时参与者根据他们探索的凸起线触觉地图的记忆表示来规划两个位置之间的最短路径。
空间工作记忆网络中平均激活的变化将从 Post1 到 Post2 时间点以 z 分数为单位进行评估。
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3-6个月
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皮质导航网络中格兰杰因果连接 (GCC) 密度的变化
大体时间:6-10天
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导航网络中 GC 连接密度从 Pre 到 Post1 的变化将根据连接密度指数进行评估,连接密度指数定义为重要 GC 连接数与网络节点数的比率。
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6-10天
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维持皮质导航网络中 GCC 密度的变化
大体时间:3-6个月
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导航网络中从 Post1 到 Post2 的 GC 连接密度的变化将根据连接密度指数进行评估,连接密度指数定义为重要 GC 连接数与网络节点数的比率。
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3-6个月
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次要结果测量
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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将训练转移到未经训练的空间认知能力
大体时间:6-10天
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培训效果向未受过训练的空间认知能力的转移将根据 McCarron-Dial 综合职业评估系统在其标准化 IQ-风格单位。
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6-10天
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维持训练转移到未训练的空间认知能力
大体时间:3-6个月
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将评估对未受过训练的空间认知能力的训练效果的维持,以评估 McCarron-Dial 综合职业评估系统的盲人认知测试 (CTB) 的 Post1 到 Post2 变化,以其标准化的 IQ 样式单位测量。
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3-6个月
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皮质导航网络中扩散张量成像 (DTI) 的变化
大体时间:6-10天
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DTI 将用于评估整个皮质导航网络路径中平均体素各向异性分数 (FA) 的变化,从 FA z 分数单位的 Pre 到 Post1 时间点。
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6-10天
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维持皮质导航网络中弥散张量成像 (DTI) 的变化
大体时间:3-6个月
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DTI 将用于评估从 FA z 分数单位的 Post1 到 Post2 时间点的整个皮质导航网络路径中平均体素 FA 的变化。
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3-6个月
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流动性自我评估的变化
大体时间:3-6个月
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针对失明和重度视力障碍的 Kuyk 活动功能问卷将用于根据其标准化分数评估训练对从前到后 2 时间点的日常活动影响的变化。
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3-6个月
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其他结果措施
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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年龄
大体时间:预训练时间点
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参与者年龄的协变量将以年为单位进行衡量。
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预训练时间点
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性别
大体时间:预训练时间点。
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参与者性别的协变量将以三个分类值(男性、中间体、女性)来衡量。
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预训练时间点。
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目前的视力水平
大体时间:预训练时间点
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将使用 Snellen 单位的 Bailey-Lovey 视力表测量参与者当前视力水平的协变量。
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预训练时间点
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当前视力水平的发病年龄
大体时间:预训练时间点
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参与者当前视力水平的发病年龄协变量将以年为单位进行测量。
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预训练时间点
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全视野持续时间
大体时间:预训练时间点
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参与者全视力持续时间的协变量将以年为单位进行测量。
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预训练时间点
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定向和移动 (O&M) 培训的持续时间
大体时间:预训练时间点
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参与者的 O&M 培训的协变量将以年为单位进行衡量。
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预训练时间点
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合作者和调查者
调查人员
- 首席研究员:Lora T Likova、Senior Scientist
出版物和有用的链接
一般刊物
- Likova LT, Cacciamani L. Transfer of Learning in People Who Are Blind: Enhancement of Spatial-Cognitive Abilities Through Drawing. J Vis Impair Blind. 2018 Jul 1;112(4):385-397. doi: 10.1177/0145482x1811200405.
- Likova LT, Mineff KN, Nicholas SC. Mental Visualization in the Cerebellum: Rapid Non-motor Learning at Sub-Lobular and Causal Network Levels. Front Syst Neurosci. 2021 Sep 10;15:655514. doi: 10.3389/fnsys.2021.655514. eCollection 2021.
- Likova LT. A Cross-Modal Perspective on the Relationships between Imagery and Working Memory. Front Psychol. 2013 Jan 18;3:561. doi: 10.3389/fpsyg.2012.00561. eCollection 2012.
- Likova LT, Tyler CW, Cacciamani L, Mineff K, Nicholas S. The Cortical Network for Braille Writing in the Blind. IS&T Int Symp Electron Imaging. 2016;2016:10.2352/ISSN.2470-1173.2016.16.HVEI-095. doi: 10.2352/ISSN.2470-1173.2016.16.HVEI-095. Epub 2016 Feb 14.
- Cacciamani L, Likova LT. Memory-guided drawing training increases Granger causal influences from the perirhinal cortex to V1 in the blind. Neurobiol Learn Mem. 2017 May;141:101-107. doi: 10.1016/j.nlm.2017.03.013. Epub 2017 Mar 24.
- Likova LT, Mei M, Mineff KN, Nicholas SC. Learning face perception without vision: Rebound learning effect and hemispheric differences in congenital vs late-onset blindness. IS&T Int Symp Electron Imaging. 2019 Jan 13;2019:2371-23713. doi: 10.2352/ISSN.2470-1173.2019.12.HVEI-237.
- Likova LT. Drawing enhances cross-modal memory plasticity in the human brain: a case study in a totally blind adult. Front Hum Neurosci. 2012 May 14;6:44. doi: 10.3389/fnhum.2012.00044. eCollection 2012.
研究记录日期
研究主要日期
学习开始 (实际的)
初级完成 (估计的)
研究完成 (估计的)
研究注册日期
首次提交
首先提交符合 QC 标准的
首次发布 (实际的)
研究记录更新
最后更新发布 (实际的)
上次提交的符合 QC 标准的更新
最后验证
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