Modelos computacionales del comportamiento ocular para la evaluación del desempeño cognitivo

JUAN A. BIONDI (1), GERARDO FERNÁNDEZ (2), MARCELA SCHUMACHER (2), JUAN ARRIOLA (1), DAVID OROZCO (3), LILIANA CASTRO (1), SILVIA M. CASTRO (1), OSVALDO AGAMENNONI (1,4) (1) UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR; (2) CONICET; (3) CLINICA PRIVADA BAHIENSE; (4) COMISIÓN DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS. BAHÍA BLANCA (ARGENTINA)

Actualmente es muy difícil detectar la Enfermedad de Alzheimer (EA) en sus dos primeras etapas (Pre-sintomática y Asintomática en riesgo). Es de suma importancia poder detectar tempranamente la patología dado que existen fármacos que ayudan a ralentizar la evolución de la misma. La detección temprana de la EA permitiría extender el tiempo transcurrido entre la aparición de los primeros síntomas y la irrupción de la demencia. De esta manera, sería posible prolongar una calidad de vida razonable para el paciente y el entorno familiar, como así también reducir el costo asistencial, ya que el mismo se incrementa considerablemente con la evolución de la patología.

El método desarrollado por el grupo de investigación basado en la técnica de seguimiento ocular (eye tracking) ha mostrado ser eficiente en lo que respecta a la detección de la EA en etapas tempranas [4].

El seguimiento de los movimientos oculares (eye tracking) permite evaluar la información adquirida por una persona durante la lectura u observación de una imagen. Durante la percepción visual, el ojo realiza movimientos sacádicos seguidos de fijaciones, durante las cuales es adquirida la información que será procesada posteriormente por el cerebro. Es mediante estas últimas en que la información es adquirida y procesada por el cerebro. El eye-tracker registra y graba tanto el lugar de fijación ocular de donde se extrae la información (Figura I), como el tiempo que necesita la persona para procesar tal información.

Eye tracking

Figura I / Registro de movimientos oculares durante la lectura de oraciones de baja y de alta predictibilidad en sujeto Control (izquierda) y en paciente con Alzheimer incipiente. En el gráfico están incluidos los puntos de fijación del ojo izquierdo (azul) y del ojo derecho (rojo). Los números en los extremos de las líneas indican la secuencia de la fijación. La duración para cada fijación y para cada ojo está representada en milisegundos; el número luego de la duración de la fijación en milisegundos (luego de la coma) corresponde al número de la palabra dentro de la oración.

En el caso de la lectura, los movimientos lineales, de salteo, de retroceso y curvos muestran qué tipo de estrategias desarrollan los lectores para percibir una oración, para entenderla y, finalmente, para recordarla [6]. Del análisis de este proceso dinámico hemos encontrado, en el caso de la lectura, patrones cognitivos y conductuales que son de gran interés para estudiar deterioros propios de enfermedades neurodegenerativas, tales como la EA.

En el grupo de trabajo se desarrolló un método orientado al diagnóstico y medición del deterioro cognitivo temprano a partir del modelado del movimiento ocular ([1], [2], [3], [4], [5]). Se desarrollaron diversos modelos del comportamiento ocular que permiten evaluar la manera en que personas sanas y pacientes en una fase muy temprana de la enfermedad procesan información. Para ello se diseñó el material de estímulo apropiado (varias oraciones de distinto tipo) que permitió medir el desempeño de la memoria ejecutiva, de la memoria de trabajo, de la memoria semántica y de la memoria de recuperación (retrieval memory) [4].

Del análisis de la información obtenida se pudo concluir que en sujetos con enfermedad de Alzheimer incipiente el momento de “cuándo” generar el próximo sacádico, irá en detrimento a medida que avance la enfermedad. Durante la tarea de lectura, por ejemplo, la palabra entrante (palabra siguiente a la que se está fijando) dejará de ser predecible y modificará el patrón de movimiento. Las palabras serán procesadas sin que se activen las propiedades léxicas, semánticas y contextuales. Comenzará a predominar el sistema oculomotor sobre el sistema cognitivo y los ojos comenzarán a escanear las palabras en lugar de analizarlas. Las propiedades de las palabras dejarán, finalmente, de ejercer su efecto sobre el procesamiento eficiente de la información.

 

1. Alvarez, M., Castro, L., Agamennoni, O. Set Membership Estimation Theory for Wiener Modelling using HLCPWL Functions. International Journal of Modelling, Identification and Control. Vol 14, pp 13-26. Nos. ½, 2011.

2. Fernández, G., Castro, L., Schumacher, M., Agamennoni, O. Diagnosis of mild Alzheimer Disease through the Analysis of Eye Movements during Reading. Journal of Integrative Neuroscience. (en prensa). 2015.

3. Fernández G., Laubrock J., Mandolesi P., Colombo O., Agamennoni O. Registering eye movements during reading in Alzheimer disease: difficulties in predicting upcoming words. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. Vol. 36, Iss. 3, pp: 302-316. 2014ª.

4. Fernández G., Manes F., Rotstein N., Colombo O., Mandolesi P., Politi L., Agamennoni O. Lack of contextual-word predictability during reading in patients with mild Alzheimer disease Neuropsychologia, Vol 62, pp 143:151. 2014b.

5. Fernández G., Schumacher M., Mandolesi P., Colombo O., Castro L., Agamennoni O. Eye movement behavior during reading in patients with probable Alzheimer disease. Presentado en la 17th European Conf. of Eye Movements (ECEM), Lund, Suecia, 2013c.

6. Kliegl, R., Nuthmann, A., Engbert, R. Tracking the mind during reading: The influence of past, present, and future words on fixation durations. Journal of Experimental Psychology: General, 135, 12-35. 2006.

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