4 Methoden zur Beurteilung der Alzheimer-Krankheit mit Eye Tracking

Eine Fülle von Forschungsergebnissen zeigt, dass Eye Tracking ein vielversprechendes Instrument zur Unterstützung der Frühbeurteilung der Alzheimer-Krankheit (AD) ist. Augenbewegungen und kognitive Veränderungen treten in frühen Krankheitsstadien auf und können durch einfache, zeitsparende Eye Tracking-Aufgaben gemessen werden. In diesem Artikel werden vier Möglichkeiten vorgestellt, wie Eye Tracking die Früherkennung von Alzheimer unterstützen kann.

Eye Tracking - eine Ergänzung des Instrumentariums zur Bewertung der Alzheimer-Krankheit

Die Alzheimer-Krankheit (AD) ist eine fortschreitende neurodegenerative Störung, die bis zu 70 % aller Demenzfälle ausmacht (World Alzheimer Report, 2022 ). Sie ist durch eine allmähliche Beeinträchtigung des Gedächtnisses, des Denkprozesses, der Wahrnehmung und der Sprache gekennzeichnet. Zu Beginn ist Alzheimer meist asymptomatisch und beginnt viele Jahre vor dem Auftreten klinischer Symptome. So ist es bei Personen mit leichten kognitiven Beeinträchtigungen wahrscheinlicher, dass sie eine Alzheimer-Krankheit entwickeln, wobei die jährliche Umwandlungsrate bei etwa 15 % liegt (Liu et al., 2013).

Derzeit gibt es keine Heilung für Alzheimer, aber eine frühzeitige Diagnose könnte das Krankheitsmanagement verbessern und das Fortschreiten der Krankheit bis zur Demenz verlangsamen. Laut Welt-Alzheimer-Bericht sind 75 % der Menschen mit Demenz nicht diagnostiziert. Bestehende Biomarker zur Früherkennung von Alzheimer sind invasiv (z. B. Lumbalpunktion), kostspielig (z. B. Neuroimaging) oder langwierig (z. B. neuropsychologischer kognitiver Test), so dass ein rechtzeitiges Screening für viele Betroffene unerreichbar ist.

Eye Tracking ist eine genaue, nicht-intrusive und kosteneffektive Technologie mit dem Potenzial für ein umfangreiches AD-Screening (Readman et al., 2021). Augenbewegungsmessungen bieten eine sprach- und kulturunabhängige Bewertung der kognitiven und okulomotorischen Funktionen . Dies stellt einen Vorteil gegenüber neuropsychologischen Tests dar, da Sprache und Selbstausdrucksfähigkeit bei Alzheimer erheblich beeinträchtigt sein können. Da die Alzheimer-Krankheit in der Regel mit einem breiten Spektrum an Veränderungen der Okulomotorik und des Sehverhaltens einhergeht (Molitor et al., 2015), könnten bestimmte Augenbewegungen und Sehmuster als Biomarker in frühen Stadien der Alzheimer-Krankheit dienen.

4 Methoden, mit denen Eye Tracking bei der Früherkennung von Alzheimer helfen könnte

Grundlegende Bewertung der Augenbewegungen

Die Alzheimer-Krankheit (AD) verändert die Konnektivität zwischen kortikalen und subkortikalen Gehirnregionen, die Augenbewegungen steuern (Armstrong, 2009). Die Forschung berichtet über AD-bedingte Veränderungen bei Sakkaden, Fixationen, Smooth Pursuit und Mikroakkaden (Molitor et al., 2015). Der Status der grundlegenden Augenbewegungen kann durch die Durchführung einfacher Augenbewegungsaufgaben bewertet werden. Pavisic und Kollegen (Pavisic et al., 2017) haben auf elegante Weise gezeigt, dass sie durch die Bewertung der Fixationsstabilität (10 Sekunden lang auf einen Punkt fokussieren), der glatten Verfolgung (einem sich bewegenden Ziel folgen) und der Pro-Sakkade (das Ziel ansehen, wenn es erscheint) Personen mit Alzheimer mit 95%iger Genauigkeit von gesunden Gleichaltrigen unterscheiden konnten. Personen mit Alzheimer zeigen mehr intrusive Sakkaden und eine kürzere Fixationsdauer in der Fixationsstabilitätsaufgabe im Vergleich zu gesunden Gleichaltrigen. Sie folgen einem sich bewegenden Ziel für eine kürzere Zeit und machen mehr Unterbrechungs-Sakkaden während der glatten Verfolgung. AD-Patienten sind bei der Pro-Sakkade-Aufgabe weniger genau und brauchen länger, um das Ziel zu fixieren (Pavisic et al., 2017).

Eine weitere kurze und einfache Fixationsaufgabe ist die Pupillenkalibrierung, bei der ein Teilnehmer 10 Sekunden lang ein statisches Ziel fixiert (Jang et al., 2021). Die Aufgabe ermöglicht die Erfassung von Square-Wave-Jerks - unwillkürliche Augenbewegungen, die Fixationen unterbrechen und häufig bei AD beobachtet werden (Nakamagoe et al., 2019). Die Pupillenkalibrierungsaufgabe hat das Potenzial für ein hochvolumiges AD-Screening, da sie nur 10 Sekunden dauert und signifikante Ergebnisse beim Vergleich von gesunden Personen und solchen mit AD liefert (Jang et al., 2021). Während einer versuchten Fixation könnte das Mikrosakkadenverhalten dazu beitragen, Personen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung von gesunden Gleichaltrigen zu unterscheiden, da die erstere Gruppe mehr schräge Mikrosakkaden zeigt (Kapoula et al., 2014).

Bewertung der Exekutivfunktionen - Antisaccade-Aufgabe

Hemmungsstörungen sind einer der ersten Bereiche außerhalb des Gedächtnisses, die bei der Alzheimer-Krankheit (AD) betroffen sind (Wilcockson et al., 2019). Bei einer Antisaccade-Aufgabe muss ein Teilnehmer eine Sakkade in Richtung des Ziels hemmen und eine Sakkade in die entgegengesetzte Richtung ausführen. Die Anzahl der bei dieser Aufgabe gemachten Hemmungsfehler ist bei Personen mit Alzheimer signifikant höher und lässt auf den Schweregrad der Alzheimer-Erkrankung schließen (Opwonya et al., 2022). Gesunde Personen machen typischerweise in 20 % der Versuche Antisaccade-Fehler, während Personen mit AD zwischen 50-80 % machen (Garbutt et al., 2008). Mehr Antisaccade-Fehler können bereits bei früher Alzheimer-Erkrankung festgestellt werden (Kaufman et al., 2012) und sogar dann, wenn sich nur eine leichte kognitive Beeinträchtigung abzeichnet (Chehrehnegar et al., 2022). Die Antisaccade-Aufgabe zeigt konsistente Ergebnisse in der Alzheimer-Population, was sie zu einem guten Kandidaten für die Bewertung exekutiver Funktionen bei alternden Menschen macht.

Erweiterte Bewertung des Sehverhaltens

Neben Veränderungen bei den grundlegenden Augenbewegungen haben Menschen mit Alzheimer-Krankheit (AD) auch Schwierigkeiten bei fortgeschrittenen visuellen Wahrnehmungsszenarien wie der visuellen Suche und der Erkundung von Szenen (Molitor et al., 2015). Schwierigkeiten bei der Durchführung dieser Aufgaben sind mit Defiziten des Kurzzeit- und Arbeitsgedächtnisses verbunden, die bereits in präklinischen Stadien der Alzheimer-Krankheit zu beobachten sind.

Bei der visuellen Vergleichsaufgabe handelt es sich um eine Gedächtnisaufgabe, bei der die Teilnehmer nach dem Anteil der Zeit bewertet werden, die sie mit der Betrachtung eines neuen Bildes im Vergleich zu bereits gesehenen Bildern verbringen. Personen mit Alzheimer und leichten kognitiven Beeinträchtigungen zeigen eine schlechte Erkennung von Neuem (Crutcher et al., 2009; Nie et al., 2020; Zola et al., 2013). Die Ergebnisse dieser Eye Tracking-Aufgabe können in einem 1-Jahres-Follow-up zuverlässig den weiteren kognitiven Abbau (Nie et al., 2020) und den Übergang von leichter kognitiver Beeinträchtigung zu Alzheimer bis zu drei Jahre vor der klinischen Diagnose vorhersagen (Zola et al., 2013).

Die visuelle Suche ist ein zielgerichtetes Suchverhalten, das darauf abzielt, ein Ziel unter Ablenkungen zu finden. Personen mit Alzheimer zeigen bei visuellen Suchaufgaben längere Reaktionszeiten, und ihre Suchmuster sind desorganisierter und stochastischer als bei Kontrollpersonen (Barral et al., 2020; Pereira et al., 2020). Menschen mit Alzheimer haben größere Schwierigkeiten, auffällige Objekte in einer visuellen Szene zu erkennen; sie brauchen länger, um ihre Aufmerksamkeit von zentralen zu peripheren Bereichen der visuellen Szene zu verlagern (Pereira et al., 2020).

Bewertung des Lesens

Lesen erfordert die Integration mehrerer kognitiver Systeme, wie Aufmerksamkeit, Wortwahrnehmung und Verständnis. Veränderungen im Leseverhalten werden in frühen Stadien der Alzheimer-Krankheit (AD) beobachtet, und die Forschung zeigt, dass es möglich ist, diese Veränderungen mit einem Eye Tracker während einer Leseaufgabe zu erfassen (Fernández et al., 2015). Personen im Frühstadium der Alzheimer-Krankheit lesen weniger Wörter pro Fixation und zeigen eine höhere Gesamtzahl und Dauer der Fixationen im Vergleich zu gesunden Gleichaltrigen (Fernández et al., 2016). Darüber hinaus brauchen AD-Patienten mehr Zeit, um einen Text zu lesen, lesen den Text häufiger erneut und überspringen seltener uninformative Teile eines Textes, ebenfalls im Vergleich zu gesunden Gleichaltrigen (MacAskill und Anderson, 2016).

Lesetests (z. B. der King-Devick-Test) können Personen mit leichten kognitiven Beeinträchtigungen erkennen, bevor sie offensichtliche klinische Symptome entwickeln, und zwar in erster Linie anhand der Sakkadenamplitude und -dauer während der Leseaufgabe (Hannonen et al., 2022). Die Gruppe mit leichter kognitiver Beeinträchtigung weist im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen eine kürzere Sakkadendauer und -amplitude auf. Augenbewegungsmerkmale, die während einer Leseaufgabe erfasst werden, können Personen mit Alzheimer mit einer Genauigkeit von 89,8 % klassifizieren (Biondi et al., 2018).

Schlussfolgerung

Immer mehr Forschungsergebnisse zeigen, dass Menschen im Frühstadium der Alzheimer-Krankheit messbare Veränderungen bei grundlegenden Augenbewegungen und kognitiven Funktionen aufweisen. In diesem Artikel haben wir einige einfache und schnelle Eye Tracking-Aufgaben vorgestellt, die das Alzheimer-Frühscreening unterstützen könnten. Insgesamt könnte Eye Tracking als ein nicht-intrusives Instrument zur Bewertung des Demenzrisikos für die Reihenuntersuchung in Primärversorgungszentren dienen. Bei weiterer Entwicklung und Forschung könnten Augenbewegungsdaten zu zuverlässigen Biomarkern für Alzheimer werden, die andere neuropsychologische und physiologische Messungen ergänzen könnten.

Zusätzlicher Hinweis auf die Bedeutung des Eye Tracking bei der Beurteilung der älteren Bevölkerung:

Die Untersuchung älterer Menschen erfordert bequeme Einstellungen, vorzugsweise ohne Fixierung des Kopfes, da sie oft unter Zittern oder degenerativen Veränderungen der Halswirbelsäule leiden. Der Eye Tracker sollte einfach und schnell zu kalibrieren sein und die Augenbewegungen auch ohne Kinnstütze zuverlässig verfolgen. Forscher berichten von positiven Erfahrungen mit Plug-and-Play Eye Trackers bei der Untersuchung älterer Patienten (Barral et al., 2020; Jang et al., 2021). In einer solchen Studie füllten die Teilnehmer nach der Untersuchung eine Umfrage über ihre Erfahrungen mit der Untersuchung aus. Sie bewerteten die Benutzerfreundlichkeit, die Akzeptanz und die Einstellung zum Eye Tracking. Die meisten Teilnehmer bewerteten das Eye Tracking per Ferndiagnose positiv: 93 % fühlten sich wohl, und 91 % fühlten sich während der Untersuchung entspannt. Außerdem gaben 96 % der Teilnehmer an, dass sie bereit wären, die Untersuchung in Zukunft zu wiederholen, und 93 % waren bereit, die Untersuchung monatlich zu wiederholen (Barral et al., 2020).

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Zitierte Veröffentlichungen

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