Eye line tracking evaluation system (Eye-tracking) for diagnosing the state of integrative brain functions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Currently, against the background of an increase in the proportion of the population of the older age group in the world, the issue of early diagnosis of developing cognitive impairment in patients with various diseases of the nervous system, as well as the search for effective biomarkers that would indicate the beginning of their development, is becoming more and more urgent. Cognitive functions are the highest manifestation of complex integrative processes occurring in the central nervous system, one of the most important ways of information entry into which is the visual analyzer. In the process of assessing the surrounding space, the oculomotor system performs the most difficult work to synchronize the visual axes of the eyes to obtain the clearest possible image. The sequence and duration of fixations on the elements of the object are determined, among other things, by the thinking process, which determines the analysis and assimilation of the received information. It is the disturbances in the work of this system that can occur at the early stages of the development of cognitive dysfunctions, as a result of disintegration processes in the brain. Thus, disintegration markers may be important predictors of developing cognitive impairment in nervous system diseases.

AIM: of the work was to develop a method for assessing the state of the eye position system in patients with initial cognitive dysfunctions.

MATERIALS AND METHODS: In the process, we developed an experiment in the form of a sequence of visual stimuli with audio and text accompaniment, which were presented with a certain sequence and for a limited time, which was presented to the subjects as part of the solution of the cognitive task. Eye movements were recorded in real time using the Pupil Invisible ai-tracking system, which contains two integrated infrared cameras with a frequency of 200 Hz in its design. Based on the results of assessing the digital characteristics of the parameters of eye movements (the number of fixations, their duration and position on the coordinate axis), the so-called “heat maps” were generated and analyzed.

RESULTS: In order to be able to quantify the resulting heat maps, we have developed a methodology for quantifying the results obtained. The developed methods make it possible to start collecting data to identify typical oculomotor patterns in solving cognitive tasks, both in healthy people and in patients with mild cognitive impairment, for the subsequent application of the method in clinical practice.

About the authors

Konstantin M. Naumov

Military Medical Academy

Author for correspondence.
Email: naumov_k@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-7039-2423
SPIN-code: 3996-2007
Scopus Author ID: 8390739200
ResearcherId: I-8567-2016

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Il’ya Yu. Chapliev

Military Medical Academy; Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences

Email: ilya.chapliev@mail.ru
ORCID iD: 0009-0003-2335-9825
SPIN-code: 9527-0719
Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Igor V. Litvinenko

Military Medical Academy

Email: litvinenkoiv@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8988-3011
SPIN-code: 6112-2792
Scopus Author ID: 35734354000
ResearcherId: F-9120-2013

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Nikolay V. Tsygan

Military Medical Academy

Email: 77tn77@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5881-2242
SPIN-code: 1006-2845
Scopus Author ID: 37066611200
ResearcherId: H-9132-2016

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Vladimir Yu. Lobzin

Military Medical Academy; Saint Petersburg State University

Email: vladimirlobzin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3109-8795
SPIN-code: 7779-3569
Scopus Author ID: 57203881632
ResearcherId: I-4819-2016

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Aleksandr V. Ryabtsev

Military Medical Academy

Email: ryabtsev26@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3832-2780
SPIN-code: 9915-4960
Scopus Author ID: 57202361039
ResearcherId: AAD-3948-2019

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. World Health Organization [Internet]. Decade of Healthy Ageing: Plan of Action 2021–2030. Geneva: WHO. 2020. Available at: https://www.who.int/initiatives/decade-of-healthy-ageing
  2. World Health Organization. (2023). Dementia. Available at: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/dementia
  3. Yarbus AL. Eye movements and vision. Moscow: Nauka; 1965. 166 p. (In Russ.)
  4. Kryukov EV, Shamrey VK, eds. Military psychiatry in the XXI century: modern problems and development prospects. Saint Petersburg: SpetsLit; 2022. 367 p. (In Russ.)
  5. Tonsen M, Baumann CK, Dierkes K. A High-Level Description and Performance Evaluation of Pupil Invisible. ArXiv. 2020. doi: 10.48550/arXiv.2009.00508
  6. Van Rossum G, Drake FL. Python 3 Reference Manual. Scotts Valley, CA: CreateSpace, 2009.
  7. Litvinenko IV, Emelin AYu, Lobzin VYu, Kolmakova KA. Cognitive Function Assessment in Clinical Practice: Diagnostic Tests and Scales: A Study Guide. Saint Petersburg; 2021. 144 p. (In Russ.)
  8. Peirce JW, Gray JR, Simpson S, et al. PsychoPy2: Experiments in behavior made easy. Behavior Research Methods. 2019;51(1): 195–203. doi: 10.3758/13428-018-01193-y

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Heat map of an image while a patient was performing a cognitive task

Download (437KB)
3. Fig. 2. Processed heat map to quantify eye movement characteristics

Download (681KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».