Método para el estudio de los movimientos oculares (página 2)

MÉTODO

Se seleccionaron 27 personas normales (13 hombres y 14 mujeres), con edades comprendidas entre 20 y 50 años (35+10.2), todos con altos niveles de escolaridad y sin antecedentes de enfermedades neurológicas, otológicas o psiquiátricas. Se les informó acerca del experimento, obteniéndose el consentimiento unánime para participar en el mismo.

Protocolos de estimulación. La estimulación visual se llevó a cabo utilizando un monitor de 14 pulgadas situado a 75 cm de distancia del plano visual del sujeto. Esto proporciona un espacio a estimular de 20º de arco visual. Los sujetos se sentaron frente al monitor, con la cabeza fija sobre un soporte para evitar artefactos de movimientos. La habitación era oscura para estabilizar el potencial córneo-retinal. Para la estimulación visual se emplearon dos protocolos:

Calibración. La calibración fue el procedimiento empleado para convertir la magnitud del desplazamiento de los globos oculares de microvoltios (que es como se registra el potencial córneo-retinal) a grados (que es como analiza y ejecuta el sistema visual). Para esto se utilizó una aplicación diseñada y programada por el autor, que genera un cuadrado de 1 cm (1º de arco) de color blanco sobre un fondo negro, que aparece en el centro de la pantalla (0º) y luego de un período de fijación desaparece para reaparecer tras un intervalo estimado en una nueva posición a una excentricidad lateral de 10º, tanto a la derecha como a la izquierda en una secuencia aleatoria.

Persecución visual. Luego de calibrar se seleccionó el módulo de Tracking, que genera un cuadrado con iguales características que aparece en el extremo derecho y se desplaza en un plano horizontal de derecha a izquierda a velocidades crecientes. Para este experimento se seleccionaron bloques de 20 ensayos cada uno a velocidades de (10º/seg, 20º/seg, 30º/seg, 40º/seg, y 50º/seg ), correspondiendo a frecuencias de desplazamiento de (0.25 hz, 0.5 hz, 0.75 hz, 0.97 hz y 1.2 hz).

Las instrucciones a cada persona fueron seguir el objeto sin desviar la mirada hacia otro lugar, evitar al máximo el parpadeo y no hablar ni ejecutar ningún otro tipo de movimiento durante la ejecución de la tarea. La fase de examen individual duró aproximadamente 30 minutos para cada sujeto.

Protocolo de registro. Para el registro de las señales del movimiento ocular se empleó la metodología propuesta por los estándares para la electronistagmografía4. Se utilizaron electrodos de disco colocados en los cantos externos de las órbitas para el registro de los movimientos conjugados y sobre los rebordes orbitales superior e inferior del ojo izquierdo para el registro del artefacto por parpadeo. Las respuestas a ambos protocolos de estimulación se digitalizaron en sincronía con los estímulos en un equipo de electroencefalografía digital Medicid-3E (Neuronic SA, Cuba), a una frecuencia de 250 Hz con los parámetros de registro fijados acorde con los requerimientos de las respuestas oculográficas4. Las señales digitales almacenadas se importaron por un Software diseñado y programado por el autor para el análisis automático de las respuestas oculomotoras.

Desarrollo del método cuantitativo. El análisis cuantitativo de las señales de seguimiento visual se dividió en dos dominios.

Análisis en el domino del tiempo. Este análisis brinda una evaluación cuantitativa del movimiento ocular de una manera aproximada pero más precisa a como lo realiza la simple inspección visual de la gráfica6-8,11,12. Se determinaron dos variables en este dominio:

Ganancia. Los valores de esta variable expresan de forma objetiva la capacidad del sistema de persecución para mantener la mayor parte del tiempo los globos oculares enfasados con el estímulo en movimiento. Para el cálculo de la misma se empleó la siguiente metodología: utilizando la señal de calibración se procedió a convertir la señal del movimiento de seguimiento ocular de microvoltios a grados de desplazamiento como aparece en la ecuación 1.

A partir de los resultados de esta expresión se determinó la velocidad ocular en grados por segundo por medio de la ecuación 2.

Para obtener la ganancia del sistema era preciso utilizar un estadígrafo que caracterizara la constancia de la ejecución, de manera que ofreciera un estimado de la velocidad más empleada durante la tarea. La moda fue el que mejor caracterizó este parámetro de forma que la ganancia se calculó como se observa en la ecuación 3.

Número de interrupciones sacádicas. Cuando se eleva la velocidad del estímulo los globos oculares tienden a quedarse retrasados con respecto a este, de manera que el sistema visual calcula un error de posición retiniano que es se corrige por una súbita sacudida del globo ocular hacia la posición real. Esta sacudida se llama sácada y se observa con frecuencia creciente a medida que la velocidad del estímulo aumenta. Esta variable, por los métodos convencionales analógicos, se calcula manualmente. Se cuenta el número de ocurrencias de lo que según el ojo del observador constituye una sácada. A través de este método cuantitativo automático, se propone la ecuación 4 que, al usar un valor umbral predefinido recorre la señal describiendo una función igual a la que movió al objeto para que se encuentren todos aquellos movimientos oculares súbitos cuya velocidad está por encima de dicho valor.

Análisis en el dominio de la frecuencia. La señal de seguimiento ocular también es susceptible de ser analizada en el dominio de la frecuencia13,14. El sistema que garantiza este tipo de respuesta tiene la propiedad de generar comandos que permiten enfasar los globos oculares con el objeto en desplazamiento. Así, la función que describe el movimiento ocular será igual o muy similar a la que mueve al objeto.

Como se conoce la función del objeto según fue descrito en el acápite de estimulación, se puede inferir cómo será la función que mueva al ojo. La función que mueve al objeto en el monitor es una función periódica, pues describe un desplazamiento de derecha a izquierda y de izquierda a derecha de forma cuasi-estable a frecuencias introducidas por software.

La periodicidad del estímulo, asume periodicidad de la respuesta oculomotora, haciendo a esta última susceptible de ser analizada en el dominio de la frecuencia por medio de la transformada rápida de Fourier (FFT del inglés), como se observa en la ecuación 5.

Este procedimiento transforma la señal de cambios de voltaje en función del tiempo a cambios de magnitud en función de la frecuencia; así, se puede conocer cuál o cuáles son los principales componentes de frecuencia de la señal de seguimiento para evaluar la calidad de la ejecución de forma cuantitativa. Para esto se calculó una serie de variables obtenidas a partir del resultado de la ecuación 5.

La ecuación 6 permite determinar lo que se llama señal que no es más que la cantidad de energía que el espectro tiene en la frecuencia correspondiente a la de estimulación.

La ecuación 7 permite cuantificar lo que se consideró ruido, e incluye la energía en todas aquellas bandas de frecuencias ajenas a la de estimulación.

Una vez separados estos dos componentes se calculó la pureza espectral (ecuación 8), que determina una razón entre la señal y el ruido informando cuál de estas prevaleció durante la ejecución de la tarea, brindando así un estimado cuantitativo indirecto de la calidad de la misma.

RESULTADOS

La Gráfica 1A muestra el patrón de seguimiento visual digitalizado a 5 velocidades de estimulación. Nótese cómo se modifica el aspecto de la señal a medida que se eleva la velocidad del estímulo. En la Gráfica 1B, el incremento del número de interrupciones sacádicas justifica en cierta medida el grado de disrupción oculomotora a velocidades más rápidas.

El cálculo de las variables en el dominio del tiempo cuantificó estas diferencias, brindando una información más objetiva de este fenómeno. La Gráfica 2 muestra el análisis del funcionamiento del sistema de seguimiento en el dominio del tiempo. Se observa claramente cómo se eleva el número de interrupciones sacádicas de una forma casi lineal con el incremento de la velocidad del estímulo (Gráfica 2A). También se ve lo contrario, ocurre con la ganancia, disminuyendo su valor a medida que aumenta la velocidad (Gráfica 2B).

Los resultados del análisis espectral se visualizan en la Gráfica 3. El pico espectral se desplaza hacia las frecuencias más rápidas a medida que aumenta la frecuencia del estímulo lo cual demuestra como el sistema intenta mantener los globos oculares enfasados con el estímulo periférico. Además, la magnitud del pico desciende aumentando la energía en las bandas marginales al índice de estimulación (Gráfica 3A). Esto se corrobora al observar la Gráfica 3B, donde hay una evidente reducción de la pureza espectral a frecuencias de estimulación más rápidas, evidenciando un aumento en la banda del ruido, con una caída de la energía de la señal.

El Cuadro 1 resume la estadística descriptiva de las variables analizadas en ambos dominios, tiempo y frecuencia. En el Cuadro 2 se observa el resultado de un análisis de correlación de Pearson donde se ilustran los valores de los coeficientes de correlación r. Se observa la coherencia alta de los valores encontrados para estos coeficientes. Se encontraron valores negativos altos de correlación (correlación lineal inversa) al analizar el comportamiento de la ganancia con el número de sácadas, así como entre el número de sácadas y la pureza espectral. Se encontraron valores positivos altos de correlación (correlación lineal directa) al analizar la ganancia con la pureza espectral. 

 DISCUSIÓN

 Los resultados del análisis cuantitativo demuestran cómo este modo de interpretación puede elevar la sensibilidad en la identificación de variaciones inducidas por cambios externos. Para este sistema en particular se ha planteado que la saturación aparece cuando la velocidad del estímulo externo excede los 30º/seg15-17. Los resultados aquí presentados demuestran cómo por encima de esta velocidad se produce una caída de la ganancia asociada con un incremento marcado del número de sácadas lo que evidencia la imposibilidad de mantener el sistema acoplado con el estímulo, apareciendo una gran cantidad de sácadas correctivas. La inspección visual del trazado demuestra sólo un grado creciente de irregularidad de la forma de onda a medida que se eleva la velocidad. El análisis cuantitativo permite obtener mayor cantidad de información18.

Las variables en el domino de la frecuencia de igual forma evidenciaron un importante papel como descriptores cuantitativos de la ejecución oculomotora. Es muy significativo el corrimiento del pico espectral hacia el índice de frecuencia de estimulación a medida que ésta se incrementa. Esto demuestra cómo este sistema actúa en función de las demandas encontradas en las entradas visuales. Al igual que en el dominio del tiempo, se observó una reducción significativa del valor de las variables espectrales a frecuencias superiores a 0.75 Hz (30º/seg). La caída del pico espectral (señal), se asocia con un aumento de la energía en la banda del ruido, denotando cómo el patrón de persecución va siendo reemplazado por otro tipo de actividad diferente a la persecución visual uniforme, correspondiendo en mayor escala a los movimientos oculares sacádicos19,20.

El análisis de correlación lineal evidenció hallazgos interesantes y muy coherentes. La fuerte correlación positiva entre la ganancia y la pureza espectral (r=0.79) demuestran cómo estas variables pueden brindar información objetiva de manera eficiente acerca de la proporción del movimiento ocular que corresponde al desplazamiento visual útil o efectivo en relación al total de la respuesta oculomotora dada las demandas de la tarea. El patrón de correlación negativo entre la ganancia y las correcciones sacádicas (r=-0.99), así como entre la pureza espectral y las correcciones sacádicas (r=-0.80), pone de manifiesto la saturación que sufre el sistema a medida que las exigencias externas aumentan, pudiendo ocupar la energía en la banda del ruido la totalidad de la magnitud de la respuesta en condiciones extremas de velocidad (mayor a 30º/seg). En estas circunstancias, el sistema fallaría en el cumplimiento de su función, mantener el objeto periférico sobre la fóvea.

Como se observa, por medio de la descripción visual simple de la forma de la gráfica, sería difícil sino imposible, obtener un grado de información tan detallada acerca del funcionamiento del sistema de persecución como subsistema del sistema motor ocular. La elevación de la sensibilidad del método se hace evidente, pudiendo realizar un análisis fino y exhaustivo de este tipo de respuesta fisiológica.

CONCLUSIONES

Los resultados del presente trabajo ponen claramente de manifiesto cómo los métodos de análisis cuantitativos en el terreno digital pueden ofrecer una gran cantidad de información imposible de obtener por métodos descriptivos. El análisis de la persecusión visual es un ejemplo claro de esto, aportando más de 80% de la cantidad total de información posible a extraer de esta respuesta fisiológica.

Ambos dominios de análisis, tiempo y frecuencia, demostraron tener gran utilidad en la caracterización cuantitativa de este patrón de movimiento en individuos sanos. En trabajos futuros sería interesante observar si se produce algún grado de inclinación en cuanto a la sensibilidad del método hacia uno de los dominios en particular bajo determinadas condiciones patológicas donde se afecte el sistema oculomotor.

Estudios posteriores utilizando esta metodología se deben dirigir a evaluar estas variables en diferentes condiciones patológicas, así como en diseños experimentales más elaborados en individuos normales, de manera que podamos contribuir al conocimiento de las bases funcionales y anatómicas que subyacen a la ejecución oculomotora.

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Mario Alfredo Parra, M.D.* Docente e Investigador, Laboratorio de Neurofisiología Clínica, Unidad Biomédica, Facultad de Medicina. Universidad Surcolombiana, Neiva.