From Basic Research to the Clinic: Creation of an Interface for Analysis of Eye Movements

Abstract

This thesis aims to establish a standardized and user-friendly interface for analyzing eye movements, focusing on their potential implications in the context of neurodegenerative diseases. The primary objective of this work is to formulate a consistent protocol for assessing ocular movements in a clinical context. The execution of this protocol involves the utilization of tailored Matlab scripts designed to cater to the specific analytical requirements of each task. This crucial phase is facilitated through an intuitive Graphical User Interface (GUI), ensuring clinicians with limited Matlab coding expertise can efficiently navigate the process. The culmination of this process yields twofold outcomes. Firstly, a comprehensive Excel spreadsheet provides a structured compilation of calculated parameters for each task, offering an organized overview of findings. Secondly, an array of meticulously crafted visualizations showcases intricate aspects of eye movement dynamics. These visualizations encompass gaze tracing graphs, fixation positions, gaze dispersion, micro-saccades main sequence, and polar histograms. These visualizations offer a multi-dimensional perspective on the subject's eye movement performance, enabling a deeper understanding of their ocular behaviors. The results revealed the efficacy of the standardized protocol, demonstrating favorable reproducibility and the potential to facilitate the investigation of neurodegenerative diseases through eye movement analysis. This approach enables a systematic and accessible means of studying ocular behaviors, offering valuable insights into the intricate dynamics of eye movements and their association with neurological conditions. In conclusion, this thesis has not only paved the way for an in-depth exploration of Parkinson's Disease (PD) through eye movement analysis but has also unearthed broader avenues for investigating various neurodegenerative diseases. Future endeavors could extend beyond eye movement analysis, integrating additional measurements, such as EEG, to unravel deeper layers of understanding in the context of neurological disorders. This holistic approach has the potential to provide comprehensive insights that span multiple facets of neurodegenerative diseases, fostering a better understanding of their underlying mechanisms.

Esta tese pretende estabelecer uma interface padronizada e de fácil utilização para a análise dos movimentos oculares, focando as suas potenciais implicações no contexto das doenças neurodegenerativas. O objetivo principal deste trabalho é formular um protocolo consistente para a avaliação dos movimentos oculares. A execução deste protocolo envolve a utilização de scripts Matlab adaptados para atender aos requisitos analíticos específicos de cada tarefa. Esta fase crucial é facilitada através de uma Interface Gráfica do Utilizador (GUI) intuitiva, garantindo que os clínicos com conhecimentos limitados de codificação Matlab possam navegar eficientemente no processo. O culminar deste processo produz dois resultados. Em primeiro lugar, uma folha de cálculo Excel abrangente fornece uma compilação estruturada dos parâmetros calculados para cada tarefa, oferecendo uma visão geral organizada dos resultados. Em segundo lugar, um conjunto de visualizações meticulosamente elaboradas apresenta aspectos intrincados da dinâmica do movimento ocular. Estas visualizações incluem gráficos de rastreio do olhar, posições de fixação, dispersão do olhar, sequência principal de micro-sacadas e histogramas polares. Estas visualizações oferecem uma perspetiva multidimensional do desempenho do movimento ocular do sujeito, permitindo uma compreensão mais profunda dos seus comportamentos oculares. Os resultados revelaram a eficácia do protocolo padronizado, demonstrando uma reprodutibilidade favorável e o potencial para facilitar a investigação de doenças neurodegenerativas através da análise dos movimentos oculares. Esta abordagem permite um meio sistemático e acessível de estudar os comportamentos oculares, oferecendo informações valiosas sobre a intrincada dinâmica dos movimentos oculares e sua associação com condições neurológicas. Em conclusão, esta tese não só abriu caminho para uma exploração aprofundada da Doença de Parkinson (DP) através da análise do movimento ocular, como também abriu caminhos mais amplos para a investigação de várias doenças neurodegenerativas. Os esforços futuros poderão estender-se para além da análise do movimento ocular, integrando medições adicionais, como o EEG, para desvendar camadas mais profundas de compreensão no contexto de doenças neurológicas. Esta abordagem holística tem o potencial de fornecer conhecimentos abrangentes para as múltiplas facetas das doenças neurodegenerativas, promovendo uma compreensão mais profunda dos seus mecanismos subjacentes.