STATISTIQUES  SUR  LES  EXERCICES  OCCULAIRES

Abstrait

Des exercices oculaires ont été prescrits pour résoudre une multitude de problèmes liés aux yeux. Cependant, les études sur l'efficacité des

exercices oculaires font défaut, principalement en raison de l'absence d'outils d'évaluation simples dans la clinique. 
Parce que des régions

similaires du cerveau sont responsables des mouvements oculaires et de l'attention visuelle, nous avons utilisé une présentation visuelle en

série rapide modifiée (RSVP) pour évaluer tout effet mesurable de l'exercice oculaire à court terme dans les améliorations dans ces

domaines. 
Dans la présente étude, vingt sujets ont été également répartis en groupes de contrôle et expérimentaux, chacun ayant effectué une

évaluation RSVP pré-formation où les lettres cibles, auxquelles les sujets devaient répondre en appuyant sur une barre d'espace, étaient

présentées en série et rapidement. 
Temps de réponse aux lettres cibles, précision de la réponse correcte aux lettres cibles, et l'identification correcte des lettres cibles dans chacune des 12 séances a été mesurée. Le groupe expérimental a ensuite effectué des exercices oculaires actifs, tandis que le groupe témoin a effectué une tâche qui a minimisé les mouvements oculaires pendant 18,5 minutes. Une évaluation finale du RSVP après la formation a été réalisée par les deux groupes et le temps de réponse, l'exactitude et l'identification des lettres ont été comparés entre et au sein des groupes de sujets, avant et après la formation. Les sujets qui ont effectué des exercices oculaires étaient plus précis dans la réponse aux lettres cibles séparées par un distracteur et dans l'identification des lettres dans l'évaluation RSVP post-formation, tandis que la latence des réponses était inchangée entre et au sein des groupes. Cela suggère que les exercices oculaires peuvent s'avérer utiles pour améliorer les performances cognitives sur les tâches liées à l'attention et à la mémoire au cours d'une très brève formation, et RSVP peut être une mesure utile de cette efficacité. Des recherches supplémentaires sont nécessaires sur les exercices oculaires pour déterminer s'ils constituent un traitement efficace pour les patients souffrant de troubles cognitifs et oculaires.

introduction

La vue est le sens le plus avantageux sur le plan de l'évolution pour les êtres humains. Il permet un traitement simultané, rapide et efficace des informations de l'environnement. Ces informations sont ensuite utilisées pour faciliter de nombreuses fonctions cognitives, telles que la perception des dangers possibles et l'apprentissage basé sur l'observation. Sur la base de l'immense confiance que nous avons dans notre vision, il n'est pas étonnant que de nombreuses techniques cliniques aient été développées pour évaluer et traiter une multitude de problèmes oculaires et liés aux yeux. Des exercices oculaires sont souvent prescrits en thérapie visuelle pour résoudre les problèmes liés à la vergence, aux troubles de la motilité oculaire, aux dysfonctionnements accommodatifs, à l'amblyopie, aux troubles d'apprentissage, à la dyslexie, à l'asthénopie, à la myopie, au mal des transports, aux performances sportives, à la stéréopsie, aux défauts du champ visuel et à l'acuité visuelle [1 ]. Des exercices oculaires sont également pratiqués pour améliorer les performances sportives et utilisés pendant le yoga pour favoriser le bien-être général [2] . Cependant, il existe peu d'études sur l'évaluation des résultats et de l'efficacité de ce type de thérapie [1] , [3] - [9] . Une de ces études a révélé un effet mesurable de l'exercice oculaire chez les patients ayant des problèmes de convergence [10] . Des recherches supplémentaires suggèrent que l'exercice oculaire facilite l'amélioration des compétences stéréoscopiques et des restes du champ visuel après une lésion cérébrale [11] ; et il y a eu des preuves pour lier l'attention visuelle et la mémoire de travail visuelle (pour un examen, voir [12]). En dehors de ces domaines, il n'existe aucune autre recherche impliquant l'exercice de l'œil comme un traitement efficace pour d'autres types de déficits visuels ou cognitifs. En dépit de ce manque de recherche évaluée par les pairs empiriques, l' exercice de l' oeil reste une technique / thérapie populaire démontrée par une recherche Google de « l' exercice des yeux » réalisée en Avril 2009 , qui a abouti à 13.400.000 résultats, et 244,000,000 résultats lorsqu'il est recherché à nouveau le 3 Avril rd 2012.

Le type de thérapie visuelle le plus populaire est peut-être la technique «Voir clairement» établie par l'ophtalmologiste William Horatio Bates [2] . Son livre, The Cure of Imperfect Sight by Treatment without Glasses [13] , met en évidence un large éventail d'exercices thérapeutiques oculaires possibles, dont l'un oblige les patients à déplacer leur fixation entre deux cibles à plusieurs reprises sans regarder. Ceci est destiné à détendre l'œil et à corriger les erreurs de réfraction conduisant à une meilleure vision. Essentiellement, la technique d'exercice oculaire de Bates utilise des mouvements oculaires saccadiques rapides dans le but d'améliorer l' acuité visuelle , mais il n'y a aucune discussion dans son travail sur la façon dont les saccades affectent l' attention visuelle .. À travers une revue de la littérature historique et notre recherche actuelle, nous avons l'intention d'éclairer le mystère de l'entraînement des mouvements oculaires et sa relation avec l'attention visuelle

Des preuves dans le domaine de la recherche sur la vision ont suggéré que les champs oculaires frontaux (FEF), une région oculomotrice du cortex prémoteur, sont d'une importance primordiale lors de la production volontaire de saccades chez l'homme et les primates non humains [14] - [16] . Les pro-saccades sont de petits mouvements oculaires saccadés vers un objet ou un signal. Les anti-saccades sont, par définition, des changements de regard dans la direction opposée d'un signal de stimulation présenté [17] - [20] . Munoz et Everling [21]a examiné l'activité d'un seul neurone dans le FEF et a constaté qu'il était responsable du contrôle volontaire des mouvements oculaires anti-saccades, qui sont guidés par des instructions et un contrôle attentionnel. De plus, l'inactivation du FEF par injection chimique a entraîné l'abolition des saccades volontaires vers le champ visuel controlatéral [22] . Il est également démontré que la FEF est impliquée dans des tâches d'attention visuelle [16] , [23] , [24] . Ainsi, nous pouvons raisonnablement soupçonner que la performance de saccades répétées aura un effet mesurable sur le réseau d'attention visuelle en fonction de l'amplitude et de la fréquence des saccades. Les synapses des neurones étant dynamiques et adaptatives [25] , [26], il est théoriquement possible d'améliorer les performances d'une tâche d'attention visuelle en renforçant les connexions des neurones par l'exercice oculaire saccadique sur une courte période de temps, comme quelques heures ou même quelques minutes.

Une étude récente de Dyckman et McDowell [27]impliquait de former les participants à l'une des trois tâches de mouvement oculaire (anti-saccade, pro-saccade ou fixation). Les participants formés à la tâche pro-saccade ont fait plus d'erreurs lors des tests anti-saccade ultérieurs, tandis que les sujets formés à la tâche de fixation n'ont montré aucun changement d'erreurs pendant les sessions de test pro-anti-saccade. Les sujets qui ont suivi une formation anti-saccade ont diminué les erreurs tout en conservant la même vitesse. Ces résultats suggèrent que la pratique délibérée des mouvements oculaires peut altérer les performances anti-saccade lors de tests ultérieurs, et l'amélioration de la précision démontrée dans le groupe de formation anti-saccade n'était pas un compromis pour la vitesse. En outre, il a été affirmé que la direction de l'effet de la pratique dépend du type de tâche de formation que l'on entreprend de telle sorte que la performance des sujets améliore la tâche sur laquelle ils ont été formés. Bien qu'il ait été démontré que les effets de la pratique de la saccade altèrent ses performances aux tests anti-saccade, beaucoup de choses restent floues concernant ses effets sur les performances de l'attention visuelle et l'implication putative de la région FEF par rapport aux effets de la pratique de la saccade et de l'attention visuelle. Ce que ces études soulignent, cependant, c'est la nature hautement plastique du cerveau et du système visuel, qui peut s'adapter à différentes exigences avec une formation suffisante. beaucoup reste flou concernant ses effets sur la performance de l'attention visuelle et l'implication putative de la région FEF en relation avec les effets de la pratique de la saccade et l'attention visuelle. Ce que ces études soulignent, cependant, c'est la nature hautement plastique du cerveau et du système visuel, qui peut s'adapter à différentes exigences avec une formation suffisante. beaucoup reste flou concernant ses effets sur la performance de l'attention visuelle et l'implication putative de la région FEF en relation avec les effets de la pratique de la saccade et l'attention visuelle. Ce que ces études soulignent, cependant, c'est la nature hautement plastique du cerveau et du système visuel, qui peut s'adapter à différentes exigences avec une formation suffisante.[25] , [28] (pour revue, voir [29] ).

À notre connaissance, il n'existe aucune étude qui évalue les changements de l'attention visuelle et de la mémoire après un entraînement visuel avec des exercices oculaires. La majorité des études évaluant la progression des problèmes liés à la vision utilisent la liste de contrôle subjective de la qualité de vie du College of Optometrists in Vision Development (COVD) [30] . Le questionnaire en 30 éléments demande aux patients de saisir la fréquence des problèmes personnellement vécus liés aux domaines physique-professionnel (mobilité), d'intégration sociale (relations personnelles), de sensation somatique (symptômes physiques) et psychologique (satisfaction de vie globale). Des études sur des patients qui subissent ce traitement lors de l'évaluation avec la liste de contrôle COVD montrent une diminution des symptômes subjectifs et une amélioration de la qualité de vie globale [31]Cependant, il n'y a aucune évaluation des changements neuronaux comportementaux ou putatifs quantitatifs dans les problèmes liés à la vision que les sujets présentent.

En raison du manque d'améliorations évaluées de la vision, de l'attention et de la mémoire de travail après une intervention thérapeutique, la présente étude a été conçue dans le but d'étudier si les exercices oculaires en tant qu'entraînement visuel influencent les performances d'une tâche d'attention visuelle. Dyckman et McDowell [27] ont indiqué que leur effet d'entraînement observé peut être quantifié en aussi peu que 3 jours. Cependant, la présente étude tentera de démontrer des améliorations de l'attention visuelle après seulement 18,5 minutes d'exercices oculaires, mesurés par une présentation visuelle en série rapide (RSVP). Joseph, Chun et Nakayama [32]a démontré que RSVP est un outil sensible capable de mesurer l'attention visuelle grâce à l'identification des lettres. Cet outil est particulièrement adapté à la présente enquête, qui fournit une quantité limitée mais suffisante de formation visuelle dans un paradigme expérimental qui peut être facilement reproduit et effectué en moins de 20 minutes. Notre paradigme divisera les sujets en deux groupes en fonction de leur condition d'entraînement: un groupe d'exercice oculaire actif et un groupe témoin qui effectuera des mouvements oculaires minimaux. Les deux groupes effectueront le RSVP deux fois (avant et après leurs conditions d'entraînement respectives), ce qui garantit que les effets d'entraînement liés à l'exposition au RSVP peuvent être éliminés et que toute différence dans les performances du RSVP peut ensuite être attribuée aux effets des exercices oculaires sur l'entraînement visuel. Suivant les hypothèses de Dyckman et McDowell[27] , nous émettons l'hypothèse que les participants qui subissent un exercice oculaire répondront au RSVP avec une plus grande précision lors d'une deuxième évaluation post-entraînement tout en conservant des temps de réponse similaires. De même, nous ne nous attendons pas à ce que le groupe témoin présente des changements de vitesse ou de précision au cours de la tâche RSVP suivante. Si une différence mesurable dans l'attention visuelle est effectivement détectée dans la tâche RSVP après l'entraînement, nous pouvons apporter des preuves supplémentaires de l'efficacité des exercices oculaires comme méthode utile pour améliorer le contrôle visuel et cognitif.

Les méthodes

Sujets

Vingt participants (10 femmes, âge moyen = 26,0, ET = 11,2) se sont portés volontaires pour la présente étude. Tous les participants étaient exempts de problèmes de mémoire et de problèmes de vision non corrigés. Les participants ont été assignés au hasard à l'un des deux groupes d'appariement selon l'âge et le sexe: le groupe expérimental (5 femmes, âge moyen = 27,3, ET = 11,2) ou le groupe témoin (5 femmes, âge moyen = 24,8, ET = 11,7). Ces groupes ont été exposés à deux conditions d'entraînement différentes, qui sont illustrées à la figure 1 pour le groupe d'exercices oculaires et à la figure 2 pour le groupe témoin.

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Figure 1. Conception expérimentale pour le groupe d'exercices oculaires.

Après une tâche RSVP de 10 minutes, les sujets du groupe d'exercices oculaires ont été invités à suivre une boîte mobile sur l'écran, effectuant efficacement de nombreux mouvements oculaires saccadés, avant d'être évalués dans une deuxième tâche RSVP.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0059244.g001

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Figure 2. Conception expérimentale pour le groupe témoin.

Après une tâche RSVP de 10 minutes, les sujets ont été invités à se fixer sur un clip vidéo présenté dans une très petite boîte à l'écran, effectuant efficacement une quantité très limitée de mouvements oculaires, avant d'être évalués dans une deuxième tâche RSVP.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0059244.g002

Déclaration éthique

La présente étude a été approuvée par le Conseil d'examen des sujets humains de l'Université York et menée conformément à la Déclaration d'Helsinki. Tous les participants ont donné leur consentement signé avant de participer à l'étude et étaient libres de se retirer à tout moment sans conséquences.

Présentation visuelle série rapide (RSVP)

Pour les groupes d'exercices oculaires et de contrôle, les participants ont été évalués en utilisant RSVP avant et après leurs conditions d'entraînement respectives. Dans RSVP, les 26 lettres de l'alphabet anglais sont présentées au hasard en noir (RVB: 0, 0, 0) ou blanc (RVB: 255, 255, 255) dans une zone grise de 30 × 30 pixels (RVB: 128, 128 , 128) au centre de l'écran. Les lettres noires sont des lettres non ciblées tandis que les lettres blanches représentent la cible à laquelle les sujets ont répondu en appuyant sur un bouton d'un clavier d'ordinateur. Chaque lettre est présentée pendant 33 ms suivie d'une case vide de 50 ms. Un essai commence par la présentation de 5 à 10 lettres non cibles suivies d'une lettre cible. Après la présentation de la première lettre cible, 0 à 4 lettres non cibles supplémentaires sont affichées avant la lettre cible suivante. 2 ou 3 lettres cibles sont affichées par session avant de conclure avec 14 lettres non cibles. Cette séquence est répétée 10 fois au total pour constituer un essai. Nos sujets ont été exposés à 12 essais au total. Notre tâche RSVP reproduit celle utilisée par Joseph et ses collègues[32] , sauf que notre paradigme comprend des deuxième et troisième lettres cibles supplémentaires qui sont présentées au hasard dans les essais de chaque session. Cela visait à garantir que chaque session présentait au hasard 2 ou 3 lettres cibles et que les participants n'étaient pas en mesure de prédire combien de fois ils devaient répondre. L'expérience totale se compose de 12 essais, chacun composé de 10 sessions (1 session = 5−10 non cible, cible, [0–4 non cible, cible] × 1 ou 2 randomisés, 14 non cible) ( Figure 3). Le temps total pour toute l'expérience de la tâche RSVP modifiée est d'environ 10 minutes. Nous voulions mesurer trois aspects de la performance des sujets dans la tâche RSVP: le temps de réaction pour répondre aux lettres cibles, la précision dans la réponse aux lettres cibles et la précision dans l'identification de la lettre cible finale à chaque dixième session.

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Figure 3. Paradigme expérimental pour la tâche RSVP modifiée.

Toutes les lettres ont été présentées à la fixation centrale, les lettres cibles apparaissant en blanc et les lettres non cibles apparaissant en police noire.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0059244.g003

Identification de la lettre

En développant la tâche RSVP présentée par Joseph et al. [32] nous avons incorporé une instruction pour identifier les lettres cibles observées lors de chaque dixième session. Les participants ont été invités par un écran d'instructions pour indiquer les lettres présentées et ont eu du temps supplémentaire (15 secondes) pour indiquer les lettres à l'aide du clavier de l'ordinateur. Le but de cette évaluation était de déterminer si l'exercice oculaire facilitait l'amélioration de la mémoire de travail visuelle mesurée par l'identification des lettres, et plus précisément du nombre de réponses correctes. Dans l'ensemble, l'identification des lettres a été requise 12 fois, une fois après la dernière session de chaque essai ( figure 3 ).

Tâche d'exercice oculaire

La condition expérimentale avait dix participants effectuer une tâche d'exercice oculaire actif, qui consistait à suivre un carré blanc sur un fond noir à travers une série de chemins décrits comme suit. Les participants devaient effectuer des mouvements oculaires saccadés tout en suivant le carré à travers un parcours de 5 huit figures horizontales, 5 grands rectangles décrivant le bord de l'écran, 5 huit figures verticales et 5 petits chemins rectangulaires. Ce cycle a été répété 4 fois. Le carré se déplacerait vers une nouvelle position toutes les 150 ms. La durée des exercices oculaires était de 18,5 minutes. Dans l'ensemble, suivre le carré aurait entraîné la performance de 7 740 mouvements oculaires saccadés, maximisant ainsi la quantité de mouvements oculaires effectués. L'expérimentateur a observé les yeux des sujets pendant toute la tâche pour s'assurer que les sujets participaient activement à la tâche. Tous les sujets ont respecté les instructions et ont été inclus dans l'analyse.

Tâche de contrôle

Le groupe de contrôle avait une condition de formation qui visait à minimiser la quantité de mouvements oculaires ou d'exercices auxquels les participants se livraient. À ce titre, la tâche de contrôle impliquait l'observation passive par les participants d'une séquence vidéo de 18,5 minutes (Shrek 3) sans son. Ce clip a été affiché dans une boîte de 50 × 50 pixels entourée d'un écran blanc. Les dimensions étaient délibérément petites pour minimiser les mouvements oculaires saccadés. On s'attendait à ce que tous les changements trouvés dans le groupe témoin soient dus aux effets de la tâche RSVP et peuvent donc être utilisés pour factoriser les effets de la pratique du groupe expérimental. L'expérimentateur a observé les yeux des sujets pour s'assurer que les sujets participaient activement à la tâche.

Résultats

Temps de réaction

Nous avons comparé le temps de réaction à la réponse aux lettres cibles dans la tâche RSVP avant et après la formation avec une ANOVA de mesures répétées et nous avons constaté qu'aucun des deux groupes ne s'écartait de leur temps de réaction avant la formation (formation et interaction des conditions de test: F (1,17 ) = 2,333, P = 0,145). Un participant du groupe témoin a été exclu de l'analyse en raison d'une mauvaise pression sur le bouton et d'une perte de données enregistrées. Les tests t de l' échantillon apparié révèlent que le temps de réaction moyen pour le groupe d'exercices oculaires ne différait pas du groupe témoin dans la tâche RSVP pré-entraînement ( t (8) = 0,429, P> 0,1) ou post-entraînement ( t (8) = 0,145, P> 0,1).

Précision de la réponse

La précision de la réponse a été analysée avec une ANOVA à mesures répétées 2 × 2 × 5 ( tableau 1 ). Seul l'effet principal du distracteur était hautement significatif (F (4,72) = 113,72, P <0,001, η 2   = 0,863), avec des augmentations attendues de la précision de la réponse, le nombre de distracteurs entre les lettres cibles passant de zéro à quatre. L'interaction distracteur * à l'entraînement approchait de la signification (F (4,72) = 2,175, P = 0,080) mais avait une grande taille d'effet (η 2  = 0,108), suggérant une influence sur la précision de la réponse par les effets d'entraînement ou les effets d'entraînement, vraisemblablement de la condition d'exercice oculaire. Cette présomption finale est renforcée par l'interaction significative de la distraction * (F (4,72) = 7,35, P <0,000), le groupe d'exercices oculaires surpassant le groupe témoin à deux (P = 0,022) et quatre (P =. 030) distracteurs (les deux valeurs de P ajustées avec une correction de Bonferroni). Bien que non significative, l'interaction formation * condition avait une taille d'effet moyenne (F (1,18) = 1,179, P = 0,292, η 2   = 0,061), et l'interaction à trois voies entre le groupe condition * formation * a également démontré une petite taille d'effet (F (4,72) = 0,363, P = 0,834, η 2   = 0,020).

Malgré le manque de signification statistique des interactions impliquées dans la formation de l'exercice oculaire, l'examen graphique des données ( figure 4 ) ainsi que le chevauchement des effets significatifs et des tailles d'effets notables nous ont incités à approfondir l'interaction à trois, car il s'agit de la la plus informative pour répondre à notre principale question de recherche: l'exercice oculaire améliore-t-il les performances sur les tâches cognitives de l'attention visuelle et de la mémoire? Les comparaisons par paires ajustées avec une correction de Bonferroni montrent une amélioration significative de la précision de la réponse pour le groupe d'exercices oculaires uniquement lorsqu'un distracteur est présenté entre les lettres cibles (P = 0,050) et approchait de la signification lorsque les lettres cibles étaient présentées séquentiellement (P = 0,079, noir et barres grises sur la figure 4). Le groupe témoin n'a pas réussi à s'écarter des performances de pré-entraînement quel que soit le nombre de distracteurs présentés entre les lettres cibles (P> 0,05). Pour clarifier les différences inhérentes à la précision des réponses entre les groupes avant la formation, nous avons effectué desANOVA unidirectionnelles pour chaque niveau de distracteur, qui a révélé que les sujets du groupe d'exercice oculaire étaient mieux à même de répondre aux lettres cibles séparées par quatre distracteurs (F (1,19) = 4,55, P <0,05), mais les groupes ne différaient pas précision avant l'entraînement dans les quatre conditions de distraction restantes (P> 0,1). Une mesure de performance composite comparant les réponses correctes aux fausses alarmes (FA, c'est-à-dire en appuyant sur la barre d'espace en réponse à des lettres non ciblées) révèle une influence minimale des FA sur la précision de la réponse (d ′ = 4,12 pré-formation pour les deux groupes, d ′ = 3,84 post-formation pour les deux groupes).

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Figure 4. Comparaison de la précision des réponses avant et après la formation aux lettres cibles entre les groupes.

Les sujets qui ont été formés à l'exercice des yeux (barres grises et noires) ont montré une amélioration significative dans la réponse aux lettres cibles séparées par un distracteur (condition `` Un '') après la formation à l'exercice des yeux, et approchaient de la signification lorsqu'ils répondaient à deux lettres cibles présentées séquentiellement (' Condition zéro). Cette amélioration n'a pas été montrée dans le groupe témoin (hachures croisées et barres blanches), et il n'y a eu aucun changement dans la précision des deux groupes de détecter des cibles séparées par plus d'un distracteur. * −P = 0,05,  −P = 0,079.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0059244.g004

Identification de la lettre

Les sujets du groupe d'exercice oculaire et du groupe témoin ont été évalués sur leur capacité à identifier correctement la lettre cible finale présentée dans chacun des douze essais par session RSVP. Un participant du groupe expérimental a été exclu de l'analyse en raison d'une mauvaise pression sur le bouton et du manque de données enregistrées. Une ANOVA à mesures répétées a révélé une augmentation significative de la précision de l'identification des lettres dans les deux groupes (F (1,17) = 5,138, P = 0,037), mais avec un effet d'interaction de la formation et de la condition approchant seulement la signification (F (1,17) = 3,598, P = 0,075). Lors de l'exploration plus approfondie de la nature de cette interaction, les comparaisons par paires révèlent que seuls les sujets formés avec des exercices oculaires actifs ont montré des améliorations significatives dans l'identification des lettres (P = 0,011),Figure 5 ). Tous les sujets ont obtenu des résultats bien supérieurs au taux de chance de deviner la bonne lettre tout au long de l'expérience (c.-à-d. 1/26 = 3,85%). et les groupes ne différaient pas dans la précision de l'identification des lettres avant la formation ( t (8) = −438, P> 0,1). Les analyses de sensibilité révèlent que seul le groupe expérimental a significativement réduit le nombre relatif d'erreurs dans leurs performances (d ′ = −0,04 pré-entraînement, d ′ = 0,77 post-entraînement, échantillons appariés t (8) = −2,92, P <0,01 ), tandis que la mesure de sensibilité du groupe témoin n'a pas changé de manière significative (d ′ = 0,07 avant l'entraînement, d ′ = −0,09 après l'entraînement, échantillons appariés t(9) = 0,738, P> 0,1). Les erreurs ont été classées comme des lettres incorrectes signalées (malgré une réponse correcte aux lettres cibles), aucune réponse et aucune lettre cible signalée, trop de lettres identifiées avec et sans réponses à chaque lettre cible, aucune lettre identifiée malgré des réponses correctes, aucune réponse et incorrectes lettres identifiées et aucune réponse mais identification correcte des lettres.

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Figure 5. L'influence des exercices oculaires sur l'identification des lettres.

Les sujets qui ont été formés avec des exercices oculaires ont montré une augmentation significative de la tâche d'identification des lettres après la tâche RSVP post-formation par rapport à l'identification des lettres effectuée après la tâche RSVP pré-formation. * −P <0,05.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0059244.g005

Discussion

Le but de la présente étude était de déterminer si les exercices oculaires altèrent les performances d'une tâche d'attention visuelle et de mémoire, ce qui suggérerait une thérapie visuelle comme un outil utile dans le traitement de problèmes cognitifs et oculaires similaires et connexes tels que l'amblyopie, la myopie, troubles d'apprentissage, mal des transports, stéréopsie, défauts du champ visuel et acuité visuelle. Des études antérieures ont examiné si la thérapie visuelle est un traitement efficace des problèmes oculaires [30]cependant, ces études n'ont évalué aucune amélioration des performances cognitives. À notre connaissance, aucune mesure quantitative directe de l'amélioration de la précision des mouvements oculaires ou du traitement des troubles cognitifs n'existe après une séance d'exercice oculaire. Pour effectuer une telle évaluation, nous avons choisi d'utiliser une tâche RSVP simple modifiée de celle utilisée par Joseph et al. (1997). En utilisant une tâche qui nécessite des ressources attentionnelles très élevées lors de la fixation centrale, nous pouvons conclure que toute amélioration significative des performances peut être attribuée à l'amélioration résultant de l'exercice oculaire. Ces améliorations peuvent être médiées par des changements à court terme de l'activité neuronale par l'amorçage induit par l'exercice oculaire et / ou la plasticité mécanique à court terme des régions frontales et pariétales et du colliculus supérieur, qui sont responsables de l'attention visuelle,[12] , [15] , [16] , [20] - [22] , [24] , [33] - [35] .

La plasticité neuronale est définie comme un changement dans l'activité et les connexions entre les populations de neurones à la suite d'une modification du comportement basée sur l'expérience. Surtout, la plasticité à court terme qui se produit sur une très courte période de temps, comme des minutes ou des heures, implique le contrôle et la régulation de l'activité dynamique [26] . Bien que la plasticité nécessite une activation neuronale excitatrice pour se produire, la première induit des changements dans les modèles d'activité neuronale en plus d'une amélioration des performances comportementales, qui sont toutes deux maintenues à long terme avec une pratique continue [26] , [27]Bien que nous n'ayons pas mesuré les changements de l'activité corticale dans notre prétendu réseau neuronal, des travaux antérieurs ont mis en corrélation l'amélioration des performances oculomotrices avec la plasticité neuronale à court terme [26] . Sur la base des améliorations comportementales observées dans la précision de la réponse et l'identification des lettres, nous pouvons en déduire que les exercices oculaires ont réussi à amorcer ce réseau par le biais d'une activité neuronale excitatrice qui, avec une pratique continue, pourrait potentiellement conduire à une plasticité à court terme du circuit oculomoteur. Ainsi, une brève série d'exercices oculaires peut faciliter l'amélioration des performances des tâches cognitives grâce à des changements à court terme de l'activité corticale, et pourrait s'avérer un traitement efficace à court terme pour d'autres troubles cognitifs et oculaires.

Il y avait au moins trois façons dont un sujet pouvait montrer une amélioration de l'attention visuelle sur l'évaluation RSVP: (a) un temps de réaction plus rapide lors de la réponse à une lettre cible, (b) une précision globale accrue dans la réponse aux lettres cibles, et (c ) amélioration de la précision de l'identification de la lettre cible.

Dans la présente étude, les temps de réaction n'étaient pas significativement différents dans la session post-formation par rapport à la pré-formation pour les deux groupes. L'absence de différence entre les deux groupes suggère que toute signification trouvée chez les sujets aurait été purement due aux effets de la pratique associés à l'expérience RSVP. Cette conclusion est conforme aux conclusions de Dyckman et McDowell [27] , car les sujets de leur expérience n'ont pas connu de changements dans le temps de réaction. Récemment, il a été suggéré que le temps de réaction améliore une tâche visuo-motrice procédurale avec la tolérance de sommeil après l'entraînement [36]Ainsi, les futures études devront peut-être incorporer un régime plus dispersé d'exercice oculaire avant que toute amélioration significative du temps de réaction puisse être observée. De plus, des études ont également montré que l'introduction de l'activité physique à une tâche de réponse visuelle peut améliorer le temps de réaction [37] . Une amélioration a été montrée non seulement sur les tâches nécessitant une réponse motrice (pression sur un bouton), mais également sur les processus cognitifs nécessitant une inhibition des actions motrices planifiées (suppression de la réponse à un signal inhibiteur). Les effets de l'exercice ont été observés pendant, immédiatement après et au moins 52 minutes après une activité intense sur un vélo d'exercice. Ainsi, les études futures devront peut-être incorporer un élément d'activité physique pour approfondir son interaction avec l'attention visuelle.

Il n'y a eu aucun changement à la précision globale en réponse aux lettres cibles pour le groupe témoin. Cependant, après un exercice visuel, il y a eu une augmentation significative de la précision uniquement en répondant à deux lettres cibles séparées par une lettre non cible (P = .050), et approchait de la signification lorsqu'il était présenté en séquence sans distracteur entre elles (P = 0,079, figure 4 ). De plus, toutes les analyses des effets principaux et des effets d'interaction, y compris le facteur de formation, ont montré des amplitudes d'effets très faibles mais notables ( tableau 1).). Bien que nous ayons émis l'hypothèse que les sujets formés aux exercices oculaires montreraient une plus grande précision dans la réponse aux lettres cibles que les contrôles, nous ne nous attendions pas à ce que les améliorations se produisent uniquement aux deux premiers niveaux de nos cinq conditions de distraction. Nous pensons que l'amélioration de la détection des indices visuels après une période relativement brève (18,5 minutes) d'exercice oculaire au cours des deux présentations en série les plus rapides des lettres cibles (présentées entre 50 et 133 ms d'intervalle) reflète peut-être les preuves les plus solides pour l'amélioration de l'attention visuelle après exercices pour les yeux. Le fait que les sujets formés avec des exercices oculaires aient pu améliorer considérablement leurs performances dans l'un des deux niveaux les plus rapides de la tâche RSVP suggère un niveau élevé de réactivité et d'adaptabilité des systèmes visuomoteur et attentionnel, connecté par un réseau neuronal commun et amorcé putativement par des exercices oculaires. Le fait que les groupes expérimental et témoin ne diffèrent pas à des niveaux plus élevés de la condition de distracteur pourrait refléter des effets de plafond pour les temps de réaction aux lettres cibles présentées avec deux ou plusieurs distracteurs entre eux (c'est-à-dire au moins 216 ms entre la présentation de deux lettres cibles). Cette constatation est conforme à celle de Dyckman et McDowell[27] résultats, qui démontrent que la précision de la réponse s'est améliorée avec l'exercice oculaire. Bien que notre tâche d'exercice n'ait impliqué que des mouvements oculaires pro-saccadiques pour s'entraîner à répondre à un signal visuel sous la forme d'une pression sur un bouton, des recherches antérieures ont utilisé la fixation, la formation anti-et pro-saccadique pour examiner les changements de précision de la réponse souhaitée, qui dans leur étude était l'exécution d'une anti-saccade. Malgré les différences dans les paramètres de formation et d'évaluation, nos résultats suggèrent ensemble une interaction globale entre les mouvements oculaires et une meilleure précision des tâches visuelles. Cependant, Dyckman et McDowell [27] ont trouvé une différence mesurable dans la formation d'anti-saccades après un minimum de trois jours, alors que notre étude a trouvé des améliorations significatives après seulement une courte période d'entraînement (18,5 minutes).

Un mécanisme neuronal probable pour faciliter l'amélioration observée de la précision de la réponse à la suite d'exercices oculaires peut être déduit d'études examinant l'intégration transsaccadique, le traitement de l'information visuelle le long du trajet d'un mouvement oculaire, qui ont démontré la capacité accrue de reconnaître les caractéristiques des éléments présentés. objets sur un test de reconnaissance post-saccadique [38]Les processus cognitifs impliqués dans la reconnaissance de la forme, de la couleur ou d'autres caractéristiques d'un objet peuvent également servir de médiateur pour la reconnaissance des lettres cibles et non cibles, comme cela était requis dans notre tâche RSVP. Nous avons trouvé des résultats très similaires dans une précédente étude IRMf de l'attention divisée. En utilisant la même tâche RSVP utilisée dans cette étude pendant que les sujets effectuaient des pro- et anti-saccades, l'activité dépendante du niveau d'oxygène dans le sang (BOLD) a augmenté dans les régions oculomotrices du cortex préfrontal (PFC), y compris les champs oculaires frontaux et dorsolatéraux PFC. De plus, une latence de saccade plus longue et plus d'erreurs ont été produites dans les essais anti-saccade avec des temps d'instruction courts (200–250 ms) [35]Le fait que la présente enquête ait montré des améliorations significatives de la précision de la réponse lors de présentations courtes et successives de lettres cibles (espacées de 50 à 133 ms) pourrait refléter une plasticité à court terme et une amélioration des signaux neuronaux dans le circuit cortical oculomoteur en raison d'une brève période d'entraînement d'exercices oculaires. . Une autre preuve à l'appui de ce mécanisme neuronal putatif dans la médiation d'une précision accrue pour la reconnaissance d'objets, tels que des mots entiers, provient d'une étude de Lyle et ses collègues [39] qui montre un meilleur rappel d'un mot après 30 secondes de mouvements oculaires horizontaux précédés par le étude d'un tableau de mots [39] .

Parce que les recherches passées ont trouvé la poursuite d'un carré en mouvement à travers un chemin de cercle pour stimuler la créativité (en particulier, l'originalité et la flexibilité), il n'est pas surprenant que les mouvements des yeux puissent également influencer les zones cognitives [40] . Notre étude a comparé les améliorations de la précision de l'identification des lettres entre les groupes. Après des exercices oculaires, une amélioration significative de l'identification des lettres a été trouvée (P <0,05, d ′ = −0,04 avant l'entraînement, d ′ = 0,77 après l'entraînement). Cette amélioration de la précision n'a pas été observée dans notre groupe témoin, qui a réalisé un niveau similaire à leur évaluation pré-entraînement. Cela est conforme aux recherches antérieures, qui ont montré que les mouvements oculaires horizontaux amélioraient également le rappel des événements de laboratoire et quotidiens [41]Cependant, cela a été trouvé uniquement pour la formation de saccades horizontales, et non pour les saccades de poursuite verticales ou lisses. Un mécanisme possible pour cette amélioration a été suggéré par Murray, Beutter, Eckstein et Stone [42] . Lors d'une tâche de recherche visuelle, ils ont démontré que pendant la formation d'une saccade, on pouvait évaluer des objets visuels en fonction de la forme. À partir de ces résultats, nous pourrions déduire que les mouvements oculaires augmentent la capacité à identifier un changement dans la forme de la lettre. En effet, il a été constaté dans notre étude que les participants avaient des performances bien supérieures à la chance d'observer un changement de lettre plutôt que de couleur. Si les participants n'étaient pas en mesure d'identifier le changement de lettre, ils devineraient avec un taux de précision de 3,8% (1/26 lettres en alphabet anglais). Une étude de Brunye, Mahoney, Augustyn et Taylor [43]soutient cette affirmation en constatant que les mouvements oculaires horizontaux améliorent la détection des changements dans les informations de point de repère, en particulier les formes et les emplacements des objets. Cependant, leurs résultats n'étaient applicables qu'aux mouvements oculaires horizontaux, en raison d'un effet négligeable dans les saccades verticales et la fixation, et ont examiné des indices visuels beaucoup plus complexes. Ensemble, ces enquêtes de leurs perspectives différentes respectives prouvent toutes une activation cérébrale interhémisphérique accrue avec la performance de mouvements oculaires horizontaux bilatéraux répétés.

Une autre interaction intéressante entre la reconnaissance d'objet et les mouvements oculaires provient de la recherche sur l'interférence du traitement neuronal à la suite de clignements des yeux. Comme l'ont démontré Thomas et Irwin [44] , les clignements oculaires volontaires ont interféré avec l'identification des objets lors de rapports partiels trans-saccadiques. Ils ont appelé ce phénomène la suppression des clignements cognitifset postulé que ce processus entrave le traitement neuronal des stimuli visuels. En relation avec notre étude, un processus suppressif similaire peut exercer une influence sur la précision de l'identification des lettres. Cependant, notre étude n'a pas impliqué de clignements volontaires, et nous n'avons pas utilisé de mécanisme de suivi des yeux pour suivre les clignements des yeux pendant l'expérience. De futures études pourraient incorporer ces éléments pour fournir des éclaircissements potentiels sur cette interaction. De plus, nos futures études examineront l'élargissement de la dilatation des pupilles, qui s'est maintenant révélée co-activée lors de la stimulation d'une structure cérébrale impliquée dans l'attention et les mouvements oculaires chez les primates non humains [45]Cependant, nous ne pensons pas que ce phénomène soit un facteur influent dans l'explication de nos résultats car les sujets n'étaient pas tenus d'effectuer des mouvements oculaires pendant la tâche RSVP.

Plus récemment, il a été démontré que les saccades verticales améliorent les performances de récupération des éléments, les tests d'association de paires et le rappel des informations contextuelles, à la fois intrinsèques (couleur) et extrinsèques (localisation spatiale) [46] . De plus, des études de poursuite en douceur chez des enfants d'âge préscolaire ont mis en corrélation l'incapacité de suivre le signal d'un instructeur avec des scores plus faibles aux tests cognitifs de conscience phonologique, de copie de chemin et de reconnaissance de lettres [47] . C'est pour montrer que ces types de mouvements oculaires méritent une étude plus approfondie pour clarifier leur implication dans l'amélioration de la cognition.

Avec nos résultats, nous utilisons ces lignes de recherche pour proposer un mécanisme neuronal sous-jacent qui facilite l'amélioration de l'attention visuelle et de la mémoire après des exercices oculaires, même lorsqu'ils sont effectués pendant une très courte période d'entraînement. Les régions fonctionnelles communes du cortex ont été activées lors de tâches de déplacement de l'attention visuelle et des mouvements oculaires. Ce vaste réseau comprend le sulcus temporal supérieur (STS), le sulcus intrapariétal (IPS), et des parties du sulcus précentral et du gyrus frontal médial [33]Il est important de noter que ces enquêteurs n'ont pas examiné les changements de précision ou de temps de réponse au cours de l'exécution de la tâche (c.-à-d. Avec le temps, en tenant compte de la pratique ou des effets de plafond). Cependant, dans la mesure où ils se rapportent à notre enquête, l'activation continue et synchrone de ce réseau pendant la brève tâche de l'exercice oculaire peut avoir été suffisante pour faciliter la plasticité à court terme [34] . De même, l'exercice oculaire peut induire une potentialisation neuronale, «accélérant» efficacement les signaux oculomoteurs préparatoires dans le cortex préfrontal dorsolatéral et les champs oculaires frontaux [20] , amorçant ces circuits neuronaux préexistants pour faciliter l'amélioration de la précision de la réponse observée dans nos résultats.

Nous postulons en outre qu'un mécanisme similaire peut être attribué à l'amélioration observée dans l'identification des lettres pour le groupe d'exercices oculaires, avec des recherches antérieures montrant des liens entre les régions liées à la mémoire de travail, l'attention et les mouvements oculaires [12] . Bien que ces investigations examinent la mémoire spatiale et non la mémoire déclarative comme dans le rappel d'une lettre cible présentée, elles impliquent la zone intrapariétale latérale comme médiateur attentionnel des mouvements oculaires, qui sont exécutés par le colliculus supérieur [12]L'entraînement avec l'exercice oculaire pourrait également induire une plasticité à court terme et / ou une potentialisation de la connexion des signaux axonaux dans ce réseau cortical, améliorant la disponibilité des ressources neuronales dans la partie identification des lettres de la tâche RSVP post-entraînement. À son tour, cet amorçage pourrait faciliter l'amélioration de l'identification des lettres observée dans nos résultats.

Les résultats de notre expérience ont révélé une amélioration des performances pour la détection de cibles visuelles lorsqu'elles sont présentées en succession très rapide (c'est-à-dire séparées par un ou aucun distracteur) à la suite de mouvements oculaires répétitifs. Bien que la tâche RSVP n'ait pas montré de différence dans le temps de réaction après les exercices oculaires, il y avait une augmentation significative de la précision de l'identification des lettres dans le groupe expérimental seulement. Théoriquement, ces résultats suggèrent qu'un réseau cortical commun qui assure la médiation de la cognition, de l'attention et du comportement oculomoteur est capable de subir une plasticité à très court terme, ce qui améliore à son tour les performances ultérieures sur les tâches connexes. Cependant, davantage de recherches doivent être effectuées avant que l'identification des lettres par RSVP puisse être considérée comme un outil approprié pour mesurer la progression de la thérapie visuelle, et si la thérapie visuelle est l'option la plus efficace pour les déficiences cognitives et oculaires. D'autres examens pourraient intégrer le suivi oculaire et un régime d'entraînement visuel plus dispersé pour clarifier les effets que la thérapie visuelle peut avoir sur l'exécution des tâches cognitives