DE3702528A1

DE3702528A1 - Verfahren und system zum bestimmen des vorhandenseins verschiedener neurologischer beeintraechtigungen, insbesondere von dyslexie

Info

Publication number: DE3702528A1
Application number: DE19873702528
Authority: DE
Inventors: George Pavlidis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-01-28
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1987-07-30
Also published as: GB2185815A; GB8701829D0; JPS62249637A; FR2593381A1; CA1304788C; US4889422A; GB2185815B; FR2593381B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Diagnose verfahren und eine Diagnosevorrichtung zur Ermittelung verschiedener neurologischer Zuständen, einschließlich der Dyslexie bzw. Leseschwäche. Die Vorrichtung ist be sonders brauchbar für Diagnosetests von Dyslexie auf der Grundlage von Nicht-Lese-Aufgaben, die unabhängig von Leseerfahrungen sind.

Die Dyslexie bzw. Leseschwäche zieht das Leben von Millionen von Menschen weltweit in Mitleidenschaft und bringt häufig verheerende psychologische, soziale und ausbildungsmäßige Konsequenzen mit sich. Die be treffende Erscheinung ist außerdem eine der am meist umstrittensten Themen auf den Entwicklungsgebieten der Neurologie, Psychologie und Ausbildung. Die Kontroverse ergibt sich aus der unvollständigen Definition des Dyslexie-Syndroms sowie aus zueinander widersprüchlichen Theorien, die deren Ursachenforschung umgeben.

Ein Hauptunterschied zwischen der Dyslexie bzw. Lese schwäche und anderen Unfähigkeiten zu lesen besteht darin, daß im Unterschied zur Dyslexie bzw. Leseschwäche die anderen Kategorien der Leseschwäche auf der Grund lage von neurologischen, intelligenzmäßigen, sozio ökonomischen, ausbildungsmäßigen und psychologischen (motivationsmäßigen, emotionalen) Faktoren vorhergesagt werden können, die als für den Leseprozeß nachteilig bekannt sind. Wenn beispielsweise ein Kind Probleme in einem oder mehreren der oben erwähnten Bereiche hat, ist bezüglich dieses Kindes zu erwarten, daß es Leseprobleme hat. Das Ausmaß der Leseunfähigkeit wird durch die Stärke und die Anzahl der einbezogenen Fak toren bestimmt.

Wenn im Unterschied dazu ein Kind keine der oben er wähnten Probleme hat, wird bezüglich dieses Kindes er wartet, daß es ein normaler Leser ist bzw. wird. Kinder werden derzeit als mit Dyslexie bzw. Leseschwäche be haftet dann klassifiziert, wenn ihre Schwäche, Lesen zu lernen, nicht durch Schwierigkeiten aufgrund irgend welcher bekannter Anlässe für schlechtes Lesen vorher gesagt werden kann. Psychologische, sozio-umgebungs mäßige, ausbildungsmäßige und Intelligenzfaktoren rufen nicht Dyslexie bzw. Leseschwäche hervor, obwohl sie zu deren Verstärkung oder Verbesserung beitragen können. Die Ursachen für Dyslexie bzw. Leseschwäche sind unbe kannt, und es existiert weitgehend unterschiedliche Auffassung bezüglich der Definition bzw. Dyslexie bzw. Leseschwäche. Der Mangel an Wissen bezüglich der Ur sachen für Dyslexie bzw. Leseschwäche hat die Annahme von Definitionen verstärkt, die auf Ausschließlich keitskriterien basieren. Die Diagnose von Dyslexie bzw. Leseschwäche durch Anwendung der Ausschließlich keitskriterien verzögert Diagnosen um zumindest 1,5 bis 2 Jahre nach dem Schulbeginn. Dies führt generell zur Entwicklung von psychologischen Problemen, die für Leseschwäche sekundär sind, und bringt eine begrenzte Wirksamkeit der der verzögerten Diagnose folgenden Behandlung mit sich. Darüber hinaus können Kinder der zeit nicht unzweideutig als mit Dyslexie bzw. Lese schwäche behaftet diagnostiziert werden, wenn sie

a) vor Schulbeginn psychologisch nicht einge gliedert sind,
b) einen nachteiligen soziokulturellen Hintergrund haben,
c) ausbildungsmäßig einen Verlust aufweisen oder
d) eine niedrige Intelligenz aufweisen.

Es ist daher wünschenswert, eine Definition zu entwickeln, mit der Dyslexie bzw. Leseschwäche auf der Grundlage des positiven Verhaltens, von psychologischen und/oder neurophysiologischen Symptomen, wie einem abnormalen EEG oder aufgrund von hervorgerufenen potentiellen und/oder sprunghaften Augenbewegungen identifiziert werden kann. Ein Hauptvorteil einer positiven Definition der Dyslexie bzw. Leseschwäche liegt darin, daß dies eine unzweideutige Diagnose bei Kindern mit nachteili gem sozio-kulturellem und ausbildungsmäßigem Hinter grund ermöglichen würde sowie bei Kindern, die psychologisch gestört sind oder eine niedrige Intelligenz haben.

Der Anmelder hat zuerst eine Beziehung zwischen den regellosen bzw. sprunghaften Augenbewegungen und Dyslexie bzw. Leseschwäche an der Universität von Manchester in England festgestellt. Die erste bekannte Publikation dieser Arbeit findet sich in "Manchester Evening News" am 19. April 1978. In diesem Artikel war ein Reiztest angegeben, bei dem eine Reihe von Lichtern verwendet wurde, die von links nach rechts aufblitzten. Ferner waren ein Augenbewegungsdetektor sowie ein spezieller Videomonitor vorgesehen, der Echo zeichen lieferte, die exakt eine Anzeige dafür liefer ten, wohin der Patient schaute. Nach diesem Artikel hat es sich einfach ergeben, daß die Patienten, die Dyslexie aufwiesen, unfähig waren, den Lichtern richtig zu folgen, während die Kontrollgruppe der Normalleser ohne irgendeine Schwierigkeit mitkam.

Der Anmelder verfaßte während seiner Tätigkeit an der Universität von Manchester einen Artikel darüber, wie das Auge erfaßt werden kann. Dieser Artikel wurde ver öffentlicht in "Nursing Mirror", 31.1.1980, Vol. 150, Seiten 24 bis 27. Dieser Artikel richtet sich auf ver schiedene Arten von bekannten Augenbewegungsdetektoren, auf deren Vorteile und deren Nachteile. In diesem Artikel ist auf direkte fotografische Aufzeichnung, auf die Hornhautreflexion, auf Kontaktlinsen mit Spie geln oder eingebetteten Drahtspulen, auf fotoelektri schen Verfahren zur Ermittlung der Differenz im Reflexionsvermögen zwischen der dunklen Iris und der weißen Lederhaut des Auges sowie auf Elektrookulo grafie (EOG) hingewiesen worden. Der betreffende Artikel befaßte sich indessen nicht damit, die betrachteten Augenbewegungsdetektoren bei einer Dyslexie-Vorrichtung anzuwenden, obwohl verschiedene erwünschte Kriterien aufgeführt sind, die erforderlich sind, bevor ein Augen bewegungsdetektor in einer Vorrichtung zur Ermittlung von Dyslexie verwendet werden kann.

Der Anmelder hat ferner ein Buch mit dem Titel "Dyslexie Research and its Applications to Education" herausgegeben und zeichnet als Autor für ein Kapitel mit der Bezeichnung "Sequencing, Eye Movements and the Early Objective Diagnosis of Dyslexia". Dieses Buch ist in England vom Verlag John Wiley and Sons, Ltd. im Oktober 1981 veröffentlicht worden. In dem erwähnten Kapitel ist indessen keine spezielle Vorrichtung bzw. kein spezielles Verfahren zur Analyse der Augenbe wegung angegeben. Vielmehr befaßt sich das betreffende Kapitel ausführlich mit der Differenz in den Augenbe wegungsmustern zwischen Patienten mit Dyslexie und normalen oder langsamen Lesern. In dem erwähnten Kapitel ist eine sequentiell blitzende LED-Anzeige angegeben, die als visuelles Reizmittel für die Untersuchungen verwendet wurde.

In der US-PS 35 83 794 ist ein für das direkte Lesen vorgesehener Augenbewegungsmonitor angegeben, der zwei Fotozellen zur Überwachung der Augenbewegung verwendet und bei dem das Ausgangssignal des Augenbewegungsde tektors auf einem sich bewegenden Meßstreifen aufge zeichnet wird, um eine grafische Darstellung der Be wegung der Augen des Patienten zu liefern.

Der US-PS 36 79 295 ist eine automatische elektronische Lesemuster-Analysiervorrichtung zu entnehmen, die fotoelektrische Augenbewegungsmonitoren sowie eine Schaltungsanordnung zur Analyse des Ausgangssignals der betreffenden Monitoren verwendet, um die analysier ten Daten in lesbarer alphanumerischer Form bereitzu stellen. Dieses Patent beschreibt eine elektrische Vorrichtung zur Unterscheidung zwischen normalen Fort bewegungen, Fixierungen sowie Rückwärtsbewegungen und Rückführauslenkungen; diese Größen sind als die primären oder charakteristischen Augenbewegungen des Lesens be zeichnet. Die Vorrichtung unterscheidet dabei jedoch nicht zwischen ruckartigem Anhalten und verfolgenden Bewegungen, und darüber hinaus erscheint es so, daß die Abtastrate der betreffenden Vorrichtung nicht hinreichend schnell ist, um zwischen einer Verfolgung und einer Be trachtung zu unterscheiden. Bei einer 100-ms-Abtast rate wäre die Vorrichtung nicht imstande, viele der kleinen Augenbewegungen, einschließlich der zurück gehenden Betrachtungsbewegungen aufzulösen bzw. zu isolieren, die unter den Hauptcharakteristiken der Dyslexie-Augenbewegungsmuster auftreten.

In der US-PS 40 03 642 ist die Anwendung einer linearen Datenreihe gelehrt, um die digitale Verarbeitung des Ausgangssignals des Augenbewegungsdetektors zu er leichtern.

In der US-PS 44 74 186 ist ein rechnergesteuertes elektrookulografisches System mit einer Rückkopplungs steuerung für die Reizeinrichtung angegeben. Dieses Patent beschreibt den Einsatz eines Rechners zur Analyse des Ausgangssignals eines EOG-Detektors sowie zur Änderung des Reizes für den Betrachter in Überein stimmung mit den zuvor analysierten Testergebnissen. Die auf die Augenbewegungsdaten hin ausgeführte Analyse ist jedoch überhaupt nicht ähnlich mit der Analyse, welche durch die vorliegende Erfindung durchgeführt wird. Darüber hinaus ist derzeit ein EOG-System nicht empfindlich genug, um kleine Augenbewegungen zuver lässig festzustellen.

In den US-Patentschriften 38 42 822 und 39 52 728 sind verschiedene Arten von nichtmetrischen Dyslexie- Sichtungsvorrichtungen oder Prozeduren angegeben. In keiner dieser Patentschriften ist jedoch eine Vor richtung beschrieben, durch die die Augenbewegung des Patienten analysiert wird.

In der US-PS 41 02 564 ist die Analyse von Augenbe wegungen zur Ermittlung eines neurologischen Zustands insbesondere von Nystagmus bzw. Augenzittern angegeben, das spontane zittrige, kurze und krampfhafte Bewegungen der Augen aufweist.

In der US-PS 43 68 959 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Testen des Sehvermögens bzw. der Sehkraft angegeben, wozu der sichtbare Reiz geändert wird, um das Vorhandensein von Multipler Sklerose zu testen und zu ermitteln.

In der US-PS 42 37 383 ist ein mit hoher Ladegeschwindig keit arbeitendes Ausgangsregister einer CCD-Anordnung beschrieben, die eine Halbleiteranordnung im Abbildungs system verwendet. Diese Haltleiteranordnung weist einen hinreichend großen Lade- und Lesezyklus auf, um als Teil eines Augenbewegungsdetektors verwendet werden zu können, wie er für die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommt.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung von neurologischen Zu ständen, insbesondere der Dyslexie. Andere neurologische Zustände, die durch die vorliegende Erfindung ermittelt werden können, schließen Schizophrenie, Nystagmus, Auf merksamkeitsmangel, Trunkenheit, Hirnschädigung, Multiple Sklerose, Hirndystrophie sowie die Auswirkungen von bestimmten Drogen, wie von Valium, Amphetamine, Lithium, etc. ein.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Ver fahren zur Bestimmung des Vorhandenseins verschiedener neurologischer Schäden, einschließlich der Dyslexie, Schizophrenie, Multipler Sklerose, Alzheimers Krankheit, Parkinsonscher Krankheit, Hyperaktivität, Aufmerksamkeits mangel und temporäre neurologische Mängel, die sich aus Alkohol, psychotropen und stimulierenden Drogen ergeben. Dieses Verfahren umfaßt die Stimulierung der Augenbe wegung im auf die Schwäche bzw. den Schaden hin zu testendem Patienten, die Ermittlung der Augenbewegung im stimulierten Patienten und die Umsetzung der Größe und Richtung der Augenbewegung in ein elektronisches Signal, welches in bestimmten Intervallen abgetastet wird, wobei die dadurch gewonnenen Abtastproben in für die Augenpositionen kennzeichnende Daten umgesetzt werden. Die Datenabtastproben werden dann analysiert, um die ruckartigen Bewegungen und Fixierungen zu isolieren und die Anzahl der rückgeführten ruckartigen Bewegungen mit den vorgeführten ruckartigen Bewegungen zu ver gleichen, um das Vorhandensein der neurologischen Schwächen bzw. Mängel zu bestimmen.

Die Erfindung betrifft ferner ein automatisiertes System zur Bestimmung des Vorhandenseins von verschiedenen neurologischen Schwächen bzw. Mängeln, einschließlich der Dyslexie, Schizophrenie, Multipler Sklerose, Alz heimers Krankheit, Parkinsonscher Krankheit, Hyper aktivität, Aufmerksamkeitsmangel und temporärer neu rologischer Schwächen vom Alkohol, von psychrotropen und stimulierenden Drogen. Das System umfaßt eine Einrichtung zur Stimulierung eines bestimmten Augen bewegungsmusters bei einem auf den Mangel bzw. die Schwäche hin zu beurteilenden Patienten. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, mit der die Augenbewegung beim Patienten ermittelt wird, wozu die Einrichtung zur Stimulierung der Augenbewegung überwacht wird. Die be treffende Detektoreinrichtung gibt auf die genannte Bewegung hin ein elektrisches Ausgangssignal ab, welches eine Prozessoreinrichtung aufnimmt, die ferner eine Ab tasteinrichtung umfaßt, mit der das Ausgangssignal in bestimmten Intervallen abgetastet wird, um eine Reihe von aufeinanderfolgenden Augenpositionen zu erhalten. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, welche die auf einanderfolgenden Augenpositionen in für die Augenbe wegungen kennzeichnende Daten umsetzt. Schließlich ist eine Einrichtung vorgesehen, welche die Daten analysiert, die Augenbewegungen klassifiziert und zwischen ruckartigen Bewegungen und Fixierungen unterscheidet. Schließlich ist eine Ausgabeeinrichtung vorgesehen, welche die An zeige der Augenbewegungskategorien ermöglicht.

Das Ausgangssignal des Augenbewegungsdetektors wird mit einer sehr hohen Abtastrate abgetastet, d.h. mit einer Abtastrate von weniger als 10 ms. Ein Datensammelprogramm wird dazu benutzt, den Anfang und das Ende der jeweiligen Augenbewegung zu trennen und die dazwischenliegenden Daten unberücksichtigt zu lassen, um die Datenmenge zu reduzieren, die verarbeitet werden muß. Ein Lineari sierungsprogramm wird dazu benutzt, die aufgesammelten Daten in Übereinstimmung mit den Ergebnissen eines Eichtestes zu linearisieren, der vor der Aufzeichnungs periode durchgeführt wurde, und/oder mit gewissen Segmenten der Daten. Nachdem die Daten aufgesammelt und linearisiert sind, werden sie sodann analysiert, wobei der Beginn und das Ende der jeweiligen Bewegung als festliegende Bezugspunkte dienen. Das Programm trennt dann die Augenbewegungen in Fixierungen, ruck artige Bewegungen, Vergenzbewegungen, Verfolgungsbe wegungen (beide links und rechts) und Zwinkern auf. Darüber hinaus können spezielle Verfolgungsbewegungen oder ruckartige Bewegungen, wie eine Rückführbewegung, oder ein ruckartiges Eindringen in eine Verfolgungs aufgabe für unabhängige Bewertungen ebenfalls abgetrennt werden. Schließlich sind Einrichtungen vorgesehen, wel che die Ausgabedaten in einer Vielzahl von Art und Weisen anzeigen.

Individuen, die mangelnde Aufmerksamkeit haben, Schizo phrene und Betrunkene sind außerstande, das langsam sich bewegende Ziel mit einer Verfolgungsbewegung des Auges zu verfolgen; sie müssen sich vielmehr auf die kurzen ruckartigen Bewegungen abstützen, um das sich bewegende Ziel zu lokalisieren. Die Erfindung ist damit insbesondere zur Identifizierung von Personen geeignet, die Folge-, Aufmerksamkeits- und kognitive Defizite haben und deren motorische Steuerung ge schädigt ist. Die Vorrichtung ist insbesondere brauch bar zum Testen der persönlichen Toleranz für Alkohol, da die sprunghaften Augenbewegungen nicht nur während der Trunkenheit vorhanden sind, sondern auch bei Vor handensein von organischen Anlagen.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Datenverarbeitungssystem zur Implementie rung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Ansicht eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 veranschaulicht in einer isometrischen An sicht einen Patienten, der einen Augenbe wegungsdetektor trägt.

Fig. 4 zeigt in einer schematischen Ansicht eine elektronische Schaltungsanordnung, die in dem in Fig. 3 dargestellten Augenbewegungs detektor verwendet wird.

Fig. 5a veranschaulicht in einer schematischen Dar stellung den Verlauf des Spannungspegels in einem der Datenkanäle für den in Fig. 2 und 3 dargestellten Augenbewegungsdetektor.

Fig. 5b zeigt in einem Diagramm den Verlauf des elektrischen Signals in einem der Differen tial-Kanäle des in Fig. 2 und 3 dargestell ten Augenbewegungsdetektors.

Fig. 5c zeigt in einer schematischen Ansicht den Verlauf des Spannungspegels in einem Reiz kanal, und zwar in Beziehung zu dem Daten kanal und dem Differential-Kanal.

Fig. 6 zeigt in einer Draufsicht eine alternative Ausführungsform des Augenbewegungsdetektors.

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 6 dar gestellten Augenbewegungsdetektors.

Fig. 8 veranschaulicht in einer schematischen An sicht einen noch weiteren alternativen Augenbewegungsdetektor, bei dem eine Halb leiteranordnung verwendet ist.

Fig. 9 zeigt in einer Seitenansicht einen eine Halbleiteranordnung verwendenden Augen bewegungsdetektor.

Fig. 10 zeigt in einer schematischen Ansicht eine alternative Ausführungsform des eine lineare Diodenreihe verwendenden Augenbewegungs detektors.

Fig. 11a veranschaulicht auf einem Meßstreifen ein Augenbewegungsmuster eines normalen Lesers von links nach rechts.

Fig. 11b veranschaulicht auf einem Meßstreifen das Augenbewegungsmuster eines langsamen Lesers von links nach rechts.

Fig. 11c zeigt auf einem Meßstreifen die Augenbe wegung eines mit Dyslexie behafteten Lesers von links nach rechts.

Fig. 11d zeigt auf einem Meßstreifen die Augenbewegung eines normalen Lesers, der einem sequentiell sich bewegenden visuellen Lichtreiz folgt.

Fig. 11e zeigt auf einem Meßstreifen die Augenbe wegung eines Dyslexie aufweisenden Lesers, der einem sequentiell sich bewegenden visuellen Lichtreiz folgt.

Fig. 12a zeigt in einem Computerausdruck die relative Augenposition eines Dyslexie habenden Lesers während des Lesens zweier Textzeilen, wobei die vertikale Achse die Zeit darstellt.

Fig. 12b veranschaulicht in einem entsprechenden Computerausdruck die relative Augenposition eines normalen Lesers während des Lesens von fünf Textzeilen.

Fig. 13a veranschaulicht in einer schematischen Dar stellung die Verfolgungs-Augenbewegung, welche einem sich in einem sinusförmigen Muster bewegenden Ziel bzw. Target folgt.

Fig. 13b zeigt in einer schematischen Darstellung die Augenbewegung eines schizophrenen, hin sichtlich der Aufmerksamkeit behinderten, hyperaktiven oder betrunkenen Patienten während des Versuchs, einem sich in einem sinusförmigen Muster bewegenden Target zu folgen.

Fig. 14 veranschaulicht in einem System-Flußdiagramm ein Datensammelprogramm für die Verwendung in Verbindung mit dem in Fig. 3, 4, 6 und 7 dargestellten Augenbewegungsdetektor.

Fig. 15 zeigt in einem System-Flußdiagramm ein alternatives Datensammelprogramm für die Verwendung in Verbindung mit dem in Fig. 6 bis 10 dargestellten Augenbewegungsdetektor.

Fig. 15a veranschaulicht in einem System-Flußdiagramm ein Echtzeit-Datensammelprogramm für die Speicherung sämtlicher Werte.

Fig. 16a veranschaulicht in einem System-Flußdiagramm den ersten Teil eines Datenanalyseprogramms, welches die gesammelten Daten erhält und zwischen Fixierungen und Augenbewegungen unterscheidet.

Fig. 16b veranschaulicht in einem System-Flußdiagramm den zweiten Teil des Datenanalyseprogramms, welches die gesammelten Daten hinsichtlich Fixierungen und Augenbewegungen bewertet.

Fig. 16c veranschaulicht in einem System-Flußdiagramm den dritten Teil eines Datenanalyseprogramms, welches die in Kategorien eingeteilten Augen bewegungen und Fixierungen bewertet und ent sprechende Bewegungen kombiniert, wenn dies geeignet ist.

Fig. 16d veranschaulicht in einem System-Flußdiagramm den vierten Teil eines Datenanalyseprogramm, der mögliche Fixierungen für weitere Klassi fizierungen bewertet.

Fig. 16e veranschaulicht in einem System-Flußdiagramm den fünften Teil eines Datenanalyseprogramms, welches mögliche Augenbewegungen für eine weitere Klassifikation bewertet.

Fig. 17 veranschaulicht in einem System-Flußdiagramm ein Programm, mit dem ein Ausgabe-Report auf die Testdaten hin erzeugt wird, die nach dem in Fig. 16a bis 16e veranschaulichten Pro gramm analysiert worden sind, und das Test daten im Falle einer Dyslexiebestimmung mit einer statistischen Datenbank vergleicht, um den Grad der Schwere des Dyslexiezustands, mögliche Gründe und Behandlungsempfehlungen zu bestimmen.

Die Leistungsfähigkeit der Augenbewegung entwickelt sich nahezu parallel mit dem Lesevorgang. Die Bedeutung der Ausnutzung der Augenbewegungen als objektives Werk zeug zum Studium individueller Komponenten des Lesevor gangs wird weiter durch die Tatsache gefördert, daß die Leistung unserer Augenbewegungen jenseits der Bewußt seinssteuerung während der Betrachtung eines Reizes liegt.

Leseerfahrungen entwickeln sich allmählich und nehmen in Genauigkeit und Geschwindigkeit über Jahre zu. Sie entwickeln sich parallel miteinander und werden deutlich in den Mustern und Charakteristiken der Augenbewegungen des jeweiligen Lesers reflektiert. Die meisten dieser Entwicklungen treten während der ersten drei bis vier Schuljahre auf. Etwa zweidrittel der Gesamtentwicklung der Augenbewegungen eines Lesers, die zwischen der ersten Stufe und dem College-Niveau auftreten, sind im Alter von zehn Jahren erreicht. Das gesamte Entwicklungsmuster be züglich der Augenbewegungen führt zu der Vermutung, daß sowohl während des Lesens als auch während der visuel len Suche eine inverse Relation zwischen dem Alter und der Dauer der Fixierung und der Anzahl der Vorwärts- und Rückwärts-Augenbewegungen besteht, was bedeutet, daß die Dauer der Fixierung umso kürzer ist, je älter das Kind ist. Üblicherweise ist eine kürzere Fixierung eine An zeige für eine schnellere Informationsverarbeitungszeit oder Worterkennungszeit.

Die Rückwärtsbewegungen während des Lesens haben zum Teil zu den Problemen beigetragen, die der Leser beim Ver ständnis des Materials hat, nämlich das Vorwärts-Rücken zu erweitern, das über den beabsichtigten Gegenstand hinausgeht, und eine semantische Steuerung und Inter ferenzbildung vorzunehmen.

Der Anmelder hat festgestellt, daß Patienten mit Dyslexie sprunghafte Augenbewegungen während des Lesens zeigen. Die Hauptcharakteristiken der sprunghaften Augenbewegungen liegen in der übermäßigen Anzahl der Augenbewegungen, insbesondere der zurückgehenden Augen bewegungen, die häufig zwei oder mehrmals nacheinander auftreten. Die Summe der Amplituden der individuellen Rückführungsamplituden kann größer sein als die vor angegangene Vorwärtsbewegung. Dies unterscheidet sich sehr von den Mustern, die fortgeschrittene, normale und nicht durch Dyslexie behinderte Leser haben, die lediglich singuläre Rückführungen derselben oder ge ringeren Größe als die der vorstehenden ruckartigen Vorwärtsbewegung ausführen.

Andere Charakteristiken der auf Dyslexie zurückgehenden Augenbewegungen umfassen eine große Vielfalt in der Größe und Dauer. Der Gesamteindruck, der durch sprung hafte Augenbewegungsmuster gegeben wird, liegt in der Unregelmäßigkeit, in der idiosynkratischen Form und dem Mangel an einem beständigen Wiederholungsmuster Zeile für Zeile.

Wie aus Fig. 11a ersehen werden kann, hat ein Meß streifenstift die Augenbewegung eines normalen Lesers aufgezeichnet. Diese Augenbewegung hat eine Treppen stufenform. Jede Treppenstufe kennzeichnet in Fig. 11a eine Textzeile. Je länger die Verweilzeit beim Lesen der Zeile ist, umso länger ist die Treppe. Die erste obere "Stufe" kennzeichnet die erste Fixierung zu Beginn der Zeile, während die letzte, untere "Stufe" die letzte Fixierung am Ende der Zeile kennzeichnet. Die Vorwärts- Augenbewegungen (L-R) gehen von oben nach unten, während die Rückführungen (R-L) die umgekehrte Richtung aufwiesen.

Der Anmelder hat Fallstudien durchgeführt, bei denen die Augenbewegungsmuster von Lesern mit Dyslexie, von anderen zurückgebliebenen Lesern, normalen und fortge schrittenen Lesern verglichen wurden. Bei der Auswahl der Untersuchungs- und Diagnosekriterien für Dyslexie wurde Sorge dafür getragen, alle bekannten Faktoren auszuschließen, die potentiell eine Hauptursache für ein Leseproblem sein könnten. Ein weiteres Ziel der Kriterien bestand darin, soviele quantitative Faktoren zu quantifizieren wie möglich, wie beispielsweise Aus bildungsgelegenheiten.

Durch diese Konzepte geführt wurden die folgenden Faktoren bei der Festlegung der Untersuchungs-Diagnose kriterien für Dyslexie in Rechnung gestellt. Zusammen fassend kann bezüglich der Faktoren gesagt werden, daß Patienten, die einen mittleren oder oberhalb des Mittel wertes liegenden Intelligenzquotienten aufwiesen, zu mindest 1,5 Jahre im Lesen zurück waren, wenn sie unter 10 Jahre alt waren, oder zwei Jahre im Lesen zurück waren, wenn sie über 10 Jahre alt waren. Die Sicht- und Hörschärfe waren normal; ein vorteilhafter sozial-wirtschaftlicher Hintergrund war vorhanden, keine emotionalen oder motivationsmäßigen Probleme waren vor Beginn des Lesens vorhanden. Überdies waren keine offenkundigen physikalischen Handikaps und angemessene Ausbildungsgelegenheiten vorhanden. Kinder, die alle diese Kriterien erfüllten, wurden in die Dyslexie- Gruppe einbezogen. Als weitere Faktoren ist zu nennen, daß die Kontrollgruppe der fortgeschrittenen und normalen Leser nach dem chronologischen Alter mit den Lesern der Dyslexie-Gruppe gemessen wurde, während die zurückgebliebenen Leser sowohl hinsichtlich des chronologischen Alters als auch hinsichtlich des Lese alters gemessen wurden.

Während die Kinder lasen, wurden die horizontalen und vertikalen Augenbewegungen durch Anwendung einer hoch empfindlichen, nicht angreifenden fotoelektrischen Methode aufgezeichnet, welche durch den Anmelder derart modifiziert worden ist, daß sie den experimentellen Anforderungen genügt. Die Empfindlichkeit der betref fenden Methode war ausreichend, um Fixierungen ver schiedener Buchstaben ein und desselben Wortes von einander zu unterscheiden.

Die Ergebnisse dieser Studie haben gezeigt, daß die Anzahl der in Vorwärts- und in Rückwärtsrichtung er folgenden Augenbewegungen wesentlich höher war bei dem Personenkreis mit Dyslexie als bei den getesteten zu rückgebliebenen, normalen und fortgeschrittenen Lesern. Diese Ergebnisse spiegelten die früheren Studien des Anmelders wider, bei denen er Personen mit Dyslexie mit normalen Lesern verglichen hatte.

Die Charakteristik, die sich wieder herausstellte, war die übermäßig hohe Anzahl von Augenrückführungen bei dem Personenkreis mit Dyslexie. In einer Anzahl von Fällen traten die Augenrückführungen aufeinander folgend in Gruppen von zwei oder mehr Rückführungen auf, was zu einem unregelmäßigen sprunghaften Muster führte, wie dies aus Fig. 12a hersehen werden kann.

Die Fig. 12a veranschaulicht dabei die relativen Augen positionen, die sich ergaben, als ein Dyslexie-Leser versuchte, eine Textzeile zu lesen. Die horizontale Lage der angegebenen Zahlen kennzeichnet die Position der Fixierung in bezug auf die Zeile, während die aufeinanderfolgenden Zahlen die Anzahl ihres Auftretens wiedergeben.

Wie aus Fig. 12b ersichtlich ist, liest ein normaler Leser jede Zeile mit regulären Augenbewegungen von links nach rechts, die durch kleine Augenrückführungen unterbrochen sind. Eine Rückführauslenkung folgt der Beendigung der jeweiligen Textzeile.

Die in Fig. 12a aufgezeichnete Augenbewegung eines Dyslexie-Patienten zeigt jedoch 41 ungeordnete Augen bewegungen beim Lesen einer Zeile, wobei zwei starke Augenbewegungen benötigt werden, um den Anfang der nächsten Textzeile zu erreichen.

Zusammenfassend kann bezüglich der Ergebnisse gesagt werden, daß Patienten mit Dyslexie deutlich mehr Augen rückführbewegungen und Fixierungen ausführten als jedes Kind der anderen drei Kontrollgruppen, wenn das jewei lige Kind den seinem Lesealter geeigneten Text las. Die zurückgebliebenen Leser machten deutlich mehr Augen rückführungen als normale Leser, und diese machten wiederum deutlich mehr Augenrückführungen als die fortgeschrittenen Leser. Kinder mit Dyslexie machten deutlich mehr Augenrückführungen als normale Leser, und zwar sogar dann, wenn die Kinder mit Dyslexie leichten Text und normale Leser schweren Text lasen.

Darüber hinaus wurde der prozentuale Anteil der Rückfüh rungen mit der Gesamtzahl von Augenbewegungen für jede Gruppe verglichen. Bei den Kindern mit Dyslexie wurde nach wie vor festgestellt, daß sie wesentlich mehr Augenrückführungen haben als die anderen Leser, ein schließlich der zurückgebliebenen Leser. Es zeigte sich indessen jedoch kein nennenswerter Unterschied zwischen den Gruppen ohne Dyslexie. Dieses Ergebnis führt zu der Vermutung, daß fortgeschrittene, normale und zurückgebliebene Leser zu demselben Kontingent bzw. Bereich gehören, während Personen bzw. Kinder mit Dyslexie zu einer deutlich anderen Gruppe ge hören.

In Fig. 11a, 11b und 11c sind die Augenbewegungsmuster von normalen, langsamen und Dyslexie-Lesern veranschau licht. Die in Fig. 11b gezeigte Augenbewegung eines langsamen Lesers veranschaulicht ein sprunghafteres Muster als jene des normalen Lesers, die in Fig. 11a gezeigt ist. Die Zeitdauer des langsamen Lesers, die dieser brauchte, um eine Textzeile zu beenden, war nahezu zweimal so lang wie die eines normalen Lesers. Das generelle Muster des langsamen Lesers war jedoch weitgehend dasselbe wie dies des normalen Lesers, und zwar mit lediglich einigen wenigen gesonderten Augen rückführungen.

Das Augenbewegungsmuster des Dyslexie-Lesers zeigt je doch, wie dies in Fig. 11c veranschaulicht ist, ein sprunghaftes Muster mit einer großen Anzahl von rück führenden Augenbewegungen, kurzen Fixierungen und häufigen großen ruckartigen Bewegungen, die vom Anfang zum Ende der Textzeile vorwärts und zurück springen.

Die Ergebnisse der Untersuchung haben letzten Endes zu dem Ergebnis geführt, daß die sprunghaften Augen bewegungen von Dyslexie-Patienten nicht eine Reflexion oder ein Symptom ihrer Leseprobleme sind. Wenn die Augenbewegungen den Leseproblemen zuzuordnen wären, dann wären die Augenbewegungen der Dyslexie-Patienten und der damit verglichenen zurückgebliebenen Leser ähnlich, da beide in gleicher Weise beim Lesen zurück geblieben sind. Demgegenüber hat sich ein deutlicher Unterschied hier herausgestellt. Zum weiteren führte die Bereitstellung eines leichteren Textes nicht zur Normalisierung der Augenbewegungsmuster von Dyslexie- Patienten. Ferner wurden die Augenbewegungen des norma len Lesers sogar dann nicht sprunghaft, wenn ein schwieriger Text zu lesen war.

In einer verwandten Fallstudie verglich der Anmelder zwölf Dyslexie-Leser mit zwölf passenden normalen Lesern. Diese Leser wurden mit einer Nicht-Lese-Aufgabe getestet, welche die sequentielle Abtastung vom Anfang zum Ende der Zeile simulierte, was während des Lesens erfolgt. Worte wurden dabei durch Lichter ersetzt. Kinder wurden gebeten, so schnell und so genau wie möglich, fünf Lichtern zu folgen, die äquidistant in einer horizontalen Reihe vorgesehen waren. Sie wurden sequentiell beleuchtet und blieben jeweils eine Sekunde lang leuchten - allerdings mit Ausnahme der beiden äußersten Lichter, die jeweils zwei Sekunden leuchteten. Der Vorgang begann mit dem äußersten linken Licht, und jedes Licht wurde der Reihe nach zum Aufleuchten ge bracht, bis das äußerste rechte Licht leuchtete. Sodann wurde die umgekehrte Folge abgeschlossen. Als die Patienten den Lichtern folgten, wurden ihre Augenbe wegungen aufgezeichnet. Das Augenbewegungsmuster eines normalen Lesers, der dem Fortschreiten der aufleuchten den Lichter folgt, ist in Fig. 11d veranschaulicht.

Das Augenbewegungsmuster eines Dyslexie-Lesers, der der selben Folge von Lichtern folgt, ist in Fig. 11e veran schaulicht. Wie durch Vergleich der Fig. 11d mit Fig. 11e ersehen werden kann, führte der Dyslexie-Leser anders als der normale Leser eine Vielzahl von Rücksprüngen und Vorwärtsbewegungen aus, die ähnlich jenen waren, die bei Lesemustern auftraten, wie dies in Fig. 11c veranschaulicht ist. Der Dyslexie-Leser führte weit mehr kleine Einstell-Augenbewegungen sowie in vier von fünf Fällen Zwei-Sekunden-Fixierungen aus; er löste dabei die Fixierungen in kleinere Fixierungen auf, wobei in der Mitte der jeweiligen Fixierung kleine ruckartige Anhaltebewegungen auftraten. Der Dyslexie- Leser zeigte außerdem eine Neigung dazu, den Anfang der nächsten Zeile ungeau zu beginnen. Diese Eigenschaft steht in scharfem Kontrast zu der Eigenschaft normaler Leser, sich ständig und genau auf die Lichter zu fixieren.

Dyslexie-Leser und zurückgebliebene Leser zeigten in starkem Maße nennenswerte Unterschiede in nahezu sämt lichen Augenbewegungs-Variablen, während die Leistungs fähigkeit der zurückgebliebenen Leser nicht nennenswert unterschiedlich von der normaler oder fortgeschrittener Leser war. Es war eine kleine Überlappung zwischen Dyslexie-Lesern und allen übrigen Lesern hinsichtlich der Anzahl der Augenrückführungen vorhanden. Wie in der nachstehenden Tabelle I veranschaulicht, führte der Dyslexie-Leser einen ähnlichen Anteil an Augen rückführungen aus, während er den sequentiell be leuchteten Lichtern folgte, wie während des Lesens eines leichten Textes. Andererseits sank, wie erwartet, der prozentuale Anteil der Augenrückführungen bei zurück gebliebenen, fortgeschrittenen und normalen Lesern nennenswert vom Lesen zu der Nicht-Lese-Aufgabe ab, da dort kein hoher Informationsverarbeitungspegel in die Aufgabe der Lichtverfolgung mit einbezogen war.

Tabelle I

Prozentualer Anteil von Augenrückführungen während des Lesens und während der Verfolgung von Lichtern

Die vorstehend aufgeführten Ergebnisse veranschaulichen, daß Dyslexie-Leser anders als Nicht-Dyslexie-Leser ein vom Lesen unabhängiges Hauptproblem haben. Die Gruppen der Nicht-Dyslexie-Leser waren voneinander auf der Grundlage der Augenbewegungscharakteristiken nicht unterscheidbar.

Die Hauptschlußfolgerungen, die derzeit aus den Augen bewegungs-Untersuchungen gezogen werden können, sind folgende:

1. Die sprunghaften Augenbewegungen von Dyslexie-Lesern während des Lesens sind nicht allein durch die Probleme hervorgerufen, die diese Leser mit dem Lesen haben. Tatsächlich sind diese Probleme relativ unabhängig vom Leseproblem.
2. Die Ergebnisse der Nicht-Lese-Aufgaben hat ferner demonstriert, daß die sprunghaften Augenbewegungen der Dyslexie-Leser auf Hirn-Fehlfunktion(en) zurück gehen, die noch zu bestimmen ist bzw. sind.
3. Der Vergleich der Dyslexie-Leser mit den fortge schrittenen, normalen und zurückgebliebenen Lesern zeigt, daß die Augenbewegungsmuster sowie die Charakteristiken beim Nicht-Lese-"Lichter"-Test die Dyslexie-Leser von den anderen Lesergruppen unterscheiden können.

Ein automatisiertes System zur Bestimmung des Vorhanden seins von Dyslexie-Lesern ist in Fig. 1 veranschaulicht. Dieses System weist eine Augen-Reizeinrichtung 11 auf, die dazu dient, bei einem auf Dyslexie zu testenden Patienten ein bestimmtes Augenbewegungsmuster zu stimulieren. Wie nachstehend noch erläutert werden wird, kann diese Einrichtung eine Reihe von aufleuchtenden bzw. blitzenden Dioden, ein auf dem Schirmbild einer Kathodenstrahlröhre aufleuchtendes Target oder eine andere elektronische Anzeigeeinrichtung, eine Einrich tung zur Anzeige eines zu lesenden Textes oder ein auf eine Wand oder einen anderen Schirm projizierter Lichtfleck sein. Das System weist ferner einen Augen bewegungsdetektor 12 auf, der zur Ermittlung der Augen bewegung eines Patienten dient, welcher die Augen-Reiz einrichtung bzw. -Stimulierungseinrichtung betrachtet. Der Augenbewegungsdetektor liefert auf die Bewegung des Patientenauges hin ein elektrisches Ausgangssignal. Es sei angemerkt, daß eine Vielzahl von Augenbewegungs detektoren verwendet werden kann, wie beispielsweise ein EOG, eine fotoelektrische Hornhaut-Reflexionsein richtung und Verfahren unter Ausnutzung einer Video kamera. Wenn eine Diodenreihe verwendet wird, wie dies in Fig. 3 und 4 veranschaulicht ist, wird ein x-y-Wand ler 13 verwendet, um die von den vier Dioden gelieferten Gleichspannungs-Diodensignale in elektrische Signale umzusetzen, welche kennzeichnend sind für die x- und y-Positionen des Auges. Dies wird weiter in Verbindung mit den zugehörigen Fig. 3 und 4 erläutert werden. Nachdem die Augenbewegungen in Gleichspannungssignale umgesetzt worden sind, wird ein A/D-(Analog-Digital)- Wandler 14 verwendet, der dazu dient, die analogen Signale in digitale Signale umzusetzen, welche von der Verarbeitungseinrichtung 15 verarbeitet werden. Die Verarbeitungs- bzw. Prozessoreinrichtung 15 nimmt die elektrischen Ausgangssignale auf; sie weist eine Ein richtung zur Abtastung des Ausgangssignals in Inter vallen von weniger als 25 ms auf. Dadurch wird über die Zeit betrachtet eine Reihe von aufeinanderfolgenden Augenpositionen erhalten. Der Prozessor enthält ein Datensammelprogramm, mit dem die eingangsseitig zuge führten digitalen Werte in Daten umgesetzt werden, welche über die Zeit betrachtet für die Augenpositionen kennzeichnend sind. Ferner enthält der Prozessor ein Analysenprogramm, mit dem die Daten analysiert und die Augenbewegungen in Mikrobewegungen, in ruckartige Anhaltebewegungen, in Folgebewegungen, in konvergente- divergente Bewegungen, in Fixierungen und in Zwinkern eingeteilt werden. Die Datensammel- und Datenanalyse programme sind in der Speichereinrichtung 16 gespeichert, und zwar zusammen mit den Daten, die mittels der Pro zessoreinrichtung von dem Datensammelprogramm gewonnen werden. Ferner kann die Eichung der Daten dadurch er folgen, daß spezielle Teile der Daten einer erneuten Analysierung unterzogen werden.

Nachdem der Augenbewegungsdetektor an dem zu testenden Patienten angebracht worden ist, wird die relative Position des Detektors in bezug auf das Patientenauge geeicht. Diese automatisierte Eichung wird anschließend zur Linearisierung der Daten ausgenutzt, wie dies in der Eichstufe 17 angedeutet ist, wenn diese aufgesammelt werden, jedoch bevor sie analysiert werden.

Eine Bediener-Schnittstelleneinrichtung 10, die im allgemeinen irgendeine Art einer Tastatur und irgendeine Art einer Ausgabe-Anzeigeeinrichtung enthalten wird, wird zum Zusammenwirken mit der Prozessoreinrichtung 15 be nutzt, um verschiedene Testparameter auszuwählen, das Testen und die Datenaufsammlung einzuleiten und um die Analyse der Daten zu beginnen. Darüber hinaus kann die Bedienperson eine oder mehrere Ausgabeeinrichtungen aus einer Vielzahl von Ausgabeeinrichtungen auswählen, zu denen eine optische Anzeige auf einem Anzeigeschirm einer Flüssigkeitskristallanzeigeeinrichtung, einer Kathodenstrahlröhre 18 oder einer anderen elektronischen Anzeigeeinrichtung gehört. Die Bedienperson kann im übrigen die Daten oder die analysierten Daten für zu künftige Verwendung auf einer entnehmbaren Speicher diskette 19 (wie einer magnetischen Floppy-Diskette oder entnehmbaren Laser-Diskette) aufzeichnen. Es ist auch möglich, ein Zwischen-Ausgangssignal der Augenbe wegungen mittels eines Meßstreifen-Recorders 20 zu liefern. Darüber hinaus kann die Bedienperson entweder die Daten direkt mit dem Drucker 21 ausgeben oder die analysierten Daten mit zuvor in einer statistischen Datenbank gesammelten Daten vergleichen, um das Vor handensein und das Ausmaß der Dyslexie oder anderer neurologischer Zustände anzuzeigen. Sowohl die indi viduelle Testausgabe als auch eine Anzeige der relativen Stärke des der Untersuchung unterzogenen Zustands kann mittels des Druckers 21 ausgedruckt werden.

Während das Testen auf einem Datenverarbeitungssystem unter Verwendung von gesonderten Komponenten durchge führt worden ist, dürfte einzusehen sein, daß die bevor zugte Kombination für die praktische Ausführung der Erfindung eine integrierte Augen-Reiz- und Augenbewegungs detektoreinrichtung aufweisen würde, und zwar in Form eines einzigen "schwarzen Kästchens" mit einem Tasten kissen, einer Anzeigeeinrichtung und einem Drucker für die Aufzeichnung des Test-Ausgangssignals. Die Ausgabe einrichtung würde eine Anzeige über das Vorhandensein und das Ausmaß der Dyslexie sowie Vorschläge für den weiteren Test, über mögliche Gründe und geeignete Behandlungsverfahren liefern. Eine derartige Vorrichtung wäre vornehmlich transportabel, und sie könnte von Klassenraum zu Klassenraum oder von Klinik zu Klinik bewegt sowie von nicht-medizinischem Personal bei mini malem Unterweisungsaufwand benutzt werden. Eine derartige Vorrichtung ist hinsichtlich ihres Konzepts in Fig. 2 veranschaulicht. Wie dargestellt, ist die integrierte Augen-Reiz- und Augenbewegungsdetektoreinrichtung 22 über eine elektrische Verbindungsschnur 24 oder über einen nicht dargestellten Sender/Empfänger mit der Einrichtung 23 für die Ermittlung von Dyslexie ver bunden. Die Einrichtung weist ein alphanumerisches Anzeigefeld 25, ein numerisches Tastfeld 26, eine Reihe von Funktionstasten 27 sowie einen Satz von Status-Anzeigen 28 für die Kommunikation mit der Bedienperson auf. Die Ausgabeeinrichtung der Vorrichtung ist mit einem Drucker/Plotter bzw. Zeichengerät 29 ver sehen.

Der zur Gewinnung der experimentiellen Daten verwendete Augenbewegungsdetektor ist physikalisch in Fig. 3 und elektronisch in Fig. 4 veranschaulicht. Wie in Fig. 3 veranschaulicht, enthält der Augenbewegungsdetektor einen einstellbaren Rahmen 30. Der Rahmen 20 wird in Verbindung mit einer Kopfstabilisierungseinrichtung 31 verwendet, die ein Kinnpolster 32, Ausfahr-Stäbe 33, 33 a sowie einstellbare Kopfausrichtungsführungen 34 und 35 aufweist. Der Augenbewegungsdetektor weist eine 4-Dioden- Reihe auf, die in zwei Plexiglas-Rohre 36, 37 unterge bracht sind und von diesen herabhängen. Diese Rohre sind vor dem Patientenauge nach unten gebogen. Ferner ist für den Patienten ein Raum vorhanden, um die Augen- Reizeinrichtung zu betrachten. Dieselben Augenbewegungs detektoren können über eine Stangenanordnung auf einer Kopfstütze angeordnet sein, welche Augenbewegungen mit sechs Freiheitsgraden zuläßt.

Wie in Fig. 4 veranschaulicht, weist der Augenbewegungs detektor zwei Fotodioden 38 und 39 zur Beleuchtung des Auges auf. Während viele Arten von Beleuchtungsein richtungen verwendet werden können, wird vorzugsweise eine Infrarotbeleuchtung benutzt, und zwar insofern, als sie für den visuellen Test ohne Störung ist und da die schmale Spektralbreite der Infrarotbeleuchtung eine leichte Trennbarkeit von anderen störenden Energie quellen ermöglicht, die das Auge erreichen können. Fotozellen 40 und 43 sind auf gegenüberliegende Grenz bereiche zwischen der dunklen Iris und der weißen Lederhaut des Auges für den Fall gerichtet, daß das Auge gerade nach vorn schaut. Diese Fotozellen messen das reflektierte Licht an der jeweiligen Grenze, wenn dieses sich mit den horizontalen oder vertikalen Be wegungen des Auges ändert. Die Fotozellen 38 und 39 können im Dauerzustand oder im Zustand impulsweiser Beleuchtung arbeiten und während der Dauer des Tests eingeschaltet bleiben. Die impulsweise Beleuchtung wird bevorzugt, da sie das System weniger empfindlich gegenüber Umgebungsbeleuchtung macht.

Die Ausgänge der Fotodetektoren 40 bis 43 sind mit einem x-y-Wandler 13 verbunden, der vom Konzept her mit einem integrierten Verstärker 44 und mit Differen tiatoren 47 und 48 ausgestattet dargestellt ist. Das Ausgangssignal der Dioden 40 und 43 wird für das Verti kal-Signal addiert, und das Ausgangssignal wird als geglättetes Gleichspannungssignal über die Leitung 45 abgegeben. Dieses Signal ist eine Funktion der vertika len Position des Auges. Dabei gibt beispielsweise eine positive Spannung eine Aufwärtsbewegung an, und eine negative Spannung gibt eine Abwärtsbewegung an. In ent sprechender Weise werden die Ausgangssignale der Foto detektoren 41 und 42 mittels des Verstärkers 44 sub trahiert, um die relative horizontale Position des Auges zu erhalten. Ein auf der Leitung 46 auftretendes geglättetes Gleichspannungssignal ist dann positiv, wenn beispielsweise das Auge rechts von der Mitte schaut, und es ist negativ, wenn das Auge links von der Mitte schaut. Die Differentiatoren 47 und 48 liefern auf den Leitungen 49 bis 50 differenzierte Signale. Die betreffenden Differentiatoren 47 und 48 geben ein sich änderndes Ausgangssignal nur dann ab, wenn die auf den Leitungen 45 und 46 vorhandene Ausgangsspannung sich ändert. Wenn das Ausgangssignal konstant ist, geben die Differentiatoren 47 und 48 ebenfalls ein konstantes Ausgangssignal ab. Die auf den Leitungen 45, 46, 49 und 50 auftretenden Ausgangssignale werden dann einem 4-Kanal-A/D-(Analog-Digital)-Wandler 14 zugeführt, der die Gleichspannungs-Ausgangssignale digitalisiert.

Die entsprechende Beziehung zwischen dem Ausgangssignal des Datenkanals, dem Ausgangssignal des das differenzier te Signal führenden Kanals und dem elektrischen Signal des Reizkanals ist in Fig. 5a bis 5c veranschaulicht. Wie in Fig. 5c gezeigt, wird ein Ereignis 51 über den Reiz-Kanal dadurch initiiert, daß eine der Fotodioden in der Augen-Reizeinrichtung gespeist wird. Alternativ dazu könnte das in dem Reiz-Kanal vorhandene Signal ein einziger Impuls oder ein Datenwort von der Ver arbeitungseinrichtung sein, welches anzeigt, daß ein Signal an die Videoanzeigeeinrichtung zur Anzeige eines neuen Targets auf dem Anzeigeschirm der Kathodenstrahl röhre abgesandt worden ist. Etwa 0,2 Sekunden (normale Reaktionszeit) nach Speisung der Reizeinrichtung beginnt die Augenbewegung beim Patienten, wie dies beim Punkt 52 in Fig. 5a und 5c angedeutet ist. Das auf der Leitung 50 zuvor für die Reizeinrichtung vorhandene Gleichspannungs signal war schwach negativ, und auf den Reiz hin, durch den das Auge sich horizontal nach rechts zur Lage des neuen Reizes hin bewegte, wurde ein Anstieg A-B in der Gleichspannung hervorgerufen, wie dies in Fig. 5a ver anschaulicht ist. Die Augenbewegung endet am Punkt 53, und sie beginnt eine Fixierung auf den neuen Reiz. Da die Summe oder Differenz der Signale von den Fotodioden sich nicht ändert, wenn das Auge im statischen Zustand verweilt, bleibt der im Datenkanal vorhandene relative Spannungspegel konstant, wenn das Auge fixiert ist.

Fig. 5b veranschaulicht das Signal, welches im Differential-Kanal 49 oder 50 vorhanden ist. Wenn das Auge fixiert ist und das Ausgangssignal im Datenkanal konstant ist, tritt auch im Differential-Kanal 50 ein konstantes Signal auf. Wenn die Augenbewegung am Punkt 52 beginnt, zeigt der Differential-Kanal eine Änderung im Spannungspegel, und zwar im Datenkanal 46 durch das differenzierte Ausgangssignal 54. Der Differentiator 48 fährt fort, ein Signal solange zu erzeugen, wie sich das Signal im Datenkanal ändert. Wenn das Auge eine Fixie rung erreicht, wie dies am Punkt 53 angedeutet ist, sinkt das Signal des Differential-Kanals wieder auf Null ab, wie dies mit 55 angedeutet ist.

Wie nachstehend im einzelnen erläutert werden wird, nutzt das System Störgrenzen aus, um zufälliges Rauschen bzw. eine zufällige Störung vom Beginn bzw. der Aus lösung einer Augenbewegung zu unterscheiden. Eine der Störgrenzen ist in Fig. 5b grafisch als Spannungsgren zen 56 und 57 veranschaulicht. Die betreffenden Stör grenzen werden während der Eichung berechnet und dem Analyseprogramm zugeleitet.

Die Ausnutzung der Datenkanäle 45 und 46 sowie der Differential-Kanäle 49 und 50 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 14 und 15 erläutert werden.

Es dürfte ersichtlich sein, daß eine große Vielzahl von Augenbewegungsdetektoren mit der vorliegenden Erfindung arbeiten wird, vorausgesetzt die Genauigkeit und Empfindlichkeit gestatten, zwischen den verschiedenen Typen von kleinen Augenbewegungen zu unterscheiden. Ein derartiger Augenbewegungsdetektor sollte eine hohe Genauigkeit aufweisen und imstande sein, die Augen position zu bestimmen, die aus einer Augenbewegung um wenige Bogenminuten resultiert. Ferner sollte der be treffende Augendetektor eine hohe Empfindlichkeit auf weisen und imstande sein festzustellen, wenn sich die Augenposition um einige Bogenminuten ändert. Er sollte eine hohe zeitliche Auflösung in der Größenordnung von einer Millisekunde (1 ms) oder besser haben. Während ein System, welches mit Abtastraten bis zu 25 ms imstande sein kann, zwischen ruckartigen Anhaltebewegungen und Verfolgungsbewegungen zu unterscheiden, wird vorzugswei se mit einer höheren Abtastrate von vorzugsweise zu mindest 1 ms gearbeitet. Schließlich sollte der Augen bewegungsdetektor einen weiten Winkelmeßbereich von ±30° bis 40° in horizontaler Richtung und ±20° des vertikalen Bogens aufweisen.

Ein verbesserter Augenbewegungsdetektor des in Fig. 3 dargestellten Typs weist eine mit ihm kombinierte visuelle Reizeinrichtung auf, wie dies in Fig. 6 und 7 veranschaulicht ist. Gemäß diesen Figuren sind Leucht dioden 38 und 39 sowie Fotodetektoren 40 bis 43 in klaren Plexiglas-Säulen 36 und 37 untergebracht, wie dies zuvor im Zusammenhang mit Fig. 3 erwähnt worden ist. Die Sicht-Reizeinrichtung umfaßt Leuchtdioden 58 bis 63, die an einer Trageinrichtung 64 angebracht sind und die Licht zum Patienten über einen halbversilberten Spiegel 65 reflektieren, der sich von dem Träger 66 zu dem Tragteil 64 erstreckt. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, zumindest fünf bis sieben Dioden oder Sicht-Reizeinrichtungen in räumlichem Abstand von etwa 2 bis 6 Bogengrad vorzusehen, wobei ein bevorzugter Ab stand von 4 Bogengrad verwendet wird, so daß die Gesamt auslenkung der Augenbewegung zwischen 20° und 30° in der horizontalen Ebene liegt.

Die Anwendung von Dioden führt zu einer Sicht-Reizein richtung oder zu einem Test auf Dyslexie, der frei von kulturellen, intelligenzmäßigen, sprachlichen, sozial wirtschaftlichen oder ausbildungsmäßigen Barrieren ist. Der Test wird durch die relative Intelligenz oder Lese fähigkeit nicht beeinflußt; er ist in gleicher Weise auf normale Leser, fortgeschrittene Leser und zurückge bliebene Leser anwendbar. Der Patient wird dahingehend instruiert, die Augen auf die Mitte des Lichtes zu richten, welches leuchtet, darauf zu warten, daß dieses Licht sich bewegt und sodann seine Augen zu dem nächsten Licht so schnell und genau wie möglich zu bewegen. Durch aufeinanderfolgendes Leuchtenlassen der Leuchtdioden wird der Patient auf seine okulumotorische Steuerung (das ist die Steuerung der ruckartigen Anhaltebewegungen) getestet sowie auf die automatische Ablauffolge, die Vorhersage/Synchronisation, die Fähigkeit zu wechseln zwischen zwei "Zeiteinstellungen" und auf die Fähigkeit, die Augen auf einen bestimmten Punkt zu konzentrieren oder zu fixieren. Ein ähnlicher Test mit Dioden führte für den Normalleser und für den Dyslexie-Leser zu Mustern wie sie in Fig. 11d bzw. 11e veranschaulicht sind.

Während des Testens werden sieben Leuchtdioden nach einander zum Aufleuchten gebracht, wobei jeweils nur eine Leuchtdiode während einer Sekunde leuchtet. Eine Ausnahme hiervon bilden die mittlere und die beiden äußersten Leuchtdioden, die jeweils zwei Sekunden lang leuchten. Die Sequenz beginnt auf der äußersten linken Seite, und jedes Licht leuchtet nacheinander auf, bis die äußerste rechte Leuchtdiode aufleuchtet. Jeder Test zyklus dauert etwa 10 Sekunden, und jeder Patient ver folgt die Leuchtdioden während zumindest drei Zyklen.

Wenn es erwünscht ist, lediglich die okulomotorische Steuerung der ruckartigen Anhaltebewegungen der Augen zu testen, dann werden die Leuchtdioden zufallsmäßig zum Aufleuchten gebracht. Wenn es darüber hinaus er wünscht ist, die Fähigkeit zu fixieren zu testen, kann eine Fixierungsdauer ebenfalls zufallsmäßig zwischen 1 und 2 Sekunden verändert werden. Wenn es erwünscht ist, die okulomotorische Steuerung zusammen mit einem automatisierten Folgetest zu testen, dann können alle Leuchtdioden synchron zum Leuchten gebracht werden, und dem Patienten wird mitgeteilt, seine Augen so schnell und genau wie möglich von einer Leuchtdiode zur nächsten zu richten.

Wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 11d und 11e ausge führt, wird eine Person ohne Dyslexie wenig Schwierig keiten haben, den Leuchtdioden in den vorstehenden Sequenzen zu folgen. Ein Dyslexie-Leser wird demgegen über nicht imstande sein, den Leuchtdioden genau zu folgen; er wird viele zurückgehende ruckartige Anhalte bewegungen zeigen, und die Fixierungsperioden werden durch kurze ruckartige Bewegungen unterbrochen sein, wie dies in Fig. 11e veranschaulicht ist.

Der Augenbewegungsdetektor kann ferner Halbleiter- oder Diodenanordnungen verwenden, um die Position des Auges genau zu bestimmen. Aus der aus Fig. 8 ersicht lichen Konzeptdarstellung geht hervor, daß die relative Position der Iris auf eine Diodenanordnung 67 mittels eines optischen Systems 68 fokussiert ist. Die Dioden anordnung 67 kann eine Fotodiodenanordnung, eine CCD-Anordnung (ladungsgekoppelte Einrichtungen) oder eine CID-Anordnung (Ladungsinjektionseinrichtung) sein, die jeweils mit ihren eigenen Ablenk- und Ladeschal tungen sowie mit Akkumulationsregistern integriert ist, um ein Ausgangssignal bezüglich der Lage der Iris des Auges in Form von x-y-Koordinatenwerten abzugeben. Die Anwendung einer Diodenanordnung ist in Fig. 8 und 9 veranschaulicht, gemäß denen die Hornhaut des Auges durch die Leuchtdiode 76 beleuchtet wird. Die Beleuch tung wird mittels eines halbversilberten Spiegels 70 nach oben zu einem optischen System 68 hin reflektiert, wodurch sich die relative Bildgröße der Iris reduziert. Sodann erfolgt eine Fokussierung auf die Diodenan ordnung 67. Die in Fig. 6 dargestellte Sicht-Reizein richtung 58 bis 63 ist in Fig. 9 schematisch mit 69 angedeutet. Die Diodenanordnung 69 ist auf einem Trä ger 75 angebracht, der den Träger 71 und das Gehäuse teil 74 überbrückt. Die gesamte Vorrichtung ist auf den Patientenkopf geschnallt und mittels Kissen 72 und 73 gepolstert; sie kann aber auch auf eine Kopfstütze auf gebracht werden.

In Fig. 10 ist ein alternativer Augenbewegungs- und Pupillengrößen-Detektor veranschaulicht, bei dem eine lineare Diodenanordnung 77 unmittelbar neben dem Auge positioniert ist, wie dies in Fig. 6 und 7 bezüglich der Anordnung des Fotodetektors 42 veranschaulicht ist. Die Hornhaut des Auges wird von einer oder mehreren Leuchtdioden beleuchtet, und die Grenze zwischen der Pupille und der Iris sowie zwischen der Iris und der Hornhaut wird mittels der Diodenanordnung 77 ermittelt.

Jede einzelne Diode wird, wenn sie abgetastet wird, einen Ausgangsimpuls liefern, und zwar dann, wenn sie durch die reflektierende Hornhaut beleuchtet wird, wie dies im Bereich 78 angedeutet ist. Die dunklere Iris wird nicht soviel Licht reflektieren, und die Impulse an dieser Stelle werden fehlen. Die exakte Mitte des Auges kann damit wie folgt berechnet werden:

Wie zuvor ausgeführt, kann die Augen-Reizeinrichtung auch die Form von Targets haben, die auf dem Anzeige schirm einer Kathodenstrahlröhre, auf einer CCD-Anzeige einrichtung oder auf irgendeiner anderen Form einer elektronischen Anzeigeeinrichtung zur Anzeige gebracht werden. Es ist aber auch möglich, die betreffende Reiz einrichtung durch Lichtflecken zu realisieren, die auf einen Schirm projiziert werden. Die exakte Art der Reiz einrichtung ist relativ uninteressant, vorausgesetzt, eine Relativbewegung zwischen dem Patientenkopf und der betreffenden Licht-Reizeinrichtung kann vermieden werden. Eine Rotationsbewegung des Kopfes bringt Probleme hinsichtlich der Eichung und Linearisierung der Daten mit sich, wie dies weiter unten noch erläutert werden wird. Wenn eine externe Reizeinrichtung verwendet wird, ist für diesen Zweck ein Kopfträger des in Fig. 3 darge stellten Typs erwünscht.

Bei Verwendung eines auf einem Videomonitor oder auf einer Kathodenstrahlröhre sich langsam bewegenden Targets oder eines projizierten Lichtflecks ist es möglich, ein sinusförmiges Muster zu erzeugen, wie dies in Fig. 13a veranschaulicht ist. Die Geschwindigkeit des Targets sollte zwischen 2 und 7 Bogengrad pro Sekunde oder bei einem noch höheren Wert liegen. Der in Fig. 13a veranschaulichte sinusförmige Test hat sich als brauch bar hinsichtlich der Identifizierung von schizophrenen Personen sowie hinsichtlich der Identifizierung von Personen herausgestellt, die primär ein Aufmerksamkeits defizit haben, an Multipler Sklerose, Parkinsonscher Krankheit, Alzheimers Krankheit leiden. Außerdem kann dadurch die Auswirkung von Drogen (psychotrope Drogen, wie z.B. Valium und Stimulierungsmittel, etc.) sowie die Auswirkung von Alkohol identifiziert werden. Die Personen dieser Gruppen sind unfähig, einem sich bewegenden Target mit einer Verfolgungs-Augenbewegung zu folgen. Diese Patienten benutzen eine Reihe von korrektiven ruckartigen Anhaltebewegungen, wie dies in Fig. 13b veranschaulicht ist, um dem sich bewegenden Target bzw. Ziel mit einer Vielzahl von Überkorrekturen zu folgen, wie dies an den Punkten 80 bis 82 veranschau licht ist, wenn nämlich das Auge die Bahn des Targets unter- oder überläuft und diese Bewegungen unverzüglich mit einem weiteren ruckartigen Anhalten kompensieren muß. Einige Patienten mit geringer Widerstandsfähigkeit gegenüber Alkohol verloren ihre motorische Steuerung weit unterhalb der gesetzlichen Grenze. Dieser Test würde den Test auf Beeinträchtigung durch Alkohol ver bessern, indem jene Personen identifiziert werden können, deren motorische Aufmerksamkeitssteuerungen wirklich beeinträchtigt sind, und zwar im Gegensatz zu solchen Personen, die einen gewissen Alkoholgehalt im Blutstrom aufweisen, jedoch keine Beeinträchtigungen aufweisen.

Die Datensammlung ist ein Schritt bzw. eine Stufe in der Sammlungs- und Analysierprozedur, der dem Verfahren und der Einrichtung die Möglichkeit verschafft, die Anzahl von zur Einteilung der Augenbewegungen erforder lichen Rechenvorgängen in hohem Maße zu vereinfachen. In Fig. 14, 15 und 15a sind drei Typen von Datensamm lungsprogrammen veranschaulicht. Die in Fig. 14, 15 und 15a veranschaulichten Programme sind besonders ge eignet für die Verwendung mit langsamen Mikroprozesso ren, während das in Fig. 15 dargestellte Programm auch Nutzen aus größeren und schnelleren Prozessoren mit höheren Arbeitsgeschwindigkeiten ziehen kann.

Wie in Fig. 14 gezeigt, werden die zuvor im Zusammen hang mit Fig. 3 und 4 beschriebenen Datenkanäle ver wendet, wobei der x-Datenkanal 46 und der y-Datenkanal 45 Daten zu einem Kurzzeitpuffer 86 abgeben. Das differenzierte x-Signal 50 und das differenzierte y-Signal werden einer Bewertungs-Subroutine 87 zuge führt. Zu Beginn der Datensammlung wird ein Zeitsignal ausgelöst, und die Abtastung beginnt, wie dies ange deutet ist, beim Schritt 85. Darüber hinaus wird beim Schritt 85 a auf jede Änderung im Reiz-Status ein Impuls erzeugt. Die Zeitangabe bezüglich der Änderung des Reiz-Status wird im Datenspeicherschritt 90 abgegeben, wobei die Reiz-Status-Anzeige, die Zeitdaten und die x-y-Periode gespeichert werden. Die Abtastung kann im Mikroprozessor erfolgen, oder sie kann eine Funktion des Analog-Digital-Wandlers 14 sein, der in jedem ge wünschten Abtastintervall ein digitales Signal abgibt. Wie zuvor angedeutet, ist es erwünscht, mit einer Ab tastung in Intervallen von etwa 1 ms zu arbeiten. Ein Kurzzeitpuffer ist bei 86 festgelegt, um zehn auf einanderfolgende x-y-Positionswerte festzuhalten. In jedem Abtastintervall wird ein neuer Wert in den Puffer gelesen, und einer wird ausgelesen, wie dies beim Schritt 89 angedeutet ist. Die Subroutine 87 überwacht gleichzeitig die differenzierten Signaldaten der Kanäle 49 und 50 hinsichtlich des Signalpegels, der Signaldauer und der Signalrichtung. Wenn das differen zierte Signal einen bestimmten Störpegel während einer bestimmten Dauer (von etwa 3 ms) übersteigt und in der selben Richtung auftritt, dann wird angenommen, daß eine Augenbewegung begonnen hat. Wenn das differenzier te Signal die hinsichtlich des Pegels, der Dauer und der Signalrichtung festgelegten Störparameter über steigt, wie dies bei der Bewertung 88 angedeutet ist, dann sichert das Programm die zehn Werte der x-y-Werte, die im Kurzzeitpuffer 86 vorhanden sind, und zwar zu sammen mit den Zeitdaten, die gleichzeitig über den Zeitkanal eingegeben worden sind. Dieses Programm zeichnet damit fünf Datenpunkte auf jeder Seite des Beginns der Augenbewegung zusammen mit der Zeit auf, zu der die Augenbewegung begann. Während der Fixierungs perioden wird das differenzierte Signal auf Null ab sinken, und die x-y-Daten werden nicht gesichert. Lediglich die Datenpunkte zu Beginn und am Ende der jeweiligen Augenbewegung oder während des Zwinkerns werden gesichert. Bei einem Verfolgungs-Augenbewegungs test werden der Beginn, das Ende und jede Richtungs änderung, die 0,1° übersteigt, gesichert.

In Fig. 15 ist ein anderes Datensammelprogramm veranschaulicht. Dieses Programm ist insbesondere für schnellere oder größere Mikrocomputer geeignet, die kontinuierlich einen laufenden Mittelwert der Daten zu berechnen imstande sind, die in den Datenkanälen auf treten. Ferner ist dieses Programm für in integrierter Schaltung ausgeführte Diodenanordnungen geeignet, welche eine Diodenanordnung oder eine CCD-Anordnung aufweisen, bei der die Ladungsablenkung und die Akkumulierungspuffer in derselben integrierten Schal tung untergebracht sind wie die Diodenanordnung. Diese integrierten Schaltungen liefern ein digitales Ausgangs signal bezüglich der x-y-Koordinaten der Position des Auges und der Größe der Pupille.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Datensammlung eingeleitet wird, wird die Abtastung auf einer Zeit-Linie begonnen, die im Schritt 85 festgelegt wurde, wie dies zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 14 erläutert worden ist. Gemäß dem Schritt 85 a wird ein Impuls bei jeder Änderung im Reiz-Status abgegeben, der im Schritt 100 mit den x-y-Daten und den Zeit-Daten zum Zeitpunkt des Auftre tens des betreffenden Impulses aufgezeichnet wird. Alternativ dazu kann die Abtastperiode eine Funktion des A/D-Wandlers sein, sofern dieser verwendet wird, oder der Takt- und Ablenkrate der der Diodenanordnung zugehörigen integrierten Schaltung.

Bei der Initierung des Sammelprogramms wird ferner ein Zeit-Kanal für zukünftige Zwecke festgelegt, und zwar hinsichtlich der Berechnung der Dauer der Fixierung und der Geschwindigkeit der Augenbewegung. Die in den x- und y-Datenkanälen 45 und 46 vorhandenen Positions daten werden in dem Kurzzeitpuffer 93 akkumuliert. Bei der fortwährenden Mittelung der Daten wird ein laufen der Mittelwert berechnet, wie dies im Schritt 94 ange deutet ist. Am Ende des jeweiligen Berechnungszyklus wird der letzte Mittelwert in dem Kurzzeitspeicher 95 gespeichert. Unmittelbar auf die Beendigung der neu laufenden Mittelung wird die zuvor laufende Mittelung mit der nunmehr laufenden Mittelung verglichen, wie dies im Schritt 96 angedeutet ist. Wenn die Differenz die Störparameter nicht übersteigt, die durch das Pro gramm festgelegt sind, wird der Kurzzeitspeicher 95 zurückgestellt, wie dies im Schritt 97 angedeutet ist, und ein neuer Mittelwert wird berechnet, wie dies im Schritt 94 angedeutet ist. Wenn die Differenz die zuvor festgelegten Schrittparameter überschreitet, dann werden die x-y-Daten im Schritt 100 mit ihren entsprechenden Zeit-Daten in der Speichereinrichtung 60 gesichert. Dieses Verfahren der Datensammlung führt zu etwa zwei Datenpunkten je Richtungsänderung der Augenbewegung.

Die in Fig. 14 und 15 dargestellten Datensammelroutinen vereinfachen in erheblichem Maße die Datenmenge, die zu analysieren erforderlich ist. In einem typischen Test sind sieben Dioden einbezogen, wobei die erste, die mittlere und die letzte Diode während zwei Sekunden und die dazwischenliegenden Dioden während einer Sekunde zum Aufleuchten gebracht werden. Dabei werden etwa 23 Fixierungen bei einem normalen Test aufgezeichnet, wobei 22 Augenbewegungen dazwischen liegen. Dieser Test würde insgesamt etwa 30 Sekunden in Anspruch nehmen. Durch Aufzeichnen lediglich der Anfangs- und Endpunkte der Augenbewegungen ist es in idealer Weise nötig, lediglich 60 Datenpunkte zu sichern. Normalerweise werden jedoch mehr Augenbewegungen als jene Werte ge sichert, die schließlich sämtliche Augenbewegungs kriterien erfüllen. Die Anzahl der gesicherten Daten punkte wird dennoch häufig weniger als 30 000 Daten punkte betragen, die akkumuliert würden bzw. werden, falls das gesamte Ausgangssignal des Tests gespeichert wäre, wie dies Fig. 15a veranschaulicht. Fig. 15a zeigt dabei eine Subroutine zur Speicherung sämtlicher abge tasteter Daten der x- und y-Kanäle mit den zugehörigen bzw. begleitenden Zeitdaten, wobei entsprechende Bezugs zeichen dazu benutzt sind, solche Programmschritte zu bezeichnen, die den zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 14 und 15 beschriebenen Schritten ähnlich sind bzw. diesen entsprechen.

Die Funktion des in Fig. 16a bis 16e dargestellten Datenanalyseprogramms besteht darin, die aufgesammelten Datenpunkte aufzunehmen, welche den Beginn und das Ende der jeweiligen Augenbewegung oder eines Blinzelns markieren, den Typ der aufgetretenen Augenbewegung zu bestimmen und die Parameter zu berechnen, welche die Augenbewegung oder das Blinzeln beschreiben. Die Haupt- Augenbewegungen umfassen die ruckartige Anhaltebewegung (das sind schnelle ruckartige Bewegungen, die während des Lesens und der visuellen Abtastbewegung auftreten), die Fixierung, das Blinzeln und die Verfolgungsbewegung (das sind langsame Bewegungen, die beim Verfolgen eines sich langsam bewegenden Objekts in einer stationären Umgebung benutzt werden), sowie die Vergenz-Augenbe wegung, die zur Anwendung gelangt, wenn mit beiden Augen auf nahe oder entfernte Objekte geschaut wird. Dieses Programm analysiert die Daten und klassifiziert eine entsprechende Bewegung in eine dieser Kategorien ein. Ferner erfolgt die Berechnung der Parameter je Bewegung.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Programm begonnen wird, das ist der mit 100 a bezeichnete Start in Fig. 16a, werden die x-y-Daten mit den begleitenden Zeit-Daten von dem Speicher 16 im Schritt 101 erhalten und im Schritt 102 linearisiert. Der Prozeß der Linearisierung beginnt, bevor der Patient getestet wird, wenn ein Eichungs-Subprogramm abläuft, welches die von einer linken Fixierung, einer rechten Fixierung und einer mittleren Fixierung erhaltenen Signale bewertet. Das Ausgangssignal des Augenbewegungsdetektors wird für jede dieser drei Fixierungen bewertet, und die Störung des jeweiligen Kanals wird berechnet und gespeichert. Diese Werte werden für einen mathematischen Algorithmus verwendet, der den numerischen Wert der Daten derart linearisiert, daß dieselbe relative Augenbewegung zu demselben proportionalen Signal auf jeder Seite der Mitte führt. Wenn beispielsweise bei dem Patienten nicht die vier Dioden auf jeder Seite der Iris gleich positioniert sind, dann wird der relative numerische Wert des von den Dioden her fließenden Stroms verzerrt sein, da die entsprechende Dreiecksbeziehung zwischen linken und rechten Fixierungen nicht gleich sein wird. Die Eichungs- und Linearisierungs-Routine speichert die von der extremen linken Fixierung, der mittleren Fixierung und der extremen rechten Fixierung erhaltenen numerischen Werte zusammen mit dem Patientennamen und den Testdaten. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Daten ver wendet werden, werden sie ebenfalls linearisiert, um die Dreiecksberechnung oder Unregelmäßigkeiten der elektronischen Komponenten zu kompensieren. Die linearisierten Daten werden dann aufeinanderfolgend durch die Subroutine gemäß Fig. 16a geleitet, welche jeden der aufeinanderfolgenden x-y-Positionswerte einem Vergleich unterzieht, um zu bestimmen, ob eine Augenbe wegung aufgetreten ist. Dieses Programm beginnt beim Schritt 107, gemäß dem jede aufeinanderfolgende Abtast probe bzw. Probe auf ihre Gruppeneinteilung oder Klassifizierung hin erhalten wird.

Die eintreffenden Daten können aufeinanderfolgende Reihe von x-y-Daten zu Beginn und am Ende der jeweiligen Augenbewegung aufweisen, wie dies zuvor im Zusammenhang mit den in Fig. 14 bzw. 15 dargestellten Datensammel programmen erläutert worden ist. Bei jedem dieser Programme bestehen die linearisierten Daten aus einer Reihe von x-y-Daten zu Beginn und am Ende der jeweiligen Augenbewegung. Alternativ dazu kann ein Prozessor hoher Geschwindigkeit verwendet werden, der jede aufeinander folgend auftretende Datenprobe bewertet, wie dies in Fig. 15 veranschaulicht ist, um die Übergangspunkte zwischen den Fixierungen und den Augenbewegungen von einander zu trennen und um die Zeit-Daten aufzuzeichnen, welche die Änderung im Augenbewegungsstatus begleiten. Die in Fig. 16a dargestellte Routine tastet drei auf einanderfolgende Positionen ab, bevor eine Gruppenein teilung der Daten in irgendeine der möglichen Augenbe wegungen erfolgt. Diese Bewertungen sind so ausgelegt, daß die Auswirkung der zufälligen Störung und der kurzzeitigen Schwankungen in der elektronischen Anlage minimiert ist. Das in Fig. 16a dargestellte Analyse programm weist zwei Haupt-Verknüpfungszweige auf: einen für Fixierung und einen für Augenbewegungen, wobei die Augenbewegungs-Schleife weiter in mehrere Subprogrammschleifen unterteilt ist. Am Ende der je weiligen Schleife kehrt das Programm beim Schritt 107 zum Punkt A zurück. Generell werden sämtliche unbekann ten Daten oder Daten, die nicht zu dem besonderen Kriterium passen, den Fixierungsdaten hinzuaddiert. Wenn die Signale innerhalb der Störpegeltoleranz liegen, werden sie im übrigen nicht als Fixierungs daten gespeichert.

Wie in Fig. 16a veranschaulicht, wird die nächste Probe bzw. Abtastprobe erhalten, was im Schritt 107 angedeutet ist. Diese Abtastprobe wird mit den Stör pegelgrenzen verglichen, wie dies im Schritt 108 ange deutet ist. Wenn der Abtastpegel oberhalb des Stör pegels liegt, dann gelangt er zu der Augenbewegungs- Schleife hin, die mit dem Schritt 109 beginnt. Die nächstfolgende Abtastprobe wird über die Rückkehr schleife 110 erhalten. Wenn drei aufeinanderfolgende Abtastproben oberhalb des Störpegels erhalten worden sind, erfolgt beim Schritt 111 eine Entscheidung dahin gehend, daß eine Augenbewegung begonnen hat und daß ein Bedarf zur Analysierung der vorhergehenden Daten hinsichtlich des Vorliegens einer möglichen Fixierung vorhanden ist.

Alternativ dazu wird die Abtastprobe, wenn sie im Vergleich beim Schritt 108 als unterhalb des Störpegels ermittelt wird, zu der Fixierungs-Schleife weitergeleitet, die beim Schritt 112 beginnt. Wenn der Abtastpegel im Schritt 112 als nicht oberhalb des Störpegels liegend bestimmt ist, hält die Subroutine die Abtastprobe fest und erhält die nächstfolgende Abtastprobe über die Rückkehrschleife 113. Wenn drei aufeinanderfolgende Abtastproben unterhalb des Störpegels liegen, erfolgt beim Schritt 114 eine Programmentscheidung dahingehend, daß eine Fixierung begonnen hat. Damit liegt ein Bedarf dafür vor, die vorhergehenden Daten auf eine mögliche Augenbewegung hin zu analysieren. Die vorhergehenden Daten-Abtastproben, die eine mögliche Augenbewegung oder eine mögliche Fixierung anzeigen, werden in Über einstimmung mit dem in Fig. 16b dargestellten Programm- Flußdiagramm weiter verarbeitet.

Das in Fig. 16a dargestellte Programm stellt ferner, wenn es mit einem mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Prozessor verwendet wird, ein Datenreduktionsprogramm dar, welches die eingangsseitig auftretenden Augenbe wegungsdaten vereinfacht und die x-y-Koordinaten sowie die Zeitwerte für den Beginn der jeweiligen Augenbe wegung und den Beginn der jeweiligen Fixierung festlegt. Diese Werte werden dann in Kurzzeitpuffern gespeichert, wie dies weiter unten noch erläutert werden wird, oder sie können in eine Kurzzeitspeichereinrichtung für nach folgende Berechnungen oder Gruppierungen eingelesen werden.

Die Analyse-Bewertung beginnt mit einer in Fig. 16b dargestellten Subroutine. Wenn die beim Schritt 111 getrennten Datenpunkte als eine Fixierung erscheinen, wie dies durch den Schritt 115 bestimmt ist, dann werden beim Schritt 116 Rechnungen in Bezug auf die Fixierung, die Dauer, die relative Augenbewegung, die relative Augengeschwindigkeit und die Positionsdaten vorge nommen, um zu bestimmen, ob eine Fixierung möglich ist.

Wenn die Größe der Augenbewegung kleiner ist als 0,1 Bogengrad, dann werden die Daten zu den Fixierungs daten hinzuaddiert. Ein Haupttyp der Augenbewegung wird als Mikrobewegung bezeichnet, die vom Auge benutzt wird, um die Bilddaten auf der Retina kontinuierlich zu ver schieben. Diese Mikrobewegungen treten während der Fixierung als Teil des Informationssammlungsprozesses auf. Es ist jedoch zum Zwecke der Ausführung dieses Programms erwünscht, die Mikrobewegungen als Teil der Fixierung zu verarbeiten. Um die betreffenden Daten als Fixierungs-Daten zu qualifizieren, muß die Größe der jeweiligen Augenbewegung kleiner als 0,1 Bogengrad sein. Wenn die Größe der Augenbewegung kleiner als 0,1° ist, werden die betreffenden Daten zu der Fixierung hinzuaddiert, und zwar als Daten, die entweder möglicher weise eine Störung oder eine Mikrobewegung darstellen. Wenn die Geschwindigkeit der Augenbewegung kleiner als 0,5° pro Sekunde ist, wird darüber hinaus die Augen bewegung als Fixierung klassifiziert. Wenn sämtliche Fixierungs-Kriterien beim Schritt 117 erfüllt sind, wird die Fixierungs-Eingruppierung in dem nächsten verfügbaren Puffer gesichert, wie dies beim Schritt 118 angedeutet ist. Wenn jedoch die Fixierungs-Kriterien beim Schritt 117 nicht erfüllt sind, dann führt das Programm beim Schritt 119 Berechnungen aus, um zu be stimmen, ob die Augenbewegung eine Verfolgungs-Augen bewegung war. Um die Bewegung als eine Verfolgungs- Augenbewegung zu qualifizieren, muß sie größer als 0,1 Bogengrad sein, wobei die Augenbewegungsgeschwindig keit zwischen 0,5° pro Sekunde bis 7° pro Sekunde liegen muß. Die Dauer muß größer sein als 70 ms. Während die Verfolgung von 0,5° pro Sekunde bis 30° pro Sekunde reichen kann, und zwar für die Zwecke dieses Analyse programms, wird die Maximalgeschwindigkeit jeglichen Verfolgungs-Targets auf 4° bis 7° pro Sekunde festge legt. Jegliche höhere Geschwindigkeit muß dann notwendigerweise eine ruckartige Bewegung sein, und die Daten werden sodann zum Programmschritt 120 nach der Bewertung beim Schritt 122 übertragen. Wenn sämt liche Verfolgungskriterien beim Schritt 190 erfüllt sind, wird die Verfolgungs-Augenbewegung beim Schritt 121 im nächsten verfügbaren Puffer gesichert. Wenn diese Verfolgungskriterien nicht erfüllt sind, werden die Daten zur weiteren Bewertung beim Schritt 122 weiter geleitet. Wenn die Geschwindigkeit dann größer als 7° pro Sekunde ist und die Bewegung länger als 7 ms andauert sowie einen größeren Bogenwinkel als 0,1° ab deckt, gelangen die Augenbewegungsdaten durch den Ent scheidungspunkt 120, bei dem sämtliche das ruckartige Anhalten betreffenden Kriterien erfüllt sind. Die be treffenden Daten werden im nächsten verfügbaren Puffer gesichert, wie dies beim Schritt 124 angedeutet ist. Wenn jedoch die Augenbewegungsdaten nicht zu den Ver folgungs-Kriterien oder zu den das ruckartige Anhalten betreffenden Kriterien beim Schritt 122 passen, dann werden die Daten als mögliche Fixierung im nächsten verfügbaren Puffer gesichert, wie dies beim Schritt 123 angedeutet ist. Das Programm teilt jegliche unbekannte oder undefinierbare Augenbewegung als Fixierung beim Schritt 123 ein.

Wenn die beim Schritt 114 gemäß Fig. 16a getrennten Augenpositionsdaten den Beginn einer Fixierung anzeigen, dann werden diese Augenpositionsdaten zusammen mit den Daten des vorhergehenden Punktes beim Schritt 125 auf eine mögliche Augenbewegung analysiert. Die x-y-Posi tionskoordinaten und die Zeit-Daten werden dann beim Schritt 126 dazu herangezogen, die Dauer, den Grad, die Geschwindigkeit und die Position der Augenbewegung zu berechnen.

Wenn sämtliche das ruckartige Anhalten betreffenden Kriterien durch diese Augenbewegungsdaten beim Schritt 120 erfüllt sind, werden sodann die betreffenden Augenbe wegungsdaten im nächsten verfügbaren Speicher ge speichert, wie dies beim Schritt 124 angedeutet ist. Die ruckartige Augenbewegung wird als eine Augenbe wegung eingeteilt bzw. definiert, die länger als 7 ms andauert, größer als 0,1 Bogengrad ist und eine Be wegungsgeschwindigkeit von mehr als 7° pro Sekunde aufweist. Wenn die beim Schritt 126 berechnete Augenbe wegung nicht in die das ruckartige Anhalten bzw. die ruckartige Bewegung betreffenden Kriterien paßt, wer den die Bewegungsdaten dann zum Entscheidungsschritt 155 weitergeleitet, um nämlich zu bestimmen, ob die Ver folgungs-Kriterien erfüllt sind. Wie zuvor ausgeführt, wird eine Verfolgungs-Bewegung als eine Bewegung gruppiert, die größer als 0,1 Bogengrad ist, länger als 70 ms andauert und eine Geschwindigkeit zwischen 0,5° und 7° pro Sekunde aufweist. Wenn sämtliche Ver folgungs-Kriterien beim Schritt 155 erfüllt sind, werden sodann die Augenbewegungsdaten als Verfolgungs-Augenbe wegung im nächsten verfügbaren Puffer gesichert, wie dies beim Schritt 156 angedeutet ist. Wenn eine Ver folgungs-Augenbewegung nicht angezeigt wird, wird eine weitere Bewertung beim Schritt 127 durchgeführt. Wenn die Dauer kürzer als 7 ms betragen hat und wenn die Geschwindigkeit weniger als 10 Bogengrad pro Sekunde ausmachte, dann erfolgt beim Schritt 128 eine Endbe wertung. Falls die Dauer oder Geschwindigkeit größer als das jeweilige Kriterium ist, wie dies beim Schritt 127 festgelegt ist, dann wird beim Schritt 129 eine Bewer tung in der zweiten Ebene durchgeführt. Beim Schritt 129 wird die Bewegung bewertet, um nämlich zu bestimmen, ob die Geschwindigkeit gleich 7° pro Sekunde oder klei ner als dieser Wert ist und ob die Dauer gleich oder größer als 7 ms ist. Falls diese Kriterien erfüllt sind, werden die Bewegungsdaten als einer ruckartigen Bewegung zugehörige Daten im nächsten verfügbaren Puffer ge sichert, wie dies beim Schritt 160 angedeutet ist. Falls jedoch die Geschwindigkeit nicht gleich oder größer als 7° pro Sekunde ist oder falls die Dauer nicht gleich oder größer als 7 ms ist, wird ein letzter Bewertungsschritt 160 ausgeführt.

Die bei den Schritten 127 bis 130 angegebenen Bewertungs kriterien werden dazu benutzt, Grenz-Augenbewegungen zu klassifizieren, die nicht völlig in die ein ruckartiges Anhalten bzw. eine ruckartige Bewegung und eine Ver folgung betreffenden Kriterien fallen, welche zuvor durch die Schritte 120 und 155 definiert sind. Falls die Dauer größer als 7 ms ist und falls die Geschwindigkeit größer als 3° pro Sekunde ist, dann werden die Augenbe wegung bzw. die betreffenden Daten beim Schritt 130 als Daten für ein mögliches ruckartiges Anhalten im nächsten verfügbaren Puffer gesichert, wie dies beim Schritt 161 angedeutet ist. In entsprechender Weise wird dann, wenn beim Schritt 128 bestimmt wird, daß die Geschwindigkeit größer als 3° pro Sekunde ist und daß die Bewegungsgröße größer als 0,1 Bogengrad ist, die Augenbewegung als mögliche ruckartige Bewegung im nächsten verfügbaren Puffer beim Schritt 161 ge speichert. Die übrigen Bewegungen, die in keines dieser zuvor definierten Kriterien passen, werden als mögliche Fixierung im nächsten verfügbaren Puffer gesichert, wie dies beim Schritt 162 angedeutet ist. Wie zuvor beim Schritt 123 angedeutet, wird jede Augenbewegung, die nicht zu gewissen zuvor definierten Kriterien paßt, als mögliche Fixierung gespeichert.

Fig. 16c veranschaulicht einen dritten Teil des Analyse programms, der die Pufferkapazität überprüft, um ent sprechende Bewegungen miteinander zu kombinieren und benachbarte ruckartige Bewegungen in entgegengesetzte Richtungen in Blinzeln anstatt in Augenbewegungen zu trennen. Am Ende der in Fig. 16b veranschaulichten Analyse nimmt das Programm beim Schritt 163 eine Über prüfung vor um festzustellen, ob lediglich ein Puffer benutzt ist. Falls lediglich ein Puffer benutzt worden ist, kehrt das Programm zum Punkt A beim Schritt 107 zurück, um die nächstfolgende Probe bzw. Abtastprobe zu vergleichen, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 16a beschrieben worden ist. Falls mehr als ein Puffer be nutzt worden ist, überprüft das Programm die Puffer um festzustellen, wie viele Puffer benutzt worden sind. Wenn das Programm beim Schritt 164 feststellt, daß alle vier Puffer gefüllt worden sind, dann werden die Puffer beim Schritt 165 überprüft, um die Bewegungen zu einander entsprechenden Augenbewegungen zu kombinieren. Falls alle vier Puffer nicht benutzt sind, kehrt die Programm schleife beim Schritt 107 zum Punkt A für die nächst folgende Probe bzw. Abtastprobe zurück.

Nachdem die vier Puffer gefüllt worden sind, wird beim ersten Bewertungsschritt 166 bestimmt, ob irgendwelche Augenbewegungen nach links vorhanden sind, denen eine unmittelbare Augenbewegung nach rechts folgt. Diese Subroutine entfernt Blinzel-Daten aus den Augenbe wegungs-Daten. Ein Blinzeln tritt stets als eine Augen bewegung nach links auf, die von einer Augenbewegung nach rechts von solcher Art gefolgt wird, daß das Augenlid während des Blinzelns die Hornhaut verschließt. Die Unterscheidung zwischen Blinzel-Daten und ein ruck artiges Bewegen bzw. Anhalten betreffenden Daten ist eine zweifache Unterscheidung. Zum ersten ist die Dauer wesentlich, und zum zweiten ermöglicht die Physiologie des Auges nicht zwei aufeinanderfolgende ruckartige Bewegungen ohne eine dazwischenliegende Fixierung aus zuführen. Die Bewertung beim Schritt 167 führt zur Be stimmung, ob die Bewegung tatsächlich ein Blinzeln bzw. Zwinkern ist. Falls jedoch die Gesamtdauer der Augen bewegung nicht in das Blinzel-Kriterium paßt, wird die betreffende Bewegung zu den Fixierungs-Daten beim Schritt 168 kombiniert. Um die Bewegung als ein Blinzeln zu qualifizieren, muß die Augenbewegung zwischen 14 ms und 1000 ms liegen, und die kombinierten Bewegungen müssen weniger als zwei Bogengrad ausmachen. Falls diese Kriterien erfüllt sind, werden die beiden Augenbewegungen zu einem einzigen Blinzeln bzw. Zwinkern beim Schritt 169 kombiniert.

Die nächste Bewertung beim Schritt 170 führt zur Be stimmung, ob irgendwelche Augenbewegungen nach rechts vorhanden sind, denen eine unmittelbare Augenbewegung nach links folgt. Falls dies der Fall ist, wird durch die nächste Bewertung beim Schritt 171 bestimmt, ob die Positionsdifferenz in Grad kleiner als 0,5 Bogengrad ist. Falls dies der Fall ist, werden die kombinierten Be wegungen dann als eine einzige Fixierung beim Schritt 172 gespeichert. Falls dies indessen nicht der Fall ist, erfolgt eine weitere Bewertung beim Schritt 173, um nämlich festzustellen, ob die Größe der Augenbe wegung nach rechts in Grad größer ist als die Größe der Augenbewegung nach links in Grad. Falls dies der Fall ist, wertet das Programm beim Schritt 174 die Daten um in eine Augenbewegung nach rechts, der eine Fixierung folgt. Falls dies nicht der Fall ist, werden die Daten beim Schritt 175 zu einer Fixierung kombiniert, der eine Augenbewegung nach links folgt. Auf die bei den Schritten 166 und 170 angegebenen Bewertungen hin bestimmt das Programm beim Schritt 176, ob irgendwelche Positionsdaten in den Puffern eine mögliche Fixierung anzeigen. Falls dies der Fall ist, wird sodann eine weitere Subroutine beim Punkt B (in dieser Figur als einziger Schritt 177 dargestellt) zur Bewertung der Fixierungs-Daten herangezogen, indem die vorangehenden und die folgenden Augenbewegungen benutzt werden, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 16d weiter unten noch im einzelnen erläutert werden wird.

Anschließend bestimmt das Programm in den Schritten 161 oder 162, ob irgendwelche in dem Puffer gespeicherten Daten mögliche Augenbewegungen anzeigen. Falls Be wegungen vorhanden sind, bestimmt das Programm beim Schritt 178, ob irgendwelche möglichen Augenbewegungen vorhanden sind. Falls dies der Fall ist, werden diese möglichen Augenbewegungen am Punkt C beim Schritt 179 unter Verwendung von vorhergehenden und nachfolgenden Augenbewegungen bewertet, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 16e nachstehend noch im einzelnen erläutert werden wird. Auf diese Bewertung beim Schritt 178 hin sichert das Programm sodann sämtliche übrigen Puffer werte im Speicher, wie dies beim Schritt 180 angedeutet ist. Sodann kehrt das Programm zum Punkt A beim Schritt 107 zurück, um die nächstfolgende Datenprobe bzw. Datenabtastprobe zu verarbeiten.

Fig. 16d veranschaulicht eine Subroutine für die Be wertung möglicher Fixierungen sowie für die Durchführung einer Bestimmung, ob eine mögliche Fixierung als Fixie rung klassifiziert oder mit einer vorhergehenden oder nachfolgenden Augenbewegung kombiniert werden sollte. Beim Schritt 181 erfolgt die erste Bewertung, durch die bestimmt wird, ob die unmittelbar vorhergehende Bewegung ebenfalls eine Fixierung ist. Falls dies der Fall ist, wird diese Fixierung mit der vorhergehenden Fixierung beim Schritt 182 kombiniert. Bei der zweiten Bewertung, die beim Schritt 183 angedeutet ist, bestimmt das Pro gramm, ob die folgende Augenbewegung eine Fixierung ist. Falls die folgende Augenbewegung eine Fixierung ist, wird sodann die Augenbewegung beim Schritt 184 mit der folgenden Fixierung kombiniert. Die nächste Bewertung beim Schritt 185 ist eine umfassendere Definition einer Fixierung, 14196 00070 552 001000280000000200012000285911408500040 0002003702528 00004 14077die feststellt, ob die Dauer der Fixierung größer als 40 ms ist und ob die folgende Augenbewegung kleiner als 2 Bogengrad oder nicht ist (wobei die Größe der vorhergehenden Augen bewegung gleich oder größer als das Vierfache der Größe der folgenden Augenbewegung ist). Falls dies der Fall ist, wird die Augenbewegung als Fixierung klassi fiziert und beim Schritt 186 gespeichert.

Falls die Augenbewegung nicht in diese Kategorien fällt, dann wird ein letzter Bewertungsschritt 187 durchgeführt, um nämlich zu bestimmen, ob die vorher gehenden und folgenden Augenbewegungen in derselben Richtung erfolgen bzw. erfolgt sind. Falls dies der Fall ist, wird die mögliche Fixierung zwischen vor hergehende und nachfolgende Augenbewegungen beim Schritt 188 aufgeteilt. Falls die Bewegungen nicht in derselben Richtung erfolgen, wird die mögliche Fixierung mit der vorhergehenden Augenbewegung beim Schritt 189 kombiniert, und die Subroutine kehrt am Punkt D zum Analyseprogramm gemäß Fig. 16c zurück.

In Fig. 16e ist eine separate Subroutine für die Be wertung einer möglichen Augenbewegung veranschaulicht, wie dies zuvor beim Schritt 179 erwähnt worden ist. Die erste Feststellung der Subroutine beim Schritt 190 besteht darin festzustellen, ob eine vorhergehende Fixierung oder eine nachfolgende Fixierung vorliegt. Falls eine derartige Situation existiert, wird beim Schritt 191 in einer zweiten Bestimmung festgestellt, ob die vorhergehende Bewegung und die nachfolgende Bewegung jeweils eine Fixierung ist. Falls dies der Fall ist, werden die beiden Fixierungen und die da zwischen auftretende mögliche Augenbewegung zu einer einzigen Fixierung beim Schritt 192 kombiniert.

Falls keine vorhergehende oder nachfolgende Fixierung beim Schritt 190 festgestellt wurde, wird durch das Programm beim Schritt 193 bestimmt, ob die vorher gehenden und nachfolgenden Augenbewegungen in derselben Richtung erfolgen bzw. erfolgt sind. Falls beide Be wegungen in derselben Richtung erfolgen, leitet das Programm sodann eine erneute Bewertung beim Schritt 194 ein, um möglicherweise alle drei Augenbewegungen zu einer zu kombinieren. Falls die Bewegungen nicht in der selben Richtung erfolgen, wird die Augenbewegung mit der vorhergehenden Augenbewegung beim Schritt 195 kombiniert, und diese kombinierte Augenbewegung wird dann im nächsten verfügbaren Puffer gespeichert.

Falls die Subroutine bei den Schritten 190 und 191 festgestellt hat, daß lediglich eine der vorhergehen den und nachfolgenden Augenbewegungen eine Fixierung ist, dann wird ein nachfolgender Bewertungsschritt 198 durchgeführt, um festzustellen, ob die mögliche Augen bewegung in derselben Richtung wie die unmittelbar vorangehende oder nachfolgende Augenbewegung erfolgt. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Augenbewegung beim Schritt 192 mit der vorhergehenden Augenbewegung oder der nachfolgenden Augenbewegung kombiniert und im nächsten verfügbaren Puffer gespeichert. Falls die beiden Bewegungen in derselben Richtung erfolgten, dann wird in einem zweiten Bewertungsschritt 196 festgestellt, ob die Bewegungsgeschwindigkeit gleich oder größer als 10 Bogengrad pro Sekunde ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Bewegung mit einer Fixierung beim Schritt 192 kombiniert. Falls sie gleich oder größer als 10 Bogengrad pro Sekunde ist, werden dreiviertel der möglichen Augenbewegung zu der Augenbewegung klassifiziert, und ein Viertel der betreffenden Be wegung wird zu der Fixierung beim Schritt 197 klassi fiziert. Diese Routine kehrt dann am Punkt D zum Analyseprogramm zurück.

Das Endprogramm, das in Fig. 17 veranschaulicht ist, vergleicht gewisse Parameter, die durch das in Fig. 16a bis 16e dargestellte Analyseprogramm entwickelt sind, und bestimmt das Vorhandensein und das Ausmaß der Dyslexie und anderer neurologischer Zustände. Nach Einleitung des Programms beim Schritt 132 werden beim Schritt 133 die gespeicherten Testdaten 131 erhalten. Diese Daten sind in einer Massenspeichereinrichtung 16 oder auf einer herausnehmbaren Speicherdiskette 19 oder in irgendeiner anderen äquivalenten Langzeitspeicher einrichtung gespeichert worden. Die Testergebnisse können dann sequentiell ausgedruckt werden, wie durch einen Ausgabe-Reportgenerator 136, oder es kann bezüg lich der Testdaten eine Analyse durchgeführt werden. Wenn eine Analyse durchgeführt wird, wird beim Schritt 134 die Gesamtzahl der Fixierungen bestimmt, und diese Werte werden kurzzeitig mit dem Ausgangs signal des Ausgabe-Reportgenerators 136 gespeichert. Die Anzahl der Fixierungen wird dann mit der Gesamtzahl der visuellen Reize beim Schritt 137 verglichen. Falls die Gesamtzahl der Fixierungen größer als die Anzahl der visuellen Reize ist, dann wird die erste Anzeige dafür, daß Dyslexie vorliegt, registriert, und die Daten werden zu der Dyslexie-Vergleichs-Subroutine 141 weitergeleitet. Die Analyse wird beim Schritt 138 ange zeigt.

Das Programm enthält eine Dyslexie-Vergleichs-Sub routine 141, die beim Schritt 143 jeden der objektiven Parameter von den Testdaten aufnimmt, wie dies durch die Schritte 134, 138, 144, 148, 150 und 152 festgelegt ist; sie vergleicht die Parameter mit statistischen Daten 142, die über die Zeit zusammengestellt worden sind. Diese Daten führen beim Schritt 142 zur Klassi fizierung empirischer und historischer Augenbewegungs daten nach dem Alter, Geschlecht, Rasse und der Art der Störung. Durch kontinuierliche Aktualisierung der Datenbank mit den Daten von neuen Test-Patienten wird eine Datenbank gebildet, welche die dem jeweiligen Typ von Störung zugehörigen Parameter sowie den Ein fluß des Auftretens in bezug auf die Schwere der Störung definiert.

Nachdem die Daten von mehreren hundert bis tausend Patienten aufgesammelt worden sind, können die ein gangsseitig auftretenden Augenbewegungsparameter mit existierenden historischen Parametern verglichen wer den, um das Ausmaß der Störung zu diagnostizieren. Auf der Grundlage des Ausmaßes der Störung und des Typs der Störung können weitere Empfehlungen in der Datenbank gespeichert werden, und zwar als Empfehlung für den weiteren Test oder die offensichtliche Behandlung. Eine grafische Darstellung des Augenbewegungsmusters oder eines Vergleichs des Patienten-Musters mit den histori schen Daten kann ebenfalls an den Ausgabe-Reportgenera tor 136 beim Schritt 143 abgegeben werden.

Nachdem die Fixierungen bestimmt und bewertet worden sind, werden beim Schritt 138 die Gesamtzahl, die Größe und die Dauer der Augenbewegungen bestimmt. Die Gesamt zahl, die Größe und die Dauer der Augenbewegungen wer den dann beim Schritt 143 mit dem Rest der Report-Daten bereitgestellt und an den Reportgenerator 136 abgegeben. Auf die Feststellung der Gesamtanzahl der Augenbe wegungen hin wird die Anzahl der nach rechts und nach links gehenden Augenbewegungen bestimmt und mit der Richtung des im Reiz-Kanal auftretenden Reizes ver glichen, um nämlich die Anzahl von rückführenden bzw. regressiven Augenbewegungen beim Schritt 144 zu be stimmen. Der prozentuale Anteil und die Gesamtamplitude der regressiven Augenbewegungen sind Angaben unter den primären Indikatoren für Dyslexie. Diese Daten werden an den Ausgabe-Reportgenerator 136 abgegeben, während die Analyse fortgesetzt wird, wie dies durch den Schritt 146 angedeutet ist.

Wie in der obigen Tabelle I angegeben, stabilisierte sich der prozentuale Anteil der regressiven ruckartigen Anhaltebewegungen bei zurückgebliebenen Lesern, normalen Lesern und fortgeschrittenen Lesern zwischen 6,8% und 9,8%, während der prozentuale Anteil der regressiven ruckartigen Anhaltebewegungen bei Dyslexie-Patienten im Mittel 29,9% betrug. Falls der prozentuale Anteil, die Gesamtanzahl, die Größe, die Dauer der Vorwärtsbe wegung und der regressiven ruckartigen Anhaltebe wegungen sowie der Fixierungen und der Augenbewegungen, die vorangehen und nachfolgen, höher ist als der Mittel wert für normale Leser desselben Alters, Geschlechts und derselben Rasse, dann werden die Daten im Programm schritt 146 zu der Dyslexie-Vergleichs-Subroutine 141 weitergeleitet. Die Analyse wird beim Schritt 148 fort gesetzt. Zusätzlich zu der Anzahl der Fixierungen und der regressiven ruckartigen Anhaltebewegungen zeigen auch die Gesamtanzahl, die Größe und die Dauer von vielfachen regressiven Augenbewegungen Dyslexie an. Diese Anzahl wird berechnet, wie dies im Schritt 148 angedeutet ist, und die Gesamtanzahl wird beim Schritt 143 sowohl zum Reportgenerator als auch zur Dyslexie-Subroutine 141 weitergeleitet. Die Analyse wird, wie angedeutet, in den Schritten 150 bis 152 fortgesetzt.

Die Gesamtzahl und die Dauer von Blinzelvorgängen wer den ebenfalls beim Schritt 150 berechnet; diese Angaben werden beim Schritt 143 zum Ausgabe-Reportgenerator weitergeleitet. Bei einem normalen Test wird die Anzahl der Blinzelvorgänge minimal sein. Falls jedoch der Licht-Test für den Patienten zu schwierig ist, kann sich die Anzahl der Blinzelvorgänge erhöhen. Außerdem können auch hyperaktive, in der Aufmerksamkeit beein trächtigte Kinder Blinzeln in erhöhter Anzahl zeigen. Schließlich werden die Gesamtzahl, die Größe und die Dauer der Augen-Rückwärtsauslenkungen beim Schritt 152 in Tabellen erfaßt, und zwar insofern, als die Anzahl der Augen-Rückwärtsauslenkungen ebenfalls Indikator für Dyslexie sein kann. Diese Daten werden beim Schritt 143 ebenfalls zum Ausgabe-Reportgenerator hingeleitet. Eine Augen-Rückwärtsauslenkung bzw. -be wegung zeigt an, daß der Patient Schwierigkeiten hat, das Auge auf das Target zu richten. Die betreffenden Rückwärtsauslenkungen treten bei Lesetests häufig auf, bei denen der Patient vom Ende einer Zeile zum Anfang der nächsten Zeile zurückgeht. Wenn der Reiz durch eine Reihe von aufleuchtenden Lichtern gebildet ist, kann jedoch die Anzahl der Augen-Rückwärtsauslenkungen die Unfähigkeit anzeigen, die Augen genau auf den Reiz zu richten.

Die Dyslexie-Vergleichs-Subroutine 141 vergleicht den prozentualen Anteil, die Gesamtzahl, die Größe und die Dauer der vorwärts und rückwärts erfolgenden ruckartigen Anhaltebewegungen, der übermäßigen Fixierungen und der Mehrfach-Rückführbewegungen mit statistischen Daten, die zuvor durch getestete Dyslexie-Leser, zurückge bliebene Leser, normale Leser und andere Patienten erfaßt worden sind. Der prozentuale Anteil der Regressionen und die Anzahl der Fixierungen werden dann längs einer Skala interpoliert, wozu die Standard abweichung oder die kleinste quadratische Regression und andere statistische Verfahren herangezogen werden, um das Ausmaß bzw. die Schwere der Dyslexie im Vergleich zu anderen bekannten Dyslexie-Patienten desselben Alters, desselben Geschlechts und derselben Rasse zu bestimmen. Das Ausgangssignal des Vergleichsberichts wird dann beim Schritt 143 zum Ausgabe-Reportgenerator hingeleitet.

Schließlich wird vom Ausgabe-Reportgenerator 136 ein Ausgabereport ausgedruckt, wie dies in Fig. 1 ange deutet ist. Dieser Report kann in Abhängigkeit vom Wunsch des Bedieners verschiedene Formen haben. In Abhängigkeit von dem ausgewählten System und vom Wunsch des Bedieners kann der Bericht bzw. Report in alpha numerischer und grafischer Form auf einer Videoanzeige einrichtung erscheinen, oder er kann auf einer Speicher diskette gespeichert, auf einer Zeichenmaschine ausge druck, auf einem Meßstreifen-Aufzeichnungsgerät 20 dar gestellt oder mittels des Druckers 21 ausgedruckt und in Tabellenform dargestellt sein. Alternativ dazu kann die Erfindung auch dadurch praktisch ausgeführt werden, daß, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist, eine Kombination von grafischen Darstellungen und einer Ausgabe-Diagnoseanzeige darüber erfolgt, ob der Patient Dyslexie oder andere neurologische Zustände aufweist oder nicht. Falls er Dyslexie hat oder andere neurologische Zustände vorliegen, dann wird das relative Ausmaß der Dyslexie oder des betreffenden getesteten Zustands angegeben. Nach Durchführung der Dyslexie-Diagnose werden Empfehlungen bezüglich der möglichen Gründe für das Problem sowie für das weitere Testen und/oder geeignete Behandlungsmethoden angegeben. Die prozent mäßige Plazierung des Patienten in bezug auf die allge meine Bevölkerung kann ebenfalls grafisch angegeben werden. Darüber hinaus kann eine grafische Darstellung der Augenbewegungslage in bezug auf die Position der Reizeinrichtung gegeben werden.

Die Folge des Auftretens der Dauer, der Größe, der Lage und der Geschwindigkeit jeder der Augenbewegungen, des Blinzelns und der Fixierungen kann in der Nähe des jeweiligen Vorgangs ausgedruckt werden. Statistische Strichdiagramme, welche die Diagnoseergebnisse veran schaulichen, können ebenfalls gedruckt werden. Die Kombination des leichten Lesens der Grafiken und der verbalen Diagnose und Empfehlungen weiterer Tests, der möglichen Gründe für den Zustand und des Vor schlags geeigneter Behandlungsmethoden führt zu einer vollständigen und ohne weiteres vielseitigen Vorrich tung.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen des Vorhandenseins ver schiedener neurologischer Beeinträchtigungen, um fassend Dyslexie, Schizophrenie, Multiple Sklerose, Alzheimer Krankheit, Parkinsonsche Krankheit, Hyperaktivität, Aufmerksamkeitsdefekt und eine temporäre neurologische Beeinträchtigung infolge von Alkohol bzw. psychotroper und stimulierender Drogen, dadurch gekennzeichnet,

a) daß eine Augenbewegung eines auf Beeinträch tigungen zu testenden Patienten stimuliert wird,
b) daß die Augenbewegung des stimulierten Patienten ermittelt sowie ihre Größe und Richtung in ein elektronisches Signal umgesetzt werden,
c) daß das elektronische Signal in bestimmten Inter vallen abgetastet und die so gewonnenen Abtast proben in für die Augenpositionen kennzeichnende Daten umgesetzt werden,
d) daß die Daten-Abtastproben zur Trennung von ruck artigen Bewegungen und Fixierungen analysiert werden und
e) daß die Anzahl von regressiven ruckartigen Bewegungen mit progressiven ruckartigen Bewegungen zur Bestimmung des Vorhandenseins der neurologischen Beeinträchti gungen verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Muster analysierter Augenbewegungen mit einem vorher definierten Muster zur Bestimmung des Vorhandenseins der genannten Beein trächtigung verglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ausgangssignale des Augenbewegungsdetektors (12) linearisiert werden, bevor die betreffenden Signale von dem Augenbewegungsdetek tor (12) analysiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Stimulierung der Augenbewegung des jeweiligen Patienten mittels einer sequentiell beleuchteten Augen-Reizein richtung (11) vorgenommen wird, die in einer Querreihe angeordnet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die ermittelten Augenbewegungen mit einem bestimmten Reiz bzw. einer bestimmten Reizeinrichtung synchronisiert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Stimulierung der Augenbewegung mit einer oder mehreren Reizen vorgenommen wird, die auf der Anzeigefläche einer elektronischen Anzeigeeinrichtung hervorgerufen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß als Beeinträchtigung Dyslexie ermittelt wird.

8. Automatisches System zum Bestimmen des Vorhandenseins verschiedener neurologischer Beeinträchtigungen, umfassend Dyslexie, Schizophrenie, Multiple Sklerose, Alzheimers Krankheit, Parkinsonsche Krankheit, Hyperaktivität, Aufmerksamkeitsdefekt sowie kurzzeitige neurologische Beeinträchtigung durch Alkohol sowie psychotrope und stimulierende Drogen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

a) daß eine Einrichtung (11) vorgesehen ist, welche ein bestimmtes Muster einer Augenbewegung in einem hinsichtlich einer Beeinträchtigung zu bewertenden Patienten stimuliert,
b) daß eine Einrichtung (12) vorgesehen ist, welche die Augenbewegung des hinsichtlich seiner Augenbewegung stimulierten Patienten ermittelt und die auf die jeweilige Bewegung hin ein elektrisches Ausgangssignal abgibt,
c) daß eine Prozessoreinrichtung (15) vorgesehen ist, welche das elektrische Ausgangssignal aufnimmt und welche
- i) eine Einrichtung zur Abtastung des Ausgangssignals in bestimmten Intervallen zur Erzielung einer Reihe von aufeinanderfolgenden Augenpositionen,
- ii) eine Einrichtung zur Umsetzung der aufeinanderfolgenden Augenpositionen in für die Augenbewegungen kennzeichnende Daten und
- iii) Einrichtungen zur Analyse der Daten, zur Einteilung der Augenbewegungen und zur Unterscheidung zwischen ruckartigen Bewegungen und Fixierungen aufweist,
d) und daß eine Ausgabeeinrichtung (18, 19, 20, 21) vorgesehen ist, welche eine Anzeige der Augenbewegungs- Kategorien ermöglicht.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Komparatoreinrichtung vor gesehen ist, welche das Muster der klassifizierten Augenbewegungen mit vorher definierten Mustern ver gleicht, um durch diesen Vergleich das Vorhandensein der neurologischen Beeinträchtigung des Patienten zu bestimmen.

10. System nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Eicheinrichtung (17) vorge sehen ist, welche die Ausgangssignale der Augenbe wegungs-Detektoreinrichtung (12) vor Klassifizierung in Augenbewegungen linearisiert.

11. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß die zur Stimulierung der Augenbewegung dienende Einrich tung (12) eine Reihe von in einer seitlichen Anordnung vorgesehenen, sequentiell zum Aufleuchten kommenden Reiz einrichtungen aufweist.

12. System nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die genannte Einrich tung eine Reihe von Fotodioden enthält, die an dem vom Patienten durch einen halbreflektierenden Spiegel (65) zu betrachtenden Augenbewegungsdetektor angebracht sind.

13. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß die die Augenbewegungen simulierende Einrichtung eine Synchronisiereinrichtung aufweist, welche die er mittelten Augenbewegungen mit einem bestimmten Reiz korreliert.

14. System nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß der bestimmte Reiz auf einer elektronischen Anzeigeeinrichtung erscheint.

15. System nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß die Reize einen sich langsam bewegenden Reiz enthalten, der eine Ver folgungs-Augenbewegung beim Beobachter simuliert.

16. System nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß die Reizeinrichtung eine Vielzahl von Reizen liefert, die synchronisiert, zufallsmäßig oder sequentiell in einer seitlichen Richtung aktivierbar sind.

17. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß die die aufeinanderfolgenden Augenpositionen in Daten umsetzende Einrichtung die betreffenden Positionen in x-y-Koordinatenwerte umsetzt.

18. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß bei Dyslexie als zu ermittelnder Beeinträchtigung die Einrichtung zur Analyse der Daten und zur Klassifi zierung der Augenbewegung zwischen ruckartigen fort schreitenden Bewegungen und ruckartigen rückführenden Bewegungen unterscheidet.

19. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung Augenbewegungs-Kategorien als eine Reihe von x-y-Bewegungen in bezug auf die Zeit anzeigt.

20. System nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß das Vorhandensein der Beeinträchtigung dadurch bestimmt wird, daß der pro zentuale Anteil der ruckartigen Rückführbewegungen mit einem vorher festgelegten statistischen Mittelwert verglichen wird.