Perceptuo-motor control of walking and navigation in post- stroke unilateral spatial neglect: en route towards the development of a novel assessment and advancement of current clinical practices

Unilateral spatial neglect (USN), a debilitating deficit that commonly occurs following a stroke, is characterized by a difficulty in orienting to or responding to events that generally occur in the space opposite to that of the brain lesion. USN is known to severely affect the stroke recovery, including mobility. The research in the field of USN impacts on mobility is scarce, where a handful of studies collectively present inconsistent findings and design shortcomings. Another important practice gap in the field of post-stroke USN refers to its assessment. Clinicians are currently limited in the use of traditional tools to evaluate USN that are consistently reported failing to pick up mild but clinically significant deficits. With the emerging fields of virtual reality (VR) and knowledge translation (KT) in rehabilitation, it is possible to address those important practice and knowledge gaps. The main objective of this PhD was addressed in 5 manuscripts and was to investigate the perceptuo-motor control in locomotion and navigation in post-stroke USN and thereby, to work towards the development and implementation of a novel VR-based USN assessment. In Manuscript 1, the effects of USN on goal-directed locomotion in conditions of different perceptual/cognitive demands were examined. In this study, participants with (n=15) and without (n=15) USN and healthy age-matched control individuals (n=15) performed goal-directed locomotion trials to actual, remembered, and shifting targets while immersed in a 3-D VR environment. We determined that post-stroke USN affects goal-directed locomotion to left and right targets, where USN clinical measures along with walking speed explained only 30% of locomotor deficit variance. However, USN+ participants were also found to be slower walkers than those without USN. Thus, in Manuscript 2, an analogous, joystick-driven navigation and target detection experiment, minimizing locomotor demands, was employed with the same participants. It was determined that USN attentional-perceptual deficits across the visual spectrum alter far-space navigation, independently of locomotor deficits. Other elements that could contribute to the observed locomotor deficits were explored in Manuscript 3, where we aimed to estimate the extent to which contrast sensitivity, shape discrimination, optic flow direction and coherence abilities are affected in post-stroke USN and how they relate to goal-directed locomotion alterations. USN was found to significantly impact all tested visual-perceptual abilities. Moreover, these emerged to be highly sensitive in detecting deficits otherwise left undetected by using conventional tools; and together with a USN clinical measure and walking speed, they were found to predict nearly 70% of the locomotor deficit variance. Further, in Manuscript 4, we aimed to examine the feasibility of a newly designed assessment, EVENS, that is fully immersive and is represented by simple and complex 3-D scenes, where object detection and far-space navigation tasks are performed in sitting. Negative and significant USN effects on navigational and detection abilities were determined, particularly in the complex scene. However, EVENS is yet to be implemented in clinical practice. As a first step in that direction, in Manuscript 5, we aimed to explore the barriers and facilitators perceived by clinicians (n=11) in the use of VR for USN evaluation; and to identify additional optimal features for EVENS as per clinicians and experts in the field (n=3) using qualitative methods. While clinicians were found to be open to the use of VR for post-stroke USN management, several barriers were identified. Participants also reported numerous features for the VR tool optimization.Collectively, this work laid solid grounds for clinical practice changes towards improved management of this common and highly debilitating deficit.La négligence spatiale unilatérale (NSU), un déficit débilitant qui survient fréquemment suite à un accident vasculaire cérébral, est caractérisée par une difficulté à s'orienter ou à réagir aux événements qui se produisent dans l'espace opposé de la lésion cérébrale. La NSU est connu d'affecter sévèrement la récupération post-AVC, y compris la mobilité. Une autre lacune importante fait référence à l'évaluation de la NSU. Les cliniciens sont actuellement limités dans l'utilisation des outils traditionnels qui sont signalés d'avoir un dépistage insuffisant des déficits légers mais cliniquement significatifs. Avec les domaines émergents de la réalité virtuelle (RV) et de transfert des connaissances en réadaptation, il est possible de combler ces lacunes importantes. L'objectif principal de ce doctorat a été abordé dans 5 manuscrits et était d'étudier le contrôle perceptuo-moteur dans la locomotion et la navigation dans la NSU post-AVC et de travailler ainsi au développement et à la mise en œuvre d'une nouvelle méthode d'évaluation. Dans le manuscrit 1, les effets de la NSU sur la locomotion dirigée vers un but dans des conditions de différentes demandes perceptuelles / cognitives ont été examinés. Dans cette étude, les participants avec (n = 15, NSU+) et sans (n = 15, NSU-) la NSU et individus sains (n = 15) ont effectué des essais de locomotion dirigés vers des cibles réelles, remémorées et changeantes tout en étant immergés dans un environnement de la RV en 3-D. Nous avons déterminé que la NSU affecte la locomotion vers les cibles gauches et droites, où une mesure clinique de la NSU avec la vitesse de marche expliquent seulement 30% de la variance du déficit locomoteur. Cependant, les participants NSU+ ont été trouvés à marcher plus lentement que ceux NSU-. Ainsi, dans le manuscrit 2, une expérience analogue de navigation et de détection de cibles complété avec une manette de jeu, minimisant les exigences locomotrices, a été employée avec les mêmes participants. On a déterminé que les déficits attentionnels-perceptuels de la NSU à travers le spectre visuel modifient la navigation, indépendamment des déficits locomoteurs. D'autres éléments pouvant contribuer aux déficits locomoteurs observés ont été explorés dans le manuscrit 3, où nous avons cherché à estimer dans quelle mesure des différentes habilités perceptuo-visuelles sont affectés et à quel point elles contribuent aux altérations de locomotion. Il était trouvé que la NSU a un impact significatif et négatif sur toutes les capacités perceptuo-visuelles testées. De plus, ensemble avec une mesure clinique de la NSU et la vitesse de marche, ils prédisent près de 70% de la variance du déficit locomoteur. En outre, dans le manuscrit 4, nous avons examiné la faisabilité d'une évaluation nouvellement conçue, EVENS, totalement immersive et représentée par des scènes 3D simples et complexes, où la détection d'objets et les tâches de navigation dans l'espace lointain sont effectuées en position assise. Des effets négatifs et significatifs de la NSU sur les capacités de navigation et de détection ont été déterminés, en particulier dans la scène complexe. Toutefois, EVENS doit encore être mis en œuvre dans la pratique clinique. Donc, dans le Manuscrit 5, nous avons cherché à explorer les barrières et les facilitateurs perçus par les cliniciens (n = 11) dans l'utilisation de la RV pour l'évaluation de la NSU; et d'identifier les caractéristiques optimales supplémentaires pour EVENS selon les cliniciens et les experts dans le domaine (n = 3) en utilisant des méthodes qualitatives. Bien que l'on ait découvert que les cliniciens étaient ouverts à l'utilisation de la RV, plusieurs obstacles ont été identifiés. Les participants ont également signalé de nombreuses fonctionnalités pour l'optimisation de l'outil. Collectivement, ce travail a mis des bases solides pour des changements dans la pratique clinique vers une meilleure gestion de ce déficit commun et très débilitant