Spatial Operations in 3D - RO3D

Cognitive therapy and brain training

Spatial Operations 3D

www.rehacom.com

Cognitive therapy and brain training

by Hasomed GmbH

This manual contains information about using the RehaCom therapy system.

Our therapy system RehaCom delivers tested methodologies and procedures to train brain performance .

RehaCom helps patients after stroke or brain trauma with the improvement on such important abilities like memory, attention, concentration, planning, etc.

Since 1986 we develop the therapy system progressive.

It is our aim to give you a tool which supports your work by technical competence and simple handling, to support you at clinic and practice.

HASOMED GmbH Paul-Ecke-Str. 1 D-39114 Magdeburg Tel: +49-391-6107650 www.rehacom.com

Inhalt

I

Inhaltsverzeichnis Teil I Training description

1

1 Training ................................................................................................................................... task 1 2 Performance ................................................................................................................................... feedback 2 3 Levels ................................................................................................................................... of difficulty 2 4 Training ................................................................................................................................... parameters 4 5 Data ................................................................................................................................... analysis 5 6 System ................................................................................................................................... requirements/Troubleshooting 6

Teil II Theoretical concept

7

1 F oundations ................................................................................................................................... 7 2 Training ................................................................................................................................... aim 10 3 Target ................................................................................................................................... groups 11 4 Bibliography ................................................................................................................................... 12

Index

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1

Spatial Operations 3D

1

Training description

1.1

Training task In the upper half of the screen, a three-dimensional object is shown. The client can view it from all sides. In the bottom half of the screen are 3,4,5 or 6 objects which are similar to each other, but only one object exactly looks like the object at the top. The objects on the bottom half can be viewed from all sides as well.

The client's task is to find the object which looks exactly like the object above.

Overall, 432 three dimensional objects in 67 groups are available as training material.

Figure 1. Training

The selected object is always surrounded by a ring. That object can be turned in all directions with the movement of the mouse. The selection ring can be moved between the upper and lower screen half by using the cursor keys "Up" and "Down".

Is the selection ring in the bottom half of the screen, another object can be chosen for visual comparison with the cursor keys "Left" and "Right".

The selected object can be enlarged and rotated with the "plus button". By pressing the "plus button" again, the enlarge function is deactivated and switched back to the default trainings mode.

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Training description

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After the selection of an object by the client 路 the system evaluates the decision as the green field "CORRECT" or the red field "INCORRECT" flashes and 路 a performance bar (figure 1) changes according to the quality of the reaction.

When the performance bar reaches its maximum or disappears during the course of the training, the system switches to the next or the previous level of difficulty. First, a verbal performance evaluation is done together with a hint whether the difficulty increases or decreases (see Performance feedback).

Furthermore, the task is the presentation of the object, the selection of an object by the client, and the subsequent evaluation of the decision. The module can also be used without the RehaCom panel.

1.2

Performance feedback In case of a correct reaction, the green field "Correct" is displayed and the selection ring turns green. Shortly after, the next task is presented. If the reaction was incorrect, the red field "Incorrect" flashes and the selection ring turns red. After an incorrect reaction, the client can check its choice by continuing to rotate all objects.

The selection ring stays red until the client has selected the correct object. After pressing the OK-button, the next task is shown.

The function of the Performance bar was already mentioned. On the left side of the performance bar is a number, which indicates the current level of difficulty.

1.3

Levels of difficulty The module works adaptively. All in all 24 levels were validated. Within the training, the degree of difficulty varies by using 3, 4, 5 or 6 comparable fields. Another modification of difficulty is achieved by starting the training with easy fields and objects. Later, composed objects are used, which can be used with and without a direction note. A direction note can be a certain color or a striking point on an object, which is equal to all comparable fields. In the highest levels of difficulty, the complexity of the fields increases rapidly. The 6 levels of difficulty get differentiated as follows: Range of difficulty Level of difficulty

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Description of range

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3

1 2 3 4 5

1-4 5-8 9-12 13-16 17-20

6

21-24

Easy objects with the same area Easy composed objects Composed objects with a direction note Composed objects without a direction note Complex composed objects with a direction note Complex composed objects without a direction note

Chart 1:Range of difficulty

Chart 2 shows the degree of difficulty Level of difficulty 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Number of the comparable fields 3 4 5 6 3 4 5 6 3 4 5 6 3 4 5 6 3 4 5 6 3 4 5 6

Range of difficulty 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6

Chart 2: Levels of difficulty

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Training description

1.4

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Training parameters In the Basic manual RehaCom general hints are given about the training parameters and their effects. These hints shall be taken into consideration subsequently.

Figure 2. Parameter menu.

Current level of difficulty: The level of difficulty is adjustable from 1 to 24.

Duration of session/consultation in min: We recommend a duration of 25 - 30 minutes.

Level up: The next level of difficulty is set, when the performance bar reaches its maximum.

The number of tasks given in "Level up" must be solved correctly. Incorrect reactions cause the decrease of the performance bar. They have to be compensated by correct decisions.

Level down: If the number of tasks given in "Level down" was not solved correctly or the performance bar disappears, the next lower level starts.

Speed mouse movement: During training, the individual 3D objects are turned around its own axis by moving

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the mouse. The sensitivity of the mouse is set with the parameter "fast", "medium" and "slow". When the parameter "fast" is set, the movement of the mouse causes a higher rotation of the object than the same movement of the mouse would do when the parameter "slow" is set.

Rotational direction field: During training, the comparison objects are arranged in a circle in a three dimensional space. The selection of a new comparison object takes place with the cursor keys "Left" and "Right". Depending on the setting, the whole circle rotates to the left when pressing the cursor key "Left" (setting "in direction of arrow") or to the right (setting "against direction of arrow").

When newly defining a patient, the system automatically uses the following default values: Current level of difficulty Duration of session Level up Level down Speed mouse movement Rotational direction field

1.5

1 30 min 2 2 Medium In direction of arrow

Data analysis The various possibilities of analyzing the data in order to find strategies how to continue the training are described in the Basic manual RehaCom. In the graph as well as in the tables you find - beside the setting of the training parameters - the following information: Level Effec. time Breaks No. correct No. incorrect No. fields in level No. fields checked Percentage fields checked

Current level of difficulty Effective consultation time Number of breaks caused by the client Number of correct solutions in the level Number of incorrect solutions in the level Number of comparable fields in the level (3,4,5 or 6) Number of comparable fields, which were checked Checked items in the level [%]

The values reaction time quartil1, reaction time median and reaction time quartil3 follow as quartil1 and 3 as well as median of the reaction time in seconds. The reaction time describes the duration from the task start up the selection of a field by

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Training description

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the client. Only reaction time are recorded in the statistic, which were measured if the answers were correct.

Due to a detailed analysis of the training, it is possible to indicate deficits to the client and to draw conclusions for the further training.

1.6

System requirements/Troubleshooting System requirements: For the module "Spatial Operations 3D", at least the following system requirements should be fulfilled: Pentium processor 500 MHz 64 megabyte of internal memory Graphics card with 16-bit colour depth Graphics card with 16 megabyte memory

Notes on how to use the DirectX diagnostic program "DXDiag" Please first ensure that at least the DirectX version 9c is installed on your PC. For this purpose open the file DXDiag.exe in the directory "Windows\System32" (Windows XP), "WinNT\System32" (Windows 2000) or in the directory "Windows\System" (Windows 98/ME). Alternatively, it is sufficient for many Windows installations to insert "dxdiag" (without quotation marks) in the field "Run..." of the Start menu and then to click on OK. The DirectX version can be read from the tab "System" of the DirectX diagnostic program. If a version is displayed, which is lower than version 9c, the current version of DirectX can be installed from the RehaCom-CD. Change to the tab "Display". You can find the device properties of your graphics card in the field "Device". In the field "DirectX functions", the "DirectDraw acceleration" and the "Direct3D acceleration" must be enabled. In the case that the DirectX functions are disabled, you have to download and install a new graphics card driver from the internet. If this function can not be enabled afterwards, a new graphics card has to be installed in the computer.

The module "Spatial Operations 3D" does not run without this DirectX functions. If you have to install a new graphics card, we recommend graphic cards with a nVidia chipset.

If the module "Spatial Operations 3D" does not start, a window opens up where different error messages are displayed indicating why the training could not be

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activated.

The following messages may appear: Error message Error not enough system memory

Troubleshooting The internal memory is not large enough. The module "Spatial Operations 3D" only runs with an internal memory of at least 64 MB RAM. The internal memory has to be increased.

Direct3DCreate9 failed!

Please install DirectX 9c or higher!

An outdated DirectX version is installed on the computer. Please install DirectX 9c from the RehaCom-CD.

Your graphic adapter does not support 3D mode!

The 3D mode is not supported by your graphics card.

Try to download a new graphics card driver from the internet or install a new graphics card. Please also refer to the point "Notes on the DirectX diagnostic program DXDiag".

Direct3D9.CreateDevice failed!

Please install a new graphics card driver.

Device not supports enough Texturewidth/ Textureheight

Your graphics card can't display textures at a sufficient height and width. Please install a new graphics card.

2

Theoretical concept

2.1

Foundations In this help file only the following sections are available in English: - Training task - Performance feedback - Levels of difficulty - Training parameters and - Data analysis.

Das räumliche Vorstellungsvermögen und die Aufmerksamkeitsleistung werden trainiert. Dies geschieht, indem auf dem Bildschirm mehrere dreidimensionale Körper gezeigt werden, die mit einem Referenzkörper verglichen werden müssen.

Alle Körper auf dem Bildschirm können frei gedreht werden, damit ist eine dreidimensionale Betrachtung möglich. Optional ist über eine Stereo-Brille eine echte 3D-Darstellung möglich.

Vielerorts werden räumliche Leistungen immer noch unzureichend untersucht und behandelt. Dabei wurde in mehreren Untersuchungen nachgewiesen, dass das Maß

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Theoretical concept

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der Selbstständigkeit in lebenspraktischen Dingen sehr stark von der Verbesserung gestörter räumlicher Leistungen abhängt. Folgende räumliche Störungen werden unterschieden: - Störungen visueller Raumoperationen - Störungen der visuell- räumlichen Wahrnehmung - Störungen konstruktiver Leistungen - Störung der Wahrnehmung der eigenen Körperachse Störung visueller Raumoperationen Die visuellen Raumoperationen umfassen die "Innere Rotation" sowie "Transformationsleistungen". Die "Innere Rotation" ist die Fähigkeit beispielsweise einen Winkel von 45 Grad um 90 Grad zu rotieren. Dagegen ist die "Transformationsleistung" die Fähigkeit die Maßstabsverhältnisse zwischen verschiedenen Linien und Winkeln einzuschätzen.

Störungen konstruktiver Leistungen Eine Störung räumlich-konstruktiver Leistungen ist dadurch gekennzeichnet, dass beispielsweise Schwierigkeiten bei Selbsthilfeleistungen wie Ankleiden oder dem fehlerhaften Zusammensetzen einer Gesamtfigur aus Einzelteilen bestehen.

Störungen der visuell- räumlichen Wahrnehmung Die Störung der visuell-räumlichen Wahrnehmung umfasst folgende Basisleistungen: - Einschätzung der subjektiven visuellen Vertikalen bzw. subjektiven visuellen Horizontalen - Längenschätzung - Distanzschätzung - Linienhalbierung - Winkelschätzung - Positionsschätzung - Formschätzung Eine weitere wichtige Voraussetzung für die Bewältigung alltäglicher Anforderungen ist eine intakte Aufmerksamkeitsleistung. Konzentration und konzentrierte Kontrolle unseres Handelns sind überall dort notwendig, wo wir es nicht mit überlernten Gewohnheitshandlungen zu tun haben. Nur das, worauf die Aufmerksamkeit fällt, kann auch bewusst und dann erinnert werden. Die Aufmerksamkeit ist damit die primäre Ressource der Informationsgesellschaft.

Aufmerksamkeit ist ein Auswahlverfahren. Es wird ausgewählt, was man wahrnimmt, was also ins Bewusstsein kommt, und was nicht. Die wenigsten Sinnesreize, die in der Umwelt vorhanden sind, gelangen ins Bewusstsein.

Wenn man von Aufmerksamkeit spricht, meint man im allgemeinen die selektive (gerichtete oder fokussierte) Aufmerksamkeit. Diese bezeichnet die selektive oder fokussierte Aufmerksamkeit auf relevante Reize bei gleichzeitiger Unterdrückung von Störreizen und entspricht dem Begriff der Konzentrationsfähigkeit. Darunter wird die Tatsache verstanden, dass Menschen

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Informationen gezielt auswählen, ihre geistige Anstrengung unter einer Zielsetzung bündeln und nicht Dazugehöriges außer Acht lassen. Diese Form der Aufmerksamkeit bezeichnet die Fähigkeit, stetig und zielgerichtet einer Aufgabe nachzugehen und konkurrierende Handlungstendenzen (z.B. Tagträumen, eine neue Tätigkeiten aufnehmen) zu unterlassen (werner stangl's arbeitsblätter).

Auf der Basis empirischer Untersuchungen kann davon ausgegangen werden, dass Aufmerksamkeit kein einheitliches Konstrukt ist. Vielmehr werden 4 weitgehend voneinander unabhängige Aufmerksamkeitsaspekte unterschieden (vgl. Fimm, 1997; vgl. Sturm, 1990; Sturm et al., 1994): 1. phasische Aktivierung, Alertness 2. selektive Aufmerksamkeit 3. geteilte Aufmerksamkeit 4. tonische Aktivierung, Vigilanz Phasische Aktivierung ist definiert als die Fähigkeit, auf einen Warnreiz hin rasch das Aktivierungsniveau für eine nachfolgende Reaktionssituation zu steigern (Reaktionsbereitschaft, Alertness), während ein über längere Zeit relativ stabiles Aufmerksamkeitsniveau als tonische Aktivierung bezeichnet wird.

Aufgaben, die eine geteilte Aufmerksamkeit erforderlich machen, beinhalten mindestens zwei Reizquellen, welche parallel beachtet werden müssen, um auf relevante simultan oder sequentiell auftretende Reize zu reagieren.

Vigilanz bezeichnet Aufmerksamkeit über längere Zeiträume mit geringer Reizdichte; bei hoher zeitlicher Reizdichte relevanter Stimuli spricht man von Daueraufmerksamkeit.

Die im Rahmen dieses RehaCom-Trainings besonders relevante selektive Aufmerksamkeit bezeichnet die Fokussierung auf bestimmte Aspekte einer Aufgabe, die es ermöglicht, schnell auf relevante Reize zu reagieren und gleichzeitig irrelevante Reize zu ignorieren.

Diese Fähigkeit zur Auswahl und Integration definierter Reize oder Vorstellungsinhalte ist eng mit dem Begriff der Konzentrationsfähigkeit assoziiert; letztere ist definiert als kurzzeitige, mehrere Minuten andauernde, aktive Hinwendung und Einschränkung der Aufmerksamkeit mit selektiver Erfassung relevanter Merkmale der Situation (vgl. Sturm, 1990).

Für den visuellen Bereich unterscheidet Posner (1987; vgl. Fimm, 1997)) in Bezug auf die selektive Aufmerksamkeit drei Basismechanismen, die nach umschriebenen Hirnläsionen ebenfalls selektiv beeinträchtigt sein können: 1. Aufmerksamkeit lösen (disengage) 2. Aufmerksamkeit verschieben (move) 3. Aufmerksamkeit fokussieren (engage).

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Störungen dieser Basisfunktionen können sich in erhöhter Ablenkbarkeit , Perseverationstendenz oder Neglectphänomenen äußern.

Die Aufmerksamkeit gegenüber relevanten Umweltreizen ist von internen Organismusvariablen (physiologischer Status, kognitive Prozesse, Emotionen) und äußeren Faktoren (Reizintensität, Kontrast, Farbigkeit, Konturierung, räumliche Beziehung usw.) abhängig. Durch besonders intensive oder neuartige Reize (mit hohem Informationsgehalt) kann automatisch, d.h. unwillkürlich die Aufmerksamkeit durch eine Orientierungsreaktion fokussiert werden; kognitive Prozesse modulieren den aktuellen Aufmerksamkeitsstatus durch Gedanken, Motivationen und Interessen (Fröhlich, 1987). Insbesondere die Selektivität der Aufmerksamkeit wird ständig durch emotionale Bewertungen gesteuert und durch motivationale Prozesse aufrechterhalten oder nicht.

2.2

Training aim In this help file only the following sections are available in English: - Training task - Performance feedback - Levels of difficulty - Training parameters and - Data analysis.

Das Verfahren ist für die Therapie kognitiver Störungen, insbesondere von Funktionen der räumlichen Wahrnehmung geeignet. Ergänzend kann das Verfahren auch zur Fortsetzung eines Aufmerksamkeitstrainings auf hohem Niveau benutzt werden.

Durch die Verwendung nonverbalen Materials kann auch bei Einschränkungen in der Sprache und im Wortverständnis mit dem Verfahren gearbeitet werden.

Ziel des Verfahrens Raumoperation 3D ist die Verbesserung der Aufmerksamkeit und Konzentration indem die visuell-räumlichen Basisleistungen wie der Orientierungssinn, das Formgefühl, die Längenschätzung, die Winkelschätzung sowie die Fähigkeit, sich Körperstukturen in verschiedenen Ebenen vorzustellen und

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im Gedächtnis behalten zu können, geschult werden.

Mit einer Verbesserung von Defiziten selektiver Aufmerksamkeitsleistungen und der visuell-räumlichen Basisleistungen wird außerdem ein therapeutischer Nutzen bezüglich Störungen der visuomotorischen Koordination erwartet. Die Verbesserung der Aufmerksamkeit bietet eine Basis für Trainingsziele hinsichtlich anderer kognitiver Funktionen und ist bei der Behandlung von Gedächtnisstörungen von elementarer Bedeutung (Informationsaufnahme als Voraussetzung zur Speicherung).

Es ist zu erwarten, dass sich die Verbesserung visuell-räumlicher Basisleistungen günstig auf den ADL-Bereich (Activities of Daily Living) auswirken, da Störungen der Raumwahrnehmung und der Raumoperationen zahlreiche praktische Tätigkeiten behindern.

Anbetracht des Mangels an Methoden zur Diagnose und Behandlung visueller Raumwahrnehmungs- und Raumoperationsstörungen bietet das Verfahren auch die Möglichkeit einer differenzierteren Erfassung der zugrundeliegenden Störung für oben genannte Basisleistungen sowie der Verlaufskontrolle.

Aufbauend und ergänzend können die RehaCom-Verfahren Raumoperation (RAUM) sowie Aufmerksamkeit und Konzentration (AUFM) trainiert werden.

2.3

Target groups In this help file only the following sections are available in English: - Training task - Performance feedback - Levels of difficulty - Training parameters and - Data analysis.

Das räumliche Vorstellungsvermögen gehört zu den komplexen kognitiven Leistungen. Dafür sind einerseits basale Aufmerksamkeitsleistungen Voraussetzung, andererseits wurden in vielen Untersuchungen nicht unerhebliche Korrelationen mit der Fähigkeit des abstrakten Denkens gefunden. Bei hochgradiger intellektueller Beeinträchtigung oder bei ausgeprägter Aufmerksamkeitsstörung ist das Training weniger geeignet. Insbesondere in höheren Schwierigkeitsgraden, in denen Details erkannt werden müssen, ist ein intaktes Sehvermögen Voraussetzung.

Die Anwendung des Verfahrens wird bei Patienten mit Aufmerksamkeitsstörungen,

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diagnostizierten Beeinträchtigungen visuell-räumlicher Wahrnehmungsleistungen und räumlich-konstruktiven Störungen empfohlen. Die visuell-räumlichen Funktionen können von Hirnschädigungen unterschiedlicher Genese (Insult, Hypoxie, SHT, Tumoren) betroffen sein. Aufmerksamkeitsstörungen stellen dagegen die häufigsten neuropsychologischen Leistungsdefizite nach erworbener Hirnschädigung unterschiedlicher Lokalisation und Genese dar (Van Zomeren & Brouwer, 1994).

Sie kommen bei ca. 80% der Patienten nach Schlaganfall, Schädel-Hirn-Trauma, diffusen hirnorganischen Beeinträchtigungen (z.B. infolge chronischen Alkoholabusus oder Intoxikationen) sowie bei anderen Erkrankungen des ZNS vor.

Vorliegendes Verfahren ist insbesondere geeignet bei Störungen der selektiven Aufmerksamkeit.

Konzeptuell wird von verschiedenen Aufmerksamkeitsfunktionen ausgegangen, die selektiv gestört sein können. Diffuse Hirnschädigungen nach traumatischen oder hypoxischen Ätiologien ziehen häufig unspezifische Aufmerksamkeitsdefizite wie rasche Ermüdung, erhöhtes Schlafbedürfnis und einen allgemeinen Initiativeverlust nach sich, während nach lokalisierten Insulten z.B. vaskulärer Genese oft spezifische Aufmerksamkeitsdefizite zu beobachten sind. Grundsätzlich können Insulte jeglicher Cortexareale zu Beeinträchtigungen der Aufmerksamkeit führen. Insbesondere nach Läsionen des Hirnstamms im Bereich der Formatio reticularis und nach parietalen rechtseitigen Läsionen sind Störungen der phasischen oder tonischen Alertness sowie der Vigilanz zu beobachten, während linksseitige Parietalinsulte eher die selektiven Aufmerksamkeitsleistungen beeinträchtigen; insbesondere bei Aufgaben, in denen Entscheidungen zwischen mehreren Reiz- oder Reaktionsalternativen getroffen werden müssen (Covert Shift of Attention) (vgl. Sturm, 1990).

Zu Patienten, die von einem Training der Aufmerksamkeit und räumlichen Funktionen profitieren, gehören sicherlich auch solche mit visuokonstruktiven Störungen, visuellem Neglect, Gesichtsfeldstörungen und mit Beeinträchtigungen der Objektwahrnehmung durch Einbußen elementarer Sehleistungen. Weiterhin beansprucht die Trainingsaufgabe das visuelle Gedächtnis.

Die Anwendung bei Kindern etwa ab dem 8. Lebensjahr ist möglich und wird durch kindgerechte Instruktionen unterstützt, in den ersten Trainingsstunden sollte jedoch ein Therapeut anwesend sein.

2.4

Bibliography werner stangl's arbeitsblätter (http://arbeitsblaetter.stangl-taller.at) Ben-Yishay, Y., Piasetzky, E. & Rattock, J. (1987). A systematic method for ameliorating disorders in basic attention. In Meier, M., Benton, A. & Diller, L. (Ed.).

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Kongress der Deutschen Gesellschaft für Psychologie. Berlin.

Lauth, G. W. & Schlottke, P.F. (1988). Aufmerksamkeitsstörungen. In Schönpflug, W. (Hrsg.). Bericht über den 36. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Psychologie.

Berlin.

Niemann, T. & Gauggel, S. (1997): Computergestütztes Aufmerksamkeitstraining. In: Gauggel, S. & Kerkhoff, G. (Hrsg.): Fallbuch der Klinischen Neuropsychologie.

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-Nnumber of

-Aadvice

-O-

1

objects

-Bbibliography breaks 5

5

2

-P12

percentage 5 performance bar 1, 2, 4 performance evaluation 1 performance sfeedback 2

-Ccomparable fields 2 comparison object 4 course of the training 1 cursor keys 1, 4

-Ddata analysis 5 degree of difficulty description 1 direction note 2 directions 1 duration of session

2

quartil1/3

5

-Rrange of difficulty 2 reaction time 5 RehaCom panel 1 rotational direction field

4

-S4

-E-

selection ring 1, 2 speed mouse movement

4

-T-

effec. time 5 enlarge/rotate 1

-Llevel 5 level down 4 level of difficulty level up 4

-Q-

three dimensional space three-dimensional object training parameters 4 training task 1

4 1

2, 4

-Mmedian mouse

5 1

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