Opmærksomhedsforstyrrelser og hjerneskade. Thomas Habekost Adjunkt, Ph.D. Center for Visuel Kognition Institut for Psykologi Københavns Universitet

Transkript

1 Opmærksomhedsforstyrrelser og hjerneskade Thomas Habekost Adjunkt, Ph.D. Center for Visuel Kognition Institut for Psykologi Københavns Universitet

2 Oversigt Visuel opmærksomhed i kognitionspsykologien Brain imaging: Opmærksomhedens anatomi Opmærksomhedsproblemer efter hjerneskade TVA baseret testning

3 Oversigt Visuel opmærksomhed i kognitionspsykologien Brain imaging: Opmærksomhedens anatomi Opmærksomhedsproblemer efter hjerneskade TVA baseret testning

4 Hvad er opmærksomhed? Selektivitet i perception: det vigtigste udvælges! To hovedtyper af indflydelse på selektionen: Bottom-up capture og top-down control Selektion (eller filtrering ) af information kan ske på mange niveauer og ud fra mange kriterier.

5 Historisk baggrund Introspektionisme: intensitet af oplevelse (før ca. 1900) Behaviorisme: unødvendig variabel (inside black box) (ca ) Cognitive science: selektivitet i informationsbehandling (ca )

6 Kapacitetsbegrænsninger Hastighed af informationsforarbejdning

7 Visuelle kapacitetsbegrænsninger I: single stimulus report (central fiksation)

8 Visuelle kapacitetsbegrænsninger I: single stimulus report (vist i ms)

9 Visuelle kapacitetsbegrænsninger I: single stimulus report (vist i 500 ms)

10 Visuelle kapacitetsbegrænsninger I: single stimulus report?

11 Kognitiv modellering af single stimulus report Ex.: Forsøgsperson NT P(report) = 1 exp(-c*(t-t 0 )) t 0 = 13 ms C = 84 letters / s

12 Kapacitetsbegrænsninger Hastighed af informationsforarbejdning Antal objekter der kan perciperes på samme tid

13 Visuelle kapacitetsbegrænsninger II: whole report (central fiksation)

14 Visuelle kapacitetsbegrænsninger II: whole report (vist i 200 ms + efterbillede)

15 Visuelle kapacitetsbegrænsninger II: whole report?

16 Visuel spændvidde på ca. 4 elementer (Sperling, Psychological Monographs 1960)

17 Kapacitetsbegrænsninger Hastighed af informationsforarbejdning Antal objekter, der kan perciperes på samme tid vi er nødt til at udvælge kun en lille del af sanseindtrykket til bevidstheden. Opmærksomhedens opgave er at prioritere vores begrænsede mentale ressourcer.

18 Biased Competition teorien (Desimone and Duncan, 1995) De mange objekter i synsfeltet aktiverer i første omgang mange hjernesystemer parallelt. Aktiveringerne konkurrerer: hjerneområder der repræsenterer features af samme objekt støtter hinanden, mens de hæmmer andre objekter. => stabil tilstand hvor aktiveringer af samme objekt dominerer hele synssystemet. Konkurrencen er biased så objekter med bestemte features har større chance for at vinde. Opmærksomhedsmæssig selektion er en emergent effekt af konkurrence mellem neurale repræsentationer i mange hjernesystemer.

19 TVA modellen (Bundesen Psychological Review 1990) Visuelt Indput A Z L L Før-bevidst analyse Væddeløb Visuel bevidsthed

20 Visuel opmærksomhed på det psykologiske niveau Kapacitetsbegrænsninger: hastighed og spændvidde Vægtning af forarbejdningsressourcer Selektionen afgøres ved en neural konkurrenceproces

21 Oversigt Visuel opmærksomhed i kognitionspsykologien Brain imaging: Opmærksomhedens anatomi Opmærksomhedsproblemer efter hjerneskade TVA baseret testning

22 Det kortikale synssystem PARIETAL - "WHERE" DP VIP PG Cortex LIP OCCIPITAL PO V3A MT 7a PP MSTc MSTp FST Rostral STS TPO PGa IPa TEa TEm LIP,VIP,DP,7a V2,V3,V4,MT,MST TEO,TE TE,TG 36,35,38 FRONTAL Prefrontal Cortex ,13 TF V1 V2 V3 V4 TEO VTF TE TG STP 7a TE 36,35 TF 28 HIPP TEMPORAL - "WHAT"

23 Opmærksomhed øger aktiviteten i specifikke synsområder. I: ERP Opmærksomhed rettet mod stimulus i venstre vs. højre synsfelt (ERP-signal fra højre hemisfære; Mangun et al., A&P 1993)

24 Opmærksomhed øger aktiviteten i specifikke synsområder. II: fmri Opmærksomhed rettet mod stimulus i venstre vs. højre synsfelt (Yantis et al., Nature Neuroscience 2002)

25 Opmærksomhed øger aktiviteten i specifikke synsområder. III: PET Opmærksomhed rettet mod bestemte egenskaber ved samme stimulus (efter Corbetta 1998)

26 Opmærksomhedskontrol: fronto-parietale netværk Viljestyrede skift af spatiel opmærksomhed (Hopfinger et al., Nature Neuroscience 2000)

27 Det subkortikale arousalsystem

28 Vedvarende opmærksomhed Evnen til at fastholde en opmærksomhedstilstand uden engagerende input. Afhænger primært af højre frontale kortex Eksempel: ADHD

29 Oversigt Visuel opmærksomhed i kognitionspsykologien Opmærksomhedsmekanismer på celleniveau Brain imaging: Opmærksomhedens anatomi Opmærksomhedsproblemer efter hjerneskade TVA baseret testning

30 Neglektsyndromet Svær multimodal bevidsthedsforstyrrelse med en stærk tendens til kun at være opmærksom på det ipsilæsionale rum. Eksempelvis evident i visuelle søgeopgaver

31

32

33 Mesulam testen

34 Testning for neglekt Extinction (i flere modaliteter) Linje-deling Visuel søgning ( Ex.: Mesulam) Tegning / kopiering Læsning

35 Neglekt i mentale forestillingsbilleder

36 Variationer af neglekt Egocentrisk vs. objektcentreret Perceptuel vs. motorisk Nært vs. fjernt rum, personlig og repræsentationel neglekt Ikke klart forbundet med bestemte læsionstyper

37 Neglektsyndromet Svær multimodal bevidsthedsforstyrrelse med en stærk tendens til kun at være opmærksom på det ipsilæsionale rum. Eksempelvis evident i visuelle søgeopgaver Optræder typisk efter apopleksi i den ene hjernehalvdel - hyppigere og mere længerevarende efter højresidige skader.

38

39 Neglektsyndromet Svær multimodal bevidsthedsforstyrrelse med en stærk tendens til kun at være opmærksom på det ipsilæsionale rum. Eksempelvis evident i visuelle søgeopgaver. Optræder typisk efter apopleksi i den ene hjernehalvdel, men hyppigere og mere længerevarende efter højresidige skader. Generel forstyrrelse af arousal/opmærksomhedskapacitet. Meget hyppig i akut stadium, men betydelig (komplet?) bedring over tid i mange patienter.

40 Oversigt Visuel opmærksomhed i kognitionspsykologien Opmærksomhedsmekanismer på celleniveau Brain imaging: Opmærksomhedens anatomi Opmærksomhedsproblemer efter hjerneskade TVA baseret testning

41 TVA baseret testning Test metoder: whole report partial report Test kvaliteter: sensitivitet reliabilitet specificitet validitet Eksempler: Casestudium af patient med aleksi (Habekost & Starrfelt, Neuropsychologia 2006) Gruppestudium af 26 apopleksipatienter (Habekost & Rostrup, Neuropsychologia 2006).

42 TVA baseret testning Whole report: måler opmærksomheds-kapacitet Partial report: måler opmærksomheds-vægtning

43 Whole report: generel opmærksomheds-kapacitet

44 Whole report: generel opmærksomheds-kapacitet (Vist i ms)

45 Whole report: generel opmærksomheds-kapacitet?

46 Whole report funktionen Ex.: Patient L4 t 0 = 24 ms C = 16 elementer / s K = 3.4 elementer

47 TVA baseret testning Whole report: måler opmærksomheds-kapacitet Partial report: måler opmærksomheds-vægtning

48 Partial report: filtrering af distraktorer ( )

49 Partial report: filtrering af distraktorer ( )

50 Partial report: filtrering af distraktorer ( )?

51 Bilaterale visninger: rumlig symmetri i opmærksomheds-vægtning ( w index )

52 Estimerede parametre K: visuel spændvidde C: visuel forarbejdningshastighed t 0 : visuel perceptionstærskel α: distraherbarhed w: rumlig opmærksomhedssymmetri (venstre vs. højre)

53 TVA baserede patientstudier Duncan et al. (Journal of Exp. Psychology: General, 1999): Visual neglekt Duncan et al. (Cognitive Neuropsychology 2003): Simultanagnosi Habekost & Bundesen (Neuropsychologia 2003): Subkliniske deficits Hung et al. (Journal of Neuroscience 2005): TMS og visuel filtrering Peers et al. (Cerebral Cortex 2005): Parietale vs. frontale apopleksier Habekost & Rostrup (Neuropsychologia 2006): Højresidig apopleksi Bublak et al. (JINS 2006): Klinisk testning af visuel opmærksomhed Finke et al. (Brain 2006): Huntington s sygdom Habekost & Starrfelt (Neuropsychologia 2006): Hemianopisk alexi Bublak et al. (Rest. Neurology & Neuroscience 2006): Neurodegenerative sygdomme Habekost & Rostrup (Neuropsychologia 2007): Højresidig apopleksi Finke et al. (Neuropsychologia 2007): Huntington s sygdom Ongoing: ADHD, normal aldring, skizofreni, dysleksi, alexi, farmakologisk påvirkning

54 Medicinsk baggrund for Patient NT 20 årig mand bliver indlagt med generaliseret epilepsianfald. Akut CT scanning viser blødning i den venstre posteriore cortex.

55 Medicinsk baggrund for Patient NT 20 årig mand bliver indlagt med generaliseret epilepsianfald. Akut CT scanning viser blødning i den venstre posteriore cortex Initiale klager: hukommelsesbesvær, dobbeltsyn, vanskeligheder med at skrive og læse. Vedvarende problem: tekstlæsning (langsom, besværet)

56 Læseundersøgelse Kontrolgruppe: Fem alders- og uddannelsesmatchede personer Genkendelse af bogstaver: normal

57 Single letter report

58 Single letter report (vist i ms)

59 Single letter report (vist i 500 ms)

60 Single letter report?

61 Single letter report v = 84 bogstaver / sekund (forarbejdningshastighed) t 0 = 13 ms (bevidsthedstærskel) (begge er inden for normal variation)

62 Læseundersøgelse Kontrolgruppe: Fem alders- og uddannelsesmatchede personer Genkendelse af bogstaver: normal Perception / læsning af kortvarigt viste ord: normal (mht. fejlrate)

63 Enkeltordslæsning: ordlængdeeffekt? NT: 58 ms / per ekstra bogstav Significant ordlængdeeffekt, men meget mindre end i ren alexi: ofte sekunder / bogstav

64 Læseundersøgelse Kontrolgruppe: Fem alders- og uddannelsesmatchede personer Genkendelse af bogstaver: normal Perception / læsning af kortvarigt viste ord: normal (mht. fejlrate) Tekstlæsning: ikke-flydende; mange fejl (p < ). Ikke relateret til bestemte ordtyper. deficit-mønsteret peger mod hemianopisk alexi

65 Synsfeltsundersøgelse: et opmærksomhedsafhængigt synsudfald? Ingen synsudfald i den neurologiske undersøgelse Perimetri 1 Perimetri 2

66 Whole report: Test af formperception (vist i ms)

67 Whole report: Amblyopi i den øvre højre kvadrant Forarbejdningshastighed

68 Øjenbevægelser under tekstlæsning (normalt mønster)

69 Øjenbevægelser under tekstlæsning Amplitude af sakkader: 2.25 grader (normal) Fixationslængde: 236 ms (normal) men ofte regressioner til forrige linje og microsakkader ( sidder fast )

70 Resumé af NT -studiet Vanskeligheder med tekstlæsning selvom kendte former for alexi (ren alexi, hemianopisk alexi) blev udelukket. Kvadrant-amblyopi, en diskret visuel forstyrrelse der ofte ikke diagnosticeres, kan føre til karakteristiske læseproblemer. Denne alexi lader til at være mild og fortrinsvis påvirke flydende tekstlæsning, med subtile ændringer i det normale mønster af øjenbevægelser. Læs evt.: Habekost & Starrfelt (Neuropsychologia 2006)

71 Habekost & Rostrup (2006) Persisting asymmetries of vision after right side stroke Sensitivitet: forstyrret funktion påvises, selv om kliniske tests er normale Reliabilitet: måleusikkerheden på hver enkelt testscore kan beregnes Specificitet: funktionelt separate aspekter af opmærksomheden måles

72 26 patienter med højresidige apopleksier 14 store media-apopleksier ( cm 3 ) Læsions-tæthed 12 fokale skader ( cm 3 ) basale ganglier (n = 5) posteriore kortex (n = 3) thalamus (n = 4) Ex.: posterior thalamus

73 Lille eller ingen neglekt på kliniske tests Patient L4: Ingen fejl på Mesulam s bogstavudstregning

74 Whole report unilateral: vs. Patient L4: frontal + basal ganglie læsion K = 3.4 elementer t 0left = 18 ms t 0right = 24 ms C left = 9.9 elementer / s C right = 15.6 elementer / s

75 Bootstrapanalyse af måleusikkerhed TVA analyse kan kombineres med bootstrapstatistik Patient L4: C left er klart lavere end C right 95% konfidens-interval: 0.52 < (C left / C right ) < 0.77

76 Whole report bilateral: Lavere opmærksomhedsvægtning (extinction) var hyppig efter store læsioner, men forekom ikke efter mindre apopleksier. Undtagelse: patient T3 en selektiv læsion i pulvinar (læsioner fra tre ikke-påvirkede thalamiske patienter er fratrukket)

77 Validitet Måleparametrene er bredt baseret i kognitiv forskning TVA-parametrene korrelerer med præstation på parrede kliniske test (Finke et al., JINS 2006) (Kor-) relation til daglig funktion?

78 Klinisk relevans Varighed af testning: min. (ikke bed-side testning) Kan bekræfte subjektive fornemmelser (indsigt) Monitorering af genoptrænings-effekt? Specifikke terapier for deficit i diverse TVA-parametre er (endnu) ikke udviklet

79 TVA baseret assessment: konklusion Relevant for mange typer hjerneskade Kvaliteter: sensitiv specifik reliabel valid Praktisk klinisk anvendelse er ikke fuldt afklaret

80 Overordnet resumé Visuel opmærksomhed kan defineres ved selektion Selektionen afgøres af neurale konkurrenceprocesser Processerne er organiseret i store anatomiske netværk, der kan påvirkes af mange typer hjerneskade TVA-modellen beskriver selektionen med matematiske principper, der også kan benyttes til individuel testning