Et patientstudie om de kognitive processer og den cerebrale arkitektur der understøtter visuel genkendelse Ro J. Robotham, Adjunkt

Transkript

1 Et patientstudie om de kognitive processer og den cerebrale arkitektur der understøtter visuel genkendelse Ro J. Robotham, Adjunkt Institut for Psykologi, Københavns Universitet Elsass Institut, Charlottenlund

2 07/01/ Disposition 1. Opvarmning: Visuel perception 1) Fra øjet til hjernen 2) Den ventrale bane 3) Objektgenkendelse, ordgenkendelse og ansigtsgenkendelse 2. The Back of the Brain (BoB) project 1) Baggrund 2) Formål 3) Design 4) Foreløbige resultater

3 07/01/ Disposition 1. Opvarmning: Visuel perception 1) Fra øjet til hjernen 2) Den ventrale bane 3) Objektgenkendelse, ordgenkendelse og ansigtsgenkendelse

4 Hjernen 07/01/2019 4

5 Ro Robotham 2018 Dias 5 Hjernens blodforsyning Slide fra R. Starrfelt Visuelle forstyrrelser ses: - Efter apopleksi - i den posteriore forsyningsarterie (arteria cerebri posterior) - i de bagre dele af den midtre forsyningsarterie (arteria cerebri media) - Ved kulilteforgiftning (vanskelsområder) - Ved demens (Posterior Cortical Atrofi) - Ved tumorer (især fra hypofysen) - Ved multipel sklerose - synsfeltet. - Efter traumatiske skader Arteria Cerebri Anterior Arteria Cerebri Media Arteria Cerebri Posterior

6 Synsfelt og visuelle baner Robotham 2017 Dias 6

7 Ro J. Robotham 2017 Dias 7 Synsfeltudfald Synsfeltudfald kan sige noget om skadens lokalisation Skadens lokalisation kan sige noget om synsfeltudfald Gerlach, C. & Martstrand, L. (2009). Kapitel 6: Visuelle perceptions-forstyrrelser og agnosi. Modificeret efter Sørensen & Gjerris, In: Gade, A., Gerlach, C., Starrfelt, R., & Pedersen, P.M. (Ed.) Klinisk Neuropsykologi. Frydenlund: København.

8 Ro J. Robotham 2017 Dias 8 Slide R. Starrfelt, ændret af J. Robotham Hovedproblemer hvis synsfeltudfald: Problemer med den visuelle afsøgning (også i det bevarede synsfelt) Læsevanskeligheder: Hemianopisk aleksi

9 Ro Robotham 2018 Dias 9 Illustration: Hos raske Her vil jeg blot vise jer hvordan teksten ser ud når man ikke mangler noget af sit synsfelt.

10 Ro Robotham 2018 Dias 10 Illustration: Højresidig homonym hemianopsi Her vil jeg blot vise jer hvordan teksten ser ud når man har homonym hemianopsi. Det er meget svært at læse når man ikke kan se til højre for fiksationen.

11 Ro Robotham 2018 Dias 11 Illustration: Venstresidig homonym hemianopsi Her vil jeg blot vise jer hvordan teksten ser ud når man har homonym hemianopsi. Det er meget svært at læse når man ikke kan se til venstre for fiksationen.

12 Ro J. Robotham 2017 Dias 12 De højere visuelle funktioner:

13 Dias 13 Hvad sker der langs den ventrale bane?

14 07/01/ Semantisk viden Kompleks visuel processering: = Krus Mellemliggende visuelle processer: - Kanter - Kontur Basale visuelle perceptuelle processer: - Skygger - Farve - Bevægelse

15 Ro J. Robotham 2017 Dias 15 1) Akinetopsi (Bevægelsesblindhed) 2) Akromatopsi (Farveblindhed)

16 07/01/ Semantisk viden Kompleks visuel processering: = Krus Mellemliggende visuelle processer: - Kanter - Kontur Basale visuelle perceptuelle processer: - Skygger - Farve - Bevægelse

17 Ro J. Robotham 2017 Dias 17 1) Svækket formperception 2) Svækket formintegration (integrativ visuel agnosi) Spørgsmålstegn? Bøjle Bjerg med sne?

18 07/01/ Semantisk viden Kompleks visuel processering: = Krus Mellemliggende visuelle processer: - Kanter - Kontur Basale visuelle perceptuelle processer: - Skygger - Farve - Bevægelse

19 07/01/ Svækket strukturel viden Hvilke to billeder er ens? Hvad ser vi på billederne?

20 07/01/ Semantisk viden Kompleks visuel processering: = Krus Mellemliggende visuelle processer: - Kanter - Kontur Basale visuelle perceptuelle processer: - Skygger - Farve - Bevægelse

21 07/01/ Semantiske deficits Hvad bruger man sådan en til? Hvad hedder sådan en?

22 07/01/ The Back of the Brain Project (BoB)

23 07/01/ Baggrund for BoB Vi mangler fortsat viden om: Den funktionelle og cerebrale arkitektur der understøtter vores visuel perception Hvorvidt vi har særlige processer og hjerneområder der er særlig udviklet til specifikke stimuli Hvordan vi genkender komplekse stimuli som ord, ansigter og andre objekter

24 07/01/ ORD Semantisk viden Kompleks visuel processering: = Krus Mellemliggende visuelle processer: - Kanter - Kontur Basale visuelle perceptuelle processer: - Skygger - Farve - Bevægelse

25 07/01/ Delte processer? Uafhængige processer? Semantiske processer Semantiske processer ORD ORD Mellemliggende perceptuelle processer Mellemliggende perceptuelle processer Basale perceptuelle processer Basale perceptuelle processer

26 07/01/ Delte processer? Uafhængige processer? WORD WORD + +

27 07/01/ Uafhængige processer? Semantiske processer Den traditionelle perspektiv ORD Mellemliggende perceptuelle processer Basale perceptuelle processer

28 28 Evidens fra single case studier Pure alexia, 4 patients (Starrfelt et al. 2009) Ren aleksi: Selektiv læsedeficit Ses efter venstresidig skade i de occito-temporale områder (VWFA). (Ren) prosopagnosi Selektiv ansigtsgenkendelsesproblem Ses typisk efter højresidig eller bilateral skade i de occito-temporale områder (FFA). Prosopagnosia patients GG, PS (Van Belle... & Rossion, 2011) R

29 07/01/ Evidens fra kognitiv neuropsykologi: single cases Læsning Ansigtsgenkendelse Ren aleksi Ren prosopagnosi ( )

30 30 Evidens fra fmri studier Ord Visual word form area (VWFA) i den fusiforme gyrus i venstre hemisfære svarer i højere grad til ord end andre stimuli. Cohen et al., 2000 R Fusiform face area (FFA) i den fusiforme gyrus i højre hemisfære svarer i højere grad til ansigter end andre stimuli.

31 07/01/ Men: fmri fund Uafhængige processer Semantiske processer Den respons der er til ord og ansigter er i høj grad bilateral, dog med overvægt af respons til ord i venstre og ansigter i højre. ORD Mellemliggende perceptuelle processer Basale perceptuelle processer

32 07/01/ Men: fmri fund Delte processer! Semantiske processer Den respons der er til ord og ansigter er i høj grad bilateral, dog med overvægt af respons til ord i venstre og ansigter i højre. ORD Mellemliggende perceptuelle processer Basale perceptuelle processer

33 07/01/ Der findes ikke patienter med selektive vanskeligheder Der er nogle der argumenterer for, at de single case studier, der har vist dissociationer, har metodologiske begrænsninger (Behrmann & Plaut, 2013) Hvis man tester patienter med sensitive tests, så: Delte processer! Semantiske processer Ren aleksi Ren prosopagnosia Reading Face recognition ORD Mellemliggende perceptuelle processer Ansigtsprocessering og ordprocessering er understøttede af kortikale netværker der er mere distribuerede og overlappende end tidligere antaget (Behrmann & Plaut, 2013). Basale perceptuelle processer

34 07/01/ Kan læsning og ansigtsgenkendelse påvirkes selektivt? Review af studier der har undersøgt: Læsning hos patienter med erhvervet og udviklingsprosopagnosi Ansigtsgenkendelse hos patienter med aleksi og dysleksi Konklusion: Læsning Ansigtsgenkendelse Prosopagnosi Aleksi ( )

35 07/01/ Debatten kører endnu Kræver genkendelsen af forskellige stimuli processer der er selektive og adskilte, eller processer der er ens og overlappende?

36 07/01/ The Back of the Brain project Vi undersøgte de visuelle perceptuelle funktioner hos en stor gruppe patienter med apopleksi i den bageste del af hjernen (Arterie Cerebri Posterior) for at lære mere om den kognitive og cerebrale arkitektur der understøtter vores genkendelse af komplekse visuelle stimuli, som ord, ansigter og objekter. Er der processer der bruges selektivt til den visuelle genkendelse af henholdsvis ansigter og ord? Hvorvidt er ansigtsprocessering og ordprocessering lateraliserede i hjernen? Metode: Rekruttering: Sympromprofil Skade lokalisation

37 07/01/ The Back of the Brain project Deltagere 64 patienter med apopleksi i de områder der er forsynet af Arterie Cerebri Posterior 46 raske kontroller Udredning En stor batteri af visuelle perceptuelle tests MRI, fmri, DTI

38 07/01/ Data 64 patienter, 46 kontroller, 32 tests/spørgeskemaer (5-8 timers testning) Group Age Education Handedness LesionVol cm 3 Time since stroke(months) Left N=32 64 (12) 14 (3) 28 R, 4 L 32 (30) 42 (48) Right N=23 60 (15) 14 (3) 23 R 35 (40) 42 (60) Bilat N=9 57 (11) 15 (3) 8 R, 1 L 61 (38) 40 (28) Control N=46 62 (15) 15 (2) 44 R, 2 L

39 07/01/ Test batteri: BoB WOF test

40 07/01/ Words, Objects and Faces test (WOF) Delayed matching Fixation cross (2000ms) Test stimulus either smaller (2/3) or bigger (4/3) than target. Target stimulus (1000ms) Blank screen (1000ms) Test stimulus (180ms) 1 session: Faces Practice: 4 trials Faces Test: 48 trials Words Practice: 4 trials Words Test: 48 trials Objects Practice: 4 trials Objects Test: 48 trials Response (max 5000ms)

41 07/01/ Delayed matching Part I

42 07/01/ Er anigtsprocessering og ordprocessering i så høj grad lateraliseret i hjernen, som man tidligere har antaget? Er ordgenkendelse primært understøttet af den venstre hemisfære Er ansigtsgenkendelse primært understøttet af den højre hemisfære? vs

43 07/01/ Hvis ansigter og ord understøttes af processer der er lateraliserede, med ansigter i højre hemisfære og ord i venstre 100% 100% 100% 0% 0% 0%

44 07/01/ Hvis ansigter og ord understøttes af overlappende processer der er bilateralt distribuerede: 100% 100% 100% 0% 0% 0%

45 45 Venstre=32 Højre= 23 Kontroller = 45 Acc

46 46 Venstre=32 Højre= 23 Kontroller = 45 RT

47 CFMT 47

48 07/01/ Sammenfatning Patienter med VH skader og HH skader klarede sig meget ens på tværs af kategorierne Der var lignende frekvens af patienter med VH og HH skader der havde deficits i læsning og ansigtsgenkendelse. Ansigtsgenkendelse og læsning understøttes af processer der er bilateralt distribuerede

49 49 Højtlæsning af enkelte ord ORD Accuracy RT

50 07/01/ Sammenfatning Så snart opgaven kræver at patienterne mobiliserer svaret mundligt, så har patienter med VH skade sværere med opgaven end dem HH skade

51 07/01/ Dissociationer? (Crawford & Gathwaits, 2007) Læsning Ansigtsgenkendelse Ren aleksi 3 VH patienter 1 HH patient Ren prosopagnosi 0 patienter

52 07/01/ WOF studie: konklusion Patienter med VH skader og HH skader klarede sig meget ens på tværs af kategorierne Der var lignende frekvens af patienter med VH og HH skader der havde deficits I læsning og ansigtsgenkendelse. Ansigtsgenkendelse og læsning understøttes af processer der er i høj grad bilateralt distribuerede Der er patienter med en dissociation: nedsat læsning og bevaret ansigtsgenkendelse: Ordgenkendelse er understøttede af nogle kognitive processer der ikke bruges til ansigtsgenkendelse.

53 07/01/ Begrænsninger 1) Er VH gruppen og HH grupper matchede for: læsionstørrelse? Synsfeltudfald og basale perceptuelle evner? Sproglige forstyrrelser?

54 07/01/ Bonus: Læsning - Hvilke områder i hjernen bruges til læsning? Læsning: Reading-out-loud: 75 ord (3, 5 og 7 bogstaver) Læsning af tekst: Del 1 og 2 fra Neale Analysis of Reading Ability (NARA). Skrivning: Skrivning: Skrivning af 40 ord (diktat ord 3-6 bogstaver) Vi lavet en samlet læsescore på basis af de to tests og lavet en Voxel Based Morphometry (VBM) analyse til at undersøge sammenhænget mellem gråsubstans volume og den samlet læsescore (hvor der blev kontrolleret for skriveevnen). Vi brugt en mass univariate approach (SPM12).

55 07/01/ Resultater Vi identificerede 5 regioner (cluster-level signifikans p<0.05 p<0.001) i venstre hemisfære der var associeret med læseevnen: occipital, medial fusiform gyrus (corresponding to FG1), pulvinar, hippocampus and anterior temporal lobe. Disse områder har i litteraturen været identificeret som associeret med specifikke typer læsevanskeligheder (hemianopisk og ren aleksi) samt visuel hukommelse og multimodal semantik.

56 07/01/ BoB s fremtid? MRI fmri DTI

57 Tak til: Alle de patienter og kontrolpersoner som vi fik lov til at teste Min Ph.d. vejleder: Professor MSO Randi Starrfelt, University of Copenhagen Samarbejdspartnere: Back of the Brain projekt Prof. Matt Lambon-Ralph, University of Cambridge Prof. Alex Leff, University College London Postdoc Sheila Kerry, University College London Postdoc Grace Rice, University of Cambridge Student Nicolaj Mistarz, University of Copenhagen

58 07/01/