Bewegungsschärfetest zur Messung der Gesichtsfeldschärfe mit bewegungsdefinierten Formen

Die meisten der verfügbaren Sehtests sind darauf gerichtet, die vom zentralen Sehen verarbeiteten Merkmale zu untersuchen, wobei sie sich auf den Input stützen, der von der zentralen Netzhaut¹ abgeleitet wird. Die zentrale Netzhaut hat die dichteste Zapfen-Photorezeptor-Population für maximale Sehschärfe und verfügt über keine Stäbchen-Photorezeptoren, die die periphere Netzhaut dominieren². Das Vorhandensein von dicht gepackten Photorezeptoren spiegelt sich auch in einer erhöhten Dichte von Ganglienzellen wider, was bedeutet, dass eine größere Anzahl von Axonen zum Sehnerv und schließlich zum visuellen Kortex geleitet wird. Außerhalb der Fovea in Richtung Peripherie sind die Stäbchen zahlenmäßig stärker als der Zapfen-Photorezeptor³. Mit den breiteren Körpern der Stäbchen und dem spärlicheren Mosaik von Photorezeptoren reagiert die periphere Netzhaut in erster Linie auf Nachtsicht und Bewegungswahrnehmung⁴.

Klassischerweise ging man davon aus, dass die visuelle Verarbeitung in Abhängigkeit von der Stimulation des zentralen Teils des Gesichtsfeldes der Feinanalyse stationärer Objekte gewidmet ist und ihr peripherer Teil darauf spezialisiert ist, Bewegungen zu erkennen und Objekte in das zentrale, foveale Sehen zu bringen, wo sie weiter analysiert wird ^5,6. Jetzt haben wir jedoch neue Beweise, die zeigen, dass auf der kortikalen Ebene die Feinanalyse des stationären Signalwegs nicht vollständig von der bewegungssensitiven getrennt ist ^6,7,8. Die gleichzeitige Erprobung von Form- und Bewegungswahrnehmung wird klassischerweise mit beweglichen Gittern⁹ und Glasmustern¹⁰ sowie konzentrischen Ringbewegungen¹¹ durchgeführt. Unser Ziel ist es, einen Test einzuführen, der dem normalen Leben von sehbehinderten Menschen nahe kommt, der ihre Frustration verringern und Hoffnung geben kann, indem er ihnen explizit zeigt, dass einige Merkmale ihrer visuellen Verarbeitung noch erhalten und sogar gestärkt werden können. Der vorgeschlagene Bewegungsschärfetest auf Basis von Random-Dot-Kinematogrammen (RDKs) kombiniert die Analyse der Bewegungs- und Formwahrnehmung und testet gleichzeitig die Funktion der Bewegungs- und Formwahrnehmung. Im Rahmen des Bewegungs-Seh-Tests gibt es viele Möglichkeiten, psychophysische Merkmale zu testen, wie z.B. unterschiedliche Geschwindigkeiten, Richtungen und Kontraste der RDKs. Durch die Änderung der Parameter können wir die Stärke der Stimulation manipulieren, entweder spezifisch für die zentrale Verarbeitung oder peripher. Zum Beispiel ist das Erkennen von sich schnell bewegenden Objekten ein gut beschriebenes Merkmal, das spezifisch für die periphere visuelle Verarbeitung¹² ist, während die Verarbeitung der Dunkelheit auf dem hellen Hintergrund bevorzugt durch das zentrale Sehen¹³ verarbeitet wird. Dieser Test wurde zunächst an Patienten mit retinaler Degeneration von Photorezeptoren durchgeführt, die sich entweder spezifisch in der zentralen oder peripheren Netzhaut befanden¹⁴. Die Retinitis pigmentosa (RP) manifestiert sich mit peripheren Schädigungen und tritt bei ~1/5000 Patienten weltweit auf¹⁵. Morbus Stargardt (STGD) ist mit einer Prävalenz von ~1/10000 die häufigste Ursache für juvenile Makuladegeneration (MD)¹⁶. Eine Schädigung der Photorezeptoren an der zentralen Netzhaut, wie bei der Makuladegeneration oder wie bei der Retinitis pigmentosa an der peripheren Netzhaut, führt zu entsprechenden Gesichtsfeldverlusten. Diese Gesichtsfeldverluste spiegeln sich in den Beeinträchtigungen der Merkmale wider, die für die gegebenen Regionen des visuellen Systems^{spezifisch sind 17}. Wichtig ist, dass die Regionen des visuellen Systems, die Eingaben von nicht betroffenen Teilen der Netzhaut erhalten, ebenfalls betroffen sind. Zuvor wurde in Tiermodellen der Makuladegeneration¹⁸ gezeigt, dass nach einer binokularen zentralen Netzhautschädigung nicht nur die Sehschärfe verschlimmert, sondern auch die Bewegungswahrnehmung, ein charakteristisches Merkmal der peripheren Verarbeitung, verstärkt wird. Die hier beschriebene Bewegungsschärfeprüfung liefert eine wichtige Erkenntnis für die Planung von visuellen Rehabilitationsmaßnahmen. Ein vollständiger Überblick über das Zusammenspiel zwischen zentralen und peripheren Teilen des Gesichtsfeldes spielt eine entscheidende Rolle, um zu verstehen, wie verlorene Funktionen von den Ersatzteilen des visuellen Systems übernommen werden können und wie dieser Prozess durch Rehabilitationsmaßnahmen des Sehtrainings unterstützt werden kann. Das Wissen darüber, wie sich die regionale Netzhautdegeneration auf die visuelle Verarbeitung auswirkt, insbesondere über ihre geschädigten Teile hinaus, ist noch unvollständig. Optische Prüfungen basieren auf den Messungen der stationären Formmerkmale. Zum Beispiel beruhen die Sehschärfemessungen auf stationären Reizen, entweder Buchstaben (Snellen-Diagramme), Gitterdiagrammen oder Nonius-Sehschärfediagrammen.

Um den Einblick in die Dynamik zwischen zentralem und peripherem Sehen bei gesunden Augen und Augen mit eingeschränkten zentralen/peripheren Sehfunktionen zu erweitern, wurde ein bewegungsbasierter Sehschärfetest eingeführt, der die Form- und Bewegungswahrnehmung gleichzeitig misst. Der Bewegungsschärfetest basiert auf der Erkennung von zentral gelegenen Formen im negativen oder positiven Kontrast (dunkle oder helle Punkte), einer Ellipse und eines Kreises mit passenden Oberflächen, die aus Zufallspunkt-Kinematogrammen (RDK) erstellt und durch Geschwindigkeit, Kohärenz oder Richtung vom selben RDK-Hintergrund getrennt sind. Die Sehschärfe wird als minimaler wahrgenommener Unterschied zwischen Kreis- und Ellipsenabmessungen gemessen, und die Ergebnisse werden in visuellen Graden angegeben, bei denen das Subjekt innehält, um den Unterschied wahrzunehmen. Um zusätzlich zu überprüfen, ob der Luminanzkontrast die gemessene Bewegungsschärfe beeinflusst, können Stimuli im negativen (schwarze Punkte auf weißem Hintergrund) oder im positiven Kontrast (weiße Punkte auf schwarzem Hintergrund) dargestellt werden. Alle verfügbaren Informationen über die Verarbeitung von positivem Kontrast (ON-Typ) und negativem Kontrast (OFF-Typ) im visuellen System stammen aus der stationären Stimulation des zentralen Gesichtsfeldes^19,20. Aber wie die periphere Verarbeitung von Bewegungssignalen vom Kontrast abhängt, bleibt ziemlich unbekannt^14,21. Es wurde lediglich festgestellt, dass die Empfindlichkeit gegenüber hohen Geschwindigkeiten spezifisch für die periphere Verarbeitung ist, während die zentrale Bewegungsverarbeitung langsame Geschwindigkeiten bei höheren Ortsfrequenzen berücksichtigt, die im positiven Kontrast dargestellt werden (ON-Typ)¹². Die positive und negative Kontrastvariante der Bewegungsschärfe-Reize, sowie die Möglichkeit, die Geschwindigkeit der Punkte, sowie die Kohärenz oder Richtung zu modifizieren, ist entscheidend für eine detailliertere Beschreibung des gesamten Gesichtsfeldes. Zusätzlich wird eine mechanische Verengung des Gesichtsfeldes auf zentrale 10 Grad vorgeschlagen, wobei eine Schutzbrille verwendet wird, bei der die Gläser durch undurchsichtige Gläser mit mittig angeordneten Löchern ersetzt werden. Dieses leicht replizierbare Verengungssystem, das für fMRT- und TMS-Protokolle geeignet ist, ermöglicht weitere Untersuchungen der Funktionen des peripheren Seheingangs und des Einflusses der visuellen Peripherie auf die zentral gemessene Sehschärfe. Ein ähnliches System wurde zunächst in früheren Studien^{validiert 14}, in denen festgestellt wurde, dass Bewegungsschärfetests im negativen Kontrast und in Zeitraffer, die die visuelle Peripherie stark aktivieren, für alle Teilnehmer am schwierigsten sind. Für Patienten mit Morbus Stargardt waren sie nicht zu bewältigen. Wichtig ist, dass die Abschwächung der visuellen Peripheriestimulation durch Verringerung der Geschwindigkeit der RDKs die Sehschärfeschwellen bei allen getesteten Probanden verbessert. Zusammenfassend schlagen wir die Aufgabe der Bewegungsschärfemessung auf der Grundlage einer einfachen Formunterscheidung vor. Daher sind die Ergebnisse auch für Patienten und ihre Betreuer einfach und leicht verständlich. Der hier vorgestellte Bewegungsschärfetest richtet sich auch an Anwender außerhalb der Wissenschaft. Die Aufgabe ist für ein breites Spektrum von Altersgruppen und Patientengruppen leicht zu erklären.