Hareket Tanımlı Şekillerle Görme Alanı Keskinliği Ölçümü için Hareket Keskinliği Testi
Summary
Az gören ve sağlıklı bireylerde merkezi ve periferik görmenin değerlendirilmesine izin veren yeni bir harekete dayalı keskinlik testi ve MRG protokolleri ile uyumlu periferik görüşü sınırlayan gözlükler burada açıklanmaktadır. Bu yöntem, görme sisteminin fonksiyonel bozuklukları ve işlev bozuklukları için kapsamlı bir görme değerlendirmesi sunar.
Abstract
Standart görme keskinliği ölçümleri, görsel sistemin sabit stimülasyona en duyarlı bölgeleri tarafından işlenen ve görsel alanın merkezi kısmından görsel girdi alan harfler (Snellen çizelgeleri), dikey çizgiler (vernier keskinlik) veya ızgara çizelgeleri gibi sabit uyaranlara dayanır. Burada, hareket stimülasyonuna duyarlı görsel bölgeler tarafından işlenen ve yine periferik görme alanından girdi alan rastgele nokta kinematogramlarındaki (RDK) noktaların hareketi ile tanımlanan basit şekillerin ayrımına dayalı bir keskinlik ölçümü önerilmektedir. Hareket keskinliği testinde, katılımcılardan bir daire ile bir elips arasında, eşleşen yüzeylere sahip, RDK’lardan yapılmış ve arka plan RDK’sından tutarlılık, yön veya noktaların hızı ile ayrılmış olarak ayrım yapmaları istenir. Keskinlik ölçümü, her doğru tepkide keskinlik eşiğine ulaşana kadar daha dairesel hale gelen elips algılamasına dayanır. Hareket keskinliği testi, negatif kontrast (beyaz arka plan üzerinde siyah noktalar) veya pozitif kontrast (siyah arka plan üzerinde beyaz noktalar) olarak sunulabilir. Hareket tanımlı şekiller, 8 görsel derece içinde merkezi olarak bulunur ve RDK arka planı ile çevrilidir. Görme periferilerinin merkezi olarak ölçülen keskinlik üzerindeki etkisini test etmek için, merkezi olarak yerleştirilmiş deliklere sahip opak gözlükler kullanılarak görme alanının 10 dereceye kadar mekanik olarak daraltılması önerilmektedir. Bu kolay ve tekrarlanabilir daraltma sistemi, MRI protokolleri için uygundur ve periferik görsel girdinin işlevlerinin daha fazla araştırılmasına olanak tanır. Burada, şekil ve hareket algısının aynı anda basit bir ölçümü önerilmektedir. Bu basit test, merkezi ve periferik görme alanı girdilerine bağlı olarak görme bozukluklarını değerlendirir. Önerilen hareket keskinliği testi, şimdiye kadar tespit edilmemiş olan görme sistemi yaralı hastalarda yedek ve hatta güçlendirilmiş görme fonksiyonlarını ortaya çıkarmak için standart testlerin yeteneğini geliştirmektedir.
Introduction
Mevcut görsel testlerin çoğu, merkezi retinadan gelen girdilere dayanarak, merkezi görme tarafından işlenen özellikleri incelemeye yöneliktir1. Santral retina, maksimal görme keskinliği için en yoğun koni-fotoreseptör popülasyonuna sahiptir ve periferik retinaya hakim olan çubuk fotoreseptörlerinden yoksundur2. Yoğun bir şekilde paketlenmiş fotoreseptörlerin varlığı, artan bir ganglion hücresi yoğunluğuna da yansır, bu da daha fazla sayıda aksonun optik sinire ve nihayetinde görsel kortekse yönlendirildiği anlamına gelir. Foveanın dışında çevreye doğru, çubuklar koni fotoreseptörü3’ten daha fazladır. Çubukların daha geniş gövdeleri ve fotoreseptörlerin daha seyrek mozaiği ile periferik retina öncelikle gece görüşüne ve hareket farkındalığınaduyarlıdır 4.
Klasik olarak, görsel işlemenin, görsel alanın merkezi kısmının uyarılmasına bağlı olarak, sabit nesnelerin ince analizine ayrıldığına ve periferik kısmının, hareketi tespit etme ve nesneleri daha fazla analiz edildiği merkezi, foveal görüşe getirme konusunda uzmanlaştığına inanılıyordu 5,6. Bununla birlikte, şimdi, kortikal düzeyde, durağan yolun ince analizinin harekete duyarlı olandan tam olarak ayrılmadığını gösteren yeni kanıtlara sahibiz 6,7,8. Biçim ve hareket algısının aynı anda test edilmesi, klasik olarak hareketli ızgaralar9 ve cam desenler10 ve ayrıca eşmerkezli halkalarhareketi 11 kullanılarak gerçekleştirilir. Amacımız, görme engelli kişilerin normal yaşamına yakın bir test sunmaktır, bu da onların hayal kırıklıklarını azaltabilir ve görsel işlemelerinin bazı özelliklerinin hala korunabileceğini ve hatta güçlendirilebileceğini açıkça göstererek umut verebilir. Rastgele nokta kinematogramlarına (RDK’lar) dayalı önerilen hareket keskinliği testi, hareket ve şekil algısı analizini birleştirir ve aynı anda hareket ve şekil algısının işleyişini test eder. Hareket keskinliği testinde, RDK’ların farklı hızları, yönleri ve kontrastları gibi test edilecek birçok psikofiziksel özellik olasılığı vardır. Parametreleri değiştirerek, merkezi işleme veya çevre birimine özgü stimülasyon gücünü manipüle edebiliriz. Örneğin, hızlı hareket eden nesneleri algılamak, çevresel görsel işlemeye12 özgü iyi tanımlanmış bir özellik iken, parlak arka plan üzerindeki koyuların işlenmesi tercihen merkezi görüş13 tarafından işlenir. Bu test başlangıçta, spesifik olarak merkezi veya periferik retina14 içinde yer alan fotoreseptörlerin retinal dejenerasyonu olan hastalarda yapıldı. Retinitis pigmentosa (RP) periferik hasarla kendini gösterir ve dünya çapında ~1/5000 hastada görülür15. ~1/10000 prevalansı ile Stargardt hastalığı (STGD), juvenil makula dejenerasyonunun (MD) en yaygın nedenidir16. Makula dejenerasyonunda veya periferik retinada retinitis pigmentosa’da olduğu gibi merkezi retinadaki fotoreseptörlerin hasar görmesi, karşılık gelen görme alanı kayıplarına neden olur. Bu görme alanı kayıpları, verilen görme sistemi bölgelerine özgü özelliklerin bozulmasına yansır17. Daha da önemlisi, retinanın etkilenmemiş kısımlarından girdi alan görsel sistem bölgeleri de etkilenir. Daha önce makula dejenerasyonu18’in hayvan modellerinde, binoküler merkezi retina hasarından sonra, sadece keskinliğin şiddetlenmesiyle kalmayıp, aynı zamanda periferik işlemenin bir özelliği olan hareket algısının da güçlendirildiği gösterilmişti. Burada açıklanan hareket keskinliği testi, görsel rehabilitasyon prosedürlerinin planlanması için önemli bir bakış açısı sağlar. Görme alanının merkezi ve periferik kısımları arasındaki etkileşimin tam bir görünümü, kaybedilen işlevlerin görsel sistemin yedek parçaları tarafından nasıl ele geçirilebileceğini ve bu sürecin görsel eğitim rehabilitasyon prosedürleri ile nasıl desteklenebileceğini anlamada çok önemli bir role sahiptir. Satır içi, bölgesel retina dejenerasyonunun, özellikle hasarlı kısımlarının ötesinde, görsel işlemeyi nasıl etkilediğine dair bilgi hala eksik kalmaktadır. Optik testler, durağan şekil özelliklerinin ölçümlerine dayanmaktadır. Örneğin, görme keskinliği ölçümleri, harfler (Snellen çizelgeleri), ızgara çizelgeleri veya sürmeli keskinlik çizelgeleri gibi sabit uyaranlara dayanır.
Sağlıklı gözlerde ve merkezi/periferik görme fonksiyonları bozulmuş gözlerde merkezi ve periferik görme arasındaki dinamikleri derinlemesine incelemek amacıyla, şekil ve hareket algısını eş zamanlı olarak ölçen hareket tabanlı bir keskinlik testi tanıtıldı. Hareket keskinliği testi, negatif veya pozitif kontrastta (koyu veya açık noktalar) merkezi olarak yerleştirilmiş şekillerin, rastgele nokta kinematogramlarından (RDK) oluşturulmuş ve aynı RDK arka planından hız, tutarlılık veya yön ile ayrılmış, eşleşen yüzeylere sahip bir elips ve dairenin algılanmasına dayanır. Keskinlik, daire ve elips boyutları arasında algılanan minimum fark olarak ölçülür ve sonuçlar, deneğin farkı algılamak için durduğu görsel derecelerde verilir. Ek olarak, parlaklık kontrastının ölçülen hareket keskinliğini etkileyip etkilemediğini kontrol etmek için, uyaranlar negatif (beyaz arka plan üzerinde siyah noktalar) veya pozitif kontrast (siyah arka plan üzerinde beyaz noktalar) olarak sunulabilir. Görsel sistemde pozitif kontrast (AÇIK tipi) ve negatif kontrast (KAPALI tipi) işleme ile ilgili mevcut tüm bilgiler, merkezi görme alanının19,20 sabit stimülasyonundan gelir. Ancak hareket sinyallerinin periferik işlenmesinin kontrasta nasıl bağlı olduğu oldukça bilinmemektedir14,21. Yalnızca yüksek hızlara duyarlılığın çevresel işleme için spesifik olduğu, merkezi hareket işlemenin ise pozitif kontrastta (ON tipi) sunulan daha yüksek uzamsal frekanslarda yavaş hızları devreye soktuğu tespit edilmiştir12. Hareket keskinliği uyaranlarının pozitif ve negatif kontrast versiyonlarının yanı sıra noktaların hızını, tutarlılığı veya yönünü değiştirme yeteneği, tam görme alanının daha ayrıntılı bir açıklaması için çok önemlidir. Ek olarak, görme alanının merkezi 10 dereceye kadar mekanik olarak daraltılması, merkezi olarak yerleştirilmiş deliklere sahip opak olanlarla değiştirilen lensli gözlükler kullanılarak önerilmektedir. fMRI ve TMS protokolleri için uygun, kolayca kopyalanabilen bu daraltma sistemi, periferik görsel girdinin işlevlerinin ve görme periferilerinin merkezi olarak ölçülen keskinliği nasıl etkilediğinin daha fazla araştırılmasına olanak tanır. Benzer bir sistem ilk olarak önceki çalışmalarda14 doğrulandı, burada negatif kontrast ve hızlı harekette hareket keskinliği testlerinin, görme çevrelerini güçlü bir şekilde aktive ettiğinin tüm katılımcılar için en zor olduğu bulundu. Stargardt hastalığı olan hastalar için yönetilemezdi. Daha da önemlisi, RDK’ların hızını azaltarak görsel perifer stimülasyonunun zayıflaması, test edilen tüm deneklerde keskinlik eşiklerini iyileştirir. Sonuç olarak, basit şekil ayrımına dayalı hareket keskinliği ölçümü ile görevi öneriyoruz. Bu nedenle, sonuçlar hastalar ve bakıcıları için de basit ve anlaşılması kolaydır. Burada sunulan hareket keskinliği testi, akademi dışındaki kullanıcılar için de ele alınmaktadır. Görevin geniş bir yaş ve hasta grubuna açıklanması kolaydır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada, rastgele nokta kinematogramlarına dayalı bir dizi uyaran kullanarak görsel hareket keskinliğini ölçmek için yeni bir yöntem açıklanmaktadır. Sonuç, bir daire ve bir elips arasında algılanan minimum bir fark olarak verilir ve öznenin şekilleri birbirinden ayırt etmeyi ne zaman bıraktığını görmeyi sağlar. Elde edilen fark ne kadar küçük olursa, keskinlik o kadar iyi olur: bu, deneğin elips ile neredeyse aynı olmasına rağmen dairenin nerede olduğunu hala algılayabileceği anlamına g…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Protokol, Polonya’nın Varşova kentindeki Nencki Deneysel Biyoloji Enstitüsü’ndeki Beyin Görüntüleme Laboratuvarı’nda gerçekleştirildi ve Ulusal Bilim Merkezi’nden (Polonya) 2018/29/B/NZ4/02435 sayılı bir hibe ile desteklendi.
Materials
| Chinrest | custom-made | ||
| Computer | Windows 10 or higher | ||
| Display | 1920 × 1080, 31 inches | ||
| EyeLink 1000 Plus | SR Research | desktop mount | |
| USB Keyboard | |||
| USB mouse |
References
- Wells-Gray, E. M., Choi, S. S., Bries, A., Doble, N. Variation in rod and cone density from the fovea to the mid-periphery in healthy human retinas using adaptive optics scanning laser ophthalmoscopy. Eye. 30 (8), 1135-1143 (2016).
- Kolb, H. How the retina works. Am Sci. 91, 28-35 (2003).
- Østerberg, G. Topography of the layer of rods and cones in the human retina. Acta Ophthal. 6, 1 (1935).
- Kolb, H. The Organization of the Retina and Visual System. Circuitry for Rod Signals through the Retina. , (2011).
- Burnat, K. Are visual peripheries forever young. Neural Plast. 2015, 307929 (2015).
- Donato, R., Pavan, A., Campana, G. Investigating the interaction between form and motion processing: A review of basic research and clinical evidence. Front Psychol. 11, 566848 (2020).
- Geisler, W. S. Motion streaks provide a spatial code for motion direction. Nature. 400, 65-69 (1999).
- Apthorp, D., et al. Direct evidence for encoding of motion streaks in human visual cortex. Proc Biol Sci. 280, 20122339 (2013).
- Kelly, D. H. Moving gratings and microsaccades. J Opt Soc Ame. A, Opt Image Sci. 7 (12), 2237-2244 (1990).
- Glass, L. Moiré effect from random dots. Nature. 223 (5206), 578-580 (1969).
- Tagoh, S., Hamm, L. M., Schwarzkopf, D. S., Dakin, S. C. Motion adaptation improves acuity (but perceived size doesn’t matter). J Vis. 22 (11), 2 (2022).
- Orban, G. A., Kennedy, H., Bullier, J. Velocity sensitivity and direction selectivity of neurons in areas V1 and V2 of the monkey: influence of eccentricity. J Neurophysiol. 56 (2), 462-480 (1986).
- Rahimi-Nasrabadi, H., et al. Image luminance changes contrast sensitivity in visual cortex. Cell Rep. 34 (5), 108692 (2021).
- Kozak, A., et al. Motion based acuity task: Full visual field measurement of shape and motion perception. Transl Vis Sci Technol. 10 (1), 9 (2021).
- Cross, N., van Steen, C., Zegaoui, Y., Satherley, A., Angelillo, L. Retinitis pigmentosa: Burden of disease and current unmet needs. Clin Ophthalmol. 16, 1993-2010 (2022).
- Cremers, F. P. M., Lee, W., Collin, R. W. J., Allikmets, R. Clinical spectrum, genetic complexity and therapeutic approaches for retinal disease caused by ABCA4 mutations. Prog Retin Eye Res. 79, 100861 (2020).
- Plank, T., et al. matter alterations in visual cortex of patients with loss of central vision due to hereditary retinal dystrophies. Neuroimage. 1556, 65 (2011).
- Burnat, K., Hu, T. T., Kossut, M., Eysel, U. T., Arckens, L. Plasticity beyond V1: Reinforcement of motion perception upon binocular central retinal lesions in adulthood. J Neurosci. 37 (37), 8989-8999 (2017).
- Jansen, M., et al. Cortical balance between ON and OFF visual responses is modulated by the spatial properties of the visual stimulus. Cereb Cortex. 29 (1), 336-355 (2019).
- Pons, C., et al. Amblyopia affects the ON visual pathway more than the OFF. J Neurosci. 39 (32), 6276-6290 (2019).
- Luo-Li, G., Mazade, R., Zaidi, Q., Alonso, J. M., Freeman, A. W. Motion changes response balance between ON and OFF visual pathways. Commun Biol. 1, 60 (2018).
- Jackson, A., Bailey, I. Visual acuity. Opto Pract. 5, 53-70 (2004).
- Baker, C. I., Peli, E., Knouf, N., Kanwisher, N. G. Reorganization of visual processing in macular degeneration. J Neurosci. 25 (3), 614-618 (2005).
- Gilbert, C. D., Li, W. Adult visual cortical plasticity. Neuron. 75 (2), 250-264 (2012).
- Guadron, L., et al. The saccade main sequence in patients with retinitis pigmentosa and advanced age-related macular degeneration. Invest Ophthalmol Vis Sci. 64 (3), 1 (2023).
- Gameiro, R. R., et al. Natural visual behavior in individuals with peripheral visual-field loss. J Vis. 18 (12), 10 (2018).
- Sammet, S. Magnetic resonance safety. Abdom Radiol. 41 (3), 444-451 (2016).
- Potok, W., et al. Modulation of visual contrast sensitivity with tRNS across the visual system, evidence from stimulation and simulation. eNeuro. 10 (6), (2023).
- Pearson, J., Tadin, D., Blake, R. The effects of transcranial magnetic stimulation on visual rivalry. J Vis. 7 (7), 1-11 (2007).
