Neuro-imaging of visual field defects Boucard, Christine

Transcriptie

1 Neuro-imaging of visual field defects Boucard, Christine IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2006 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Boucard, C. (2006). Neuro-imaging of visual field defects s.n. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date:

2 144 Samenvatting

3 145 Samenvatting Maculadegeneratie en glaucoom, de twee voornaamste oorzaken van blindheid in de ontwikkelde wereld, resulteren in gezichtsvelddefecten. Gezichtsvelddefecten zijn gebieden in het netvlies die blind zijn of een gereduceerde licht-sensitiviteit hebben. De primaire visuele gebieden in de hersenen zijn retinotopisch georganiseerd. Dat betekent dat er bestaat een directe relatie tussen het deel van het netvlies dat wordt gestimuleerd en het deel van de cortex dat actief is. Bij een gezichtsvelddefect zal door het ontbreken van retinale activiteit het corresponderende corticale gebied niet langer worden gestimuleerd. Het is bekend dat tijdens de vroege ontwikkeling, maar ook op latere leeftijd, het niet gebruiken van zenuwweefsel kan leiden tot degeneratie ofwel reorganisatie van de cortex. Het doel van dit promotieonderzoek is om inzicht te krijgen in de consequenties van retinale gezichtsvelddefecten op de hersenen. Het gaat hierbij om gezichtsvelddefecten, zoals maculadegeneratie en glaucoom, die op latere leeftijd verworven zijn. Een belangrijk verschil tussen maculadegeneratie en glaucoom is dat bij glaucoom de optische zenuw en de retinale ganglioncellen beschadigd zijn, terwijl deze bij maculadegeneratie intact blijven. Door dit verschil zijn wij in staat geweest om de samenhang tussen de ganglioncel en optische zenuw beschadiging, corticale degeneratie en corticale reorganisatie te bestuderen. Met het combineren van verschillende neuro-imaging technieken hebben wij de structurele, metabolische en functionele gevolgen van gezichtsvelddefecten in de hersenen bestudeerd. In hoofdstukken 1 en 2 hebben wij de mogelijk corticale degeneratie met behulp van anatomische magnetic resonance imaging (MRI) bestudeerd. Hoofdstuk 1 beschrijft een onderzoek waarin met gebruikmaking van de statistische software voxel-based morphometry (VBM) de grijze stof concentratie is bestudeerd in de hersenen van proefpersonen met glaucoom, maculadegeneratie en in qua leeftijd vergelijkbare controle proefpersonen. In vergelijking met deze controlegroep werd bij de glaucoomgroep een lagere grijze stof concentratie gevonden in de corticale representatie van de retinale lesie. Er werd geen significant verschil gevonden tussen de controle -en maculadegeneratiegroepen. In hoofdstuk 2, met behulp van een surface-based morphometry methode (Freesurfer), werd onderzocht of de cortex mogelijk dunner wordt bij glaucoom en maculadegeneratie. Bij glaucoom patiënten bleek een corticale verdunning aanwezig te zijn in ongeveer hetzelfde corticale gebied dat naar voren kwam in de studie van hoofdstuk 1. Wederom werden bij maculadegeneratie ook geen significante effecten gevonden.

4 146 Samenvatting Beide resultaten wijzen op een mogelijke significante relatie tussen corticale degeneratie en schade aan retinale ganglioncellen en de optische zenuw. Transneuronale degeneratie (het proces waarbij de atrofie van een beschadigde neuron via zijn axon wordt doorgegeven aan de volgende neuron) is de meest waarschijnlijke verklaring voor onze bevindingen. Het feit dat zeer vergelijkbare resultaten zijn verworven met twee verschillende analysetechnieken ondersteunt de conclusie. De vermindering in grijze stof concentratie kan tevens geassocieerd worden met corticale verdunning. Daarnaast komen onze resultaten sterk overeen met de bevindingen van eerdere studies bij dieren. Bij katten en apen resulteerde experimenteel geïnduceerde glaucoom (door verhoging van de intraoculaire druk) in celverlies in de visuele cortex. Ook bij de mens zijn onlangs degeneratie van de optische zenuw, laterale geniculate nucleus en visuele cortex, gemeten door middel van post-mortem onderzoek bij een glaucoom patiënt. De kwestie van degeneratie wordt eveneens onderzocht in hoofdstuk 4. Het doel van de studie in dit hoofdstuk was om de metabolieten in de visuele hersengebieden te meten met proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS). N-acetyl aspartate (NAA) in hersenweefsel is een neuronale marker: een daling van de concentratie wijst op een progressie van de ziekte. In het geval van degeneratie werden lage NAA niveaus verwacht. Er was echter geen verschil in NAA concentraties tussen de groepen (maculadegeneratie, glaucoom en controle). De afwezigheid van een afname zou kunnen komen doordat op het moment van meten geen degeneratie plaatsvond, of omdat de progressie van de ziekte te langzaam verliep om tot meetbare veranderingen te leiden. Bij neuronale reorganisatie zullen neuronen overleven en nieuwe functionele verbindingen aan gaan, mits ze voldoende neuronale input krijgen. Dit zou leiden tot een nieuwe functionele kaart in de cortex waarin de representatie van het netvlies anders zou zijn dan normaal. Hoofdstuk 3 is gewijd aan het onderzoek van mogelijke corticale remapping bij onze twee soorten gezichtsvelddefecten. Kaarten van de visuele cortex werden verworven met behulp van retinotopische technieken en functionele MRI (fmri). Bij twee maculadegeneratie patiënten waren de retinotopische patronen atypisch. Bij een van deze proefpersonen werd aangetoond dat het patroon heeft kunnen resulteren uit excentrische of extrafoveale fixatie. Bij de andere proefpersoon werd echter duidelijke corticale degeneratie waargenomen in de rechter hemisfeer. De stimulatie van het perifere gezichtsveld riep activiteit op in het hersengebied waar normaal de parafoveale representatie wordt verwacht. Verder werden er geen evidente verschillen gevonden tussen de retinotopische kaarten van de glaucoom- en controlegroep. Voorzichtig concluderend zouden deze resultaten er mogelijk op kunnen wijzen dat schade aan de optische zenuw, welke aanwezig is bij glaucoom maar niet bij maculadegeneratie, corticale reorganisatie zou kunnen tegenhouden (misschien ten gevolge van corticale degeneratie). Tot op heden is er geen consensus over dit

5 147 onderwerp binnen de wetenschappelijke wereld. Onze resultaten werpen nieuw licht op de diversiteit van bevindingen in de huidige literatuur. De resultaten van dit proefschrift, alsmede eerdere bevindingen, suggereren dat de manier waarop de visuele cortex zich aanpast aan retinale gezichtsvelddefecten, afhankelijk is van de aanwezigheid of afwezigheid van schade aan retinale ganglioncellen en de optische zenuw. Hoofdstuk 5 behandelt een extra pilot studie waarbij 1H-MRS werd gebruikt. In de wetenschappelijke literatuur is de relatie tussen de verhoging van de lactaat concentratie in de hersenen en hersenactiviteit controversieel. Het doel van ons experiment was om te testen of mogelijke veranderingen in lactaat concentraties langs de visuele pathways en visuele hersengebieden meetbaar zijn met 1H-MRS. Dergelijke veranderingen zouden een alternatief meetinstrument kunnen zijn om de activiteit in de visuele pathways en cortex te meten, met als belangrijk kenmerk dat het onafhankelijk is van de blood oxygen level-dependent (BOLD) respons die normaal met fmri wordt gemeten. Er werd echter geen significante verhoging van lactaatniveaus gemeten tijdens visuele stimulatie. Het feit dat dezelfde stimulus robuuste activiteit opriep in de visuele cortex tijdens traditionele fmri metingen, wijst erop dat de lactaatniveaus zeer laag blijven, ook tijdens sterke visuele stimulatie. Daarom concluderen wij dat lactaat concentraties niet geschikt zijn om activiteit in het visuele systeem te meten. Tenslotte, het fenomeen filling-in is vaak aanwezig bij gezichtsvelddefecten. Om meer van het neuronale mechanisme achter filling-in te begrijpen, hebben we in hoofdstuk 6, doormiddel van een fmri experiment, helderheidsinductie onderzocht bij normale proefpersonen. Helderheidsinductie is een perceptuele illusie waarbij een waargenomen helderheidsverandering in een deel van het visuele veld niet wordt veroorzaakt door een fysische verandering ter plekke, maar door een verandering van het omringende deel van het visuele veld. De waargenomen helderheidsverandering is niet fysisch aanwezig en correspondeert dus met een vorm van filling-in. De resulaten toonden aan dat helderheidsinductie niet afhankelijk is van spatieel gelokaliseerde activiteit in vroege visuele corticale gebieden, maar mogelijk activiteit vereist van latere (visuele) hersengebieden. Deze bevinding is verenigbaar met recente rapporten over helderheid en kleur filling-in en maakt het begrijpelijk dat filling-in plaats zou kunnen vinden bij gezichtsvelddefecten, waarbij tevens spatieel gelokaliseerde activiteit ontbreekt, namelijk door de uitval van een deel van het visuele veld. Deze studie voegt ook nieuwe informatie toe aan de discussie over het neurale mechanisme achter filling-in. De bevindingen die in deze proefschrift naar voren worden gebracht, kunnen consequenties hebben voor het gebruik van visuele implantaten die gericht zijn op het (gedeeltelijk) herstel van de visus bij slechtzienden. Degeneratie, evenals reorganisatie van de visuele cortex, zou kunnen de bruikbaarheid van dit soort prothesen kunnen beperken of misschien verbeteren.