University of Groningen Neuro-imaging of visual field defects

University of Groningen
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): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the
number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Download date: 18-07-2017
144
Samenvatting
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.
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
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.