Project

Discipline

Motion; Neglect; Patients; Visual exploration

Lead
Lay summary
Visuelle Aufmerksamkeit und Bewegungswahrnehmung werden von verschiedenen Arealen beider Hirnhälften gesteuert, die teilweise überlappen und teilweise unabhängig voneinander sind. Bei Gesunden ist die wahrgenommene Bewegung ein starker Attraktor der visuellen Aufmerksamkeit: Wird Bewegung im peripheren Gesichtsfeld wahrgenommen, besteht eine natürliche Tendenz, sich dieser zuzuwenden. Eine Verletzung des Netzwerkes für visuelle Aufmerksamkeit führt am häufigsten zu einer Halbseitenvernachlässigung der Seite, welche der geschädigten Seite gegenüber liegt, dem sogenannten Neglekt Syndrom. Ist hingegen das Bewegungswahrnehmungsnetzwerk durch eine Verletzung tangiert, sind Akinetopsien (Störungen der visuellen Wahrnehmung von Bewegung, Bewegungsrichtung sowie Geschwindigkeitsunterscheidung) die Folge. Aus neueren Studien ist bekannt, dass Patienten mit einer Verletzung des Aufmerksamkeitsnetzwerkes und gleichzeitig intaktem Bewegungswahrnehmungsnetzwerk von bewegten Stimuli profitieren können, d.h. der Schweregrad der Neglektsymptomatik nimmt ab, wenn bewegte visuelle Stimuli vorhanden sind. Die Auswirkungen einer zusätzlichen Läsion des Netzwerkes für Bewegungswahrnehmung auf das Neglekt Syndrom sind bis jetzt nur ungenügend erforscht. Offen ist deshalb, wie sich eine solche zusätzliche Läsion bei gleichzeitigem Vorhandensein von bewegten Stimuli auf die Neglektsymptomatik auswirkt, ob sie diese verschlechtert beziehungsweise gleich bleibt. Das vorliegende Nationalfondsprojekt soll wesentlich zur Klärung des Zusammenhangs zwischen visueller Aufmerksamkeit und Bewegungswahrnehmung beim Neglekt Syndrom beitragen. Dazu werden an Patienten mit Neglektsymptomatik und gesunden Kontrollprobanden verschiedene Studien durchgeführt, die in ihrem Grad über die Zeit hinweg an Alltagsnähe zunehmen. Mittels Aufzeichnung der Augenbewegungen und der Testleistung soll untersucht werden, wie Patienten mit Neglekt die Umgebung (ruhig vs. bewegt) betrachten, um so Aussagen über die Modulation des Neglektes durch Bewegung ableiten zu können. Dabei gehen wir davon aus, dass Patienten mit einem intakten Bewegungsnetzwerk von visuell bewegten Stimuli profitieren und die Neglektsymptomatik dementsprechend verbessert werden kann. Im Gegensatz dazu wird bei gleichzeitiger Schädigung des Bewegungsnetzwerkes davon ausgegangen, dass sich die Neglektsymtomatik in Abhängigkeit vom Vorhandensein bewegter Stimuli verschlechtert, da die visuelle Aufmerksamkeit sich auf bewegte Stimuli in der gesunden Raumhälfte richtet. Die durch dieses Projekt erzielten Erkenntnisse tragen wesentlich zur Beurteilung der Unabhängigkeit und Mobilität von betroffenen Patienten in alltäglichen Situationen bei und sollen als Basis für neue Rehabilitationskonzepte (Arbeit auch mit dynamischen Stimuli) dienen.

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Last update: 21.02.2013

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1.Summary of the research planThe aim of the project is to analyze how visual motion influences visual attention in patients with spatial neglect. In healthy subjects, motion is a strong attractor of visual attention. For instance, a moving stimulus that is perceived in the periphery of the visual field attracts attention resulting in eye and/or head movements that orient toward the stimulus. The neuronal networks responsible for motion and attention control are partly independent and partly overlapping. A lesion restricted to the visual motion network causes motion blindness or akinetopsia, whereas a lesion of the attention network results in spatial neglect. Recent studies suggest that patients with a lesion of the attention network but with an intact visual motion network may benefit from motion cues. For instance, the severity of the visual attention deficit in neglect may decrease in the presence of moving visual stimuli. The mechanisms of motion on visual attention are not understood in detail. It is also unknown whether damage to both attention and motion networks results in a clinical picture where the severity of neglect remains stable or is exacerbated by moving cues.Based on three different experimental levels that increasingly converge toward real-life situations, we aim to shed light on the relationship between visual motion and visual attention in patients with spatial neglect. To evaluate the modulation of neglect by motion, we will measure task performance and visual fixation distribution during task solving. On the first level, neglect patients will perform a computerized cancellation task on a touchscreen with static and moving stimuli. Outcome variables will be the number of detected targets, the sequence, and the time required for detection in the left and right screen halves. On the second level, neglect patients will freely explore photos of everyday scenes and short movies on a computer screen while their eye movements are measured. Outcome variables will include cumulative visual fixation duration in the left and the right screen halves. On the third level, neglect patients will perform a virtual reality task in a driving simulator where a scene will be projected on three canvases in front of the patient, achieving a 180° field of view. During static (crossroad and landscape of a city) and motion (crossroad and landscape of a city, moving cars) conditions, their performance and eye movements will be recorded. Outcome variables will include successful crossing behavior as well as cumulative visual fixation duration in the left and right hemispace. Performance of neglect patients will be compared to patients without neglect and to healthy controls.For data analysis, an index reflecting lateralization behavior will be calculated with static or dynamic stimuli. We will perform a lesion analysis based on MRI findings and use a voxel-based lesion-symptom mapping. Based on preliminary results that show that moving cues can exacerbate the severity of neglect, we hypothesize that, in neglect patients with an intact visual motion network, moving cues may reduce the severity of neglect, whereas in neglect patients with additional damage to the visual motion network, moving cues may exacerbate the severity of neglect.The relevance of our project is twofold. First, the results will elucidate how visual attention in neglect is influenced by visual motion. Second it has a strong clinical impact. We will be in a better position to predict the independence and mobility of neglect patients in real-life conditions where motion plays an important role. Furthermore, the results of our project will be the basis of the development of new rehabilitative therapeutic strategies with dynamic stimuli.