Study and rehabilitation of homonymous visual field defects

Questo progetto pu\uf2 essere suddiviso in tre parti: una prima parte in cui abbiamo cercato di sviluppare un nuovo tipo di riabilitazione volto al recupero del campo visivo in pazienti emianopsici, una seconda parte in cui il nostro obiettivo era indagare quale emisfero fosse responsabile della visione nell\u2019area recuperata (ottenuta grazie al trattamento) oppure nelle aree preservate del campo emianopsico (esperimenti 1, 2 e 3) e una terza parte in cui abbiamo analizzato con un nuovo metodo l\u2019affidabilit\ue0 delle risposte inconsce a stimoli presentati nell\u2019emicampo cieco (esperimenti 4 e 5). Abbiamo sviluppato un protocollo di riabilitazione, che attraverso una procedura computerizzata con stimoli in movimento, \ue8 in grado di stimolare le capacit\ue0 visive residue mantenute nella zona di transizione al limite tra la parte cieca e la parte intatta del campo visivo, ma che allo stesso tempo stimola la periferia del campo visivo. Lo scopo \ue8 di attivare i collicoli superiori (CS) e l\u2019area temporale mediale. Queste due strutture, probabilmente coinvolte nella manifestazione della visione implicita in assenza dell\u2019area visiva primaria, sono entrambe sensibili a stimoli in movimento. I CS sembrano rispondere, inoltre, preferibilmente a stimolazioni localizzate nelle aree periferiche del campo visivo. Questo approccio potrebbe essere funzionale alla riattivazione della pre-esistente connettivit\ue0 responsabile della visione conscia, oppure potrebbe indurre la formazione di nuove circuiti neurali che potrebbero portare a visione implicita (blindsight). L\u2019obiettivo clinico principale consiste nell\u2019indurre un ampliamento del campo visivo, con un conseguente miglioramento della qualit\ue0 della vita del paziente. Gli strumenti usati per valutare il miglioramento sono stati: la risonanza magnetica funzionale (fMRI), la campimetria e un questionario sulle funzioni visive (VFQ25). Sei pazienti sono stati inclusi nel protocollo riabilitativo. Il trattamento ha avuto effetti positivi sulla maggior parte di questi. Tre pazienti sono migliorati, almeno in minima parte, in tutti i test. La letteratura sul blindsight e sul recupero della visione nel campo emianopsico, si focalizza sull\u2019identificazione dei siti neurali coinvolti in questi processi, invece il ruolo che l\u2019emisfero intatto potrebbe giocare in questi fenomeni non \ue8 stato indagato in modo esaustivo. La seconda parte di questo lavoro si propone di indagare se il blindsight (esperimento 1), oppure la visione recuperata (esperimento 2) oppure la visione residua (esperimento 3) possano essere mediate dall\u2019emisfero lesionato o da quello integro. Per stabilire quale emisfero possa essere responsabile della visione nel campo cieco, abbiamo usato un paradigma comportamentale visuo-motorio, il Paradigma di Poffenberger (PP) che permette di inferire il tempo di trasmissione interemisferica (TI) confrontando i tempi di reazione (TR) nelle diverse combinazioni mano-campo. I partecipanti sani di solito mostrano un vantaggio per le combinazioni mano-campo non crociate rispetto a quelle crociate, poich\ue9 nella prima condizione nessun TI \ue8 richiesto. In questo caso, si ottiene una differenza positiva tra condizione crociata e condizione non crociata (crossed-uncrossed difference; CUD). Per quanto riguarda l\u2019emicampo danneggiato, ci aspettavamo di trovare una CUD positiva nel caso in cui l\u2019emisfero lesionato medi la risposta. Al contrario, dovremmo trovare una paradossale CUD negativa (con la condizione crociata pi\uf9 veloce della non crociata), se la visione nell\u2019emicampo cieco \ue8 presente grazie all\u2019intervento dell\u2019emisfero integro, ipsilaterale alla stimolazione. Le risposte inconsce ottenute nel campo cieco (esperimento 1) potrebbero essere emesse in modo casuale. A scopo di controllo, abbiamo, perci\uf2, confrontato le distribuzioni dei TR dei pazienti ottenute in tre condizioni, stimoli presentati: a) nel campo cieco, b) nel campo buono e c) nel campo cieco con gli occhi chiusi (esperimento 4). La logica alla base di questa procedura \ue8 che gli stimoli non visti presentati nel campo cieco potrebbero attivare in modo automatico una risposta motoria inconscia e questa sarebbe una chiara evidenza della presenza di blindsight. Abbiamo, inoltre, confrontato le prestazioni di un paziente nel campo buono e nel campo cieco durante la manipolazione dell\u2019eccentricit\ue0 del target (esperimento 5). La presenza dell\u2019effetto eccentricit\ue0 nel campo cieco, \ue8 un segno di visione implicita processata da una struttura con organizzazione retinotopica. Concludendo, abbiamo trovato una chiara evidenza della presenza di blindsight in un paziente con lesione unilaterale del tratto ottico. La distribuzione dei TR nel campo cieco mostra un picco non casuale simile a quello trovato nell\u2019emicampo intatto. In pi\uf9, questo paziente mostra un effetto dell\u2019eccentricit\ue0 sia nell\u2019emicampo buono che nell\u2019emicampo cieco. In fine, nello stesso paziente, i dati mostrano una paradossale CUD negativa. Il fenomeno del blindsight potrebbe perci\uf2 essere mediato dall\u2019emisfero integro, attraverso meccanismi non ancora chiari che devono essere ulteriormente indagati.This project can be divided in three parts: a first part in which we tried to develop a new type of rehabilitation for patients with hemianopia following post-chiasmatic lesions, a second part in which our goal was to investigate (experiment 1, 2 and 3) which hemisphere is responsible for vision in recovered areas (as a result of treatment) or in intact islands of the blind hemifield and a third part in which we analysed with a new approach the reliability of the unconscious responses to stimuli presented to the hemianopic hemifield (experiment 4 and 5). We developed a rehabilitation protocol that by means of a computerized visual training with moving stimuli can stimulate the residual visual abilities in the transitional area located between the blind and the spared area of the visual field while at the same time stimulating also the periphery of visual field. The aim is to activate the superior colliculus (SC) and the middle temporal area. These structures that are thought to be involved in implicit vision when primary visual cortex is lesioned, are both sensitive to moving stimuli. Moreover the SCs seem to process preferentially peripheral areas of the visual field. This approach is supposed to help reactivate the pre-existing brain connectivity responsible for conscious vision, or to induce the formation of new circuits that might yield unconscious vision (blindsight). The main clinical goal is to induce an enlargement of the visual field, with a consequent substantial improvement of patients\u2019 quality of life. Functional magnetic resonance imaging (fMRI), visual field perimetry, and visual function questionnaire (VFQ25) have been used to evaluate the effect of treatment. Six hemianopic patients were included in the rehabilitation protocol. The treatment had positive effects on most of the patients. Three patients improved, at least slightly, in all measures. The literature on blindsight and on recovery of vision in the hemianopic field, focalizes on identifying the neural sites involved in these processes, but the role that the intact hemisphere could play, has not been often discussed. The focus of the second part is to investigate whether blindsight (experiment 1), or recovered (experiment 2), or residual vision (experiment 3) could be subserved by the damaged or the intact hemisphere. To establish which hemisphere mediates vision in the blind field, we used a manual visuo-motor reaction time (RT) paradigm which enables to assess interhemispheric transfer (IT), the so called Poffenberger Paradigm (PP). Healthy participants, generally, show a speed advantage for uncrossed with respect to crossed hemifield-hand combinations, because in the former no IT is required and a positive crossed-uncrossed difference (CUD) is found. In the affected hemifield, our prediction was to find a positive CUD if the damaged hemisphere was mediating the response and a paradoxical negative CUD (with the crossed condition faster than the uncrossed), if the intact hemisphere was mediating the response. To make sure that the unconscious responses obtained in the blind field (experiment 1) could not have been given by chance we compared the RTs distributions obtained in three conditions: stimuli presented to a) the blind field, b) the intact field and c) to the blind field with the eyes occluded (experiment 4). The rationale of this procedure is that unseen stimuli presented to the blind hemifield might trigger unconsciously a motor response in an automatic fashion and this would be a bias-free evidence of blindsight. Furthermore, we compared the performance of a patient showing blindsight in the blind and the intact field while manipulating eccentricity (experiment 5). The presence of an eccentricity effect in the blind field, would be a sign of implicit vision processed by a structure with a retinotopic organization. In sum, we found clear evidence of blindsight in one patient with a unilateral optic tract lesion. The RT distribution obtained in the blind hemifield showed a non-random peak similar to that found for the intact hemifield. Moreover, this patient showed an eccentricity effect not only in the intact but also in the hemianopic hemifield. Finally, we found in this patient a paradoxically negative CUD strongly suggesting that blindsight was mediated by the intact hemisphere through a mechanism that requires further investigation

Blindsight is sensitive to stimulus numerosity and configuration: Evidence from the redundant signal effect

One important, yet relatively unexplored question is whether blindsight, i.e., unconscious visually guided behavior in hemianopic patients, is endowed with basic perceptual properties such as detecting stimulus numerosity and overall configuration. Rather than a forced-choice procedure in which patients are supposed to guess about stimuli presented to the blind hemifield, we used a redundant signal effect paradigm, i.e., the speeding of simple reaction time (RT) when presenting multiple versus single similar stimuli. The presence of an effect of numerosity for the (unseen) stimuli presented to the blind field was indirectly assessed by measuring RT to bilateral versus unilateral stimuli presented to the intact hemifield. Chronic hemianopic patients were tested with unilateral or bilateral black dots, both of which could be either single or quadruple. The latter could either have a fixed spatial configuration representing a diamond or be randomly spatially assembled on every trial. Both configurations covered the same extent of visual field and had the overall same luminance. We found that a numerosity effect as a result of increasing the number of stimuli in the blind field was indeed present but only with the diamond configuration. This is a convincing evidence that this form of blindsight does not depend upon stimulus numerosity per se but is likely to be related to the presence of structured and memorized rather than meaningless changing stimuli. Keywords: Blindsight Hemianopia Redundancy gain Subcortical visual pathways Reaction tim

Speeded manual responses to unseen visual stimuli in hemianopic patients: What kind of blindsight?

Blindsight, i.e., unconscious visually guided behaviour triggered by stimuli presented to a cortically blind hemifield, has been typically found either by using direct (forced choice) or indirect (interhemispheric) methods. However, one would expect to find blindsight also in fast responses to suddenly appearing visual stimuli, a reminiscence of evolutionary ancient adaptive behaviour. In this study we provide preliminary evidence of this form of blindsight by using a conservative method for assessing blindsight based on a comparison between the cumulative probability functions (CPFs) of simple reaction times to blind and intact field stimuli. Furthermore, in two patients with blindsight we provided evidence that their above-chance unconscious responses were likely to be triggered by the intact hemisphere. Keywords: Reaction time, Interhemispheric transfer, Perceptual awareness, Poffenberger paradig