Визуальное вымирание: нейрологические аспекты и современные исследования.

Введение

Визуальное вымирание — это неврологическое расстройство, возникающее после повреждения теменной доли мозга. Оно сходно, но отличается от полупространственной заброшенности (гемипространственного невнимания). Характерным симптомом визуального вымирания является трудность в восприятии контрлатеральных стимулов при их одновременном предъявлении с ипсилатеральным стимулом, но способность правильно идентифицировать их при предъявлении по отдельности. При одновременном предъявлении контрлатеральный стимул, по-видимому, игнорируется пациентом или "вымирает". Этот дефицит может приводить к затруднениям в обработке пациентом трехмерного расположения стимулов.

История

Визуальное вымирание – результат одностороннего повреждения мозга и всегда было недостаточно изучено. Исследователи активно изучают визуальное вымирание с 1990-х годов. С тех пор оно обычно ассоциируется с повреждением правого полушария мозга. Исследования показали, что визуальное вымирание может быть следствием сенсорного дисбаланса, обусловленного слабыми или замедленными афферентными импульсами в полушарии, пораженном вымиранием. При предъявлении одновременных стимулов пациент игнорирует контралезионные стимулы, сообщая только об ипсилатеральных. Способность правильно идентифицировать стимулы при их последовательной презентации указывает на то, что проблема не в самом зрении. Эта предвзятость в отношении контралезионных стимулов проявляется даже при предъявлении пациенту двух сигналов в пределах ипсилатерального поля зрения, обработка которых остается неповрежденной после повреждения, поскольку осуществляется в противоположном полушарии мозга. Это позволяет предположить, что вымирание можно частично контролировать, смещая точку фиксации взгляда в контралезионную сторону, так чтобы все релевантные стимулы попадали в функционирующую часть поля зрения, что подтверждается экспериментальными данными.

Эффекты усталости и привыкания ранее связывались с визуальным вымиранием, однако эксперименты, проведенные Вуйелюмие и Рафалем, опровергают связь этих эффектов с визуальным вымиранием. В этих исследованиях пациенты с визуальным вымиранием демонстрировали более выраженное замедление времени реакции на стимулы по сравнению с пациентами с другими формами повреждения правого мозга и здоровыми испытуемыми. Исследование показало, что пациенты способны концентрировать внимание и улучшать время реакции, но их производительность все равно остается ниже нормы. Дополнительное подтверждение этой теории получено в работах Гореи и Саги, которые индуцировали явления, подобные вымиранию, у здоровых пациентов при одновременном предъявлении стимулов разной интенсивности, при этом стимул меньшей интенсивности подавлялся лишь присутствием стимула высокой интенсивности. На частоту вымирания также может влиять способ сообщения о нем, в связи с тем, как визуальная обработка взаимодействует с остальным мозгом. Сообщения о вымирании уменьшаются, когда пациенту предлагается сообщить о нем невербально – в частности, с помощью глаз в обратной связи (взгляд в сторону при одном стимуле и вверх – при двух). Это может быть связано с устранением необходимости в межполушарной передаче информации, направлением ответа в моторную кору вместо зрительной, что сокращает путь и время реакции, что подтверждается увеличением обнаружения изолированных контралезионных стимулов в таких условиях. Хотя визуальное вымирание сравнивают с гемипространственным игнорированием, это два различных расстройства. Возможно проявление одного без другого, и нейронные основы каждого из них, по-видимому, различны: гемипространственное игнорирование возникает в результате повреждения теменно-височного соединения. Хотя пациенты могут одновременно проявлять оба расстройства, это происходит менее чем в половине случаев. На основании этой информации можно установить диагноз визуального вымирания. Положительный диагноз ставится пациенту, который не может правильно идентифицировать формы или буквы, одновременно проецируемые в разные области экрана. Однако наиболее распространенным тестом для диагностики визуального вымирания является тест с противостоянием пальцев. В этом тесте врач просит пациента указать, на какой руке двигаются пальцы. Этот тест можно использовать сразу после инсульта для быстрой диагностики.

Fatigue and habituation effects have previously been connected to visual extinction; experiments such as those done by Vuilleumier and Rafal eliminate the connection of these effects with visual extinction. where patients who show extinction also display aggravated delays in their reaction time to stimuli, both when compared to patients who have other forms of right brain damage and undamaged patients. In the study, patients were shown to be able to focus their attention and improve reaction time, but still have subnormal performance. This theory is given further support by Gorea and Sagi's inducing of extinction like events in undamaged patients when presented with simultaneous stimuli of different intensities, with the lower intensity stimulus being extinguished by the mere presence of the high intensity stimulus. Extinction frequency may also be affected by reporting method, due to how visual processing interacts with the rest of the brain. Reported extinctions drop when the patient is told to relay the extinction news by a method other than speaking – particularly, the use of the eyes in a feedback loop (looking to the side if there is a single stimuli, and up if there are two). This may work by eliminating the need for hemispheric transfer of information – routing the response to the motor cortex instead of the visual cortex – and so shortening the path and response time, a conclusion supported by increased detection of isolated contralesional stimuli under such circumstances. Although extinction is compared with hemispatial neglect, the two are different disorders. It is possible to exhibit one without the other, and the neural basis for each appears to be different, hemispatial neglect arising from tempo parietal junction damage. Although patients may exhibit these disorders simultaneously, this occurs in less than half of the affected population. From this information, a diagnosis of visual extinction can be attained. A positive diagnosis results from a patient's inability to correctly identify shapes or letters projected simultaneously in different areas of the screen. However, the most common test for visual extinction is the finger confrontation model. In this test, the doctor asks the patient to note which of his hands have moving fingers. This can be used immediately following a stroke, for the doctor's quick diagnosis.

Лечение

Без какого-либо лечения, нарушение зрительного восприятия обычно прогрессирует в тяжести симптомов или остается полностью стабильным. Простые упражнения, такие как чтение и копирование, могут быть полезны для облегчения симптомов и повышения активности мозга, хотя поврежденная область никогда не может быть полностью восстановлена, поскольку мертвые клетки мозга не регенерируют. Пациенту следует регулярно выполнять упражнения, направленные на поддержание или улучшение функции, чтобы создать наилучшие возможности для улучшения и/или поддержания текущего состояния. Методы лечения пациентов с нарушением зрительного восприятия обычно включают использование и тренировку зрения. Врач может попросить пациента сканировать ряды световых элементов различными способами в попытке восстановить функцию. Существуют специальные световые панели, используемые для этой цели. Существуют и другие методы, направленные на то, чтобы заставить пациента одновременно концентрироваться на нескольких стимулах. У пациентов с повреждением мозга в правом полушарии эффективным методом лечения оказалась активация левой конечности (АЛК). Теория, лежащая в основе этого метода, заключается в том, что любое использование поврежденной стороны мозга улучшит все функции, связанные с поврежденным полушарием, а использование противоположной (здоровой) стороны только усугубит нарушение. Таким образом, АЛК – это просто целенаправленное использование левой стороны тела у пациентов с повреждением правого полушария (поскольку правое полушарие контролирует левую сторону тела). Это заставляет пациента использовать поврежденную часть мозга для пространственной ориентации, увеличивая активность вокруг очага поражения. Хотя АЛК обычно используется для лечения зрительного небрежения (отличное, но связанное неврологическое расстройство), она все же повышает активность мозга вокруг поврежденной области у пациентов с нарушением зрительного восприятия и приводит к улучшению у некоторых пациентов. Причина, по которой это лечение не всегда эффективно при нарушении зрительного восприятия, заключается в том, что повреждение может быть локализовано с обеих сторон мозга, в отличие от зрительного небрежения, где повреждение всегда находится в правом полушарии. Нарушение зрительного восприятия также использовалось для демонстрации предрасположенности мозга к гештальт-восприятию. Когда пациентам предъявляли фигуру с иллюзорными контурами, они могли правильно сообщать о наличии стимулов как в контралезионном, так и в ипсилизионном полушариях благодаря бессознательной обработке всего поля зрения для создания иллюзии. Этот эксперимент показал, что центр внимания отдает приоритет визуализации поверхностей над другими стимулами – поэтому, хотя согласно модели конкуренции ипсилизионные стимулы должны подавлять контралезионные, формирование гештальта имеет приоритет над обнаружением обоих. Кроме того, исследование с использованием сигналов Габора (чередующиеся размытые и шумные черно-белые полосы, обычно используемые оптометристами в диагностических тестах) изучало, как ориентация этих сигналов влияет на скорость их подавления. Двусторонние стимулы подавлялись в наименьшей степени, когда оба стимула были ориентированы горизонтально, хотя оба стимула, ориентированные вертикально, также показали снижение скорости подавления по сравнению с одним вертикальным и одним горизонтальным стимулом – что мозг мог интерпретировать как представление двух разных поверхностей. Объединяя предрасположенность мозга к обработке лиц и обнаружению поверхностей, доктор Вуйемие провел последующее исследование, в котором испытуемые подвергались воздействию пар визуальных стимулов в три этапа. На начальном этапе стимулы были просто двусторонними парами, и измерялась частота подавления. На следующем этапе стимулы были окружены овалом, чтобы они выглядели как глаза на лице. Скорость подавления в этом случае значительно снизилась. Наконец, пациентам показали стимулы без окружающего овала, однако сниженная скорость подавления сохранялась, как будто пациенты научились группировать эти стимулы. Эффект не возникал, когда стимулы были окружены формой, отличной от овальной, что указывает на ключевую роль обработки лиц в этом явлении. Визуальная обратная связь также изучалась в связи с нарушением зрительного восприятия. Пациентов просили коснуться известной цели в темной комнате. К руке пациента иногда прикрепляли свет, который кратковременно загорался, чтобы предоставить информацию о положении руки относительно цели. В некоторых испытаниях также зажигался отвлекающий свет, который вызывал подавление восприятия у пациента. Хотя пациенты в таких случаях сообщали, что не видели индикаторный свет на своей руке, их производительность соответствовала результатам, полученным при наличии визуальной обратной связи. Несмотря на то, что пациент не осознавал получения информации, он мог правильно на нее реагировать, подобно слепоте. Нарушение зрительного восприятия также исследовалось с точки зрения влияния повторения на скорость обнаружения визуальных стимулов. Пациентам показывали цветную (красную или зеленую) букву (О или Е), по одной в каждом поле зрения, а затем просили сообщить цвет или форму одной из букв. Подавление восприятия было обнаружено повышенным в контралезионном поле, когда пациента просили сообщить о повторяющейся характеристике – если обе буквы имели одинаковую форму или одинаковый цвет – независимо от того, изменилась ли другая характеристика. Это еще один пример слепоты к повторению.

Without any sort of treatment, visual extinction usually worsens in severity of symptoms or remains completely stagnant. Simple exercises, such as reading and copying tasks, can be useful in treating the symptoms and increasing brain activity, though the damaged area can never be completely healed since the dead brain cells do not regenerate. An individual should keep up with exercises designed to maintain or improve function in order to create the best chance of improvement and/or maintenance at his or her current state. Treatment methods for patients who have visual extinction generally involve use and training of an individual's vision. A doctor may instruct a patient to scan rows of lights in different ways in an attempt to regenerate function. Some light boards do exist that are used specifically to aid this task. Other methods exist that are designed to force the patient to focus on multiple stimuli at the same time. In patients whose brain damage was in the right hemisphere, left limb activation (LLA) was another treatment that proved effective. The theory behind this method of treatment is that any use of the damaged side of the brain will enhance all functions related to the damaged hemisphere and that use of the opposite (healthy) side will only cause further impairment. LLA therefore is merely the concentrated use of the left side of the body in patients whose damage is in the right hemisphere (since the right hemisphere controls the left side of the body). This forces the patient to exercise spatial awareness using the damaged side of the brain, increasing activity around the lesion. While generally a treatment used for visual neglect (a different but related neurological disorder), LLA still increases brain activity around damaged area in patients with visual extinction and generates improvement in some patients. The reason this treatment does not work in some cases of visual extinction is that damage can be on either side of the brain as opposed to in visual neglect where the damage is always on the right. Visual extinction has also been used to demonstrate brain bias towards gestalt processing. When presented with a figure containing illusory contours, patients were able to correctly report the presence of stimuli in both contralesional and ipsilesional hemispheres, due to their unconscious processing of the whole field to produce the illusion. This experiment implied that the attention center prioritizes the visualization of surfaces over other stimuli – therefore, although under race model the ipsilesional stimuli should extinguish the contralesional, the creation of the gestalt takes priority over detection of both. Further, a study using Gabor signals (alternating blurred and noisy black and white bars, commonly used by opticians in diagnostic tests) investigated how the orientation of these signals affected their extinction rate. Bilateral stimuli were least extinguished when both stimuli were oriented horizontally, although both stimuli being oriented vertically also showed a reduction in extinguishing rate when compared to one stimulus vertical and one horizontal – in what could be assumed by the brain to represent two different surfaces. Combining the brain bias towards facial processing and surface discovery, a follow up study by Dr. Vuilleumier exposed subjects to paired visual stimuli in three phases. In the initial phase, stimuli were simply bilateral pairs, and extinction frequency was measured. In the next stage, the stimuli were surrounded with an oval, so that they appeared to represent eyes in a face. The extinction rate for this appearance was greatly reduced. Finally, the patients were shown the stimuli minus the contextual oval – however, the reduced extinction rate persisted, as though the patients had learned to group these stimuli. The effect did not occur when the stimuli were surrounded by a nonoval shape, pointing towards facial processing as being the key to this phenomenon. Visual feedback has also been studied in relation to visual extinction. Patients were asked to touch a known target in a darkened room. A light attached to the patient's hand was sometimes briefly illuminated, to provide information about where the hand was in relation to the target. In some of these trials, a distracting light was also lit, which induced an extinction event in the patient. Although the patient reported in such cases that he had not seen the indicator light on his hand, their performance was correspondingly better, similar to the results when visual feedback had been available. Although the patient was not cognizant of having received the information, they were able to correctly act upon it, in a manner similar to blindsight. Visual extinction has also been researched with regard to the effect of repetition on visual detection rate. Patients were shown a colored (red or green) letter (O or E), one to each visual field, and then asked variably to report the color or shape of one letter or the other. Extinction was found to be increased in the contralesional field when the patient was asked to report on a repeated characteristic – if both stimuli had been the same shape, or same color – regardless of whether the other characteristic had also been changed. This is another example of repetition blindness.

Будущее и исследования

Исследователи проводят исследования с участием пациентов, перенесших первый инсульт. У этих пациентов обычно наблюдается одностороннее поражение головного мозга и/или контрлатеральная потеря чувствительности. Понимание того, какие факторы визуальной обработки определяют, будет ли наблюдаться или подавляться событие, происходящее в половине мозга или тела пациента, противоположной очагу поражения, может дать важные сведения о механизмах внимания и функционирования.