Computationele modellen van visuele stoornissen

Visuele stoornissen kunnen optreden als gevolg van veranderingen in elk stadium
van visuele verwerking. Glaucoom tast het vroegste stadium in het netvlies aan
en leidt tot blinde vlekken. Daarentegen kunnen patiënten met amblyopie
volkomen gezonde ogen hebben en wordt het gezien als een stoornis van de
hersenen. Er is een langlopend debat over hoe de hersenen bij deze stoornissen
veranderen [1]. Is er neuroplasticiteit om deze stoornissen te compenseren? Zo
ja, in welk stadium van visuele verwerking vinden deze aanpassingen plaats?

Met functionele magnetic resonance imaging (fMRI) kunnen we de activiteit in de
visuele cortex niet-invasief meten. Computationele modellen bieden een
verklaring voor deze activiteit, d.w.z. hoe de visuele informatie wordt
verwerkt. Deze modellen kunnen worden gebruikt om patiënten te vergelijken met
controles door te onderzoeken hoe visuele gebieden en receptieve velden
veranderen [2]. Meer specifiek zullen we geavanceerde "population receptive
field (pRF) modellen [3] gebruiken die voorspellen hoe specifieke populaties
neuronen zullen reageren op de plaats van de stimuli in het visuele veld; en de
"neural contrast sensitivity function* [4] die de gevoeligheid van populaties
neuronen voor verschillende stimuli voorspelt. Samen zullen deze modellen een
"computationeel" perspectief vormen om het bestaande anatomische en
gedragsmatige begrip van deze aandoeningen aan te vullen, wat mogelijk nieuwe
methoden biedt voor het volgen van het verloop en behandeling.

[1] Wandell, Brian A., and Stelios M. Smirnakis. "Plasticity and stability of
visual field maps in adult primary visual cortex." Nature Reviews
Neuroscience 10.12 (2009): 873-884.
[2] Dumoulin, Serge O., and Tomas Knapen. "How visual cortical organization is
altered by ophthalmologic and neurologic disorders." Annual
Review of Vision Science 4 (2018): 357-379
[3] Aqil, M., Knapen, T., & Dumoulin, S. O. (2021). Divisive normalization
unifies disparate response signatures throughout the human visual hierarchy.
Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(46), e2108713118.
[4] Roelofzen, C., Van Dijk, J. A., De Jong, M. C., & Dumoulin, S. O. (2020).
Measuring contrast sensitivity functions in human visual cortex. Journal of
Vision, 20(11), 1379-1379.

Primaire doelstelling: Het verkennen van de berekeningen die plaatsvinden in de
hersenen die plaatsvinden bij visuele stoornissen en bepalen hoe deze
verschillen van gezonde controles. Meer specifiek verwachten we dat de algehele
contrastgevoeligheid (oppervlakte onder de curve), die de responsiviteit van
een hersengebied op afbeeldingen met verschillende contrasten weerspiegelt,
verlaagd zal zijn bij patiënten in vergelijking met gezonde controles.

Secundaire doelstelling(en): Het vergelijken van andere model parameters
(d.w.z. pRF-grootte) (en hun verschillen) met basis visuele verwerking (d.w.z.
gezichtsscherpte, gezichtsveldafwijkingen en contrastgevoeligheid)

Het onderzoek zal een observationele, cross-sectionele studie zijn die gezonde
controles en patiënten (amblyopie, glaucoom) vergelijkt. Contact zal
plaatsvinden via twee routes. [1] Artsen: patiënten zullen informatie over de
studie krijgen van de relevante artsen, als ze geïnteresseerd zijn om deel te
nemen, zullen ze contact opnemen met de projectleiders (Marcus Daghlian en
Carlien Roelofzen). [2] Flyers, online advertenties en mond-tot-mondreclame
zullen worden gebruikt om extra deelnemers te werven. Als ze geïnteresseerd
zijn, zullen ze contact opnemen met de projectleiders (per e-mail), die hen de
volledige informatiebrief zal verstrekken (E1 E2). De projectleider zal
vervolgens de deelnemers bellen, ervoor zorgen dat ze het informatieblad
begrijpen en hebben gelezen; screening uitvoeren en geïnformeerde toestemming
verkrijgen. Deelnemers zullen door de projectleider worden gecontacteerd om het
onderzoekscentrum te bezoeken voor twee afzonderlijke sessies (screening en
geïnformeerde toestemming zullen in beide
sessies opnieuw worden verzameld). Sessie één zal bestaan **uit anatomische MRI
scans; fMRI scans voor het eerste oog (waarbij eenvoudige visuele stimuli
worden getoond, terwijl één oog is afgeplakt) en eenvoudige psychofysische
tests om de visuele functie te beoordelen (tevens voor het eerste oog). De
tweede sessie zal identiek zijn aan de eerste, maar het tweede oog zal worden
afgeplakt en anatomische gegevens zullen niet opnieuw worden verkregen.
Deelnemers zullen op de MRI (Philips 7T-scanner) tafel liggen terwijl de scan
plaatsvindt (maximale duur van 1 uur en 30 minuten), hetzij rustend (tijdens
anatomische scans) of het bekijken van stimuli (tijdens fMRI scans). Visuele
stimuli zullen bestaan **uit synthetische beelden (bijv. texturen en patronen)
of natuurlijke beelden (d.w.z. scènes, objecten); deze beelden zullen geen
inhoud bevatten die aanstootgevend of stressvol zou kunnen zijn (d.w.z.
pornografie, geweld, emotionele scènes enz.). Tijdens de functionele scans
zullen deelnemers een taak uitvoeren; zo min mogelijk oogbewegingen maken
(kijken naar het midden van het scherm) en op een knop drukken als reactie op
een verandering in de stimuli.

Er zijn geen risico's verbonden aan deelname aan dit onderzoek, mits rekening
wordt gehouden met de uitsluitingscriteria voor MRI. De last van deelname is
voornamelijk beperkt tot de tijd die gemoeid is met de metingen; in elk van de
twee sessies zullen er maximaal 1 uur psychofysische metingen zijn en maximaal
1 uur en 30 minuten in de MRI scanner. Scan sessies zullen plaatsvinden op
afzonderlijke dagen, tenzij de deelnemers anders verzoeken om hun reistijd te
verkorten. In het laatste geval zal er minimaal 2 uur tussen de sessies zitten
om ervoor te zorgen dat de deelnemers goed uitgerust zijn. fMRI is een
niet-invasieve techniek en er is geen speciale voorbereiding nodig voor de
proefpersoon. De psychofysische metingen omvatten het indrukken van knoppen als
reactie op eenvoudige visuele stimuli (niet emotioneel uitlokkend,
niet-expliciet). Voor zowel het MRI gedeelte als psychofysische metingen
zullen de deelnemers één oog afgeplakt krijgen, dit kan licht oncomfortabel
zijn. De pleister zal alleen worden aangebracht terwijl de deelnemers
zitten/liggen, voor de psychofysische metingen of MRI scans, en zal worden
verwijderd zodra dit is voltooid.

De MRI data worden alleen voor onderzoeksdoeleinden gebruikt. Er kunnen echter
ernstige afwijkingen worden opgemerkt, in dit geval wordt een specialist
(radioloog) om advies gevraagd, na besluitvan het onderzoeksteam. Als de
specialist bevestigt dat medische behandeling noodzakelijk is, wordt de
huisarts van de proefpersoon op de hoogte gebracht. Als de afwijkingen door de
specialist als ongeneeslijk worden geclassificeerd, wordt er geen informatie
aan de huisarts doorgegeven. De vrijwilliger wordt voorafgaand aan deelname aan
het experiment op de hoogte gesteld van deze mogelijkheid en ondertekent een
aparte paragraaf op het toestemmingsformulier om toestemming voor deze
procedure te geven. Als hier geen toestemming voor gegeven wordt, wordt hij/zij
niet gescand.

De deelnemers aan dit onderzoek hebben geen direct profijt van deelname,
afgezien van financiële compensatie voor de tijd dat zij deelnemen.