Dr. Kozák Lajos Rudolf

idegi korrelátumai pszichofizikával és funkcionális mágneses rezonancia képalkotással vizsgálva

PhD értekezés tézisei

Dr. Kozák Lajos Rudolf

Szentágothai János Idegtudományi Doktori Iskola Semmelweis Egyetem

Témavezető: Dr. Karmos György, prof. emeritus, PhD (Budapest) Konzulens: Dr. Miguel Castelo-Branco, egy. docens, PhD (Coimbra)

Hivatalos bírálók: Dr. Szirmai Imre, egy. tanár, az MTA doktora Dr. Jandó Gábor, egy. docens, PhD

Szigorlati bizottság elnöke: Dr. Kamondi Anita, egy. tanár, PhD Szigorlati bizottság tagjai: Dr. Barsi Péter, címz. egy. docens, PhD

Dr. Bódizs Róbert, tud. főmunkatárs, PhD

Budapest 2009

- 1 -

I. B

Ez az értekezés, mint bármely más értekezés, több évnyi kutatómunka összefoglalását adja. Számos módon lehetne a bemutatott munkát rendezni, azonban mivel érdeklődésem az idők folyamán a színlátástól a mozgáslátás felé tolódott, időrendben mutatom be az egyes vizsgálatokat. A bemutatott kutatások mindegyike a látás különféle aspektusaival foglalkozik, így a közös nevezőt a vizuális információ feldolgozása jelenti a retinától az agykéregig.

1. Kórképekhez köthet ő színlátás-változások 1.1. Glaucoma

A glaucoma, vagy zöldhályog – gyakran emelkedett szemnyomással járó – krónikus degeneratív neuropathia, mely a retinális ganglionsejtek és axonjaik progresszív pusztulásához vezet. A glaucoma-kutatás pillanatnyilag még tisztázatlan kérdése, hogy az egyes pályarendszerek milyen arányban érintettek a sejtpusztulásban, különös tekintettel a parvo- és koniocelluláris pályákra.

Általánosan elfogadott nézet, hogy a glaucoma jellemzően tritan (kék-sárga) deficittel jár, valamint a magnocelluláris pályarendszer kiterjedt károsodásával; ez utóbbira direkt és indirekt bizonyítékok is vannak. A nagyobb rostok látszólag jobban érintettek már a betegség korai szakaszában, ezen alapul az ún. preferenciális károsodás elmélet.

Az utóbbi időben azonban egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy az egyes pályák sérüléseinek detektálhatósága a belső redundanciától is függ: a kevésbé redundáns pályák sérülékenyebbek.

1.2. Best-féle vitelliform maculadystrophia (VMD)

A Best-féle VMD változó expresszivitású autoszomális domináns öröklődésű kórkép, melyet a retinális pigment-epitheliumban ill. az alatt felgyűlő, tojássárgájára emlékeztető, lipofuszcin-szerű anyag jellemez.

Általános vélekedés, hogy az öröklött maculadystrophiákra (ilyen a Stargardt betegség is) úgynevezett I-es típusú vörös-zöld színtévesztés jellemző.

- 2 -

2. Mozgáslátással foglalkozó kísérletek

2.1. Központ-környezet kölcsönhatások a mozgó információk szegmentációjában és integrációjában

A környezet, ill. a kontextus hatásait a központi többértelmű ingerek értelmezésére leíró szabályok mind a mai napig kevéssé ismertek.

Leginkább a kolineáris elrendeződésnek, a téri közelségnek, valamint a közös végzetnek tulajdonítanak olyan szerepet, mely segítségével a látott kontúrok alegységei térben kiterjedt objektumokká rendeződnek, döntően előremenő feldolgozás során. Azonban mindezidáig tisztázatlan, hogy a lokális-globális visszacsatolások miképp befolyásolhatják ezeket a folyamatokat. Azaz, nem tudjuk, hogy az idegi szerveződés miképpen befolyásolja az ún. binding dinamikáját, valamint, hogy a látórendszer hogyan bontja fel a látott világot különálló felületekre és tárgyakra.

2.2. Valós és illuzórikus mozgások feldolgozásának idegi korrelátumai

Közismert, hogy a hMT⁺ terület (a humán vizuális mozgás-specifikus kérgi központ) aktivitásmintái a globális mozgás észleléséhez kötődnek, valamint az is, hogy a figyelem modulálja ezeket az aktivitásokat.

Azonban még mindig nyitott kérdés, hogy a mozgási utóhatás során látott aktivitásváltozások a globális mozgás-adaptációból erednek-e, vagy csupán a figyelmi moduláció következményei.

2.3. Tanulás okozta változások a mozgáslátásban

Számos esetben elengedhetetlen az észlelés minél tökéletesebbre csiszolása, például a légiirányítók vagy radiológusok esetében, hiszen mindkét foglalkozás űzői komplex vizuális információval dolgoznak.

Gyakorlással a komplex vizuális feladatok is egyszerűbben megvalósíthatóvá válnak, ezt hívjuk perceptuális tanulásnak. Korábbi tanulmányok elsősorban azzal foglalkoztak, hogy tanulás során miként javul a neurális érzékenység a fontos ingerekre. Azonban egy ideális megfigyelőnek nem csak a fontos információk megerősítését, hanem az irrelevánsok elnyomását is meg kell tanulnia. Erre utalnak olyan korábbi eredmények, melyek szerint a perceptuális tanulás sokkal hatékonyabb zajos környezetben. Azonban eddig még nem írták le, hogy a gyakorlás hogyan befolyásolja az irreleváns információk kérgi reprezentációját tanulás során.

- 3 -

II. C

1. Kórképekhez köthet ő színlátás-változások 1.1. Glaucoma

Luminancia-zajon és színkontraszton alapuló új pszichofizikai megközelítéssel megbecsülni a színlátás pályarendszereinek relatív károsodását glaucoma progressziója során, valamint megvizsgálni a színlátás-zavarok és a standard klinikai paraméterek közötti kapcsolatot.

1.2. Best-féle VMD

Luminancia-zajon és színkontraszton alapuló új pszichofizikai eljárással leírni a színlátás zavarait VMD-ben, valamint felülvizsgálni a betegséghez kötött színlátás-zavar besorolását a színlátás és a betegség progressziójának klinikai markerei közötti kapcsolat vizsgálatával.

2. Mozgáslátással foglalkozó kísérletek

2.1. Központ-környezet kölcsönhatások a mozgó információk szegmentációjában és integrációjában

Megvizsgálni, hogy a vizuális környezet miképpen befolyásolja a központban fellépő mozgás-integrációt és szegmentációt, valamint leírni a szuppresszív és facilitatív mechanizmusok közötti kölcsönhatásokat a környezeti és központi ingerek kongruenciájának figyelembe vételével.

2.2. Valós és illuzórikus mozgások feldolgozásának idegi korrelátumai

Az illuzórikus és valós mozgások feldolgozását vizsgálni funkcionális MR (fMR) segítségével a hMT⁺ területen, különös tekintettel a figyelemre és az egyes mozgásformák kölcsönhatásaira.

Megfigyelni, hogy kimutatható-e mozgási utóhatáshoz (motion aftereffect, MAE) köthető aktivitás a hMT⁺-ben.

2.3. Tanulás okozta változások a mozgáslátásban

Megfigyelni, hogy a perceptuális tanulás miképp változtatja meg a releváns és irreleváns mozgó információk feldolgozását.

- 4 -

III. M

1. Kórképekhez köthet ő színlátás-változások 1.1. Betegkiválasztás és klasszifikáció

1.1.1. Glaucoma

Százkilencvenkét alany vett részt a vizsgálatban. A résztvevőket teljes szemészeti kivizsgálást követően három csoportba soroltuk:

elsődleges nyílt zugú glaucomás betegek (51 szem), ocularis hypertensiós betegek (95 szem), valamint a betegekkel korban megegyező, egészséges kontroll személyek (46 szem).

1.1.2. Best-féle VMD

Tizenhét beteg (34 szem) vett részt a vizsgálatban. A betegség stádiumbeosztása a Fishman kritériumok alapján történt. A betegek stádium szerinti megoszlása a következő volt: 0/I. stádium, 6 szem;

II/III. stádium, 14 szem; és IV. stádium, 14 szem. Huszonegy egészséges, korban egyező személyt választottunk kontrollnak a statisztikai összehasonlításokhoz.

1.2. Pszichofizikai módszerek és adatelemzés

A vizsgálati stratégia párhuzamosan futó pszichofizikai lépcsők elvén alapult, melyet a Cambridge Color Test (Cambridge Research Systems Ltd, Rochester, Nagy-Britannia) kissé módosított változatával valósítottunk meg, hogy felderítsük a parvo- és koniocelluláris funkciók károsodását betegekben, valamint, hogy összehasonlíthassuk őket egészséges kontrollokkal. A vizsgálatokat Portugáliában, a Coimbrai Egyetem Institute of Biomedical Research on Light and Image részlegében folytattuk le.

Az alábbi kvantitatív paramétereket vetettük alá további vizsgálatnak a színlátás-teszt eredményei közül: konfúziós vektor hossza, ellipszis hosszabb tengelye, ellipszis tengelyeinek aránya. A statisztikai feldolgozást (faktoriális és ismétléses ANOVA, Fisher PLSD korrekcióval, többszörös lineáris regresszió) StatView szoftver (SAS, Cary, NC, USA) segítségével folytattuk le.

- 5 -

2. Mozgáslátással foglalkozó kísérletek

2.1. Központ-környezet kölcsönhatások a mozgó információk szegmentációjában és integrációjában

2.1.1. Résztvevők

Kilenc alany vett részt az 1. és 2. kísérletben, tizenöt a 3. kísérletben és kilenc a 4. kísérletben, mind normális vagy normálisra korrigált látásélességgel. A kísérleteket Portugáliában, a Coimbrai Egyetem Institute of Biomedical Research on Light and Image részlegében folytattuk le.

2.1.2. Ingerek

Az alanyokat megkértük, hogy adjanak folyamatos visszajelzést arról, hogy transzparens (két egymáson mozgó felület) vagy koherens (egy felület) mozgást észleltek-e egy 20° átmérőjű mozgó skótkockás (plaid) minta 5°-os középső régiójában. Az ingereket három különböző fényesség/kontraszt beállítással mutattuk be: magas fényesség magas kontraszt, magas fényesség alacsony kontraszt és alacsony fényesség magas kontraszt. A viselkedéses válaszokat (perceptuális döntéseket) egérgombok segítségével folyamatosan rögzítettük a mozgó periódusban.

Az 1. kísérletben az ingereket az alany által indított 12 másodperces blokkokban mutattuk be, melyekben 2 másodperc fixációt 10 másodperc mozgás követett. Tizenegy különféle központi kondíciót definiáltunk minden fényesség/kontraszt beállításra: nyolcat a rácsminták metszeteinek fényességét változtatva, hármat pedig lokális mozgó textúrát alkalmazva. Környezet vagy nem volt jelen, vagy a központot körbevevő 20° átmérőjű mozgó skótkockás mintaként jelentkezett, a központtal azonos téri és időbeli tulajdonságokkal, azonban a transzparens ill. koherens érzetek túlsúlya irányába eltolva. A minta mozgásának téri és időbeli paraméterei a kísérlet folyamán azonosak maradtak, csak a fényességi és textúra paraméterek, valamint a környezet jelenléte és fajtája váltakozott a blokkok között.

A 2. kísérletben az ingerméret hatását vizsgálatuk a transzparencia- koherencia döntésekre, a mozgó minta méretének változtatásával.

A 3. kísérletben erőteljesen kétértelmű központi ingerek modulációját vizsgáltuk hosszabb ingerlési periódusok esetén: az alany

- 6 -

által indított ingerblokkok ez esetben 72 másodpercesek voltak, 12 másodperc fixációval és 60 másodperc mozgással.

A 4. kísérletben a központ mozgásiránya végig függőleges volt, azonban a környezet a négy kardinális irány közül bármelyikben mozoghatott. Az ingereket az alany által indított 22 másodperces blokkokban mutattuk be, melyekben 2 másodperc fixációt 10 másodperc mozgás követett, majd 10 másodperc mozdulatlan skótkockás minta.

2.1.3. Adatelemzés

A válaszok folyamatos rögzítése lehetővé tette, hogy megállapítsuk az egyes észlelettípusok (transzparens vagy koherens) átlagos időtartamát, egymáshoz viszonyított arányát, valamint az észlelet- váltások gyakoriságát és számát, mely a stabilitás lehetséges mérőszáma.

2.2. Valós és illuzórikus mozgások feldolgozásának idegi korrelátumai

2.2.1. Résztvevők és adatrögzítés

Az 1. kísérletet Hollandiában végeztük a Maastrichti Egyetemi Kórház Neuroradiológiai Osztályán, négy alanyon, 1,5T térerőn. A 2a. kísérletet Portugáliában végeztük Portóban a Ginoeco SA-ban, négy alanyon (akik közül egy részt vett az 1. kísérletben), 1,5T térerőn. A 2b. kísérletet Hollandiában végeztük Maastrichtban a Maastricht Brain Imaging Centerben, 3T térerőn, nyolc alanyon (akik közül egy részt vett az 1. és 2a. kísérletekben, egy másik pedig az 1. kísérletben).

Valamennyi funkcionális vizsgálatot standard fejtekercsekkel végeztünk grádiens echo echo-planáris (EPI) szekvenciák segítségével. Minden alanyról készült nagy felbontású T1 súlyozott anatómiás felvétel is.

2.2.1. Vizuális ingerek és paradigmák

Az 1. kísérletben az alanyok mozgó skótkockás mintákat láttak, melyeket időben fixációs ill. statikus minták választottak el egymástól.

Az alanyok vagy szög-feladatot végeztek, melynek során el kellett dönteniük, hogy a fixációs kereszt szöge (ami két másodpercenként változott) kisebb vagy nagyobb volt a minta elemeinek szögénél, vagy szín-feladatot, melynek során el kellett dönteniük, hogy a fixációs kereszt színe (ami két másodpercenként változott) megegyezett-e az ingert körülvevő kör színével.

A 2a. kísérletben mozgás és statikus minták váltakoztak blokkos elrendezésben. A mozgó blokkokban a skótkockás minta vagy állandó

- 7 -

irányban mozgott (adaptáló, fix-irányú mozgás), vagy az irány 2 másodpercenként változott (nem adaptáló, kevert mozgás). Mind a mozgó, mind a statikus blokkokban megjelenhetett a felületre rávetülő látszólagos mozgás (apparent motion, AM), ekkor az alanyoknak a látszólagos mozgás sebességváltozásait kellett követniük.

A 2b. kísérletben az ingerek a 2a. kísérletnek megfelelőek voltak, azzal a különbséggel, hogy a statikus periódusokban AM ingerek helyett rávetített valódi mozgás (real motion, RM) is megjelenhetett.

2.2.2. Adatelemzés

Az adatelemzést BrainVoyager 2000 és BrainVoyager QX (Brain Innovation B.V., Maastricht, Hollandia) szoftver segítségével végeztük standard lépések alkalmazásával. A hMT⁺ területen százalékos jelváltozás értékeket számítottunk minden egyes kondícióra az azt közvetlenül megelőző fixációs periódus alapján.

2.3. Tanulás okozta változások a mozgáslátásban

Tizennégy alany vett részt az alapkísérletben és négy alany a kontroll vizsgálatban. Minden kísérlet során mozgó pontokat vetítettünk a látótér középső 20°-os területére, aminek középpontjában fixációs pont és az azt körülvevő 1,6° átmérőjű üres terület helyezkedett el. A pontok átmérője 0,15°, életidejük hét képkocka volt. A viselkedéses válaszokat minden esetben egérgombok segítségével rögzítettük.

2.3.2. A vizsgálat felépítése

A vizsgálati protokoll tanulási fázisból és két teszt fázisból állt, egyből a tanulás előtt és egyből utána. Minden alany négylépéses tesztelésen esett át a tanulás előtt: retinotópiás térképezésen, pszichofizikai teszten (mozgási koherencia vizsgálata), EEG vizsgálaton, és fMR vizsgálaton. A retinotópiás térképezés kivételével ugyanezek a lépések zajlottak le a tanulási fázis után is, hogy megállapíthassuk a tanulás okozta változásokat. Az EEG során nyert adatok nem képezik az értekezés részét.

A tanulási fázis hat, egyórás időtartamú pszichofizikai feladatsorból állt, melynek során az alanyok 2 intervallumos kötelező választásos sebesség-diszkriminációs feladatot végeztek. A feladat során a lehetséges két irányból (± 45° a függőlegeshez képest) az egyik irányba (releváns irány) mozgó pontokra kellett figyelniük, és tudatosan

- 8 -

figyelmen kívül kellett hagyniuk a másik irányba (irreleváns irány) mozgó pontokat. A releváns irány sebessége az egyik intervallumban állandó volt, a másikban adaptív pszichofizikai lépcsőmódszer (QUEST) alapján változott.

2.3.3. Mozgási koherencia-küszöb meghatározása

A mozgási koherencia küszöböket a tanulási fázis előtt és után is meghatároztuk, mégpedig három irányra, melyek közül kettő megegyezett a tanulási feladat irányaival, a harmadik pedig a lefelé mutató kontroll irány volt. A három irány mozgási koherenciáit egymástól függetlenül QUEST segítségével határoztuk meg.

2.3.4. fMR vizsgálatok

Az fMR vizsgálatok során az alanyok 2 intervallumos kötelező választásos sebesség-diszkriminációs feladatot végeztek, melynek során meg kellett határozniuk, hogy melyik intervallumban tapasztaltak gyorsabb mozgást a releváns irányban. A releváns irány sebessége az egyik intervallumban állandó volt, a másikban úgy volt beállítva, hogy az alany találati pontossága 75% legyen.

Az MR vizsgálatok Budapesten zajlottak a Szentágothai János Tudásközpont – Semmelweis Egyetem MR Kutatóközpont 3T térerejű Philips Achieva készülékén (Philips Healthcare, Best, Hollandia).

Minden funkcionális vizsgálat 8 csatornás SENSE fejtekerccsel készült, grádiens echo EPI szekvenciák felhasználásával. Minden alanyról készült nagy felbontású T1 súlyozott anatómiás felvétel is. Az adatelemzést BrainVoyager QX (Brain Innovation, Maastricht, Hollandia) szoftver, valamint Matlab környezetben (MathWorks Inc., Natick, MA, USA) futtatott saját elemző rutinok segítségével végeztük.

A hagyományos utazó-hullám módszer segítségével végzett retinotópiás térképezés során kijelöltük a számunkra érdekes (region of interest, ROI) retinotopikus kérgi területeket (V1, V2, V3, V3a, V4v,), valamint lokalizáló inger segítségével a hMT⁺ területet.

Miden egyes ROI adatait blokkonként kigyűjtöttük, majd az ingerlés kezdetéhez átlagoltuk. Ahhoz, hogy a tanulás előtti és utáni eredményeket összevethessük, normalizáló faktorokat számítottunk minden területen, minden adatrögzítési menetben. A különböző kondíciók közötti összehasonlítás során ismétléses ANOVA-t használtunk, a tesztelés időpontját, az adott irány relevanciáját, valamint az ROI-okat tekintve faktornak.

- 9 -

IV. E

1. Kórképekhez köthet ő színlátás-változások 1.1. Glaucoma

1.1.1. A színdiszkrimináció romlik a betegség lefolyása során

A színdiszkriminációs ellipszisek és a konfúziós vektorok paraméterei erőteljes bizonyítékot szolgáltattak arra, hogy a színlátás károsodása már a betegség kezdeti szakaszában jelentkezik. A konfúziós vektorok alkalmasabbak az egészségesek és betegek (akár ocularis hypertensio, akár glaucoma) elkülönítésére, mint az ellipszisek tengelyhosszai. Annak ellenére, hogy a tritan deficit a legszámottevőbb, egyértelmű károsodás figyelhető meg mindhárom diszkriminációs irányában. Ez arra utal, hogy már az ocularis hypertensio során megjelenik a károsodás mind a koniocelluláris, mind a parvocelluláris rendszerben.

1.1.2. A színlátás romlása jól korrelál a C/D és MR értékekkel A cup-to-disc (C/D) arány szinte mindegyik színlátási eredménnyel szignifikánsan korrelált. Ráadásul erőteljes és szignifikáns korrelációt találtunk a perimetria eredményei és a színlátás között, azonban ez utóbbi eredmény leginkább a glaucomás csoportnak köszönhető. Érdekes módon nem találtunk szignifikáns összefüggést a tritan károsodás mértéke és a látótérveszteség súlyossága között glaucomásokban.

1.2. Best-féle VMD

1.2.1. A színdiszkrimináció jelentősen romlik a betegség lefolyása során mindhárom diszkriminációs irányában

A színdiszkriminációs ellipszisek hosszabbik tengelye fokozatosan megnyúlt a betegség stádiumának megfelelően, amit az ellipszisek méretének szignifikáns növekedése is kísért. A tengelyek arányának növekedése arra utal, hogy noha mindhárom alapszín érzékelése érintett, mégis van jellegzetes iránya a színlátás-károsodásnak.

A három konfúziós vektor összehasonlítása erőteljes funkcióvesztést mutatott, jelentős protan és deutan többlettel, azonban ez a hatás nem bizonyult szignifikánsnak a post hoc összehasonlítások során. Ezért a betegség során tapasztalt színlátás-vesztés klasszikus (vörös-zöld) besorolása megkérdőjelezhető.

- 10 -

1.2.2. A színlátás romlása jól korrelál a klinikai paraméterekkel Erőteljes és szignifikáns negatív összefüggést találtunk a konfúziós vektorok hossza és a látásélesség között. A diszkriminációs ellipszisek paraméterei is erőteljes negatív korrelációt mutattak a látásélességgel (az ellipszis tengelyhossza esetében jobban, mint a tengelyek aránya esetében), ráadásul erőteljes összefüggést találtunk a színlátás-zavarok mértéke és a retinális léziók mérete között.

2. Mozgáslátással foglalkozó kísérletek

2.1. Központ-környezet kölcsönhatások a mozgó információk szegmentációjában és integrációjában

2.1.1. A transzparens környezetek erőteljesebb modulációt fejtenek ki a központra, mint a koherens környezetek

Megfigyelésünk szerint a központban jelzett észleletek erőteljesen függtek a környezet moduláló hatásától. A környezeti inger hatásának összehasonlítása során aszimmetrikus hatást észleltünk: azok a környezetek, melyek maguk is inkább transzparensek voltak (akár fényességi moduláció, akár textúra segítségével állítottuk elő őket) szignifikáns modulációt okoztak, míg a koherens környezetek nem okoztak szignifikáns modulációt a környezeti inger nélküli alaphelyzettel összehasonlítva. Ezek a hatások minden vizsgált textúra-mentes központ esetén megfigyelhetőek voltak az általános fényességtől és kontraszttól függetlenül.

A textúrával ellátott transzparens környezetek erőteljesebb moduláló hatással bírtak, mint a fényességi modulációval előállítottak. Ez a hatás feltehetően annak köszönhető, hogy ők eleve transzparensebbek voltak a lokális textúra egyértelműsítő hatása miatt. Másrészt viszont a textúrával ellátott felületek ellenálltak a környezeti modulációnak. Ez az új megfigyelés valószínűsíti, hogy a lokális textúra által kifejtett egyértelműsítő hatás önmagában elégséges lehet a kontextuális modulációs hatások megszüntetésére.

2.1.2. Az inger mérete nem magyarázza a megfigyelt modulációt Az inger méretének növelése az inger milyenségétől függetlenül csökkentette a transzparens észleletek időtartamát, tehát a mérethatás nem magyarázza a transzparens környezetek okozta modulációt.

- 11 -

2.1.3. A modulációs hatások az ingerlés időtartamától függetlenül azonos jellegűek

Az ingerlés időtartamának növelése nem változtatta meg az észlelt modulációs mintázatot: a transzparens környezetek erőteljes és a kongruens észleleteket erősítő, míg a koherens környezetek jóval gyengébb és nem egyértelmű modulációt okoztak. Ráadásul a tapasztalt modulációs hatások irány-függetlennek bizonyultak.

Az észlelet-váltások dinamikáját elemezve megfigyeltük, hogy a transzparens környezetek több, a koherens környezetek kevesebb váltással jártak, mint amennyi környezeti moduláció nélkül tapasztalható volt. Az egyes észleletek szintjén a komponens környezetek növelték a kongruens központi észleletek időtartamát és csökkentették az inkongruensekét, ezzel szemben a koherens környezetek erőteljesen növelték a központi kongruens észleletek időtartamát, de nem nyomták el az inkongruens észleleteket.

2.1.4. A lokális és globális kontextus közötti kölcsönhatások modulálják az észlelt transzparenciát

Az észlelt transzparencia nagyjából azonos volt, amikor a környezet a központtal azonos, illetve ellentétes irányba mozgott. Az észlelet azonban jelentősen megváltozott, amikor a skótkockás környezet oldalirányba mozgott úgy, hogy az összetevőit képező rácsminták közül csak egy (nem több és nem kevesebb) maradt állandóan kolineáris a középpont egyik összetevőjének rácsmintájával. Ekkor a koherens környezet ellenére a központi észlelet erőteljesen a transzparencia irányába tolódott el. Az ilyenkor tapasztalt észlelet nagyon erőteljes volt, mivel a központ és a környezet értelmezése szöges ellentétben állt egymással. A tapasztalt hatás erőteljesen szignifikáns volt, valamint független a fényességi és kontrasztviszonyoktól.

2.2. Valós és illuzórikus mozgások feldolgozásának idegi korrelátumai

2.2.1. Mozgási utóhatáshoz köthető jelváltozás tapasztalható, amikor a figyelem nem mozgásra irányul

A hMT⁺ terület aktivációja mozgásadaptáció hatására megnövekedett, még akkor is, ha a mozgástól független figyelmi feladatokkal folyamatosan elvontuk a figyelmet a skótkockás minta akár stacioner (szín-feladat során) akár mozgási (szög-feladat során)

- 12 -

sajátságairól. A tapasztalt hatás tehát a mozgásfüggetlen figyelmi feladatokra generalizálható.

2.2.2. Mozgási utóhatáshoz köthető jelváltozás nem tapasztalható, amikor a figyelem konkurens mozgási sajátságokra irányul

Mozgási utóhatáshoz köthető jelváltozást láthatunk mozgásadaptáció után mutatott statikus minta esetén, amennyiben nincs más mozgás ebben az időszakban. Ez a hatás eltűnik, amennyiben akár látszólagos mozgásra, akár valós mozgásra kell figyelni ilyenkor.

A skótkockás minta mozgása során fellépő más mozgásformák additív hatással jelentkeztek a hMT⁺ területen, mely bizonyítja, hogy a minta-mozgás önmagában nem telíti az aktivitásokat. Adaptáló mozgás során alkalmazott AM-feladat nem szünteti meg az adaptációs hatásokat, de csökkenti a MAE erősségét, és a hozzá köthető neurális válasz amplitúdóját.

2.3. Tanulás okozta változások a mozgáslátásban

A gyakorlás eredményeképp szignifikáns tanulási hatást sikerült kimutatnunk: a sebesség-diszkriminációs képesség folyamatosan és következetesen javult.

2.3.1. A tanulás lecsökkentette a mozgásérzékenységet az irreleváns irányban

Mozgási koherencia-küszöb meghatározásával vizsgáltuk, hogy a sebesség-diszkriminációs feladat gyakorlása miként befolyásolja a különféle irányokban mérhető mozgásérzékenységet.

Azt tapasztaltuk, hogy a gyakorlás erőteljes hatással bír a megfigyelő teljesítményére: a tanulási fázis befejezése után a releváns irány mozgás- koherencia küszöbe szignifikánsan alacsonyabb lett, mint az irreleváns irányé.

A tapasztalt hatás háttere összetett: az irreleváns irány detekciós küszöbe szignifikánsan megnőtt, mialatt a releváns irányé csökkent, de nem szignifikánsan. Ezzel párhuzamosan a kontroll irány detekciós küszöbe is csökkent, szintén nem szignifikánsan. Ezek a hatások azt igazolják, hogy a gyakorlás specifikusan az irreleváns irányban okozott érzékenység-csökkenést, más irányok érzékenység-növekedése nélkül.

- 13 -

2.3.2. A tanulás lecsökkentette az irreleváns irányra adott fMR választ az extrastriatális vizuális területeken

Tanulás előtt a releváns és irreleváns irányban történő mozgás által kiváltott fMR válaszok amplitúdója azonos volt. Tanulás után azonban az irreleváns irányra adott válaszok alacsonyabbak lettek, mint a releváns irányra adott válaszok. Ez a hatás a V2, V3, V3a és hMT⁺ területeken volt szignifikáns.

Normalizált adatok összevetésével megállapítható, hogy az elsődleges látókéregben szignifikánsan emelkedett a releváns irányra adott válasz. Másrészt viszont az irreleváns irányra adott aktivitások szignifikánsan lecsökkentek a hMT⁺ és V4v területeken.

- 14 -

V. K

1. Kórképekhez köthet ő színlátás-változások 1.1. Glaucoma

Vizsgálatunk bebizonyította, hogy a színlátás pályáinak együttes károsodása az eddig feltételezettnél korábban lép fel a glaucoma lefolyása során. Ezek az eredmények túlmutatnak mások korábbi vizsgálatain, melyek jellemzően az ocularis hypertensio kihagyásával, illetve a tritan károsodást hangsúlyozva zajlottak.

Megfigyeltük, hogy a színlátás romlásának mérőszámai jól korreláltak egyéb klinikai paraméterekkel, valamint a perimetriás károsodás mértékével. Ez megerősíti azt a korábbi megfigyelést, miszerint a glaucoma progressziója jól becsülhető a protan károsodás mértékének követésével.

Az általunk tapasztalt, mind a parvocelluláris, mind a konioceluláris pályát érintő korai károsodások a funkcionális redundancia hipotézist valószínűsítik a preferenciális károsodás elméletével szemben.

Összefoglalásképp megállapítható a glaucoma során fellépő funkcionális károsodás mind a vörös-zöld, mind a kék-sárga színfeldolgozás zavarainak vizsgálatával korábban kimutatható, mint ahogy azt eddig feltételezték. Luminancia-zajon és színkontraszton alapuló, optimalizált pszichofizikai eljárások használatával új funkcionális-klinikai korrelációk írhatóak le, melyek hasznosak lehetnek a betegség progressziójának megítélésében, és az ocularis hypertensio kimenetelének becslésében.

1.2. Best-féle VMD

Tapasztalataink szerint minden színlátással kapcsolatos pálya károsodik Best-féle VMD-ben, még olyan betegekben is, akiknek a látásélessége jól megőrzött. Ez a megfigyelés összhangban van a közvélekedéssel, miszerint az elsődleges károsodás a retinális pigment epitheliumban történik.

Megfigyeléseink azonban ellentmondanak annak a nézetnek, miszerint a VMD-ben tapasztalható színlátás-változások jellemzően I.

típusú vörös-zöld eltérések (csakúgy, mint ahogy Stargardt betegségben

- 15 -

is tudni vélik). Ez a minta csak a IV. stádiumra igaz, sőt a tritan eltérések jóval korábban válnak statisztikailag szignifikánssá, mint a protan vagy deutan eltérések. Ráadásul az utóbbiak csak nagyméretű léziók, vagy foveális érintettség mellett jelentkeznek.

Végezetül megállapíthatjuk, hogy a pszichofizikai színlátás- vizsgálatok biztonságos, hatásos és nem-invazív módot nyújtanak a Best-féle VMD-s betegek követésére, hiszen minden mért színlátási paraméterünk szignifikáns összefüggést mutatott a látásélességgel, a lézió méretével, a betegség stádiumával, valamint alkalmas volt az színlátási-funkciók relatív eltéréseinek összevetésére.

2. Mozgáslátással foglalkozó kísérletek

2.1. Központ-környezet kölcsönhatások a mozgó információk szegmentációjában és integrációjában

Megmutattuk, hogy a központi mozgás-integráció dinamikája egyaránt függött a környezetben tapasztalt mozgás milyenségétől, és a lokális egyértelműsítő információk meglététől. A transzparensnek észlelt környezetek sokkal következetesebb hatással bírtak, mint a koherens környezetek.

A tapasztalt moduláció erőteljesebb volt textúrával ellátott környezetek esetén, mivel ezek eleve kevésbé kétértelműek, hiszen a textúra által biztosított lokális információ világosan meghatározza a lokális kontúrok mozgásirányát. Az erőteljes moduláló hatás mellett azonban a textúrás központok kevésbé befolyásolhatóak függetlenül eredendő transzparenciájuktól vagy koherenciájuktól.

Elképzelhető, hogy Bayerl és Neumann 2004-es modelljéhez hasonló MT-V1 visszacsatolással magyarázható a megfigyelt hatás. Egy ilyen visszacsatolás ugyanis megváltoztathatná a korai válaszok egyensúlyát populációs szinten eltolva őket a transzparens interpretációk irányába.

A központ koherens mozgásirányára merőlegesen mozgó környezetek segítségével megmutattuk, hogy a kolineáris facilitáció nem felétlenül vezet a mozgó felületek integrációjához, sőt éppenséggel szegmentációt is okozhat. Ez tulajdonképpen az alaklélektan jó folytonosság és közös végzet szabályainak szokatlan megnyilvánulása, hiszen a középpont és környezet inkongruenciájához vezet. Ez az erőteljes hatás magyarázható okozati kontúr-befogással, melynek során a

- 16 -

környezet-központ határán kolineárisan mozgó környezeti rácselemek a központ lokális kontúrjait befogják, ezáltal szegmentálva a központot mialatt a környezet integrált marad.

A környezet szegmentációs/integrációs állapotától függő kontextuális moduláció bemutatásával vizsgálataink kiegészítik az alacsony szintű kontextuális moduláció lokális észlelésre, valamint felület- reprezentációk kiválasztására gyakorolt hatásáról szóló korábbi ismereteket. Munkánkban hangsúlyoztuk a facilitációs és szuppressziós mechanizmusok szerepét is a folyamatban. Ezen túlmenően megmutattuk, hogy ezeket az integrációs szegmentációs hatásokat erőteljesen befolyásolja a lokális információ megléte, valamit a lokális közös végzet és jó folytonosság mechanizmusok. Megfigyeléseink támogatják azt a nézetet, hogy agyunk a mozgó felületek feldolgozása során elsőbbségi szabályok hierarchiáját használja, mely hierarchiában a lokális jellemzők magas prioritást élveznek.

A bemutatott megfigyeléseknek erőteljes alap- és klinikai kutatási jelentőségét az adja, hogy a koherens és transzparens észleletek közötti hangsúlyeltolódás, korábbi munkákkal összhangban, a vizuális feldolgozás olyan állomásain léphet fel, melyek még a lokális mozgások integrációja, ill. kombinációja előtt megtörténnek. Másrészt ezek a megfigyelések azért is fontosak, mert különféle látással összefüggő kórképekben a mozgás-értelmezés bizonytalanná válthat, például a maculát érintő károsodásokban gyakran jelentkezik értelmezési bizonytalanság a központban. Ilyen esetekben a környezetnek erőteljesebb moduláló hatása lehet, amit a rehabilitációban ki lehetne használni.

2.2. Valós és illuzórikus mozgások feldolgozásának idegi korrelátumai

Megállapítottuk, hogy a mozgási utóhatáshoz köthető neurális válasz azonosítható olyan esetekben, amikor a szelektív figyelem a mozgástól független sajátságokra irányul, azonban nem megfigyelhető olyan esetekben, amikor a figyelmet látszólagos vagy valós mozgásra fókuszáljuk. Más szóval a hMT⁺ terület érzékenysége a mozgási utóhatásokra különféleképpen modulálható mozgásra valamint más sajátságokra irányított figyelem segítségével. Ezen túlmenően, párhuzamosan jelentkező valós és látszólagos mozgás additív adaptációs

- 17 -

hatásokhoz vezethet a hMT⁺ válaszok telítődése nélkül, míg a látszólagos mozgás és a mozgási utóhatás egymással interferál.

Úgy véljük, hogy eredményeink segítenek összeegyeztetni Tootell és munkatársai (1995) valamint Huk és munkatársai (2001) látszólag ellentmondó megállapításait, bemutatva, hogy a szelektív figyelem akkor, és csak akkor tudja elnyomni a mozgási utóhatáshoz köthető aktivitást a hMT⁺ területen, ha párhuzamosan jelenlevő mozgási sajátságokra irányul, függetlenül attól, hogy ezek valós vagy látszólagos mozgáshoz kötődnek.

2.3. Tanulás okozta változások a mozgáslátásban

Megfigyeléseink bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy a tanulás megnöveli az irreleváns sajátságok érzékelési küszöbét. Ez a tanulás okozta érzékenység-csökkenés az irreleváns sajátságra specifikusan jelentkezett, hiszen tanulás során nem jelenlevő kontroll irányban mért érzékenység kissé javult ahelyett, hogy romlott volna a tanulás során.

Kimutattuk továbbá, hogy a tanulás az irreleváns irányra adott fMR válaszok csökkenését eredményezte a releváns irányra adott válaszokhoz képest a látókéregben. A legerősebb tanulási hatásokat az extrastriatális kéregben a V2, V3, V3a és hMT⁺ területeken láttuk, melyből az utóbbi kettő jelentős szerepet játszik a mozgás-feldolgozásban.

Úgy véljük, hogy a tanulás okozta fMR aktivitásváltozások a releváns információhoz köthető aktivitások növekedésének és az irreleváns információhoz köthető aktivitások csökkenésének együtthatásából alakulnak ki. Ráadásul, úgy gondoljuk, hogy a tanulás okozta moduláció a releváns és irreleváns irányokban nem feladat- specifikusan, hanem irány-specifikusan jelentkezik.

Összegzésképpen megállapítható, hogy a tanulás hatására fellépő szuppresszió a zavaró információk kiszűrésének fontos mechanizmusát képezi, ezért a perceptuális tanulás jövőbeni modelljeibe be kell építeni.

- 18 -

S

Az értekezés témájához kapcsolódó közlemények

1. Castelo-Branco M, Faria P, Forjaz V, Kozak LR, Azevedo H (2004):

Simultaneous comparison of relative damage of chromatic pathways in ocular hypertension and glaucoma: correlation with clinical measures, Invest Ophthalmol Vis Sci 45(2):499-505. IF:3.577 Hivatkozások száma: 13 2. Campos SH, Forjaz V, Kozak LR, Silva E, Castelo-Branco M (2005):

Chromatic dysfunction in Best’s macular dystrophy: a model for new quantitative strategies of phenotyping and clinical staging, Arch Ophthalmol 123(7):944-949. IF: 3.274 Hivatkozások száma: 3

3. Kozak LR and Castelo-Branco M (2009): Peripheral influences on motion integration in foveal vision are modulated by central local ambiguity and center-surround congruence, Invest Ophthalmol Vis Sci 50(2):980-988.

IF: 3.528

4. Gál V, Kozák LR, Kóbor I, Bankó ÉM, Serences JT, Vidnyánszky Z (2009):

Learning to filter out visual distractors Eur J Neurosci 29(8):1723-1731 IF: 3.673

5. Castelo-Branco M*, Kozak LR*, Formisano E, Backes WH, Teixeira J, Xavier J, Goebel R (2009): The type of featural attention differentially modulates hMT+ responses to illusory motion aftereffects, J Neurophysiol (Aug 26, 2009, * shared first authorship) IF: 3.648

6. Kozak LR, Lima B, Neuenschwander S, Muckli L, Castelo-Branco M:

Motion coherence is differentially affected by local-global common fate between center and surround components, revízió alatt, Percept Psychophys

Az értekezés témájától független közlemények

1. Eke A, Hermán P, Kocsis L, Kozak LR (2002): The fractal characterization of complexity in temporal physiological signals, Physiol Meas, 23(1): R1-R38. IF:

1.160 Hivatkozások száma: 46

2. Kozák LR, Hegyi M, Barsi P, Rudas G (2009): A clonazepam elősegítheti a szenzomotoros funkcionális MR lebonyolítását alvás közbeni elektromos status epilepticusban, Ideggyogy Sz 62(3-4):130-135

3. Hegyi M, Siegler Zs, Barsi P, Rudas G, Lengyel Zs, Szakáll Sz, Bognár L, Kozák LR, Neuwirth M, Fogarasi A: Hemispherialis dysgenesis okozta rezisztens epilepszia műtéti kezelése – esetismertetés, Ideggyógy Sz 62(5-6):185- 189

4. LR Kozák, M Bangó, M Szabó, G Rudas, Z Vidnyánszky, Z Nagy (2009): Using Diffusion MRI for Measuring the Temperature of Cerebro-spinal Fluid within the Lateral Ventricles In-Vivo, Acta Paediatrica (Oct 20, 2009) IF: 1.517

- 19 -

Az értekezés témájához kapcsolódó idézhet ő absztraktok

1. Castelo-Branco M, Kozak LR, Teixeira J, Xavier J (2007): The role of visual area hMT/V5 in dissociating perceptual decision from veridical stimulus properties, ECVP, Arezzo, Olaszország, Perception 2007; 36:135-135.

2. Gál V, Kozák LR, Kóbor I, Bankó E, Serences J, Vidnyánszky Z (2007): Perceptual and neural mechanisms of visual attentional suppression, ECVP, Arezzo, Olaszország, Perception 2007; 36:115-115.

3. Kozak LR, Lima B, Neuenschwander S, Muckli L, Castelo-Branco M (2005):

Contextual modulation of bistable plaid motion perception, ECVP, A Coruña, Spanyolország, Perception 2005; 34: 163-163 Suppl. S,

4. Kozak LR, Formisano E, Backes W, Teixeira J, Xavier J, Goebel R, Castelo-Branco M (2005): Neural correlates of illusory motion perception: the influence of apparent motion on plaid motion aftereffects, VSS, Sarasota, FL, USA, J Vis 5(8):666a.

5. Kozak LR, Formisano E, Backes W, Teixeira J, Xavier J, Goebel R, Castelo-Branco M (2005): Human neural responses to overlaid real and apparent motion: implications for mechanisms of illusory motion perception, ARVO, Fort Lauderdale, Fl, USA, Invest Ophthalmol Vis Sci 2005; 46: E-Abstract 5657.

6. Kozak LR, Formisano E, Goebel R, Castelo-Branco M (2004): Interactions between visual attention and illusory motion perception, European EVER, Vilamoura, Portugália; Ophthal Res 36 (S1):168 [abstract No: 2421]

7. Castelo-Branco M, Forjaz V, Campos SH, Kozak LR, Silva E (2004): Chromatic adaptation in Best’s macular dystrophy: implications for quantitative phenotyping and clinical staging, ARVO, Fort Lauderdale, FL, USA; Invest Ophthalmol Vis Sci 2004;45: E- 4334.

8. Castelo-Branco M, Faria P, Forjaz V, Campos SH, Kozak LR (2003): Quantification of relative damage of chromatic pathways in diseases involving the central or peripheral retina, EVER, Alicante, Spanyolország, Ophthal Res 35 (S1):195 [abstract No: 2363]

9. Faria P, Castelo-Branco M, Forjaz V, Kozak LR, Azevedo H (2003): Early and late damage of parvo and koniocellular function in ocular hypertension and glaucoma:

correlation with clinical markers of disease progression, EVER, Alicante, Spanyolország, Ophthal Res 35 (S1):204 [abstract No: 2444]

10. Forjaz V, Campos SH, Kozak LR, Silva E, Castelo-Branco M (2003): Chromatic deficits in Best's macular dystrophy: insights for the development of new clinical tools, EVER, Alicante, Spanyolország, Ophthal Res 35 (S1):43 [abstract No: 261]

11. Castelo-Branco M, Faria P, Forjaz V, Campos S, Kozak LR (2003): Early quantification of chromatic pathway involvement in central and peripheral retinal disorders (Quantificação precoce do envolvimento relativo das vias cromáticas em doenças da retina central ou periférica), SPO, Vilamoura, Portugália, Oftalmologia 27(4):5

- 20 -

Az értekezés témájától független idézhet ő absztraktok

1. LR Kozak, I Gyuricza, T Gyorke, L Szidonya, J Gyebnar, T Kovacs, G Rudas, P Barsi (2009): Medial temporal lobe atrophy score: a locally derived measure with strong global implications, European Society of Neuroradiology Meeting, Athens, Greece, Neuroradiology, 2009;51 Suppl1 S30

2. I Gyuricza, LR Kozak, T Gyorke, L Szidonya, J Gyebnar, T Kovacs, G Rudas, P Barsi (2009): Cerebral MR-volumetric examinations in the diagnosis of Alzheimer disease, European Society of Neuroradiology Meeting, Athens, Greece, Neuroradiology, 2009;51 Suppl1 S62

3. LR Kozak, G Rudas, Z Vidnyanszky, Z Nagy (2009): Pulse triggering can improve the quality of diffusion tensor imaging data in neonatal subjects, European Society of Neuroradiology Meeting, Athens, Greece, Neuroradiology, 2009;51 Suppl1 S96-97 4. LR Kozak, M Hegyi, P Barsi, G Rudas (2009): Clonazepam can assist performing

sensorimotor functional mri examinations in status epilepticus during sleep, European Society of Neuroradiology Meeting, Athens, Greece, Neuroradiology, 2009;51 Suppl1 S140

5. LR Kozák, G Rudas, Z Vidnyánszky, Z Nagy (2009): Examining the Need for Pulse Triggering When Collecting Diffusion Tensor Imaging Data from Neonatal Subjects, Pediatric Academic Societies Annual Meeting, Baltimore, MD, USA, 2009

6. Bangó M, Kelen D, Kozák LR, Róka A, Szabó M, Rudas G (2008): Serial proton MR spectroscopy measurement of cerebral metabolites in asphyxiated infants during the first week of life, International Congress of the UENPS, Róma, Olaszország, Early Hum Dev, 2008;84:S57-S57.

7. Kozák LR, Barsi P, Erőss L, Vidnyánszky Z, Rudas G (2008): Optimization of clinical functional MRI protocols at 3 Tesla, ESNR, Krakkó, Lengyelország, Neuroradiology, 2008, 50 Suppl1: A2:2:2

8. Kozak LR, Szatmary G, Vidnyanszky Z (2007): Neural and behavioral mapping of the visual field in true and simulated visual field deficits, EVER, Portoroz, Szlovénia, Acta Ophthalmol Scand 2007;85(s240):0-0.

9. Nagy Z, Kozák LR, Bangó M, Szabó M, Rudas G, Vidnyánszky Z (2007): Measuring the CSF temperature using diffusion MRI: a possible method to monitor the brain temperature of cooled babies, ESPR, Prága, Csehország, Acta Paediatr 2007;96:47-47.

10. Castelo-Branco M, Kozak LR, Teixeira J, Xavier J (2007): The role of visual area hMT/V5 in dissociating perceptual decision from veridical stimulus properties, ECVP, Arezzo, Olaszország, Perception 2007;36:135-135.

11. Kóbor I, Gál V, Bankó E, Körtvélyes J, Kozák LR, Vidnyánszky Z (2007): ERP correlates of decision making in a motion direction discrimination task, ECVP, Arezzo, Olaszország, Perception 2007;36:142-142.

12. Vidnyánszky Z, Gál V, Kóbor I, Kozák L, Serences J (2007): Attentional suppression spreads throughout the visual field, VSS, Sarasota, FL, USA, J Vis, 7(9):787a 13. Kozak LR, Castelo-Branco M, Read JCA (2004):Physiologically-realistic circuitry

underlying the motion aftereffect, VSS, Sarasota, FL, USA, J Vis 4(8):486a, 14. Kozak LR, Castelo-Branco M, Karmos G, Read JCA (2004): A computational model

of the motion aftereffect, ARVO, Fort Lauderdale, FL, USA; Invest Ophthalmol Vis Sci 2004;45: E-4366.