Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-23403
Titel: Disorders of binocular convergent fusion and stereoscopic space perception following acquired brain damage : treatment and neuroanatomical implications
Sonstige Titel: Störungen der binokularen konvergenten Fusion und der stereoskopischen Raumwahrnehmung nach Hirnschädigung : Behandlung und neuroanatomische Implikationen
Verfasser: Schaadt, Anna Katharina
Sprache: Englisch
Erscheinungsjahr: 2015
SWD-Schlagwörter: Sehen
Neuropsychologie
Therapie
Raumwahrnehmung
Freie Schlagwörter: Konvergente binokulare Fusion
Stereosehen
Neurorehabilitation
Rehabilitation
binocular convergent fusion
stereovision
neurorehabilitation
neuropsychology
DDC-Sachgruppe: 150 Psychologie
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: The unified and three-dimensional percept we perceive through the two of our eyes is the result of multiple interacting functional and neural processing stages in the visual brain. They range from convergence eye movements and sensory merging of the two disparate monocular images (binocular convergent fusion) up to an elaborated stereoscopic percept containing spatial depth (stereoscopic vision). Acquired disorders of binocular convergent fusion and stereoscopic vision of varying degrees are frequent sequels following damage to the brain, e.g. after a stroke or traumatic injury, among others. Typical symptoms of fusion impairment are blurred vision and/or diplopia after short periods of sustained binocular near space activities like reading or PC-work, usually accompanied by asthenopic symptoms like fatigue or eye pressure. Since fusion is a prerequisite of stereoscopic vision, difficulties in tasks that require precise judgements in visuo-spatial depth like grasping or taking staircases can occur. As a result, fusion impairment and associated deficits in stereoscopic vision can result in plain difficulties in almost all visual near-space activities of daily or vocational routines. The probably most severe deficit in stereoscopic vision can manifest in a complete failure to process or integrate any visual depth cues from the monocular images provided by our eyes resulting in a completely “flat” visual world (“flat vision”). In the context of the constantly aging population alongside with an increased number of survivors from brain damage requiring re-integration in daily- and work-life, it appears unexpected, that no systematically evaluated treatment options have been available for these conditions so far. This circumstance surprises even more with regard to neurorehabilitation techniques in other visual domains, as there exist well-evaluated restitutional treatment strategies using perceptual (re-)learning paradigms grounding on repetitive systematic visual practice. Consequently, the principal objective of this thesis was to evaluate in three consecutive studies the effectiveness of a novel binocular vision treatment designed for patients with acquired binocular convergent fusion and stereovision impairments of differential etiology: Study 1 and Study 2 addressed the potential effects of this treatment in three different patient groups with impairments in convergent fusion and stereoscopic vision after cerebral hypoxia (Study 1), stroke and traumatic brain injury (Study 2). It was examined whether repetitive and graded training of binocular convergent fusion with dichoptic devices could lead to improvements in binocular fusion and stereoscopic vision and to which extent the possible benefits might transfer to functionally relevant binocular tasks like reading. All patients were treated in a single-subject baseline design, with three baseline assessments before treatment to control for spontaneous recovery, followed by a treatment period of six weeks and two follow up assessments three and six months after the end of training. Repetitive dichoptic training was performed two times a week (one hour per session). After the treatment, the majority of patients in both studies improved significantly in binocular convergent fusion and stereoscopic vision. In addition, binocular reading time as an operationalization of binocular near-space activity of daily and vocational relevance significantly improved throughout the patients. The improvements in the variables of interest remained stable even after six months after training, indicating long-term stability of the achieved modifications. Importantly, no significant changes were observed during the baseline periods, thus ruling out spontaneous recovery as an explanation of the enhancement. Study 3 states a case report describing unique patient EH who showed a complete loss of 3-D visual depth perception (“flat vision”) together with an isolated impairment in binocular convergent fusion following right occipito-parietal hemorrhagic stroke. It was investigated whether perceptual re-training of binocular convergent fusion, almost identical to the one applied in Studies 1 & 2, would lead to a reinstatement of his spatial depth perception. Besides this functional perspective, a detailed lesion analysis was performed to get deeper insights on the neural contributions underlying this very rare condition of stereoscopic vision impairment. During three weeks of daily practice, a progressive and finally complete recovery in convergent fusion as well as subjective binocular depth perception was achieved. A voxel-based analysis of the patient’s lesion revealed a selective damage to parieto-occipital area V6/V6A, which has been associated with the integration of multiple visual depth cues and convergence eye movements towards a refined 3-D percept in the recent past. In sum, the results of the studies underlying the present thesis indicate a substantial treatment-induced plasticity of the lesioned brain in the perceptual re-learning of binocular convergent fusion and stereoscopic vision, thus suggesting the novel binocular vision treatment approach to be effective in principle. In addition, the findings provide new insights into the cortical processing of visual 3-D space on both a functional and a neural level and give new hope and direction for the development of effective neurovisual rehabilitation strategies.
Das binokulare und dreidimensionale Abbild unserer visuellen Welt ist das Ergebnis multipler funktioneller und neuronaler Verarbeitungsstufen des visuellen Systems. Diese reichen von konvergenten Augenbewegungen und sensorischer Integration der beiden monokularen Eindrücke (binokulare konvergente Fusion) bis hin zur Wahrnehmung eines elaborierten stereoskopischen, räumlichen Perzepts (Stereopsis). Störungen der Fusion und Stereopsis sind häufige Folgen erworbener Hirnschäden wie z.B. Schlaganfall oder Schädel-Hirntrauma. Typische Symptome von Fusionsstörungen sind Verschwommensehen und / oder Doppelbilder bereits nach kurzer Zeit andauernder binokularer Aktivität im Nahbereich wie Lesen oder PC-Arbeit, welche häufig durch asthenopische Symptome wie Müdigkeit oder Augendruck begleitet werden. Da die konvergente binokulare Fusion eine Voraussetzung für das Stereosehen darstellt, können bei den Betroffenen Schwierigkeiten bei Aufgaben, welche eine präzise visuell-räumliche Koordination erfordern, wie gezieltes Greifen oder Treppensteigen, auftreten. Die wahrscheinlich schwerste und seltenste Ausprägung reduzierter Raumwahrnehmung scheint sich dabei in einem vollständigen Ausfall in der Integration visueller Tiefenreize zu manifestieren – die visuelle Welt wird von den Betroffenen als flach wie ein Bild wahrgenommen („Flachsehen“). Im Kontext der stetig alternden Bevölkerung und wachsenden Anzahl Überlebender von Hirnschädigungen, welche eine Reintegration in Alltag und Beruf erfordern, überrascht es, dass bislang keine systematisch evaluierten Behandlungsmöglichkeiten für diese Störungen verfügbar waren. Die ist umso verwunderlicher im Hinblick auf neurorehabilitative Techniken anderer visueller Störungsbilder wo seit längerem evidenzbasierte restitutive Behandlungsstrategien verfügbar sind, welche auf Paradigmen des perzeptuellen (Wieder-)Lernens beruhen. Folglich war es das Ziel der folgenden Arbeit, in drei konsekutiven Studien die Wirksamkeit einer neuen binokularen Sehtherapie für Patienten mit erworben Störungen der konvergenter Fusion und Stereopsis unterschiedlicher Ätiologie zu untersuchen: Studie 1 und 2 untersuchten die potenziellen Effekte dieser Behandlung bei Patienten mit erworbenen Störungen der Fusion und Stereopsis in drei Ätiologiegruppen von Hirnschädigungen: zerebrale Hypoxie (Studie 1), Schlaganfall und Schädel-Hirntrauma (Studie 2). Es wurde untersucht, inwiefern repetitives und gestuftes Training mit dichoptischen Materialien zu Verbesserungen der binokularen konvergenten Fusion und Stereopsis führen kann sowie ob und in welchem Ausmaß ein Transfer auf alltagsrelevante binokulare Tätigkeiten wie dem Lesen erfolgt. Alle Patienten wurden in einem Single-Subject-Baseline-Design behandelt mit drei Baseline-Messungen vor Therapiebeginn gefolgt von einer sechswöchigen Therapiephase (zwei einstündige Sitzungen pro Woche) und zwei Follow-Up-Messungen drei und sechs Monate nach Behandlungsende. Nach der Behandlung zeigten sich bei der Mehrheit der Patienten beider Studien signifikante Verbesserungen in der konvergenten Fusion und dem Stereosehen. Ferner fanden sich signifikante Zuwächse in der binokularen Lesezeit, welche als Operationalisierung einer alltagsrelevanten binokularen Tätigkeit erhoben wurde. Die Verbesserungen in den untersuchten Variablen blieben auch in den Follow-Up-Messungen stabil, was auf eine langfristige Stabilität der erzielten Effekte hinweist. Es zeigten sich ferner keine Veränderungen der erhobenen Parameter während der Baseline-Messungen, was die Möglichkeit spontaner Symptomremission als Erklärung für die erzielten Effekte ausschließt. Studie 3 beschreibt einen Einzelfall (Patient EH), welcher einen vollständigen Verlust dreidimensionaler visueller Raumwahrnehmung („Flachsehen“) begleitet von einer isolierten Störung der binokularen konvergenten Fusion infolge einer rechtsseitigen parieto-okzipitalen Hirnblutung aufwies. Es wurde untersucht, ob eine (leicht modifizierte) Durchführung der binokularen Sehtherapie der Studien 1 und 2 zu einer Verbesserung der visuellen 3-D-Raumwahrnehmung führen kann. Neben diesem funktionellen Behandlungsansatz wurde ferner eine voxelbasierte Analyse der Hirnläsion durchgeführt, um Rückschlüsse auf die neuroanatomischen Korrelate des „Flachsehens“ zu erhalten. Im Anschluss an die dreiwöchige Therapiephase intensiven dichoptischen Trainings konnte eine Wiederherstellung der räumlichen Tiefenwahrnehmung sowie eine Normalisierung der binokularen konvergenten Fusion erzielt werden. Die Läsionsanalyse zeigte eine selektive Läsion des parietookzipital lokalisierten Areals V6/V6A, welches in der Vergangenheit mit der Integration multipler visueller Tiefenhinweisreize und konvergenter Augenbewegungen assoziiert worden ist. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse der Studien auf eine substantielle behandlungsinduzierte Plastizität des visuellen Systems im perzeptuellen Wiedererlernen multipler binokularer Sehfunktionen hin, was Rückschlüsse auf eine prinzipielle Wirksamkeit der binokularen Sehtherapie erlaubt. Ferner liefert die vorliegende Arbeit wichtige Hinweise auf die neuronale Verarbeitung des visuellen dreidimensionalen Raumes auf einer funktionellen und neuroanatomischen Ebene, was Potential für die Nutzbarmachung in der visuellen Neurorehabilitation birgt.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-62868
hdl:20.500.11880/23459
http://dx.doi.org/10.22028/D291-23403
Erstgutachter: Kerkhoff, Georg
Tag der mündlichen Prüfung: 14-Okt-2015
SciDok-Publikation: 13-Nov-2015
Fakultät: Fakultät 5 - Philosophische Fakultät III
Fachrichtung: HW - Psychologie
Fakultät / Institution:HW - Fakultät für Empirische Humanwissenschaften und Wirtschaftswissenschaft

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