REORGANIZATION OF VISUAL FUNCTION IN PATIENTS WITH POSTERIOR CORTICAL RESECTION: SELECTIVITY AND PLASTICITY

后皮质切除患者视觉功能的重组:选择性和可塑性

基本信息

  • 批准号:
    9461084
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.81万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-05-01 至 2021-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Summary Lobectomy or, in extreme cases, hemispherectomy, involves the removal of part or all of a cerebral hemisphere as a means of treating certain intractable conditions (e.g. epilepsy). Despite the radical nature of this procedure, the resulting visual deficits can undergo impressive improvement over time, especially when the procedure is conducted at an early age. Surprisingly, rather little exploration has been directed at elucidating the mechanisms supporting this remarkable display of neural plasticity. The goal of this research is to characterize the remapping of visual processing in both cortical and subcortical regions from pre- to post-surgery and longitudinally thereafter, using (and correlating) fine-grained behavioral and neuroimaging methods (univariate and advanced multivariate techniques) in a relatively large group of children who have undergone posterior cortical resection. We first aim to characterize the reorganization of retinotopic cortex, by mapping meridians and by population receptive-field (pRF) modeling. One intriguing hypothesis that motivates this investigation concerns the ability of the intact occipital lobe to develop sensitivity over time to the affected ipsilateral hemifield. Second, at the level of extrastriate cortex, we will characterize the selectivity and topography associated with the recognition of visual categories such as faces, houses, objects and word forms during task and during resting state scans. The ability of a single hemisphere to cope with multiple categories is indicative of important adjustments in the architecture of high-level object recognition and successful recognition may be mediated by a more compact integration of visual representations underlying different categories. Third, we propose to explore functional and structural changes in the profile of subcortical structures (e.g., pulvinar/superior colliculus) as a potential mechanism for the cortical changes, and will examine structural connectivity between early and later cortical regions and subcortical structures using tractography methods. Last, we will examine patterns of recovery as a function of key variables such as age at test and at surgery, presurgical cognitive level and side of lesion. This last factor is particularly relevant for understanding hemispheric dominance, effects of lateralization and postsurgical reorganization. In sum, our investigation constitutes an unprecedented examination of a radical case of cortical remapping at the single case and aggregated group level. The degree and the manner by which there is restitution of visual function following drastic reduction in the available neural resources can shed light on the boundary conditions of plasticity. Understanding lobectomy and its consequences offers unique insights into neural plasticity that can contribute significantly both to a basic science understanding of the visual system and to translational approaches (possible rehabilitation methods and guidelines for surgery).
概括 肺叶切除术,或者在极端情况下,半球切除术,涉及切除部分或全部 大脑半球作为治疗某些顽固性疾病(例如癫痫)的手段。尽管 该手术的本质是彻底的,由此产生的视力缺陷可以得到令人印象深刻的改善 随着时间的推移,特别是当手术是在很小的时候进行的。令人惊讶的是,相当少 探索的目的是阐明支持这一非凡表现的机制 神经可塑性。这项研究的目的是表征视觉处理的重新映射 从术前到术后以及术后纵向,使用(和 关联)细粒度的行为和神经影像方法(单变量和高级多变量 技术)在相对较大的一组接受后皮质切除的儿童中进行。我们 第一个目标是通过绘制经络和通过 群体感受野(pRF)建模。激发这项研究的一个有趣的假设 涉及完整枕叶随着时间的推移对受影响同侧产生敏感性的能力 半场。其次,在纹外皮层水平上,我们将描述选择性和 与面部、房屋、物体等视觉类别的识别相关的地形 任务期间和静息状态扫描期间的单词形式。单个半球的应对能力 多类别表明高级对象架构的重要调整 识别和成功识别可能是通过更紧凑的视觉整合来调节的 不同类别下的表示。第三,我们建议探索功能和结构 皮质下结构(例如,枕丘/上丘)轮廓的变化作为潜在的 皮质变化的机制,并将检查早期和晚期之间的结构连接 使用纤维束成像方法的皮质区域和皮质下结构。最后,我们将检查模式 恢复率与关键变量的函数关系,例如测试年龄和手术年龄、术前认知能力 病变的水平和侧面。最后一个因素对于理解半球特别重要 优势、偏侧化和术后重组的影响。综上,我们的调查 构成了对单个案例中皮质重映射的激进案例的前所未有的检查 和聚合组级别。视觉恢复的程度和方式 可用神经资源急剧减少后的函数可以揭示边界 塑性条件。了解肺叶切除术及其后果提供了独特的见解 神经可塑性可以极大地促进对视觉的基础科学理解 系统和转化方法(可能的康复方法和手术指南)。

项目成果

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