Mercury toxicity in the Amazon: contrast sensitivity and color discrimination of subjects exposed to mercury

We measured visual performance in achromatic and chromatic spatial tasks of mercury-exposed subjects and compared the results with norms obtained from healthy individuals of similar age. Data were obtained for a group of 28 mercury-exposed subjects, comprising 20 Amazonian gold miners, 2 inhabitants of Amazonian riverside communities, and 6 laboratory technicians, who asked for medical care. Statistical norms were generated by testing healthy control subjects divided into three age groups. The performance of a substantial proportion of the mercury-exposed subjects was below the norms in all of these tasks. Eleven of 20 subjects (55%) performed below the norms in the achromatic contrast sensitivity task. The mercury-exposed subjects also had lower red-green contrast sensitivity deficits at all tested spatial frequencies (9/11 subjects; 81%). Three gold miners and 1 riverine (4/19 subjects, 21%) performed worse than normal subjects making more mistakes in the color arrangement test. Five of 10 subjects tested (50%), comprising 2 gold miners, 2 technicians, and 1 riverine, performed worse than normal in the color discrimination test, having areas of one or more MacAdam ellipse larger than normal subjects and high color discrimination thresholds at least in one color locus. These data indicate that psychophysical assessment can be used to quantify the degree of visual impairment of mercury-exposed subjects. They also suggest that some spatial tests such as the measurement of red-green chromatic contrast are sufficiently sensitive to detect visual dysfunction caused by mercury toxicity.

Entropia conjunta de espaço e reqüência espacial estimada através da discriminação de estímulos espaciais com luminância e cromaticidade moduladas por funções de Gábor: implicações para o processamento paralelo de informação no sistema visual humano

O objetivo deste estudo foi estimar a entropia conjunta do sistema visual humano no domínio do espaço e no domínio das freqüências espaciais através de funções psicométricas. Estas foram obtidas com testes de discriminação de estímulos com luminância ou cromaticidade moduladas por funções de Gábor. A essência do método consistiu em avaliar a entropia no domínio do espaço, testando-se a capacidade do sujeito em discriminar estímulos que diferiam apenas em extensão espacial, e avaliar a entropia no domínio das freqüências espaciais, testando-se a capacidade do sujeito em discriminar estímulos que diferiam apenas em freqüência espacial. A entropia conjunta foi calculada, então, a partir desses dois valores individuais de entropia. Três condições visuais foram estudadas: acromática, cromática sem correção fina para eqüiluminância e cromática com correção para eqüiluminância através de fotometria com flicker heterocromático. Quatro sujeitos foram testados nas três condições, dois sujeitos adicionais foram testados na condição cromática sem eqüiluminância fina e um sétimo sujeito também fez o teste acromático. Todos os sujeitos foram examinados por oftalmologista e considerados normais do ponto de vista oftálmico, não apresentando relato, sintomas ou sinais de disfunções visuais ou de moléstias potencialmente capazes de afetar o sistema visual. Eles tinham acuidade visual normal ou corrigida de no mínimo 20/30. O trabalho foi aprovado pela Comissão de Ética em Pesquisa do Núcleo de Medicina Tropical da UFPA e obedeceu às recomendações da Declaração de Helsinki. As funções de Gábor usadas para modulação de luminância ou cromaticidade compreenderam redes senoidais unidimensionais horizontais, moduladas na direção vertical, dentro de envelopes gaussianos bidimensionais cuja extensão espacial era medida pelo desvio padrão da gaussiana. Os estímulos foram gerados usando-se uma rotina escrita em Pascal num ambiente Delphi 7 Enterprise. Foi utilizado um microcomputador Dell Precision 390 Workstation e um gerador de estímulos CRS VSG ViSaGe para exibir os estímulos num CRT de 20”, 800 x 600 pixels, 120 Hz, padrão RGB, Mitsubishi Diamond Pro 2070SB. Nos experimentos acromáticos, os estímulos foram gerados pela modulação de luminância de uma cor branca correspondente à cromaticidade CIE1931 (x = 0,270; y = 0,280) ou CIE1976 (u’ = 0,186; v’= 0,433) e tinha luminância média de 44,5 cd/m2. Nos experimentos cromáticos, a luminância média foi mantida em 15 cd/m2 e foram usadas duas series de estímulos verde-vermelhos. Os estímulos de uma série foram formados por duas cromaticidades definidas no eixo M-L do Espaço de Cores DKL (CIE1976: verde, u’=0,131, v’=0,380; vermelho, u’=0,216, v’=0,371). Os estímulos da outra série foram formados por duas cromaticidades definidas ao longo de um eixo horizontal verde-vermelho definido no Espaço de Cores CIE1976 (verde, u’=0,150, v’=0,480; vermelho, u’=0,255, v’=0,480). Os estímulos de referência eram compostos por redes de três freqüências espaciais diferentes (0,4, 2 e 10 ciclos por grau) e envelope gaussiano com desvio padrão de 1 grau. Os estímulos de testes eram compostos por uma entre 19 freqüências espaciais diferentes em torno da freqüência espacial de referência e um entre 21 envelopes gaussianos diferentes com desvio padrão em torno de 1 grau. Na condição acromática, foram estudados quatro níveis de contraste de Michelson: 2%, 5%, 10% e 100%. Nas duas condições cromáticas foi usado o nível mais alto de contraste agregado de cones permitidos pelo gamut do monitor, 17%. O experimento consistiu numa escolha forçada de dois intervalos, cujo procedimento de testagem compreendeu a seguinte seqüência: i) apresentação de um estímulo de referência por 1 s; ii) substituição do estímulo de referência por um fundo eqüiluminante de mesma cromaticidade por 1 s; iii) apresentação do estímulo de teste também por 1 s, diferindo em relação ao estímulo de referência seja em freqüência espacial, seja em extensão espacial, com um estímulo sonoro sinalizando ao sujeito que era necessário responder se o estímulo de teste era igual ou diferente do estímulo de referência; iv) substituição do estímulo de teste pelo fundo. A extensão espacial ou a freqüência espacial do estímulo de teste foi mudada aleatoriamente de tentativa para tentativa usando o método dos estímulos constantes. Numa série de 300 tentativas, a freqüencia espacial foi variada, noutra série também de 300 tentativas, a extensão espacial foi variada, sendo que cada estímulo de teste em cada série foi apresentado pelo menos 10 vezes. A resposta do indivíduo em cada tentativa era guardada como correta ou errada para posterior construção das curvas psicométricas. Os pontos experimentais das funções psicométricas para espaço e freqüência espacial em cada nível de contraste, correspondentes aos percentuais de acertos, foram ajustados com funções gaussianas usando-se o método dos mínimos quadrados. Para cada nível de contraste, as entropias para espaço e freqüência espacial foram estimadas pelos desvios padrões dessas funções gaussianas e a entropia conjunta foi obtida multiplicando-se a raiz quadrada da entropia para espaço pela entropia para freqüência espacial. Os valores de entropia conjunta foram comparados com o mínimo teórico para sistemas lineares, 1/4π ou 0,0796. Para freqüências espaciais baixas e intermediárias, a entropia conjunta atingiu níveis abaixo do mínimo teórico em contrastes altos, sugerindo interações não lineares entre dois ou mais mecanismos visuais. Este fenômeno occorreu em todas as condições (acromática, cromática e cromática eqüiluminante) e foi mais acentuado para a frequência espacial de 0,4 ciclos / grau. Uma possível explicação para este fenômeno é a interação não linear entre as vias visuais retino-genículo-estriadas, tais como as vias K, M e P, na área visual primária ou em níveis mais altos de processamento neural.

Seletividade espacial de cor do potencial cortical provocado visual pseudoaleatório

A seletividade espacial para cor tem sido investigada usando métodos eletrofisiológicos invasivos e não invasivos, e métodos psicofísicos. Em eletrofisiologia cortical visual não invasiva este tópico foi investigado usando métodos convencionais de estimulação periódica e extração de respostas por promediação simples. Novos métodos de estimulação (apresentação pseudo-aleatória) e extração de respostas corticais não invasivas (correlação cruzada) foram desenvolvidos e ainda não foram usados para investigar a seletividade espacial de cor de respostas corticais. Este trabalho objetivou introduzir esse novo método de eletrofisiologia pseudoaleatória para estudar a seletividade espacial de cor. Foram avaliados 14 tricromatas e 16 discromatópsicos com acuidade visual normal ou corrigida. Os voluntários foram avaliados pelo anomaloscópio HMC e teste de figuras de Ishihara para caracterizar a visão de cores quanto à presença de tricromacia. Foram usadas redes senoidais, 8º de ângulo visual, vermelho-verde para 8 frequências espaciais entre 0,2 a 10 cpg. O estímulo foi temporalmente modulado por uma sequência-m binária em um modo de apresentação de padrão reverso. O sistema VERIS foi usado para extrair o primeiro e o segundo slice do kernel de segunda ordem (K2.1 e K2.2, respectivamente). Após a modelagem da resposta às frequências espaciais com função de diferença de gaussianas, extraiu-se a frequência espacial ótima e banda de frequências com amplitudes acima de ¾ da amplitude máxima da função para servirem como indicadores da seletividade espacial da função. Também foi estimada a acuidade visual cromática pelo ajuste de uma função linear aos dados de amplitude a partir da frequência espacial do pico de amplitude até a mais alta frequência espacial testada. Em tricromatas, foi encontrada respostas cromáticas no K2.1 e no K2.2 que apresentaram seletividade espacial diferentes. Os componentes negativos do K2.1 e do K2.2 apresentaram sintonia passa-banda e o componente positivo do K2.1 apresentou sintonia passa-baixa. A acuidade visual estimada de todos os componentes estudados foi próxima àquelas encontradas por Mullen (1985) e Kelly (1983). Diferentes componentes celulares podem estar contribuindo para a geração do VECP pseudoaleatório. Este novo método se candidata a ser uma importante ferramenta para a avaliação não invasiva da visão de cores em humanos.

Contrast sensitivity of pattern transient VEP components: contribution from M and P pathways

The purpose of this study was to compare contrast sensitivity estimated from transient visual evoked potentials (VEPs) elicited by achromatic pattern-reversal and pattern-onset/offset modes. The stimuli were 2-cpd, achromatic horizontal gratings presented either as a 1 Hz pattern reversal or a 300 ms onset/700 ms offset stimulus. Contrast thresholds were estimated by linear regression to amplitudes of VEP components vs. the logarithm of the stimulus contrasts, and these regressions were extrapolated to the zero amplitude level. Contrast sensitivity was defined as the inverse of contrast threshold. For pattern reversal, the relation between the P100 amplitude and log of the stimulus contrast was best described by two separate linear regressions. For the N135 component, a single straight line was sufficient. In the case of pattern onset/offset for both the C1 and C2 components, single straight lines described their amplitude vs. log contrast relations in the medium-to-low contrast range. Some saturation was observed for C2 components. The contrast sensitivity estimated from the low-contrast limb of the P100, from the N135, and from the C2 were all similar but higher than those obtained from the high-contrast limb of the P100 and C1 data, which were also similar to each other. With 2 cpd stimuli, a mechanism possibly driven by the M pathway appeared to contribute to the P100 component at medium-to-low contrasts and to the N135 and C2 components at all contrast levels, whereas another mechanism, possibly driven by the P and M pathways, appeared to contribute to the P100 component at high contrast and C1 component at all contrast levels.

Chromatic spatial contrast sensitivity estimated by visual evoked cortical potential and psychophysics

The purpose of the present study was to measure contrast sensitivity to equiluminant gratings using steady-state visual evoked cortical potential (ssVECP) and psychophysics. Six healthy volunteers were evaluated with ssVECPs and psychophysics. The visual stimuli were red-green or blue-yellow horizontal sinusoidal gratings, 5^° × 5^°, 34.3 cd/m2 mean luminance, presented at 6 Hz. Eight spatial frequencies from 0.2 to 8 cpd were used, each presented at 8 contrast levels. Contrast threshold was obtained by extrapolating second harmonic amplitude values to zero. Psychophysical contrast thresholds were measured using stimuli at 6 Hz and static presentation. Contrast sensitivity was calculated as the inverse function of the pooled cone contrast threshold. ssVECP and both psychophysical contrast sensitivity functions (CSFs) were low-pass functions for red-green gratings. For electrophysiology, the highest contrast sensitivity values were found at 0.4 cpd (1.95 ± 0.15). ssVECP CSF was similar to dynamic psychophysical CSF, while static CSF had higher values ranging from 0.4 to 6 cpd (P < 0.05, ANOVA). Blue-yellow chromatic functions showed no specific tuning shape; however, at high spatial frequencies the evoked potentials showed higher contrast sensitivity than the psychophysical methods (P < 0.05, ANOVA). Evoked potentials can be used reliably to evaluate chromatic red-green CSFs in agreement with psychophysical thresholds, mainly if the same temporal properties are applied to the stimulus. For blue-yellow CSF, correlation between electrophysiology and psychophysics was poor at high spatial frequency, possibly due to a greater effect of chromatic aberration on this kind of stimulus.

Lateral interactions in visual perception of temporal signals: cortical and subcortical components

The aim of this work was to isolate and investigate subcortical and cortical lateral interactions involved in flicker perception. We quantified the perceived flicker strength (PFS) in the center of a test stimulus which was simultaneously modulated with a surround stimulus (50% Michelson contrast in both stimuli). Subjects were requested to adjust the modulation depth of a separate matching stimulus that was physically identical to the center of the test stimulus but without the surround. Using LCD goggles, synchronized to the frame rate of a CRT screen, the center and surround could be presented monoptically or dichoptically. In the monoptic condition, center-surround interactions can have both subcortical and cortical origins. In the dichoptic condition, center-surround interactions cannot occur in the retina and the LGN, therefore isolating a cortical mechanism. Results revealed both a strong monoptic (subcortical plus cortical) lateral interaction and a weaker dichoptic (cortical) lateral interaction. Subtraction of the dichoptic from the monoptic data revealed a subcortical mechanism of the lateral interaction. While the modulation of the cortical PFS component showed a low-pass temporal-frequency tuning, the modulation of the subcortical PFS component was maximal at 6 Hz. These findings are consistent with two separate temporal channels influencing the monoptic PFS, each with distinct lateral interactions strength and frequency tuning characteristics. We conclude that both subcortical and cortical lateral interactions modulate flicker perception.

Comparative neurophysiology of spatial luminance contrast sensitivity

The luminance contrast sensitivity function has been investigated using behavioral and electrophysiological methods in many vertebrate species. Some features are conserved across species as a shape of the function, but other features, such as the contrast sensitivity peak value, spatial frequency contrast sensitivity peak, and visual acuity have changed. Here, we review contrast sensitivity across different classes of vertebrates, with an emphasis on the frequency contrast sensitivity peak and visual acuity. We also correlate the data obtained from the literature to test the power of the association between visual acuity and the spatial frequency of the contrast sensitivity function peak.