Oculo-visual changes and clinical considerations affecting older patients with dementia

Purpose: Dementia is associated with various alterations of the eye and visual function. Over 60% of cases are attributable to Alzheimer's disease, a significant proportion of the remainder to vascular dementia or dementia with Lewy bodies, while frontotemporal dementia, and Parkinson's disease dementia are less common. This review describes the oculo-visual problems of these five dementias and the pathological changes which may explain these symptoms. It further discusses clinical considerations to help the clinician care for older patients affected by dementia. Recent findings: Visual problems in dementia include loss of visual acuity, defects in colour vision and visual masking tests, changes in pupillary response to mydriatics, defects in fixation and smooth and saccadic eye movements, changes in contrast sensitivity function and visual evoked potentials, and disturbance of complex visual functions such as in reading ability, visuospatial function, and the naming and identification of objects. Pathological changes have also been reported affecting the crystalline lens, retina, optic nerve, and visual cortex. Clinically, issues such as cataract surgery, correcting the refractive error, quality of life, falls, visual impairment and eye care for dementia have been addressed. Summary: Many visual changes occur across dementias, are controversial, often based on limited patient numbers, and no single feature can be regarded as diagnostic of any specific dementia. Nevertheless, visual hallucinations may be more characteristic of dementia with Lewy bodies and Parkinson's disease dementia than Alzheimer's disease or frontotemporal dementia. Differences in saccadic eye movement dysfunction may also help to distinguish Alzheimer's disease from frontotemporal dementia and Parkinson's disease dementia from dementia with Lewy bodies. Eye care professionals need to keep informed of the growing literature in vision/dementia, be attentive to signs and symptoms suggestive of cognitive impairment, and be able to adapt their practice and clinical interventions to best serve patients with dementia.

The benefit of combining standard automated perimetry and multifocal visual evoked potential hemifield intersector analysis in suspecious glaucomatous visual field defects

Several analysis protocols have been tested to identify early visual field losses in glaucoma patients using the mfVEP technique, some were successful in detection of field defects, which were comparable to the standard SAP visual field assessment, and others were not very informative and needed more adjustment and research work. In this study we implemented a novel analysis approach and evaluated its validity and whether it could be used effectively for early detection of visual field defects in glaucoma. The purpose of this study is to examine the benefit of adding mfVEP hemifield Intersector analysis protocol to the standard HFA test when there is suspicious glaucomatous visual field loss. 3 groups were tested in this study; normal controls (38 eyes), glaucoma patients (36 eyes) and glaucoma suspect patients (38 eyes). All subjects had a two standard Humphrey visual field HFA test 24-2, optical coherence tomography of the optic nerve head, and a single mfVEP test undertaken in one session. Analysis of the mfVEP results was done using the new analysis protocol; the Hemifield Sector Analysis HSA protocol. The retinal nerve fibre (RNFL) thickness was recorded to identify subjects with suspicious RNFL loss. The hemifield Intersector analysis of mfVEP results showed that signal to noise ratio (SNR) difference between superior and inferior hemifields was statistically significant between the 3 groups (ANOVA p<0.001 with a 95% CI). The difference between superior and inferior hemispheres in all subjects were all statistically significant in the glaucoma patient group 11/11 sectors (t-test p<0.001), partially significant 5/11 in glaucoma suspect group (t-test p<0.01) and no statistical difference between most sectors in normal group (only 1/11 was significant) (t-test p<0.9). Sensitivity and specificity of the HSA protocol in detecting glaucoma was 97% and 86% respectively, while for glaucoma suspect were 89% and 79%. The use of SAP and mfVEP results in subjects with suspicious glaucomatous visual field defects, identified by low RNFL thickness, is beneficial in confirming early visual field defects. The new HSA protocol used in the mfVEP testing can be used to detect glaucomatous visual field defects in both glaucoma and glaucoma suspect patient. Using this protocol in addition to SAP analysis can provide information about focal visual field differences across the horizontal midline, and confirm suspicious field defects. Sensitivity and specificity of the mfVEP test showed very promising results and correlated with other anatomical changes in glaucoma field loss. The Intersector analysis protocol can detect early field changes not detected by standard HFA test.

The visual cortex in alzheimer's disease:laminar distribution of the pathological changes in visual areas V1 and V2

Alzheimer's disease (AD) is an important neurodegenerative disorder causing visual problems in the elderly population. The pathology of AD includes the deposition in the brain of abnormal aggregates of β-amyloid (Aβ) in the form of senile plaques (SP) and abnormally phosphorylated tau in the form of neurofibrillary tangles (NFT). A variety of visual problems have been reported in patients with AD including loss of visual acuity (VA), colour vision and visual fields; changes in pupillary responses to mydriatics, defects in fixation and in smooth and saccadic eye movements; changes in contrast sensitivity and in visual evoked potentials (VEP); and disturbances in complex visual tasks such as reading, visuospatial function, and in the naming and identification of objects. In addition, pathological changes have been observed to affect the eye, visual pathway, and visual cortex in AD. To better understand degeneration of the visual cortex in AD, the laminar distribution of the SP and NFT was studied in visual areas V1 and V2 in 18 cases of AD which varied in disease onset and duration. In area V1, the mean density of SP and NFT reached a maximum in lamina III and in laminae II and III respectively. In V2, mean SP density was maximal in laminae III and IV and NFT density in laminae II and III. The densities of SP in laminae I of V1 and NFT in lamina IV of V2 were negatively correlated with patient age. No significant correlations were observed in any cortical lamina between the density of NFT and disease onset or duration. However, in area V2, the densities of SP in lamina II and lamina V were negatively correlated with disease duration and disease onset respectively. In addition, there were several positive correlations between the densities of SP and NFT in V1 with those in area V2. The data suggest: (1) NFT pathology is greater in area V2 than V1, (2) laminae II/III of V1 and V2 are most affected by the pathology, (3) the formation of SP and NFT in V1 and V2 are interconnected, and (4) the pathology may spread between visual areas via the feed-forward short cortico-cortical connections. © 2012 by Nova Science Publishers, Inc. All rights reserved.

Use of brain computer interface to drive : preliminary results

This paper reports on the implementation of a non-invasive electroencephalography-based brain-computer interface to control functions of a car in a driving simulator. The system is comprised of a Cleveland Medical Devices BioRadio 150 physiological signal recorder, a MATLAB-based BCI and an OKTAL SCANeR advanced driving experience simulator. The system utilizes steady-state visual-evoked potentials for the BCI paradigm, elicited by frequency-modulated high-power LEDs and recorded with the electrode placement of Oz-Fz with Fz as ground. A three-class online brain-computer interface was developed and interfaced with an advanced driving simulator to control functions of the car, including acceleration and steering. The findings are mainly exploratory but provide an indication of the feasibility and challenges of brain-controlled on-road cars for the future, in addition to a safe, simulated BCI driving environment to use as a foundation for research into overcoming these challenges.

Cone Ratios in Myopia and Emmetropia: A Pilot Study

Purpose There is a suggestion that the long wavelength-sensitive (LWS)-to-middle wavelength-sensitive (MWS) cone ratio in the retina is associated with myopia. The aim was to measure the LWS/MWS amplitude modulation ratio, an estimate of the LWS/MWS cone ratio, in young adult emmetropes and myopes. Methods Multifocal visual evoked potentials were measured when the LWS and MWS cone systems were excited separately using the method of silent substitution. The 30 young adult participants (22 to 33 years) included 10 emmetropes (mean [±SD] refraction, +0.3 [±0.4] diopters [D]) and 20 myopes (mean [±SD] refraction, -3.4 [±1.7] D). Results The LWS/MWS amplitude modulation ratios ranged from 0.56 to 1.80 in the central 3- to 13-degree diameter ring and from 0.94 to 1.91 in the peripheral 13- to 30-degree diameter ring. Within the central ring, the mean (±SD) ratios were 1.20 (±0.26) and 1.20 (±0.33) for the emmetropic and the myopic groups, respectively. For the peripheral ring, the mean (±SD) ratios were 1.48 (±0.27) and 1.30 (±0.27), respectively. There were no significant differences in the ratios between the emmetropic and myopic groups for either the central (p = 0.99) or peripheral (p = 0.08) rings. For the latter, more myopic refractive error was associated with lower LWS/MWS amplitude modulation ratio; the refraction explained 16% (p = 0.02) of variation in ratio. Conclusions The relationship between the LWS/MWS amplitude modulation ratios and refraction at 13 to 30 degrees indicates that a large longitudinal study of changes in refraction in persons with known cone ratio is required to determine if a low LWS/MWS cone ratio is associated with myopia development.

Early processing in the human lateral occipital complex is highly responsive to illusory contours but not to salient regions.

Human electrophysiological studies support a model whereby sensitivity to so-called illusory contour stimuli is first seen within the lateral occipital complex. A challenge to this model posits that the lateral occipital complex is a general site for crude region-based segmentation, based on findings of equivalent hemodynamic activations in the lateral occipital complex to illusory contour and so-called salient region stimuli, a stimulus class that lacks the classic bounding contours of illusory contours. Using high-density electrical mapping of visual evoked potentials, we show that early lateral occipital cortex activity is substantially stronger to illusory contour than to salient region stimuli, whereas later lateral occipital complex activity is stronger to salient region than to illusory contour stimuli. Our results suggest that equivalent hemodynamic activity to illusory contour and salient region stimuli probably reflects temporally integrated responses, a result of the poor temporal resolution of hemodynamic imaging. The temporal precision of visual evoked potentials is critical for establishing viable models of completion processes and visual scene analysis. We propose that crude spatial segmentation analyses, which are insensitive to illusory contours, occur first within dorsal visual regions, not the lateral occipital complex, and that initial illusory contour sensitivity is a function of the lateral occipital complex.

Caractérisation électro-clinique des convulsions fébriles et risque d’épilepsie

Environ 2-3% d’enfants avec convulsions fébriles (CF) développent une épilepsie, mais les outils cliniques existants ne permettent pas d’identifier les enfants susceptibles de développer une épilepsie post-convulsion fébrile. Des études ont mis en évidence des anomalies d’EEG quantifiée, et plus particulièrement en réponse à la stimulation lumineuse intermittente (SLI), chez des patients épileptiques. Aucune étude n’a analysé ces paramètres chez l’enfant avec CF et il importe de déterminer s’ils sont utiles pour évaluer le pronostic des CF. Les objectifs de ce programme de recherche étaient d’identifier, d’une part, des facteurs de risque cliniques qui déterminent le développement de l’épilepsie après des CF et, d’autre part, des marqueurs électrophysiologiques quantitatifs qui différencieraient les enfants avec CF des témoins et pourraient aider à évaluer leur pronostic. Afin de répondre à notre premier objectif, nous avons analysé les dossiers de 482 enfants avec CF, âgés de 3 mois à 6 ans. En utilisant des statistiques de survie, nous avons décrit les facteurs de risque pour développer une épilepsie partielle (antécédents prénataux, retard de développement, CF prolongées et focales) et généralisée (antécédents familiaux d’épilepsie, CF récurrentes et après l’âge de 4 ans). De plus, nous avons identifié trois phénotypes cliniques distincts ayant un pronostic différent : (i) CF simples avec des antécédents familiaux de CF et sans risque d’épilepsie ultérieure; (ii) CF récurrentes avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie généralisée; (iii) CF focales avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie partielle. Afin de répondre à notre deuxième objectif, nous avons d’abord analysé les potentiels visuels steady-state (PEVSS) évoqués par la SLI (5, 7,5, 10 et 12,5 Hz) en fonction de l’âge. Le tracé EEG de haute densité (128 canaux) a été enregistré chez 61 enfants âgés entre 6 mois et 16 ans et 8 adultes normaux. Nous rapportons un développement topographique différent de l’alignement de phase des composantes des PEVSS de basses (5-15 Hz) et de hautes (30-50 Hz) fréquences. Ainsi, l’alignement de phase des composantes de basses fréquences augmente en fonction de l’âge seulement au niveau des régions occipitale et frontale. Par contre, les composantes de hautes fréquences augmentent au niveau de toutes les régions cérébrales. Puis, en utilisant cette même méthodologie, nous avons investigué si les enfants avec CF présentent des anomalies des composantes gamma (50-100 Hz) des PEVSS auprès de 12 cas de CF, 5 frères et sœurs des enfants avec CF et 15 témoins entre 6 mois et 3 ans. Nous montrons une augmentation de la magnitude et de l’alignement de phase des composantes gamma des PEVSS chez les enfants avec CF comparés au groupe témoin et à la fratrie. Ces travaux ont permis d’identifier des phénotypes électro-cliniques d’intérêt qui différencient les enfants avec CF des enfants témoins et de leur fratrie. L’étape suivante sera de vérifier s’il y a une association entre les anomalies retrouvées, la présentation clinique et le pronostic des CF. Cela pourrait éventuellement aider à identifier les enfants à haut risque de développer une épilepsie et permettre l’institution d’un traitement neuroprotecteur précoce.

Rôle de l’apport prénatal en acides gras oméga-3 sur le développement à long terme des fonctions visuelles chez les enfants Inuits

La consommation de poisson et de mammifères marins représente une source importante d’acides gras oméga-3 connus pour leurs effets bénéfiques sur le développement des fonctions cérébrales et notamment, sur le développement du système visuel. Afin de tester l’hypothèse selon laquelle l’exposition prénatale aux acides gras oméga-3 a des effets bénéfiques à long terme, nous avons examiné les fonctions visuelles chez des enfants Inuits d’âge scolaire exposés à de grandes quantités d’oméga-3 durant la période de gestation. Des enfants Inuits (n = 136; moyenne d’âge = 11.3 ans) du nord du Québec (Nunavik) ont participé à cette étude. Un protocole de potentiels évoqués visuels (PEVs) utilisant des stimuli en couleur et en mouvement a été employé afin d’appréhender les réponses parvo- et magnocellulaires respectivement. Les concentrations d’acide docosahexaénoïque (ADH) ont été mesurées à la naissance à partir du sang de cordon ombilical et au moment du testing, reflétant ainsi les expositions pré- et post-natales. Les relations entre les niveaux sanguins d’ADH et les PEVs ont été examinées à l’aide d’analyses de régression multiples, en tenant compte des contaminants environnementaux et d’autres variables potentiellement confondantes. Aucune association significative n’a été trouvée en ce qui concerne les stimuli de mouvement. Cependant, après ajustement pour les covariables, les concentrations d’ADH à la naissance étaient associées à une latence plus courte des composantes N1 et P1 des PEVs couleur. Notre étude démontre, pour la première fois, des effets bénéfiques de l’exposition prénatale à l’ADH sur le système parvocellulaire à l’âge scolaire.

Développement des voies visuelles primaires au cours de la première année de vie chez le bébé prématuré et le béné né à terme : une étude en électrophysiologie à haute densité

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Novel molecular mechanisms of neuronal and vascular protection in experimental glaucoma

Le glaucome est la deuxième cause de cécité irréversible dans le monde. La perte de vision qui se produit lors du glaucome s’explique par une dégénérescence du nerf optique et une mort progressive et sélective des cellules ganglionnaires de la rétine (CRG). L'hypertension oculaire est un facteur de risque majeur dans le glaucome, mais des défauts du champ visuel continuent à se développer chez un contingent de patients malgré l'administration de médicaments qui abaissent la pression intraoculaire (PIO). Par conséquent, bien que la PIO représente le seul facteur de risque modifiable dans le développement du glaucome, son contrôle ne suffit pas à protéger les CRGs et préserver la fonction visuelle chez de nombreux patients. Dans ce contexte, j'ai avancé l'hypothèse centrale voulant que les stratégies de traitement du glaucome visant à promouvoir la protection structurale et fonctionnelle des CRGs doivent agir sur les mécanismes moléculaires qui conduisent à la mort des ces neurones. Dans la première partie de ma thèse, j'ai caractérisé l'effet neuroprotecteur de la galantamine, un inhibiteur de l'acétylcholinestérase qui est utilisé cliniquement dans le traitement de la maladie d'Alzheimer. Cette étude s’est basée sur l'hypothèse que la galantamine, en modulant l'activité du récepteur de l'acétylcholine, puisse améliorer la survie des CRGs lors du glaucome. Nous avons utilisé un modèle expérimental bien caractérisé d'hypertension oculaire induite par l’administration d'une solution saline hypertonique dans une veine épisclérale de rats Brown Norway. Les résultats de cette étude (Almasieh et al. Cell Death and Disease, 2010) ont démontré que l'administration quotidienne de galantamine améliore de manière significative la survie des corps cellulaires et des axones CRGs. La protection structurelle des CRGs s’accompagne d’une préservation remarquable de la fonction visuelle, évaluée par l'enregistrement des potentiels évoqués visuels (PEV) dans le collicule supérieur, la cible principale des CRGs chez le rongeur. Une autre constatation intéressante de cette étude est la perte substantielle de capillaires rétiniens et la réduction du débit sanguin associé à la perte des CRGs dans le glaucome expérimental. Il est très intéressant que la galantamine ait également favorisé la protection de la microvascularisation et amélioré le débit sanguin rétinien des animaux glaucomateux (Almasieh et al. en préparation). J'ai notamment démontré que les neuro-et vasoprotections médiées par la galantamine se produisent par iv l'activation des récepteurs muscariniques de l'acétylcholine. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié le rôle du stress oxydatif ainsi que l'utilisation de composés réducteurs pour tester l'hypothèse que le blocage d'une augmentation de superoxyde puisse retarder la mort des CRG lors du glaucome expérimental. J'ai profité d'un composé novateur, un antioxydant à base de phosphineborane (PB1), pour tester sur son effet neuroprotecteur et examiner son mécanisme d'action dans le glaucome expérimental. Les données démontrent que l'administration intraoculaire de PB1 entraîne une protection significative des corps cellulaire et axones des CRGs. Les voies moléculaires conduisant à la survie neuronale médiée par PB1 ont été explorées en déterminant la cascade de signalisation apoptotique en cause. Les résultats démontrent que la survie des CRGs médiée par PB1 ne dépend pas d’une inhibition de signalisation de protéines kinases activées par le stress, y compris ASK1, JNK ou p38. Par contre, PB1 induit une augmentation marquée des niveaux rétiniens de BDNF et une activation en aval de la voie de survie des ERK1 / 2 (Almasieh et al. Journal of Neurochemistry, 2011). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques qui conduisent à la perte de CRGs dans le glaucome et pourraient fournir des pistes pour la conception de nouvelles stratégies neuroprotectrices et vasoprotectrices pour le traitement et la gestion de cette maladie.

Étude du traitement visuel simple et complexe chez les enfants autistes

Les personnes ayant un trouble du spectre autistique (TSA) manifestent des particularités perceptives. En vision, des travaux influents chez les adultes ont mené à l’élaboration d’un modèle explicatif du fonctionnement perceptif autistique qui suggère que l’efficacité du traitement visuel varie en fonction de la complexité des réseaux neuronaux impliqués (Hypothèse spécifique à la complexité). Ainsi, lorsque plusieurs aires corticales sont recrutées pour traiter un stimulus complexe (e.g., modulations de texture; attributs de deuxième ordre), les adultes autistes démontrent une sensibilité diminuée. À l’inverse, lorsque le traitement repose principalement sur le cortex visuel primaire V1 (e.g., modulations locales de luminance; attributs de premier ordre), leur sensibilité est augmentée (matériel statique) ou intacte (matériel dynamique). Cette dissociation de performance est spécifique aux TSA et peut s’expliquer, entre autre, par une connectivité atypique au sein de leur cortex visuel. Les mécanismes neuronaux précis demeurent néanmoins méconnus. De plus, on ignore si cette signature perceptuelle est présente à l’enfance, information cruciale pour les théories perceptives de l’autisme. Le premier volet de cette thèse cherche à vérifier, à l’aide de la psychophysique et l’électrophysiologie, si la double dissociation de performance entre les attributs statiques de premier et deuxième ordre se retrouve également chez les enfants autistes d’âge scolaire. Le second volet vise à évaluer chez les enfants autistes l’intégrité des connexions visuelles descendantes impliquées dans le traitement des textures. À cet effet, une composante électrophysiologique reflétant principalement des processus de rétroaction corticale a été obtenue lors d’une tâche de ségrégation des textures. Les résultats comportementaux obtenus à l’étude 1 révèlent des seuils sensoriels similaires entre les enfants typiques et autistes à l’égard des stimuli définis par des variations de luminance et de texture. Quant aux données électrophysiologiques, il n’y a pas de différence de groupe en ce qui concerne le traitement cérébral associé aux stimuli définis par des variations de luminance. Cependant, contrairement aux enfants typiques, les enfants autistes ne démontrent pas une augmentation systématique d’activité cérébrale en réponse aux stimuli définis par des variations de texture pendant les fenêtres temporelles préférentiellement associées au traitement de deuxième ordre. Ces différences d’activation émergent après 200 ms et engagent les aires visuelles extrastriées des régions occipito-temporales et pariétales. Concernant la connectivité cérébrale, l’étude 2 indique que les connexions visuelles descendantes sont fortement asymétriques chez les enfants autistes, en défaveur de la région occipito-temporale droite. Ceci diffère des enfants typiques pour qui le signal électrophysiologique reflétant l’intégration visuo-corticale est similaire entre l’hémisphère gauche et droit du cerveau. En somme, en accord avec l’hypothèse spécifique à la complexité, la représentation corticale du traitement de deuxième ordre (texture) est atypiquement diminuée chez les enfants autistes, et un des mécanismes cérébraux impliqués est une altération des processus de rétroaction visuelle entre les aires visuelles de haut et bas niveau. En revanche, contrairement aux résultats obtenus chez les adultes, il n’y a aucun indice qui laisse suggérer la présence de mécanismes supérieurs pour le traitement de premier ordre (luminance) chez les enfants autistes.

Le développement visuel et cognitif chez les enfants nés à terme ou prématurément

Au cours des 25 dernières années, les recherches sur le développement visuel chez l’humain à l’aide de l’électrophysiologie cérébrale et des potentiels évoqués visuels (PEV) ont permis d’explorer plusieurs fonctions associées au cortex visuel. Néanmoins, le développement de certaines d’entre elles (p. ex. segmentation des textures), tout comme les effets de la prématurité sur celles-ci, sont des aspects qui nécessitent d’être davantage étudiés. Par ailleurs, compte tenu de l’importance de la vision dans le développement de certaines fonctions cognitives (p. ex. lecture, visuomotricité), de plus en plus de recherches s’intéressent aux relations entre la vision et la cognition. Les objectifs généraux de la présente thèse étaient d’étudier le développement visuel chez les enfants nés à terme et nés prématurément à l’aide de l’électrophysiologie, puis de documenter les impacts de la prématurité sur le développement visuel et cognitif. Deux études ont été réalisées. La première visait à examiner, chez des enfants nés prématurément, le développement des voies visuelles primaires durant la première année de vie et en début de scolarisation, ainsi qu’à documenter leur profil cognitif et comportemental. À l’aide d’un devis semi-longitudinal, dix enfants nés prématurément ont été évalués à l’âge de six mois (âge corrigé) et à 7-8 ans en utilisant des PEV, et des épreuves cognitives et comportementales à l’âge scolaire. Leurs résultats ont été comparés à ceux de 10 enfants nés à terme appariés pour l’âge. À six mois, aucune différence de latence ou d’amplitude des ondes N1 et P1 n’a été trouvée entre les groupes. À l’âge scolaire, les enfants nés prématurément montraient, comparativement aux enfants nés à terme, une plus grande amplitude de N1 dans la condition P-préférentielle et dans celle co-stimulant les voies M et P, et de P1 (tendance) dans la condition M-préférentielle. Aucune différence n’a été trouvée entre les groupes aux mesures cognitives et comportementales. Ces résultats suggèrent qu’une naissance prématurée exerce un impact sur le développement des voies visuelles centrales. L’objectif de la seconde étude était de documenter le développement des processus de segmentation visuelle des textures durant la petite enfance chez des enfants nés à terme et nés prématurément à l’aide des PEV et d’un devis transversal. Quarante-cinq enfants nés à terme et 43 enfants nés prématurément ont été évalués à 12, 24 ou 36 mois (âge corrigé pour les prématurés à 12 et 24 mois). Les résultats indiquaient une diminution significative de la latence de la composante N2 entre 12 et 36 mois en réponse à l’orientation, à la texture et à la segmentation des textures, ainsi qu’une diminution significative d’amplitude pour l’orientation entre 12 et 24 mois, et pour la texture entre 12 et 24 mois, et 12 et 36 mois. Les comparaisons entre les enfants nés à terme et ceux nés prématurément démontraient une amplitude de N2 réduite chez ces derniers à 12 mois pour l’orientation et la texture. Bien que ces différences ne fussent plus apparentes à 24 mois, nos résultats semblent refléter un délai de maturation des processus visuel de bas et de plus haut niveau chez les enfants nés prématurément, du moins, pendant la petite enfance. En conclusion, nos résultats indiquent que la prématurité, même sans atteinte neurologique importante, altère le développement des fonctions visuelles à certaines périodes du développement et mettent en évidence l’importance d’en investiguer davantage les impacts (p. ex. cognitifs, comportementaux, scolaires) à moyen et long-terme.

La neurotoxicité développementale associée au méthylmercure, au plomb et aux biphényles polychlorés : l’attention et le traitement visuel à l’étude

L’influence des contaminants environnementaux (CE) a été largement étudié en contexte d’exposition aigüe et d’intoxication. Qu’en est-il d’une exposition chronique à plus faibles doses sur le développement cognitif et sensoriel des enfants? Les études longitudinales de la présente thèse ont été réalisées au Nunavik. Bien que géographiquement éloignée des centres industriels, la communauté inuite est exposée aux CE via leur transport par les courants atmosphériques et océaniques ainsi que par leur bioaccumulation dans le poisson et les mammifères marins. Puisque l’alimentation autochtone traditionnelle, notamment la chair de béluga, est encore fréquemment consommée par la communauté, une proportion substantielle d’enfants inuits est exposée in utero aux CE. Ceux-ci sont également continuellement exposés à ces agents neurotoxiques durant leur développement postnatal. Or, la variation considérable dans l’adoption de l’alimentation traditionnelle au sein de la communauté représente une opportunité pour étudier la relation entre les niveaux d’exposition aux CE et le développement cognitif et sensoriel des enfants. Bien que certains déficits aient déjà été mis en lien avec l’exposition chronique aux CE dans la littérature, la présente thèse s’intéressa à cette relation plus spécifiquement chez les enfants inuits vivant dans le Grand Nord et plus exposés aux CE en raison de leur alimentation. Par ailleurs, les protocoles qui ont été développés pour cette thèse permettront d’évaluer des aspects qui ont été peu étudiés en lien avec les CE, soit l’attention visuospatiale et le traitement visuel cérébral précoce. Dans le premier volet de cette thèse, la relation entre trois CE et l’attention visuospatiale a été étudiée à l’aide d’une version adaptée de la tâche de Posner (M.I. Posner et al., 1980). Cette tâche psychophysique a été administrée à des enfants inuits (âge moyen = 11.2 ans) dont les niveaux d’exposition au mercure (Hg), au plomb (Pb) et aux biphényles polychlorés (BPCs) ont été documentés durant les périodes pré et postnatale. Les expositions in utero au Pb et aux BPCs ont été significativement associées à de l’impulsivité et de l’inattention, respectivement, alors que l’exposition postnatale au Pb a été associée à des temps de réaction plus longs. Bien qu’aucune relation spécifique avec l’attention visuospatiale n’ait été trouvée, les résultats de cette étude suggèrent que l’exposition aux CE est associée à une diminution des capacités attentionnelles générales chez les enfants résidant au Nunavik. Dans le second volet, le traitement cérébral précoce de l’information visuelle a été examiné à l’aide de potentiels évoqués visuels auprès d’enfants de la même communauté (âge moyen = 10.9 ans). La concentration de Hg dans le sang de cordon ombilical mesurée à la naissance a été associée à une réduction de l’amplitude et à une augmentation de la latence de la composante N75. L’exposition prénatale au Pb a quant à elle été associée à un délai dans la latence de la composante N150. Les résultats obtenus suggèrent ainsi que l’exposition aux métaux lourds, en particulier durant la période gestationnelle, serait associée à des altérations dans le développement visuel. Les résultats présentés dans cette thèse soutiennent l’hypothèse selon laquelle le cerveau en développement est vulnérable lors d’une exposition chronique aux CE, et cela même à des niveaux de concentration inférieurs aux limites recommandées par les organismes de santé publique. Les résultats permettent également d’apporter un éclairage nouveau sur les déficits cognitifs et sensoriels associés aux CE.

Étude électrophysiologique de la suppression interoculaire : implication pour l'amblyopie

L’amblyopie est un trouble développemental de la vision binoculaire. Elle est typiquement caractérisée par des atteintes de l’acuité visuelle et de la stéréoscopie. Toutefois, de plus en plus d’études indiquent la présence d’atteintes plus étendues telles que les difficultés d’attention visuelle ou de lecture. L’amblyopie est généralement expliquée par une suppression interoculaire au niveau cortical, considérée comme chronique ou permanente à l’extérieur de la période développementale. Or, un nombre croissant d’études suggèrent que des interactions binoculaires normales seraient présentes chez les amblyopes adultes. Dans une première étude, nous avons tenté d’identifier un marqueur électrophysiologique de la vision binoculaire. Nous avons enregistré des potentiels évoqués visuels chez des observateurs normaux à qui l’on a induit une dysfonction binoculaire. Les interactions binoculaires étaient caractérisées à l’aide de patrons (facilitation, moyennage et suppression) en comparant les réponses monoculaires et binoculaires. De plus, ces interactions étaient quantifiées à partir d’index d’intégration continus en soustrayant la somme des réponses monoculaires de la réponse binoculaire. Les résultats indiquaient que les patrons d’interaction n’étaient pas optimaux pour estimer les performances stéréoscopiques. Ces dernières étaient, en revanche, mieux expliquées par notre index d’intégration binoculaire. Ainsi, cette étude suggère que l’électrophysiologie est un bon prédicteur de la vision binoculaire. Dans une deuxième étude, nous avons examiné les corrélats neuronaux et comportementaux de la suppression interoculaire chez des amblyopes adultes et des observateurs normaux. Des potentiels évoqués visuels stationnaires ont été enregistrés en utilisant un paradigme de suppression par flash. La suppression était modulée par un changement de contraste du stimulus flash (10, 20, 30, ou 100%), ou le suppresseur, qui était présenté soit dans l’œil dominant ou non-dominant (ou amblyope). Sur le plan comportemental, la suppression interoculaire était observée indépendamment de l’œil stimulé par le flash chez les contrôles. Au contraire, chez les amblyopes, la suppression était asymétrique (c’est-à-dire supérieure lorsqu’elle provenait de l’œil dominant), ce qui suggérait une suppression chronique. De manière intéressante, l’œil amblyope a supprimé l’œil dominant à haut niveau de contraste. Sur le plan électrophysiologique, l’effet de suppression interoculaire observé à la région occipitale était équivalent dans chaque groupe. Toutefois, les réponses électrophysiologiques à la région frontale chez les amblyopes n’étaient pas modulées comme celles des contrôles; la suppression de l’œil amblyope était manifeste même à bas contraste. Nous résultats supportent ainsi l’existence d’interaction binoculaire fonctionnelle chez les amblyopes adultes ainsi que l’implication d’un réseau cortical étendu dans la suppression interoculaire. En somme, l’amblyopie est une condition complexe dont les atteintes corticales et les déficits fonctionnels semblent globaux. L’amblyopie ne doit plus être considérée comme limitée à une dysfonction de l’aire visuelle primaire. La suppression interoculaire semble un point central de cette problématique, mais encore beaucoup d’études seront nécessaires afin de déterminer l’ensemble des mécanismes impliqués dans celle-ci.

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.