The chromatic visual evoked response as an indication of visual development

In an endeavour to provide further insight into the maturation of the cortical visual system in human infants, chromatic transient pattern reversal visual evoked potentials to red/green stimuli, were studied in a group of normal full term infants between the ages of 1 and 14 weeks post term in both cross sectional and longitudinal studies. In order to produce stimuli in which luminance cues had been eliminated with an aim to eliciting a chromatic response, preliminary studies of isoluminance determination in adults and infants were undertaken using behavioural and electrophysiological techniques. The results showed close similarity between the isoluminant ratio for adults and infants and all values were close to photometric isoluminance. Pattern reversal VEPs were recorded to stimuli of a range of red/green luminance ratios and an achromatic checkerboard. No transient VEP could be elicited with an isoluminant chromatic pattern reversal stimulus from any infant less than 7 weeks post term and similarly, all infants more than 7 weeks post term showed clear chromatic VEPs. The chromatic response first appeared at that age as a major positive component (P1) of long latency. This was delayed and reduced in comparison to the achromatic response. As the infant grew older, the latency of the P1 component decreased with the appearance of N1 and N by the 10th week post term. This finding was consistent throughout all infants assessed. In a behavioural study, no infant less than 7 weeks post term demonstrated clear discrimination of the chromatic stimulus, while those infants older than 7 weeks could do so. These findings are reviewed with respect to current neural models of visual development.

Objective and psychophysical studies of infant visual development

Distortion or deprivation of vision during an early `critical' period of visual development can result in permanent visual impairment which indicates the need to identify and treat visually at-risk individuals early. A significant difficulty in this respect is that conventional, subjective methods of visual acuity determination are ineffective before approximately three years of age. In laboratory studies, infant visual function has been quantified precisely, using objective methods based on visual evoked potentials (VEP), preferential looking (PL) and optokinetic nystagmus (OKN) but clinical assessment of infant vision has presented a particular difficulty. An initial aim of this study was to evaluate the relative clinical merits of the three techniques. Clinical derivatives were devised, the OKN method proved unsuitable but the PL and VEP methods were evaluated in a pilot study. Most infants participating in the study had known ocular and/or neurological abnormalities but a few normals were included for comparison. The study suggested that the PL method was more clinically appropriate for the objective assessment of infant acuity. A study of normal visual development from birth to one year was subsequently conducted. Observations included cycloplegic refraction, ophthalmoscopy and preferential looking visual acuity assessment using horizontally and vertically oriented square wave gratings. The aims of the work were to investigate the efficiency and sensitivity of the technique and to study possible correlates of visual development. The success rate of the PL method varied with age; 87% of newborns and 98% of infants attending follow-up successfully completed at least one acuity test. Below two months monocular acuities were difficult to secure; infants were most testable around six months. The results produced were similar to published data using the acuity card procedure and slightly lower than, but comparable with acuity data derived using extended PL methods. Acuity development was not impaired in infants found to have retinal haemorrhages as newborns. A significant relationship was found between newborn binocular acuity and anisometropia but not with other refractive findings. No strong or consistent correlations between grating acuity and refraction were found for three, six or twelve months olds. Improvements in acuity and decreases in levels of hyperopia over the first week of life were suggestive of recovery from minor birth trauma. The refractive data was analysed separately to investigate the natural history of refraction in normal infants. Most newborns (80%) were hyperopic, significant astigmatism was found in 86% and significant anisometropia in 22%. No significant alteration in spherical equivalent refraction was noted between birth and three months, a significant reduction in hyperopia was evident by six months and this trend continued until one year. Observations on the astigmatic component of the refractive error revealed a rather erratic series of changes which would be worthy of further investigation since a repeat refraction study suggested difficulties in obtaining stable measurements in newborns. Astigmatism tended to decrease between birth and three months, increased significantly from three to six months and decreased significantly from six to twelve months. A constant decrease in the degree of anisometropia was evident throughout the first year. These findings have implications for the correction of infantile refractive error.

Método para avaliação da conduta visual de lactentes

The purpose of this study is to introduce a method to evaluate visual functions in infants in the first three months of life. An adaptation of the Guide for the Assessment of Visual Ability in Infants (Gagliardo, 1997) was used. The instrument was a ring with string. It was implemented a pilot study with 33 infants, selected according to the following criteria: neonates well enough to go home within two days of birth; 1 to 3 months of chronological age; monthly evaluation with no absence; subjects living in Campinas/SP metropolitan area. In the first month we observed: visual fixation (93,9%); eye contact (90,9%); horizontal tracking (72,7%); inspects surroundings (97,0%). In the third month, we observed: inspects own hands (42,4%) and increased movements of arms (36,4%). This method allowed the evaluation of visual functions in infants, according to the chronological age. Alterations in this function will facilitate immediate referral to medical services for diagnoses.

Morphological development of Corydoras aff. paleatus (Siluriformes, Callichthyidae) and correlation with the emergence of motor and social behaviors

Here we examine major anatomical characteristics of Corydoras aff. paleatus (Jenyns, 1842) post-hatching development, in parallel with its neurobehavioral evolution. Eleutheroembryonic phase, 4.3-8.8 days post-fertilization (dpf); 4.3-6.4 mm standard length (SL) encompasses from hatching to transition to exogenous feeding. Protopterygiolarval phase (8.9-10.9 dpf; 6.5-6.7 mm SL) goes from feeding transition to the commencement of unpaired fin differentiation, which marks the start of pterygiolarval phase (11-33 dpf; 6.8-10.7 mm SL) defined by appearance of lepidotrichia in the dorsal part of the median finfold. This phase ends with the full detachment and differentiation of unpaired fins, events signaling the commencement of the juvenile period (34-60 dpf; 10.8-18.0 mm SL). Eleutheroembryonic phase focuses on hiding and differentiation of mechanosensory, chemosensory and central neural systems, crucial for supplying the larval period with efficient escape and nutrient detection-capture neurocircuits. Protopterygiolarval priorities include visual development and respiratory, digestive and hydrodynamic efficiencies. Pterygiolarval priorities change towards higher swimming efficacy, including carangiform and vertical swimming, necessary for the high social interaction typical of this species. At the end of the protopterygiolarval phase, simple resting and foraging aggregations are seen. Resting and foraging shoals grow in complexity and participant number during pterygiolarval phase, but particularly during juvenile period.

Contrast sensitivity threshold measured by sweep-visual evoked potential in term and preterm infants at 3 and 10 months of age

Although healthy preterm infants frequently seem to be more attentive to visual stimuli and to fix on them longer than full-term infants, no difference in visual acuity has been reported compared to term infants. We evaluated the contrast sensitivity (CS) function of term (N = 5) and healthy preterm (N = 11) infants at 3 and 10 months of life using sweep-visual evoked potentials. Two spatial frequencies were studied: low (0.2 cycles per degrees, cpd) and medium (4.0 cpd). The mean contrast sensitivity (expressed in percentage of contrast) of the preterm infants at 3 months was 55.4 for the low spatial frequency (0.2 cpd) and 43.4 for the medium spatial frequency (4.0 cpd). At 10 months the low spatial CS was 52.7 and the medium spatial CS was 9.9. The results for the term infants at 3 months were 55.1 for the low spatial frequency and 34.5 for the medium spatial frequency. At 10 months the equivalent values were 54.3 and 14.4, respectively. No difference was found using the Mann-Whitney rank sum T-test between term and preterm infants for the low frequency at 3 or 10 months or for the medium spatial frequency at 3 or 10 months. The development of CS for the medium spatial frequency was equally fast for term and preterm infants. As also observed for visual acuity, CS was equivalent among term and preterm infants, suggesting that visual experience does not modify the development of the primary visual pathway. An earlier development of synapses in higher cortical visual areas of preterm infants could explain the better use of visual information observed behaviorally in these infants.

Visual impairment in children with spastic cerebral palsy measured by psychophysical and electrophysiological grating acuity tests

Background: This study measured grating visual acuity in 173 children between 6-48 months of age who had different types of spastic cerebral palsy (CP). Method: Behavioural acuity was measured with the Teller Acuity Cards (TAC) using a staircase psychophysical procedure. Electrophysiological visual acuity was estimated using the sweep VEP (sVEP). Results: The percentage of children outside the superior tolerance limits was 44 of 63 (69%) and 50 of 55 (91%) of tetraplegic, 36 of 56 (64%) and 42 of 53 (79%) of diplegic, 10 of 48 (21%) and 12 of 40 (30%) of hemiplegic for sVEP and TAC, respectively. For the sVEP, the greater visual acuity deficit found in the tetraplegic group was significantly different from that of the hemiplegic group (p < 0.001). In the TAC procedure the mean visual acuity deficits of the tetraplegic and diplegic groups were significantly different from that of hemiplegic group (p < 0.001). The differences between sVEP and TAC means of visual acuity difference were statistically significant for the tetraplegic (p < 0.001), diplegic (p < 0.001), and hemiplegic group (p = 0.004). Discussion: Better visual acuities were obtained in both procedures for hemiplegic children compared to diplegic or tetraplegic. Tetraplegic and diplegic children showed greater discrepancies between the TAC and sVEP results. Inter-ocular acuity difference was more frequent in sVEP measurements. Conclusions: Electrophysiologically measured visual acuity is better than behavioural visual acuity in children with CP.

Starburst amacrine cells change from spiking to nonspiking neurons during retinal development.

The membrane excitability of cholinergic (starburst) amacrine cells was studied in the rabbit retina during postnatal development. Whole-cell patch-clamp recordings were made from 110 displaced starburst cells in a thin retina] slice preparation of rabbits between postnatal days P1 and P56 old. We report that displaced starburst cells undergo a dramatic transition from spiking to nonspiking, caused by a loss of voltage-gated Na currents. This change in membrane excitability occurred just after eye opening (P10), such that all of the starburst cells tested before eye opening had conspicuous tetrodotoxin-sensitive Na currents and action potentials, but none tested after the first 3 postnatal weeks had detectable Na currents or spikes. Our results suggest that starburst cells use action potentials transiently during development and probably play a functional role in visual development. These cells then cease to spike as the retina matures, presumably consistent with their role in visual processing in the mature retina.

Oeil et environnement

Résumé L'oeil est exposé à de multiples facteurs environnementaux qui influent sur le développement visuel, le confort et la santé visuelle. Une exposition excessive à la lumière solaire peut causer des pathologies de la surface oculaire et de la rétine, mais une exposition insuffisante à la lumière du jour pourrait être incriminée dans l'apparition ou la progression de la myopie. Les lumières artificielles, LED en particulier, comportent un risque accru de phototoxicité rétinienne. L'augmentation importante de la prévalence des allergies oculaires pourrait être liée à la multiplication des polluants environnementaux, comme la fumée de tabac, les dérivés de combustion de carburants ou les phtalates. Enfin, certains compléments alimentaires peuvent jouer un rôle protecteur dans certains types d'atteintes oculaire, rétinienne en particulier. Abstract The eyes are exposed to multiple environmental factors, which affect visual development, comfort, and visual health. While overexposure to sunlight can cause ocular surface and retinal pathologies, insufficient exposure to daylight could significantly contribute to myopia progression. New artificial lights, namely LED, have a higher risk of retinal phototoxicity, and could alter ocular circadian rhythm. The significant increase of prevalence of ocular allergies could be caused by the proliferation of environmental polluting substances, like tobacco smoke, fuel combustion by-products, or phtalates, which are found in many types of plastics. Finally, some dietary supplements could play a protective role in certain types of ocular pathologies, namely retinal pathologies.

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.

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.

A computer-controlled color vision test for children based on the Cambridge Colour Test

The present study aimed at providing conditions for the assessment of color discrimination in children using a modified version of the Cambridge Colour Test (CCT, Cambridge Research Systems Ltd., Rochester, UK). Since the task of indicating the gap of the Landolt C used in that test proved counterintuitive and/or difficult for young children to understand, we changed the target Stimulus to a patch of color approximately the size of the Landolt C gap (about 7 degrees Of Visual angle at 50 cm from the monitor). The modifications were performed for the CCT Trivector test which measures color discrimination for the protan, deutan and tritan confusion lines. Experiment I Sought to evaluate the correspondence between the CCT and the child-friendly adaptation with adult subjects (n = 29) with normal color vision. Results showed good agreement between the two test versions. Experiment 2 tested the child-friendly software with children 2 to 7 years old (n = 25) using operant training techniques for establishing and maintaining the subjects` performance. Color discrimination thresholds were progressively lower as age increased within the age range tested (2 to 30 years old), and the data-including those obtained for children-fell within the range of thresholds previously obtained for adults with the CCT. The protan and deutan thresholds were consistently lower than tritan thresholds, a pattern repeatedly observed in adults tested with the CCT. The results demonstrate that the test is fit for assessment of color discrimination in young children and may be a useful tool for the establishment of color vision thresholds during development.

Predictive factors for the development of visual loss in patients with pituitary macroadenomas and for visual recovery after optic pathway decompression

Objective: To investigate clinical and MRI findings that are predictive of both visual loss in patients with pituitary adenomas and visual recovery after treatment. Design: Cohort study. Participants: Thirty patients (60 eyes) with pituitary adenoma. Methods: Patients underwent neuro-ophthalmic examination and MRI before and after optic chiasm decompression. Visual field (VF) was assessed using the mean deviation in standard automated perimetry (SAP) and temporal mean defect, the average of 22 temporal values of the total deviation plot. Tumour size was measured on sagittal and coronal cuts. Results: Visual loss was found in 47 eyes; 35 had optic atrophy (subtle in 9, moderate in 14, and severe in 12). Before treatment, the average SAP mean deviation and temporal mean defect were -11.78 (SD 8.56) dB and -18.66 (SD 11.20) dB, respectively. The chiasm was 17.3 (SD 6.2, range 10-34) mm above the reference line on the sagittal and 21.8 (SD 8.3, range 12-39) mm on the coronal images. Tumour size correlated with the severity of VF defect. VF improvement occurred in 80% of eyes after treatment. The degree of optic atrophy, visual loss, and tumour size were significantly associated with improvement after treatment. Conclusions: The best predictive factor for visual loss was tumour size, and factors related to visual recovery were the degree of optic atrophy, the severity of VF defect, and the tumour size. Diagnosing pituitary adenomas before optic atrophy becomes severe may be related to a better prognosis in such patients.