Altered neural oscillations underlying visuospatial processing in cerebral visual impairment

Federici, A.; Bennet, C. R.; Bauer, C. M.; Manley, C. E.; Ricciardi, E.; Bottari, D.; Merabet, L. B.

Abstract:

Visuospatial processing deficits are commonly observed in individuals with cerebral visual impairment, even in cases where visual acuity and visual field functions are intact. Cerebral visual impairment is a brain-based visual disorder associated with the maldevelopment of central visual pathways and structures. However, the neurophysiological basis underlying higher-order perceptual impairments in this condition has not been clearly identified, which in turn poses limits on developing rehabilitative interventions. Using combined eye tracking and EEG recordings, we assessed the profile and performance of visual search on a naturalistic virtual reality-based task. Participants with cerebral visual impairment and controls with neurotypical development were instructed to search, locate and fixate on a specific target placed among surrounding distractors at two levels of task difficulty. We analysed evoked (phase-locked) and induced (non-phase-locked) components of broadband (4–55 Hz) neural oscillations to uncover the neurophysiological basis of visuospatial processing. We found that visual search performance in cerebral visual impairment was impaired compared to controls (as indexed by outcomes of success rate, reaction time and gaze error). Analysis of neural oscillations revealed markedly reduced early-onset evoked theta [4–6 Hz] activity (within 0.5 s) regardless of task difficulty. Moreover, while induced alpha activity increased with task difficulty in controls, this modulation was absent in the cerebral visual impairment group identifying a potential neural correlate related to deficits with visual search and distractor suppression. Finally, cerebral visual impairment participants also showed a sustained induced gamma response [30–45 Hz]. We conclude that impaired visual search performance in cerebral visual impairment is associated with substantial alterations across a wide range of neural oscillation frequencies. This includes both evoked and induced components suggesting the involvement of feedforward and feedback processing as well as local and distributed levels of neural processing.

Patologie/Applicazioni:

• Realtà virtuale

Anno:

2023

Tipo di pubblicazione:

Articolo

Testata scientifica:

Brain communications

Mese:

08

Nota:

In questo studio, che ha utilizzato il tracciamento oculare e le registrazioni EEG, un gruppo di partecipanti con deficit visivo cerebrale (CVI) e un gruppo di controllo neurotipico devono cercare e fissare un bersaglio tra distrattori a due livelli di difficoltà. Nei pazienti con deficit visivo cerebrale, le prestazioni risultano compromesse rispetto al gruppo di controllo, come evidenziato da un tasso di successo inferiore, tempi di reazione più lunghi e maggiori errori di focalizzaione sul target. I dati elettrofisiologici sono stati acquisiti mentre i partecipanti eseguivano il compito di ricerca visiva utilizzando un sistema Enobio wireless a 20 canali, sistema scelto per la sua procedura di montaggio e configurazione semplificata per ridurre al minimo il disagio dei partecipanti. L'analisi delle attività oscillatorie in un intervallo di frequenze di 4-55 Hz ha mostrato alterazioni diffuse nei partecipanti con CVI rispetto al gruppo di controllo. In particolare, l'attività theta evocata (4-6 Hz) era significativamente ridotta nel gruppo CVI così come la banda alfa indotta (8-14 Hz) nei partecipanti con CVI rispetto al gruppo di controllo. Queste alterazioni nelle componenti evocate e indotte dell'attività oscillatoria neurale suggeriscono che la compromissione della ricerca visiva nei pazienti affetti da CVI è associata ad anomalie sia nella segnalazione feedforward (banda theta) che in quella di feedback (banda alfa).

DOI:

10.1093/braincomms/fcad232