Processing of visual cues used during locomotion in macular degeneration patients
Traitement des indices visuels de locomotion chez les patients atteints de dégénérescence maculaire
Résumé
Age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of visual impairment in individuals over 50 years old. Incurable, it leads to a loss of central vision, forcing patients to rely on their residual peripheral vision, which has significantly lower resolution, to navigate their visual environment. Within this context, the treatment of visual cues involved in locomotion, known as optical flow, remains poorly understood in this clinical population. Under normal vision conditions, the motion patterns composing optical flow (translational, rotational, and radial) are processed collaboratively by central and peripheral vision (Habak et al., 2002). In the context of AMD, central vision is lost, but the overutilization of peripheral vision could lead to cortical reorganizations that compensate for this loss. Such reorganizations have been observed in animal models in areas involved in motion processing, such as MT/V5 (Shao et al., 2013), and have even been correlated with an improvement in the ability to discriminate motion (Burnat et al., 2017). In patients, the three main behavioral studies characterizing motion perception have presented contradictory results (see Tarita-Nistor et al., 2008; Shanidze and Verghese, 2019, and Eisenbarth et al., 2008). Therefore, the primary objective of this thesis is to understand how optical flow processing evolves in patients with macular degeneration, from both a behavioral and cortical perspective. The first study of this thesis aimed to evaluate the perception of the three components of optical flow in patients with AMD or Stargardt disease (juvenile macular degeneration) using a motion direction discrimination task. We were able to demonstrate that the patients' performances were similar to that of age- and gender-matched controls. Additionally, significant interindividual variability was found among the patients, particularly for the translational pattern. A negative correlation between their performance and the time since diagnosis could indicate a performance decline after disease onset, followed by improvement over time, potentially driven by cortical reorganizations. The second study of this thesis sought to explore optical flow perception more broadly in the context of healthy aging, using a psychophysical task similar to that employed with patients. It revealed that the three motion patterns are differently affected by age: performance is comparable between young and elderly participants for translational motion, better in young individuals for the radial pattern, and conversely better in older individuals for the rotational pattern. These age-related effects underscore heterogeneous age effects on the perception of different motion types and need to be considered when studying clinical populations encompassing individuals of varying ages. During the final part of my thesis, I also contributed to a multicenter project aiming to assess spontaneous cortical reorganizations in patients with macular degeneration, as well as those induced by a perceptual learning protocol. Understanding the neural mechanisms at play in these patients is crucial, as harnessing cortical reorganizations could potentially restore part of their vision through neuroplasticity by developing tailored rehabilitation strategies (Maniglia et al., 2016, 2018), such as a novel therapeutic solution based on perceptual learning, as proposed here.
La dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) est la première cause de handicap visuel chez les personnes de plus de 50 ans. Incurable, elle entraîne une perte de la vision centrale qui oblige les patients à se reposer sur leur vision périphérique résiduelle, dont la résolution est bien plus faible, pour traiter leur environnement visuel. Dans ce contexte, le traitement des indices visuels impliqués dans la locomotion, appelés flux optique, est encore méconnu chez cette population clinique. En condition de vision normale, les patterns de mouvements qui composent le flux optique (translationnel, rotationnel et radial) sont traités conjointement par les visions centrale et périphérique (Habak et al., 2002). Dans le cadre de la DMLA, la vision centrale est perdue mais la surutilisation de la vision périphérique pourrait entraîner des réorganisations corticales permettant de compenser cette perte. Ces réorganisations ont notamment été observées sur des modèles animaux dans des aires impliquées dans le traitement du mouvement telles que MT/V5 (Shao et al., 2013), et ont même été corrélées à une amélioration de la capacité à discriminer du mouvement (Burnat et al., 2017). Chez les patients, les trois principales études comportementales ayant caractérisé la perception du mouvement présentent des résultats contradictoires (voir Tarita-Nistor et al., 2008 ; Shanidze et Verghese, 2019 et Eisenbarth et al., 2008). L'objectif principal de cette thèse est donc de comprendre comment évolue le traitement du flux optique chez les patients atteints de dégénérescence maculaire, d'un point de vue principalement comportemental mais aussi cortical. La première étude de cette thèse a permis d'évaluer la perception des trois composantes du flux optique chez des patients souffrant de DMLA ou de la maladie de Stargardt (dégénérescence maculaire juvénile) grâce à une tâche de discrimination de direction de mouvement. Nous avons pu mettre en évidence que les performances des patients étaient similaires à celles de contrôles appariés en âge et en genre. Egalement, une large variabilité interindividuelle a été trouvé chez les patients, notamment pour le pattern translationnel, et une corrélation négative entre leurs performances et la durée écoulée depuis leur diagnostic pourrait indiquer une diminution des performances après apparition de la maladie, suivie d'une amélioration au fil du temps, qui pourrait être sous-tendue par des réorganisations corticales. La seconde étude de cette thèse a permis d'aller explorer plus largement la perception du flux optique dans le cadre du vieillissement sain grâce à une tâche psychophysique similaire à celle utilisée chez les patients. Elle a permis de mettre en évidence que les trois patterns sont affectés différemment par l'âge : les performances sont similaires entre jeunes et âgés pour le pattern translationnel, meilleures chez les jeunes pour le pattern radial, mais à l'inverse meilleures chez les âgés pour le pattern rotationnel. Ces différents effets de l'âge soulignent des effets de l'âge hétérogène sur la perception des différents types de mouvement, et sont à prendre en compte lorsque l'on s'intéresse aux populations cliniques comprenant des personnes d'âge variées. Durant la dernière partie de ma thèse, j'ai également participé à la mise en place d'un projet multicentrique visant à évaluer les réorganisations corticales spontanées chez les patients souffrant d'une dégénérescence maculaire, mais aussi induites par un protocole d'apprentissage perceptif. Comprendre les mécanismes neuronaux à l'œuvre chez les patients est très important puisqu'une exploitation de réorganisations corticales pourrait permettre de restaurer une partie de leur vision grâce à la neuroplasticité en développant des stratégies de rééducation adaptées (Maniglia, et al., 2016, 2018), telle qu'une nouvelle solution thérapeutique basée sur de l'apprentissage perceptif comme celle que nous proposons ici.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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