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ESTUDIO NEUROFISIOLÓGICO
DE LA PERCEPCIÓN VISUAL
TEMPRANA
VII Jornadas Neurofisiológicas
Hospital Ramón y Cajal
Fundación Promiva
Elena Caro Martínez ([email protected])
Jorge Muñoz Ruata ([email protected])
24/11/2011 1 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata
• La visión, es decir la trasformación de la imagen
retiniana en percepción, comienza en la retina
para acabar en la corteza con una extraordinaria
rapidez y aparente facilidad
• Esta rapidez y aparente facilidad ocultan la gran
complejidad del sistema neurofisiológico
Neurofisiología de la Percepción Visual
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 2
• Primer nivel cortical: Estructuras Occipitales
• Sistemas complementarios
• Frontal
• Temporal
• Parietal
• Medidas neurofisiológicas
• Potencial evocado visual (PEV)
• Potenciales relacionados con eventos (ERPs)
• Relaciones con procesos cognitivos
Percepción Visual
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 3
Vía Visual I
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 4
Retina
Nervio Óptico
Quiasma Óptico
Cintillas Ópticas
Tálamo (N. Geniculado Lateral)
Radiaciones Ópticas
Corteza Visual (Lóbulo Occipital)
Vía Visual II (Núcleo geniculado lateral)
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 5
Magnocelular - Parvocelular
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 6
Tipo Fuente Tipo de
Información Respuesta
Magnocelulares Bastón
Movimiento
Profundidad
Brillo
Información rápida
y transitoria
Parvocelulares Conos Color
Forma
Información lenta
y sostenida
Vía Visual III
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 7
Lóbulo PARIETAL
posterior Lóbulo FRONTAL
Lóbulo
PREFRONTAL
Lóbulo TEMPORAL
Inferior (IT)
VÍA
Núcleos
óculo-motores
Lóbulo OCCIPITAL
(V1)
Vía Ventral
(parvocelular)
Temporal inferior
Vía del ¿Qué?
Vía Dorsal
(magnocelular)
Parietal posterior
Vía del ¿Dónde?
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 8
Lóbulo Frontal
La percepción es un conjunto de funciones
superpuestas que son conducidas principalmente
por dos vías neuronales
• Su funcionalidad está en estudio:
• Vía del Dónde: reconocimiento de la estructura espacial
• Vía del Qué: reconocimiento del objeto
• Descritas por Ungerleider & Mishkin, M. (1982)
• Goodale y Miller 1992, Miller y Goodale 2008: Visión para
la acción(vía dorsal)
• Anatómicamente (macaco) comunicación corteza
prefrontal con las vías dorsal y ventral: Cavada y Goldman
Rakic (1989), Cavada (2000)
• Electrofisiología en humanos. Foxe y Simpson 2002: La
vía dorsal llega al lóbulo frontal antes que la ventral
Vías Dorsal y Ventral
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 9
Potenciales Evocados
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 10
Potencial Evocado Visual (PEV)
Estímulo Físico
Estímulo Cognitivo
Potenciales Relacionados con eventos (PRE, ERPs)
Nos permiten explorar las vías nerviosas que
llevan la información desde el nervio óptico
hasta corteza
Potenciales Exógenos Vs Endógenos
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 11
Electroencephalography 5th ed - E. Niedermeyer, F. da Silva (Lippincott, 2005)
Potencial Evocado Visual (PEV): Obtención
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 12
Estímulo Físico
ms
µV
N75 N145
P100 103.50 ms
+25.0 +21.9 +18.8 +15.6 +12.5 +9.4 +6.3 +3.1 0 -3.1 -6.3 -9.4 -12.5 -15.6 -18.8 -21.9 -25.0
• Exploran la integridad de la vía visual desde
mácula a corteza occipital
• N75-P100-N135 ó 145
• Se puede explorar con damero o con flash
• Cualquier alteración de la vía visual se puede
traducir en un PEV anómalo
Potenciales Evocados Visuales
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 13
ms -10.0 40.0 90.0 140.0 190.0 240.0 290.0
µV 0.0
-5.0
-10.0
-15.0
-20.0
-25.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
N75 N145
P100
103.50 ms
+25.0
+21.9
+18.8
+15.6
+12.5
+9.4
+6.3
+3.1
0
-3.1
-6.3
-9.4
-12.5
-15.6
-18.8
-21.9
-25.0
Potencial Evocado Visual I
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Potencial Evocado Visual II
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ms
-10.0 40.0 90.0 140.0 190.0 240.0 290.0
µV 0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5
-2.5
-5.0
-7.5
-10.0
-12.5
P100 +6.3
+5.5
+4.7
+3.9
+3.1
+2.3
+1.6
+0.8
0
-0.8
-1.6
-2.3
-3.1
-3.9
-4.7
-5.5
-6.3
Potenciales endógenos (N1 visual)
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 16
Electrodo Fz Electrodo Oz
• Visualización pasiva de escenas:
Schulman y Galambos (1978)
• Reconocimiento de letras:
Warren y Wideman (1983)
• Orientación y selección:
Harter, Anllo-Vento y Wood (1989)
• Reconocimiento pasivo de caras:
Csibra, Kushnerenko y Grossmann (2008)
• Imágenes de Kanisza:
(Brodeur et al. 2008)
• Oddball visual:
(Vogel y Luck 2000, Smith et al. 2007, Muñoz-Ruata et al 2010)
Onda N1 Visual (Paradigmas de exploración)
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 17
• Onda N1a:
• Mayor negatividad tras la onda P100 con latencia entre
88 msg y 168 msg en electrodos frontocentrales
• Onda N1b:
• Mayor negatividad; entre 132 msg y 220 msg en occipito-
temporales
Criterios N1a y N1b
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 18
Smit D. J., Posthuma D., Boomsma D. I. & De Geus E. J. (2007) Heritability of anterior and posterior visual N1. International Journal of Psychophysiology 66, 196–204.
Onda N1 Paradigma oddball figuras geométricas
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 19
Electrodo Fz Electrodo Oz
24/11/2011 19 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata
Onda única
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 20
Event-related brain potentials in the study of visual selective attention. Steven A. Hillyard* and Lourdes Anllo-Vento
La aparición frontal de la onda N1 fue inicialmente
considerada como la primera parte de la que aparecía
después en los electrodos occipito–temporales
• Makeig et al. (1999): análisis de componentes independientes (ICA)
Dos factores N1a, izquierdo y Derecho
Un factor N1b
• Saron et al (2001): N1a vías visuales dorsal y ventral
• Gonzalez-Rosa et al. (2006):
Esclerosis múltiple: “N1a” positiva extensión de la P100
Controles: N1a y N1b independientes
• Smit et al. (2007): componentes principales (PCA)
Dos factores: N1a y N1b
• Proverbio, Del Zotto and Zani (2007):
N1b-animales. N1a.Objetos artificiales
• Muñoz-Ruata y Caro-Martínez (2011): componentes principales (PCA)
Dos factores: N1a y N1b
Diferenciación N1a - N1b visuales
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 21
• Paradigma de atención espacial
• Análisis de componentes independientes (ICA)
• 3 Ondas:
• N1a frontal derecha
• N1a frontal izquierda
• N1b occipito-temporal
Makeig et al (1999)
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 22
Makeig S., Westerfield M., Townsend J., Jung T. P.,Courchesne E. & Sejnowski T. J. (1999) Functionally independent components of early event-related
potentials in a visual spatial attention task. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences 354, 1135–44.
• Estímulos visuales simples
• N1a
• N1b
• El estímulo hemiretiniano activaba el córtex
frontal independientemente de la activación
occipital y la respuesta motora
• Atribución: Vía dorsal y Vía ventral
Saron et al (2001)
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 23
Saron C. D., Schroeder C. E., Foxe J. J. & Vaughan H. G.(2001) Visual activation of frontal cortex: segregation from occipital activity. Brain Research. Cognitive
Brain Research 12, 75–88.
• Imágenes naturales frente a artificiales
• Objetos artificiales: mayor activación N1a
• Animales: mayor activación de la onda N1b
Proverbio, Del Zotto y Zanni (2007)
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 24
Proverbio A. M., Del Zotto M. & Zani A. (2007). The emergence of semantic categorization in early visual processing: ERP indices of animal vs. artifact
recognition.BMC Neuroscience 5, 8–24.
• Paradigma odd-ball: (651 gemelos)
• Componentes principales:
• N1a frontal
• N1b occipito-temporal
• Heredabilidad:
• Frontal 22%
• Occipital 43-50%
Smit et al (2007)
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 25
Smit D. J., Posthuma D., Boomsma D. I. & De Geus E. J. (2007) Heritability of anterior and posterior visual N1. International Journal of Psychophysiology 66, 196–
204
• Paradigma espacial (Posner)
• Enfermas de Esclerosis Múltiple (Benigna y
Remitente-recurrente) y controles
• La onda N1a se positivizaba en EM:
¿falta de mielinización?
• La no formación de la N1a implica pérdida de
conexión fronto-occipital
González-Rosa et al (2006)
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 26
Gonzalez-Rosa J. J., Vazquez-Marrufo M., Vaquero E., Duque P., Borges M., Gamero M. A. et al. (2006) Differential cognitive impairment for diverse forms of
multiple sclerosis. BMC Neuroscience 19, 7–39.
• Paradigma odd-ball
• Adolescentes con DI
• Análisis Factorial de Componentes Principales
• Dos componentes: N1a y N1b.4 Factores
Muñoz-Ruata y Caro-Martínez (2011)
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 27
0.9
0.7
0.6
0.2
0.0
0.1
Muñoz-Ruata y Caro-Martínez. Factores de la Onda N1 Visual. Rev Neurol 2011; 52 (10): 589-596
• En el lóbulo occipital se produce la llegada del estímulo
visual físico y esto se ve ya a 75 ms…N75-P100-N145
• Con estímulos visuales que impliquen una operación
cognitiva se producen además dos ondas negativas
independientes y de diferente significado funcional
• N1a-Frontal
• N1b-Occipital
• La formación de la onda N1a se atribuye a la actividad
inducida por redes neuronales que conectan áreas
visuales sensoriales con zonas prefrontales
Conclusiones
24/11/2011 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata 28
GRACIAS
ESTUDIO NEUROFISIOLÓGICO DE LA PERCEPCIÓN VISUAL TEMPRANA
Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata
24/11/2011 29 Estudio Neurofisiológico de la Percepción Visual Temprana Elena Caro Martínez / Jorge Muñoz Ruata