Dorsal-ventral integration in the recognition of 3d structure-from-motion stimuli in mild cognitive impairment

Abstract

Introduction In perception of structure-from-motion stimuli (SFM), the 3D shape can only be extracted from dot moving patterns by integrating motion cues over time. Recent studies show that integration of visual information across dorsal and ventral visual streams is needed for the perception of 3D SFM objects. In a previous study, our group found that 3D motion integration is specifically impaired in Mild Cognitive Impairment (MCI), indicating that parietal function may become affected at a relatively early stage in the course of the disease. Objectives In this study, we investigated whether the ability to recognize 3D SFM objects is impaired in MCI. Methods We developed an experimental paradigm in which participants had to discriminate 3D SFM objects (faces and chairs) from 3D SFM meaningless objects (scrambled faces and scrambled chairs). Chair stimuli were used as a control task, at a ceiling level of performance, to make sure that subjects understood the task requirements. Stimuli duration was randomly manipulated (100 ms, 160 ms, 980 ms) as well as depth information (flat, intermediate and full depth), resulting in a 4 x 3 x 3 design with 10 trials per condition. Groups of amnestic MCI patients (n=25) and matched Control subjects (n=22) were included. Patients were recruited from the Neurology Department of Coimbra University Hospital, where diagnosis was achieved through gold standard neurological and neuropsychological assessment, following Petersen’s (2001) classification criteria for MCI Results For the Face stimuli repeated measure ANOVA with within-subject variables found significant main effects for Depth and Duration (p<0,001) as well as for Group (p<0,05, comparison between MCI patients and Control subjects). Additionally, planned analyses using post hoc parametric T-tests revealed significant differences between MCI patients and Control subjects for the 160 ms stimulus Duration, on both Full and Intermediate Depth levels, and for the 980 ms Duration, on both Full and Flat Depth levels. No differences were found on the Chairs/Scrambled Chairs stimuli confirming this as a useful control condition that ensured task comprehension. Conclusions We conclude that pathological ageing is related to a deterioration in extracting object information from short lived motion and depth cues processed in the visual dorsal stream, leading us to believe that an impairment of dorsal-ventral integration mechanisms already exists in MCI

Para a percepção de estímulos structure-from-motion é necessário extrair a forma tridimensional a partir de padrões de pontos em movimento, integrando pistas de movimento ao longo do tempo. Estudos recentes mostram que a percepção de objectos SFM tridimensionais necessita de integração da informação visual por ambas as vias: dorsal e ventral. Num estudo prévio realizado pela nossa equipa, demonstrou-se que a integração de imagens tridimensionais em movimento estava alterada em doentes com Défice Cognitivo Ligeiro (DCL). Estes resultados estão de acordo com a hipótese de a doença afectar precocemente a função parietal. Objectivos Neste estudo investigamos se a capacidade de reconhecer objectos SFM tridimensionais estava alterada em doentes com DCL. Metodologia Desenvolveu-se um paradigma experimental em que os participantes tinham de discriminar objectos SFM tridimensionais íntegros (caras e cadeiras) de objectos SFM tridimensionais distorcidos (caras distorcidas e cadeiras distorcidas). Os estímulos das cadeiras (íntegros e distorcidos) foram utilizados numa tarefa de controlo, com um nível de desempenho máximo, para ter a certeza que os sujeitos compreendiam os requisitos da tarefa. A duração dos estímulos foi aleatoriamente manipulada (100 ms, 160 ms, 980 ms) assim como a profundidade dos mesmos (profundidade mínima, intermédia e máxima), resultando num teste com um esquema de 4 x 3 x 3, 10 repetições por cada condição. Dois grupos de sujeitos foram incluídos: sujeitos com DLC de tipo amnésico (n=25) e sujeitos de Controlo com idade emparelhada (n=22). Os sujeitos com DLC foram recrutados pelo Departamento de Neurologia dos Hospitais da Universidade de Coimbra, onde o diagnóstico foi conseguido através de uma avaliação neurológica e neuropsicológica, seguindo os critérios para diagnóstico de DLC de Petersen (2001). Resultados Relativamente aos estímulos das Caras, usando o teste estatístico ANOVA, foram encontrados efeitos significativos para a Profundidade e Duração (p<0,001) assim como para o Grupo ((p<0,05), comparação entre sujeitos com DLC e sujeitos Controlo). Também se encontraram diferenças significativas entre sujeitos com DLC e sujeitos Controlo para estímulos com 160 ms de Duração, nos níveis de Profundidade Máxima e Intermédia, e para estímulos com a duração de 980 ms, nos níveis de Profundidade Máxima e Mínima, através de análises que utilizam amostras independentes do teste T de Student. Não foram encontradas diferenças nos estímulos da tarefa das cadeiras, confirmando que se trata de uma condição útil para a compreensão da tarefa. Conclusões Com este estudo concluímos que o envelhecimento patológico está relacionado com a deterioração em extrair informações dos objectos a partir de curtas pistas de movimento e profundidade processadas na via dorsal visual. Isto leva-nos a acreditar que já existe uma alteração na integração da via dorsal e ventral no DLC