Závěrečná zpráva grantu 056/1997/C/LFHK

Název projektu:Matematické modelování zrakového vnímání pohybu
Hlavní řešitel:Ing. Jan Kremláček, Ph.D.
Spoluřešitelé: Ing. František Vít; MUDr. Miroslav Kuba, Doc., CSc. ; MUDr. Zuzana Kubová, Doc., CSc.; MUDr. Jana Szanyi; MUDr. David Gayer
Období řešení:1997-1999
Celková dotace:392 tis. Kč

Souhrn výsledků

  Cílem projektu bylo modelování elektrofyziologických vlastností magnocelulárního systému, který se podílí na zpracování zrakové  informace o pohybu. Sledování funkce tohoto systému poskytuje významné diagnostické informace v oblastech neurologie, oftalmologie nebo psychiatrie (Kubová a Kuba 1992). Pro posouzení stavu magnocelulárního systému byly vyhodnocovány zrakové evokované potenciály (VEP) spjaté s počátkem pohybu v zorném poli tzv. motion-onset VEP (M-VEP) a elektroencefalografická aktivita (EEG).
Nosný princip modelu je založen na existenci několika neurálních analyzátorů, které se chovají jako generátory přispívající k M-VEP aktivitě. Jednou z možností identifikace původu M-VEP bylo sledování závislosti parametrů M-VEP na prostorovém umístění stimulu. Změny amplitud dominantního negativního vrcholu N160 odrážely retinotopickou závislost některých z generátorů v oblasti V1,V2 i V3. (Kremláček 1997)
Pro identifikaci dalších generátorů a hledání formálního popisu dynamiky mozku při zpracování zrakové pohybové informace byly kombinovány klasické metody (FoA - Fourierova analýza, PCA - metoda hlavních složek) s metodami novými, založenými na statistických vlastnostech signálu (ICA - metoda nezávislých složek). FoA analýzou záznamu M-VEPs bylo shledáno, že jsou  vyvolány silnou oscilací a synchronizací EEG v omezeném frekvenčním pásmu delta a theta (2-7 Hz) (Kremláček a spol. 1998a).  
Při vyhodnocení mnoha-elektrodových záznamů M-VEP byla pozorována paradoxně kratší latence v oblasti centrální než v oblasti okcipitální. ICA rozklad ukázal, že rozdíl v latencích lze vysvětlit spolupůsobením dvou nezávislých komponent s různým prostorovým uspořádáním a časovým průběhem. První z nezávislých komponent vrcholící  130 ms po začátku stimulu pokrývala centro-parietální oblast a druhá z okcipitální oblasti měla maximum ve 160 ms. (Kremláček 1998b)
Na základě další společné časoprostorové analýzy a rozkladu několika druhů VEP ( M-VEP o dvou rychlostech a rozdílných kontrastech a pattern-reversal VEP) byly získány tři nezávislé komponenty, které popisovaly dostatečně komplexně dynamiku mozku při nástupu zrakového stimulu. (Kremláček and Kuba 1999a)
Výsledný model sestával ze tří generátorů simulovaných prostřednictvím oscilátorů identické konstrukce. Oscilátory byly sériově spojeny a buzeny odezvou laterálních genikulátních jader. Doba zpracování v jednotlivých generátorech byla simulována zpožděním na vstupu oscilátoru. (Kremláček a spol. 2000)
Jako pomocný produkt při řešení projektu vznikl stimulátor použitelný pro zrakové stimulace na PC. Stimulátor je založený na animační technice a je volně dostupný na e-mail addrese: jan.kremlacek@lfhk.cuni.cz.

Kremláček J., Kuba M., Kubová Z.: Dependence of motion-onset VEP parameters on stimulus localisation. Proceedings of the XXXVth ISCEV Symposium, Asilomar (USA), July 20 - 24, 1997.
Kremláček J., Kuba M., Kubová Z.: How much information is needed to detect the motion-onset VEP. International Society For Clinical Electrophysiology of Vision - 36th Symposium - Abstract Book, ISBN 80-901524-7-3, p. 47, 1998a.
Kremláček J, Kuba M, Kubová Z: Electrophysiological Manifestation of  first order motion perception, Perception, 27,supplement, p. 192-193, 1998b.
Kremláček J, Kuba M: Global brain dynamics of transient visual evoked potentials, Physiological Research, 48, p. 303-308, 1999a.
Kremláček J., Kuba M., Kubová Z., Vít F.: Simple and powerful visual stimulus generator.  Computer Methods and Programs in Biomed., 58, p. 175-180, 1999b.
Kremláček J., Kuba M., Holčík J.: Visual Evoked Potentials Simulation.Proceedings of the XXXVIIIth ISCEV Symposium, Sydney, February 13 - 17, 2000.
Kubová, Z., Kuba, M.: Clinical applications of motion-onset VEPs. Documenta Ophthalmol., 81, 1992, s. 209 - 218.