|
BMe Kutatói pályázat |
|
Az arcvakság (prosopagnosia) kutatása az utóbbi 10-15 évben erőteljes fejlődésnek indult. Újabb vizsgálati eredmények szerint a fejlődési arcvakság nemtől és rassztól függetlenül a teljes népesség 2-2,5%-át érinti (Kennerknecht és munkatársai, 2006, 2008). Az arcvakság legsúlyosabb esetben akár a legközelebbi hozzátartozók felismerését is lehetetlenné teszi. A magas előfordulási arány miatt a zavar pszichológiai, idegrendszeri hátterének pontos megértése így nem csak a tudomány számára érdekes kihívás, hanem a prosopagnosiával élőknek is fontos előrelépés lehetne, amennyiben a kutatási eredmények terápiás alkalmazásban kerülnének felhasználásra.
A BME Kognitív Tudományi Tanszékén folyó arcfelismerési vizsgálatok célja az arcfeldolgozás viselkedéses és idegrendszeri folyamatainak pontosabb megértése. A kutatás során viselkedéses, pszichofizikai és elektrofiziológiai (elektroenkefalográf - EEG) módszereket, szemmozgás-követést, valamint képalkotó (funkcionális Mágneses Rezonancia Képalkotó - fMRI) technikákat alkalmazunk a neurotipikus populáció vizsgálatával. 2010 óta a normál arcfelismerési folyamatok mellett az arcvakság idegrendszeri hátterét is kutatjuk. A kutatás során használt eszközök a modern elvárásoknak megfelelő legmodernebb berendezések, melyek az OTKA (Országos Tudományos Kutatási Alap) vonatkozó pályázatának támogatásával kerültek beszerzésre.
Sokszor mondjuk, hogy az arcok egyedi ingerek számunkra. A szociális aspektusokon kívül számos pszichológiai és idegtudományi bizonyíték is rendelkezésünkre áll. Az egyik ilyen érvet az arcfeldolgozás elkülönülésére a neuropszichológia adja. Ha ugyanis találunk olyan személyt, akinek gondjai vannak arcok felismerésével, de más tárgyak felismerésével nincs gondja, és fordítva, súlyos tárgyfelismerési zavar mellett normál arcfelismerési jellemzőkkel rendelkezik, akkor a két funkció elkülönül egymástól, azaz disszociál. Az arcfelismerési zavar 1947-ben került a tudományos köztudatba, amikor Bodamer, német neurológus publikálta három, II. világháborús agysérült katona esetét. A katonák képtelenek voltak felismerni korábbi ismerőseiket, de egyikük egy-egy jellegzetesség (haj, bajusz) alapján felismert néhány ismerős arcot. Az agysérülés vagy idegrendszeri fertőzés következtében kialakuló, ún. szerzett arcvakság (acquired prosopagnosia, AP) mellett 1976-ban McConachie írt először olyan esetről, ahol előzetes sérülés hiányában is jelentkezett arcvakság (developmental prosopagnosia, DP). Az elmúlt években különböző technikával vizsgált fejlődési eseteket heterogenitásuk miatt mindezidáig nem sikerült egységes osztályozási rendszerben elhelyezni. 2010-ben elsőként és mindmáig egyedülállóan elkezdtük a zavar feltérképezését egy prosopagnosiás családban (apa, fiú, lány). Az irodalomban alig találkoztunk teljes családot integráló kutatással, ezek eredményei pedig rendkívüli módon hozzájárulhatnának az arcfelismerési folyamatok genetikai hátterének megértéséhez. 2011-től elindítottuk a fejlődési prosopagnosia szisztematikus vizsgálatát egyedülállóan nagy elemszámú minta összegyűjtésével.
Ismert, hogy neurálisan több, különböző típusú zavar sokszor látszólagosan nagyon hasonló arcfelismerési problémához vezet, mint ahogyan sokszor nagyon hasonló idegrendszeri zavar is vezethet különböző tünetekhez. A legtöbb eddig ismert kutatás kihangsúlyozza a vizsgált csoport nagy mértékű heterogenitását. Kutatásaink fő célja az volt, hogy a változatos teljesítményprofilú esetek hátterében álló idegi mintázatokat, mechanizmusokat feltárjuk, és ezek segítségével könnyebben tudjuk alcsoportokba kategorizálni a talált eseteket. Behrmann és munkatársai (2010) véleményével szemben mi úgy gondoljuk, hogy különböző típusú idegrendszeri problémák vezethetnek ugyanahhoz a prosopagnosia diagnózishoz. Bár korábbi elméletek és adatok alapján is kizárható, hogy lenne egyetlen olyan tulajdonság, ami megadná a választ idegrendszeri szinten a zavar kialakulásának okaira, a prosopagnosia kutatásában mégis óriási az igény egy egységesítő rendszerre. Ennek validálásához egy legalább 30 fős prosopagnosiás és illesztett kontroll mintán végzett vizsgálatsorozat szükséges ugyanazoknak a tesztekkel és kritériumrendszerekkel. Ilyen minta – tudomásunk szerint – sehol nem került összegyűjtésre. Kutatásunk fő célja tehát az, hogy egy eddig egyedülállóan nagy mintán megalkossunk egy spektrális arcfelismerési profil-rendszert, amivel a zavar különböző típusait, azok súlyosságát összesítve jellemezhetjük. Emellett a zavar genetikai eredetű jellegzetességeit is meg kívántuk vizsgálni.
Az arcfelismerési zavart számos viselkedéses teszttel térképezzük fel, hogy a kognitív idegtudományi módszerek felhasználásakor már kidolgozott, ezen eredményekre épülő, célzott kérdések megválaszolását tűzhessük ki célul. A szakirodalombeli ellentmondások feloldásához mindenképpen az eddigieknél nagyobb prosopagnosiás minta vizsgálata szükséges. Ez minden kutatócsoport számára a legnagyobb és nehezen megoldható kihívás, a legfontosabb tehát ennek a lehetőségnek a megteremtése volt. Ennek érdekében létrehoztuk, és 2011 novemberétől üzemeltetjük azt a nyilvános, magyar nyelvű weboldalt, ami egyrészt információkkal szolgál a zavarról, másrészt ugyanitt elérhetővé tettük az eddigi két legnagyobb elemszámú vizsgálatban alkalmazott kérdőívek magyar nyelvű adaptációját. A honlap népszerűsítésének érdekében 2012. 06. 04-én egy elektronikus médiafelületen közöltünk a témát bemutató, valamint a kérdőívek elérhetőségét is tartalmazó cikket. Több mint kétezer kitöltött kérdőív után felvettük a kapcsolatot a potenciális prosopagnosiásokkal és a mai napig 35 valódi arcvak személy széleskörű vizsgálatát végeztük el. Az elmúlt években több felkérést kaptunk különböző médiaszereplőktől, rádióktól, tévéktől.
Eddigi eredményeink, összhangban Kennerknecht és munkatársai (2006, 2008) vizsgálataival megerősítik a zavar magas, 2-2,5%-os előfordulási arányát.
A BME-KTT Elektrofiziológiai Laboratóriumában zajló vizsgálat-sorozatunkban az alacsony szintű vizuális és tárgyfelismerési zavarok szűrésére alkalmas teszteket (Ishihara Színlátás teszt (Ishihara, 1925); Doors & People (Baddeley és munkatársai, 1994); Birmingham Object Recognition Battery: BORB, Riddoch & Humphreys, 1993) követően a kísérleti személyek arcspecifikus folyamatait teszteltük. A személyenként 8 órányi tesztidőt igénylő vizsgálatsorozat nemzetközileg alkalmazott viselkedéses tesztekből (pl.: Cambridge Híres Arcok Teszt: CFFT (Duchaine & Nakayama, 2005), Cambridge Arc-emlékezeti Teszt: CFMT (Duchaine és Nakayama, 2006), Cambridge Arc-észlelési Teszt: CFPT (Duchaine és mtsai, 2007), a Cambridge Autó Emlékezeti Teszt: CCMT (Dennett és mtsai, 2012), Philadelphia Arc-észlelési Teszt: PFPB (Thomas és munkatársai, 2008), Arcrészlet-illesztés teszt (saját fejlesztés)) és 5 különböző kísérletet integráló elektrofiziológiai vizsgálatsorozatból áll. Ezek célja egy olyan arcfelismerési profil elkészítése, amely képes megragadni az apró, egyéni eltéréseket mind a prosopagnosiás, mind a normál arcfelismeréssel rendelkezők körében. A kísérleti minta folyamatosan bővül, a mai napig 35 prosopagnosiás személy és hozzájuk illesztett kontrollok teljes tesztelése történt meg.
Az EEG és elektromos kiváltott potenciál (EKP) vizsgálatokat a BME Elektrofiziológiai Laboratóriumában végeztük egy 64 csatornás EEG rendszerrel (BrainProducts GmbH, München, Németország). Az fMRI mérések az MR Kutatóközpontban (Szentágothai János Tudásközpont, Semmelweis Egyetem) egy 3 Tesla-s Achieva szkennerrel (Philips, Best, Hollandia) történtek. Az fMRI vizsgálatok eredményét az SPM 8.0 (Wellcome Trust Centre for Neuroimaging, London, UK), az elektrofiziológiai analíziseket a Vision Analyzer 1.1 (BrainProducts GmbH, München, Németország) programokkal, valamint saját fejlesztésű Matlab 7.6 (MathWorks, Natick, Massachusetts, USA) programokkal végeztük.
A prosopagnosiás család mindhárom tagja esetén súlyos arc-szelektív teljesítménycsökkenést mértünk, melynek hátterében a perceptuális folyamatok sérülése állhat. Erre utalt a különböző arcfelismerési teszteken elért kontroll-átlag alatti eredményük.
Az EKP vizsgálatok eredménye összhangban volt a viselkedéses tesztek eredményeivel; a súlyos arcfelismerési zavarral küzdő család tagjainak arc-szenzitív kiváltott válasz amplitúdója (az ún. N170 – az inger megjelenését kb. 170 ms-mal követő, negatív amplitúdójú hullám; Bentin és munkatársai, 1996; Rossion & Jacques, 2008) nem különbözött a zaj ingerekre mért N170 amplitúdóhoz képest, vagyis nem találtunk arc-szelektivitást (Németh és mtsai, 2014d).
Az újonnan gyűjtött nagy mintában azonban ez nem minden alany esetén volt megfigyelhető. A spektrumanalízis és a jel-koherencia vizsgálatok kimutatták, hogy családtagok esetében az N170 arc-szelektivitásának hiánya nem az arcok esetén mért válasz erősségének csökkenésével, hanem a zajos ingerek generálta válasz-amplitúdók növekedésével és a válaszkésések (latencia) szinkronizáltságának megnövekedésével magyarázhatók. Ennek egyik oka pedig az arcfeldolgozással összefüggő területek felől elvezetett 4 -12 Hz-es agyi oszcillációk fázisának erősebb szinkronizálódása zaj-ingereket követően (1. ábra; Németh és mtsai, 2014d). Mindez az arcok feldolgozásában érintett agykérgi neuronpopulációk szelektivitásának hiányát mutatja a veleszületett prosopagnosia esetén.
1. ábra. Az ábra (A) részén a prosopagnosiás család tagjaival végzett EKP vizsgálatból származó idő-frekvencia elemzések eredménye látható. Az ábra arcok és nem arc (zaj) ingerekhez köthető agyi oszcillációk fázis-szinkronizáció különbségét (CATSPECITC) mutatja a fiatal (CTRL1 - fent) és az idős (CTRL2 - lent) kontroll személyek esetén. A fejtérképek a 130-190 ms és a 4-7 Hz közötti tartomány átlagát mutatják. Az ábra jobb oldalán (B) és (C) (felső rész) a theta hullámok átlagos fázis-szinkronizációja látható arcok (folytonos vonal) és zajképek (szaggatott vonal) esetén az arcvak családtagok és a fiatal (B), valamint az idős (C) személyeknél. A sötét vonalak a CTRL1 és a CTRL2 csoportátlagokat mutatják, a kék az apa (CPf), a piros a lány (CPd), a zöld a fiú (CPs) értékeit mutatják. A (B) és a (C) ábra alsó grafikonjain a 130-190 ms és a 4-7 Hz közötti fázis-szinkonizáció átlagok láthatók a CTRL1 és a CTRL2, valamint az arcvak személyek esetén. A fiút (CPs) kivéve (a grafikonon zöld rombusz jelöli) mindkét féltekén csökkent arcszenzitív fázis-szinronizáció figyelhető meg az arcvak család tagjainál (apa (CPf): kék négyzet; lány (CPd): piros háromszög). A fiú esetén csak a jobb oldalon van meg ez a különbség. A kis szürke körök az egyedi kontroll eredményeket mutatják. A kitöltött jelölés a szignifikáns eltérést mutatja. A hibasávok a 95% konfidencia-intervallumot jelölik.
A viselkedéses teszteredmények alapján felállított perceptuális alapú prosopagnosia diagnózist támogatja a prosopagnosiás családtagokkal végzett képalkotó vizsgálatok eredménye is. Eszerint a zavar hátterében az arcok szenzoros feldolgozásáért felelős, ún. Mag területek (Haxby és munkatársai, 2002) kóros működése (hiányzó arc-szenzitivitás) áll (2. ábra; Németh és mtsai, 2014b).
2. ábra. A teljes-agyi elemzés eredményei. Az ábra (a) része a CTRL1 (felső), és a CTRL2 (alsó) csoportok esetén az arc vs. tárgy+zaj kontrasztokat mutatják (a színes területeken arcok esetén emelkedett aktivitást mértünk az arc-szenzitív területeken (FFA, OFA)). Ez a mintázat teljesen hiányzik a család 3 arcvak személyénél (b). Az ábra (b) részén a felső sorban egy ismétlésből származó adatok (1. run), az alsó sorban pedig – a jel-zaj arány növelése érdekében – 6 ismétlés összevonásával (1-6. run) készült elemzés eredményei láthatók. Az ábra (c) részén a CTRL1 és CTRL2 egy csoporttá összevont eredményei és a három családtag összevont csoporteredményei közötti különbségek láthatók. A színes foltok az agyon azokat a helyeket jelölik, ahol a két csoport között különbség volt. Ezek ugyancsak az arcfelismerés Mag-területei. B - bal félteke, J - jobb félteke.
A kérdőív kitöltések alapján vizsgálatba vont 35 újabb személy esetén változó mértékű, de jelentősen károsodott arcészlelési- és felismerési teljesítményt mértünk a tesztekkel, ami spektrális elképzelésünket támogatja.
A családtagoktól, és az újabb, nagyobb minta alapján nyert eredmények felvetik a fejlődési prosopagnosia funkcionális alcsoportokra bontásának lehetőségét a zajfeldolgozás neurális hatékonyságának mentén is. Az EKP vizsgálatsorozat részeként a zajfeldolgozás EEG markereit is felmértük. Eredményeink szerint a neurotipikus agyban a zajfeldolgozás kategóriánként nem mutat jelentős eltérést a zajszűréssel hagyományosan összefüggésbe hozható főbb komponensek (N170, P2) tekintetében (Németh és mtsai., 2014a). A nagy elemszámú prosopagnosiás minta adatainak elemzése és az eredmények publikálása folyamatban van (Németh és mtsai., 2014c; Zimmer és mtsai., 2014). Az újonnan vizsgálatba vont prosopagnosiás személyek viselkedéses eredményei és az EKP vizsgálat által kimutatott változatos N170 kategória-szelektivitás a zavar különböző változataira utal (Németh és mtsai, 2014c). A legújabb eredményeink szerint az új vizsgálati személyek nagyobb részénél (22 fő) egy feltételezhetően az arc-feldolgozás későbbi szakaszát érintő probléma áll a zavar hátterében, azaz asszociatív (emlékezeti) típusú prosopagnosiásnak tekinthetők (DeRenzi és munkatársai, 1991), míg a jelenlegi mintából 13 személy, ill. a korábban vizsgált családtagok az apperceptív (észlelési) típushoz sorolhatók (3. ábra).
3. ábra. Az ábrán a 20-40 év közötti (életkori szempontból ők tekinthetők egy csoportnak) fejlődési arcvak (piros kör) és illesztett kontrollok (kék négyzet) eredményei láthatók különböző vizuális teszteken. Az ábra (A) részén az arcvakság diagnosztikus tesztjén, a Cambridge Arc-emlékezeti Teszt (CFMT) és a Cambridge Arc-észlelési Teszt (CFPT) eredményei láthatók. A CFMT pontszámok diszkriminatívak a prosopagnosia-kontroll dimenzió mentén, míg a CFPT pontszámai alapján a prosopagnosiások között azonosítható egy többet hibázó (apperceptív - kitöltött körök) és egy kevesebbet hibázó (asszociatív - üres körök) alcsoport. Az ábra (B) részén a CFMT mellett a CCMT (Cambridge Autó Emlékezeti Teszt) eredményei láthatók, amelyek alapján kizárható az arcvak személyek általános perceptuális, vagy az arcon kívül egyéb kategóriákra kiterjedő, általános teljesítmény-csökkenése. A hibasávok a csoportonkénti átlagokat és a 95% konfidencia-intervallumokat mutatják.
Eddigi eredményeink alátámasztják spektrális hipotézisünket, miszerint az arcvakságban szenvedők a normál populációban is széles arcfelismerési spektrum legalsó részén elhelyezkedő személyek. Célunk, hogy nagy elemszámú minta eredményeinek értelmezésével és publikálásával – az elméletet gyakorlatba fordítva – segítsük egyedi teljesítmény-profil alapján történő kompenzációs stratégiák, fejlesztési eszközök kidolgozását a zavar specifikus jegyeinek figyelembe vételével.
Az elmúlt 3 évben a témához kötődő vizsgálatsorozat eredményeiből rangos nemzetközi, valamint hazai szaklapokban megjelent impaktfaktoros publikációk születtek (12 db). Eredményeinket nemzetközi és magyar konferenciákon előadások (5 db) és poszterek (9 db) formájában is bemutattuk. A birtokunkban lévő adatok mennyiségét és minőségét, valamint jelentőségét tekintve a következő években ezeket további, nemzetközi figyelemre is számot tartó közlemény követi.
Kapcsolódó konferencia-előadások, poszterek listája.
Publikációk
Linkgyűjtemény
Hivatkozások listája