Covert Mental Processing in Neuropsychological Syndromes

1. Covert Mental Processing in Neuropsychological Syndromes Explicit-implicit syntactic processing

2. Types of processing/knowledge • ידע גלוי/מפורש explicit: • ידע אותו דולה החולה באמצעות תהליכים מכוונים ומבוקרים המתואר על ידו מילים כגון: "ראיתי" "זכרתי" או "אני יודע". • נבחן על ידי בחינות ישירות כגון זיהוי עצמים ושיומם ובמבחני זיכרון ישירים. • ידע סמוי implicit: • ידע אשר משפיע על ההתנהגות הגלויה באופן לא מבוקר וללא התכוונות. • נצפה בדרך עקיפה כביטוי לשינויים בתהליך ביצוע המטלות מכוונות או בהתנהגות ספונטנית של החולה. • אין קשר הכרחי בין צורת העיבוד והיותו של הידע "גלוי" או "סמוי" ובין היותו מודע או לא מודע.

3. Evidence for implicit processing Blindsight Word recognition in pure alexia Implicit object recognition in associative (integrative) agnosia Face recognition in acquired prosopagnosia Face perception and semantic processing in the neglected spatial hemifield Implicit evidence for memory in amnesia Processing face expressions implicitly

4. Seeing without seeing:Blindsight Larry Weiskrantz Allen Cowey Petra Stöerig

5. Levels of blind visual functions • תגובות המערכת הנוירו-הורמונאלית (Neuroendocrine responses). • תגובות רפלקסיביות (Reflexive responses) • עיבוד אימפליציטי (ללא מודעות) • עיבוד אקספליציטי (ללא מודעות) • מנגנונים אפשריים

6. Neuroendocrine Responses Melatonin suppression in response to exposure to bright light is still demonstrable. It is probably mediated via a small sub-population of retinal ganglion cells which continue to project directly to the hypothalamus (Moore et al., 1995)

7. Reflexive responses in blindsight • האישון ממשיך להגיב לשינויים בתאורה בתגובה להרכב הספקטראלי של הגירוי. • העיניים זזות בתגובה לתנועה בשדה הראיה. • לא ברור עם ה-OKN תקין – במיוחד במקרים של עיוורון קורטיקלי דו-צדדי. • סה"כ התגובות הרפלקסיביות די תקינות (למעט ה-OKN שמצבו לא ברור) גם בהעדר תפקוד ה-V1 Stoerig & Cowey, 1997

8. Implicit processing • השפעות גירויים בשדה העיוור על התפיסה בשדה התקין: • Redundant stimulus effect(C. Marzi) קיים גם אם אחד הגירויים מוצג בשדה העיוור. • מעגל שלם אשר מחציתו בשדה העיוור נראה שלם יותר מאשר חצי מעגל בשדה התקין (E. Warrington). • גוון ה-afterimage המעורר על ידי מיקוד בתוך נקודה מוקפת בצבע משתנה גם כאשר משנים את צבע ההיקף רק בשדה העיוור. • Phi-phenomenon מתקיים גם כאשר חלק מהגירויים באזורים עוררים http://www1.psych.purdue.edu/Magniphi/ARVODemo.html • ניתן לראות הטיות בהבנת המשמעות של מילה רב משמעית (למשל "מלח") המוצגת בשדה הרואה על ידי מילה המוצגת בשדה העיוור (למשל "אוניה").

9. Direct (explicit) processing • תגובות ישירות לגירויים המוצגים בחלק העיוור של שדה הראיה. (בדרך כלל תוך שימוש בשיטות forced-choice). • חולים מסוגלים להצביע על מיקומו של גירוי המוצג לזמן קצר באזורים שונים בשדה העיוור. • מבחינים בגירויים עומדים או גירויים זזים המוצגים באופן מקרי בין צעדים בהם לא הוצג גירוי. • מבחינים בכיוון תנועה. • מבחינים באוריינטציה של גירוי. • מבחינים בצורות (במיוחד כאשר הם התבקשו לבצע משימת זהה/שונה בין אזורים רואים ועיוורים(. למשל, DB לא עמד בקריטריון רק כאשר הוא נדרש להבחין בין צורות שוות שטח ושוות אוריינטציה.

10. Is blindsight dependent on spared islands of vision in V1? – fMRI evidence for the contrary מקרה FS: נזק טראומטי באזורים temporo-parietal בהמיספרה שמאל עםחדירה ל-optic radiation

11. Extrastriate activation without V1 - GY e.g. Goebel et al., 2001

12. How information can by-pass the V1? • Cowey & Stoerig (1989): Information from a degenerated retina (in the monkey) can reach extrastriate visual areas either directly from the retino-recipient subcortical nuclei, dorsal lateral geniculate nucleus (dLGN) and inferior pulvinar, or indirectly via other retino-recipient structures (pregeniculate nucleus, olivary nucleus, etc). All of these project to other mid-brain structures, notably the superior colliculus, which in turn project to the dLGN and the inferior pulvinar. • Studies of monkeys, whose striate cortex was ablated, indicate that the extrastriate cortical areas that form the dorsal stream retain much of their visual responsiveness. In contrast cells in the ventral stream that respond to stimulation of the blind field are rarely encountered. The ventral stream appears to be more dependent on striate cortex for its visual responsiveness (Bullier et al., 1993). • As we have seen, in blindsight patients we also see extrastriate activity with completely destroyed striate cortex or absence to input to it. It stands to reason that the information reaching the extrastriate areas gets there directly from the thalamus (pulvinar?).

13. Blindsight – summary and conclusions • תפקודי ראיה שונים נשארים גם לאחר נזקי מוח המונעים כמעט כל הקלט ברשתית מקליפת המוח הויזואלית. • בהתחשב בעושר הקשרים המגיעים מהרשתית למערכת הראיה המרכזית זה אולי לא מפתיע שנזקים באזורים מרוחקים מהרשתית (כמו לדוגמה 1V) משאירים מגוון גדול של תפקודי ראיה תקינים. • האזורים העיוורים עשויים לעזור (באופן אימפליציתי) ליציבות החולה אך כדאי לזכור כי מחוץ למעבדה החולים משתמשים כפי הנראה בחלקי השדה הרואה לצורך התנהגות. חולים עם עיוורון המקיף את כל שדה הראיה ובכל זאת מראים blindsight נדירים ביותר. • שכיחות התופעה משתנה בהתאם לקרטריונים המופעלים לצורך הגדרה: 4/20 (Marzi et al, 1986), 14/22 (Weiskrantz, 1908), 6/10 (Stoerig, 1987). • מחקר מראה כי חולים יכולים ללמוד להשתמש בblindsight- לצורך תפקוד. (יש גם טענות ביחס ל-visual field restitution.)

14. Implicit Integration in case of integrative visual agnosiaAviezer et al., Neuropsychologia, 2007

15. סקירת מקרה - SE R L R L Left Ventral Right dorsal בן 52 ללא רקע נוירולוגי או פסיכיאטרי אושפז בעקבות bilateral ischemic stroke (posterior cerebral artery) – פגיעה מבנית קבועה.

16. SE תפקוד תפיסתי וקוגניטיביים של • ויזואלי: • שיקום מהיר של שדה הראיה • ראיית צבע – פגיעה חלקית • מרחבי: • Topographical Agnosia • איתור פגיעה חלקית בהתייחסות למרחב • שפתי: • קושי בקריאה (letter by letter עם שיפור ניכר) • מוגבל למילים בנות 4-5 תווים.

17. הבעיה - Integrative Agnosia • קושי בזיהוי אובייקטים מורכבים ופרצופים • העצים לפני(או במקום) היער: • חוסר יכולת לזהות תרשימי Kanizsa. • תאור שרשרת ככדורים המחוברים זה לזה. • קושי בזיהוי האות הגלובלית בצורות נבון. • בזיהוי פנים עם עיני תפוח זיהוי התפוח בלבד. • חוסר יכולת לזהות פרצופים סכמטיים  משיכת הקשב לתפוח אינה מפריעה לזיהוי. • פגיעה ב – TPJ הימני: קושי בתפיסה גלובלית

18. האם קיים יצוג אימפליציטי לאוביקטים? • מבחן :BNT • זיהוי אובייקטים: 13/50 • העתקה שמורה • אין השפעה לעידוד פונולוגי לא אנומיה • אין ידע סמנטי  לא optic aphasia • מבחן PALPA: • הצלחה: 77% • טעויות ויזואליות 92% • טעויות סמנטיות 8% העתקה זיהוי כמצנח היכן הכובע ?

19. מיפוי רמת הנגישות של היצוג • Emergence : מדי פעם SE זיהה את האובייקט • באופן אקספליציטי ברור כי ל SE אין גישה עקבית לייצוג מלא. • יש להבחין בין שני מצבים אפשריים: • מדי פעם יש אינטגציה • מדי פעם יש גישה לייצוג האינטגרטיבי (תוצאת האינטגרציה) • אם קיים ייצוג אינטגרטיבי יציב אך לאתמיד נגיש יתכן כי הוא ישפיע על הביצועים באופן אימפליציטי. האם ל – SE יש יצוג גלובלי ?

20. ניסוי 1 – קיום יצוג גלובלי • צורות נבון: • מדדים אקספליציטיים: • דיוק. • מדדים אימפליציטיים: • RT –Congruent < Incongruent • דיוק – Congruent > Incongruent • בבריאים עיבוד לוקאלי מואט ב-Incongruent. (Global Interference) • מהלך הניסוי: בלוק 1: נדרשת הפניית קשב לרמה הלוקאליות בלוק 2: נדרשת הפניית קשב לרמה הגלובלית Congruent Incongruent Global ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע ע Local פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ פ

21. תוצאות – ניסוי 1 • זיהוי גלובלי: 47.6% - chance level • מתוך התשובות הנכונות בגלובלי – 61% הן בתנאי congruent. • דיוק ברמה הלוקאלית כ-73% p<0.018 ה- RT בתנאי לוקאלי מושפע מ Congruency לאות הגלובלית * תמיכה לטענה כי קיים יצוג גלובלי המשפיע על מהירות העיבוד

22. ניסוי 2: האם קיים יצוג אמפליציטי? • משימה: חיי/דומם ביחס למילה כתובה • הנחת עבודה: • אם קיים יצוגאימפליציטי של אובייקט משימת שיפוט מילים תהיה מהירה יותר לאחר priming של תמונת האובייקט המתאים לפני הצגת המילה. • זיהוי אובייקטים: • אין זיהוי אקספליציטי • RT(Congruent) < RT(Incongruent) Congruent Incongruent

23. ניסוי 2 תוצאות • כמעט לא היו טעויות שיפוט. • אפקט עיקרי: RT(Congruent) < RT(Incongruent) p<0.01 יש השפעה לפרימינג באמצעות אובייקטים לא מזוהים ולכן סביר לטעון כי קיים יצוג אימפליציטי שאינו נגיש למודעות

24. האם אפקט העירור משקף אינטגרציה? • מטרה – לשלול את הטענה כי הציור כפריימינג עורר את המילה דרך מאפיין יחודי ולא דרך יצוג. • אמצעי: יצירת תמונות מקוטעות של האובייקטים. • תוצאות: • Priming effect : • קיים אצל controlp<0.01 • לא קיים אצל SE

25. היווצרות מול נגישות • בזמן המבחנים הבסיסיים לעיתים יכול היה SE לזהות אובייקטים, בעיקר כאשר קיבל "עזרה". • יצירת היצוג: Bottom – Up • גישה ליצוג: Top – Down • ההשערה: השפעת Top-Down תהפוך את היצוג לנגיש יותר.

26. האם ניתן להקל על תהליך האינטגרציה מלמעלה-למטה? • המטלה: סיווג ציורים כאפשריים / לא אפשריים • שני תנאים: BEE Congruent לא אפשרי אפשרי

27. Top-Down effects • השערת המחקר: • פריימינג של מילה התואמת את האוביקט המופיע בציור ישפיע באופן הבא: • Accuracy (Congruent) > Accuracy (Incongruent) • RT (congruent) < RT (Incongruent) CAT Incongruent לא אפשרי אפשרי

28. השפעות מלמעלה-למטה: תוצאות • Accuracy (Congruent) > Accuracy (Incongruent)p<0.001 • RT (congruent) < RT (Incongruent) p<0.001 יש השפעה של תהליכי Top - Down

29. Implicit evidence for visual integration in agnosia • Integrative Visual Agnosia • יכולות ויזואליות בסיסיות שמורות • אין עדות אקספליציטית לזיהוי אוביקטים / פרצופים • פגיעה ביכולת אקספליציטית לעבד מידע גלובלי • עדויות אימפליציטיות לעיבוד מידע גלובלי • עדויות לקיום יצוגים אינטגרטיביים אימפליציטים של אובייקטים.

30. ואולי... • אינטגרציה: • עוצמת היצוג הנתפס תלויה בהשפעות Top-Down • הגישה למודעות תלויה בהתאמה בין היצוגים ועוצמתם. Conceptual System Formed representation Top-Down Bottom – Up Conscious Representation Memory Representation Perceptual System

31. Implicit face recognition in prosopagnosia EDWARD H. F. DE HAAN Jason J S Barton

32. Implicit face recognition in acquired prosopagnosia • פרוסופאגנוזיה נרכשת לעומת התפתחותית • עדויות התנהגותיות לזיהוי סמוי של פנים • מבחן De Haan • זיהוי סמוי במבחן ישיר ומבחן עקיף Barton et al., 2009 – • עדויות אלקטרופיזיולוגיות: • SCR • P300

33. SE – CT Scans R L

34. Implicit processing of face expressions Hillel Aviezer

35. Context effects on mapping facial expressions to emotions Aviezer et al., Psychological Science, 2008

36. Face similarity effects Categorization Accuracy Disgust Fear Sadness Anger Context Emotion Categorization as Context Disgust Fear Sadness Anger Context Emotion

37. HD gene carriers: recognizing context Aviezer et al., Brain, 2009

38. HD gene carriers: recognizing isolated faces

39. Implicit processing of facial disgust

40. Implicit processing of neglected faces

41. Experimental paradigm תנאי ניסוי וגירויים: איתור פרחים בשדה הראיה + איתור פנים בשדה הראיה + + + + + + תוצאות +

42. A B No integration in SE’s visual perception

43. Navon letters מה אתה רואה כאן? אני רואה קבוצה של אותיות.... הרבה אותיות

44. ניסוי 2: האם קיים יצוג אמפליציטי? כלב Congruent חי דומם

45. ניסוי 2: האם קיים יצוג אמפליציטי? כלב Incongruent חי דומם

46. Top-Down effects Fillers: Non-objects אפשרי לא אפשרי

47. Bill Clinton Bruce Willis 1600 1400 1200 1000 800 RT(ms) 600 400 200 0 Controls YT מבחן De Haan Congruent Incongruent Jack Nicholson Henry Kissinger Congruent Incongruent

48. Tests for covered processing of faces • מבחנים ישירים להכרות סמויה עם הפנים: • Named-cued forced choice familiarity decision • Occupational sorting • מבחן עקיף להכרות סמויה עם הפנים: • עירור קלסיפיקציה של שמות על ידי פנים: Barton et al., Neurology 2009

49. Covert face recognition – priming results Among the patients, three had true-face priming effects that were equivalent to the mean effect in normal subjects (see table 2). Of these, two were the patients with unilateral right occipitotemporal lesions, and the third had bilateral occipitotemporal lesions. In addition to the relative sparing of the left hemisphere in this group, the lesions of these three patients did not extend as far anteriorly as the lesions of the remaining three patients with acquired prosopagnosia.

50. Correlations between direct and indirect measures