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Objective: To determine whether the performance of multiple sclerosis (MS) patients in the sound-induced flash illusion (SiFi), a multisensory perceptual illusion, would reflect their cognitive impairment.
Methods: We performed the SiFi task as well as an extensive neuropsychological testing in 95 subjects [39 patients with relapse-remitting MS (RRMS), 16 subjects with progressive multiple sclerosis (PMS) and 40 healthy control subjects (HC)].
Results: MS patients reported more frequently the multisensory SiFi than HC. In contrast, there were no group differences in the control conditions. Essentially, patients with progressive type of MS continued to perceive the illusion at stimulus onset asynchronies (SOA) that were more than three times longer than the SOA at which the illusion was already disrupted for healthy controls. Furthermore, MS patients' degree of cognitive impairment measured with a broad neuropsychological battery encompassing tests for memory, attention, executive functions, and fluency was predicted by their performance in the SiFi task for the longest SOA of 500 ms.
Conclusions: These findings support the notion that MS patients exhibit an altered multisensory perception in the SiFi task and that their susceptibility to the perceptual illusion is negatively correlated with their neuropsychological test performance. Since MS lesions affect white matter tracts and cortical regions which seem to be involved in the transfer and processing of both crossmodal and cognitive information, this might be one possible explanation for our findings. SiFi might be considered as a brief, non-expensive, language- and education-independent screening test for cognitive deficits in MS patients.
Background: Standardized neuropsychological testing serves to quantify cognitive impairment in multiple sclerosis (MS) patients. However, the exact mechanism underlying the translation of cognitive dysfunction into difficulties in everyday tasks has remained unclear. To answer this question, we tested if MS patients with intact vs. impaired information processing speed measured by the Symbol Digit Modalities Test (SDMT) differ in their visual search behavior during ecologically valid tasks reflecting everyday activities.
Methods: Forty-three patients with relapsing-remitting MS enrolled in an eye-tracking experiment consisting of a visual search task with naturalistic images. Patients were grouped into “impaired” and “unimpaired” according to their SDMT performance. Reaction time, accuracy and eye-tracking parameters were measured.
Results: The groups did not differ regarding age, gender, and visual acuity. Patients with impaired SDMT (cut-off SDMT-z-score < −1.5) performance needed more time to find and fixate the target (q = 0.006). They spent less time fixating the target (q = 0.042). Impaired patients had slower reaction times and were less accurate (both q = 0.0495) even after controlling for patients' upper extremity function. Exploratory analysis revealed that unimpaired patients had higher accuracy than impaired patients particularly when the announced target was in unexpected location (p = 0.037). Correlational analysis suggested that SDMT performance is inversely linked to the time to first fixation of the target only if the announced target was in its expected location (r = −0.498, p = 0.003 vs. r = −0.212, p = 0.229).
Conclusion: Dysfunctional visual search behavior may be one of the mechanisms translating cognitive deficits into difficulties in everyday tasks in MS patients. Our results suggest that cognitively impaired patients search their visual environment less efficiently and this is particularly evident when top-down processes have to be employed.
Kognitive Beeinträchtigungen (KB) sind ein häufiges Symptom bei Patienten mit Multipler Sklerose (MS). Diese führen im Alltags- und Berufsleben oft zu Einschränkungen. In der Standarddiagnostik der Multiplen Sklerose fehlt es aktuell an validierten, zeitsparenden, kostengünstigen sowie sprach- und bildungsunabhängigen Screening-Verfahren von KB. Ziel des Screenings ist es zu diskriminieren, welche Patienten einer ausführlichen neuropsychologischen Diagnostik unterzogen werden sollten. Als mögliche neue Screening-Verfahren wurden erstens die Sound-induced Flash Illusion (SiFI) als Paradigma multisensorischer Integration und zweitens das visuelle Suchverhalten anhand von Bildern natürlicher Umgebungen mit Hilfe der Technik des Eyetrackings (ET) verwendet.
Mittels SiFI wurden 39 Patienten mit schubförmiger (relapsing-remitting) MS (RRMS) und 16 primär- bzw. sekundär-progrediente (progressive) MS-Patienten (PMS) versus 40 gesunde Kontrollen (healthy controls, HC) auf eine verlängerte Perzeption der Illusion getestet. Im ET Versuch wurden 36 RRMS- und 12 PMS-Patienten versus 39 HC auf abweichende Fixationszeiten und Genauigkeiten untersucht. Um Zusammenhänge zwischen den Testleistungen der SiFI bzw. des ET und kognitiven Beeinträchtigungen herstellen zu können, wurde eine ausführliche neuropsychologische Testung durchgeführt.
Insgesamt nahmen MS-Patienten die Illusion der SiFI häufiger wahr als HC. Insbesondere PMS-Patienten erfuhren die Illusion bei großen Interstimulus-Intervallen signifikant öfter als HC. Zusätzlich ist bei MS-Patienten eine erhöhte Prädisposition, die Illusion der SiFI wahrzunehmen mit einem unterdurchschnittlichen Abschneiden in der neuropsychologischen Testung assoziiert. Des Weiteren ist die SiFI sprach- und bildungsunabhängig, kostengünstig und unterliegt bei Mehrfachtestung keiner Lerneffekte.
Beim ET zeigten MS-Patienten im Vergleich zu HC signifikant veränderte Fixationszeiten und reduzierte Genauigkeiten bei der Betrachtung von Bildern natürlicher Umgebungen. Beeinträchtigtes visuelles Suchverhalten war ein Prädiktor für eine verlangsamte Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit in der neuropsychologischen Testung. Zudem konnte anhand der ET-Daten zwischen RRMS- und PMS-Patienten diskriminiert werden.
Zusammenfassend bestätigte die Studie, dass durch die SiFI erfasste multisensorische Integration und durch ET analysiertes visuelles Suchverhalten geeignet sind, um KB bei MS-Patienten zu screenen. Insbesondere lieferte die Testleistung der SiFI einen robusten Bezug zum Abschneiden in der neuropsychologischen Testung. Gleichzeitig war durch die Analyse von visuellem Suchverhalten eine Vorhersage über den Krankheitsprogress möglich. Diese Forschungsergebnisse liefern Evidenz, um beide Methoden nach ergänzender Forschungsarbeit potentiell in den klinischen Alltag integrieren zu können. Eine frühe Detektion von KB bei MS-Patienten ist von hoher Relevanz, um lange eine hohe Lebensqualität zu gewährleisten. Daher können Erkenntnisse dieser Studie genutzt werden, um den Krankheitsverlauf langfristig positiv zu beeinflussen.