Impact of visual impairment on cognition : filling the gap between theoretical studies of glaucoma and applied rehabilitation tools
Impact de l’atteinte visuelle sur la cognition : application des connaissances théoriques pour le développement d’outils numériques adaptés aux patients glaucomateux
Résumé
Glaucoma is a complex visual disorder clinically defined by the optic nerve degeneration and progressive loss of peripheral to central vision. Brain imaging studies have shownthat damage to the optic nerve not only alters the sensory functions of patients, but also has consequences for neuroanatomical structures at the central nervous system level. The impact of these neurophysiological changes on the cognitive abilities of patients remains poorly documented.Two lines of research with glaucoma patients were conducted during this Ph.D. work.First, the theoretical framework aimed to understand the impact of visual impairment on cognition : through visual-cognitive tasks, monitored by electroencephalography or eyetracking.Secondly, the applied research explored the impact of glaucoma on computer useand assessed specific adaptations of the graphical interface to this form of visual impairment.To measure subjective preferences and objective performances of patients towards graphical enhancement, two experiments monitored by eye-tracking were conducted usingecological computer scenes.The global overview of our results showed that glaucoma patients display different braindynamics and top-down compensation mechanisms compared to controls. At a neurophysiologicallevel, the perceptual deficit induces a delay in the early stages of visual information processing but seems to be compensated by later mechanisms involved in the cognitive task. At a behavioral level, our theoretical and applied experiments highlighteds lower and fewer oculomotor activities in the healthy central visual field of patients. These oculomotor modifications appear to alter the visual performance of patients in theoretical experimental settings, and conversely maintain similar performance to controls in more ecological situations. Experiments dedicated to the difficulties encountered during computer use emphasized a major effect of normal aging of the visual system. However, the enhancement of graphical properties seemed to benefit a part of the glaucomatous population tested, exhibiting severe glaucoma with central vision impairment and contrast sensitivity deficit. This research contributes to the understanding of the impact of glaucoma on cognition andopen new research perspectives on the neurophysiological and oculomotor compensations of patients. Further adaptations of computer graphical interface remain to be explored to propose a digital solution to a larger number of glaucoma patients.
Le glaucome est un trouble visuel complexe défini par la dégénérescence du nerf optique et la perte progressive de la vision périphérique jusqu’à la vision centrale. Les études en imagerie cérébrale démontrent que les dommages causés sur le nerf optique altèrent non seulement les fonctions sensorielles des patients, mais entraînent également des conséquencessur les structures neuroanatomiques à l’échelle du système nerveux central. L’incidence de ces modifications neurophysiologiques sur les capacités cognitives des patients reste aujourd’hui peu documentée.Les travaux menés dans cette thèse ont été conduits selon deux axes de recherche. Premièrement,le cadre expérimental théorique a permis de préciser l’impact de l’atteinte visuelle sur les capacités cognitives des patients à l’aide de tâches visuo-cognitives, monitorées en Électroencéphalographie ou en Eye-Tracking. Deuxièmement, le cadre expérimental appliqué visait à mesurer l’impact du glaucome sur l’utilisation des ordinateurs au quotidien,ainsi que conceptualiser et tester une adaptation des interfaces graphiques en fonction du déficit visuel. Deux études monitorées en Eye-Tracking ont été réalisées à partir de scènes informatiques écologiques pour mesurer les préférences subjectives et les performances objectives des patients face à une première version d’optimisation des écrans d’ordinateurs.Comparativement aux groupes contrôles, la vue d’ensemble des résultats a mis en évidence chez les patients des dynamiques cérébrales différentes et des mécanismes de compensation stop-down. À un niveau neurophysiologique, le déficit perceptif entraîne un délai des premières étapes du traitement de l’information visuelle, mais semble compensé par des mécanismes plus tardifs impliqués dans la tâche cognitive. À un niveau comportemental,nos expériences théoriques et appliquées ont mis en évidence un ralentissement significatif des mouvements oculaires des patients dans leur champ visuel central sain. Ces modifications oculomotrices semblent altérer les performances visuelles des patients dans des contextes expérimentaux théoriques, mais à l’inverse ; elles permettent de conserver des performances similaires aux contrôles dans des contextes plus écologiques. Les études dédiées aux difficultés rencontrées durant l’utilisation des outils numériques ont mis en évidence un effet majoritaire du vieillissement sain du système visuel. L’optimisation des propriétés graphiques des écrans d’ordinateur bénéficie toutefois à la population présentant une atteinte sévère du champ visuel central doublée d’une importante perte de sensibilité au contraste.Les résultats contribuent à la compréhension de l’impact du glaucome sur la cognition et ouvrent de nouvelles perspectives de recherche sur les compensations neurophysiologiques et oculomotrices des patients. De nouvelles pistes d’optimisation des écrans d’ordinateurs restent à explorer afin de proposer une aide numérique pour une plus large population de patients glaucomateux.
Origine : Version validée par le jury (STAR)