Abstract The degree to which the adult human visual cortex retains the ability to functionally adapt to damage at the level of the eye remains ill-understood. Previous studies on cortical neuroplasticity primarily focused on the consequences of foveal visual field defects (VFD), yet these findings may not generalize to peripheral defects such as occur in glaucoma. Moreover, recent findings on neuroplasticity are often based on population receptive field (pRF) mapping, but interpreting these results is complicated in the absence of appropriate control conditions. Here, we used fMRI-based neural modeling to assess putative changes in pRFs associated with glaucomatous VFD. We compared the fMRI-signals and pRF estimates in participants with glaucoma to those of controls with case-matched simulated VFD. We found that the amplitude of the fMRI-signal is reduced in glaucoma compared to control participants and correlated with disease severity. Furthermore, while coarse retinotopic structure is maintained in all participants with glaucoma, we observed local pRF shifts and enlargements in early visual areas, relative to control participants. These differences imply that the adult brain retains local neuroplasticity. This finding has translational relevance, as it is consistent with VFD masking, which prevents glaucoma patients from noticing their VFD and seeking timely treatment.

Abstract Purpose To evaluate the accuracy and reliability of functional magnetic resonance imaging (fMRI)-based techniques to assess the integrity of the visual field (VF). Methods We combined fMRI and neurocomputational models, i.e conventional population receptive field (pRF) mapping and a new advanced pRF framework “micro-probing” (MP), to reconstruct the visual field representations of different cortical areas. To demonstrate their scope, both approaches were applied in healthy participants with simulated scotomas (SS) and participants with glaucoma. For the latter group we compared the VFs obtained with standard automated perimetry (SAP) and via fMRI. Results Using SS, we found that the fMRI-based techniques can detect absolute defects in VFs that are larger than 3 deg, in single participants, and based on 12 minutes of fMRI scan time. Moreover, we found that MP results in a less biased estimation of the preserved VF. In participants with glaucoma, we found that fMRI-based VF reconstruction detected VF defects with a correspondence to SAP that was decent, reflected by the positive correlation between fMRI-based sampling density and SAP-based contrast sensitivity loss (SAP) r 2 =0.44, p=0.0002.This correlation was higher for our new approach (MP) compared to that for the conventional pRF analysis. Conclusions fMRI-based reconstruction of the VF enables the evaluation of vision loss and provides useful details on the properties of the visual cortex. Translational Relevance fMRI-based VF reconstruction provides an objective alternative to detect VF defects. It may either complement SAP, or could provide VF information in patients unable to perform SAP.