In humans, each hemisphere comprises an overlay of two visuotopic maps of the contralateral visual field, one from each eye. Is the capacity of the visual cortex limited to these two maps or are plastic mechanisms available to host more maps? Using an integrative approach of submillimeter fMRI, diffusion-weighted imaging and population receptive field mapping, we found three hemiretinal inputs to converge onto the left hemisphere in a rare individual with chiasma hypoplasia. This generates extremely atypical responses in striate and extrastriate cortices, specifically an overlay of three hemifield representations. Unexpectedly, the effects of this large abnormality on visual function in daily life are not easily detected. We conclude that developmental plasticity including the re-wiring of local intra- and cortico-cortical connections is pivotal to support the coexistence and functioning of three hemifield maps within one hemisphere.

Objective The human optic chiasm comprises partially crossing optic nerve fibres. Here we used diffusion MRI (dMRI) for the in-vivo identification of the abnormally high proportion of crossing fibres found in the optic chiasm of people with albinism.Methods In 9 individuals with albinism and 8 controls high-resolution 3T dMRI data was acquired and analyzed with a set of methods for signal modeling [Diffusion Tensor (DT) and Constrained Spherical Deconvolution (CSD)], tractography, and streamline filtering (LiFE, COMMIT, and SIFT2). The number of crossing and non-crossing streamlines and their weights after filtering entered ROC-analyses to compare the discriminative power of the methods based on the area under the curve (AUC). The dMRI results were cross-validated with fMRI estimates of misrouting in a subset of 6 albinotic individuals.Results We detected significant group differences in chiasmal crossing for both unfiltered DT (p=0.014) and CSD tractograms (p=0.0009) also reflected by AUC measures (for DT and CSD: 0.61 and 0.75, respectively), underlining the discriminative power of the approach. Estimates of crossing strengths obtained with dMRI and fMRI were significantly correlated for CSD (R2=0.83, p=0.012). The results show that streamline filtering methods in combination with probabilistic tracking, both optimized for the data at hand, can improve the detection of crossing in the human optic chiasm.Conclusions Especially CSD-based tractography provides an efficient approach to detect structural abnormalities in the optic chiasm. The most realistic results were obtained with filtering methods with parameters optimized for the data at hand.Significance Our findings demonstrate a novel anatomy-driven approach for the individualized diagnostics of optic chiasm abnormalities.Highlights