http://hdl.handle.net/1889/665 2013-05-22T10:23:01Z http://hdl.handle.net/1889/1941 Title: Neural correlates of aesthetic experience in art Authors: Di Dio, Cinzia Abstract: The present thesis discusses the results of studies on neuroesthetics, which were aimed at unfolding the basic mechanisms and processes underpinning the aesthetic experience for art and, in particular, its hedonic dimension. The type of art we considered is visual using, as main stimulus, the human body. Two studies were conducted using the functional magnetic resonance (fMRI) technique and two studies using the eye-tracking technique. The main results of our neuroimaging studies suggest that the hedonic character of one’s aesthetic experience is underpinned by the activation of a brain network, which includes cortical areas encoding the physical properties of the stimuli and, crucially, the right anterior insula. Interestingly, the direct comparison between brain activations during the aesthetic judgment of art stimuli (Classical sculptures) and of biological non-art stimuli (photographs of young athletes) further showed that the hedonic value of aesthetic experience, hallmarked by insula activation, is peculiar for artworks, distinguishing it from the aesthetic evaluation of non-art material.; La presente tesi discute i risultati di diversi studi che hanno trattato il tema della neuroestetica, una disciplina recente che indaga i correlati neurali dell’esperienza estetica associata all’arte. Il tipo di arte che abbiamo trattato è quella visiva utilizzando, come stimolo, il corpo umano. Due studi sono stati condotti utilizzando la tecnica della risonanza magnetica funzionale (fMRI) e due utilizzando la tecnica di registrazione dei movimenti oculari, eye-tracking. In questi studi abbiamo indagato, da un punto di vista cognitivo e neuro-anatomico, i processi che mediano l’esperienza estetica nell’arte e, in particolare, la sua dimensione edonistica. I dati principali dei nostri studi di suggeriscono che il piacere estetico è caratterizzato dall’attivazione di una rete neurale che include la codifica delle proprietà fisiche degli stimoli e, in particolare, l’insula anteriore destra. Il confronto diretto tra le attivazioni durante il giudizio estetico di stimoli artistici (sculture classiche) e di stimoli biologici non artistici (fotografie di giovani atleti) ha inoltre mostrato che l’attivazione del settore dorsale dell’insula anteriore è specifico per le opere d’arte. I risultati di questi studi favoriscono quindi l'ipotesi che il valore edonistico dell’esperienza estetica per l’arte ha una qualità propria, diversa da quella che caratterizza il giudizio estetico di stimoli non artistici. 2011-12-31T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1914 Title: The Bodily Self and The Role of its Disruption in Schizophrenia Authors: Ferri, Francesca Abstract: The first aim of my thesis was to shed new light on the contribution of the motor experience of one’s own body to our ability to implicitly differentiate between self and other. Behavioural and neuroimaging studies on healthy participants showed that i) a motor experience-based representation of the bodily self is encased within the sensorimotor system; ii) the necessary condition for this the sensorimotor representation of oneself, as bodily self, to emerge is that it is implicitly rather than explicitly accessed. The second aim of my thesis was to test whether disturbances of the basic sense of self in schizophrenia concern alterations of the implicit and pre-reflective representation of oneself, as bodily self. We found that that schizophrenic patients did not show the self-advantage effect described in healthy people. Indeed, when submitted to a visual matching task, they did not perform better with one’s own rather than others’ body stimuli. The third aim of my thesis was to investigate whether and to what extent social deficits in schizophrenia are primarily due to disturbances of bodily self-experience or rather are mostly determined by a primary deficit of the intersubjective domain. Schizophrenic patients showed aberrant neural processes underlying multisensory integration and differentiation between self and others’ bodily experiences, rather than altered vicarious neural activations during social perception. Our results suggest that disturbances of bodily self-experience may have a primary role in schizophrenia and that they may – at least partly– account for social deficits in schizophrenic patients.; Il primo obiettivo della mia tesi è stato indagare il contributo dell’esperienza motoria del proprio corpo rispetto alla capacità di distinguere sé dagli altri individui. Dati comportamentali e di neuroimaging funzionale ottenuti da partecipanti sani hanno evidenziato che i) una rappresentazione del sé corporeo mappa nel sistema sensorimotorio; ii) la condizione necessaria per far emergere la rappresentazione sensorimotoria del sé corporeo è che essa sia richiamata implicitamente, piuttosto che esplicitamente. Il secondo obiettivo della mia tesi è stato testare se il disturbo del senso minimo del sé, che si manifesta nella schizofrenia, abbia a che fare con alterazioni della conoscenza implicita e pre-riflessiva del sé corporeo. E’ stato osservato i pazienti schizofrenici non presentano il cosiddetto “vantaggio del sé” osservato negli individui sani. Infatti, sottoposti ad un compito di matching visivo, i pazienti non erano né più accurati né più veloci nel giudicare immagini che rappresentavano le proprie parti del corpo, rispetto a quelle che rappresentavano parti del corpo di altri individui. Il terzo obiettivo della mia tesi è stato indagare se e fino a che punto le alterazioni delle competenze sociali nella schizofrenia siano da ricondurre ai disturbi del sé corporeo, piuttosto che a disturbi specificamente pertinenti al dominio dell’intersoggettività. Nei pazienti sono state riscontrate alterazioni dei processi neurali sottostanti i meccanismi di integrazione multisensoriale e quelli che permettono di discriminare tra esperienze corporee vissute e osservate, piuttosto che alterazioni dei processi alla base delle esperienze vicarie. I risultati ottenuti suggeriscono che i disturbi del sé corporeo abbiano un ruolo primario nella schizofrenia e che possano - almeno in parte- rendere conto delle alterazioni delle competenze sociali nei pazienti schizofrenici. 2011-12-31T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1913 Title: Gesto e parlato: caratteristiche funzionali dei sistemi responsabili delle loro interazioni Authors: Campione, Giovanna Cristina Abstract: La presente tesi si propone di studiare le caratteristiche funzionali del sistema responsabile dei nessi motori tra mano e bocca (sistema di doppi comandi alla mano e alla bocca), con lo scopo ultimo di comprendere se esso possa essere, più o meno direttamente, responsabile delle interazioni esistenti tra gesto (manuale) e parlato. A questo scopo, saranno descritti e discussi due studi che utilizzano l’analisi cinematica del movimento e l’analisi dello spettro della voce dei partecipanti (destrimani, lingua nativa italiano). Il primo studio mostrerà che posture della mano (destra) e della bocca, implicitamente connesse all’interazione con oggetti di diverse dimensioni, influenzano rispettivamente le configurazioni della bocca e della mano (destra), assunte durante l’esecuzione di una successiva prensione. Il dato mostrante che la postura di un effettore è in grado di influenzare il successivo movimento dell’altro esclude che i nessi tra mano e bocca siano dovuti a un semplice meccanismo di accoppiamento temporale tra i movimenti dei due effettori distali. Uniti al risultato mostrante che le interazioni osservate sono specifiche per mano e bocca, e non estendibili ad altri effettori distali (es. piede), questi dati corroborano l’ipotesi che il sistema di doppi comandi alla mano e alla bocca possa essere alla base delle reciproche interazioni esistenti tra gesto e parola, se si considera che essi sono costituiti sia da posture che da movimenti. Infine, il primo studio mostrerà che posture implicanti una maggiore o minore apertura della bocca interna, associata alla produzione di vocali aperte e chiuse (/a/ e /i/), influenzano anch’esse la successiva prensione manuale. Anche questo risultato sembra confermare l’ipotesi che il sistema di doppi comandi alla mano e alla bocca possa essere alla base delle interazioni osservate tra gesto e parlato e che esso possa essere coinvolto nell’evoluzione di un sistema comunicativo verbale, a partire da un sistema comunicativo di tipo gestuale. Il secondo studio partirà dai dati appena descritti e compirà un passo avanti: per stabilire la natura delle interazioni tra gesti e parole è, infatti, necessario chiarire se posture della mano esprimenti gesti dotati di significato influenzino la produzione di unità fonemiche (es. vocali) e se questi eventuali effetti siano presenti anche durante la produzione di parole, il cui significato corrisponde a quello del gesto. Pertanto, nel secondo studio si analizzeranno gli effetti di gesti rappresentazionali (ossia, che indicano una proprietà fisica dell’oggetto di conversazione), sia uni manuali che bi manuali e il cui significato si riferisce a “grande” o “piccolo”, sulla pronuncia delle vocali /a/ e /i/ prodotte isolatamente o all’interno delle parole /grande/ e /piccolo/. I risultati dello studio confermeranno l’esistenza di nessi funzionali tra posture gestuali della mano destra e produzione di vocali, e proveranno nuovamente che tali interazioni sono dovute all’attività del sistema di doppi comandi alla mano e alla bocca. In più, i risultati del secondo studio riveleranno la presenza d’interazioni reciproche tra gesti e parole, dovute verosimilmente all’attività di un diverso sistema, che lega i due segnali grazie alla costruzione di una rappresentazione del loro significato, comune a tutti gli effettori usati (una mano, due mani e bocca). Quest’ultimo sistema è probabilmente più distribuito di quello di doppi comandi alla mano e alla bocca, anche se, presumibilmente, esso ne è il precursore. I legami tra gesto e parola sembrano stabiliti dal sistema in base a processi di categorizzazione semantica, mentre le interazioni tra posture della mano destra e produzione di vocali sembrano essere di natura più squisitamente motoria. Complessivamente, i risultati degli studi che saranno descritti nella presente trattazione, oltre ad approfondire le caratteristiche funzionali del sistema di doppi comandi alla mano e alla bocca, mostreranno che esso è parzialmente coinvolto nelle reciproche interazioni tra gesto e parlato, nel senso che, probabilmente, è stato il tramite iniziale per mezzo del quale tali reciprocità si sono stabilite.; This thesis is aimed at determining the functional properties of the system responsible for interactions between hand and mouth movements (dual hand-mouth motor command system). Furthermore, I am interested in discovering if this same system can also be involved in establishing the interactions existing between speech and gesture. To this purpose, I will describe and discuss two kinematic studies, in which I also used vocal spectra analysis of right-handed, Italian native speaker participants. The first study will show that postures of hand and mouth, implicitly linked to interactions with different sized object, can affect the kinematics of consequent mouth and hand grasps, respectively. This result rules out the possibility that interactions between hand and mouth are due to a simple temporal coupling mechanism between synchronic movements of the two effectors. Furthermore, the study will reveal that the observed relation between distal effectors is specific for hand and mouth. All these data are in accordance to the hypothesis that the dual hand-mouth motor command system is precursor of the system relating speech and gesture, since they are also made up of hand and mouth postures, and not only of hand and mouth movements. Moreover, and according to this view, the first study will show that postures of the internal mouth, related to production of open and closed vowels (/a/ and /i/), also affect the finger shaping during the consequent hand grasp. These data support the hypothesis that the dual hand-mouth motor command system could be involved in evolution of a communication system based on speech from a system based on manual gesture. The second study of the present thesis will try to understand what kind of relation links speech and gesture. To this purpose, I compared the effects of representational manual gestures, expressing the meaning of “large” and “small”, on pronunciation of vowels /a/ and /i/, either isolated or included in the words ”grande” (large) or “piccolo” (small). The results of this study will confirm the activity of the dual hand-mouth motor command system in establishing relations between hand posture (gesture production) and isolated vowel pronunciation. Moreover, the results will reveal the activity of another system that links speech (words) and gesture, by means of categorization processes of their meaning. Probably, the dual hand-mouth motor command system is precursor of the system relating speech and gesture, and it establishes motor functional relations between hand and mouth movements. On the other hand, the system that relates speech and gesture is probably more distributed, and its activity is based on categorization processes that provide a more abstract representation of the meaning of mouth and hand postures and movements, related to speech and gesture production. 2011-12-31T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1593 Title: Coding of grip type and action goal in premotor and parietal grasping neurons Authors: Ugolotti Serventi, Francesca Abstract: Per raggiungere e afferrare è necessario un complesso sistema neuronale per trasformare le proprietà fisiche degli oggetti in atti motori appropriati ad interagire con essi, e per organizzare questi atti in azioni finalizzate al conseguimento di uno scopo finale. Precedenti studi hanno indagato il contributo che singoli neuroni parietali e premotori possono fornire alla codifica del tipo di prensione da utilizzare per l’afferramento o dello scopo finale dell’azione in cui l’atto di afferramento è incluso. Tuttavia, nessun lavoro ha mai preso in considerazione se e come questi aspetti cruciali per l’organizzazione dell’azione possano essere codificati simultaneamente a livello di singolo neurone. In questo studio abbiamo registrato neuroni di afferramento dall’area parietale inferiore PFG e dall’area premotoria ventrale F5 di tre scimmie, mentre esse eseguivano semplici azioni “prendere per mangiare” e “prendere per piazzare”, ciascuna utilizzando almeno due tipi diversi di prensione per afferrare l’oggetto bersaglio (un pezzo di cibo o un oggetto). I risultati hanno mostrato che, in entrambe le aree, circa il 40% dei neuroni registrati codificano il tipo di prensione utilizzato per l’afferramento, indipendentemente dallo scopo finale dell’azione. Un numero inferiore di cellule (15% in F5 e 12% in PFG) è invece selettivo per lo scopo d’azione, indipendentemente dal tipo di prensione utilizzato per compiere l’afferramento. Infine, il 27% dei neuroni presenta un effetto combinato di entrambe le variabili. Le analisi di popolazione hanno dimostrato inoltre che la selettività per il tipo di prensione è generalmente maggiore di quella per lo scopo d’azione. La diversa eccitabilità elettrica e i pattern di connessioni delle aree F5 e PFG indicano che le loro proprietà funzionali simili potrebbero contribuire in modo diverso all’organizzazione delle azioni finalizzate. Questi risultati suggeriscono inoltre che lo scopo finale, ossia il “perché” di un’azione, possa interagire con la codifica di “come” gli atti motori che la compongono debbano essere eseguiti anche livello di singoli neuroni nella corteccia parietale inferiore e premotora ventrale.; Reaching and grasping require a complex neuronal system for turning objects physical properties into the appropriate motor acts for interacting with them, and to organize these acts into actions aimed at achieving a specific final behavioural goal. Previous studies investigated the relative contribution provided by single parietal and premotor neurons to the encoding of the grip type which had to be employed for grasping, or the final goal of the whole action in which the grasping act was embedded. However, no study has attempted to verify whether and how these aspects, which are crucial for action organization, could be simultaneously encoded at the single neuron level. In this study we recorded grasping neurons from the inferior parietal area PFG and the ventral premotor area F5 of three monkeys when they were performing simple “grasp-to-eat” and “grasp-to-place” actions, by using at least two distinct types of grip for each one. Results showed that, in both areas, about 40% of the recorded neurons encode the type of grip used for grasping, regardless of the final action goal. A lower number of cells (15% in area F5 and 12% in PFG) was, in contrast, selective only for the action goal, regardless of the type of grip employed for grasping the target. Finally, 27% of the recorded neurons showed an interaction effect of both grip type and action goal. Population analyses also showed that the selectivity for the type of grip is generally higher than that for the action final goal. The differences in terms of electrical excitability and patterns of connections between areas F5 and PFG indicate that their similar functional properties could differently contribute to the organization of intentional goal directed actions. These results also suggest that the final goal, that is the “why” of an action, and the type of grip, that is “how” its motor acts have to be performed, can interact even at the single neuron level in the inferior parietal and ventral premotor cortices. 2011-04-27T22:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1592 Title: The representation of tool use in the monkey cerebral cortex. An fMRI study Authors: Simone, Luciano Abstract: The representation of tool use in the monkey cerebral cortex. An fMRI study. Though other species of primates also use tools, humans appear unique in their capacity to understand the causal relationship between tools and the result of their use. The present fMRI experiments are part of a comparative study, parallel experiments were carried out in humans. We scanned naive monkeys, and two monkeys trained to use tools, while they observed hand actions and actions performed using simple tools. In monkeys, the observation of an action, regardless of how performed, activated occipitotemporal, intraparietal, and ventral premotor cortex, bilaterally. In humans, the observation of actions done with simple tools yielded an additional, specific activation of a rostral sector of the left inferior parietal lobule (IPL). This latter site it was not observed in monkey IPL for any of the tool videos presented, even after monkeys had become proficient in using a rake or pliers through extensive training. In conclusion, while the observation of a grasping hand activated similar regions in humans and monkeys, an additional specific sector of IPL devoted to tool use has evolved in Homo sapiens, although tool-specific neurons might reside in the monkey grasping regions. These results shed new light on the changes of the hominid brain during evolution.; La rappresentazione dell’uso di strumenti nella corteccia cerebrale di scimmia. Uno studio di risonanza magnetica funzionale. Sebbene altre specie di primati sono in grado di usare strumenti, l’uomo sembra essere unico nella sua capacità di comprendere quali siano le relazioni causali fra gli strumenti e il risultato ottenuto mediante il loro uso. I presenti esperimenti di risonanza magnetica funzionale sono parte di uno studio comparativo, esperimenti paralleli sono stati condotti sull’uomo. In questo studio sono state valutate le regioni corticali attivate durante l’osservazione di azioni eseguite con la mano e mediante l’utilizzo di strumenti sia in scimmie non addestrate che in scimmie addestrate all’utilizzo di strumenti. Nelle scimmie, l’osservazione di un’azione, a prescindere dall’effettore utilizzato, produceva l’attivazione delle cortecce occipitotemporale, intraparietale e premotoria ventrale. Nell’uomo, l’osservazione di azioni fatte con strumenti semplici produceva la specifica attivazione del settore anteriore del lobulo parietale inferiore di sinistra (IPL). Questo sito di attivazione non è stato riscontrato nel lobulo intraparietale inferiore della scimmia per nessuno dei video di strumenti presentati, anche dopo che la scimmia era stata addestrata all’utilizzo di un rastrello e di una pinza. In conclusione, mentre l’osservazione di un’azione di afferramento eseguita con la mano porta all’attivazione di regioni simili nell’uomo e nella scimmia, uno specifico settore di IPL dedicato all’utilizzo di strumenti si è sviluppato nell’Homo sapiens, sebbene neuroni specifici per l’uso di strumenti essere presenti nelle regioni coinvolte in azioni di afferramento della scimmia. 2011-03-31T22:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1590 Title: Voluntary control of vocalization in the macaque ventral premotor cortex Authors: Roda', Francesca Abstract: The voluntary control of phonation is a crucial achievement in the evolution of speech. In humans, ventral premotor cortex (PMv) and Broca’s area are known to be involved in voluntary phonation. In contrast, no neurophysiological data are available about the role of the oro-facial sector of non-human primates PMv in this function. In order to address this issue, we recorded PMv neurons from two monkeys trained to emit coo-calls. Results showed that a population of motor neurons specifically fire during vocalization. About two thirds of them discharged before sound onset, while the remaining were time-locked with it. The response of vocalization-selective neurons was present only during conditioned (voluntary) but not spontaneous (emotional) sound emission. These data suggest that the control of vocal production exerted by PMv neurons constitutes a newly emerging property in the monkey lineage, shedding light on the evolution of phonation-based communication from a nonhuman primate species. 2011-03-31T22:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1589 Title: Anatomo-functional organization of the lateral part of primary motor and premotor cortices of the macaque monkey Authors: Maranesi, Monica Abstract: Le attuali conoscenze sulle diverse funzioni assolte dalle aree localizatte tra il solco arcuato inferiore e il solco centrale della scimmia sono prevalentemente basate su studi sperimentali focalizzati su ristretti settori corticali. Manca una visione generale sulla distribuzione delle proprietà funzionali di questa ampia regione e, soprattutto, abbiamo scarse informazioni sulla sua convessità laterale. In questo studio sono state utilizzate la microstimolazione intracorticale e la registrazione extracellulare dell’attività neuronale su due scimmie allo scopo di descrivere le proprietà funzionali generali dell’intera regione e la loro relazione con le diverse suddivisioni citoarchitettoniche di cui si compone, ovvero, le aree F1, F4 ed F5. I risultati mostrano che nella porzione caudale della regione registrata esiste un settore ventrale che attraversa i bordi anatomici tra F4 ed F1, caratterizzato da elevata eccitabilità elettrica, movimenti semplici di bocca, frequenti risposte somatosensoriali ma assenza di risposte visive, mentre la controparte dorsale delle stesse aree presenta soglie di stimolazione più alte, atti motori di braccio-mano e bocca e diversi tipi di risposte visive. Nella porzione rostrale della regione registrata, l’area F5c sembra ben caratterizzata sia dal punto di vista anatomico che funzionale, mostrando un drastico crollo dell’eccitabilità elettrica, spiccata specificità motoria per il tipo di prensione utilizzato per afferrare oggetti, e proprietà visive più complesse, come per esempio risposte di tipo “mirror”. Nel complesso, questi dati consentono di delineare alcune similarità funzionali tra la corteccia motoria frontale dell’uomo e della scimmia, suggerendo che i settori posteriori siano maggiormente coinvolti nell’organizzazione e controllo fine di atti motori diretti ad uno scopo e movimenti della bocca entro parti diverse dello spazio personale e peri-personale, mentre la corteccia premotoria ventrale rostrale possiede la capacità di sfruttare la conoscenza motoria dell’individuo ad un livello più astratto, consentendo l’emergere di funzioni socio-cognitive che potrebbero essere state importanti precursori per l’evoluzione del linguaggio umano.; The current knowledge on the different functions played by the areas comprised between the inferior arcuate and the central sulcus of the monkey is mainly based on experimental studies focused on restricted cortical sectors, and only few information is available about its lateral convexity. Here we carried out intracortical microstimulations (ICMS) and extracellular recordings of neuronal activity in the most lateral portion of the frontal motor and premotor cortex of two macaque monkeys, to the purpose of describing the functional properties of these regions and their relationship with the different cytoarchitectonic subdivisions, namely, area F1, F4 and F5. Results showed that in the caudal part of the recorded region there is a ventral sector encompassing the anatomic border between F4 and F1, which appears characterized by high electrical excitability, mouth simple movements, and absence of visual properties, while the dorsal counterpart of the same areas show higher stimulation thresholds, forelimb and mouth motor acts, and different types of visual properties. In the rostral part of the recorded region, area F5c appears to be well characterized from both the anatomical and functional point of view, showing a dramatic drop of cortical excitability, higher motor specificity for the type of grip, and more complex visual properties, such as mirror responses. Taken together, these data allow to trace some functional similarities between the monkey and the human frontal motor cortex, suggesting that the posterior sectors are more involved in the organization and fine control of goal directed motor acts and mouth movement within different part of the personal and peripersonal space, while the rostral ventral premotor cortex possesses the capacity to exploit the individual’s motor knowledge at a more abstract level, enabling the emergence of socio-cognitive functions which could have been important precursors for the evolution of human language. 2010-12-31T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1445 Title: Pianificazione e comprensione dell'azione nell'autismo Authors: Fabbri Destro, Maddalena Abstract: L’autismo è una sindrome dello sviluppo del bambino caratterizzata da un comportamento sociale atipico, da disturbi della comunicazione, sia verbale sia non verbale, e da comportamenti ripetitivi. E’ stata per lungo tempo considerata una patologia delle cosiddette funzioni superiori del cervello ed inizialmente classificata fra le psicosi. Tuttavia gli sviluppi degli ultimi anni di ricerca hanno evidenziato come il disturbo dello spettro autistico accanto alle alterazioni caratteristiche in ambito sociocomunicativo ed emotivo, comporti anche particolari deficit di organizzazione del movimento. Alcuni anni fa è stata avanzata l’ipotesi che alla base dell’incapacità dei bambini con autismo di entrare in relazione con gli altri (di capire gli altri) vi sia un malfunzionamento del sistema specchio. Dati sperimentali hanno dimostrato che effettivamente nei soggetti affetti da autismo vi è un deficit di attivazione del sistema specchio durante l’osservazione di azioni compiute da altri. 2010-03-22T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1419 Title: New insight on the functions organization of the insula of Reil and the inner perisylvian regions: a multidisciplinary approach Authors: Jezzini, Ahmad Moustafa Abstract: The insula of Reil is a wide cortical region (~ 160mm² in rhesus monkey) buried in the depth of the sylvian fissure with an incomplete opercularization in non-human primates that reaches a complete opercularization only in the human brain. Researchers attributed to the insula and adjoining perisylvian regions in both monkeys and humans a very wide range of functions including autonomic and visceral functions, emotions, processing of various sensorial modalities (gustatory, olfactory, somatosensory, auditory). Based on these observations, the present research was undertaken in order to assess the eventual role of the insula and inner perisylvian regions in each of these functions. Two complementary approaches were combined: intracortical microstimulation in awake free behaving monkeys and anatomical connection study. The first study investigates the functional organization of the insula and inner perisylvian regions in macaque monkeys in order to assess a possible somatotopic organization. ICMS experiments were carried out on two awake free-moving rhesus monkeys (macaca mulatta). ICMS was performed with 50 Hz biphasic waves (0.2 msec of phase width) lasting from 50 msec up to 3 sec. Intensity was varied in a range up to 4 mA. During experiments, overt behavior and cardiac activity (ECG) evoked by ICMS have been monitored. The results showed that ICMS of inner perisylvian regions evokes a wide range of behavioral responses, which appeared to be roughly somatotopically arranged. In the rostral part a representation of oro-alimentary behaviour is present; responses like chewing, mouthing and deglutition prevail dorsally (frontal operculum and dorsal insula). In the ventral part (anterior ventral insula), strong viscero-motor responses (vomiting) are evoked. In the middle part (fronto-parietal operculum and middle dorsal insula), complex behaviours are evoked. In the dorsal caudal part (parietal operculum and posterior dorsal insula), simple motor responses involving distal and proximal effectors are evoked. Moreover, in the ventral intermediate sector of the insula, ICMS evoked communicative responses: the stimulations induced the monkey to lip-smack only when facing the experimenter. In the ventral insula and the lower bank, a miscellaneous of stereotyped and repetitive responses was also present. For what concerns the effects of ICMS on the autonomic system, a heart rate variability (HRV) analysis was carried out. The results showed different responses (bradycardia and tachycardia) along the rostro-caudal axis: bradycardia was evoked by stimulation of the rostral portion, showing an increase of the effect along the dorso-ventral axis. The posterior part of the studied regions showed a segregation of spots where stimulation induces bradycardia, tachycardia and no-effect. The present results show the involvement of inner perisylvian regions in the control of behavior as well as in the control of autonomic nervous system functions. Moreover, they show that such control obeys to a coarse somatotopically arranged segregation of functions within the explored regions. In the second experiment, we investigated the cortical and subcortical connections of the insular cortex. Three anatomical tracers were injected in three different sites where the functional properties were studied by mean of ICMS. On the one hand, the findings of this experiment are in agreement with what had been reported in the literature. The anterior insulo-orbital regions where oro-alimentary behaviours were evoked are connected with orbito-frontal areas (area 12, 11, 13 and 14), the rostral ventral prefrontal cortex (area 46), the precentral opercular area (PrCO), anterior cingulate areas (24b\c and 24a, 32), temporal pole, superior temporal pole (STP), inferior temporal gyrus (TEm, TEa\d), entorhinal cortex, baso-lateral amygdaloid nuclei, hypothalamus and ventral tegmental area (VTA). The ventral middle insula, where communicative responses were evoked, shows connections with areas 12r\m, 13l\m and 11 of the orbitofrontal cortex, area 45a of the prefrontal cortex, with area 44, area F5c of the premotor cortex, disgranular opercular area (DO), areas 24c and 24b of the cingulate cortex, temporal pole, TEa and TEm of the inferior temporal cortex, IPa and amygdala. Injection in the most medial part of SII, bordering with the posterior dorsal insula, where simple movement of lower limbs were evoked, is connected with area F3 of the premotor cortex, primary motor cortex, posterior cingulate areas (32, 24d, 23c), primary and secondary somatosensory areas, superior parietal cortex (PE, MIP) and inferior parietal lobule (AIP, PFop, PGop). On the other hand, these findings are in agreement with the functional properties of the injected sites, since the connected areas are functionally involved in different aspects of the behaviours evoked by ICMS performed in the injected loci. Taken together, the findings of these two experiments not only confirm a role of the insular cortex and the inner perisylvian regions in a wide range of behaviours and in the control of the autonomic functions, but also improve our understanding of the dynamics of the involvement of the stimulated regions within neural networks responsible of complex behaviours. 2010-03-22T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1416 Title: Osservazione di atti di prensione manuale e controllo del parlato Authors: Dalla Volta, Riccardo Abstract: Questo studio intende valutare se il controllo del linguaggio parlato sia influenzato dal sistema specchio (mirror system). Consta di una parte comportamentale, dove si sono studiati gli effetti, sulla pronuncia di sillabe, relativi all’osservazione di gesti di interazione manuale e podalica con oggetti di diverse dimensioni, e di una parte neurofisiologica, dove è stata impiegata la Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS) per studiare come l’eccitabilità delle aree corticali motorie della mano e della bocca si modifica in seguito all’osservazione dei medesimi gesti. Il paradigma dell’esperimento comportamentale prevedeva l’osservazione di brevi filmati che mostravano gesti di afferramento manuale o movimenti di blocco col piede di oggetti aventi diverse dimensioni, oppure l’osservazione dei medesimi oggetti presentati da soli. Il tipo di movimento osservato e la sua cinematica variavano in accordo con le dimensioni degli oggetti afferrati. Specificamente, sono state presentate tre serie di filmati: nella prima venivano mostrati la presa di forza di frutti grandi e la presa di precisione di frutti piccoli con la mano destra oppure gli stessi frutti da soli. Nella seconda i frutti erano sostituiti da solidi grandi o solidi piccoli mentre nella terza venivano mostrati movimenti rapidi di blocco di una palla da calcetto con la pianta del piede o movimenti più lenti di blocco di una pallina da tennis con la punta del piede destro. In questo esperimento sono stati registrati e analizzati lo spettro della voce e la cinematica delle labbra dei partecipanti, istruiti a pronunciare la sillaba DA quando, nei filmati osservati, la mano o il piede toccavano gli oggetti oppure quando compariva uno spot bianco negli oggetti presentati da soli. I risultati ottenuti mostrano primariamente che la formante 1 della voce risulta modulata dal tipo di movimento manuale osservato, essendo maggiore per la presa di forza rispetto alla presa di precisione. Nessuna modulazione invece si è osservata in risposta alla presentazione di movimenti del piede né degli oggetti da soli. Nel secondo esperimento dello studio abbiamo stimolato con singoli impulsi di TMS la rappresentazione della mano a livello della corteccia motoria mentre i partecipanti osservavano due tipi di afferramento con la mano, cioè la presa di forza di frutti grandi e la presa di precisione di frutti piccoli. Contemporaneamente alla stimolazione abbiamo registrato il Potenziale Evocato Motorio (PEM) dai muscoli intrinseci della mano attivi in entrambi i tipi di prensione. Il PEM è risultato più ampio durante l’osservazione di una presa di forza rispetto a quella di precisione. Negli esperimenti 3-5 la TMS è stata applicata alla rappresentazione della lingua sulla corteccia motoria di partecipanti che pronunciavano in modo covert la sillaba DA e contemporaneamente osservavano l’afferramento di oggetti di diverse dimensioni con una presa di forza o con una presa di precisione (esperimento 3), pantomime dei medesimi afferramenti (esperimento 4) oppure gli oggetti grandi o piccoli presentati da soli (esperimento 3 e 5). I PEM della lingua erano più ampi quando i partecipanti osservavano la presa di forza piuttosto che quella di precisione, a prescindere che si trattasse di una presa reale o di una pantomima. Nessuna modulazione significativa, invece, è stata osservata quando venivano presentati gli oggetti da soli ma non le prensioni. Infine nell’esperimento 6 i partecipanti osservavano un piede che interagiva con oggetti grandi o piccoli o i medesimi oggetti da soli. Di nuovo, non abbiamo osservato una modulazione del PEM. Questi esperimenti mostrano che l’osservazione di gesti di prensione manuale influenza in maniera specifica la pronuncia di sillabe. Più in generale, questi dati sono a favore dell’esistenza, anche nell’uomo, di un sistema specchio della mano e di un sistema di doppi comandi motori per la mano e per la bocca, così come è stato già descritto nella scimmia. Di più, questo studio costituisce, a nostra conoscenza, la prima evidenza di tipo neurofisiologico dell’esistenza, anche nell’uomo, di un sistema di doppi comandi motori per la mano e per la bocca. Questi due sistemi operano in modo sinergico quando azioni transitive, cioè rivolte ad oggetti, coinvolgono sia la mano che la bocca. Ogni qualvolta viene generata una rappresentazione motoria interna di un’azione transitiva fatta con la mano il sistema di doppi comandi trasferisce alcuni aspetti di questa rappresentazione, come ad esempio il suo scopo, alla bocca. 2010-02-28T23:00:00Z