Il ruolo della propriocezione nella modulazione dello spazio peripersonale: un’analisi comportamentale e dei correlati elettrofisiologici

The perception of the reality around us is the result of a complex process of multisensory integration, which also plays a crucial role in the perception of our own body and the identification of peripersonal space. This space can be defined as the area immediately surrounding the body, characterized by significant plasticity and sensitivity to multisensory stimuli. Studies focusing on the spatial-dependent modulation of multisensory integration are characterized by the use of experimental paradigms centered on the variation of the spatial position of auditory or visual stimuli relative to the subjects' bodies. In this study, an innovative methodology is introduced to investigate the spatial modulation of multisensory integration. Specifically, through the use of an auditory enhancement of touch paradigm, the study examined the modulation ability of the auditory and proprioceptive modalities on the representation of peripersonal space relative to the subjects' left hand. The innovation in this study lies in the modulation of spatial contiguity by exploiting the proximity of the body to the auditory stimulus, rather than the stimulus to the body. Three experiments were carried out: two focused on measuring the behavioral variable of reaction time to tactile stimulations, and one in which the modulation induced by multisensory integration was assessed using EEG. Two variants of the first experiment were carried out: in the first (auditory task) reaction times to tactile stimulations were recorded by manipulating the distance, from the subject's body, of a simultaneous sound stimulus. In the second variant (proprioceptive task), on the other hand, the role of proprioception in inducing spatial modulation was investigated: that is, the participant was required to actively vary the position of the limb in correlation with the sound source. In the auditory task, stimuli close to the tactually stimulated limb improved reaction time. In the proprioceptive task, however, no spatial-dependent effect related to MSI was shown that is, the bimodal audio-tactile condition elicited facilitation regardless of the distance between the limb and the sound source. In order to understand whether these results were attributable to active arm displacement, a second experiment was conducted. In this version, the distance between the limb in the "far" position and the speaker was increased by 30 cm. Following this modification, the presence of significant spatial-dependent modulation of the MSI has been revealed: these results ruled out the possibility that active movement could have induced an enlargement of the PPS to include sources of sound stimulation and identified the lower accuracy of the proprioceptive channel compared with the auditory channel. In the last experiment, the EEG technique was employed, and the derived signal was subjected to frequency tagging analysis. In that case, a different experimental paradigm was implemented involving continuous tactile stimulation and trains of auditory signals administered at the same frequency of 5 Hz. The results showed spatial modulation of multisensory integration, only in the bimodal condition. The positive evidence obtained in these studies represents initial evidence of the possibility of using paradigms similar to those proposed, in studies conducted on populations of infants, children or subjects with cognitive deficits.

La percezione unitaria della realtà che ci circonda è il risultato di un complesso processo di integrazione multisensoriale, la quale svolge un ruolo cruciale anche nella percezione del proprio corpo e nell’identificazione dello spazio peripersonale. Esso è definibile come l’area immediatamente circostante il corpo, caratterizzata da una significativa plasticità e sensibile alle stimolazioni multisensoriali. Gli studi incentrati sulla modulazione spazio-dipendente dell’integrazione multisensoriale, sono tutti caratterizzati dall’utilizzo di paradigmi sperimentali incentrati sulla variazione della posizione spaziale di stimoli uditivi o visivi rispetto al corpo dei soggetti. In questo studio, si è proposta una metodologia innovativa per lo studio della modulazione spaziale dell’integrazione multisensoriale. Nel dettaglio, tramite l’impiego di un paradigma di auditory enhancement of touch, è stata indagata la capacità di modulazione della modalità uditiva e di quella propriocettiva sulla rappresentazione dello spazio peripersonale relativo alla mano sinistra dei soggetti. L’innovazione dello studio risiede nella modulazione della varianza della contiguità spaziale ottenuta sfruttando la vicinanza del corpo allo stimolo uditivo e non dello stimolo al corpo. Sono stati condotti tre esperimenti, due incentrati sulla misurazione della variabile comportamentale dei tempi di reazione alle stimolazioni tattili e uno in cui la modulazione indotta dalla MSI è stata valutata tramite l’EEG. Del primo esperimento sono state realizzate due varianti: nella prima (auditory task) sono stati registrati i tempi di reazione alle stimolazioni tattili manipolando la distanza, dal corpo del soggetto, di un contemporaneo stimolo sonoro. Nella seconda variante (proprioceptive task) è stato invece indagato il ruolo della propriocezione nell’indurre una modulazione spaziale: al partecipante, cioè, era richiesto di variare attivamente la posizione dell’arto rispetto alla fonte sonora. Nell’auditory task, gli stimoli vicini all’arto tattilmente stimolato hanno migliorato i tempi di reazione. Nel proprioceptive task, invece, non è stato evidenziato alcun effetto spazio-dipendente relativo alla MSI: la condizione bimodale audio-tattile cioè, ha elicitato una facilitazione indipendentemente dalla distanza fra l’arto e la fonte sonora. Allo scopo di comprendere se tali risultati fossero riconducibili allo spostamento attivo del braccio è stato condotto un secondo esperimento. In questa versione è stata aumentata di 30 cm la distanza tra l’arto in posizione “far” e la cassa. A seguito di tale modifica, è stata evidenziata la presenza di una significativa modulazione spazio-dipendente della MSI: tali risultati hanno escluso la possibilità che il movimento attivo potesse aver indotto un ampliamento del PPS fino ad includere le fonti di stimolazione sonora e indentificato la minor precisione del canale propriocettivo rispetto a quello uditivo. Nell’ultimo esperimento, è stata impiegata la tecnica dell’EEG e il segnale ricavato è stato sottoposto ad un’analisi di frequency tagging. In tal caso, è stato implementato un paradigma sperimentale differente che prevedeva la somministrazione di stimolazioni tattili continue e treni di segnali uditivi somministrati alla medesima frequenza di 5 Hz. I risultati hanno evidenziato una modulazione spaziale dell’integrazione multisensoriale, solamente in condizione bimodale.