Body ownership e sistema somatosensoriale: evidenze comportamentali ed elettrofisiologiche durante l'illusione della mano di gomma

The main purpose of this thesis was to investigate the effect of experimentally manipulating the Body Ownership (BO), namely the feeling of one's own body belongs to himself (Ehrsson, 2020) on the somatosensory system. BO can be altered in healthy subjects by means of the Rubber Hand Illusion (RHI), which consists of an illusion generated by a multisensory mismatch between vision of a rubber hand being stroked and the tactile input originated by a synchronous stroking on the participant's real hand (Botvinik and Cohen, 1998). It has been proposed that, to solve this mismatch, the visual information (i.e., vision of the rubber hand being stroked) acquires more importance, and its activity is up-regulated, while somatosensory information (i.e., the tactile stimulation occurring on the real hand), is down-regulated (Zeller et al., 2014; Zeller et al., 2016; Limanowski et al., 2016) so that the tactile input is remapped onto the rubber hand and a feeling of embodiment over the dummy is originated. The first and the second chapter of this thesis, the current literature concerning the main characteristics and the neural correlates of BO and the behavioral and electrophysiological evidence supporting the downregulation of the somatosensory processing after the RHI is reviewed. In the third chapter, the behavioral experiment conducted in this thesis is described: 10 healthy subject were recruited to perform the two-point discrimination task (2PDT), which consists in discriminating whether 1 or 2 tactile stimuli are delivered on subjects' hand, after the synchronous RHI a control condition wherein the stroking occurring onto the rubbery and the real hand is asynchronous and no illusion is elicited (asynchronous condition) and in a baseline condition (touch). Preliminary results show an attenuation of the performance in the 2PDT task with respect to the baseline only after the synchronous condition compared to the asynchronous condition. The fourth chapter describes a previous electrophysiological experiment, in which somatosensory evoked potentials elicited by the median nerve electrical stimulation (MN-SEP) were recorded by means of an EEG system in 8 healthy subjects, with the aim of observing the activity of the primary somatosensory cortex (S1) after RHI. Preliminary results show a reduction of peak amplitudes of both early and late components of the MN-SEP in the synchronous compared to the asynchronous condition. Altogether, these two experiments' provide behavioral and electrophysiological evidence of a downregulation of somatosensory processing following the embodiment of a dummy arm.

L'obiettivo principale di questa tesi è indagare l'effetto di una modulazione di Body Ownership (BO), ovvero la percezione del proprio corpo come appartenente a se stesso (Ehrsson, 2020), sul sistema somatosensoriale. Il senso di BO può essere manipolato in soggetti sani tramite il paradigma sperimentale della Rubber Hand Illusion (RHI), un'illusione che consiste nell'induzione di un conflitto multisensoriale tra la vista di una mano di gomma che viene toccata ed un tocco sincrono ricevuto sulla propria mano nascosta alla vista (Botvinik e Cohen, 1998). È stato proposto che, per risolvere questo conflitto, il cervello attribuisca peso maggiore all'informazione visiva (il tocco osservato sulla mano di gomma), la cui attività è up-regolata, a discapito di quella somatosensoriale (il tocco percepito sulla propria mano), la cui attività è down-regolata (Zeller et al., 2014; Zeller et al., 2016; Limanowski et al., 2016), dando luogo ad un rimappaggio della sensazione tattile sulla mano di gomma osservata, risultando in una sensazione “come se” la mano di gomma fosse la propria. I primi due capitoli di questa tesi propongono una revisione della letteratura presente, descrivendo le caratteristiche principali e i circuiti neurali coinvolti nella BO e le principali evidenze comportamentali e fisiologiche a supporto della down-regulation del processing somatosensoriale. Nel terzo capitolo viene descritto l'esperimento condotto a livello comportamentale: a 10 soggetti sani è stato somministrato un compito di two-point discrimination (2PDT), che consiste nella discriminazione di stimoli tattili dati sul palmo della mano, dopo la condizione sincrona in cui si verifica l'illusione, dopo la condizione di controllo in cui il tocco sulla mano di gomma e quello sulla mano reale del soggetto non sono sincrone e non si verifica l'illusione (condizione asincrona) e in una condizione di baseline (condizione solo touch). I risultati preliminari mostrano una riduzione della performance nel task di 2PDT rispetto alla baseline solamente dopo la condizione sincrona e non dopo la asincrona. Il quarto capitolo riporta la descrizione di un esperimento in cui sono stati registrati i potenziali evocati dalla stimolazione del nervo mediano (MN-SEP) in 8 partecipanti sani, per registrare l'attività della corteccia somatosensoriale primaria (S1), dopo la RHI sincrona e asincrona. I risultati preliminari hanno mostrato una riduzione maggiore dell'ampiezza dei picchi di componenti precoci e tardive del potenziale evocato dopo la RHI sincrona rispetto alla asincrona, indice della down-regulation di S1. I risultati di entrambi gli esperimenti sono in linea con l'ipotesi secondo la quale, perché si instauri l'illusione, l'attività somatosensoriale è ridotta.