The Role of the Mesencephalic-basal Ganglia System in Attention: an Evolutive Prospective

Across vertebrate species, the mesencephalic-basal ganglia system has emerged as a crucial system controlling attentional. This thesis analyses its role in human attention investigating the role of the superior colliculus (SC) and basal ganglia (BG) in suppressing the effect of distracting stimuli. The SC and BG are highly conserved structures in the vertebrate brain, implicated in stimulus selection and behavioural control. In humans, these subcortical circuits likely support implicit attentional processes, allowing rapid suppression of distractors based on learned associations. To investigate this, we conducted an experiment in which we examined whether SC activity was necessary to retrieve the sensorimotor memories stored in the striatum. Participants repeatedly performed a visual discrimination task with fear-conditioned distractors. SC activity was manipulated using monocular occlusion. These findings indicate a substantial contribution of the mesencephalic-basal ganglia system to human attentional control. The SC appears to permit rapid access to stimulus-value associations learned through experience and stored in the striatum, facilitating the suppression of the distracting stimuli. However, emotional evaluation of stimuli appears to be supported by parallel pathways that do not depend on SC activity, as physiological responses were largely unaffected by SC manipulations. This thesis underlines the central role of evolutionarily conserved subcortical circuits in human cognition and proposes that attention emerges as a result of mechanisms responsible for behavioural selection. Further research into these subcortical structures may provide further insight into the functioning of attentional processes.

In tutte le specie vertebrate, il sistema mesencefalico-basale è fondamentale nel controllo dell'attenzione. Questa tesi analizza il suo ruolo nell'attenzione umana, studiando il ruolo del collicolo superiore (SC) e dei gangli della base (BG) nel sopprimere l'effetto degli stimoli distraenti. Lo SC e il BG sono strutture altamente conservate nel cervello dei vertebrati, implicate nella selezione degli stimoli e nel controllo del comportamento. Nell'uomo, questi circuiti sottocorticali probabilmente supportano processi attenzionali impliciti, consentendo una rapida soppressione dei distrattori sulla base di associazioni apprese con l’esperienza. Per indagare questo aspetto, abbiamo condotto un esperimento in cui abbiamo esaminato se l'attività SC fosse necessaria per recuperare le memorie sensomotorie immagazzinate nello striato. I partecipanti hanno eseguito ripetutamente un compito di discriminazione visiva con distrattori emotivamente salienti. L'attività dell’SC è stata manipolata utilizzando l'occlusione monoculare. I risultati indicano un contributo sostanziale del sistema mesencefalico-basale al controllo attenzionale umano. Il collicolo superirore sembra consentire un rapido accesso alle associazioni tra lo stimolo e il suo valore, apprese attraverso l'esperienza e immagazzinate nello striato, facilitando la soppressione degli stimoli distraenti. Tuttavia, la valutazione emotiva degli stimoli sembra essere supportata da vie parallele che non dipendono dall'attività del SC, poiché le risposte fisiologiche non sono state influenzate dalle manipolazioni del collicolo. Questa tesi sottolinea il ruolo centrale dei circuiti sottocorticali evolutivamente conservati nella cognizione umana abbracciando una prospettiva che propone che l'attenzione emerga come risultato di meccanismi responsabili della selezione comportamentale. Ulteriori ricerche su queste strutture sottocorticali possono fornire importanti informazioni sul funzionamento dei processi attenzionali e le loro origini evolutive.