Movement-dependent modulation of multisensory integration early in life: the developmental context of a spatial bodily-self representation. Compelling evidence shows that immediately after birth the neural mechanism underlying multisensory integration (MSI) of stimuli occurring on the body or within the peripersonal space (PPS) is modulated by body proximity: boosted responses are elicited whether they are presented near rather than far from the body surface. The spatial modulation of MSI can be considered as an implicit physiological marker of an early ability to distinguish the own body as a separate entity from the environment and to define bodily boundaries, then leading to the construction of a mental functional bodily-self representation (BSR), already present early in life. According to the main concept of MyFirstBody, early motor experience may normally represent the developmental context allowing to encode multisensory stimuli in a body-centered reference frame, if synchronous in time and congruent in space, by anchoring visual, auditory, and tactile signals to the body through proprioceptive inputs. Then based on these premises, within the Working Part 1 (WP1), it has been addressed whether MSI is modulated by the directionality of movements performed with the own hand, that is, whether distinct patterns of MSI can be measured following movements directed either to the self-body or to the external environment. Therefore, an audio-tactile paradigm able to capture this possible effect has been devised and firstly submitted to a population of 18 healthy adults. Afterwards it has been tested in 18 healthy term newborns soon after birth and 18 healthy infants at 4/5 months of postnatal life, aiming to better analyze the emergence of the neural mechanism below the normal development of a BSR. To perform this experiment, tactile stimuli were delivered on the dorsum of the right hand, either alone or concomitant with sounds played by a loudspeaker placed near the body midline. Crucially, before each trial, a postural manipulation was leveraged by dragging the hand in two positions: toward the body midline (self-directed) or away from it (externally directed). While administering the sensory stimuli, which could be both bimodal or unimodal, the EEG signal has been recorded. From the analysis of ERP (Evoked Related Potential) responses, it has been proven that the postural manipulation induced a body-centered modulation of multisensory processing. In other words, not only the EEG showed greater responses in the bimodal stimulation, but irrespectively of the position of the loudspeaker, over a centroparietal channel cluster, greater MSI responses were observed following self-directed, as compared to externally-directed movements. Already in newborns and later in infants, the evoked responses followed an adult-like pattern with an enhanced amplitude of ERPs after the passive movement of the hand aimed toward the self. Finally, this finding suggests that newborns are already capable of encoding the reciprocal localization between the self-body, in a trunk-centered reference frame, and specific body districts, such as the hand, necessary to direct voluntary and oriented movements. Furthermore, these data indicate the early presence a few hours after birth of such a mechanism, which may ensure the evolutionary advantage of allowing better processing of environmental events approaching the body, in line with pioneering prenatal studies highlighting differential kinematics during self- and outer-directed movements.
Il movimento, nell’immediata vita postnatale, modula spazialmente i meccanismi di integrazione multisensoriale alla base della rappresentazione corporea. Precedenti evidenze mostrano che, fin dalla nascita, l’integrazione multisensoriale (MSI) di stimoli multimodali convergenti sul corpo o nello spazio peripersonale (PPS) è modulata dalla loro prossimità rispetto al corpo stesso, con una maggior effetto nelle condizioni in cui si trovino molto vicini piuttosto che lontani da esso. La modulazione spaziale della MSI è un indice implicito della precoce capacità di distinguere il proprio corpo come entità separata dal mondo esterno, di delimitarne i confini e quindi della presenza a livello corticale, dalle prime ore di vita, di una rappresentazione funzionale del corpo nello spazio. L’idea alla base del progetto MyFirstBody è che l’abilità di codifica dei segnali multisensoriali in un sistema di riferimento centrato sul corpo, qualora temporalmente sincroni e spazialmente congrui all’interno del PPS, e di associazione multimodale si sviluppi fisiologicamente nel contesto dell’esperienza motoria. Infatti, è grazie al movimento che il sistema propriocettivo ancora i campi recettivi visuo-audio-tattili dei neuroni multimodali al corpo, consentendo la MSI. Nella prima fase, MyFirstBody si è concentrato sullo studio della capacità di localizzazione nello spazio della propria mano, fondamentale ai fini dell’interazione con l’ambiente. In considerazione dell’ipotesi sul ruolo causale del sistema motorio nella costruzione della consapevolezza corporea nello spazio, inoltre, si è focalizzato sulla dimostrazione della presenza precoce di una modulazione spaziale della MSI in modo dipendente dalla direzionalità del movimento della mano, a seconda che sia diretto verso o lontano dal corpo. Sono stati testati 18 neonati e 18 lattanti (4/5 mesi), selezionati per essere fisiologici e sani, con un paradigma sperimentale audio-tattile precedentemente validato su una popolazione di controllo di 18 adulti. Il paradigma sperimentale prevedeva la registrazione dei potenziali evocati (ERP), tramite elettroencefalografia (EEG), durante una stimolazione unimodale, in cui venivano somministrati stimoli tattili sul dorso della mano destra o uditivi emessi da una cassa di fronte al bambino lungo la linea mediana, o durante una stimolazione bimodale, nella quale gli stimoli tattili e uditivi venivano dati in concomitanza. Ad ogni trial è stata applicata una manipolazione posturale con lo spostamento passivo della mano, e di conseguenza dello stimolo tattile su essa ancorato, verso o lontano dal corpo, così da creare una spazializzazione propriocettiva dei segnali multisensoriali. Così come nell’adulto, nel neonato e nel lattante, non solo l’ampiezza degli ERP è maggiore nella stimolazione bimodale rispetto alla somma delle risposte unimodali, in linea con i pregressi studi, ma l’effetto di MSI è modulato dalla direzionalità, con una maggior risposta a seguito di un movimento diretto verso di Sé. Quando la mano si avvicina al corpo, l’informazione propriocettiva ancora gli stimoli audio-tattili al corpo, generando una risposta potenziata. Questo meccanismo, presente sin dalla nascita, conferisce un vantaggio evolutivo poiché funzionale ad attribuire una maggior salienza, grazie ad un miglior processamento neurale, agli stimoli in avvicinamento piuttosto che in allontanamento dal corpo. Infine, questo effetto di modulazione spaziale guidato dal movimento suggerisce che il neonato e di conseguenza il lattante siano già capaci di localizzare la posizione reciproca tra il corpo e specifici distretti come la mano, abilità essenziale per guidare azioni volontarie.
Valutazione dell'emergenza della rappresentazione del Sè corporeo durante il neurosviluppo postnatale: il progetto "MyFirstBody".
SERRA, GIULIA
2023/2024
Abstract
Il movimento, nell’immediata vita postnatale, modula spazialmente i meccanismi di integrazione multisensoriale alla base della rappresentazione corporea. Precedenti evidenze mostrano che, fin dalla nascita, l’integrazione multisensoriale (MSI) di stimoli multimodali convergenti sul corpo o nello spazio peripersonale (PPS) è modulata dalla loro prossimità rispetto al corpo stesso, con una maggior effetto nelle condizioni in cui si trovino molto vicini piuttosto che lontani da esso. La modulazione spaziale della MSI è un indice implicito della precoce capacità di distinguere il proprio corpo come entità separata dal mondo esterno, di delimitarne i confini e quindi della presenza a livello corticale, dalle prime ore di vita, di una rappresentazione funzionale del corpo nello spazio. L’idea alla base del progetto MyFirstBody è che l’abilità di codifica dei segnali multisensoriali in un sistema di riferimento centrato sul corpo, qualora temporalmente sincroni e spazialmente congrui all’interno del PPS, e di associazione multimodale si sviluppi fisiologicamente nel contesto dell’esperienza motoria. Infatti, è grazie al movimento che il sistema propriocettivo ancora i campi recettivi visuo-audio-tattili dei neuroni multimodali al corpo, consentendo la MSI. Nella prima fase, MyFirstBody si è concentrato sullo studio della capacità di localizzazione nello spazio della propria mano, fondamentale ai fini dell’interazione con l’ambiente. In considerazione dell’ipotesi sul ruolo causale del sistema motorio nella costruzione della consapevolezza corporea nello spazio, inoltre, si è focalizzato sulla dimostrazione della presenza precoce di una modulazione spaziale della MSI in modo dipendente dalla direzionalità del movimento della mano, a seconda che sia diretto verso o lontano dal corpo. Sono stati testati 18 neonati e 18 lattanti (4/5 mesi), selezionati per essere fisiologici e sani, con un paradigma sperimentale audio-tattile precedentemente validato su una popolazione di controllo di 18 adulti. Il paradigma sperimentale prevedeva la registrazione dei potenziali evocati (ERP), tramite elettroencefalografia (EEG), durante una stimolazione unimodale, in cui venivano somministrati stimoli tattili sul dorso della mano destra o uditivi emessi da una cassa di fronte al bambino lungo la linea mediana, o durante una stimolazione bimodale, nella quale gli stimoli tattili e uditivi venivano dati in concomitanza. Ad ogni trial è stata applicata una manipolazione posturale con lo spostamento passivo della mano, e di conseguenza dello stimolo tattile su essa ancorato, verso o lontano dal corpo, così da creare una spazializzazione propriocettiva dei segnali multisensoriali. Così come nell’adulto, nel neonato e nel lattante, non solo l’ampiezza degli ERP è maggiore nella stimolazione bimodale rispetto alla somma delle risposte unimodali, in linea con i pregressi studi, ma l’effetto di MSI è modulato dalla direzionalità, con una maggior risposta a seguito di un movimento diretto verso di Sé. Quando la mano si avvicina al corpo, l’informazione propriocettiva ancora gli stimoli audio-tattili al corpo, generando una risposta potenziata. Questo meccanismo, presente sin dalla nascita, conferisce un vantaggio evolutivo poiché funzionale ad attribuire una maggior salienza, grazie ad un miglior processamento neurale, agli stimoli in avvicinamento piuttosto che in allontanamento dal corpo. Infine, questo effetto di modulazione spaziale guidato dal movimento suggerisce che il neonato e di conseguenza il lattante siano già capaci di localizzare la posizione reciproca tra il corpo e specifici distretti come la mano, abilità essenziale per guidare azioni volontarie.| File | Dimensione | Formato | |
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Descrizione: Tesi di ricerca in neonatologia
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