Disentangling predictive processing in the brain: an ALE meta-analysis

Predictive coding is a Bayesian model to which the brain in constantly involved in an inferential process of prediction of perceptual input coming from both the external and the internal world. This model raises an increasing consensus in the scientific community and it is more and more fostered by studies with different design, methods, participant type and experimental task. The present work employs a meta-analytic technique called Activation likelihood Estimation, allowing to intergrate and synthesize a big quantity of neuroimaging data to obtain probabilistic maps describing the most consistent patterns of brain activity across the selected studies. The purpose of this work is tho highlight, where present, the brain areas related to when a prediction (innate or experimentally elicited) is violated, resulting in the so-called prediction error signal, or the brain areas involved when predictions are created, maintained or updated - bradly speaking, fulfiled - regardless of the sensory modality of the stimulation. The results suggest that , in the prediction violation condition, the main brain areas involved are the left inferior frontal gyrus, the left precentral gyrus, the left insula and claustrum, while in the prediction fulfilment condition the emerging areas are the right fusiform gyrus, the right precuneus, the right inferior parietal lobule and, again, the left inferior frontal gyrus. The prediction violation areas are associated in the literature with the production of prediction error signal predominantly for the visual modality, to Pavlovian learning and to the low probabiloty of a stimulus given a context. Calusters reported in the prediction fulfilemnt condition reflect a more diversified picture, since the areas are implied in the maintainance of face representations, in working memory, in imagery and in other's intentionality inference. In conclusion, the present results are reflected in the scientific literature and provide some novelty elements and input for further investigations.

Il predictive coding è un modello Bayesiano secondo il quale il cervello è costantemente impegnato in un processo inferenziale di predizione degli stimoli percettivi provenienti dal mondo esterno e interno. Tale modello suscita un crescente consenso nella comunità scientifica ed riceve sempre più evidenze provenienti da studi con differente disegni sperimentali, metodi, tipologia di partecipanti e task sperimentali. Il presente lavoro si serve di una tecnica meta-analitica chiamata Activation Likelihood Estimation, che permette di integrare e sintetizzare grandi quantità di dati di neuroimmagine per ottenere delle mappe che descrivono l'attività cerebrale più consistente entro tutti gli studi considerati. Lo scopo del presente lavoro è quello di evidenziare, laddove presenti, le aree cerebrali in cui le predizioni (innate o create sperimentalmente) dei partecipanti venivano violate, generando il cosiddetto segnale di errore di predizione, oppure quando le predizioni venivano create, mantenute o aggiornate - in generale, quando queste si avveravano - a prescindere dalla modalità sensoriale degli stimoli. I risultati ottenuti suggeriscono che, nella condizione di violazione della predizione, le aree principalmente implicate siano il giro frontale inferiore, il giro precentrale, l'insula il claustro nell'emisfero sinistro, mentre nella condizione di realizzazione della predizione le zone del cervello più attive risultano il giro fusiforme destro, il precuneo destro, il lobulo parietale inferiore destro e, nuovamente, il giro frontale inferiore sinistro. Le aree emerse quando le predizioni venivano violate sono riportate in letteratura come associate alla produzione dell'errore di predizione prevalentemente per la modalità visiva, all'apprendimento Pavloviano e alla bassa probabilità di uno stimolo dato il contesto. I clusters riportati per la condizione realizzazione di predizione riflettono un quadro più variegato, in quanto le aree sono implicate nel mantenimento della rappresentazione dei volti, nella working memory, nell'immaginazione e nell'inferenza sull'intenzionalità altrui. In conclusione, i risultati emersi trovano riscontro nella letteratura e apportano elementi di novità e spunti di ricerca futura.