Integrating stimuli from different sensory modalities (multisensory integration; MSI) is undoubtedly essential for interacting with the environment. Studies on non-human primates have shown the existence of multimodal neurons that respond not only to tactile stimuli on the body but also to auditory and visual stimuli when they are in proximity. These studies highlight the crucial role of proprioceptive input, which allows for the realignment of tactile, visual, and auditory receptive fields based on body-centered coordinates. From this perspective, movement is hypothesized to play a key role in the development of MSI, as it facilitates the detection of contingency between proprioceptive inputs and other sensory stimuli. In particular, newborns’ spontaneous movements directed toward their own body (self-directed) are more frequent than those directed outward (externally-directed), providing an ideal context for developing body-centered MSI. For example, when a newborn brings their hand toward their body and touches it, they observe the contingency between proprioceptive and tactile stimuli converging on the body. Based on these premises, we designed a study to investigate the effect of movement direction on multisensory integration, first in adults and then in newborns. This document describes in detail the experimental procedures, data analysis, and results obtained in adults, while also mentioning preliminary findings in newborns. In Experiment 1, two groups of healthy adults alternated movements of their right arm to reach a position near (self-directed movement) or far (externally-directed movement) from their body. At the end of each movement, they could receive tactile stimuli on their hand, auditory stimuli from a speaker positioned near the body, or audiotactile stimuli. In one group, we measured reaction times to tactile stimuli, while in the other we measured event-related potentials. The results showed significantly greater multisensory facilitation after self-directed movements. Behaviorally, we observed a higher index of MSI in the self-directed condition compared to the externally-directed condition. Similarly, EEG data revealed a greater amplitude of the P2 component, which is crucial for MSI, in response to audiotactile stimuli following self-directed movement. We then conducted Experiment 2 to verify that the effects were related to movement direction relative to the body and not due to approach/ departure from the sound source. Using the same paradigm but positioning the speaker at the endpoint of the externally-directed movements, we confirmed that MSI was greater after self-directed movements, regardless of the sound source's position. Even when moving toward the body involved moving away from the speaker, participants showed greater MSI after self-directed movements, both at behavioral and EEG level. After validating the paradigm in adults, we applied it to newborns (Experiment 3). Preliminary results suggest a similar effect in newborns, with greater MSI following self-directed movements. This seems to confirm the crucial role of such movements in the development of MSI, suggesting an evolutionary advantage in the ability to integrate approaching multisensory stimuli from birth.
Integrare stimoli di modalità sensoriali diverse (integrazione multisensoriale; MSI) è senza dubbio fondamentale per interagire con l’ambiente. Studi sui primati non-umani hanno mostrato l’esistenza di neuroni multimodali che rispondono non solo a stimoli tattili sul corpo, ma anche a stimoli uditivi e visivi quando si trovano vicino ad esso. Questi studi hanno mostrato il ruolo cruciale dell’input propriocettivo che permette il riallineamento dei campi recettivi tattili, visivi e uditivi sulla base di coordinate centrate sulla posizione corporea. In quest’ottica, si ipotizza che il movimento giochi un ruolo cruciale nello sviluppo della MSI, dato che permette di rilevare la contingenza tra input propriocettivi e altri stimoli sensoriali. In particolare, I movimenti spontanei dei neonati diretti verso il proprio corpo (self-directed), più frequenti rispetto a quelli rivolti verso l'esterno (externally-directed), sembrano offrire il contesto ideale per lo sviluppo della MSI in coordinate centrate sul corpo. Quando il neonato porta la mano verso il proprio corpo e lo tocca, ad esempio, osserva la contingenza tra stimoli propriocettivi e tattili che convergono sul corpo. Sulla base di queste premesse, abbiamo progettato uno studio per indagare l’effetto della direzione del movimento sull'integrazione multisensoriale, dapprima nell’adulto e poi nel neonato. Il presente elaborato descrive nel dettaglio le procedure sperimentali, l’analisi dei dati e i risultati ottenuti nell’adulto, e accenna ai risultati preliminari ottenuti nel neonato. Nell’ Esperimento 1, due gruppi di adulti sani alternavano movimenti con il braccio destro in modo da raggiungere una posizione vicina (movimento self-directed) o lontana (movimento externally-directed) dal corpo. Al termine di ciascun movimento potevano ricevere stimoli tattili sulla mano, uditivi dalla cassa posizionata vicino al corpo, o audiotattili. In un gruppo abbiamo misurato i tempi di reazione allo stimolo tattile, nell’altro i potenziali evocati dalle stimolazioni. I risultati mostrano una facilitazione multisensoriale significativamente maggiore dopo movimenti self-directed. Infatti, a livello comportamentale abbiamo riscontrato un indice di MSI maggiore nella condizione “self-directed” rispetto alla condizione “externally-directed”. In modo analogo, a livello EEG abbiamo registrato una ampiezza maggiore della componente P2, già descritta come cruciale nella MSI, in risposta a stimoli audiotattili dopo il movimento self-directed. Abbiamo poi svolto un Esperimento 2 per verificare che gli effetti fossero legati alla direzione del movimento rispetto al corpo e non dovuti all’avvicinamento/allontanamento dalla fonte sonora. Utilizzando un paradigma identico, ma posizionando la cassa in corrispondenza della posizione finale dei movimenti externally-directed, abbiamo confermato che la MSI era maggiore dopo movimenti self-directed, indipendentemente dalla posizione della fonte sonora. Anche quando il movimento verso il corpo comportava allontanarsi dalla cassa, i partecipanti mostrano una maggiore MSI dopo movimenti self-directed, sia a livello comportamentale che EEG. Dopo aver validato il paradigma sugli adulti, lo abbiamo applicato ai neonati (Esperimento 3). I risultati preliminari suggeriscono un effetto analogo all’adulto anche nel neonato, con maggiore MSI dopo movimenti self-directed. Questo sembra confermare il ruolo cruciale di tali movimenti nello sviluppo della MSI, suggerendo un vantaggio evolutivo nella capacità di integrare stimoli multisensoriali in avvicinamento, fin dalla nascita.
Modulazione dell'integrazione multisensoriale dipendente dal movimento nelle prime ore di vita: evidenze comportamentali ed elettrofisiologiche
FRISENNA, ELODIE
2023/2024
Abstract
Integrare stimoli di modalità sensoriali diverse (integrazione multisensoriale; MSI) è senza dubbio fondamentale per interagire con l’ambiente. Studi sui primati non-umani hanno mostrato l’esistenza di neuroni multimodali che rispondono non solo a stimoli tattili sul corpo, ma anche a stimoli uditivi e visivi quando si trovano vicino ad esso. Questi studi hanno mostrato il ruolo cruciale dell’input propriocettivo che permette il riallineamento dei campi recettivi tattili, visivi e uditivi sulla base di coordinate centrate sulla posizione corporea. In quest’ottica, si ipotizza che il movimento giochi un ruolo cruciale nello sviluppo della MSI, dato che permette di rilevare la contingenza tra input propriocettivi e altri stimoli sensoriali. In particolare, I movimenti spontanei dei neonati diretti verso il proprio corpo (self-directed), più frequenti rispetto a quelli rivolti verso l'esterno (externally-directed), sembrano offrire il contesto ideale per lo sviluppo della MSI in coordinate centrate sul corpo. Quando il neonato porta la mano verso il proprio corpo e lo tocca, ad esempio, osserva la contingenza tra stimoli propriocettivi e tattili che convergono sul corpo. Sulla base di queste premesse, abbiamo progettato uno studio per indagare l’effetto della direzione del movimento sull'integrazione multisensoriale, dapprima nell’adulto e poi nel neonato. Il presente elaborato descrive nel dettaglio le procedure sperimentali, l’analisi dei dati e i risultati ottenuti nell’adulto, e accenna ai risultati preliminari ottenuti nel neonato. Nell’ Esperimento 1, due gruppi di adulti sani alternavano movimenti con il braccio destro in modo da raggiungere una posizione vicina (movimento self-directed) o lontana (movimento externally-directed) dal corpo. Al termine di ciascun movimento potevano ricevere stimoli tattili sulla mano, uditivi dalla cassa posizionata vicino al corpo, o audiotattili. In un gruppo abbiamo misurato i tempi di reazione allo stimolo tattile, nell’altro i potenziali evocati dalle stimolazioni. I risultati mostrano una facilitazione multisensoriale significativamente maggiore dopo movimenti self-directed. Infatti, a livello comportamentale abbiamo riscontrato un indice di MSI maggiore nella condizione “self-directed” rispetto alla condizione “externally-directed”. In modo analogo, a livello EEG abbiamo registrato una ampiezza maggiore della componente P2, già descritta come cruciale nella MSI, in risposta a stimoli audiotattili dopo il movimento self-directed. Abbiamo poi svolto un Esperimento 2 per verificare che gli effetti fossero legati alla direzione del movimento rispetto al corpo e non dovuti all’avvicinamento/allontanamento dalla fonte sonora. Utilizzando un paradigma identico, ma posizionando la cassa in corrispondenza della posizione finale dei movimenti externally-directed, abbiamo confermato che la MSI era maggiore dopo movimenti self-directed, indipendentemente dalla posizione della fonte sonora. Anche quando il movimento verso il corpo comportava allontanarsi dalla cassa, i partecipanti mostrano una maggiore MSI dopo movimenti self-directed, sia a livello comportamentale che EEG. Dopo aver validato il paradigma sugli adulti, lo abbiamo applicato ai neonati (Esperimento 3). I risultati preliminari suggeriscono un effetto analogo all’adulto anche nel neonato, con maggiore MSI dopo movimenti self-directed. Questo sembra confermare il ruolo cruciale di tali movimenti nello sviluppo della MSI, suggerendo un vantaggio evolutivo nella capacità di integrare stimoli multisensoriali in avvicinamento, fin dalla nascita.| File | Dimensione | Formato | |
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