I I n n di d ic ce e
INTRODUZIONE ... 1
CAPITOLO 1: Proprietà funzionali della corteccia visiva ... 4
1.1 Caratteristiche dell’elaborazione degli input visivi... 4
1.2 Flusso ottico e flusso tattile ... 6
1.3 L’organizzazione sopramodale della corteccia “visiva” ... 8
1.4 Organizzazione cerebrale funzionale in individui non vedenti ... 11
CAPITOLO 2: Area MT e percezione del movimento ... 15
2.1 Scoperta e caratterizzazione ... 15
2.2 Connessioni cortico-corticali e cortico-subcorticali ... 22
2.3 Connessioni dirette sucortico-corticali bypassanti V1 ... 25
2.3.1 Evidenze nei primati ... 25
2.3.2 Evidenze nell’uomo ... 30
2.3.3 Conclusioni ... 35
CAPITOLO 3: Connettività cerebrale funzionale ed effettiva ... 37
3.1 I principi di segregazione e integrazione funzionale ... 37
3.2 Connettività funzionale ed effettiva ... 39
CAPITOLO 4: Materiali e metodi ... 43
4.1 Soggetti ... 43
4.2 Screening medico e neurologico ... 44
4.3 Acquisizione delle immagini ... 45
4.4 Stimolo motorio tattile ... 46
4.5 Stimolo motorio visivo ... 47
4.6 Paradigma sperimentale ... 48
4.7 Preparazione dell’esperimento ... 49
4.8 Analisi dei dati di segregazione funzionale ... 49
4.9 Analisi di connettività funzionale ... 50
CAPITOLO 5: Risultati ... 53
5.1 Risultati di segregazione funzionale ... 53
5.2 Risultati di connettività funzionale ... 56
5.2.1 Regioni cerebrali funzionalmente connesse con hMT+... 56
5.2.1.1 Soggetti vedenti – Percezione del flusso tattile ... 56
5.2.1.2 Soggetti vedenti – Percezione del flusso ottico ... 62
5.2.1.3 Soggetti ciechi – Percezione del flusso tattile ... 64
5.2.2 Regioni cerebrali funzionalmente connesse con stazioni talamiche ... 72
5.2.2.1 Mappe di connettività funzionale ... 72
5.2.2.2 Analisi dei coefficienti medi di correlazione ... 78
5.2.3 Sovrapposizioni tra networks di connettività funzionale ... 81
CAPITOLO 6: Discussione dei risultati ... 91
6.1 Risultati di segregazione funzionale ... 92
6.2 Networks di connettività funzionale di hMT+ ... 94
6.3 Integrazione visuo-tattile in hMT+ ... 96
APPENDICE I: Principi di Risonanza Magnetica ... 103
I.1 Cenni sul segnale di Risonanza Magnetica... 103
I.2 Il segnale fMRI ... 108
I.3 Il rumore ... 111
I.4 La fase di pre-processing ... 112
APPENDICE II: Approfondimenti ... 114
II.1 Visione senza percezione del movimento, l’akinetopsia ... 114
II.2 Percezione del movimento (e non solo) senza visione, il blindsight ... 116
RINGRAZIAMENTI ... 119
BIBLIOGRAFIA... 120
I I n n t t r r od o du uz z io i on ne e
In recenti studi neurofunzionali, è stato dimostrato che il complesso hMT+
si attiva non solo durante la discriminazione del movimento attraverso la vista, ma anche quando questa è mediata dalla percezione tattile, sia in individui normovedenti che in ciechi congeniti (Ricciardi et al. 2007). Tali osservazioni hanno permesso di avanzare l’ipotesi di un’organizzazione sopramodale per questa regione corticale deputata all’elaborazione del movimento, del tutto simile a quella già descritta per altre parti della corteccia extrastriata appartenenti alle vie ventrale e dorsale (Pietrini et al. 2004; Amedi et al. 2005). L’esperienza visiva sembra in grado di determinare una suddivisione di hMT+ in una subregione più anteriore “sopramodale”, coinvolta nella rappresentazione del flusso ottico e di quello tattile, ed una subregione posteriore “visiva”, dedicata unicamente alla rappresentazione del flusso ottico (Ricciardi et al. 2007).
Numerosi studi hanno in aggiunta definito la possibilità che hMT+ sia in grado di ricevere informazioni sul movimento direttamente da uno o più nuclei talamici, attraverso una via diretta sottocorticale diversa da quella “classica”
passante dalla corteccia striata (e.g. Zeki 1995). Questa è stata peraltro chiamata in causa per spiegare un particolare fenomeno, noto come blindsight, nel quale gli individui conservano una percezione visiva non cosciente di alcune proprietà degli stimoli presentati all’interno del loro campo cieco, nonostante la perdita, parziale o completa, della corteccia di V1. Nonostante le diverse evidenze sperimentali acquisite sia su primati non umani che nell’uomo, il preciso ruolo di detta via sottocorticale, così come l’identità delle regioni sottocorticali effettivamente coinvolte rimangono tuttora incerti.
In questa Tesi di Laurea abbiamo valutato gli effetti dell’esperienza visiva sullo sviluppo della connettività funzionale cerebrale relativamente alle porzioni
anteriore e posteriore di hMT+. Abbiamo, inoltre, analizzato i network di connettività funzionale di alcune strutture talamiche (scelte sulla base di dati raccolti in letteratura), quali il Nucleo Genicolato Laterale, il Pulvinar, e il Nucleo Ventrale PosteroLaterale, allo scopo di individuare una eventuale correlazione di queste con il complesso hMT. Effettuando l’analisi su individui ciechi e vedenti, in compiti tattili e visivi, è stato inoltre possibile valutare gli effetti dell’esperienza visiva su tali networks di connettività funzionale.
Abbiamo impiegato la Risonanza Magnetica funzionale (GRE-EPI, 1.5T GE) per esaminare l’attività neurale indotta dalla percezione passiva del movimento visivo e/o tattile (rotazionale e traslazionale), mediante stimolazioni eseguite su 11 volontari, di cui 7 vedenti (1F, età media ± D.S. = 27 ± 2 anni) e 4 ciechi congeniti (1F, 37 ± 14), tutti destrimani ed in buono stato di salute. Durante il compito visivo, i partecipanti dovevano fissare una croce bianca mentre dei punti grigi si muovevano su uno sfondo nero. Nel compito tattile, patterns di punti simili a quelli utilizzati nel linguaggio Braille si muovevano scorrendo sotto i polpastrelli del secondo e terzo dito della mano destra o sinistra dei volontari. Per l’analisi di correlazione di connettività funzionale sono stati definiti come regioni di interesse (ROIs) i voxels significativi delle porzione anteriore “sopramodale” di hMT+ e posteriore “visiva” di hMT+ dei due lati. Per ogni partecipante allo studio, è stato calcolato il valore del coefficiente di correlazione della serie temporali medie di ciascuna seed ROI con le serie temporali di tutti gli altri voxels cerebrali. Per ognuna delle ROI sono state calcolate le mappe di gruppo dei coefficienti di correlazione degli Z-score (p < 0.0001).
Sia nei vedenti che nei ciechi congeniti è stato possibile riscontrare, durante la percezione del movimento mediante il tatto o la vista, una correlazione positiva di hMT+ dei due lati con numerose regioni corticali, incluse la corteccia frontale inferiore e dell’insula bilateralmente, la corteccia temporale ventrale e occipitale laterale, il cingolo posteriore, il cuneo, la corteccia temporale media e superiore. È altresì vero che, nei vedenti, durante la percezione del movimento col tatto, il network di connettività funzionale ottenuto utilizzando come seed ROI la parte anteriore “sopramodale” di hMT+ risultava diverso da quello ottenuto usando la parte posteriore “visiva” di questa area. Infatti, nei vedenti l’area
premotoria ventrale, la corteccia sensorimotoria e quella parietale posteriore risultavano correlate con la parte anteriore “sopramodale” ma non con quella posteriore di hMT+. Viceversa, queste stesse regioni apparivano correlate con entrambe le seed negli individui ciechi congeniti.
Queste osservazioni indicano che un set di regioni può costituire con hMT+ un comune network di connettività funzionale, dedicato all’elaborazione del movimento, indipendentemente dalla modalità sensoria attraverso cui le informazioni sono acquisite e nonostante l’assenza di qualsiasi esperienza visiva, in accordo con precedenti risultati riportati in letteratura (Ricciardi et al. 2007).
Allo stesso tempo comunque l’esperienza visiva può portare ad una segregazione della corteccia occipito-temporale implicata nella rappresentazione del movimento, in una subregione anteriore “sopramodale” ed una posteriore
“visiva”, con differenti patterns di connettività funzionale.
