Aspetti percettivi e attenzionali nella dislessia evolutiva: dalla teoria alla pratica riabilitativa. Dr. Simone Gori PhD

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1 Aspetti percettivi e attenzionali nella dislessia evolutiva: dalla teoria alla pratica riabilitativa Dr. Simone Gori PhD

2 Introduzione alla mia parte del corso Se ho capito bene, e non garantisco perche stiamo parlando di me che capisco qualcosa il che e tutto dire, oggi abbiamo una ballata di ore da fare insieme e finiremo alle 17:45 (con la temutissima verifica ECM). Lo so suona lunga e dura mi scuso fin da ora essendo consapevole che l attenzione sostenuta oltre i 45 minuti e in seria difficolta ma vi prometto che faro del mio meglio per farvi anche divertire un po Avendo seguito il corso di ieri di Andrea (che io ovviamente non ho ancora visto nel momento in cui sto scrivendo questo, ma conosco i miei polli) saprete che il programma non verra mai seguito e quindi vi chiedo di interrompermi quando volete fare una pausa senza farvi troppi problemi OK?

3 Il corso Copriro una serie di argomenti che vedete nel programma e che non vi sto a ripetere (e soprattuto non credete affato a quell ordine che c e scritto li perche nonriusiciro mai a seguirlo), argomenti sui quali io ho pubblicato articoli internazionali o ho fatto ricerche ancora non pubblicate o sto facendo ricerca in questo momento Il motivo perche per me e importante coprire temi dove io ho dato o sto dando il mio contributo all interno della comunita scientifica non e solo legato al fatto che ovviamente io sono qua a pavoneggiarmi ma anche perche credo fermamente che siano gli argomenti che conosco meglio e che quindi siano anche quelli per cui io posso fornirvi non solo le informazioni che avrei potuto leggere in un libro ma quelle legate alla diretta esperienza dell essere sul campo di battaglia Questo sopra e secondo me uno dei motivi per il quale dovrebbe essere sempre importante che il vostro relatore sia davvero sempre uno scienziato e non solo un erudito.

4 Il sistema visivo magnocellulare nei normolettori e nei bambini con dislessia

5 Prerequisiti per seguirmi

6 Prerequisiti per seguirmi

7 La via magnocellulare-dorsale (M-D) La via M-D origina nelle cellule gangliari della retina, passa attraverso gli strati M del nucleo genicolato laterale (LGN), ed infine raggiunge le cortecce occipitali e parietali. La via M-D è considerata cieca ai colori, e risponde ottimamente alle differenze di contrasto, alle basse frequenze spaziali, alle alte frequenze temporali ed al movimento La via M-D sembra essere danneggiata in individui con dislessia mentre l altra via parallela maggiore del sistema visivo i.e. la via parvocellulare-ventrale (P-V), è normalmente intatta. La via P-V è caratterizzata da una risoluzione temporale poù bassa e da una superiore sensibilità alle alte frequenza spaziali, è anche sensibile alle differenze di colore.

8 La retina

9 Cellule Gangliari della Retina

10 Cellule Gangliari M

11 Cellule Gangliari M Le cellule gangliari M proiettano negli strati magnocellulari dell LGN. Queste cellule sono caratterizzate da lunghe diramazioni dendritiche e da corpi cellulari belli grossi. Circa il 10% di tutte le cellule gangliari sono cellule M. Le cellule M ricevano imput da un numero relativamente grande di coni e bastoncelli (più bastoncelli). Le cellule M sono rapida conduzione rispondano a livelli bassi di contrasto ma non sono sensibili a cambiamenti di colore. Queste cellule hanno un campo recettivo decisamente più grande delle altre che comunque rimane classicamente organizzato in centro periferia

12 Nucleo Genicolato Laterale (LGN)

13 Nucleo Genicolato Laterale (LGN) L LGN e il centro primario per le informazioni visive ricevute direttamente dalla retina. L LGN si trova nel talamo una delle strutture sottocorticali piu importanti del cervello. L LGN riceve informazioni direttamente dalla via ascendente delle cellule gangliari attraverso il tratto ottico e dal sistema reticolare. Le cellule M e le cellule P si organizzano in modo completamente segregato all interno dell LGN. I neuroni dell LGN mandano i loro assoni attraverso le radiazioni ottiche, una via diretta alla corteccia visiva primaria (V1). Inoltre l LGN riceve connessioni in numero massiccio da V1 (feedback). Nei mammiferi, uomo incluso le due vie principali che uniscono l occhio al cervello sono quelle proiettanti alla parte dorsale dell LGN e quelle al collicolo superiore.

14 Corteccia Visiva Primaria (V1)

15 Corteccia Visiva Primaria (V1) L LGN proietta direttamente alla corteccia visiva primaria nota anche come corteccia striata o area V1. La corteccia cerebrale e una struttura a 6 strati. Differenti cellule popolano differenti strati. L LGN proietta nello strato 4 della corteccia. Le cellule dello strato 4 proiettano ad altre aree della corteccia oppure indietro verso il talamo. Anche all interno di V1 le cellule M e le cellule P rimangono abbastanza separate anche se on completamente, le cellule M sono concentrate in aree specifiche dello strato 4. I campi recettivi di V1 sono piccoli e quindi sono all origine del fenomeno noto come aperture problem. (se solo sapeste a che ora della notte sto scrivendo questa roba sareste tutte più empatiche credetemi )

16 E dopo V1??? Le cellule M e P mantengono una certa indipendenza anche in V2 E chiaro che le cellule M sono il principale input perla via dorsale anche se non sono esclusivamente le cellule M a finire in MT/V5. MT/V5 e l area che e deputata alla percezione del movimento ed e capace di risolvere l aperture problem grazie ai suoi campi recettivi di grandi dimensioni Da MT/V5 si entra nella corteccia parietale, cruciale per l attenzione La via ventrale e dorsale sono tutt altro che segregate fisiologicamente ma a cosa servano tutte quelle connessioni fra le due vie rimane un mistero misterioso

17 E dopo V1???

18 Ok adesso sappiamo tutti cosa sia la via M-D ma a che serve??? Come dicevamo all inizio processa le basse frequenze spaziali Le alte frequenze temporali Processa il movimento Ed è la sede dei processi attenzionali (principalmente nell emisfero destro) Per queste caratteristiche ha ottenuto l infelice nome della via del dove fuorviante??? Sì a bestia onestamente ma mica gliel ho dato io no?

19 Se la via M-D e danneggiata? Il caso dell akinetopsia Accade solo nella situazione rarissima di una lesione bilaterale di V5/MT La percezione del movimento viene persa Il mondo appare come un film in stopmotion fatto male s1mtt4w

20 Il deficit M-D nei dislessici: mito o realta??? Il deficit M-D nei dislessici e al centro di un grande dibattito scientifico che ha animato e tutt ora anima il mondo della dislessia E cosi dibattuto che divide anche il nostro lab dall interno! Io che sono un percettologo lo trovo un dibattito sterile perche e OVVIO che tutto si deve spiegare con un processo percettivo e quindi il deficit M-D mi piace. Andrea che e un attentologo lo trova un dibattito sterile perche la via M-D finisce nella corteccia parietale e quindi in sostanza lui lo legge come un deficit attentivo e quindi va tutto bene. Sua Divina Grazia Sandro etichetta invece il deficit M-D nella dislessia con un tecnicissimo tutte cazzate Chi ha ragione? Beh andiamo per ordine

21 La teoria dell M-D deficit nela dislessia Trichur Vidyasagar John Stein

22 Deficit M-D in Dislessia I primi dati in questa direzione risalgono al 1980 dove alcuni esperimenti di psicofisica utilizzando come stimolo dei reticoli sonusoidali dimostrarono una sensibilita al contrasto deficitaria nei dislessici in situazione di bassa frequenza spaziale e alta frequenza temporale (Lovegrove et al., 1980), proprieta che sono processate dai neuroni dello strato magnocellulare del LGN (LGN; Shapley, 1990).

23 Deficit M-D in Dislessia La scoperta negli anni 90 che c era differenza nelle dimensioni dei neuroni negli strati magnocellulari fra dislessici e controlli nell analisi postmortem (Livingstone et al., 1991) ha portato un forte dato fisiologicoin favore del deficit magnocellulare nella dislessia (Stein, 2001; Stein and Walsh, 1997).

24 Deficit M-D in Dislessia Piu di recente (al contrario di tanta altra gente noi siamo sul pezzo: non siamo rimasti all epoca del grunge ) la teoria del deficit M-D ha ricevuto conferme attraverso una serie di studi comportamentali e di brain imaging (Boden and Giaschi, 2007), impiegando paradigmi che testano la componente pi dorsale della via M-D (Ungerleider and Mishkin, 1982), includendo quindi le aree V5/MT, MST, and la corteccia parietale. I risultati dicono chiaramente che dislessici di qualunque eta, gruppo etnico o linguaggio mostrano una riduzione abilita di detezione e di discriminazione sia nella velocita che nella direzione del movimento coerente in confronto ai controlli a sviluppo tipico (Cornelissen et al., 1995; Demb et al., 1997; Hansen et al., 2001; Heim et al., 2010; Meng et al., 2011; Talcott et al., 2000, 2003; Witton et al., 1998) e una ridotta o nessuna attivazione dell area V5/MT (Demb et al., 1997; Eden et al., 1996; Heim et al., 2010; but see Vanni et al., 1997).

25 Problemetti con il Deficit M-D in Dislessia I test tipicamente usati per misurare la via dorsale sono interpretabili anche come misurante un deficit di estrazione del segnale dal rumore (Sperling et al. 2005; 2006) deficit riconosciuto come presente nei dislessici. Il deficit M-D è causa o effetto della dislessia??? (e.g. Oluade et al. 2013).

26 Perche e cruciale capire il deficit M-D in dislessia Comprendere il ruolo del deficit M-D nella dislessia è CRITICO per l identificazione preoce della dislessia e per il trattamento precoce delle future disabilita di lettura. Un deficit M-D puo infatti essere identificato molto presto e servire da screening per riconoscere i bambini a rischio di dislessia. Inoltre potrebbe essere trattato e magari trasformarsi in migliori abilita di lettura nei bimbi dislessici o addirittura prevenire che i bimbi a rischio di dislessia diventino dislessici. Ovviamente pero deve essere chiarito se questo deficit e causa o effetto della lettura

27 Ipotesi M: testiamo la via magnocellulare nella sua porzione più bassa Sensibilità alle basse frequenze spaziali ed alle alte frequenze temporali (Illusione da reduplicazione delle frequenze spaziali, FD)

28 Differenze Dislessici vs. Normali lettori: Percezione per gli stimoli Magno (DE meno sensibili al FD) 31 M threshold [db] Mean+SD Mean-SD Mean+SE Mean-SE Mean Dyslexics (N=17) CA controls (N=24)

29 Differenze Dislessici Misti vs. non-fonologici : Percezione per gli stimoli Magno (solo DE misti sono meno sensibili al FD) M threshold (db) Mean+SD Mean-SD Mean+SE Mean-SE Mean 21 CA controls (N=24) Phon D (N=12) Non-phon D (N=5)

30 Dislessici vs. Normali lettori: Percezione per gli stimoli Parvo (nessuna differenza) Mean+SD Mean-SD Mean+SE Mean-SE Mean P threshold [db] Dyslexics (N=17) CA controls (N=24)

31 Relazione tra la percezione degli stimoli Magno e la velocità nella decodifica fonologica (al diminuire della sensibilità M=FD aumentano i tempi di lettura delle non-parole) Nonword reading speed (sec.) Non.phon D (N=5) Phon D (N=12) M threshold (db)

32 Differenze individuali Dislessici Misti vs. non-fonologici : Frequenza del disturbo per gli stimoli Magno (il 75% dei DE misti ha un significativo disturbo nella sensibilità agli stimoli M) P threshold (db) Non-phon D (N=5) 2 Phon D (N=12) CA controls (N=24) M threshold (db)

33 Rimangono alcuni problemi Dobbiamo trovare un modo di testare anche la porzone piu dorsale della via M-D con stimoli non legati all estrazione del segnale dal rumore. Reading Level questi sconosciuti Causa o effetto?????????????

34 Perche le illusioni dovrebbero essere rilevanti???? The act of seeing seems so effortless that it is difficult to appreciate the vastly sophisticated and poorly understood machinery that underlies the process. Illusions, often, are those stimuli that exist at the extremes of what our system has evolved to handle. Sometimes illusions stem from assumptions made by the visual system; at other times they represent an active recalibration. In all these cases, illusions serve as a powerful window into the neurobiology of vision, and have pointed towards new experimental techniques (Eagleman, 2001).

35 Perche le illusioni dovrebbero essere rilevanti???? The answer is that illusions are percepts that belie our knowledge of the stimulus, but at the same time enable us to study the mechanisms and processes underlying our daily perceptions. Epistemologically, illusions are nonveridical percepts that reveal the processes by which veridical perception mediates our representation of the visual world. In this sense illusions are exceptions to the expectation that perception faithfully reflects the stimulus at the level of the retina (i.e., naïve realism). Or, as one might put it, they show the brain s signature superimposed upon the stimulus. (Spillmann, 2009).

36 e se non vi fidate di Spillmann ci tengo a ricordarvi che lui è capace di tenere una pagoda in una mano

37 Rotating Tilted Lines Illusion (RTLI) Gori S, Hamburger K, 2006 A new motion illusion: The Rotating-Tilted-Lines illusion Perception

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39 The Rotating Tilted Lines Illusion Prof. David Hubel, Prof Susana Martinez-Conde, Simone Gori and Kai Hamburger

40 The Rotating Tilted Lines Illusion (Gori & Hamburger, 2006) mixed with the Breathing Light Illusion (Gori & Stubbs 2006) = Vision Science Society Logo for the 2007 world conference! (Gori & Stubbs 2007)

41 on Scientific American!!!

42 Used in contemporary art!

43 T-shirt

44 Rotating Tilted Lines Illusion Come si spiega questa illusione Gori S, Yazdanbakhsh A, 2008 "The riddle of the rotating tilted lines illusion" Perception 37(4):

45 Rotating Tilted Lines Illusion L origine di questo fenomeno potrebbe essere compreso considerando la competizione fra segnali ambigui di velocità originati da due diverse unità di processamento del movimento. Due differenti unità si suppone siano coinvolte in questo errore di discriminazione della direzione (Lorenceau et al 1992). La prima classe di unità misura la velocità all interno della linea (contour units). Queste unità necessariamente fronteggeranno l aperture problem: il segnale di velocità che sarà ricevuto da tali unità sarà ortogonale all orientamento della linea e quindi inconsistente con la vera velocità. Semplici endfree neuron sono candidati molto probabili come corrispondenti fisiologici di queste unità.

46 Il Problema dell apertura

47 Il Problema dell apertura

48 Campi Recettivi

49 Rotating Tilted Lines Illusion Il secondo tipo di unità delegate all elaborazione del movimento analizza invece i segnali di movimento provenienti dagli estremi della linea (terminator unit). Unità selettive alla lunghezza e all orientamento delle linee possono riportare la vera velocità (Grossberg and Mingolla 1993). Gli endstopped neuron simmetrici o asimmetrici (Orban et al 1979; Pack et al. 2003; Yazdanbakhsh and Livingstone 2006) sono eccellenti candidati per essere il corrispettivo fisiologico di queste unità che processano il movimento agli estremi della linea. Gori e Yazdanbakhsh (2008) riportano che il soggettivo errore di direzione percepito nelle linee potrebbe essere causato dal fatto che la risposta globale e coerente delle contour unit vinca la competizione con la risposta globale delle terminator unit.

50 Gori S, Yazdanbakhsh A, 2008 "The riddle of the rotating tilted lines illusion" Perception 37(4):

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52 RTLI come misura non invasiva dei campi recettivi

53 E stato stimato che la dimensione dei campi recettivi in V1 (e con meno affidabilità anche in V2) cambia in funzione dell eccentricità. Ad una data eccentricità Ecc se la dimensione di un campo recettivo è rf la relazione tra loro può essere riassunta dalla seguente equazione: dove a e k sono costanti, rispettivamente 0.7 e 15. Arash Yazdanbakhsh, Simone Gori (2008) A new psychophysical estimation of the receptive field size. Neuroscience Letters 438(2):

54 Arash Yazdanbakhsh, Simone Gori (2008) A new psychophysical estimation of the receptive field size. Neuroscience Letters 438(2):

55 Arash Yazdanbakhsh, Simone Gori (2008) A new psychophysical estimation of the receptive field size. Neuroscience Letters 438(2):

56 Risultati

57 Risultati

58 Risultati Domoulin & Wandel, 2008 presentano dati molto simili ai nostri con gli umani.

59 Conclusioni sull RTLI La RTLI è un illusione di movimento che sembra essere la base per tutta questa famiglia di illusioni. Il modello proposto per la spiegazione di questi fenomeni illusori è in accordo con le conoscenze fisiologiche attuali e con le evidenze sperimentali. La RTLI è in grado di stimare in modo molto accurato i campi recettivi umani

60 L Accordion Grating Illusion (AG)

61 L Accordion Grating Illusion (AG)

62 Cosa dovrebbe succedere Cosa succede Simone Gori, Enrico Giora, Arash Yazdanbakhsh, Ennio Mingolla (2011) A new motion illusion based on competition between two kinds of motion processing units: The Accordion-Grating. Neural Networks, 24,

63 Espansione ortogonale alle barre L origine di questo fenomeno potrebbe essere compreso considerando la competizione fra segnali ambigui di velocità originati da due diverse unità di elaborazione del movimento del movimento e una variazione del modello già proposto da Gori e Yazdanbakhsh 2008 per la RTLI sembra perfettamente appropriato. Due differenti unità si suppone siano coinvolte in questo errore di discriminazione della direzione (Lorenceau et al 1992). La prima classe di unità misura la velocità all interno della linea (contour units). Queste unità necessariamente fronteggeranno l aperture problem: il segnale di velocità che sarà ricevuto da tali unità sarà ortogonale all orientamento della linea e quindi inconsistente con la vera velocità. Semplici endfree neuron sono candidati molto probabili come corrispondenti fisiologici di queste unità. Simone Gori, Enrico Giora, Arash Yazdanbakhsh, Ennio Mingolla (2011) A new motion illusion based on competition between two kinds of motion processing units: The Accordion-Grating. Neural Networks, 24,

64 Contour Units Simone Gori, Enrico Giora, Arash Yazdanbakhsh, Ennio Mingolla (2011) A new motion illusion based on competition between two kinds of motion processing units: The Accordion-Grating. Neural Networks, 24,

65 Espansione ortogonale alle barre Il secondo tipo di unità delegate all elaborazione del movimento analizza invece i segnali di movimento provenienti dagli estremi della linea (terminator unit). Unità seletive alla lunghezza e all orientamento delle linee possono riportare la vera velocità (Grossberg and Mingolla 1993). Gli endstopped neuron simmetrici o asimmetrici (Orban et al 1979; Pack et al. 2003; Yazdanbakhsh and Livingstone 2006) sono eccellenti candidati per essere il corrispettivo fisiologico di queste unità che processano il movimento agli estremi della linea. Gori e Yazdanbakhsh (2008) riportano che il soggettivo errore di direzione percepito nelle linee potrebbe essere causato dal fatto che la risposta globale e coerente delle contour unit vinca la competizione con la risposta globale delle terminator unit. Simone Gori, Enrico Giora, Arash Yazdanbakhsh, Ennio Mingolla (2011) A new motion illusion based on competition between two kinds of motion processing units: The Accordion-Grating. Neural Networks, 24,

66 Terminator Units Simone Gori, Enrico Giora, Arash Yazdanbakhsh, Ennio Mingolla (2011) A new motion illusion based on competition between two kinds of motion processing units: The Accordion-Grating. Neural Networks, 24,

67 Risultato delle equazioni Simone Gori, Enrico Giora, Arash Yazdanbakhsh, Ennio Mingolla (2011) A new motion illusion based on competition between two kinds of motion processing units: The Accordion-Grating. Neural Networks, 24,

68 Test del Modello Simone Gori, Enrico Giora, Arash Yazdanbakhsh, Ennio Mingolla (2011) A new motion illusion based on competition between two kinds of motion processing units: The Accordion-Grating. Neural Networks, 24,

69 Test del Modello Simone Gori, Enrico Giora, Arash Yazdanbakhsh, Ennio Mingolla (2011) A new motion illusion based on competition between two kinds of motion processing units: The Accordion-Grating. Neural Networks, 24,

70 Curvatura delle barre Quest effetto illusorio sebbene sempre collegato all aperture problem dato dai piccoli campi recettivi di V1 è inspiegabile dal classico aperture problem bidimensionale. Per spiegare tale fenomeno abbiamo introdotto per la prima volta il concetto di aperture problem 3 D e proposto un modello matematico di geometria differenziale che permette di fare previsioni testabili sperimentalmente con il paradigma di nulling.

71 Aperture Problem 2D Arash Yazdanbakhsh, Simone Gori (2011) Mathematical analysis of the Accordion Grating illusion: a differential geometry approach to introduce 3D aperture problem. Neural Networks, 24,

72 Il modello aperture problem 3D per la curvatura delle barre Arash Yazdanbakhsh, Simone Gori (2011) Mathematical analysis of the Accordion Grating illusion: a differential geometry approach to introduce 3D aperture problem. Neural Networks, 24,

73 Aperture Problem 2D vs 3D Arash Yazdanbakhsh, Simone Gori (2011) Mathematical analysis of the Accordion Grating illusion: a differential geometry approach to introduce 3D aperture problem. Neural Networks, 24,

74 Test per il secondo modello

75 Risultati Nulling

76 Conclusioni Generali sull AG Entrambi i modelli fanno previsioni confermate dai dati. Entrambi i modelli sono fisiologicamente plausibili Il nulling evidenzia la capacità parziale del sistema visivo di risolvere l aperture problem anche ad alte velocita

77 Perché utilizzare queste illusioni di movimento come stimoli??? Perché l ho scoperte io e quindi mi piacciono! Perché adottando questi stimoli otteniamo informazioni sia sui meccanismi sottostanti le illusioni sia sull ipotesi di un deficit M-D nei dislessici in un colpo solo Il movimento illusorio richiede una quantità di contrasto maggiore per essere percepito in confronto al movimento reale (ci possono essere varie ragioni per quello) Queste illusioni di movimento scompaiono con colori isoluminanti, sono caratterizzate da un rapido movimento di espansione/contrazione ad alta frequenza temporale. Tutte queste caratteristiche le rendono candidate perfette per testare l efficienza della via M-D.

78 Soggetti 11 Dislessici 11 Controlli Age Matched (AM) 8 Controlli Reading Level (RL) I tre gruppi presentano normale QI e vista normale o corretta da lenti. I Controlli AM e i Dislessici presentano un range di età che va da 8 a 13 anni mentre I controlli RL vanno dai 6 ai 7 anni di età.

79 Stimuli Undici valori di contrasto Michelson (con un passo dell 1% tra ogni stimolo), spaziavano da 0 a 10% tra l RTLI e lo sfondo. L idea di un deficit di esclusione del rumore non può essere applicata a questi stimoli. Una versione di RTLI con un contrasto del 98% e una colorata equiluminante erano usate nella fase di familiarizzazione. Tutti gli stimoli si contraevano e espandevano condinuamente sullo schermo variando continuamente in diametro fra 12.7 deg e 14.6 deg con una velocità costante di 5.33 mm/s. Billino et al hanno mostrato che il movimento illusorio di rotazione nella RTLI è già percepito nella quasi totalità (95.8%) dei bambini (3-6 years) da loro testati.

80 I Compiti Fase di familiarizzazione con gli stimoli Test di sensibilità al contrasto sullo stimolo sperimentale (Yes/No Task) Test sulla percezione della rotazione illusoria (Yes/No Task) I due compiti erano presentati in ordine casuale. Ogni stimolo veniva presentato 5 volte.

81 Test di sensibilità al contrasto: risultati 100% dei Controlli (AM e RL) vedono lo stimolo già con 1% di contrasto con 0 falsi allarmi nei catch trial 100% dei Dislessici vedono lo stimolo già con 1% di contrasto con 0 falsi allarmi nei catch trial Controlli (AM e RL) e Dislessici non differiscono nella percezione del contrasto su questi stimoli

82 Relative response frequency Risultati sull effetto illusorio Controlli AM vs Dislessici Aggregate data for AM Controls fitting: R 2 =.98, Contrast Threshold (from the fitting) = 1.123, Slope = Aggregate data for Dyslexics fitting: R 2 =.98, Contrast Threshold (from the fitting) = 3.844, Slope = Contrast [%] Gori & Spillmann, 2010 Giora & Gori, 2010

83 Mean Contrast Threshold [%] Media delle soglie di contrasto Controlli AM vs Dislessici Controls Dyslexics AM Controls: thresholds mean = Dyslexics: thresholds mean = T test independent samples t (20) = p <.001 8/11 of Dyslexics fall in the Crawford Test and 10/11 are 1 SD below the mean of the AM Controls 0 1

84 Mean Contrast Threshold [%] Pendenze Medie Controlli AM vs Dislessici Controls Dyslexics AM Controls: Slope mean = 5.923; Dyslexics: Slope mean = 0.744; T test independent samples t (20) = p <

85 Riassumendo: Controlli AM vs Dislessici I due gruppi di soggetti (controlli AM e dislessici) differiscono nella quantità di contrasto necessario per percepire l illusione e anche nella pendenza delle curve fittate. Questa e probabilmente la prima prova solida di un deficit magnocellulare-dorsale nei dislessici che non può essere interpretato in termini di estrazione del segnale dal rumore. Questo test potrebbe diventare un valido strumento per la diagnosi.

86 Relative response frequency Risultati sull effetto illusorio Controlli AM vs Dislessici Aggregate data for RL Controls fitting: R 2 =.99, Contrast Threshold (from the fitting) = 1.248, Slope = Aggregate data for Dyslexics fitting: R 2 =.98, Contrast Threshold (from the fitting) = 3.844, Slope = Contrast [%] Gori & Spillmann, 2010 Giora & Gori, 2010

87 Mean Contrast Threshold [%] Media delle soglie di contrasto Controlli RL vs Dislessici Controls Dyslexics RL Controls: thresholds mean = Dyslexics: thresholds mean = T test independent samples t (17) = p =.001 9/11 of Dyslexics fall in the Crawford Test and 10/11 are 1 SD below the mean of the RL Controls 0 1

88 Mean Contrast Threshold [%] Pendenze Medie Controlli RL vs Dislessici Controls Dyslexics RL Controls: Slope mean = 7.945; Dyslexics: Slope mean = 0.744; T test independent samples t (17) = p <

89 Riassumendo: Controlli RL vs Dislessici I due gruppi di soggetti (controlli AM e dislessici) differiscono nella quantità di contrasto necessario per percepire l illusione e anche nella pendenza delle curve fittate. I controlli RL e AM non differiscono tra loro nonostante la differenza di età, di esposizione alla lettura e di abilità di lettura. Questo è il primo risultato in favore di un deficit M-D nei Dislessici confrontati con un gruppo di Reading Level che esclude la possibilità che il defict M-D sia una conseguenza della disabilità nella lettura.

90 Stimuli &Procedure Stessa procedura, stessi soggetti AM e Dislessici ma stimoli diversi, l Accordion Grating, e differenti valori di contrasto Michelson (0, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40%). Il gruppo RL non ha fatto questo esperimento.

91 Test di sensibilità al contrasto: risultati 100% dei Controlli vedono lo stimolo già con 2% di contrasto con 0 falsi allarmi nei catch trial 100% dei Dislessici vedono lo stimolo già con 2% di contrasto con 0 falsi allarmi nei catch trial Controlli e Dislessici non differiscono nella percezione del contrasto su questi stimoli

92 Relative response frequency Risultati sull effetto illusorio Controlli vs Dislessici Aggregate data for AM Controls fitting: R 2 =.98, Contrast Threshold (from the fitting) = 2.953, Slope =.598 Aggregate data for Dyslexics fitting: R 2 =.98, Contrast Threshold (from the fitting) = , Slope = Contrast [%]

93 Mean Contrast Threshold [%] Media delle soglie di contrasto Controlli vs Dislessici Controls Dyslexics Controls: thresholds mean = Dyslexics: thresholds mean = T test independent samples t (20) = p =.001 7/11 of Dyslexics fall in the Crawford Test and 9/11 are 1 SD below the mean of the Controls

94 I due gruppi di soggetti (Controlli e Dislessici) differiscono nella quantità di contrasto necessario per percepire l illusione come trovato anche con l RTLI. La differenza nelle soglie trovate nell esperimento con l RTLI e quelle con l AG è coerente con la differente forza delle due illusioni. Questo è un importante controllo interno perché conferma che i soggetti facevano il compito sull effetto illusorio, come richiesto, e non sulla visibilità del pattern. Anche questo test può essere un buon strumento per la diagnosi. Riassumendo: Controlli vs Dislessici

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97 RTLI e AG nella Sindrome di Williams 13 Williams 15 Controlli per età mentale Stessi risultati ottenuti per i dislessici Gli individui con Sindrome di Williams percepiscono meno le illusioni di movimento presentando quindi un deficit alla via M-D RTLI Williams vs Control Thresholds 1 2

98 RTLI e Soggetti con Delezione del Gene DCDC2/intron 2 NON Dislessici 11 soggetti con delezione del gene DCDC2/intron 2 non dislessici 12 soggetti senza delezione I soggetti con delezione presentano un risultato nel test della RTLI non dissimile dai Dislessici dimostrando di avere un deficit specifico nella via M-D. Questo è il primo dato in assoluto che riporta un deficit M-D su questa popolazione ed il primo dato che associ uno specifico gene la deficit magnocellulare!

99 Contrast [%] Contrast [%] 50% Threshold Mean for RTLI Illusory Perception Slope Mean for RTLI Illusory Perception

100 A che punto siamo quindi Deficit M-D presente sia a livello basso che lato della vi M-D Reading level ce li abbiamo Ci sono due modi che sono estremamente convincenti per verificare se un deficit e causa o effetto: lo studio longitudinale e quello riabilitativo

101 Causa o Effetto??? Una ricerca sui Pre-scolari Percezione del Movimento Coerente (sistema Magnocellulare-Dorsale) (Kevan and Pamer 2008? Tutti i punti si muovono in una direzione coerente = condizione facile Pochi punti si muovono in una direzione coerente = condizione difficile

102 Risultati: Motion I bambini a rischio richiedono un numero di puntini che si muovono in modo coerente maggiore (= minore sensibilità) x percepire il movimento rispetto ai controlli. Nessuna differenza tra i due gruppi nel compito Parvo di rilevamento di forma

103 Risultati: FD I bambini a rischio (figli di dislessici) rilevano una minore sensibilità agli stimoli M=FD Nessuna differenza tra i due gruppi nel compito di controllo Parvo (stimoli fissi)

104 STUDIO LONGITUDINALE SULLA PERCEZIONE DEL MOVIMENTO COERENTE IPOTESI il funzionamento M-D, stimato attraverso il compito della percezione del movimento coerente di punti (ppmc), è già compromesso in bambini in età prescolare (pre-lettori), e le disfunzioni cognitive ad esso relate, vanno a rendere più difficoltosa l acquisizione delle competenze di lettura. Questa evidenza permette di escludere che il disturbo M-D sia semplicemente la conseguenza delle difficoltà di lettura che caratterizzano la DE. CAMPIONE 72 bambini di 5/6 anni delle province di Trentino, Veneto e Lombardia PARADIGMA UTILIZZATO Compito ppmc (stima funz. M-D, in T1) Sub-test delle Somiglianze (QI verbale, in T1) Brano MT (livello lettura, in T2)

105 MOVIMENTO COERENTE DI PUNTI

106 RISULTATI NR PR Livello del caso

107 Compito di Navon Discriminazione (quadrato vs. triangolo) della caratteristica Locale (RT)

108 RT msec Normal readers Poor readers Local Global

109 RT msec Local task Congruent Incongruent Normal readers Poor readers

110 RT msec Global task Congruent Incongruent

111 CONCLUSIONI problemi di codifica visiva (malfunzionamento sistema M-D) manifestati da bambini in età prescolare possono essere considerati validi predittori della DE; un abilità non legata direttamente alla lettura (ovvero la discriminazione della direzione del movimento di alcuni puntini o il compito navon), misurata quando il bambino non ha ancora imparato a leggere, risulta predittiva delle abilità di lettura; importante per lo sviluppo di assessment completi e di efficaci interventi di prevenzione.

112 Cos e il Perceptual Learning? Il Perceptual Learning (PL) o apprendimento percettivo può essere definito come il cambiamento del sistema percettivo in funzione dell apprendimento che normalmente è causato dall esposizione ripetuta a specifici stimoli (informazione). La stessa esistenza del PL è stata dibattuta per anni.

113 Dibattito sul Perceptual Learning I primi psicologi della scuola della Gestalt negarono fortemente la possibilità di un sistema percettivo propenso al cambiamento al di fuori del periodo critico. Adesso l esistenza del PL è universalmente riconosciuta ma la questione è sempre aperta per quel che riguarda l ammontare del cambiamento e in quali domini il cambiamento avvenga.

114 Come avviene il PL: due punti di vista, forse, conciliabili Scoperta: i membri di questa scuola di pensiero sostengono che l apprendimento rende consapevoli caratteristiche che erano sì prima percepite ma non portate a livello cosciente. Arricchimento: i sostenitori di questa teoria invece suppongono che grazie all apprendimento si abbia una capacità di risposta maggiore. Probabilmente le due posizioni semplicemente descrivono due aspetti del PL.

115 Perché è importante il PL? In generale la capacità di apprendere per un organismo, anche adulto, è di fondamentale importanza per la sopravvivenza dello stesso, la possibilità di continuare a vivere è intimamente legata alle capacità percettive dell organismo.

116 Bruegel

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118 PL in laboratorio e sul campo Lo studio del PL in laboratorio ha mostrato che soggetti ripetutamente esposti a specifiche caratteristiche di tipo visivo, uditivo, tattile e olfattivo presentano una maggiore sensibilità alle caratteristiche allenate dimostrando in modo inequivocabile la dinamicità del sistema percettivo anche in età adulta. Le ricerche hanno anche evidenziato come nei soggetti adulti con prismi ottici distorcenti la visione, l interattività con l ambiente circostante aumenti radicalmente il PL. Studi sul comportamento animale nel loro ambiente mostrano anche come uno specifico caso di PL possa essere l apprendimento del canto per gli uccelli o in generale il fenomeno dell imprinting.

119 Il dilemma della plasticitàstaticità Il cervello quando si deve adattare ad un nuovo ambiente deve essere capace di mutare nella sua architettura ma allo stesso tempo questo deve avvenire solo nel caso in cui le informazioni siano rilevanti mentre è ovvio che viene continuamente bombardato da informazioni irrilevanti. In sostanza come il nostro sistema nervoso riconosce le informazioni rilevanti da quelle irrilevanti? Apprendimento stimolo-risposta a la Pavlov.

120 Cause del PL Attenzione? Mera esposizione? Cos altro?

121 Attenzione L attenzione può essere direzionata verso gli stimoli rilevanti in modo da escludere quelli irrilevanti evidenziando i dettagli di quelli individuati all interno del focus attentivo. Ma è veramente necessaria???

122

123 Mera Esposizione In teoria tutto ciò che colpisce i recettori retinici viene processato ad un certo livello corticale. Come si spiega però che il nostro cervello non apprende tutto ma solo alcune caratteristiche rilevanti???

124 Due famiglie di PL Task Relevant Task Irrelevant

125 Task Relevant PL Stimoli soprasoglia Rinforzo esterno Valutazione post test pre test In sostanza: un classico

126 Un esempio clinico: Ambliopia Il Task Relevant PL dà eccellenti risultati anche negli adulti al contrario di quello che si credeva prima. Il Task Relevant PL richiede meno tempo di qualunque altro trattamento e dà risultati migliori delle altre terapie (es: terapia occlusiva) Il Task Relevant PL è stabile nel tempo (Li, Klein and Levi, 2008)

127 Task Irrelevant PL Stimoli sottosoglia Ancoraggio dell attenzione ad un compito irrilevante (mossa Kansas City ) Matching temporale tra target del compito irrilevante e caratteristica specifica dello stimolo sottosoglia da apprendere Valutazione post test pre test sia sotto che sopra soglia Lunga permanenza dell apprendimento In sostanza: l attenzione non serve per il PL!

128 Setting per il task irrelevant PL Watanabe et al Nature, 2001

129 Un modello unitario Acetilcolina, norepinefrina e dopamina sembrano essere i candidati nel regolare il PL

130

131 Perceptual Learning con Dislessici 1) PreTest 2) 10 giorni di Training TR 3) PostTest 4) 10 giorni di Training TI )5 Post Test Pre e Post Test Fissazione Random Dots Schermo di Risposta + Training Task Irrelevant Fissazione RSVP Schermo di Risposta + 4 Which numbers did you see? Fissazione + Training Task Relevant Random Dots Schermo di Risposta Which one contains coherent motion?

132 Perceptual Learning Training 22 Studenti Universitari (range di eta yrs) Poor readers trattati (N=6) Poor readers non trattati (N=5) Good readers trattati (N=6) Good readers non trattati (N=5) Good readers trattati con videogioco carte (N=6)

133 Risultati

134 Conclusioni per il trattamento magnocellulare 20 ore di trattamento con pallini che si muovono sullo schermo produce un miglioramento di oltre una deviazione standard nelle capacita di lettura. Questo trattamento e specifico della via magnocellulare-dorsale e non presenta nessun training linguistico o di lettura.

135 Facciamo il punto della situazione Il defict M-D e presente nei dislessici a diversi livelli della via M-D Questo deficit e presente anche se i dislessici sono confrontati con i reading level Questo deficit e presente anche nei bambini a rischio di dislessia Questo deficit e presente anche nei bambini che diventeranno dislessici Se la via M-D viene allenata le abilità di lettura nei poveri lettori migliorano Tutto questo spinge a considerare il deficit M- D come causa della dislessia e quindi va preso in seria considerazione!

136 Attenzione Peter Tse

137 Zoom in

138

139 Zoom out

140 Zoom out

141 Come possiamo dire che La dislessia è causata da un deficit attenzionale Che il deficit attenzionale non è la conseguenza della dislessia

142 Il lavoro che vi presentero adesso e stato recentemente pubblicato su

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144 Dislessia Evolutiva (DE) Un deficit specifico nella lettura e nello spelling nonostante intelligenza e accesso all istruzione convenzionale adeguati. Teoria del deficit fonologico (Ramus, 2003; Shaywitz & Shaywitz, 2005; Vellutino, Fletcher, Snowling, & Scanlon, 2004)

145 Visuo-spatial attention ability (VSA) and Reading In uno studio cross-sezionale su bambini a sviluppo tipico, Bosse and Valdois (2009) hanno mostrato che l attenzione visiva contribuisce alle capacità di decodifica fonologica, indipendentemente dal processamento fonologico-uditivo, anche in prima elementare. Un problema nell orientamento dell attenzione è stato ripetutamente descritto in dislessici con scarse abilità di decodifica fonologica (Cestnick & Coltheart, 1999; Buchholz & McKone, 2004, Facoetti et al. 2010).

146

147 La domanda che era ancora insoluta era quindi: Ma si puo dire che un deficit di attenzione visiva sia CAUSA della dislessia indipendentemente dalla fonologia

148 Campione 96 (44 femmine e 52 maschi) di 5 anni frequentanti 4 scuole materne del nord Italia. Abbiamo escluso bambini che già sapevano leggere. I bambini con ADHD sono a sua volta stati esclusi dal campione (Scale Conners, forma breve). Tutti i bambini del campione erano di madre lingua italiana. I bambini non avevano nessuna documentata storia di danni cerebrali o di deficit visivi e uditivi.

149 Serial Visual Search Un foglio con 5 righe di stimoli non linguistici veniva presentato ad ogni bambino in due versioni (fitto e largo). Il compito del soggetto era quello di cancellare tutti i simboli identici a quello rappresentato in alto. I soggetti dovevano completare il compito procedendo da sinistra a destra per tutti i simboli della riga senza poter tornare indietro. β

150 Spatial cueing facilitation task

151 Tutti i nostri test cartacei sono disponibili sul nostro sito A GRATIS pd/materials.html

152 T2: Primo anno di Scuola Elementare Reading competence evaluation Letter naming task Single pseudo-word reading (3, 6 and 14 pseudo-word lists) Single word reading Text Reading (MT test) T3: Secondo anno di Scuola Elementare Reading competence evaluation Text reading (MT test) Single word reading (Sartori et al. 1995)

153 I bambini in T2 erano divisi in due gruppi. Un bambino era assegnato al gruppo dei Poor Readers (PR) quando il suo z-score mediati per fluenza e accuratezza nella lettura del testo era sotto 1.5 DS. Tutti I bambini che non rientravano in questo criterio venivano assegnati al gruppo di Normal Readers (NR). In T2 otteniamo quindi due gruppi così composti: 14 PR and 68 NR. Poor Readers (N=14) Normal Readers (N=68) M DS M DS T1 Age (years) Block Design (standard score) T2 Letter naming (sec.)* F (1,80) =7.51, p=.008 partial ή 2 =0.086 Pseudo-Word Reading (zscore)* F (1,80) =45.41 p=.001 partial ή 2 =0.362 F (1,80) =21.33 p=.001 partial ή 2 =0.21 Word Reading (z-score)* Text Reading (z-score)* F (1,80) =141.37, p=.001 partial ή 2 =0.639

154 Capacità fonologiche & mappatura visuo fonologica in T1 Poor Readers (N=14) Normal Readers (N=68) M DS M DS Syllabic recognition words (errors) * F(1,80)=2.59, p=0.056, partial ή2 =0.031 Syllabic recognition pseudo-words (errors)* Syllabic blending (errors) Syllabic segmentation (errors) RAN Colours (seconds)

155 Accuracy Visuo-Spatial Attention β 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 Normal Readers Poor Readers Group main effect F(1,80)=12.24, p=0.001 partial ή 2 = ,2 Valid Cue Invalid Cue*Group F(1,80)=9.28, p=0.003, partial ή 2 =0.104

156 T1 Predirre i futuri Poor Reader tramite le capacità di attenzione visiva prima dell apprendimento della lettura stessa: dati individuali: correlazioni. Visuo-Spatial Attentional abilities visual-to-phonological mapping abilities Phonological Abilities Serial Visual Search Task (Errors) Valid Attentional Orenting (accuracy) RAN colours (time) Blending skills (errors) Letter naming T2 (time) Pseudoword reading T2 (z-score) Single word reading T2 (z-score) Text reading T2 (z-score) Single word reading T3 (z-score) Text reading T3 (z-score),42 -,29 -,33 -,36 -,41 -,48,000,009,003,001,000,000 -,15,32,27,31,30,36,179,004,018,005,007,001,30 -,23 -,22 -,16 -,29 -,27,008,047,054,149,009,014,028 -,25 -,24 -,13 -,28 -,24,807,026,035,247,014,030

157 È possibile predirre le capacità di lettura in prima elementare (T2) usando la performance nei compiti di attenzione visiva testata nella scuola materna (T1)? fixed-entry multiple regression analysis

158 È possibile predirre le capacità di lettura in seconda elementare (T3) usando la performance nei compiti di attenzione visiva testata nella scuola materna (T1)?

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160 Conclusioni per questa parte Le abilità attentive (attenzione visiva spaziale) misurata alla scuola materna è capace di predire le abilità di lettura in prima ed in seconda elementare indipendentemente dalla consapevolezza fonologica e dalla fluenza di mappaggio visivofonologico. E tempo di aggiornare quindi l idea di dislessia: l attenzione e un core deficit. Facciamocene una ragione Il disegno longitudinale permette, per la prima volta di dimostrare una relazione causale tra le abilità atentive e le successive capacità di lettura Uno specifico trattamento per migliorare le abilità attentive di bambini che ancora non hanno cominciato a leggere potrebbe ridurre l incidenza della dislessia evolutiva.

161 E adesso??? Visto che sappiamo che l attenzione visiva e un core deficit dovremmo chiederci se provando a riabilitarla. Magari Le abilita di lettura migliorano! Quando ho presentato questo dato ad un convegno mi hanno chiesto se l associazione logopediste mi avesse gia minacciato di morte

162 Video Game & Video Giocatori

163 Le cose cambiarono un pochino quando...

164 Effettivamente nel frattempo qualche articoletto che suggeriva che gli action video game migliorano l attenzione è uscito

165 E migliorano pure la resistenza al crowding

166 Cosa potrebbe succedere alle abilità di lettura dei bambini dislessici se li allenassimo con i video giochi? 20 bambini con dislessia (eta media 10 anni) 10 bambini allenati per 12 ore in totale con action video game (AVG) 10 bambini alleati per 12 ore in totale con non-action video game (NAVG) Tutti i bambini erano testati nelle loro abilità di lettura e nelle loro capacità attenzionali prima e dopo il trattamento

167

168 La notizia del nostro articolo ha fatto il giro del mondo

169 Video Games Training 12 ore in totale 9 sessioni di 80 minuti Wii videogame (Rayman raving rabbids)

170 I Videogame

171 Solo i videogame di azione sono capaci di migliorare sia l attenzione distribuita che quella focalizata in bambini con dislessia

172 Solo I videogiochi di azione migliorano l attenzione temporale crossmodale nei Bambini con Dislessia

173 Sill/Sec gain pseudo-words Reading Abilities Results NAVGp Average Pseudowords and Text AVGp NAVGp Sill/Sec gain text NAVGp AVGp AVGp NAVGp AVGp NAVGp AVGp

174 Ulteriori risultati Abbiamo fatto un follow up dopo due mesi e non abbiamo trovato nessun decremento delle abilita di lettura. In altre parole il miglioramento ottenuto con solo 12 ore di AVG regge dopo 2 mesi senza alcun trattamento. Le abiita fonologiche non cambiano dopo il tratamento con AVG mostrando che le abilità fonologiche sono indipendenti dalle abilita attenzionali e di lettura. Il miglioramento nella abilita di lettura e delle abilita attenzionalisono fortemente correlati: il guadagno in abilita attenzionale spiega il 48% del miglioramento della lettura

175 Conclusioni riguardo il training con i video game IL training con gli AVG migliora sia il VAST che il Posner I cambiamenti attenzionali si trasformano direttamente in miglioramenti di lettura senza alcun training fonologico Il training con gli AVG dovrebbe essere indipendente dalla lingua parlata (Vedere il nostro commento su Current Biology al Dispatch dibavalier e t al) Il training con gli AVG non migliora le capacità fonologiche che quindi sono indipendenti

176 In sostanza pero rimane la domanda cruciale Ma i videogiochi non dovevano trasformare i ragazzini in serial killer???

177 In sostanza pero rimane la domanda cruciale Ovvio che sì ma i nuovi serial killer leggeranno BENISSIMO!!!

178 Il Futuro

179 Il Futuro e possibile migliorare anche le capacita matematiche nei discalculici con i videogiochi??? Beh chiedete a Monja Tait

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