Articolo #2. NeuroImage. Magnetic stimulation of visual cortex impairs perceptual learning

Articolo #2 NeuroImage Magnetic stimulation of visual cortex impairs perceptual learning Antonello Baldassarre a,n,1, Paolo Capotosto a,n,1, Giorgia Committeri a, Maurizio Corbetta b,c a Department of Neuroscience, Imaging and Clinical Science - and ITAB, Institute of Advanced Biomedical Technologies University G. D'Annunzio" Via dei Vestini 33, Chieti, 66100, Italy b Department of Neurology, Radiology, Anatomy & Neurobiology, Washington University School of Medicine, St.Louis, USA c Department of Neuroscience, University of Padua, Italy

Struttura di un articolo scientifico Introduction Cosa è stato fatto in precedenza? Perché è stato condotto lo studio?! Results + Materials and Methods Cosa è stato scoperto? Come è stato condotto lo studio?! Discussion Cosa significa?

Cosa è stato fatto in precedenza? Breve overview della letteratura sul topic affrontato Cosa non è chiaro? Introduce il problema Scopo della ricerca. Espone la motivazione del lavoro presentato Come è stato condotto lo studio? Breve overview del Metodo Predizioni. Cosa ci aspetta di trovare

Gli individui sono in grade di orientare l attenzione in maniera volontaria nel campo visivo e gli stimoli visivi verranno riconosciuti in maniera piu accurta e rapida

Gli individui sono in grade di orientare l attenzione in maniera volontaria nel campo visivo e gli stimoli visivi verranno riconosciuti in maniera piu accurta e rapida La percezione visiva puo essere migliorata attraverso il training, fenomeno chiamato Visual Perceptual Learning (VPL)

Gli individui sono in grade di orientare l attenzione in maniera volontaria nel campo visivo e gli stimoli visivi verranno riconosciuti in maniera piu accurta e rapida La percezione visiva puo essere migliorata attraverso il training, fenomeno chiamato Visual Perceptual Learning (VPL) VPL puo dipendere dall attenzione spaziale

Sebbene il VPL sia stato studiato da decenni, i suoi meccanismi neurali sono ancora dibattuti.

Sebbene il VPL sia stato studiato da decenni, i suoi meccanismi neurali sono ancora dibattuti. Studi neurofisiologici e di neuroimaging indicano che il VPL induce cambiamenti dell attivita neural nella corteccia visiva e i aree di ordine piu alto che sono coinvolte nel controllo dell attenzione visuo-spaziale

Sebbene il VPL sia stato studiato da decenni, i suoi meccanismi neurali sono ancora dibattuti. Studi neurofisiologici e di neuroimaging indicano che il VPL induce cambiamenti dell attivita neural nella corteccia visiva e i aree di ordine piu alto che sono coinvolte nel controllo dell attenzione visuo-spaziale Inoltre, studi recenti mostrano che il VPL modifica le interazioni tra tali aree.

#3 Training di Apprendimento Percettivo Visivo Lewis, Baldassarre et al., 2009

#3 1.Corteccia Visiva Allenata e Dorsal Attention Network diventano più Anti-Correlati 0 0" Pre Post 1" 1" 2" 3" -0.1 4" 5" 6" -0.2 7" Lewis, Baldassarre et al., 2009 Trained Visual Network Dorsal Attention Network

#3 1.Corteccia Visiva Allenata e Dorsal Attention Network diventano più Anti-Correlati! 2.Corteccia Visiva Non-Allenata e Default Network diventano meno Anti-Correlati 0 0" 1" 1" Pre Post 0 0" 1" Pre Post 1" 2" 2" -0.1 3" 4" 3" -0.1 5" 4" 7" -0.2 6" 5" 6" -0.2 8" 7" Untrained Visual Network Default Mode Network Lewis, Baldassarre et al., 2009 Trained Visual Network Dorsal Attention Network

E stato suggerito che il VPL sposta il locus corticale dell elaborazione deli stimuli appresi da regioni di alto-ordine di control cognitive (nella fase iniziale del training) verso region della corteccia visiva (quando il training e completato)

E stato suggerito che il VPL sposta il locus corticale dell elaborazione deli stimuli appresi da regioni di alto-ordine di control cognitive (nella fase iniziale del training) verso region della corteccia visiva (quando il training e completato) Per esempio, lo studio fmri di Lewis e coll. (2009) sul VPL han mostrato che il dorsal attention network era maggiormente attivato per la forma nuova (non-allenata) e meno activate per la forma familiare (allenata).

E stato suggerito che il VPL sposta il locus corticale dell elaborazione deli stimuli appresi da regioni di alto-ordine di control cognitive (nella fase iniziale del training) verso region della corteccia visiva (quando il training e completato) Per esempio, lo studio fmri di Lewis e coll. (2009) sul VPL han mostrato che il dorsal attention network era maggiormente attivato per la forma nuova (non-allenata) e meno activate per la forma familiare (allenata). Dicontro, la corteccia visiva era piu attivata per la forma familiare (allenata) rispetto a quella nova (non-allenata)

Orientation Discrimination task 14 soggetti sani! Stimoli: 12 T con diverso orientamento! Durata stimolo: 150 msec! Target: T rovesciata solo nel quadrante inferiore sx! 80% casi presente; 20% assente! Distrattori: T diverso orientamento! Compito: mantenere la fissazione e prestare attenzione quadrante inferiore sx per identificare la forma target! Risposta: presente/assente! Registrazione dell accuratezza e dei tempi di reazione (RTs)! Learning threshold (soglia di apprendimento): 10 blocchi consecutivi con 80% accuratezza! Risposte pesate per i falsi positivi

Orientation Discrimination task 80 60 Accuracy 40 20 Block 50 100 150 200 Blocks

Dopo il Training, Stesso compito del training con la Forma Allenata (T rovesciata) vs. Forma Non Allenata (T dx, T sx) 2000 150 Trained Shape 2000 150 ms

Dopo il Training, Stesso compito del training con la Forma Allenata (T rovesciata) vs. Forma Non Allenata (T dx, T sx) 2000 2000 150 150 Trained Shape 2000 2000 150 Untrained Shape 150 ms ms

1. Dorsal Attention Network: Maggior Attivazione Forma Non-Allenata > Allenata FEF IPS IPS FEF PrCe PrCe ai MT+ MT+ ai

1. Dorsal Attention Network: Maggior Attivazione Forma Non-Allenata > Allenata FEF IPS IPS FEF PrCe PrCe ai MT+ MT+ ai 0.2 7" 6" Untrained > Trained * % BOLD change 5" 4" 3" 2" 1" 0" 0 Trained 1" Untrained Dorsal Attention Network

1. Dorsal Attention Network: Maggior Attivazione Forma Non-Allenata > Allenata FEF IPS IPS FEF PrCe PrCe LO ai MT+ MT+ ai 0.2 7" 6" Untrained > Trained * % BOLD change 5" 4" 3" 2" 1" 0" 0 Trained 1" Untrained Dorsal Attention Network

1. Dorsal Attention Network: Maggior Attivazione Forma Non-Allenata > Allenata 2. Corteccia Visiva Dorsale di Destra (Allenata): Maggior Attivazione Forma Allenata vs. Non-Allenata FEF IPS IPS FEF PrCe PrCe LO ai MT+ MT+ ai 0.2 7" 6" Untrained > Trained * % BOLD change 5" 4" 3" 2" 1" 0" 0 Trained 1" Untrained Dorsal Attention Network

1. Dorsal Attention Network: Maggior Attivazione Forma Non-Allenata > Allenata 2. Corteccia Visiva Dorsale di Destra (Allenata): Maggior Attivazione Forma Allenata vs. Non-Allenata FEF IPS IPS FEF PrCe PrCe LO ai MT+ MT+ ai 0.2 8" 7" Trained > Untrained * 0.2 7" 6" Untrained > Trained * 6" % BOLD change 5" 4" 3" 2" 1" % BOLD change 5" 4" 3" 2" 1" 0 0" Trained 1" Untrained 0" 0 Trained 1" Untrained Trained Visual Cortex Dorsal Attention Network

Considerati nel complesso, questi risultati supportano l ipotesi che, mentre le regioni attentive/ controllo fronto-parietali sono piu importanti nella fase iniziale del training, il controllo attentive diviene meno importante nella fase finale del training quando si formano dei templati in corteccia visiva.

Mentre ci soon study che offrono informazioni important sui meccanismi neurali del VPL, non ci sono evidenze dirette che le regioni visive (V2d/V3 e LO) mediano in realta il VPL.

Mentre ci soon study che offrono informazioni important sui meccanismi neurali del VPL, non ci sono evidenze dirette che le regioni visive (V2d/V3 e LO) mediano in realta il VPL. In quest studio abbiamo utilizzato la rtms in un gruppo di soggetti sani per testare con un approccio causale il ruolo cruciale delle aree visive nel VPL.

Mentre ci soon study che offrono informazioni important sui meccanismi neurali del VPL, non ci sono evidenze dirette che le regioni visive (V2d/V3 e LO) mediano in realta il VPL. In quest studio abbiamo utilizzato la rtms in un gruppo di soggetti sani per testare con un approccio causale il ruolo cruciale delle aree visive nel VPL. Abbiamo utilizzato lo stesso paradigma degli studi di Lewis et al., 2009 e Baldassarre et al., 2012

Dopo un training intensivo la TMS e stat utilizzata per interferire con l attivita delle aree visive alienate (V2d/V3 e LO) e di una regione del solco intraparietale (IPS)

Dopo un training intensivo la TMS e stat utilizzata per interferire con l attivita delle aree visive alienate (V2d/V3 e LO) e di una regione del solco intraparietale (IPS) Se il VPL e raggiunto e il template si e formato nella porzione della corteccia visiva allenata (dorsale di destra), la stimolazione di IPS non peggiorera il VPL

Dopo un training intensivo la TMS e stat utilizzata per interferire con l attivita delle aree visive alienate (V2d/V3 e LO) e di una regione del solco intraparietale (IPS) Se il VPL e raggiunto e il template si e formato nella porzione della corteccia visiva allenata (dorsale di destra), la stimolazione di IPS non peggiorera il VPL Dicontro, ci si aspetta che la stimolazione di V2d/V3 e LO peggiorera la perfomance.

Dopo un training intensivo la TMS e stat utilizzata per interferire con l attivita delle aree visive alienate (V2d/V3 e LO) e di una regione del solco intraparietale (IPS) Se il VPL e raggiunto e il template si e formato nella porzione della corteccia visiva allenata (dorsale di destra), la stimolazione di IPS non peggiorera il VPL Dicontro, ci si aspetta che la stimolazione di V2d/V3 e LO peggiorera la perfomance. La stimolazione su V2d/V3 e LO produrra effete neagtivi simili.

Methods

Methods Orientation Discrimination task 16 soggetti sani! Stimoli: 12 T con diverso orientamento! Durata stimolo: 150 msec! Target: T rovesciata solo nel quadrante inferiore sx! 80% casi presente; 20% assente! Distrattori: T diverso orientamento! Compito: mantenere la fissazione e prestare attenzione quadrante inferiore sx per identificare la forma target! Risposta: presente/assente! Registrazione dell accuratezza e dei tempi di reazione (RTs)! Learning threshold (soglia di apprendimento): 12 blocchi consecutivi con 80% accuratezza! Risposte pesate per i falsi positivi

Methods Orientation Discrimination task 80 60 Accuracy 40 20 Block 50 100 150 200 Blocks

Methods

Methods La TMS e stat applicata in maniera attivia su 3 siti: V2d/3, LO e IPS piu una stimolazione finta' (Sham)

Results