Progettistica hardware e software nell' applicazione della topografia ottica sul neonato: valutazione dei rapporti anatomici tra punti di repere esterni e aree anatomico - funzionali cerebro corticali

2008/2009Questa tesi di dottorato è rivolta a coloro che utilizzano come tecnica di indagine dei tessuti biologici la spettroscopia nel vicino infrarosso (Near Infrared Spettroscopy), interessati ad acquisire alcune delle conoscenze alla base del meccanismo di azione della spettroscopia e le competenze per adattare lo strumento allo studio di superfici tissutali molto piccole e a volte irregolari, come la superficie cranica di un neonato, sia nato a termine che pretermine. Si presenta articolata in due parti: una prima sezione teorica ed una seconda sezione pratica. La parte teorica è sviluppata in modo tale che, dopo una breve introduzione sulle teorie dello sviluppo del cervello, il lettore acquisisca per gradi le conoscenze anatomico funzionali di base del cervello, con particolare riferimento alla corteccia cerebrale e all’emodinamica tissutale. La tesi inizia con una descrizione anatomico funzionale del sistema nervoso e delle principali strutture e funzioni che lo classificano per poi passare alla descrizione di come si sviluppa, trattando i principali meccanismi che regolano lo sviluppo dell’embrione e la formazione del sistema nervoso e le differenze principali tra un cervello adulto e quello di un neonato. Poi passa in rassegna le principali tecniche di indagine dei tessuti biologici, tecniche che possono essere più o meno invasive e più o meno adatte ad essere utilizzate con i neonati. In questa parte è introdotta, come tecnica di indagine poco invasiva, la spettroscopia nel vicino infrarosso, il NIRs. Questa tecnica è resa possibile grazie alle proprietà ottiche dei tessuti e alle caratteristiche fisiche della luce che, per certe lunghezze d’onda, a contatto con i nostri tessuti, può essere in parte assorbita ed in parte restituita. Per capirne il funzionamento occorre conoscere alcune delle principali caratteristiche dei tessuti che la luce deve attraversare. Per questo motivo dopo l’introduzione allo strumento, la tesi procede con una breve rassegna sulle varie strutture anatomico funzionali che compongono la testa, partendo dalla pelle ed analizzando le strutture sottostanti fino al tronco encefalico e al cervelletto, con particolare approfondimento alle basi di fisiologia necessarie per comprendere l’emodinamica dei tessuti biologici e in particolare l’emodinamica cerebrale. Per finire, vengono analizzate le proprietà ottiche dei tessuti con alcuni dei meccanismi fisici più importanti come l’assorbimento e lo scattering. Segue alla sezione teorica, quella pratica. La spettroscopia nel vicino infrarosso trasporta e rileva la luce sul tessuto, tramite fibre ottiche. Le fibre ottiche possono essere di numero variabile in base al numero di canali del modello NIRs. La parte pratica della tesi è rivolta alla progettazione e realizzazione del supporto (cuffia o probe) per le fibre ottiche, da utilizzare con gli infanti, sia nati a termine che pretermine. La progettazione ha tenuto conto sia delle leggi fisiche alla base del trasporto del segnale luminoso, sia degli aspetti anatomico funzionali della delicata superficie cranica del neonato. Sono descritti i materiali utilizzati, gli strumenti e la tecnica di lavorazione per produrre il primo prototipo di cuffia, testato direttamente sui neonati. Dal prototipo è stata sviluppata la cuffia definitiva, chiamata Base e alcune varianti, tra cui le principali sono: la cuffia Malleabile e la cuffia Deformabile. Sono descritti i materiali utilizzati in ogni variante e la tecnica di lavorazione, compresi gli strumenti. L’ultima parte della tesi è rivolta alla progettazione e realizzazione di un software per rilevare i punti di repere e agevolare il corretto posizionamento della cuffietta sulla testa del neonato, in base alle aree indagate. Dal progetto è nato il programma S.T.B.M (System 10-20 Topographic Brain Mapping ver. n 8). La tesi si conclude con la descrizione di tutti i passaggi, dall’avvio alla chiusura del programma, necessari per comprenderne il corretto funzionamento e la tecnica di costruzione delle immagini del cervello e della testa di neonato, utilizzate dal programma per rappresentare i punti di riferimento del sistema 10-20, con relative distanze in mm.XXII Cicl

Subliminally Perceived Odours Modulate Female Intrasexual Competition: An Eye Movement Study

Background: Evidence suggests that subliminal odorants influence human perception and behavior. It has been hypothesized that the human sex-steroid derived compound 4,16-androstadien-3-one (androstadienone) functions as a human chemosignal. The most intensively studied steroid compound, androstadienone is known to be biologically relevant since it seems to convey information about male mate quality to women. It is unclear if the effects of androstadienone are menstrual cycle related. Methodology/Principal Findings: In the first experiment, heterosexual women were exposed to androstadienone or a control compound and asked to view stimuli such as female faces, male faces and familiar objects while their eye movements were recorded. In the second experiment the same women were asked to rate the level of stimuli attractiveness following exposure to the study or control compound. The results indicated that women at high conception risk spent more time viewing the female than the male faces regardless of the compound administered. Women at a low conception risk exhibited a preference for female faces only following exposure to androstadienone. Conclusions/Significance: We contend that a woman’s level of fertility influences her evaluation of potential competitors (e.g., faces of other women) during times critical for reproduction. Subliminally perceived odorants, such as androstadienone, might similarly enhance intrasexual competition strategies in women during fertility phases not critica

La direzione dello sguardo di un'altra persona può dirigere l'attenzione del neonato

Baron-Cohen (1994) ha postulato l’esistenza di un meccanismo innato definito «Meccanismo di Detezione della Direzione dello Sguardo» (Eye Direction Detector,EDD), in grado di elaborare la posizione degli occhi e di costruire una prima forma di rappresentazione diadica. Una dimostrazione dell’esistenza nei primi mesi di vita di questo meccanismo è stata fornita da Hood, Willen e Driver (1998), i quali hanno evidenziato che la direzione dello sguardo di un’altra persona produce uno spostamento dell’attenzione nella direzione corrispondente. Tuttavia, Farroni, Johnson,Brockbank e Simion (2000), hanno dimostrato che in bambini di 4 mesi tale capacità è presente solo qualora il movimento delle pupille durante lo spostamento dello sguardo sia visibile. Se il meccanismo EDD postulato da Baron-Cohen è innato e l’indice attentivo è dato dal movimento delle pupille, lo stesso effetto dovrebbe essere presente fin dalla nascita. Allo scopo di verificare questa ipotesi è stato eseguito un esperimento con neonati di 2-4 giorni utilizzando un adattamento del paradigma di Hood et al. (1998).Ai neonati veniva mostrato un volto schematico che muoveva le pupille spostando gli occhi a destra o a sinistra dello schermo. Successivamente, dopo la scomparsa del volto, veniva presentato uno stimolo bersaglio (target) che poteva trovarsi nella stessa posizione segnalata dalla direzione delle pupille (posizione congruente) o in direzione opposta (posizione incongruente). I risultati ottenuti confermano l’esistenza di una precoce capacità di utilizzare la direzione degli occhi come indice attentivo, almeno nel caso in cui il movimento delle pupille sia visibile

The SNARC effect: A preregistered study on the interaction of horizontal,vertical, and sagittal spatial-numerical associations

Small numbers are processed faster through left-sided than right-sided responses, whereas large numbers are processed faster through right-sided than left-sided responses (i.e., the Spatial-numerical Association of Response Codes [SNARC] effect). This effect suggests that small numbers are represented on the left side of space, whereas large numbers are represented on the right side of space, along a mental number line. The SNARC effect has been widely investigated along the horizontal Cartesian axis (i.e., left-right). Aleotti et al. (2020), however, have shown that the SNARC effect could also be observed along the vertical (i.e., small numbers-down side vs. large numbers-up side) and the sagittal axis (i.e., small numbers-near side vs. large numbers-far side). Here, we investigated whether the three Cartesian axes could interact to elicit the SNARC effect. Participants were asked to decide whether a centrally presented Arabic digit was odd or even. Responses were collected through an ad hoc-made response box on which the SNARC effect could be compatible for one, two, or three Cartesian axes. The results showed that the higher the number of SNARC-compatible Cartesian axes, the stronger the SNARC effect. We suggest that numbers are represented in a three-dimensional number space defined by interacting Cartesian axes

Breaking the flow of an action

The present study was aimed at investigating whether the execution of a sequential action changes when the temporal contiguity between the motor steps composing it is altered. Participants were requested to reach and grasp an object and pour its contents into a container under two conditions: a ‘fluent pouring’ condition in which participants were instructed to execute the action fluently and an ‘interrupted pouring’ condition in which participants were instructed to reach and grasp the object, wait for an acoustic signal and then complete the pouring action. A ‘control’ condition in which participants were requested to reach and grasp the object without performing any subsequent action was also administered. Results indicate that movement duration and hand kinematics varied depending on the temporal relationship between the reach-to-grasp and the lift-to-pour phases. When a delay at object contact was introduced, reach duration was longer and the thumb/index abduction angle was greater than when such a delay was not introduced. These results are interpreted in light of ‘internal model’ theories suggesting that a strict temporal contiguity between the motor steps composing an action is a prerequisite for a skilful movement to be planned and executed

Anticipating the course of an action: evidence from corticospinal excitability

BACKGROUND: Anticipatory planning, the ability to anticipate future perceptual-motor demands of a goal-oriented action sequence, is essential for flexible, purposeful behavior. Once an action goal has been defined, movement details necessary to achieve that goal can be selected. Here, we investigate if anticipatory planning takes place even when multi-step actions are being carried out. How, we may ask, are the cerebral circuits involved in movement selection influenced by anticipated object-center task demands? Transcranial magnetic stimulation (TMS) was used to investigate how changes in corticospinal excitability (CSE) are dependent on anticipated task variables of intended future actions. Specifically, single- and paired-pulse TMS was used to evaluate corticospinal excitability during the action selection phase preparatory to grasp execution. RESULTS: We found that during the premovement phase, there is an object- and muscle-specific modulation in the intrinsic hand muscle that will be used during a forthcoming grasping action. Depending on whether the participants were instructed to perform a single- or double-step movement sequence, modulation of the corticospinal output to the appropriate hand muscles was dependent on what object was to be grasped and what type of movement was being prepared. No modulation in excitability was observed during one-step movements. CONCLUSIONS: Anticipation of intended task demands plays an important role in controlling multi- step actions during which ongoing behavior may need to be adjusted. This finding supports the notion that the cortico-cortical mechanism involving movement planning is specific for an object's properties as well as for the goal of the movement sequence

Effects of end-goal on hand shaping

The aim of the present study was to determine whether hand shaping was affected by planning of an action subsequent to object contact. Ten subjects (5 females and 5 males, ages 19-33) were requested to reach toward and grasp a convex object between the thumb and the four fingers of the right hand and to perform one of the following actions: 1) lift up the object; 2) insert the object into a niche of a similar shape and size as the object, or 3) insert the object into a rectangular niche much larger than the object. Flexion/extension at the metacarpal-phalangeal and proximal interphalangeal joints of all digits were measured using resistive sensors embedded in a glove. Although all experimental conditions required grasping the same object, we found different covariation patterns among finger joint angles across conditions. Gradual preshaping of the hand occurred only when planning object lift or when the end-goal required object placement into the tight niche. In contrast, for the larger niche, gradual preshaping was not evident for the ring and the little finger. Further, reaching movements were faster for movements ending with the larger niche than for the other movement conditions. The present results suggest that hand shaping takes into account end-goal in addition to object geometry. We discuss these findings in the context of forward internal models that allow the prediction of the sensorimotor consequences of motor commands in advance to their execution

Compatibilit\ue0\ua0 spaziale Stimolo-Meta e compatibilit\ue0\ua0 spaziale Meta-Risposta in condizioni ecologiche

Con il presente lavoro abbiamo voluto indagare due particolari tipi di compatibilit\ue0 spaziale, cio\ue8 la compatibilit\ue0 spaziale che si crea tra lo stimolo e la meta che il soggetto vuole raggiungere con la risposta selezionata (Stimolo-Meta) e la compatibilit\ue0 spaziale che si instaura tra la meta stessa e la risposta (Meta-Risposta), attraverso l\u2019uso della Realt\ue0 Virtuale. Nell\u2019Esperimento 1 abbiamo cercato di vedere se gli effetti della pratica in un compito incompatibile non immersivo, che solitamente si manifestano annullando o invertendo l\u2019effetto di corrispondenza in un compito Simon svolto successivamente (Proctor e Lu, 1999; Tagliabue, Zorzi, Umilt\ue0, Bassignani, 2000), si manifestano anche in un compito di navigazione virtuale. Negli Esperimenti 2 e 3, invece, abbiamo cercato di creare delle condizioni di navigazione in un ambiente virtuale che simulassero rispettivamente un compito di compatibilit\ue0 spaziale e un compito Simon, allo scopo di verificare se gli effetti di compatibilit\ue0 Stimolo-Meta e Meta-Risposta (Hommel, 1993; Kunde, 2001; Ansorge, 2002) si manifestano anche in compiti pi\uf9 simili a quelli legati alle normali attivit\ue0 degli esseri umani, come per esempio un comportamento di guida di un\u2019automobile. I risultati mostrano che il compito incompatibile rallenta la navigazione nel mondo virtuale, che l\u2019effetto di corrispondenza Stimolo-Meta \ue8 presente solo nelle condizioni in cui la posizione dello stimolo \ue8 irrilevante per il compito (compito Simon), e che l\u2019effetto di corrispondenza Meta-Risposta \ue8 presente, invece, sia nella compatibilit\ue0 spaziale vera e propria sia nel compito Simon. The aim of the present paper was to investigate different kinds of spatial compatibility effects, i.e. the spatial Stimulus-Goal compatibility and the spatial Goal-Response compatibility, by creating an immersive world with the virtual reality technolo gy. The results show that non-immersive incompatible training slowed RTs in a virtual task in which subjects had to drive a car, that the spatial Stimulus-Goal compatibility effect is present only in the virtual spatial Simon task, and that the spatial Goal- Response compatibility effect is present in either the virtual spatial compatibility task or the virtual Simon task