Role of the cortico-basal ganglia loops in visual attention: effects of dopaminergic and subthalamic nucleus stimulation in Parkinson's disease

Lo scopo di questo studio è stato quello di valutare il possibile ruolo dei diversi circuiti cortico-sottocorticali passanti per i gangli della base e della via dopaminergica sui meccanismi di top-down e bottom-up dell’attenzione visiva (AV). A tal fine, abbiamo confrontato le prestazioni in 3 paradigmi computerizzati, adatti a studiare la cattura attenzionale (AC), la selezione della risposta motoria, e l’avvio del movimento, di due gruppi di pazienti affetti da malattia di parkinson (MP) - uno valutato in differenti condizioni di stimolazione elettrica (senza stimolazione, con stimolazione selettiva dell’area sensorimotoria, SM, o di quella associativa, AS, del nucleo subtalamico, NST), l’altro in differenti condizioni terapeutiche (con o senza trattamento dopaminergico) - con quelle di un gruppo di soggetti di controllo. I nostri risultati hanno evidenziato che nella MP vi è un indebolimento dei meccanismi top-down di controllo dell’AV, che può spiegare, indirettamente, il parallelo incremento dell’AC osservato nelle medesime condizioni. Il trattamento dopaminergico si è dimostrato efficace nel ricondurre alla normalità i meccanismi top-down dell’AV, suggerendo un coinvolgimento della via dopaminergica in questa funzione della sfera cognitiva. Questa via sembra giocare un ruolo anche nei meccaniesmi di bottom-up dell’attenzione, come suggerito dall’aumento della CA osservato per effetto del trattamento dopaminergico. La stimolazione del NST ha evidenziato un quadro simile a quello ottenuto con il trattamento dopaminergico, indicando un coinvolgimento diretto dei gangli della base nel controllo dell’AV. In particolare, i nostri risultati evidenziano una specializzazione funzionale dei differenti sub-territori del NST, nei meccanismi top-down. La stimolazione dell’area SM ha degli effetti pronunciati sui meccanismi d’avvio del movimento e un effetto positivo sui meccanismi dell’AVE, mentre la stimolazione AS sembra essere efficace soprattutto sui meccanismi di selezione del target.

We aimed to investigate the possible role of cortico-basal ganglia loops and dopaminergic pathways in the mechanisms of top-down and bottom-up control of visual attention (VA). We compared the performances on 3 computerized tasks, respectively suitable to study attentional capture (AC), motor response selection and movement initiation, of two groups of patients with Parkinson’s disease (PD), one evaluated in different sets of electrical stimulation (without stimulation, or selective stimulation of the sensorimotor, SM, or associative, AS, parts of the subthalamic nucleus, STN), the other in different conditions of medication (with or without levodopa), with those of a group of controls. Our results showed that in PD there is a weakening of the mechanisms underlying the top-down control of VA, which also would account indirectly account for the enhancement of AC. Dopaminergic treatment proved to be effective in restoring the top-down mechanisms of VA, suggesting an involvement of dopaminergic pathways in this cognitive domain. These pathways seem to play a role also in the bottom-up mechanisms of attention, as suggested by the enhancement of AC under dopaminergic treatment. The STN-stimulation showed a similar effect to that obtained by dopaminergic treatment, establishing a direct involvement of the basal ganglia loops in VA control. Our results highlighted a functional specialization of different sub-territories of the STN in relation to the top-down mechanisms. SM stimulation produced marked effects on the movement initiation processes and appreciable positive effects on endogenous VA mechanisms, while AS stimulation seems to be especially effective in improving the mechanisms of target selection.