Visual percepts induced by transcranial magnetic stimulation of the occipital cortex

In che modo le persone vedono? In molti risponderebbero “con gli occhi!” In realtà gli occhi rappresentano solamente il primo stadio nell'elaborazione dell’informazione visiva. Questa tesi cerca di incrementare le conoscenze sui processi corticali coinvolti nella percezione visiva. Piuttosto che presentare stimoli visivi, abbiamo utilizzato la TMS sulla corteccia occipitale per indurre dei percetti visivi. Questi percetti, chiamati fosfeni e scotomi, hanno caratteristiche di luminanza ben distinte e quindi dovrebbero simulare la normale elaborazione visiva. Nel primo studio abbiamo testato se entrambi i percetti potessero essere generati nella corteccia occipitale utilizzando gli stessi parametri sperimentali, poiché, in precedenza, sono stati testati solamente in condizioni sperimentali differenti. Abbiamo indagato la loro influenza sui tempi di reazione (TR), e l’effetto, sia dell’intensità della luminanza sia dell’intensità della TMS, sulla capacità di evocare il percetto. Ogni percetto è stato indotto sotto ogni condizione sperimentale e manipolato nello stesso modo, ed è risultato che i TR sono influenzati dalla luminanza del percetto. I risultati di questo primo studio hanno condotto all’ipotesi da cui è partito il secondo studio: esaminare gli effetti sia dell’intensità della luminanza fisica e percepita sia del contrasto sulla comparsa dei percetti. A questo scopo, è stata utilizzata un’illusione di luminosità al fine di misurare gli effetti della luminanza percepita sui percetti. I risultati hanno mostrato che l’illusione di luminosità modulava i TR agli stimoli reali e la frequenza di comparsa dei percetti artificiali quando la luminosità indotta dall’illusione era percettivamente differente dalla luminanza fisica. I risultati del secondo studio hanno gettato le basi per il terzo studio: testare se un’illusione di contrasto fra grandezze, ottenuta mostrando degli indizi di profondità, possa influenzare le caratteristiche del percetto. Dal momento che questo tipo d’illusioni viene elaborata sia nella via ventrale, a partire dalla corteccia occipitale, sia nella via dorsale, a livello della corteccia parietale, per il terzo studio sono stati evocati dei fosfeni stimolando anche la corteccia parietale, oltre a quelli indotti dalla stimolazione del lobo occipitale. Come risultato di questo esperimento abbiamo trovato che l’illusione influenzava la grandezza percepita e i TR ai fosfeni evocati da stimolazione occipitale, mentre non aveva alcun effetto sui fosfeni indotti stimolando la corteccia parietale. Nel complesso questi risultati suggeriscono che la corteccia visiva elabora le informazioni in maniera standardizzata, indipendentemente dal fatto che esse provengano dall’occhio o che siano generate direttamente nella corteccia occipitale del cervello.

How do people see? Most would answer ‘with the eyes’. In fact, the eyes are just the first step in processing visual information. The current thesis seeks to build on our knowledge of cortical processes involved with visual perception. Instead of using visual information presented to the eye, we used TMS to the occipital cortex of the brain to induce visual percepts. These percepts, phosphenes and scotomas, have distinct luminance characteristics and therefore should mimic normal visual processing. In Study One, we tested whether both percepts could be generated in the occipital cortex using the same experimental parameters, as they have previously been tested only under different conditions. We investigated their influence on RT, and the effects of luminance intensity and TMS intensity on percept appearance. Each percept was induced under all experimental conditions, was manipulated in a similar manner, and RT were influenced by percept luminance. The results from Study One led to the hypothesis for Study Two, examining the effects of physical versus perceived luminance intensity and contrast on percept appearance. To this end, illusory brightness was used to gauge the effects of perceived luminance on percepts. Results showed that illusory brightness modulated RT to real stimuli and the frequency of artificial percepts when illusory brightness was perceptually different from physical luminance. The findings of Study Two ushered in the design for Study Three, testing if a size contrast illusion exhibiting depth cues could influence percept characteristics. As size contrast illusions are processed in the ventral stream beginning in the occipital cortex and the dorsal stream of the parietal cortex, Study Three incorporated parietally induced phosphenes as well as those arising from occipital stimulation. Here, we found the illusion affected perceived size of and RTs to occipital-induced phosphenes but not parietal-induced phosphenes. Taken together, these findings imply that the visual cortex processes information in a standardized manner, irrespective of whether the information is delivered to the eye or to the occipital cortex of the brain.