A TMS-EEG study on the modulation of perceptual bias in the right Posterior Parietal Cortex

The right posterior parietal cortex (rPPC) is involved in visuo-spatial processing, as neglect patients (Vallar, 1998) and TMS studies revealed (Fierro et al., 2000; Bjoertomt et al., 2002; Ellison et al., 2004; Fierro et al., 2006; Ricci et al., 2012). Within this framework, one of the most frequently used research tasks is the Landmark Task (LT, Milner et al., 1992, 1993), a line bisection judgments task whose neural correlates are well known (Fink et al., 2000, 2001; Ҫiҫek et al., 2009). Remarkably, it affords to disentangle perceptual and response biases (Bisiach et al., 1998). Given this background, by combining EEG and TMS, we want to investigate the behavioral (i.e. modulation of perceptual bias, PB) and neurophysiological (i.e. brain activity changes) effects of single pulse TMS over rPPC. The experiment followed the subsequent steps: (i) hunting procedure (Salatino et al., 2014), delivering ten single pulses for each of the 9 points of a grid centrally located over P6, while the subject was performing the LT; (ii) administration of the LT while recording EEG with (TMS ON) and without (TMS OFF) stimulation of the parietal hotspot. In both conditions, symmetrically and asymmetrically bisected lines were used. Participants were divided in three different groups depending on the modulation of the PB on the TMS ON condition as compared with the TMS OFF condition: the Neglect-like bias group (n=16, PB TMS ON> PB TMS OFF), the Pseudoneglect-like bias group (n=14, PB TMS ON< PB TMS OFF), and the No Bias group (n=14, PB TMS ON= PB TMS OFF). We also performed a spatiotemporal analysis on the difference between asymmetrical vs symmetrical lines for the TMS ON and the TMS OFF conditions, separately on each groups (Groppe et al., 2011a & 2011b). In an early stage of processing we have found a significant effects in O2 and P8 electrodes in the TMS OFF condition in two groups (Pseudoneglect and No Bias), that was still present, in the same sites, in the TMS ON condition only for the No Bias group. Later in time there was a significant interaction effect of the TMS condition on the type of stimuli for only the No Bias group in the electrodes of the left hemisphere. Finally, between 200 and 430 ms, in all the groups, the difference waves were significant in almost all electrodes. The present data thus show that rPPC is involved in magnitude estimation of line length. Generally we could conclude that the TMS induces different type of modulation of PB. Indeed TMS could not modulate the PB in a group of participants (No bias), probably due to preexisting differences between participants, as our results in the early time window in the TMS OFF condition would suggest. One possibility is that the effects of the TMS are determined not only by the properties of the stimulus or by the TMS itself, but also by the state of the cortex during the task execution (Silvanto & Pascual-Leone, 2008). These results seem to suggest that our groups are different in the perceptual processing of the stimuli. Recently we are testing differences between groups. These would help us to clarify if, at a neural level, the no bias group is significantly different from the neglect and pseudoneglect like bias group. We are also trying to better understand the pre-existing difference found in our participants.

La corteccia parietale posterior destra (rPPC) è strettamente coinvolta nelle funzioni visuo-spaziali, come rivelato dagli studi sui pazienti affetti da neglect (Vallar, 1998) e da quelli con TMS (Fierro et al., 2000; Bjoertomt et al., 2002; Ellison et al., 2004; Fierro et al., 2006; Ricci et al., 2012). All’interno di questa cornice teorica, uno degli strumenti più utilizzati è senza dubbio il compito di Landmark (LT, Milner et al., 1992, 1993), un test in cui viene richiesto di giudicare la lunghezza di linee prebisecate e i cui correlati neurali sono ben conosciuti (Fink et al., 2000, 2001; Ҫiҫek et al., 2009). Altro punto di forza di tale strumento è la sua abilità nel distingure errori di natura percettiva da quelli di risposta (Bisiach et al., 1998). Partendo da questo quadro teorico, tramite l’utilizzo combinato di EEG e TMS, il nostro obiettivo è quello di indagare gli effetti comportamentali (la modulazione del bias percettivo, PB) e neurofisiologici (il cambiamento dell’attività neurale) indotti dalla stimolazione a singolo impulso della rPPC tramite TMS. L’esperimento si componeva dei seguenti passaggi: (i) procedura di hunting (Salatino et al., 2014), in cui dieci singoli impulsi venivano rilasciati per ognuno dei 9 punti di una griglia centrata su P6, mentre il soggetto era sottoposto a LT; (ii) somministrazione del LT durante la registrazione dell’EEG con (TMS ON) e senza (TMS OFF) stimolazione dell’hotspot parietale. In entrambe le condizioni veniva fatto uso di linee simmetricamente e assimetricamente bisecate. I partecipanti sono stati suddivisi in 3 gruppi a seconda della modulazione del PB nella condizione TMS ON rispetto a quella di TMS OFF: il gruppo Neglect-like bias (n=16, PB TMS ON> PB TMS OFF), il gruppo Pseudoneglect-like bias (n=14, PB TMS ON< PB TMS OFF), e il gruppo No Bias (n=14, PB TMS ON= PB TMS OFF). È stata anche condotta un’analisi spazio-temporale sulla differenza tra linee assimmetricamente vs simmetricamente bisecate per la condizione TMS ON e TMS OFF, rispettivamente per ogni gruppo (Groppe et al., 2011a & 2011b). In uno stadio iniziale del processing delle informazioni abbiamo trovato un effetto significativo negli elettrodi O2 e P8 nella condizione TMS OFF in due gruppi (Pseudoneglect e No Bias), che si è rivelato ancora presente, negli stessi siti, nella condizione TMS ON solo per il gruppo No Bias. Successivamente un effetto d’interazione significativo della condizione TMS per il tipo di stimolo è stato riscontrato solo per il gruppo No Bias negli elettrodi dell’emisfero sinistro. Infine, tra 200 e 430 ms, in tutti i gruppi, le onde derivanti dell’analisi sulla differenza tra i tipi di stimoli sono risultate significative in quasi tutti gli elettrodi. I dati fin’ora raccolti sembrano confermare il ruolo della rPPC nel giudizio sulla lunghezza di linee. È così possibile concludere che la TMS è stata in grado di indurre differenti tipi di modulazione del PB, anche se tale effetto non è risultato presente in un gruppo di partecipanti (No Bias). Questo effetto è probabilmente dovuto a differenze preesistenza tra i soggetti, come i nostri risultati ottenuti in uno stadio precoce di elaborazione, nella condizione senza stimolazione, sembrerebbero suggerire. Una possibile spiegazione è che l’effetto della TMS non sia determinato dalle proprietà dello stimolo stesso o dai parametri dello strumento, ma anche dallo stato della corteccia durante l’esecuzione del compito (Silvanto & Pascual-Leone, 2008). Tali risultati sembrerebbero inoltre sottolineare che i nostri gruppi siano differenti nel processing percettivo degli stimoli. Recentemente abbiamo iniziato a testare eventuali differenze tra i gruppi. Questo tipo di analisi permetterebbe di chiarire se, a livello neurale, il gruppo No Bias è significativamente diverso da quello Neglect e/o Pseudineglect e le preesitenti diversità riscontrate tra i nostri partecipanti.