Capacitatea de a stoca informații despre obiecte familiare depinde de conexiunea dintre regiunile vizuale și de procesare a limbajului din creier

Un studiu publicat în PLOS Biology și condus de echipa lui Xiaoying Wang de la Universitatea Normală din Beijing aduce dovezi importante că reprezentarea neurală a cunoștințelor despre obiecte – în special despre culoarea obiectelor – în cortexul vizual ventral uman depinde de conexiunea cu regiunile cerebrale implicate în limbaj. Studiul a folosit un set complex de metode imagistice și teste comportamentale la pacienți cu accidente vasculare cerebrale pentru a explora această ipoteză.
Studiile anterioare au arătat că memoria semantică despre obiecte (inclusiv forma, culoarea sau funcția acestora) este parțial codificată în ariile corticale de asociere senzorială, cum este cortexul occipitotemporal ventral (COTV). Aceste regiuni sunt cunoscute pentru implicarea lor în percepția culorii și în reprezentarea vizuală a obiectelor. Totuși, rămâne controversat dacă aceste reprezentări sunt strict dependente de percepția senzorială sau dacă sunt influențate de sistemele cognitive de ordin superior, cum este limbajul.

Cazurile de indivizi nevăzători din naștere, care pot totuși să cunoască culoarea tipică a obiectelor (de exemplu, că o banană este galbenă), au sugerat că reprezentarea culorii poate fi derivată și prin experiență lingvistică. Acest tip de cunoaștere a fost asociat cu regiuni dorsale ale lobului temporal anterior (LTA), conectate funcțional cu rețeaua de limbaj.

Despre studiul actual

Cercetătorii au urmărit să determine dacă integritatea conexiunilor dintre COTV și regiunile limbajului este esențială atât pentru reprezentarea neurală, cât și pentru comportamentul cognitiv asociat cu cunoașterea culorii obiectelor.

Pentru aceasta, au fost incluși:

•  33 de pacienți cu accident vascular cerebral, cu leziuni cerebrale diverse, dar care în mare parte nu afectau direct COTV;
•  35 de participanți sănătoși, potriviți demografic.

Toți participanții au fost supuși:

•  Imagisticii prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI);
•  Imagisticii prin difuzie (HARDI) pentru evaluarea tracturilor de substanță albă;
•  Testelor neuropsihologice care evaluau cunoașterea culorilor obiectelor.

Testele comportamentale au inclus sarcini verbale și non-verbale: potrivirea imaginii în tonuri de gri cu numele culorii și judecăți de tip adevărat/fals despre culoarea tipică a obiectelor.

Rezultate

Conexiunea COTV–LTAds și reprezentarea neurală a culorii obiectelor

În grupul de control, reprezentările neurale ale culorii au fost localizate în regiunile bilaterale fusiforme și linguale din COTV. La pacienții cu AVC, integritatea tractului de substanță albă care leagă COTV de cortexul temporal anterior dorsolateral stâng (LTAds) a fost semnificativ corelată cu forța reprezentării neurale a cunoașterii culorii în COTV (corelație parțială = 0.56, p < 0.01). Această relație a rămas semnificativă după controlarea pentru volum total al leziunii, afectarea materiei cenușii și integritatea căii vizuale primare. Efectele nu au fost întâlnite pentru conexiunea COTV cu alte regiuni ale sistemului limbajului (girus temporal mijlociu posterior, girus frontal inferior etc.), ceea ce indică o specificitate funcțională a tractului COTV-LTAds.

Conexiunea COTV–LTAds și comportamentul cognitiv

Integritatea tractului COTV-LTAds a fost semnificativ corelată cu performanța comportamentală la sarcinile de cunoaștere a culorii (corelație parțială = 0.46, p < 0.01), indiferent de natura verbală sau non-verbală a sarcinii. Reprezentarea neurală locală în COTV nu a fost semnificativ corelată cu performanța comportamentală. Corelațiile au rămas semnificative chiar și după controlul pentru recunoașterea obiectelor și a culorilor de bază, sugerând un rol specific al acestei conexiuni în integrarea semantică a cunoașterii despre culoarea obiectelor.

Analize suplimentare

Efectele tractului COTV-LTAds au fost constatate de-a lungul întregii sale lungimi (posterior, mijlociu, anterior). Tractul implică predominant regiunea dorsolaterală a ATL, asociată în literatura de specialitate cu reprezentări lingvistice abstracte. Efectele au fost lateralizate în emisfera stângă, fără corelații semnificative pentru omologul drept. Suprapunerea cu atlasul tractelor majore de substanță albă a arătat că tractul COTV-LTAds include componente din fasciculul longitudinal inferior, fasciculul fronto-occipital inferior și parțial forceps major.

Concluzii

Rezultatele acestui studiu oferă dovezi solide că reprezentările neuronale senzoriale din cortexul occipitotemporal ventral nu sunt autosuficiente pentru susținerea cunoașterii despre obiecte – în cazul de față, despre culoarea acestora – și că integrarea cu sistemul lingvistic, prin conexiuni funcționale și structurale cu cortexul temporal anterior dorsolateral stâng, este esențială pentru susținerea comportamentului cognitiv.

Aceste descoperiri:

•  Confirma teoriile reprezentării duale a cunoștințelor (experiență senzorială + informație lingvistică);
•  Răspund întrebărilor privind rolul conexiunilor dintre percepție și limbaj în cunoaștere;
•  Contestă ipoteza modularității stricte a sistemului vizual și lingvistic;
•  Pot ghida strategii de reabilitare cognitivă, inclusiv prin stimulare cerebrală sau intervenții bazate pe alinierea vizual-lingvistică.

Implicații viitoare

Acest studiu deschide noi direcții de cercetare pentru înțelegerea reprezentării conceptuale în creier, sugerând că nu doar regiunile, ci conexiunile dintre ele joacă un rol critic. În același timp, el oferă o bază neurobiologică pentru dezvoltarea de intervenții personalizate în cazul tulburărilor semantice, cum sunt demențele sau afaziile post-AVC.