Developmental trajectory of neurocognitive processes in visually impaired children: electrophysiological and behavioural correlates (Traiettoria di sviluppo dei processi neurocognitivi nei bambini con deficit visivo: correlati elettrofisiologici e comportamentali)

Visual experience is crucial for neural processing development. For example, the development of the alpha activity has been reported to be a vision dependent mechanism. Indeed, studies have reported no alpha activity in blind adults. However, no studies have investigated how this activity changes during development in infants and children with total blindness. In this thesis, I show that posterior alpha activity is present in blind and severely visually impaired infants during the first three years of life, even though it is weaker compared to that of sighted infants. Although a difference is already evident in the earliest stages of life, the first great differentiation on alpha activity of sighted compared with blind and severely visually impaired children emerges between 3 and 6 years of age. Moreover, starting from the same period, a reduced alpha activity significantly increases in blind and severely visually impaired subjects the probability of motor coordination impairment and of hypotonia likely due to the impaired perception and interaction with the surrounding environment. In fact, in others two different studies I indagate, on the one hand, the motor process in visually impaired infants (0.4 – 3 years) and on the other hand their ability to response a multisensory stimulation related to the environment. In the first experiment, we analyzed the sucking task during EEG recording and particularly the sucking frequency related to relative power on EEG spectra. The data showed that children with visual impairment have a muscle activity modulation in slower frequency band than sighted children. In the second study, we valued the multisensory cross-modulation (tactile vs audio) both congruent, incongruent and neutral stimulation. Moreover, these trials were executed in different space positions (with crossed and uncrossed arms). In this study, the visually impaired children showed a greater ability to recognize the localization of the stimuli when they have their arms crossed probably linked to a lesser conflict between the egocentric and the allocentric frame of reference. Also, in incongruent trials, they showed greater preference towards tactile stimuli than acoustic ones, unlike sighted children. These results indicate that visual experience mediates the neural mechanisms generating alpha oscillations during the first years of life, suggesting this is a sensitive period for the plasticity of this process in humans. At the same time, vision is important also to develop the visual-motor pathway and motor activity that is important in the interaction with the environment. Finally, it is also fundamental in the development of spatial representation from the first years of life.

L'esperienza visiva è cruciale per lo sviluppo del processing neuronale. Ad esempio, è stato segnalato che lo sviluppo dell'attività alfa è un meccanismo dipendente dalla visione. In effetti, molti studi hanno riportato un’assenza dell’attività alfa negli adulti ciechi. Tuttavia, nessuno studio ha indagato come questa attività cambi durante lo sviluppo di neonati e bambini con cecità totale. In questa tesi, mostro che l'attività alfa posteriore è presente nei neonati non vedenti e gravemente ipovedenti durante i primi tre anni di vita, anche se è più debole rispetto a quella dei bambini vedenti. Sebbene una differenza sia già evidente nelle prime fasi della vita, la grande differenziazione sull'attività alfa nei bambini vedenti rispetto ai bambini non vedenti emerge tra i 3 e i 6 anni. Inoltre, a partire dallo stesso periodo, la riduzione dell’attività alfa nei soggetti non vedenti e gravemente ipovedenti aumenta significativamente la probabilità di compromissione della coordinazione motoria e di ipotonia, probabilmente dovuta alla percezione alterata e all'interazione con l'ambiente circostante. In effetti, in altri due diversi studi ho indagato, da un lato, il processo motorio nei neonati non vedenti (0,4 - 3 anni) e dall'altro la loro capacità di rispondere a una stimolazione multisensoriale in relazione con l'ambiente. Nel primo esperimento, abbiamo analizzato l'attività di suzione durante la registrazione EEG e in particolare la correlazione tra la frequenza di suzione e la potenza relativa sugli spettri EEG. I dati hanno mostrato che i bambini con disabilità visiva hanno una modulazione dell'attività muscolare in bande di frequenza più lente rispetto ai bambini vedenti. Nel secondo studio, abbiamo indagato la cross-modulazione multisensoriale (tattile vs audio) sia in una condizione di stimolazione congruente che incongruente che neutra. Inoltre, queste prove sono state eseguite in diverse posizioni spaziali (con braccia incrociate e non incrociate). In questo studio, i bambini con disabilità visive hanno mostrato una maggiore capacità di riconoscere la localizzazione degli stimoli quando hanno le braccia incrociate probabilmente legata a un minor conflitto tra il quadro di riferimento egocentrico e allocentrico. Inoltre, nelle prove incongruenti, hanno mostrato una maggiore preferenza verso gli stimoli tattili rispetto a quelli acustici, a differenza dei bambini vedenti. Questi risultati indicano che l'esperienza visiva media i meccanismi neurali che generano oscillazioni alfa durante i primi anni di vita, suggerendo che questo è un periodo sensibile per la plasticità di questo processo nell'uomo. Allo stesso tempo, la visione è importante anche per lo sviluppo del pathway visuo-motorio e l'attività motoria che è importante nell'interazione con l'ambiente. Infine, è anche fondamentale nello sviluppo della rappresentazione spaziale fin dai primi anni di vita.