Domain-specific functional organization: neurocognitive characterization of a case of hemi-prosopometamorphopsia

Abstract

A forma como o cérebro está organizado para processar de forma eficiente informação relativa a objetos que tenham tido um papel fundamental para a nossa sobrevivência, tem sido uma questão central na investigação em ciência cognitiva. A existência de uma rede neuronal especializada no processamento de faces surge como exemplo desta organização cerebral por domínios específicos. Contudo, a forma como esta rede está organizada e o modo como as suas regiões cerebrais comunicam entre si não é ainda clara. Objectivos: Fornecer evidências mais claras acerca da organização funcional do circuito de processamento de faces. Especificamente, estabelecer padrões de conectividade funcional entre as áreas principais do circuito e perceber como circula a informação entre elas. Iremos estudar um paciente com hemi-prosopometamorfopsia - o Paciente AD. A hemi-prosopometamorfopsia é um défice na percepção visual raro, onde os pacientes reportam ver metade das faces distorcida. Estudar um caso de um paciente,com uma lesão no esplénio do corpo caloso e com este sintoma associado, poderá ser útil numa melhor caracterização da organização funcional do circuito de processamento de faces. Métodos: O presente estudo foi dividido em três experiências. A primeira, um estudo volumétrico do hipocampo, que pretende estudar a integridade neuronal e cognitiva do Paciente AD e de um sujeito controlo, como uma forma de avaliar o envelhecimento neuronal. A segunda, uma experiência comportamental, que procura caracterizar a especificidade do défice perceptivo. A terceira, um estudo de fMRI, que pretende analisar os padrões de conectividade funcional entre as áreas do circuito de faces. Conclusões: Os dados desta tese apontam para a importância das ligações entras as diferentes áreas da rede específica para o processamento de faces. Especificamente, o deficit do Paciente AD parece estar associado a uma disrupção na conectividade da área occipital de faces (OFA)esquerda com as outras áreas do circuito de processamento de faces. Estes resultados poderão fornecer informação acerca do papel desta área no processamento de partes da face. Para além disso, poderão ser úteis na compreensão do papel do esplénio do corpo caloso na conectividade das áreas de processamento de faces.

The way the brain is organized in order to more efficiently process categories that are important to our survival has been a central question in cognitive research. The existence of a neuronal network specialized on faces processing is an example of this domain-specific organization in the brain. However, the way this network is organized and how its regions are functional connected is not completely clear. Objectives: To provide clearer evidence on the functional organization of face processing network. Particularly, to stablish patterns of functional connectivity between its core areas and to understand how the information flows between them. To do this, we will study a patient with hemi-prosopometamorphopsia - Patient AD. Hemi-prosopometamorphopsia is a rare deficit in visual perception where the patients report to see half part of the faces distorted. Studying a case of a patientwith a lesion in the splenium of corpus callosum and with this symptom associated can help us to better characterize the functional organization of the face processing network. Methods: This study was divided in three experiments. The first one, a volumetric study of the hippocampus, will study the neuronal and cognitive integrity of Patient AD and a control subject as a way of assessing the neural aging. The second one, a behavioral experiment, will characterize the specificity of the deficit. The third, a fMRI study, will analyze the functional connectivity of the face-selective areas. Conclusions: The results of this thesis show that the connectivity between the different nodes of the face network are important for normal face perception. Specifically, Patient AD’s deficit may be associated with a disruption in the connection of the left occipital face area (OFA) with the other areas of the face processing network. These results inform us about the role of the OFA on processing face parts. It can also shed a light on the role of the splenium of the corpus callosum in connecting face-selective areas.