Activation and selection of competing responses: a TMS study of the frontoparietal network

In the every day life, we are continuously presented with multiple opportunities for action. Cognitive models maintain that response conflicts may arise from simultaneous sensorimotor processes: Trough a direct route, response codes that most closely correspond to the stimulus are automatically activated, whereas a slower indirect route is proposed to select responses on the basis of task-relevant stimulus features. In the Simon task an irrelevant spatial code of the stimulus competes with relevant non-spatial information (e.g., the colour of the stimulus). When the appropriate response called by task instruction does not match that primed by stimulus position, a conflict arises at the response selection stage, which has to be resolved before action execution. In the present work, transcranial magnetic stimulation (TMS) was used to investigate the contribution of different cortical areas within a frontoparietal network which is thought to be implicated in response activation and selection during conflict. The results of the first study showed that distinct parietal subregions play a different role in visuomotor transmission which leads to the activation of the response on the basis of irrelevant spatial information. Results revealed that spTMS over posterior parietal cortex (PPC) reduced the Simon effect as if no irrelevant spatial code influenced performance. Our findings suggest that the posterior portion of PPC, as being crucially involved in orienting attention, is essential for a spatial code to the assigned to the stimulus, whereas the anterior portion of PPC, is involved in transforming spatial code into code for action, a process related to motor attention. The second study reported evidence that the frontal eye fields (FEF), which have been characterized for their role in oculomotor control, contribute to the generation of the spatial conflict in the Simon task. Finally results of the third study suggested that response selection in the conflict task is mediated by the dorsal premotor cortex (PMd). The temporal pattern of TMS interference over this area gave new insights about the mechanisms underlying response selection during resolution. Overall the results of the present study contributes not only to detect the locations of active cortical regions in response activation and selection during conflict but also to construct a dynamic physiological map by visualizing the temporal evolution of functional activities in the relevant cortical region.

L’ambiente ci pone spesso di fronte a diverse opportunità di azione. In molte situazioni diversi piani motori possono essere simultaneamente attivati e la competizione tra questi deve essere risolta per l’esecuzione della risposta appropriata. Nel compito Simon, la posizione dello stimolo influenza i tempi di risposta, nonostante l’informazione spaziale sia irrilevante per l’esecuzione del compito. Alcuni modelli cognitivi postulano due vie parallele di elaborazione dallo stimolo alla risposta. Attraverso una via diretta o automatica, il codice spaziale irrilevante dello stimolo attiva la risposta corrispondente mentre una via indiretta, volontaria attiva la risposta corretta. Quando i due codici di risposta non coincidono, si verifica un conflitto che deve essere risolto perché la risposta corretta possa essere eseguita. L’obiettivo del presente lavoro era di valutare, attraverso la stimolazione magnetica transcranica (TMS), il contributo di diverse aree corticali che formano un network frontoparietale, nell’attivazione e nella selezione della risposta in situazione di conflitto. I risultati del primo studio hanno mostrato che distinte sub-regioni della corteccia parietale posteriore (PPC) svolgono un ruolo critico in diversi aspetti della trasmissione visuomotoria attraverso la quale è attivata la risposta sulla base delle informazioni spaziali irrilevanti nel compito Simon. Il secondo studio riporta evidenza del coinvolgimento dei campi dell’occhio frontali (FEF), un’area implicata nel controllo dei movimenti oculari, nella generazione dell’effetto Simon. Infine, i risultati dell’ultimo esperimento suggeriscono che la selezione della risposta e la risoluzione del conflitto sono mediate dalla corteccia premotoria. Questo lavoro fornisce un contributo nello studio delle basi neurali del conflitto attraverso un approccio che si propone, non soltanto di individuare le aree cerebrali coinvolte in un certo processo, ma anche di specificarne il contribuito relativo attraverso lo studio del timing di attivazione.