Subcortical and cortical visual pathways conveying facial emotional information to the inferior frontal gyrus

Abstract

La percezione emotiva dei volti, la più sviluppata abilità visiva umana, è mediata sia da diversi territori corticali, come le aree occipitali e temporali, che da strutture sottocorticali, come l'amigdala. Anche le aree frontali, in particolare il giro frontale inferiore (IFG), si sono dimostrate coinvolte nell'osservazione di espressioni facciali emozionali, soprattutto durante il loro riconoscimento esplicito. Le vie anatomiche attraverso le quali le aree occipitali e temporali interagiscono tra loro sono ben comprese. Siccome è meno noto come questi territori interagiscano con l'IFG, ho analizzato la loro connettività strutturale in 16 soggetti sani, utilizzando la diffusion tensor imaging (DTI), e la loro connettività effettiva per mezzo di potenziali evocati cortico-corticali (CCEP) su dati presi da un dataset open-source. In base alla letteratura e a dati elettrofisiologici preliminari ho analizzato solo l'emisfero destro. I risultati DTI mostrano che le aree occipitali e temporali e l'amigdala sono connesse con l'IFG, rispettivamente attraverso i fascicoli fronto-occipitale inferiore e uncinato, la cui lesione compromette il riconoscimento dei volti emozionali. L'analisi del CCEP indica che le informazioni visive giungono all'IFG lungo la via sottocorticale almeno con la stessa velocità con cui vi giungono le informazioni visive veicolate dalla via corticale. Questi risultati suggeriscono che il riconoscimento esplicito delle espressioni facciali necessita sia di informazioni sottocorticali grossolane, dotate di contenuto emotivo, sia di quelle corticali puramente visive e che questi due tipi di informazioni siano integrati nell'IFG per realizzare un'esperienza cosciente degli stimoli osservati.

Face emotional perception, perhaps the most highly developed visual skill in humans, is mediated by a distributed neural system constituting by several cortical territories, such as occipital and temporal areas, and subcortical structures, such as the amygdala. Also frontal areas, particularly the inferior frontal gyrus (IFG), have been demonstrated involved in observation of emotional faces, especially during its explicit recognition. The anatomical pathways through which occipital and temporal areas interact with each other are well understood, but less detailed information is available regarding how these territories interact with IFG. To fill this gap, I studied the structural connectivity of 16 healthy subjects, using the diffusion tensor imaging (DTI), concurrently the effective connectivity was studied by means of cortico-cortical evoked potentials (CCEP) on data taken from an open-source dataset. I focused on right hemisphere in according to literature and preliminary electrophysiological data. DTI results showed occipital and temporal areas as well as amygdala are connected with IFG, throughout the inferior frontal occipital and uncinate fasciculi, respectively, both fasciculi whose lesion impair the recognition of emotional faces. The analysis of the CCEP indicates that the visual information reaches the IFG along the subcortical pathway at least faster than the visual information conveyed by the cortical route. These results suggest that explicit recognition of facial expressions we are observing needs of coarse subcortical information, endowed by emotional content, as well as the cortical purely visual detailed one and that these two types of information would be integrated and maintained in time in IFG to realize a conscious experience of observed stimuli.