Anatomo-functional mapping of the anterior insula in the macaque monkey

Abstract

L’insula del macaco è stata suddivisa funzionalmente in diverse regioni sulla base delle risposte comportamentali evocate dalla stimolazione elettrica intracorticale (Jezzini et al., 2012). In particolare, la stimolazione dell’insula anteriore, e nello specifico la sua parte dorsale, è associata a comportamenti oroalimentari, tra i quali atti motori ingestivi, come ad esempio la masticazione e la deglutizione, viceversa la stimolazione della sua parte ventrale genera soprattutto comportamenti legati al disgusto, quali conati di vomito e lo sputare il cibo dalla bocca. La stimolazione del settore medio-dorsale dell’insula evoca principalmente movimenti della mano che quando ci si sposta caudalmente sono sostituiti da movimenti prossimali degli arti e da tremori, che potrebbero essere causati da sensazioni vestibolari. La stimolazione della parte ventrale dell’insula medio/posteriore produce due comportamenti apparentemente dicotomici: uno di tipo affiliativo, il lip smacking, e reazioni comportamentali come se l’animale provi dei fastidi, reazioni alle quali nella parte posteriore si aggiungono contrazioni del torace. Le regioni in cui venivano evocati i comportamenti oroalimentari e affiliativi sono state successivamente iniettate mediante traccianti neuronali. Differentemente dalla connettività della regione affiliativa che è già stata oggetto di studi precedenti (Jezzini et al., 2015) quella della regione in cui sono evocabili comportamenti oroalimentari non è stata ancora studiata in dettaglio. Per colmare questa lacuna, nella presente tesi ho esaminato la connettività di questa regione funzionale sia analizzando i dati riguardanti i traccianti neuronali precedentemente iniettati sia svolgendo uno studio di resting-state fMRI. I risultati hanno mostrato che le regioni associate a comportamenti oroalimentari dell’insula mostrano una connettività che le distingue marcatamente rispetto alle regioni insulari adiacenti ed hanno inoltre permesso di descrivere i circuiti neurali alla base dei comportamenti ingestivi e del disgusto evocati dalla microstimolazione. Nello specifico, i circuiti che sono stati delineati comprendono da un lato diverse regioni del sistema limbico potenzialmente in grado sia di processare gli aspetti sensoriali, affettivi e motivazionali legati al cibo sia di produrre risposte viscero-motorie ad essi appropriate; dall’altro aree somato-motorie note come coivnolte nel controllo di azioni della mano e della bocca, essenziali per implementare aspetti motori legati ai comportamenti alimentari o al disgusto, come ad esempio prendere il cibo con la mano e portarlo alla bocca per masticarlo quando è appetibile, oppure rifiutarlo o sputarlo, quando non lo è. Infine, le connessioni con le aree visive e polisensoriali del polo temporale suggeriscono che l’insula anteriore sia anche coinvolta nel meccanismo mirror per il riconoscimento dei comportamenti ingestivi e di disgusto, come parzialmente dimostrato nell’uomo (Wicker et al., 2003).

The macaque insula was functionally subdivided into different fields based on the behavioral responses elicited by intracortical microstimulation (Jezzini et al., 2012). In particular, the stimulation of the anterior insula elicited oroalimentary behaviors, which consist of ingestive motor acts, such as chewing and mouthing, especially after stimulation of its dorsal sector, and disgust-related behaviors, like throwing away the food, spitting it, and retching, found mainly especially after stimulation of its ventral part. The stimulation of the middle-dorsal insular sector evoked mainly hand movements that are caudally replaced by proximal limb movements and tremors, likely accountable to vestibular sensations. The stimulation of the ventral part of the middle/posterior insula produced two apparently dichotomic behaviors: an affiliative one, the lip-smacking, and some kinds of discomfort reactions, that posteriorly are intermingled with twitches of the chest. The fields in which affiliative and oroalimentary behaviors were evoked have been also injected with neural tracers. Whether the connectivity of the affiliative field was already described (Jezzini et al. 2015), that of the oroalimentary field was not provided in detail as well. To fill this gap, in the present thesis, I examined the connectivity of this latter field by analyzing neural tracers’ data and performing a resting-state fMRI study. The results showed a connectional distinctiveness of the oroalimentary insular field with respect to the adjacent ones and described the neural networks at the basis of the ingestive and disgust behaviors evoked by microstimulation. Specifically, the defined networks involve several limbic areas and subcortical structures likely producing appropriate viscero-motor outcomes based on the processing of sensory, affective, and motivational aspects of food stimuli as well as somato-motor territories that allow guiding hand and mouth actions essential to make possible all the motor aspects of feeding/disgust-related behaviors, such as taking the food with the hand and bringing it to the mouth in order to chew and swallowing it, when is palatable, or refusing the food intake or spitting it, when is unappetizing. Finally, the connections with visual and polysensory areas of the temporal pole suggest that the anterior insula is endowed with the mirror mechanism for recognizing disgust and ingestive behaviors, as was partially demonstrated in humans (Wicker et al., 2003).