The role of attention in Simon effect asymmetries

L'effetto Simon (Craft & Simon, 1970; Simon & Rudell, 1967) è un fenomeno causato dalla codifica automatica della posizione dello stimolo (Kornblum, Hasbroucq & Osman, 1990; Zorzi & Umiltà, 1995): Quando i partecipanti devono selezionare una risposta sulla base di una caratteristica non spaziale dello stimolo, i TR (tempi di reazione) sono più veloci quando la posizione dello stimolo e della risposta corrispondono. Tagliabue, Vidotto, Umiltà, Altoè, Treccani e Spera (2007) hanno dimostrato che questo effetto è asimmetrico, essendo maggiore a destra nei destrimani e maggiore a sinistra nei mancini, e hanno distinto tra stimulus Simon effect (stSE) cioè l’effetto Simon misurato confrontando le due risposte allo stesso stimolo, e response Simon effect (reSE) cioè l’effetto Simon misurato confrontando la stessa risposta ai due stimoli. Quindi, ci sono due tipi di asimmetrie, che si ottengono confrontando lo stSE di destra e di sinistra (l’asimmetria dello stSE) e confrontando il reSE di destra e di sinistra (l’asimmetria del reSE), e gli autori hanno proposto che queste asimmetrie siano causate dalla lateralizzazione dei meccanismi che sono coinvolti nell’effetto Simon, rispettivamente l’orientamento dell’attenzione e la selezione della risposta. In questo lavoro ci siamo concentrati principalmente sull’asimmetria dello stSE, e abbiamo indagato se effettivamente questa fosse causata dalla lateralizzazione dei meccanismi attentivi. Il ruolo dell’attenzione nell’effetto Simon è confermato dalla teoria dell’attentional shift (Nicoletti & Umiltà, 1994; Stoffer, 1991; Stoffer & Umiltà, 1997); inoltre sappiamo che l’attenzione dipende da meccanismi principalmente localizzati, nei destrimani, nell’emisfero di destra. Il modello di Mesulam (Mesulam, 1981; 1999) propone che l’emisfero di destra orienti l’attenzione verso entrambi gli emi-campi visivi, e che invece l’emisfero di sinistra orienti l’attenzione nel solo emi-campo visivo di destra, ed è confermato da numerose evidenze, provenienti sia da ricerche su pazienti con lesioni cerebrali (Heilman, Watson e Valenstein, 2003; Mesulam, 1981; Mesulam, 1999; Posner, Walker, Friedrich e Rafal, 1984; Rafal, 1999) sia da ricerche su soggetti normali condotti attraverso l’uso di tecniche di neuro-immagine (Corbetta, Miezin, Shulman e Petersen, 1993; Kim, Gitelman, Nobre, Parrish, LaBar e Mesulam, 1999; Nobre, Sebestyen, Gitelman, Mesulam, Frackowiak e Frith, 1997). L’idea di partenza di questo lavoro è che, a causa di questa lateralizzazione, in un compito Simon lo stimolo a destra riceva più attenzione dello stimolo a sinistra perché nel primo caso si attivano entrambi gli emisferi mentre nel secondo se ne attiva uno solo, e per confermare questa ipotesi è stato utilizzato un paradigma di tipo Posner (Posner, Snyder & Davidson, 1980). Se è vero che un evento a destra riceve più attenzione dello stesso evento a sinistra, in questo tipo di paradigma il cue dovrebbe essere più saliente quando compare a destra, e quindi si dovrebbero osservare più benefici (TR più veloci nelle prove valide) e più costi (TR più lenti nelle prove invalide) quando il cue compare in questa posizione piuttosto che a sinistra. Alcune asimmetrie in questo tipo di paradigma erano già state osservate da Downing e Pinker (1985) e da Gawryszewski, Riggio, Rizzolati e Umiltà (1987), i quali riportano una differenza nei costi attentivi a seconda dell’emi-campo visivo in cui compare il cue. La prima parte della ricerca è composta da quattro esperimenti, tutti condotti utilizzando un cue periferico. Allo scopo di indagare sia la componente esogena che quella endogena dell’attenzione (Jonides, 1981; Umiltà, 2000), negli Esperimenti 1 e 3 il cue era informativo (questo tipo di cue elicita entrambe le componenti), e negli Esperimenti 2 e 4 il cue era non informativo (questo tipo di cue elicita solamente la componente esogena). Ogni partecipante veniva assegnato casualmente ad uno dei quattro esperimenti e successivamente partecipava anche ad un compito Simon. Sono state utilizzate SOA (Stimulus Onset Asynchrony) brevi negli Esperimenti 1 e 2 e SOA lunghe negli Esperimenti 3 e 4, allo scopo di investigare se le asimmetrie fossero presenti in entrambi gli effetti solitamente osservati quando il meccanismo esogeno viene indagato: La facilitazione e l’Inibizione di Ritorno (IoR) (Posner & Cohen, 1984; Posner, Rafal, Choate e Vaughan, 1985). Sono stati testati, per ogni esperimento, un gruppo di 30 destrimani e uno di 30 mancini, in quanto sappiamo che queste due popolazioni hanno una diversa lateralizzazione cerebrale dei meccanismi attentivi (Bradshaw, 1989; Bryden, 1982; DeLuca, 1993; Dronkers & Knight, 1988; Padovani, Pantano, Frontoni, Iacoboni, Di Piero e Lenzi, 1992; Wang, 1980). Tagliabue et al. (2007) riportano un effetto Simon maggiore a destra in partecipanti con una forte preferenza della mano destra e maggiore a sinistra in partecipanti con una forte preferenza della mano sinistra. Noi abbiamo testato partecipanti con una preferenza manuale meno marcata – con un punteggio minimo di 70% invece di 90% all’Edinburgh Handedness Inventory (Oldfield, 1971) – ipotizzando di trovare un’asimmetria nella stessa direzione di quella osservata da Tagliabue et al. (2007) nei destrimani e nella stessa direzione o non presente nei mancini. Le ipotesi su cui ci siamo concentrati sono due: La prima, che gruppi di partecipanti con una diversa preferenza manuale mostrino asimmetrie in direzioni diverse in entrambi i compiti; la seconda, che, a prescindere dalla preferenza manuale, i partecipanti con una forte asimmetria in una direzione nel compito Posner mostrino la stessa asimmetria nella stessa direzione nel compito Simon. Il lavoro è sostanzialmente diviso in tre parti: Nella prima è stata indagata la prima ipotesi, nella seconda la seconda ipotesi, e nella terza sono state aggiunte alcune condizioni di controllo. Gli Esperimenti 1 e 2 mostrano che l’effetto di facilitazione è maggiore a destra nei destrimani e maggiore a sinistra nei mancini, confermando che i costi e i benefici nei due emi-campi visivi sono diversi in funzione della preferenza manuale. Anche se l’effetto di facilitazione è maggiore quando il cue è informativo piuttosto che non informativo a causa dell’intervento della componente endogena dell’attenzione, questa componente non interagisce con le asimmetrie, che sono presenti in entrambi gli esperimenti. Per quanto riguarda il compito Simon, entrambi gli esperimenti mostrano un effetto Simon simmetrico nei mancini e maggiore a destra nei destrimani. Gli esperimenti 3 e 4 invece, diversamente dai precedenti, mostrano andamenti diversi a seconda dell’informatività del cue. Infatti, è solo quando viene utilizzato il cue informativo che si possono osservare le asimmetrie, e solo nei destrimani. I mancini non mostrano IoR, mentre questo effetto è presente nei destrimani quando il cue compare a sinistra. È interessante notare che, globalmente, in accordo con la letteratura sull’argomento (Umiltà, 2000), la IoR non è presente, a causa dell’intervento della componente endogena dell’attenzione. Questa tuttavia sembra avere una diversa efficacia nei due emi-campi visivi: Quando al partecipante è richiesto di mantenere l’attenzione a destra la componente endogena contrasta efficacemente l’instaurarsi automatico della IoR (che, infatti, non è presente), mentre quando al partecipante è richiesto di mantenere l’attenzione a sinistra, questa componente non è altrettanto efficace (infatti l’IoR è presente). Per quanto riguarda il compito Simon, entrambi gli esperimenti mostrano un effetto Simon simmetrico nei mancini e maggiore a destra nei destrimani. Complessivamente, i risultati dei quattro compiti Posner mostrano che la facilitazione è maggiore quando il cue compare a destra nei destrimani e quando il cue compare a sinistra nei mancini. L’effetto è globalmente maggiore quando il cue è informativo rispetto a quando non lo è, e questo è dovuto all’intervento della componente endogena, che però non interagisce con le asimmetrie, che sono presenti in entrambi gli esperimenti. Per quanto riguarda l’IoR, invece, l’intervento della componente endogena interagisce con le asimmetrie: Il vantaggio dell’emi-campo visivo di destra nei destrimani è, infatti, evidente solo quando entrambe le componenti sono coinvolte. Questi dati suggeriscono che lo spostamento dell’attenzione, sia esogeno che endogeno, è avvantaggiato quando è rivolto a destra rispetto che a sinistra, perché nel primo caso partecipano entrambi gli emisferi, nel secondo solo uno partecipa. In altre parole, i dati sembrano suggerire che, quando il cue appare a destra, lo spostamento e il mantenimento dell’attenzione sono più efficienti. Per quanto riguarda i mancini i dati mostrano la situazione contraria, cioè un vantaggio dell’emi-campo visivo di sinistra. I risultati dei quattro compiti Simon sembrano invece mostrare un effetto maggiore a destra nei destrimani e simmetrico nei mancini. Quindi, la prima parte del lavoro conferma la nostra prima ipotesi, cioè che gruppi di partecipanti con diversa preferenza manuale mostrano, in entrambi i compiti, delle asimmetrie che vanno in direzione diversa in funzione della preferenza manuale. La seconda parte del lavoro ha come obiettivo quello di investigare la seconda ipotesi, cioè che, a prescindere dalla preferenza manuale, i partecipanti con evidenti asimmetrie in una direzione nel compito Posner dovrebbero mostrare evidenti asimmetrie nella stessa direzione nel compito Simon. Per fare questo abbiamo analizzato complessivamente i risultati di tutti partecipanti ai quattro esperimenti condotti nella prima parte. Prima di tutto, una analisi complessiva sulla prestazione nel compito Simon mostra che l’effetto Simon è maggiore a destra nei destrimani e simmetrico nei mancini. Il fatto che l’effetto sia simmetrico, invece che maggiore a sinistra, nei mancini, indica che la direzione delle asimmetrie non è causata solo dalla preferenza della mano dominante. Tutti i partecipanti sono stati successivamente divisi in due gruppi, in base alla direzione delle asimmetrie mostrate nel compito Posner: Un gruppo con un forte vantaggio dell’emi-campo visivo di destra e un gruppo con un forte vantaggio dell’emi-campo visivo di sinistra, ed è stata analizzata la prestazione nel compito Simon dei due gruppi. La preferenza manuale e l’emi-campo che risulta avvantaggiato nel compito Posner hanno un’influenza sullo stSE, in quanto se la mano preferita e l’emi-campo visivo avvantaggiato corrispondono (cioè nei destrimani con un vantaggio dell’emi-campo destro e nei mancini con un vantaggio dell’emi-campo sinistro), lo stSE è maggiore nella posizione spaziale avvantaggiata da entrambi i meccanismi (rispettivamente, a destra e a sinistra), mentre quando la mano preferita e l’emi-campo visivo avvantaggiato non corrispondono (cioè nei mancini con un vantaggio dell’emi-campo destro e nei destrimani con un vantaggio dell’emi-campo sinistro) lo stSE scompare a sinistra. Questi dati sembrano confermare l’ipotesi che le asimmetrie dell’effetto Simon sono dovute alla cooperazione dei due meccanismi – lo spostamento dell’attenzione e la selezione della risposta – coinvolti in questo effetto. Nella terza parte del lavoro sono stati condotti due esperimenti di controllo, per escludere la possibilità che i risultati osservati nella prima parte fossero causati dall’intervento di variabili confondenti, cioè la mano con cui il compito Posner veniva eseguito (che negli esperimenti precedenti era sempre la mano dominante) e la sequenza di somministrazione dei compiti. Sono stati quindi testati due nuovi gruppi di 30 partecipanti destrimani ciascuno. Nell’Esperimento 5 i partecipanti dovevano rispondere in metà trial con la mano sinistra e nell’altra metà con la mano destra; inoltre metà partecipanti eseguiva per primo il compito Posner e, una settimana dopo, il compito Simon (come negli esperimenti precedenti) e metà partecipanti eseguiva per primo il compito Simon e, una settimana dopo, il compito Posner. Nell’Esperimento 6 i partecipanti eseguivano solamente un compito Posner e dovevano fornire una risposta bi-manuale, cioè premere contemporaneamente due tasti. I risultati dell’Esperimento 5 (la cui procedura è esattamente uguale a quella dell’Esperimento 1, eccetto che per la mano usata) mostrano che la presenza delle asimmetrie è influenzata dalla mano usata per emettere la risposta: Queste, infatti, sono evidenti solamente quando viene usata la mano destra Questo, se da un lato conferma che effettivamente la mano che i partecipanti usano per emettere la risposta può interferire con le asimmetrie, dall’altro lato rende evidente che i risultati ottenuti nei precedenti esperimenti non sono causati solo dal fatto che i partecipanti usano sempre la propria mano dominante, perché in questo caso ci saremmo aspettati un’asimmetria nella direzione opposta, cioè una facilitazione maggiore quando il cue compare a sinistra, quando i partecipanti usano la mano sinistra. Quindi, l’assenza delle asimmetrie con la mano sinistra può semplicemente essere spiegata con uno spostamento dell’attenzione verso l’effettore, come dimostrato da Eimer, Forster, Van Velzen e Prabhu (2005) e da Forster e Eimer (2007). Per quanto riguarda l’ordine dei compiti, non sono stati osservati effetti sequenza. Nell’Esperimento 6 i partecipanti erano istruiti a fornire una risposta bi-manuale, cioè premendo contemporaneamente due tasti, posti uno a destra e uno a sinistra. In questo esperimento è stato utilizzato un cue non informativo e SOA sia brevi che lunghe per indagare sia la facilitazione che la IoR. Analisi condotte sui TR della prima risposta che viene emessa mostrano che le asimmetrie sono globalmente presenti solamente quando vengono utilizzate SOA brevi e vanno, di nuovo, nella stessa direzione degli esperimenti precedenti. Concludendo, questo lavoro dimostra che la preferenza manuale non può, da sola, fornire una spiegazione esauriente delle asimmetrie dell’effetto Simon. Ovviamente non è semplice analizzare separatamente i due meccanismi coinvolti in questo compito – cioè lo spostamento dell’attenzione e la selezione della risposta – e questo è confermato anche dai due esperimenti di controllo, che mostrano come questi due meccanismi siano strettamente legati anche in un compito di TR semplici come un compito Posner. Tuttavia, sulla base dei risultati di questo lavoro, possiamo concludere che la lateralizzazione cerebrale dell’attenzione, e non solo la preferenza manuale, spiega le asimmetrie dell’effetto Simon.