Oscillatory networks supporting perceptual and attentional sampling: a multimethod approach to investigate the rhythmic nature of visual cognition

How does the brain transform a continuous and cluttered stream of sensory information into coherent percepts? Neural oscillations have long been proposed as a mechanism that coordinates cortical communication and organizes sensory processing in time. Although not new, this idea has gained renewed attention in recent years, driven by novel methods and neuroimaging evidence. In this thesis, I will explore how rhythmic brain activity shapes visual cognition, presenting a series of studies that employ psychophysics, electroencephalography (EEG), and transcranial alternating current stimulation (tACS). I will first show how individualized alpha-band tACS (~7–13 Hz) can reveal the temporal dynamics of perceptual sampling, and later present EEG evidence on how spatial grouping properties can overwrite the link between endogenous alpha rhythms and temporal integration-segregation processes. Following, temporal processing in perception will be investigated through the predictive coding framework, leveraging a motion extrapolation task and a novel task introduced to induce statistical learning in the context of temporal processing. While most of the presented evidence relates to the neurotypical population, I will also present evidence in relation to neurodevelopmental disorders, such as developmental dyslexia, and personality traits of autism and schizotypy, characterized by perceptual anomalies in temporal processing and predictive coding. Together, this multimethod approach will provide insights into the rhythmic mechanisms that support visual cognition across different interacting networks.

Come vengono formati percetti unitari e coerenti a partire da un flusso continuo e disordinato di input sensoriale? L’idea per cui le oscillazioni neurali siano alla base della comunicazione neuronale e dell’organizzazione dell’informazione sensoriale non è nuova, ma ha suscitato un rinnovato interesse nell’ultimo decennio grazie a nuovi metodi e recenti evidenze di neuroimaging. In questa tesi, esplorerò come l’attività ritmica cerebrale influenzi il processamento visivo attraverso studi che combinano tecniche di psicofisica, elettroencefalografia (EEG) e stimolazione elettrica a corrente alternata (tACS). Innanzitutto, mostrerò come la tACS a frequenze alpha (~7–13 Hz) individualizzate riveli le dinamiche temporali del campionamento percettivo. A seguire, presenterò evidenze EEG che mostrano come le proprietà di raggruppamento spaziale possono sovrascrivere la relazione tra i ritmi endogeni alpha e i processi di integrazione-segregazione temporale. In aggiunta, esaminerò come il processamento temporale può essere studiato alla luce di meccanismi predittivi; nello specifico, verranno descritti un compito percettivo di estrapolazione del movimento e un compito che induce apprendimento statistico in un contesto di percezione temporale. Sebbene la maggior parte delle evidenze sperimentali facciano riferimento alla popolazione neurotipica, presenterò anche delle evidenze sperimentali in relazione a disturbi del neurosviluppo, nello specifico la dislessia evolutiva, e in relazioni a tratti di personalità associati ad autismo e schizotipia, caratterizzati da anomalie percettive nel processamento temporale e predittivo. Complessivamente, questo approccio multimodale offrirà nuove prospettive sui meccanismi ritmici che supportano la cognizione visiva, attraverso l’interazione di network cerebrali.