The deployment of visual attention in autism spectrum disorders

Autism spectrum disorder (ASD) is a pervasive neurodevelopmental condition that affects almost 1% of the population. One of the main challenges in the current ASD research is to define the early neurocognitive impairments that provide critical foundations for the core deficits in social and communication abilities. In particular, early attentional dysfunctions may play a critical role in the emergence of ASD. In this doctoral thesis I present six studies that give significant new insights into the nature of altered visual attention in individuals with ASD and their possible neural underpinnings. In the first study we show that individuals with ASD are impaired in enlarging (i.e., “zooming-out”) the attentional focus size relative to the control group and this deficit can impact the rapid orienting toward a cued location in the visual field. The second and the third studies show how parents without any history of ASD but with elevated autistic traits can transmit to their infants subtle deficit in visual attention (at the expense of both orienting and zooming mechanism) that may impact children’s future socio-communicative abilities. In the fourth and the fifth studies we employed transcranial magnetic stimulation and dense-array electroencephalography, respectively, with typical adults participants and we show that a network of frontal (mainly FEF and IFG) and parietal (mainly IPS/SPL) brain areas are fundamental in regulating the size of the attentional focus. In the last study, we evaluated the spatial profile of the attentional focus in individuals with ASD and results show that the inhibitory ring outside the focus of attention – fundamental to attenuate processing of irrelevant information – is significantly weakened relative to the control group. Overall, these findings show the importance of attentional impairments in the core manifestations of ASD and in its developmental course. Defining attentional abnormalities and their neural correlates is extremely important (i) to improve the early detection of the disorder and, (ii) to implement timely prevention programs to reduce the incidence of ASD.

Il disturbo dello spettro autistico (DSA) è un disturbo neuroevolutivo pervasivo che colpisce quasi l'1% della popolazione. Una delle principali sfide nell'attuale ricerca sul DSA è definire i deficit neurocognitivi precoci che costituiscono le fondamenta dei disturbi "chiave" nelle abilità sociali e comunicative. In particolare, precoci disfuzioni attentive potrebbero giocare un ruolo decisivo nell'emergere del DSA. Nella presente tesi di dottorato presento sei studi che contribuiscono significativamente alla comprensione delle alterazioni dell'attenzione visiva nei DSA e le loro possibili basi neurali. Nel primo studio, mostriamo che gli individui affetti da DSA sono compromessi nell'abilità di allargare ("zoom-out") la dimensione del fuoco attentivo e che questo problema può avere un impatto negativo nell'orientamento rapido verso una posizione segnalata nel campo visivo. Il secondo e terzo studio mostrano come genitori senza alcuna storia clinica di DSA ma con elevati tratti autistici possano trasmettere ai loro infanti sottili alterazioni nell'attenzione visiva (a carico sia del meccanismo di orientamento che di quello di zoom) che possono avere conseguenze negative sul futuro sviluppo delle abilità socio-comunicative dei loro figli. Nel quarto e quinto studio, abbiamo utilizzato la stimolazione magnetica transcranica e l'elettroencefalografia ad alta densità, rispettivamente, in partecipanti adulti a sviluppo tipico e mostriamo che un network di aree frontali (principalmente FEF e IFG) e parietali (principalmente IPS/SPL) sono fondamentali nella regolazione della dimensione del fuoco attentivo. Nell'ultimo studio, abbiamo valutato il profilo spaziale del fuoco attentivo in individui con DSA e mostriamo come l'anulo inibitorio circostante al fuoco attentivo – fondamentale per attenuare il processamento d'informazioni irrilevanti – è significativamente più debole nel DSA rispetto al gruppo di controllo. Complessivamente, queste evidenze mostrano l'importanza dei deficit attentivi nelle manifestazioni chiave del DSA e nel suo decorso evolutivo. Definire le anomalie dell'attenzione e i corrispondenti correlati neurali è estremamente importante (i) per migliorare la diagnosi precoce del disturbo e (ii) per implementare tempestivi programmi preventivi mirati a ridurre l'incidenza dei DSA.