Understanding the neural basis of social cognition in a dyadic context with a close other using an effective connectivity approach

Abstract

Humans interact with conspecifics on a daily basis in a multitude of social environments. In order to adjust one’s own behaviour to the demands of a given social situation, individuals must be able to understand other’s emotional and cognitive states. The main goal of the present dissertation was to explore the neural basis of social cognition in the context of a dyadic interaction with a significant other. Forty-two participants involved in a committed monogamous relationship underwent an fMRI session composed by a psychological assessment, a resting state acquisition and an ecological social cognitive task based on a couple´s interaction task previously performed in the laboratory. This task was combined with an effective connectivity (EC) approach to investigate the neural mechanisms involved in the capacity to infer our own and other’s internal states. In study 1 we looked at the functional integration within a well-known resting state network involved in social processing, the Default Mode Network (DMN), and explored how it relates to self-perceived social cognition. DMN’s functional integration was assessed both in terms of functional connectivity and effective connectivity. Results show that although in Independent Component Analysis (ICA) higher scores in self-perceived empathy were associated with a significant increase in the medial prefrontal cortex (mPFC)’s expression, Dynamic Causal Modelling (DCM) clarified that this increase results mainly from a shift in coupling between posterior cingulate cortex (PCC) and right inferior parietal lobe (rIPL). After measuring the brain’s activity at rest, in study 2 we looked at the neural basis of self and other processing using a paradigm based on a real couples’ interaction where participants were asked to elaborate on their partner´s experience (other-condition) or on their own experience (self-condition) while watching emotional video vignettes of their partner. The results revealed an almost complete brain overlap between the neural systems that process self and other’s internal states. Despite this overlap the self-condition was also associated with brain regions involved in interoceptive and affect processing such as the posterior insula, whereas the other-condition recruited to further extent brain regions involved in mental inference and perspective taking like the temporarietal junction (TPJ). Finally, after identifying the brain activation maps for self and other processing, in study 3 we used DCM to assess the functional integration among cognitive brain areas involved in self and other processing, in particular the bilateral TPJ, the PCC/precuneus and the bilateral middle temporal gyrus (MTG). DCM results showed that within this network first the sensory information is processed by the bilateral MTG, region well known for language and narrative comprehension. Only then the information follows simultaneously to the PCC, which plays a coordinative role within this network, and the rTPJ that will be more or less receptive depending if one is making inferences about others or the self, respectively.

Os seres humanos interagem diariamente com outros indivíduos numa multiplicidade de contextos sociais. De modo a ajustar o seu comportamento às exigências de uma determinada situação social, os indivíduos devem ser capazes de compreender os estados emocionais e cognitivos dos outros. O objetivo principal desta dissertação foi o de explorar as bases neurais da cognição social no contexto de uma interação diádica com um outro significativo. Quarenta e dois participantes numa relação de casal estável foram submetidos a uma sessão de fMRI composta por uma avaliação psicológica, uma aquisição em estado de repouso e uma tarefa ecológica de cognição social baseada numa interação de casal realizada em laboratório. De modo a analisar os mecanismos neurais da capacidade de inferir os nossos estados internos e os de outros, uma abordagem de conectividade efetiva foi utilizada. No estudo 1 analisamos a integração funcional na Default Mode Network (DMN), uma das mais bem estudadas redes cerebrais de descanso a qual está envolvida em diversos processos sociocognitivos, e explorámos a sua relação com a cognição social auto-percebida. Esta integração funcional foi avaliada em termos de conectividade funcional e efetiva. Os resultados mostraram que apesar de a análise de componentes independentes (ICA) mostrar que pontuações mais elevadas na escala de empatia diádica estavam associadas apenas a uma maior conetividade funcional do córtex medial prefrontal (mPFC), a modelagem causal dinâmica (DCM) permitiu clarificar que esse aumento resulta de uma mudança no acoplamento entre o cingulado posterior (PCC) e o lobo parietal inferior direito (rIPL). Após medir a atividade do cérebro em repouso, no estudo 2, investigamos os circuitos cerebrais envolvidos no processamento do self e do outro utilizando uma tarefa social de fMRI que teve por base uma interação de um casal real. Nesta tarefa experimental os participantes elaboravam sobre a experiência do seu parceiro (condição other) ou sobre a sua própria experiência (condição self) enquanto assistiam um vídeo do seu parceiro a expressar conteúdos emocionais. Os resultados revelaram uma quase completa sobreposição anatómica e funcional entre os sistemas neurais subjacentes ao processamento do self e do other. Apesar disso, a condição self recrutou também áreas envolvidas no processamento interoceptivo e afetivo, como a ínsula posterior, enquanto a condição other recrutou ainda regiões envolvidas na inferência mental e tomada de perspetiva como a junção temporarietal (TPJ). Finalmente, após identificar os mapas de ativação cerebral subjacentes ao processamento do eu e do outro, no estudo 3, usamos o DCM para avaliar a integração funcional entre áreas do cérebro envolvidas nestes dois processos, nomeadamente em áreas cognitivas tais como o TPJ bilateral, o PCC / precuneus e a circunvolução temporal média bilateral (MTG). Os resultados mostraram que nesta rede, a informação sensorial é primeiro processada pelo MTG, região de compreensão narrativa e da linguagem. Posteriormente, a informação segue conjuntamente para o PCC, o qual desempenha um papel coordenador dentro desta rede, e para a rTPJ, que estará mais ou menos receptivo dependendo se o individuo está a fazer inferências sobre os outros ou sobre o ele próprio, respetivamente.