Volumetric analysis of cortical and subcortical regions in congenital deafness

Abstract

Neuroplasticity reflects the brain’s capacity to reorganize itself due to different events, including sensory deprivation. The debate over how neuroplasticity emerges and which structures can suffer and regulate neuroplastic changes is still fierce. For instance, it has been shown that in congenitally deaf humans the Auditory Cortex (AC), predominantly on the right hemisphere, can be co-opted to process visual input. But how is this visual information rerouted to AC? Here, we performed a volumetric analysis of cortical and subcortical auditory and visual brains regions in deaf and hearing participants in order to find structures that could be responsible for the neuroplastic changes observed in congenital deaf individuals at the functional and behavioral level. In line with what has been shown before, the Heschl’s Gyrus (i.e., primary AC) in deaf individuals was smaller than in hearing. More importantly, given the right lateralized neuroplastic changes observed in the AC, we show hemispheric asymmetries in the deaf but not in the hearing for the Thalamus and the Inferior Colliculus, such that the right counterpart was larger than the left. These results suggest that subcortical regions like the Thalamus and Inferior Colliculi can be responsible for neuroplastically rerouting visual information to the AC.

A neuroplasticidade é um processo que reflete a capacidade do cérebro de se reorganizar. O debate acerca de como a neuroplasticidade emerge e quais as estruturas afetadas por este processo encontra-se ainda em aberto. Estudos mostram que, em humanos com surdez congénita, o Córtex Auditivo (CA), predominantemente no hemisfério direito, pode ser cooptado para processar a informação visual. Mas como é que a informação visual é redirecionada para o CA? Neste estudo foi realizada uma análise volumétrica de regiões cerebrais auditivas e visuais (corticais e subcorticais) em participantes surdos e ouvintes, com o objetivo de encontrar possíveis estruturas responsáveis pelas mudanças neuroplásticas observadas ao nível funcional e comportamental em surdos congénitos. Em termos de resultados, o volume do giro de Heschl (i.e., o CA primário) em indivíduos surdos foi menor que nos ouvintes. Mais importante, dadas as alterações neuroplásticas lateralizadas ao nível do hemisfério direito do CA, foram encontradas assimetrias hemisféricas nos surdos, mas não nos ouvintes, para o Tálamo e o Colículo Inferior, de tal forma que o volume direito era maior que o esquerdo. Estes resultados sugerem que, regiões subcorticais como o Tálamo e o Colículo Inferior, podem ser responsáveis pelo reencaminhamento da informação visual para o CA.