Touch processing and social-emotional development: neural and behavioral correlates

Abstract

Touch is a sensory modality used in the context of affiliative behaviors and social interactions, thought to have preceded more advanced forms of social-emotional competencies as language or emotional expressions. It has been proposed that a specific group of tactile fibers (CT afferents) are likely to mediate this affective-motivational component of touch, but the role of these fibers, particularly during the first year of life is still uncertain. Moreover, the importance of touch has been demonstrated in studies of disorders that lack social-emotional reciprocity, namely autism spectrum disorder (ASD), but the relative contribution of the tactile domain to the core symptoms of the disorder remains to be understood. The aim of this dissertation was to examine touch processing at a brain and behavior level, and contribute to a better understanding of this sensory domain to social-emotional development. In the first study (Chapter 2) I examined brain responses for affective and discriminative touch in 7-month-old infants using functional near infrared spectroscopy (fNIRS). Specifically, I used a paradigm including the sensory-discriminative and affective-motivational aspects of touch, and recorded hemodynamic activity in two main regions of interest, the somatosensory cortex and the pSTS. The results showed that 7-month-old infants process both affective and discriminative components of touch in the somatosensory cortex, but that the right temporal region is not yet recruited at this age to process affective touch, similarly to children and adults. In the second study (Chapter 3) I examined the developmental trajectory of brain activity to affective touch, by following longitudinally infants from 7 to 12 months of age. The paradigm and regions of interest were the same as described earlier. This study showed that touch processing for discriminative and affective domains undergoes a developmental shift from 7 to 12 months of age, at a brain level. At 12-months of age, infants presented a significant increase in hemodynamic activity in channels placed over the temporal region for affective touch, compared to 7-month-olds. In the following study (Chapter 4), I investigate whether this shift at 12 months of age was associated with infant’s behavioral differences to tactile sensory stimuli, by measuring negative emotional responses to touch - sensory over responsiveness (SOR). The findings from this study suggest that the emergence of brain activity in the temporal region to affective touch is modulated by individual differences in affective reaction towards touch. Finally, in the last study (Chapter 5) I test the relation between tactile processing patterns and social problems in a sample of children and adolescents with ASD. I found that atypical touch processing is related with core symptoms in ASD, supporting that touch processing plays an important role in socialreciprocity in this population. These findings combined suggest that touch processing contributes to social-emotional development, and might have important implications for the understanding of neurodevelopment disorders, namely ASD.

O toque é uma modalidade sensorial usada no contexto de comportamentos afiliativos e interações sociais, que se julga ter precedido formas mais avançadas de competências sócioemocionais, como por exemplo a linguagem ou expressões emocionais. Tem sido proposto na literatura que um grupo específico de fibras táteis (fibras CT) é provavelmente responsável por mediar esta componente afetivo-motivacional do toque, mas a função destas fibras, principalmente durante o primeiro ano de vida, é ainda incerta. A importância do toque tem sido demonstrada em estudos de desordens de neurodesenvolvimento que apresentam um compromisso na reciprocidade sócio-emocional, nomeadamente na perturbação do espetro do autismo (PEA), mas a contribuição do processamento sensorial do toque para os sintomas apresentados por indivíduos com a desordem continua por explicar. O objetivo desta dissertação foi estudar o processamento do toque a nível cerebral e comportamental, e contribuir para uma melhor compreensão deste domínio sensorial para o desenvolvimento sócio-emocional. No primeiro estudo (Capítulo 2) examinei a resposta cerebral ao toque afetivo e discriminativo em bebés de 7 meses de idade, utilizando espectroscopia funcional por infravermelhos (fNIRS). Especificamente, foi testado um paradigma que incluía as dimensões sensório-discriminativa e afetivo-motivacional do toque, e registada a atividade hemodinâmica do cérebro em duas regiões de interesse, o córtex somatosensorial e o sulco temporal superior posterior. Os resultados demonstraram que os bebés de 7 meses de idade processam ambos tipos de toque no córtex somatosensorial, mas que a região temporal não é ainda recrutada nesta idade para processar o toque afetivo, à semelhança de crianças e adultos. No segundo estudo (Capítulo 3) examinou-se a trajetória desenvolvimental da resposta cerebral ao toque afetivo, através do estudo longitudinal dos bebés dos 7 aos 12 meses de idade. O paradigma e regiões de interesse foram as mesmas descritas anteriormente. Este estudo demonstrou que os domínios discriminativos e afetivos do toque estão sujeitos a uma mudança desenvolvimental dos 7 aos 12 meses de idade, ao nível dos mecanismos neuronais. Aos 12 meses de idade, os bebés apresentaram um aumento significativo na resposta hemodinâmica nos canais localizados sobre a região temporal para o toque afetivo, comparado com bebés de 7 meses. No estudo seguinte (Capítulo 4), foi investigada a relação entre a mudança ao nível do processamento cerebral observada aos 12 meses e as diferenças individuais na resposta comportamental ao estímulo tátil, através da avaliação de respostas emocionais negativas ao toque – hiperresponsividade ao toque (SOR). Os resultados deste estudo sugerem que atividade cerebral na região temporal em resposta ao toque afetivo é modulado por diferenças individuais na reação afetiva ao toque. Finalmente, no último estudo (Capitulo 5) é testada a relação entre padrões de processamento tátil e problemas socias numa amostra de crianças e adolescentes com PEA. Encontrou-se que o processamento tátil atípico está relacionado com sintomas/ critérios de inclusão nas PEA, sugerindo que o processamento tátil tem um papel importante na reciprocidade social nesta população. Num todo, estes resultados sugerem que o processamento do toque contribui para o desenvolvimento sócio-emocional, e pode ter implicações importantes para a compreensão de desordens de neurodesenvolvimento, nomeadamente as PEA.