Abstract Peripersonal space (PPS) is a multisensory representation of the space near body parts facilitating interactions with the close environment. Studies on non-human and human primates converge in showing that PPS is a body-part-centred representation that guides actions. Because of these characteristics, growing confusion conflates peripersonal and arm-reaching space (ARS), that is the space one’s arm can reach. Despite neuroanatomical evidence favors their distinction, no study has contrasted directly their respective extent and behavioral features. Here, in five experiments (N=140) we found that PPS differs from ARS, as evidenced both by participants’ spatial and temporal performance and its modeling. We mapped PPS and ARS using both their respective gold standard tasks and a novel multisensory facilitation paradigm. Results show that 1) PPS is smaller than ARS; 2) multivariate analyses of spatial patterns of multisensory facilitation predict participants’ hand locations within ARS; 3) the multisensory facilitation map shifts isomorphically following hand positions, revealing hand-centred coding of PPS, therefore pointing to a functional similarity to the receptive fields of monkeys’ multisensory neurons. A control experiment further corroborated these results and additionally ruled out the orienting of attention as driving mechanism for the increased multisensory facilitation near the hand. In sharp contrast, ARS mapping results in a larger spatial extent, with undistinguishable patterns across hand positions, cross-validating the conclusion that PPS and ARS are distinct spatial representations. These findings urge for a refinement of theoretical models of PPS, which is relevant to constructs as diverse as self-representation, social interpersonal distance, and motor control.

ABSTRACT The sense of touch is not restricted to the body but can also extend to external objects. When we use a hand-held tool to contact an object, we feel the touch on the tool and not in the hand holding the tool. The ability to perceive touch on a tool actually extends along its entire surface, allowing the user to accurately localize where it is touched similarly as they would on their body. While the neural mechanisms underlying the ability to localize touch on the body have been largely investigated, those allowing to localize touch on a tool are still unknown. We aimed to fill this gap by recording the EEG signal of participants while they localized tactile stimuli on a hand-held rod. We focused on oscillatory activity in the alpha (7-14 Hz) and beta (15-30 Hz) range, as they have been previously linked to distinct spatial codes used to localize touch on the body. Beta activity reflects the mapping of touch in skin-based coordinates, whereas alpha activity reflects the mapping of touch in external space. We found that alpha activity was solely modulated by the location of tactile stimuli applied on a hand-held rod. Source reconstruction suggested that this alpha power modulation was localized in a network of fronto-parietal regions previously implicated in higher-order tactile and spatial processing. These findings are the first to implicate alpha oscillations in tool-extended sensing and suggest an important role for processing touch in external space when localizing touch on a tool.

Abstract Visuo-spatial attentional orienting is fundamental to selectively process behaviorally relevant information, depending on both low-level visual attributes of stimuli in the environment and higher-level factors, such as goals, expectations and prior knowledge. Growing evidence suggests an impact of the locus-coeruleus-norepinephrine (LC-NE) system in attentional orienting that depends on task-context. Nonetheless, most of previous studies used visual displays encompassing a target and various distractors, often preceded by cues to orient the attentional focus. This emphasizes the contribution of goal-driven processes, at the expense of other factors related to the stimulus content. Here, we aimed to determine the impact of NE on attentional orienting in more naturalistic conditions, using complex images and without any explicit task manipulation. We tested the effects of atomoxetine (ATX) injections, a NE reuptake inhibitor, on four monkeys during free viewing of images belonging to three categories: landscapes, monkey faces and scrambled images. Analyses of the gaze exploration patterns revealed, first, that the monkeys spent more time on each fixation under ATX compared to the control condition, regardless of the image content. Second, we found that, depending on the image content, ATX modulated the impact of low-level visual salience on attentional orienting. This effect correlated with the effect of ATX on the number and duration of fixations. Taken together, our results demonstrate that ATX adjusts the contribution of salience on attentional orienting depending on the image content, indicative of its role in balancing the role of stimulus-driven and top-down control during free viewing of complex stimuli.

ABSTRACT Humans daily life is characterized by a succession of voluntary actions. Since energy resources are limited, the ability to invest the appropriate amount of effort for selecting and executing these actions is a hallmark of adapted behavior. Recent studies indicate that decisions and actions share important principles, including the exchange of temporal resources when the context requires it. In the present study, we test the hypothesis that the management of energy resources is shared between decision and action too. Healthy human subjects performed a perceptual decision task where they had to choose between two levels of effort to invest in making the decision, and report it with a reaching movement. Crucially, motor difficulty gradually increased from trial to trial depending on participants’ decision performance. Results indicate a relatively mild impact of the increasing motor difficulty on the choice of the non-motor (decision) effort to invest in each trial and on decision performance. By contrast, motor performance strongly decreased depending on both the motor and decisional difficulties. Together, the results support the hypothesis of an integrated management of energy resources between decision and action. They also suggest that in the context of the present task, the mutualized resources are primarily allocated to the decision-making process to the detriment of movements.

Abstract Developmental Coordination Disorder (DCD) is a pathological condition characterized by impaired motor skills. Current theories advance that a deficit of the internal models is mainly responsible for DCD children’s altered behavior. Yet, accurate movement execution requires not only correct movement planning, but also integration of sensory feedback into body representation for action (Body Schema) to update the state of the body. Here we advance and test the hypothesis that the plasticity of this body representation is altered in DCD. To probe Body Schema (BS) plasticity, we submitted a well-established tool-use paradigm to seventeen DCD children, required to reach for an object with their hand before and after tool use, and compared their movement kinematics to that of a control group of Typically Developing (TD) peers. We also asked both groups to provide explicit estimates of their arm length to probe plasticity of their Body Image (BI). Results revealed that DCD children explicitly judged their arm shorter after tool use, showing changes in their BI comparable to their TD peers. Unlike them, though, DCD did not update their implicit BS estimate: kinematics showed that tool use affected their peak amplitudes, but not their latencies. Remarkably, the kinematics of tool use showed that the motor control of the tool was comparable between groups, both improving with practice, confirming that motor learning abilities are preserved in DCD. This study thus brings evidence in favor of an alternative theoretical account of the DCD etiology. Our findings point to a deficit in the plasticity of the body representation used to plan and execute movements. Though not mutually exclusive, this widens the theoretical perspective under which DCD should be considered: DCD may not be limited to a problem affecting the internal models and their motor functions, but may concern the state of the effector they have to use.

Abstract Current models of mental body representations (MBRs) indicate that tactile inputs feed several of them for different functions, implying that altering tactile inputs may affect MBRs differently. Here we tested this hypothesis by leveraging Repetitive Somatosensory Stimulation (RSS), known to improve tactile perception by modulating primary somatosensory cortex (SI) activity, and measured its effects over the body image , the body model and the superficial schema in a randomized sham-controlled, double-blind cross-over study. Results show that RSS affected the body image , participants perceiving their finger size as being smaller after RSS. While previous work showed increase of finger size perception after tactile anesthesia (Gandevia & Phegan 1999), these findings reveal that tactile inputs can diametrically modulate the body image. In contrast, RSS did not alter the body model or superficial schema . In addition, we report a novel mislocalization pattern, with a bias towards the middle finger in the distal phalanges that reverses towards the thumb in the proximal phalanx, enriching the known distortions of the superficial schema . Overall, these findings provide novel insights into the functional organization of MBRs and their relationships with somatosensory information. Reducing the perceived body size through RSS could be useful in helping treat body image disturbance.

Abstract There is ample behavioral evidence that others’ mere presence can affect any behavior in human and non-human animals, generally facilitating the expression of mastered responses while impairing the acquisition of novel ones. Much less is known about i) how the brain orchestrates the modulation of such a wide array of behaviors by others’ presence and ii) when these neural underpinnings mature during development. To address these issues, fMRI data were collected in children and adults alternately observed and unobserved by a familiar peer. Subjects performed two tasks. One, numerosity comparison, depends on number-processing brain areas, the other, phonological comparison, on language-processing areas. Consistently with previous behavioral findings, peer observation facilitated both tasks, and children’s improvement was comparable to adults’. Regarding brain activation, we found virtually no evidence of observation-driven changes within the number- or language-related areas specific to each task. Rather, we observed the same task-independent changes for both numerosity and phonological comparisons. This unique neural signature encompassed a large brain network of domain-general areas involved in social cognition, especially mentalizing, attention, and reward. It was also largely shared by children and adults. The one exception was children’s right temporoparietal junction, which failed to show the observation- driven lesser deactivation seen in adults. These findings indicate that social facilitation of some human education-related skills is i) primarily orchestrated by domain-general brain networks, rather than by task-selective substrates, and ii) relatively mature early in the course of education, thus having a protracted impact on academic achievements that may have heretofore been underestimated. Highlight Basic math and reading skills were measured in children and adults. Participants were alternately observed and unobserved by a familiar peer. Behavior showed that children were as facilitated by peer observation as adults. fMRI data showed task-independent, observation-driven changes in mentalizing, attention, and reward brain regions. All adults’ neural changes were also found in children, except one located in right temporo- parietal junction.

In everyday life, localizing a sound source in free-field entails more than the sole extraction of monaural and binaural auditory cues to define its location in the three-dimensions (azimuth, elevation and distance). In spatial hearing, we also take into account all the available visual information (e.g., cues to sound position, cues to the structure of the environment), and we resolve perceptual ambiguities through active listening behavior, exploring the auditory environment with head or/and body movements. Here we introduce a novel approach to sound localization in 3D named SPHERE (European patent WO2017203028A1), which exploits a commercially available Virtual Reality Head-mounted display system with real-time kinematic tracking to combine all of these elements (controlled positioning of a real sound source and recording of participants responses in 3D, controlled visual stimulations and active listening behavior). We prove that SPHERE allows accurate sampling of the 3D spatial hearing abilities of normal hearing adults, and it allowed detecting and quantifying the contribution of active listening. Specifically, comparing static vs. free head-motion during sound emission we found an improvement of sound localization accuracy and precisions. By combining visual virtual reality, real-time kinematic tracking and real-sound delivery we have achieved a novel approach to the study of spatial hearing, with the potentials to capture real-life behaviors in laboratory conditions. Furthermore, our new approach also paves the way for clinical and industrial applications that will leverage the full potentials of active listening and multisensory stimulation intrinsic to the SPHERE approach for the purpose rehabilitation and product assessment.