The neuropsychology of autobiographical memory.

This special issue of Cortex focuses on the relative contribution of different neural networks to memory and the interaction of 'core' memory processes with other cognitive processes. In this article, we examine both. Specifically, we identify cognitive processes other than encoding and retrieval that are thought to be involved in memory; we then examine the consequences of damage to brain regions that support these processes. This approach forces a consideration of the roles of brain regions outside of the frontal, medial-temporal, and diencephalic regions that form a central part of neurobiological theories of memory. Certain kinds of damage to visual cortex or lateral temporal cortex produced impairments of visual imagery or semantic memory; these patterns of impairment are associated with a unique pattern of amnesia that was distinctly different from the pattern associated with medial-temporal trauma. On the other hand, damage to language regions, auditory cortex, or parietal cortex produced impairments of language, auditory imagery, or spatial imagery; however, these impairments were not associated with amnesia. Therefore, a full model of autobiographical memory must consider cognitive processes that are not generally considered 'core processes,' as well as the brain regions upon which these processes depend.

Activation in mesolimbic and visuospatial neural circuits elicited by smoking cues: evidence from functional magnetic resonance imaging.

OBJECTIVE: The authors sought to increase understanding of the brain mechanisms involved in cigarette addiction by identifying neural substrates modulated by visual smoking cues in nicotine-deprived smokers. METHOD: Event-related functional magnetic resonance imaging (fMRI) was used to detect brain activation after exposure to smoking-related images in a group of nicotine-deprived smokers and a nonsmoking comparison group. Subjects viewed a pseudo-random sequence of smoking images, neutral nonsmoking images, and rare targets (photographs of animals). Subjects pressed a button whenever a rare target appeared. RESULTS: In smokers, the fMRI signal was greater after exposure to smoking-related images than after exposure to neutral images in mesolimbic dopamine reward circuits known to be activated by addictive drugs (right posterior amygdala, posterior hippocampus, ventral tegmental area, and medial thalamus) as well as in areas related to visuospatial attention (bilateral prefrontal and parietal cortex and right fusiform gyrus). In nonsmokers, no significant differences in fMRI signal following exposure to smoking-related and neutral images were detected. In most regions studied, both subject groups showed greater activation following presentation of rare target images than after exposure to neutral images. CONCLUSIONS: In nicotine-deprived smokers, both reward and attention circuits were activated by exposure to smoking-related images. Smoking cues are processed like rare targets in that they activate attentional regions. These cues are also processed like addictive drugs in that they activate mesolimbic reward regions.

Characterizing changes in the excitability of corticospinal projections to proximal muscles of the upper limb

Background: There has been an explosion of interest in methods of exogenous brain stimulation that induce changes in the excitability of human cerebral cortex. The expectation is that these methods may promote recovery of function following brain injury. To assess their effects on motor output, it is typical to assess the state of corticospinal projections from primary motor cortex to muscles of the hand, via electromyographic responses to transcranial magnetic stimulation. If a range of stimulation intensities is employed, the recruitment curves (RCs) obtained can, at least for intrinsic hand muscles, be fitted by a sigmoid function.

Objective/hypothesis: To establish whether sigmoid fits provide a reliable basis upon which to characterize the input–output properties of the corticospinal pathway for muscles proximal to the hand, and to assess as an alternative the area under the (recruitment) curve (AURC).

Methods: A comparison of the reliability of these measures, using RCs obtained for muscles that are frequently the targets of rehabilitation.

Results: The AURC is an extremely reliable measure of the state of corticospinal projections to hand and forearm muscles, which has both face and concurrent validity. Construct validity is demonstrated by detection of widely distributed (across muscles) changes in corticospinal excitability induced by paired associative stimulation (PAS).

Conclusion(s): The parameters derived from sigmoid fits are unlikely to provide an adequate means to assess the effectiveness of therapeutic regimes. The AURC can be employed to characterize corticospinal projections to a range of muscles, and gauge the efficacy of longitudinal interventions in clinical rehabilitation.

Impaired early visual response modulations to spatial information in chronic schizophrenia.

Early visual processing stages have been demonstrated to be impaired in schizophrenia patients and their first-degree relatives. The amplitude and topography of the P1 component of the visual evoked potential (VEP) are both affected; the latter of which indicates alterations in active brain networks between populations. At least two issues remain unresolved. First, the specificity of this deficit (and suitability as an endophenotype) has yet to be established, with evidence for impaired P1 responses in other clinical populations. Second, it remains unknown whether schizophrenia patients exhibit intact functional modulation of the P1 VEP component; an aspect that may assist in distinguishing effects specific to schizophrenia. We applied electrical neuroimaging analyses to VEPs from chronic schizophrenia patients and healthy controls in response to variation in the parafoveal spatial extent of stimuli. Healthy controls demonstrated robust modulation of the VEP strength and topography as a function of the spatial extent of stimuli during the P1 component. By contrast, no such modulations were evident at early latencies in the responses from patients with schizophrenia. Source estimations localized these deficits to the left precuneus and medial inferior parietal cortex. These findings provide insights on potential underlying low-level impairments in schizophrenia.

Sub-cortical and brainstem sites associated with chemo-stimulated increases in ventilation in humans.

We investigated the neural basis for spontaneous chemo-stimulated increases in ventilation in awake, healthy humans. Blood oxygen level dependent (BOLD) functional MRI was performed in nine healthy subjects using T2 weighted echo planar imaging. Brain volumes (52 transverse slices, cortex to high spinal cord) were acquired every 3.9 s. The 30 min paradigm consisted of six, 5-min cycles, each cycle comprising 45 s of hypoxic-isocapnia, 45 s of isooxic-hypercapnia and 45 s of hypoxic-hypercapnia, with 55 s of non-stimulatory hyperoxic-isocapnia (control) separating each stimulus period. Ventilation was significantly (p<0.001) increased during hypoxic-isocapnia, isooxic-hypercapnia and hypoxic-hypercapnia (17.0, 13.8, 24.9 L/min respectively) vs. control (8.4 L/min) and was associated with significant (p<0.05, corrected for multiple comparisons) signal increases within a bilateral network that included the basal ganglia, thalamus, red nucleus, cerebellum, parietal cortex, cingulate and superior mid pons. The neuroanatomical structures identified provide evidence for the spontaneous control of breathing to be mediated by higher brain centres, as well as respiratory nuclei in the brainstem.

"What" and "Where" in the intraparietal sulcus : an fMRI study of object identity and location in visual short-term memory

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Excitabilité du système miroir : une étude de stimulation magnétique transcrânienne sur le chant et le langage

La perception de mouvements est associée à une augmentation de l’excitabilité du cortex moteur humain. Ce système appelé « miroir » sous-tendrait notre habileté à comprendre les gestes posés par une tierce personne puisqu’il est impliqué dans la reconnaissance, la compréhension et l’imitation de ces gestes. Dans cette étude, nous examinons de quelle façon ce système miroir s’implique et se latéralise dans la perception du chant et de la parole. Une stimulation magnétique transcrânienne (TMS) à impulsion unique a été appliquée sur la représentation de la bouche du cortex moteur de 11 participants. La réponse motrice engendrée a été mesurée sous la forme de potentiels évoqués moteurs (PÉMs), enregistrés à partir du muscle de la bouche. Ceux-ci ont été comparés lors de la perception de chant et de parole, dans chaque hémisphère cérébral. Afin d’examiner l’activation de ce système moteur dans le temps, les impulsions de la TMS ont été envoyées aléatoirement à l’intérieur de 7 fenêtres temporelles (500-3500 ms). Les stimuli pour la tâche de perception du chant correspondaient à des vidéos de 4 secondes dans lesquelles une chanteuse produisait un intervalle ascendant de deux notes que les participants devaient juger comme correspondant ou non à un intervalle écrit. Pour la tâche de perception de la parole, les participants regardaient des vidéos de 4 secondes montrant une personne expliquant un proverbe et devaient juger si cette explication correspondait bien à un proverbe écrit. Les résultats de cette étude montrent que les amplitudes des PÉMs recueillis dans la tâche de perception de chant étaient plus grandes après stimulation de l’hémisphère droit que de l’hémisphère gauche, surtout lorsque l’impulsion était envoyée entre 1000 et 1500 ms. Aucun effet significatif n’est ressorti de la condition de perception de la parole. Ces résultats suggèrent que le système miroir de l’hémisphère droit s’active davantage après une présentation motrice audio-visuelle, en comparaison de l’hémisphère gauche.

Lien entre l'activité pariéto-occipitale enregistrée pendant une tâche de mémoire à court terme visuelle et les habiletés mathématiques : une étude en magnétoencéphalographie

La mémoire à court terme visuelle (MCTv) est un système qui permet le maintien temporaire de l’information visuelle en mémoire. La capacité en mémoire à court terme se définit par le nombre d’items qu’un individu peut maintenir en mémoire sur une courte période de temps et est limitée à environ quatre items. Il a été démontré que la capacité en MCTv et les habiletés mathématiques sont étroitement liées. La MCTv est utile dans beaucoup de composantes liées aux mathématiques, comme la résolution de problèmes, la visualisation mentale et l’arithmétique. En outre, la MCTv et le raisonnement mathématique font appel à des régions similaires du cerveau, notamment dans le cortex pariétal. Le sillon intrapariétal (SIP) semble être particulièrement important, autant dans la réalisation de tâches liées à la MCTv qu’aux habiletés mathématiques. Nous avons créé une tâche de MCTv que 15 participants adultes en santé ont réalisée pendant que nous enregistrions leur activité cérébrale à l’aide de la magnétoencéphalographie (MEG). Nous nous sommes intéressés principalement à la composante SPCM. Une évaluation neuropsychologique a également été administrée aux participants. Nous souhaitions tester l’hypothèse selon laquelle l’activité cérébrale aux capteurs pariéto-occipitaux pendant la tâche de MCTv en MEG sera liée à la performance en mathématiques. Les résultats indiquent que l’amplitude de l’activité pariéto-occipitale pendant la tâche de MCTv permet de prédire les habiletés mathématiques ainsi que la performance dans une tâche de raisonnement perceptif. Ces résultats permettent de confirmer le lien existant entre les habiletés mathématiques et le fonctionnement sous-jacent à la MCTv.

Longitudinal assessment of neural activity in Parkinson’s disease with mild cognitive impairment using task based fMRI

La maladie de Parkinson (PD) a été uniquement considérée pour ses endommagements sur les circuits moteurs dans le cerveau. Il est maintenant considéré comme un trouble multisystèmique, avec aspects multiples non moteurs y compris les dommages intérêts pour les circuits cognitifs. La présence d’un trouble léger de la cognition (TCL) de PD a été liée avec des changements structurels de la matière grise, matière blanche ainsi que des changements fonctionnels du cerveau. En particulier, une activité significativement réduite a été observée dans la boucle corticostriatale ‘cognitive’ chez des patients atteints de PD-TCL vs. PD non-TCL en utilisant IRMf. On sait peu de cours de ces modèles fonctionnels au fil du temps. Dans cette étude, nous présentons un suivi longitudinal de 24 patients de PD non démente qui a subi une enquête neuropsychologique, et ont été séparés en deux groupes - avec et sans TCL (TCL n = 11, non-TCL n = 13) en fonction du niveau 2 des recommandations de la Movement Disrders Society pour le diagnostic de PD-TCL. Ensuite, chaque participant a subi une IRMf en effectuant la tâche de Wisconsin pendant deux sessions, 19 mois d'intervalle. Nos résultats longitudinaux montrent qu'au cours de la planification de période de la tâche, les patients PD non-TCL engageant les ressources normales du cortex mais ils ont activé en plus les zones corticales qui sont liés à la prise de décision tel que cortex médial préfrontal (PFC), lobe pariétal et le PFC supérieure, tandis que les PD-TCL ont échoué pour engager ces zones en temps 2. Le striatum n'était pas engagé pour les deux groupes en temps 1 et pour le groupe TCL en temps 2. En outre, les structures médiales du lobe temporal étaient au fil du temps sous recrutés pour TCL et Non-TCL et étaient positivement corrélés avec les scores de MoCA. Le cortex pariétal, PFC antérieur, PFC supérieure et putamen postérieur étaient négativement corrélés avec les scores de MoCA en fil du temps. Ces résultats révèlent une altération fonctionnelle pour l’axe ganglial-thalamo-corticale au début de PD, ainsi que des niveaux différents de participation corticale pendant une déficience cognitive. Cette différence de recrutement corticale des ressources pourrait refléter longitudinalement des circuits déficients distincts de trouble cognitive légère dans PD.

Variabilité individuelle de l'allocation fonctionnelle des régions cérébrales perceptives dans l'autisme

Introduction : Une augmentation de la plasticité cérébrale est susceptible d’être impliquée dans la réallocation des régions corticales et dans les nombreuses altérations microstructurelles observées en autisme. Considérant les nombreux résultats démontrant un surfonctionnement perceptif et un fonctionnement moteur atypique en autisme, l’augmentation de la plasticité cérébrale suggère une plus grande variabilité individuelle de l’allocation fonctionnelle chez cette population, plus spécifiquement dans les régions perceptives et motrices. Méthode : Afin de tester cette hypothèse, 23 participants autistes de haut-niveau et 22 non-autistes appariés pour l’âge, le quotient intellectuel, les résultats au test des Matrices de Raven et la latéralité, ont réalisé une tâche d’imitation visuo-motrice dans un appareil d’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf). Pour chaque participant, les coordonnées du pic d’activation le plus élevé ont été extraites des aires motrices primaires (Aire de Brodmann 4 (BA4)) et supplémentaires (BA6), du cortex visuo-moteur pariétal supérieur (BA7) ainsi que des aires visuelles primaires (BA17) et associatives (BA18+19) des deux hémisphères. L’étendue des activations, mesurée en fonction du nombre de voxels activés, et la différence d’intensité des activations, calculée en fonction du changement moyen d’intensité du signal ont également été considérées. Pour chaque région d’intérêt et hémisphère, la distance entre la localisation de l’activation maximale de chaque participant par rapport à celle de la moyenne de son groupe a servi de variable d’intérêt. Les moyennes de ces distances individuelles obtenues pour chaque groupe et chacune des régions d’intérêt ont ensuite été soumises à une ANOVA à mesures répétées afin de déterminer s’il existait des différences de variabilité dans la localisation des activations entre les groupes. Enfin, l’activation fonctionnelle générale à l’intérieur de chaque groupe et entre les groupes a également été étudiée. Résultats : Les résultats démontrent qu’une augmentation de la variabilité individuelle en terme de localisation des activations s’est produite à l’intérieur des deux groupes dans les aires associatives motrices et visuelles comparativement aux aires primaires associées. Néanmoins, malgré le fait que cette augmentation de variabilité dans les aires associatives soit partagée, une comparaison directe de celle-ci entre les groupes a démontré que les autistes présentaient une plus grande variabilité de la localisation des activations fonctionnelles dans le cortex visuo-moteur pariétal supérieur (BA7) et les aires associatives visuelles (BA18+19) de l’hémisphère gauche. Conclusion : Des stratégies différentes et possiblement uniques pour chaque individu semblent être observées en autisme. L’augmentation de la variabilité individuelle de la localisation des activations fonctionnelles retrouvée chez les autistes dans les aires associatives, où l’on observe également davantage de variabilité chez les non-autistes, suggère qu’une augmentation et/ou une altération des mécanismes de plasticité est impliquée dans l’autisme.

Quantitative functional MRI of the Cerebrovascular Reactivity to CO2

Le dioxyde de carbone (CO2) est un résidu naturel du métabolisme cellulaire, la troisième substance la plus abondante du sang, et un important agent vasoactif. À la moindre variation de la teneur en CO2 du sang, la résistance du système vasculaire cérébral et la perfusion tissulaire cérébrale subissent des changements globaux. Bien que les mécanismes exacts qui sous-tendent cet effet restent à être élucidés, le phénomène a été largement exploité dans les études de réactivité vasculaire cérébrale (RVC). Une voie prometteuse pour l’évaluation de la fonction vasculaire cérébrale est la cartographie de la RVC de manière non-invasive grâce à l’utilisation de l’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf). Des mesures quantitatives et non-invasives de de la RVC peuvent être obtenus avec l’utilisation de différentes techniques telles que la manipu- lation du contenu artériel en CO2 (PaCO2) combinée à la technique de marquage de spin artériel (Arterial Spin Labeling, ASL), qui permet de mesurer les changements de la perfusion cérébrale provoqués par les stimuli vasculaires. Toutefois, les préoccupations liées à la sensibilité et la fiabilité des mesures de la RVC limitent de nos jours l’adoption plus large de ces méthodes modernes de IRMf. J’ai considéré qu’une analyse approfondie ainsi que l’amélioration des méthodes disponibles pourraient apporter une contribution précieuse dans le domaine du génie biomédical, de même qu’aider à faire progresser le développement de nouveaux outils d’imagerie de diagnostique. Dans cette thèse je présente une série d’études où j’examine l’impact des méthodes alternatives de stimulation/imagerie vasculaire sur les mesures de la RVC et les moyens d’améliorer la sensibilité et la fiabilité de telles méthodes. J’ai aussi inclus dans cette thèse un manuscrit théorique où j’examine la possible contribution d’un facteur méconnu dans le phénomène de la RVC : les variations de la pression osmotique du sang induites par les produits de la dissolution du CO2. Outre l’introduction générale (Chapitre 1) et les conclusions (Chapitre 6), cette thèse comporte 4 autres chapitres, au long des quels cinq différentes études sont présentées sous forme d’articles scientifiques qui ont été acceptés à des fins de publication dans différentes revues scientifiques. Chaque chapitre débute par sa propre introduction, qui consiste en une description plus détaillée du contexte motivant le(s) manuscrit(s) associé(s) et un bref résumé des résultats transmis. Un compte rendu détaillé des méthodes et des résultats peut être trouvé dans le(s) dit(s) manuscrit(s). Dans l’étude qui compose le Chapitre 2, je compare la sensibilité des deux techniques ASL de pointe et je démontre que la dernière implémentation de l’ASL continue, la pCASL, offre des mesures plus robustes de la RVC en comparaison à d’autres méthodes pulsés plus âgées. Dans le Chapitre 3, je compare les mesures de la RVC obtenues par pCASL avec l’utilisation de quatre méthodes respiratoires différentes pour manipuler le CO2 artérielle (PaCO2) et je démontre que les résultats peuvent varier de manière significative lorsque les manipulations ne sont pas conçues pour fonctionner dans l’intervalle linéaire de la courbe dose-réponse du CO2. Le Chapitre 4 comprend deux études complémentaires visant à déterminer le niveau de reproductibilité qui peut être obtenu en utilisant des méthodes plus récentes pour la mesure de la RVC. La première étude a abouti à la mise au point technique d’un appareil qui permet des manipulations respiratoires du CO2 de manière simple, sécuritaire et robuste. La méthode respiratoire améliorée a été utilisée dans la seconde étude – de neuro-imagerie – où la sensibilité et la reproductibilité de la RVC, mesurée par pCASL, ont été examinées. La technique d’imagerie pCASL a pu détecter des réponses de perfusion induites par la variation du CO2 dans environ 90% du cortex cérébral humain et la reproductibilité de ces mesures était comparable à celle d’autres mesures hémodynamiques déjà adoptées dans la pratique clinique. Enfin, dans le Chapitre 5, je présente un modèle mathématique qui décrit la RVC en termes de changements du PaCO2 liés à l’osmolarité du sang. Les réponses prédites par ce modèle correspondent étroitement aux changements hémodynamiques mesurés avec pCASL ; suggérant une contribution supplémentaire à la réactivité du système vasculaire cérébral en lien avec le CO2.

Maturation of limbic corticostriatal activation and connectivity associated with developmental changes in temporal discounting

Temporal discounting (TD) matures with age, alongside other markers of increased impulse control, and coherent, self-regulated behaviour. Discounting paradigms quantify the ability to refrain from preference of immediate rewards, in favour of delayed, larger rewards. As such, they measure temporal foresight and the ability to delay gratification, functions that develop slowly into adulthood. We investigated the neural maturation that accompanies the previously observed age-related behavioural changes in discounting, from early adolescence into mid-adulthood. We used functional magnetic resonance imaging of a hypothetical discounting task with monetary rewards delayed in the week to year range. We show that age-related reductions in choice impulsivity were associated with changes in activation in ventromedial prefrontal cortex (vmPFC), anterior cingulate cortex (ACC), ventral striatum (VS), insula, inferior temporal gyrus, and posterior parietal cortex. Limbic frontostriatal activation changes were specifically associated with age-dependent reductions in impulsive choice, as part of a more extensive network of brain areas showing age-related changes in activation, including dorsolateral PFC, inferior parietal cortex, and subcortical areas. The maturational pattern of functional connectivity included strengthening in activation coupling between ventromedial and dorsolateral PFC, parietal and insular cortices during selection of delayed alternatives, and between vmPFC and VS during selection of immediate alternatives. We conclude that maturational mechanisms within limbic frontostriatal circuitry underlie the observed post-pubertal reductions in impulsive choice with increasing age, and that this effect is dependent on increased activation coherence within a network of areas associated with discounting behaviour and inter-temporal decision-making.

Disorder-specific functional abnormalities during sustained attention in youth with Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) and with Autism

Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) and Autism Spectrum Disorder (ASD) are often comorbid and share behavioural-cognitive abnormalities in sustained attention. A key question is whether this shared cognitive phenotype is based on common or different underlying pathophysiologies. To elucidate this question, we compared 20 boys with ADHD to 20 age and IQ matched ASD and 20 healthy boys using functional magnetic resonance imaging (fMRI) during a parametrically modulated vigilance task with a progressively increasing load of sustained attention. ADHD and ASD boys had significantly reduced activation relative to controls in bilateral striato–thalamic regions, left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) and superior parietal cortex. Both groups also displayed significantly increased precuneus activation relative to controls. Precuneus was negatively correlated with the DLPFC activation, and progressively more deactivated with increasing attention load in controls, but not patients, suggesting problems with deactivation of a task-related default mode network in both disorders. However, left DLPFC underactivation was significantly more pronounced in ADHD relative to ASD boys, which furthermore was associated with sustained performance measures that were only impaired in ADHD patients. ASD boys, on the other hand, had disorder-specific enhanced cerebellar activation relative to both ADHD and control boys, presumably reflecting compensation. The findings show that ADHD and ASD boys have both shared and disorder-specific abnormalities in brain function during sustained attention. Shared deficits were in fronto–striato–parietal activation and default mode suppression. Differences were a more severe DLPFC dysfunction in ADHD and a disorder-specific fronto–striato–cerebellar dysregulation in ASD.

Neural correlates of true and false memory in mild cognitive impairment

The goal of this research was to investigate the changes in neural processing in mild cognitive impairment. We measured phase synchrony, amplitudes, and event-related potentials in veridical and false memory to determine whether these differed in participants with mild cognitive impairment compared with typical, age-matched controls. Empirical mode decomposition phase locking analysis was used to assess synchrony, which is the first time this analysis technique has been applied in a complex cognitive task such as memory processing. The technique allowed assessment of changes in frontal and parietal cortex connectivity over time during a memory task, without a priori selection of frequency ranges, which has been shown previously to influence synchrony detection. Phase synchrony differed significantly in its timing and degree between participant groups in the theta and alpha frequency ranges. Timing differences suggested greater dependence on gist memory in the presence of mild cognitive impairment. The group with mild cognitive impairment had significantly more frontal theta phase locking than the controls in the absence of a significant behavioural difference in the task, providing new evidence for compensatory processing in the former group. Both groups showed greater frontal phase locking during false than true memory, suggesting increased searching when no actual memory trace was found. Significant inter-group differences in frontal alpha phase locking provided support for a role for lower and upper alpha oscillations in memory processing. Finally, fronto-parietal interaction was significantly reduced in the group with mild cognitive impairment, supporting the notion that mild cognitive impairment could represent an early stage in Alzheimer’s disease, which has been described as a ‘disconnection syndrome’.

Fundamental deficits of auditory perception in Wernicke’s aphasia

Objective: This work investigates the nature of the comprehension impairment in Wernicke’s aphasia, by examining the relationship between deficits in auditory processing of fundamental, non-verbal acoustic stimuli and auditory comprehension. Wernicke’s aphasia, a condition resulting in severely disrupted auditory comprehension, primarily occurs following a cerebrovascular accident (CVA) to the left temporo-parietal cortex. Whilst damage to posterior superior temporal areas is associated with auditory linguistic comprehension impairments, functional imaging indicates that these areas may not be specific to speech processing but part of a network for generic auditory analysis. Methods: We examined analysis of basic acoustic stimuli in Wernicke’s aphasia participants (n = 10) using auditory stimuli reflective of theories of cortical auditory processing and of speech cues. Auditory spectral, temporal and spectro-temporal analysis was assessed using pure tone frequency discrimination, frequency modulation (FM) detection and the detection of dynamic modulation (DM) in “moving ripple” stimuli. All tasks used criterion-free, adaptive measures of threshold to ensure reliable results at the individual level. Results: Participants with Wernicke’s aphasia showed normal frequency discrimination but significant impairments in FM and DM detection, relative to age- and hearing-matched controls at the group level (n = 10). At the individual level, there was considerable variation in performance, and thresholds for both frequency and dynamic modulation detection correlated significantly with auditory comprehension abilities in the Wernicke’s aphasia participants. Conclusion: These results demonstrate the co-occurrence of a deficit in fundamental auditory processing of temporal and spectrotemporal nonverbal stimuli in Wernicke’s aphasia, which may have a causal contribution to the auditory language comprehension impairment Results are discussed in the context of traditional neuropsychology and current models of cortical auditory processing.