Predicting performance on fluid intelligence from speed of processing, working memory, and controlled attention

Fluid inteliigence has been defined as an innate ability to reason which is measured commonly by the Raven's Progressive Matrices (RPM). Individual differences in fluid intelligence are currently explained by the Cascade model (Fry & Hale, 1996) and the Controlled Attention hypothesis (Engle, Kane, & Tuholski, 1999; Kane & Engle, 2002). The first theory is based on a complex relation among age, speed, and working memory which is described as a Cascade. The alternative to this theory, the Controlled Attention hypothesis, is based on the proposition that it is the executive attention component of working memory that explains performance on fluid intelligence tests. The first goal of this study was to examine whether the Cascade model is consistent within the visuo-spatial and verbal-numerical modalities. The second goal was to examine whether the executive attention component ofworking memory accounts for the relation between working memory and fluid intelligence. Two hundred and six undergraduate students between the ages of 18 and 28 completed a battery of cognitive tests selected to measure processing speed, working memory, and controlled attention which were selected from two cognitive modalities, verbalnumerical and visuo-spatial. These were used to predict performance on two standard measures of fluid intelligence: the Raven's Progressive Matrices (RPM) and the Shipley Institute of Living Scales (SILS) subtests. Multiple regression and Structural Equation Modeling (SEM) were used to test the Cascade model and to determine the independent and joint effects of controlled attention and working memory on general fluid intelligence. Among the processing speed measures only spatial scan was related to the RPM. No other significant relations were observed between processing speed and fluid intelligence. As 1 a construct, working memory was related to the fluid intelligence tests. Consistent with the predictions for the RPM there was support for the Cascade model within the visuo-spatial modality but not within the verbal-numerical modality. There was no support for the Cascade model with respect to the SILS tests. SEM revealed that there was a direct path between controlled attention and RPM and between working memory and RPM. However, a significant path between set switching and RPM explained the relation between controlled attention and RPM. The prediction that controlled attention mediated the relation between working memory and RPM was therefore not supported. The findings support the view that the Cascade model may not adequately explain individual differences in fluid intelligence and this may be due to the differential relations observed between working memory and fluid intelligence across different modalities. The findings also show that working memory is not a domain-general construct and as a result its relation with fluid intelligence may be dependent on the nature of the working memory modality.

Attention focus and balance control in young and older adults

This thesis investigated attention focus and balance control in eighteen healthy young adults and eighteen healthy older adults. All participants performed sixteen consecutive trials of a balance task which involved standing for 30-s on an unstable platform that could rotate only in the roll direction. There were no attention focus instructions provided on any of the sixteen trials. Following the completion of the initial and final attempt in the series, participants reported "where" their attention had been focused when performing the task. The results showed differences in balance between young and older adults and improvements in balance with practice in both young and older adults. However, there were no differences in attention focus strategies between young and older adults. Both age groups directed attention to multiple sources during the balance task. An equal focus on internal (i.e., feet, trunk, and other body parts) and external (i.e., the platform) sources with little focus on events not related to the task dominated on the first attempt of the balance task. Focus on internal sources was maintained and focus on events not related to the task increased at the expense of focus on external sources on the final attempt of the balance task. Following the series of sixteen trials to establish "natural" attention focus, participants performed three randomly presented trials, each with specific attention focus instructions (i.e., think about minimizing movements of the feet, the trunk, or the platform). The results showed that, in contrast to the literature, instructions to focus on an internal source, the trunk, actually augmented control of the task as reflected in reduced trunk sway whereas instructions to focus on an internal source, the feet, or an external source, the platform, did not benefit performance on the task. Thus, the distance fi-om the interaction point of the body with the external source is critical and may not depend on whether the source is internal or external. Thus, a global attention focus instruction may not be beneficial and the nature of the task should be considered when adopting attention focus instructions for young and older adults.

Effectiveness of instructional strategies based on schema theory on attention deficit disorder children

A review of the literature reveals that there are a number of children in the educational system who are characterized by Attention Deficit Disorder. Further review of the literature reveals that there are information processing programs which have had some success in increasing the learning of these children. Currently, an information processing program which is based on schema theory is being implemented in Lincoln County. Since schema theory based programs build structural, conditional, factual, and procedural schemata which assist the learner in attending to salient factors, learning should be increased. Thirty-four children were selected from a random sampling of Grade Seven classes in Lincoln County. Seventeen of these children were identified by the researcher and classroom teacher as being characterized by Attention Deficit Disorder. From the remaining population, 17 children who were not characterized by Attention Deficit Disorder were randomly selected. The data collected were compared using independent t-tests, paired t-tests, and correlation analysis. Significant differences were found in all cases. The Non-Attention Deficit Disorder children scored significantly higher on all the tests but the Attention Defici t Disorder children had a significantly higher ratio of gain between the pretests and posttests.

Physical activity of children with developmental coordination disorder in the presence of attention deficit hyperactivity disorder : does gender matter?

Baerg, S., Cairney, J., Hay, J., Rempel, L. and Faught, B.E. (2009). Physical Activity of Children with Developmental Coordination Disorder in the Presence of Attention Deficit Hyperactivity Disorder: Does Gender Matter? Brock University, St. Catharines, Ontario, CANADA. Children with Developmental Coordination Disorder (DCD) have difficulties in motor coordination. Attention-deficit hyperactive disorder (ADHD) is considered the condition most co-morbid with DCD at approximately 50%. Children with DCD are generally less physically active (PA) than their peers, while children with ADHD are often considered more physically active. It is not known if the physical activity patterns of children with DCD-ADHD resemble those of children with primarily DCD or that of their healthy peers. The primary objective of this research was to contrast physical activity patterns between children with DCD, DCD-ADHD, and healthy controls. Since boys are generally reported as more physically active than girls, a secondary objective was to determine if gender moderated the association between groups and physical activity. A sample of males (n=66) and females (n=44) were recruited from the Physical Health Activity Study Team (PHAST) longitudinal study. The Movement Assessment Battery for Children (2nd Ed.) was used to identify probable cases of DCD, and Connor's Revised Parent Rating Scale- Short Version to identify ADHD. Subjects (mean age=12.8±.4 yrs) were allocated to three groups; DCD (n=32), DCD-ADHD (n=30) and control (n=48). Physical activity was monitored for seven days with the Actical® accelerometer (activity count, step count and energy expenditure). Children completed the Participation Questionnaire (PQ) during the in-school session of data collection for the PHAST study. Height, weight and body mass index (BMI) were also determined. Analysis of variance showed significant group differences for activity count (F(2,56)=5.36, p=.007) and PQ (F(2,44 )=6. 71, p=.003) in males, while a significant group difference for step count (F(2,37)=3.55, p=.04) was found in females. Post hoc comparison tests (Tukey) identified significantly lower PQ and activity count between males with OCD and controls (p=.004) and males with DCD-ADHD and controls (p=.003). Conversely, females with DCD-ADHD had significantly more step counts than their controls (p=.01). Analysis of covariance demonstrated a gender by DCD groups negative interaction for males (activity count) (F(2,92):;:3.11, p=.049) and a positive interaction for females (step count) (F(1,92)=4.92, p=.009). Hyperactivity in females with DCD-ADHD appears to contribute to more physical activity, whereas DCD may contribute to decreased activity in males with DCD and DCDADHD. Further research is needed to examine gender differences in physical activity within the context of DCD and ADHD.

The effect of perturbation warning on attention switching abilities during dual-task performance in young and older adults

This study examined whether providing an auditory warning would facilitate attention switching abilities in older adults during dual-tasking. Fifteen young and 16 older adults performed a tracking task while recovering their balance from a support surface translation. For half of the trials, an auditory warning was presented to inform participants of the upcoming translation. Performance was quantified through electromyographic (EMG) recordings of the lower limb muscles, while the ability to switch attention between tasks was determined by tracking task error. Providing warning of an upcoming loss of balance resulted in both young and older adults increasing their leg EMG activity by 10-165% (p<0.05) in preparation for the upcoming translation. However, no differences in the timing of attention switching were observed with or without the warning (p=0.424). Together, these findings suggest that providing a perturbation warning has minimal benefits in improving attention switching abilities for balance recovery in healthy older adults.

An Investigation of the Role of Attention in the Cross-Race Effect: An Ecological Approach

The current set of studies was conducted to examine the cross-race effect (CRE), a phenomenon commonly found in the face perception literature. The CRE is evident when participants display better own-race face recognition accuracy than other-race recognition accuracy (e.g. Ackerman et al., 2006). Typically the cross-race effect is attributed to perceptual expertise, (i.e., other-race faces are processed less holistically; Michel, Rossion, Han, Chung & Caldara, 2006), and the social cognitive model (i.e., other-race faces are processed at the categorical level by virtue of being an out-group member; Hugenberg, Young, Bernstein, & Sacco, 2010). These effects may be mediated by differential attention. I investigated whether other-race faces are disregarded and, consequently, not remembered as accurately as own-race (in-group) faces. In Experiment 1, I examined how the magnitude of the CRE differed when participants learned individual faces sequentially versus when they learned multiple faces simultaneously in arrays comprising faces and objects. I also examined how the CRE differed when participants recognized individual faces presented sequentially versus in arrays of eight faces. Participants’ recognition accuracy was better for own-race faces than other-race faces regardless of familiarization method. However, the difference between own- and other-race accuracy was larger when faces were familiarized sequentially in comparison to familiarization with arrays. Participants’ response patterns during testing differed depending on the combination of familiarization and testing method. Participants had more false alarms for other-race faces than own-race faces if they learned faces sequentially (regardless of testing strategy); if participants learned faces in arrays, they had more false alarms for other-race faces than own-races faces if ii i they were tested with sequentially presented faces. These results are consistent with the perceptual expertise model in that participants were better able to use the full two seconds in the sequential task for own-race faces, but not for other-race faces. The purpose of Experiment 2 was to examine participants’ attentional allocation in complex scenes. Participants were shown scenes comprising people in real places, but the head stimuli used in Experiment 1 were superimposed onto the bodies in each scene. Using a Tobii eyetracker, participants’ looking time for both own- and other-race faces was evaluated to determine whether participants looked longer at own-race faces and whether individual differences in looking time correlated with individual differences in recognition accuracy. The results of this experiment demonstrated that although own-race faces were preferentially attended to in comparison to other-race faces, individual differences in looking time biases towards own-race faces did not correlate with individual differences in own-race recognition advantages. These results are also consistent with perceptual expertise, as it seems that the role of attentional biases towards own-race faces is independent of the cognitive processing that occurs for own-race faces. All together, these results have implications for face perception tasks that are performed in the lab, how accurate people may be when remembering faces in the real world, and the accuracy and patterns of errors in eyewitness testimony.

Can Attention Focus Instructions Reduce the Effects of Fatigue on Balance Control?

Localized muscular fatigue has been identified to have detrimental effects on balance control, an important skill for everyday life. Manipulation of attention focus instructions has been shown to benefit performance of various motor skills including balance and has been found to facilitate endurance during fatiguing tasks. The purpose of this thesis was to determine if the use of attention focus instructions could attenuate the effects of muscular fatigue on balance control. Twenty-four participants performed a balance task (two-legged stance on an unstable platform) before and after a fatigue protocol. Trunk sway, platform excursions, and lower limb muscle activity was measured. Results suggest that use of either internal or external attention focus instructions can reduce the immediate effects of muscular fatigue of the lower limb on balance control as shown through reduced trunk sway and platform excursions. These results have relevance for individuals performing balance tasks in a fatigued state.

L’intégration de la perception visuelle du mouvement

La perception visuelle du mouvement est essentielle à l’exécution de déplacements sécuritaires ainsi qu’à l’interaction efficace avec notre environnement. C’est pourquoi il est nécessaire de comprendre la nature des mécanismes responsables de l’analyse de l’information sur le mouvement, ainsi que l’effet du vieillissement sur la réponse de ces mécanismes. Deux études seront présentées. La première avait pour but l’analyse des mécanismes responsables de la perception du mouvement de rotation fractale, nouveau stimulus introduit par Benton, O’Brien & Curran (2007). Ce type de stimulus a été créé afin d’isoler les mécanismes sensibles à la forme. Plusieurs auteurs ont suggéré que les mécanismes sensibles au mouvement de deuxième ordre utiliseraient les indices de position afin d’extraire l’information sur le mouvement (Seiffert & Cavanagh, 1998). Ainsi, la présente étude visait à déterminer si la rotation fractale est analysée par de tels mécanismes. Les résultats obtenus suggèrent que les mécanismes sensibles à la rotation fractale seraient basés sur l’orientation; tandis que ceux sensibles à la rotation de premier ordre, basés sur l’énergie. De plus, une certaine dissociation des mécanismes responsables du traitement de la rotation fractale et de premier ordre serait présente. La deuxième étude avait pour but, quant à elle, d’établir l’effet du vieillissement sur l’intégration du mouvement de premier et deuxième ordre. Les résultats indiquent que les mécanismes sensibles au mouvement de deuxième ordre seraient davantage affectés, comparativement à ceux de premier ordre. Ainsi, les fonctions visuelles requérant une intégration corticale de plus haut niveau seraient davantage affectées par l’effet du vieillissement.

Modulation différentielle par la privation de sommeil des processus attentionnels frontaux et pariétaux: une étude de potentiels évoqués cognitifs

L’objectif de la présente étude visait à évaluer les effets différentiels de la privation de sommeil (PS) sur le fonctionnement cognitif sous-tendu par les substrats cérébraux distincts, impliqués dans le réseau fronto-pariétal attentionnel, lors de l’administration d’une tâche simple et de courte durée. Les potentiels évoqués cognitifs, avec sites d’enregistrement multiples, ont été prévilégiés afin d’apprécier les effets de la PS sur l’activité cognitive rapide et ses corrélats topographiques. Le matin suivant une PS totale d’une durée de 24 heures et suivant une nuit de sommeil normale, vingt participants ont exécuté une tâche oddball visuelle à 3 stimuli. L’amplitude et la latence ont été analysées pour la P200 et la N200 à titre d’indices frontaux, tandis que la P300 a été analysée, à titre de composante à contribution à la fois frontale et pariétale. Suite à la PS, une augmentation non spécifique de l’amplitude de la P200 frontale à l’hémisphère gauche, ainsi qu’une perte de latéralisation spécifique à la présentation des stimuli cibles, ont été observées. À l’opposé, l’amplitude de la P300 était réduite de façon prédominante dans la région pariétale pour les stimuli cibles. Enfin, un délai de latence non spécifique pour la N200 et la P300, ainsi qu’une atteinte de la performance (temps de réaction ralentis et nombre d’erreurs plus élevé) ont également été objectivées. Les résultats confirment qu’une PS de durée modérée entraîne une altération des processus attentionnels pouvant être objectivée à la fois par les mesures comportementales et électrophysiologiques. Ces modifications sont présentes à toutes les étapes de traitement, tel que démontré par les effets touchant la P200, la N200 et la P300. Qui plus est, la PS affecte différemment les composantes à prédominance frontale et pariétale.

Quand l’action surpasse la perception : rôle de la vision et de la proprioception dans la perception et le contrôle en temps réel de l’orientation spatiale de la main

Cette recherche a pour but d’évaluer le rôle de la vision et de la proprioception pour la perception et le contrôle de l’orientation spatiale de la main chez l’humain. L’orientation spatiale de la main est une composante importante des mouvements d’atteinte et de saisie. Toutefois, peu d’attention a été portée à l’étude de l’orientation spatiale de la main dans la littérature. À notre connaissance, cette étude est la première à évaluer spécifiquement l’influence des informations sensorielles et de l’expérience visuelle pour la perception et le contrôle en temps réel de l'orientation spatiale de la main pendant le mouvement d’atteinte naturel vers une cible stationnaire. Le premier objectif était d’étudier la contribution de la vision et de la proprioception dans des tâches de perception et de mouvement d’orientation de la main. Dans la tâche de perception (orientation-matching task), les sujets devaient passivement ou activement aligner une poignée de forme rectangulaire avec une cible fixée dans différentes orientations. Les rotations de l’avant-bras et du poignet étaient soit imposées par l’expérimentateur, soit effectuées par les sujets. Dans la tâche de mouvement d’orientation et d’atteinte simultanées (letter posting task 1), les sujets ont réalisé des mouvements d’atteinte et de rotation simultanées de la main afin d’insérer la poignée rectangulaire dans une fente fixée dans les mêmes orientations. Les tâches ont été réalisées dans différentes conditions sensorielles où l’information visuelle de la cible et de la main était manipulée. Dans la tâche perceptive, une augmentation des erreurs d’orientation de la main a été observée avec le retrait des informations visuelles concernant la cible et/ou ou la main. Lorsque la vision de la main n’était pas permise, il a généralement été observé que les erreurs d’orientation de la main augmentaient avec le degré de rotation nécessaire pour aligner la main et la cible. Dans la tâche de mouvement d’orientation et d’atteinte simultanées, les erreurs ont également augmenté avec le retrait des informations visuelles. Toutefois, les patrons d’erreurs étaient différents de ceux observés dans la tâche de perception, et les erreurs d’orientation n’ont pas augmenté avec le degré de rotation nécessaire pour insérer la poignée dans la fente. En absence de vision de la main, il a été observé que les erreurs d’orientation étaient plus petites dans la tâche de mouvement que de perception, suggérant l’implication de la proprioception pour le contrôle de l’orientation spatiale de la main lors des mouvements d’orientation et d’atteinte simultanées. Le deuxième objectif de cette recherche était d’étudier l’influence de la vision et de la proprioception dans le contrôle en temps réel de l’orientation spatiale de la main. Dans une tâche d’orientation de la main suivie d’une atteinte manuelle (letter posting task 2), les sujets devaient d’abord aligner l’orientation de la même poignée avec la fente fixée dans les mêmes orientations, puis réaliser un mouvement d’atteinte sans modifier l’orientation initiale de la main. Une augmentation des erreurs initiales et finales a été observée avec le retrait des informations visuelles. Malgré la consigne de ne pas changer l’orientation initiale de la main, une diminution des erreurs d’orientation a généralement été observée suite au mouvement d’atteinte, dans toutes les conditions sensorielles testées. Cette tendance n’a pas été observée lorsqu’aucune cible explicite n’était présentée et que les sujets devaient conserver l’orientation de départ de la main pendant le mouvement d’atteinte (mouvement intransitif; letter-posting task 3). La diminution des erreurs pendant l’atteinte manuelle transitive vers une cible explicite (letter-posting task 2), malgré la consigne de ne pas changer l’orientation de la main pendant le mouvement, suggère un mécanisme de corrections automatiques pour le contrôle en temps réel de l’orientation spatiale de la main pendant le mouvement d’atteinte naturel vers une cible stationnaire. Le troisième objectif de cette recherche était d’évaluer la contribution de l’expérience visuelle pour la perception et le contrôle de l’orientation spatiale de la main. Des sujets aveugles ont été testés dans les mêmes tâches de perception et de mouvement. De manière générale, les sujets aveugles ont présenté les mêmes tendances que les sujets voyants testés dans la condition proprioceptive (sans vision), suggérant que l’expérience visuelle n’est pas nécessaire pour le développement d’un mécanisme de correction en temps réel de l’orientation spatiale de la main basé sur la proprioception.

Projet d'intervention "Attentix à la maison" visant les parents d'enfants présentant un trouble du déficit de l'attention / hyperactivité en milieu scolaire

Rapport d'analyse d'intervention présenté à la Faculté des arts et sciences en vue de l'obtention du grade de Maîtrise ès sciences (M. Sc.) en psychoéducation

Investigation des fonctions du corps calleux par l'étude du transfert interhémisphérique de l'information visuelle et motrice chez les individus normaux et callosotomisés

Le principal rôle du corps calleux est d’assurer le transfert de l’information entre les hémisphères cérébraux. Du support empirique pour cette fonction provient d’études investiguant la communication interhémisphérique chez les individus à cerveau divisé (ICD). Des paradigmes expérimentaux exigeant une intégration interhémisphérique de l’information permettent de documenter certains signes de déconnexion calleuse chez ces individus. La présente thèse a investigué le transfert de l’information sous-tendant les phénomènes de gain de redondance (GR), de différence croisé– non-croisé (DCNC) et d’asynchronie bimanuelle chez les ICD et les individus normaux, et a ainsi contribué à préciser le rôle du corps calleux. Une première étude a comparé le GR des individus normaux et des ICD ayant subi une section partielle ou totale du corps calleux. Dans une tâche de détection, le GR consiste en la réduction des temps de réaction (TR) lorsque deux stimuli sont présentés plutôt qu’un seul. Typiquement, les ICD présentent un GR beaucoup plus grand (supra-GR) que celui des individus normaux (Reuter-Lorenz, Nozawa, Gazzaniga, & Hughes, 1995). Afin d’investiguer les conditions d’occurrence du supra-GR, nous avons évalué le GR en présentation interhémisphérique, intrahémisphérique et sur le méridien vertical, ainsi qu’avec des stimuli requérant une contribution corticale différente (luminance, couleur équiluminante ou mouvement). La présence d’un supra-GR chez les ICD partiels et totaux en comparaison avec celui des individus normaux a été confirmée. Ceci suggère qu’une section antérieure du corps calleux, qui perturbe le transfert d’informations de nature motrice/décisionnelle, est suffisante pour produire un supra-GR chez les ICD. Nos données permettent aussi d’affirmer que, contrairement au GR des individus normaux, celui des ICD totaux est sensible aux manipulations sensorielles. Nous concluons donc que le supra-GR des ICD est à la fois attribuable à des contributions sensorielles et motrices/décisionnelles. Une deuxième étude a investigué la DCNC et l’asynchronie bimanuelle chez les ICD et les individus normaux. La DCNC réfère à la soustraction des TR empruntant une voie anatomique « non-croisée » aux TR empruntant une voie anatomique « croisée », fournissant ainsi une estimation du temps de transfert interhémisphérique. Dans le contexte de notre étude, l’asynchronie bimanuelle réfère à la différence de TR entre la main gauche et la main droite, sans égard à l’hémichamp de présentation. Les effets de manipulations sensorielles et attentionnelles ont été évalués pour les deux mesures. Cette étude a permis d’établir une dissociation entre la DCNC et l’asynchronie bimanuelle. Précisément, les ICD totaux, mais non les ICD partiels, ont montré une DCNC significativement plus grande que celle des individus normaux, alors que les deux groupes d’ICD se sont montrés plus asynchrones que les individus normaux. Nous postulons donc que des processus indépendants sous-tendent la DCNC et la synchronie bimanuelle. De plus, en raison de la modulation parallèle du GR et de l’asynchronie bimanuelle entre les groupes, nous suggérons qu’un processus conjoint sous-tend ces deux mesures.

Implantation en milieu scolaire du programme Prends le volant auprès d'adolescents souffrant d'un trouble déficitaire de l'attention avec hyperactivité

Rapport d'analyse d'intervention présenté à la Faculté des arts et sciences en vue de l'obtention du grade de Maîtrise ès sciences (M. Sc.) en psychoéducation