Brain mechanisms of quantity are similar in 5-year-old children and adults

Both 5-year-old children and adults determine the quantity of a number by the use of a similar parietal lobe mechanism. Event related potentials indicate that input from Arabic digits and from dot patterns reach areas involved in determining quantity about 200 ms after input. However, voluntary key presses indicating the relation of the input to the quantity five take almost three times as long in children. The ability to trace the networks of brain areas involved in the learning of school subjects should aid in the design and testing of educational methods.

Estudio de la actividad cerebral durante la percepción y procesamiento afectivo de las expresiones faciales de la emoción

Las expresiones faciales de la emoción constituyen estímulos altamente relevantes en la interacción humana, dado que son señales comunicativas que nos permiten inferir el estado interno de otras personas. La función comunicativa de las expresiones faciales de la emoción ha sido objeto de gran interés y existe abundante literatura sobre el tema. Muchos autores han investigado los mecanismos involucrados en la percepción y decodificación de las expresiones faciales desde distintas perspectivas. En estudios realizados con medidas de la actividad cerebral de alta resolución temporal (electroencefalografía-EEG- y magnetoencefalografía-MEG) que se centran en el curso temporal del procesamiento perceptivo de las expresiones faciales de la emoción se ha encontrado una sensibilidad temprana a diversas emociones. Por ejemplo, el componente N170 ha mostrado sensibilidad diferenciada a las expresiones faciales de la emoción (ver revisión de Hinojosa, Mercado & Carretié, 2015). Un procedimiento utilizado habitualmente para investigar el procesamiento afectivo es el paradigma de priming afectivo, en el que primes y targets emocionales se presentan secuencialmente. La técnica de potenciales evocados (event-related potentials-ERP) se ha empleado habitualmente para explorar estos procesos y los estudios se han centrado en dos componentes principales: el N400 y el Potencial Tardío Positivo (Late Positive Potential-LPP). Se ha encontrado que el N400 es altamente sensible a la incongruencia semántica, mientras que su sensibilidad a la incongruencia afectiva no está tan clara. Por el contrario, se ha observado modulación del LPP debida a la incongruencia afectiva en ausencia de efectos en N400 (Herring et al., 2011)...

Évaluation électrophysiologique auditive et examen du langage et de l’attention chez l’enfant né prématurément et l’enfant né à terme

L’objectif de cette thèse est l’étude du développement de l’attention auditive et des capacités de discrimination langagière chez l’enfant né prématurément ou à terme. Les derniers mois de grossesse sont particulièrement importants pour le développement cérébral de l’enfant et les conséquences d’une naissance prématurée sur le développement peuvent être considérables. Les enfants nés prématurément sont plus à risque de développer une variété de troubles neurodéveloppementaux que les enfants nés à terme. Même en l’absence de dommages cérébraux visibles, de nombreux enfants nés avant terme sont à risque de présenter des troubles tels que des retards langagiers ou des difficultés attentionnelles. Dans cette thèse, nous proposons donc une méthode d’investigation des processus préattentionnels auditifs et de discrimination langagière, à l’aide de l’électrophysiologie à haute densité et des potentiels évoqués auditifs (PEAs). Deux études ont été réalisées. La première visait à mettre sur pied un protocole d’évaluation de l’attention auditive et de la discrimination langagière chez l’enfant en santé, couvrant différents stades de développement (3 à 7 ans, 8 à 13 ans, adultes ; N = 40). Pour ce faire, nous avons analysé la composante de Mismatch Negativity (MMN) évoquée par la présentation de sons verbaux (syllabes /Ba/ et /Da/) et non verbaux (tons synthétisés, Ba : 1578 Hz/2800 Hz ; Da : 1788 Hz/2932 Hz). Les résultats ont révélé des patrons d’activation distincts en fonction de l’âge et du type de stimulus présenté. Chez tous les groupes d’âge, la présentation des stimuli non verbaux a évoqué une MMN de plus grande amplitude et de latence plus rapide que la présentation des stimuli verbaux. De plus, en réponse aux stimuli verbaux, les deux groupes d’enfants (3 à 7 ans, 8 à 13 ans) ont démontré une MMN de latence plus tardive que celle mesurée dans le groupe d’adultes. En revanche, en réponse aux stimuli non verbaux, seulement le groupe d’enfants de 3 à 7 ans a démontré une MMN de latence plus tardive que le groupe d’adulte. Les processus de discrimination verbaux semblent donc se développer plus tardivement dans l’enfance que les processus de discrimination non verbaux. Dans la deuxième étude, nous visions à d’identifier les marqueurs prédictifs de déficits attentionnels et langagiers pouvant découler d’une naissance prématurée à l’aide des PEAs et de la MMN. Nous avons utilisé le même protocole auprès de 74 enfants âgés de 3, 12 et 36 mois, nés prématurément (avant 34 semaines de gestation) ou nés à terme (au moins 37 semaines de gestation). Les résultats ont révélé que les enfants nés prématurément de tous les âges démontraient un délai significatif dans la latence de la réponse MMN et de la P150 par rapport aux enfants nés à terme lors de la présentation des sons verbaux. De plus, les latences plus tardives de la MMN et de la P150 étaient également corrélées à des performances langagières plus faibles lors d’une évaluation neurodéveloppementale. Toutefois, aucune différence n’a été observée entre les enfants nés à terme ou prématurément lors de la discrimination des stimuli non verbaux, suggérant des capacités préattentionnelles auditives préservées chez les enfants prématurés. Dans l’ensemble, les résultats de cette thèse indiquent que les processus préattentionnels auditifs se développent plus tôt dans l'enfance que ceux associés à la discrimination langagière. Les réseaux neuronaux impliqués dans la discrimination verbale sont encore immatures à la fin de l'enfance. De plus, ceux-ci semblent être particulièrement vulnérables aux impacts physiologiques liés à la prématurité. L’utilisation des PEAs et de la MMN en réponse aux stimuli verbaux en bas âge peut fournir des marqueurs prédictifs des difficultés langagières fréquemment observées chez l’enfant prématuré.

Unistructed BIAT faking when ego depleted or in normal state: Differential effect on brain and behavior

Background: Deception can distort psychological tests on socially sensitive topics. Understanding the cerebral processes that are involved in such faking can be useful in detection and prevention of deception. Previous research shows that faking a brief implicit association test (BIAT) evokes a characteristic ERP response. It is not yet known whether temporarily available self-control resources moderate this response. We randomly assigned 22 participants (15 females, 24.23 ± 2.91 years old) to a counterbalanced repeated-measurements design. Participants first completed a Brief-IAT (BIAT) on doping attitudes as a baseline measure and were then instructed to fake a negative doping attitude both when self-control resources were depleted and non-depleted. Cerebral activity during BIAT performance was assessed using high-density EEG. Results: Compared to the baseline BIAT, event-related potentials showed a first interaction at the parietal P1, while significant post hoc differences were found only at the later occurring late positive potential. Here, significantly decreased amplitudes were recorded for ‘normal’ faking, but not in the depletion condition. In source space, enhanced activity was found for ‘normal’ faking in the bilateral temporoparietal junction. Behaviorally, participants were successful in faking the BIAT successfully in both conditions. Conclusions: Results indicate that temporarily available self-control resources do not affect overt faking success on a BIAT. However, differences were found on an electrophysiological level. This indicates that while on a phenotypical level self-control resources play a negligible role in deliberate test faking the underlying cerebral processes are markedly different. Electronic supplementary material: The online version of this article (doi:10.1186/s12868-016-0249-8) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Évaluation électrophysiologique auditive et examen du langage et de l’attention chez l’enfant né prématurément et l’enfant né à terme

L’objectif de cette thèse est l’étude du développement de l’attention auditive et des capacités de discrimination langagière chez l’enfant né prématurément ou à terme. Les derniers mois de grossesse sont particulièrement importants pour le développement cérébral de l’enfant et les conséquences d’une naissance prématurée sur le développement peuvent être considérables. Les enfants nés prématurément sont plus à risque de développer une variété de troubles neurodéveloppementaux que les enfants nés à terme. Même en l’absence de dommages cérébraux visibles, de nombreux enfants nés avant terme sont à risque de présenter des troubles tels que des retards langagiers ou des difficultés attentionnelles. Dans cette thèse, nous proposons donc une méthode d’investigation des processus préattentionnels auditifs et de discrimination langagière, à l’aide de l’électrophysiologie à haute densité et des potentiels évoqués auditifs (PEAs). Deux études ont été réalisées. La première visait à mettre sur pied un protocole d’évaluation de l’attention auditive et de la discrimination langagière chez l’enfant en santé, couvrant différents stades de développement (3 à 7 ans, 8 à 13 ans, adultes ; N = 40). Pour ce faire, nous avons analysé la composante de Mismatch Negativity (MMN) évoquée par la présentation de sons verbaux (syllabes /Ba/ et /Da/) et non verbaux (tons synthétisés, Ba : 1578 Hz/2800 Hz ; Da : 1788 Hz/2932 Hz). Les résultats ont révélé des patrons d’activation distincts en fonction de l’âge et du type de stimulus présenté. Chez tous les groupes d’âge, la présentation des stimuli non verbaux a évoqué une MMN de plus grande amplitude et de latence plus rapide que la présentation des stimuli verbaux. De plus, en réponse aux stimuli verbaux, les deux groupes d’enfants (3 à 7 ans, 8 à 13 ans) ont démontré une MMN de latence plus tardive que celle mesurée dans le groupe d’adultes. En revanche, en réponse aux stimuli non verbaux, seulement le groupe d’enfants de 3 à 7 ans a démontré une MMN de latence plus tardive que le groupe d’adulte. Les processus de discrimination verbaux semblent donc se développer plus tardivement dans l’enfance que les processus de discrimination non verbaux. Dans la deuxième étude, nous visions à d’identifier les marqueurs prédictifs de déficits attentionnels et langagiers pouvant découler d’une naissance prématurée à l’aide des PEAs et de la MMN. Nous avons utilisé le même protocole auprès de 74 enfants âgés de 3, 12 et 36 mois, nés prématurément (avant 34 semaines de gestation) ou nés à terme (au moins 37 semaines de gestation). Les résultats ont révélé que les enfants nés prématurément de tous les âges démontraient un délai significatif dans la latence de la réponse MMN et de la P150 par rapport aux enfants nés à terme lors de la présentation des sons verbaux. De plus, les latences plus tardives de la MMN et de la P150 étaient également corrélées à des performances langagières plus faibles lors d’une évaluation neurodéveloppementale. Toutefois, aucune différence n’a été observée entre les enfants nés à terme ou prématurément lors de la discrimination des stimuli non verbaux, suggérant des capacités préattentionnelles auditives préservées chez les enfants prématurés. Dans l’ensemble, les résultats de cette thèse indiquent que les processus préattentionnels auditifs se développent plus tôt dans l'enfance que ceux associés à la discrimination langagière. Les réseaux neuronaux impliqués dans la discrimination verbale sont encore immatures à la fin de l'enfance. De plus, ceux-ci semblent être particulièrement vulnérables aux impacts physiologiques liés à la prématurité. L’utilisation des PEAs et de la MMN en réponse aux stimuli verbaux en bas âge peut fournir des marqueurs prédictifs des difficultés langagières fréquemment observées chez l’enfant prématuré.

The interactive effects of alcohol and temazepam on P300 and reaction time

The present research investigated the separate and interactive effects of the minor tranquilliser, temazepam, and a low dose of alcohol on the amplitude and latency of P300 and on reaction time. Twenty-four participants completed four drug treatments in a repeated measures design. The four drug treatments, organised as a fully repeated 2 x 2 design, included a placebo condition, an alcohol only condition, a temazepam only condition, and an alcohol and temazepam combined condition. Event-related potentials were recorded from midline sites Fz, Cz, and Pz within an oddball paradigm. The results indicated that temazepam, with or without the presence of alcohol, reduced P300 amplitude. Alcohol, on the other hand, with or without the presence of temazepam, affected processing speed and stimulus evaluation as indexed by reaction time and P300 latency. At the low dose levels used in this experiment alcohol and temazepam appear not to interact, which suggests that they affect different aspects of processing in the central nervous system. (C) 2003 Elsevier Inc. All rights reserved.

The relationship between the mismatch negativity (MMN) and psycholinguistic models of spoken word processing

Background: The results from previous studies have indicated that a pre-attentive component of the event-related potential (ERP), the mismatch negativity (MMN), may be an objective measure of the automatic auditory processing of phonemes and words. Aims: This article reviews the relationship between the MMN data and psycholinguistic models of spoken word processing, in order to determine whether the MMN may be used to objectively pinpoint spoken word processing deficits in individuals with aphasia. Main Contribution: This article outlines the ways in which the MMN data support psycholinguistic models currently used in the clinical management of aphasic individuals. Furthermore, the cell assembly model of the neurophysiological mechanisms underlying spoken word processing is discussed in relation to the MMN and psycholinguistic models. Conclusions: The MMN data support current theoretical psycholinguistic and neurophysiological models of spoken word processing. Future MMN studies that include normal and aphasic populations will further elucidate the role that the MMN may play in the clinical management of aphasic individuals.

The mismatch negativity (MMN) response to complex tones and spoken words in individuals with aphasia

Background: The mismatch negativity (MMN) is a fronto-centrally distributed event-related potential (ERP) that is elicited by any discriminable auditory change. It is an ideal neurophysiological tool for measuring the auditory processing skills of individuals with aphasia because it can be elicited even in the absence of attention. Previous MMN studies have shown that acoustic processing of tone or pitch deviance is relatively preserved in aphasia, whereas the basic acoustic processing of speech stimuli can be impaired (e.g., auditory discrimination). However, no MMN study has yet investigated the higher levels of auditory processing, such as language-specific phonological and/or lexical processing, in individuals with aphasia. Aims: The aim of the current study was to investigate the MMN response of normal and language-disordered subjects to tone stimuli and speech stimuli that incorporate the basic auditory processing (acoustic, acoustic-phonetic) levels of non-speech and speech sound processing, and also the language-specific phonological and lexical levels of spoken word processing. Furthermore, this study aimed to correlate the aphasic MMN data with language performance on a variety of tasks specifically targeted at the different levels of spoken word processing. Methods M Procedures: Six adults with aphasia (71.7 years +/- 3.0) and six healthy age-, gender-, and education-matched controls (72.2 years +/- 5.4) participated in the study. All subjects were right-handed and native speakers of English. Each subject was presented with complex harmonic tone stimuli, differing in pitch or duration, and consonant-vowel (CV) speech stimuli (non-word /de:/versus real world/deI/). The probability of the deviant for each tone or speech contrast was 10%. The subjects were also presented with the same stimuli in behavioural discrimination tasks, and were administered a language assessment battery to measure their auditory comprehension skills. Outcomes O Results: The aphasic subjects demonstrated attenuated MMN responses to complex tone duration deviance and to speech stimuli (words and non-words), and their responses to the frequency, duration, and real word deviant stimuli were found to strongly correlate with performance on the auditory comprehension section of the Western Aphasia Battery (WAB). Furthermore, deficits in attentional lexical decision skills demonstrated by the aphasic subjects correlated with a word-related enhancement demonstrated during the automatic MMN paradigm, providing evidence to support the word advantage effect, thought to reflect the activation of language-specific memory traces in the brain for words. Conclusions: These results indicate that the MMN may be used as a technique for investigating general and more specific auditory comprehension skills of individuals with aphasia, using speech and/or non-speech stimuli, independent of the individual's attention. The combined use of the objective MMN technique and current clinical language assessments may result in improved rehabilitative management of aphasic individuals.

O EFEITO DO CONTROLE RESPIRATÓRIO EM VARIÁVEIS ELETROFISIOLÓGICAS DA ATENÇÃO

A prática do ioga tem se tornado cada vez mais popular, não apenas pelos benefícios físicos, mas principalmente pelo bem-estar psicológico trazido pela sua prática. Um dos componentes do ioga é o Prãnãyama, ou controle da respiração. A atenção e a respiração são dois mecanismos fisiológicos e involuntários requeridos para a execução do Prãnãyama. O principal objetivo desse estudo foi verificar se variáveis contínuas do EEG (potência de diferentes faixas que o compõem) seriam moduladas pelo controle respiratório, comparando-se separadamente as duas fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), na situação de respiração espontânea e controlada. Fizeram parte do estudo 19 sujeitos (7 homens/12 mulheres, idade média de 36,89 e DP = ± 14,46) que foram convidados a participar da pesquisa nas dependências da Faculdade de Saúde da Universidade Metodista de São Paulo. Para o registro do eletroencefalograma foi utilizado um sistema de posicionamento de cinco eletrodos Ag AgCl (FPz, Fz, Cz, Pz e Oz) fixados a uma touca de posicionamento rápido (Quick-Cap, Neuromedical Supplies®), em sistema 10-20. Foram obtidos valores de máxima amplitude de potência (espectro de potência no domínio da frequência) nas frequências teta, alfa e beta e delta e calculada a razão teta/beta nas diferentes fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), separadamente, nas condições de respiração espontânea e de controle respiratório. Para o registro do ciclo respiratório, foi utilizada uma cinta de esforço respiratório M01 (Pletismógrafo). Os resultados mostram diferenças significativas entre as condições de respiração espontânea e de controle com valores das médias da razão teta/beta menores na respiração controlada do que na respiração espontânea e valores de média da potência alfa sempre maiores no controle respiratório. Diferenças significativas foram encontradas na comparação entre inspiração e expiração da respiração controlada com diminuição dos valores das médias da razão teta/beta na inspiração e aumento nos valores das médias da potência alfa, sobretudo na expiração. Os achados deste estudo trazem evidências de que o controle respiratório modula variáveis eletrofisiológicas relativas à atenção refletindo um estado de alerta, porém mais relaxado do que na situação de respiração espontânea.

Adaptive Brain-Computer Interface Systems For Communication in People with Severe Neuromuscular Disabilities

Brain-computer interfaces (BCI) have the potential to restore communication or control abilities in individuals with severe neuromuscular limitations, such as those with amyotrophic lateral sclerosis (ALS). The role of a BCI is to extract and decode relevant information that conveys a user's intent directly from brain electro-physiological signals and translate this information into executable commands to control external devices. However, the BCI decision-making process is error-prone due to noisy electro-physiological data, representing the classic problem of efficiently transmitting and receiving information via a noisy communication channel.

This research focuses on P300-based BCIs which rely predominantly on event-related potentials (ERP) that are elicited as a function of a user's uncertainty regarding stimulus events, in either an acoustic or a visual oddball recognition task. The P300-based BCI system enables users to communicate messages from a set of choices by selecting a target character or icon that conveys a desired intent or action. P300-based BCIs have been widely researched as a communication alternative, especially in individuals with ALS who represent a target BCI user population. For the P300-based BCI, repeated data measurements are required to enhance the low signal-to-noise ratio of the elicited ERPs embedded in electroencephalography (EEG) data, in order to improve the accuracy of the target character estimation process. As a result, BCIs have relatively slower speeds when compared to other commercial assistive communication devices, and this limits BCI adoption by their target user population. The goal of this research is to develop algorithms that take into account the physical limitations of the target BCI population to improve the efficiency of ERP-based spellers for real-world communication.

In this work, it is hypothesised that building adaptive capabilities into the BCI framework can potentially give the BCI system the flexibility to improve performance by adjusting system parameters in response to changing user inputs. The research in this work addresses three potential areas for improvement within the P300 speller framework: information optimisation, target character estimation and error correction. The visual interface and its operation control the method by which the ERPs are elicited through the presentation of stimulus events. The parameters of the stimulus presentation paradigm can be modified to modulate and enhance the elicited ERPs. A new stimulus presentation paradigm is developed in order to maximise the information content that is presented to the user by tuning stimulus paradigm parameters to positively affect performance. Internally, the BCI system determines the amount of data to collect and the method by which these data are processed to estimate the user's target character. Algorithms that exploit language information are developed to enhance the target character estimation process and to correct erroneous BCI selections. In addition, a new model-based method to predict BCI performance is developed, an approach which is independent of stimulus presentation paradigm and accounts for dynamic data collection. The studies presented in this work provide evidence that the proposed methods for incorporating adaptive strategies in the three areas have the potential to significantly improve BCI communication rates, and the proposed method for predicting BCI performance provides a reliable means to pre-assess BCI performance without extensive online testing.

Traitement des émotions évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales à la suite d’un traumatisme craniocérébral

Le traitement des émotions joue un rôle essentiel dans les relations interpersonnelles. Des déficits dans la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions faciales et vocales ont été démontrés à la suite d’un traumatisme craniocérébral (TCC). Toutefois, la majorité des études n’ont pas différencié les participants selon le niveau de gravité du TCC et n’ont pas évalué certains préalables essentiels au traitement émotionnel, tels que la capacité à percevoir les caractéristiques faciales et vocales, et par le fait même, la capacité à y porter attention. Aucune étude ne s’est intéressée au traitement des émotions évoquées par les expressions musicales, alors que la musique est utilisée comme méthode d’intervention afin de répondre à des besoins de prise en charge comportementale, cognitive ou affective chez des personnes présentant des atteintes neurologiques. Ainsi, on ignore si les effets positifs de l’intervention musicale sont basés sur la préservation de la reconnaissance de certaines catégories d’émotions évoquées par les expressions musicales à la suite d’un TCC. La première étude de cette thèse a évalué la reconnaissance des émotions de base (joie, tristesse, peur) évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales chez quarante et un adultes (10 TCC modéré-sévère, 9 TCC léger complexe, 11 TCC léger simple et 11 témoins), à partir de tâches expérimentales et de tâches perceptuelles contrôles. Les résultats suggèrent un déficit de la reconnaissance de la peur évoquée par les expressions faciales à la suite d’un TCC modéré-sévère et d’un TCC léger complexe, comparativement aux personnes avec un TCC léger simple et sans TCC. Le déficit n’est pas expliqué par un trouble perceptuel sous-jacent. Les résultats montrent de plus une préservation de la reconnaissance des émotions évoquées par les expressions vocales et musicales à la suite d’un TCC, indépendamment du niveau de gravité. Enfin, malgré une dissociation observée entre les performances aux tâches de reconnaissance des émotions évoquées par les modalités visuelle et auditive, aucune corrélation n’a été trouvée entre les expressions vocales et musicales. La deuxième étude a mesuré les ondes cérébrales précoces (N1, N170) et plus tardives (N2) de vingt-cinq adultes (10 TCC léger simple, 1 TCC léger complexe, 3 TCC modéré-sévère et 11 témoins), pendant la présentation d’expressions faciales évoquant la peur, la neutralité et la joie. Les résultats suggèrent des altérations dans le traitement attentionnel précoce à la suite d’un TCC, qui amenuisent le traitement ultérieur de la peur évoquée par les expressions faciales. En somme, les conclusions de cette thèse affinent notre compréhension du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales, vocales et musicales à la suite d’un TCC selon le niveau de gravité. Les résultats permettent également de mieux saisir les origines des déficits du traitement des émotions évoquées par les expressions faciales à la suite d’un TCC, lesquels semblent secondaires à des altérations attentionnelles précoces. Cette thèse pourrait contribuer au développement éventuel d’interventions axées sur les émotions à la suite d’un TCC.

Low spatial frequency filtering modulates early brain processing of affective complex pictures

Recent research on affective processing has suggested that low spatial frequency information of fearful faces provide rapid emotional cues to the amygdala, whereas high spatial frequencies convey fine-grained information to the fusiform gyrus, regardless of emotional expression. In the present experiment, we examined the effects of low (LSF, <15 cycles/image width) and high spatial frequency filtering (HSF, >25 cycles/image width) on brain processing of complex pictures depicting pleasant, unpleasant, and neutral scenes. Event-related potentials (ERP), percentage of recognized stimuli and response times were recorded in 19 healthy volunteers. Behavioral results indicated faster reaction times in response to unpleasant LSF than to unpleasant HSF pictures. Unpleasant LSF pictures and pleasant unfiltered pictures also elicited significant enhancements of P1 amplitudes at occipital electrodes as compared to neutral LSF and unfiltered pictures, respectively; whereas no significant effects of affective modulation were found for HSF pictures. Moreover, mean ERP amplitudes in the time between 200 and 500ms post-stimulus were significantly greater for affective (pleasant and unpleasant) than for neutral unfiltered pictures; whereas no significant affective modulation was found for HSF or LSF pictures at those latencies. The fact that affective LSF pictures elicited an enhancement of brain responses at early, but not at later latencies, suggests the existence of a rapid and preattentive neural mechanism for the processing of motivationally relevant stimuli, which could be driven by LSF cues. Our findings confirm thus previous results showing differences on brain processing of affective LSF and HSF faces, and extend these results to more complex and social affective pictures.

Effects of efficient fronto-temporal circuitry on lexical ambiguity resolution: converging evidence from cross-age comparisons in eye-tracking and ERP data

Eye-tracking was used to examine how younger and older adults use syntactic and semantic information to disambiguate noun/verb (NV) homographs (e.g., park). We find that young adults exhibit inflated first fixations to NV-homographs when only syntactic cues are available for disambiguation (i.e., in syntactic prose). This effect is eliminated with the addition of disambiguating semantic information. Older adults (60+) as a group fail to show the first fixation effect in syntactic prose; they instead reread NV homographs longer. This pattern mirrors that in prior event-related potential work (Lee & Federmeier, 2009, 2011), which reported a sustained frontal negativity to NV-homographs in syntactic prose for young adults, which was eliminated by semantic constraints. The frontal negativity was not observed in older adults as a group, although older adults with high verbal fluency showed the young-like pattern. Analyses of individual differences in eye-tracking patterns revealed a similar effect of verbal fluency in both young and older adults: high verbal fluency groups of both ages show larger first fixation effects, while low verbal fluency groups show larger downstream costs (rereading and/or refixating NV homographs). Jointly, the eye-tracking and ERP data suggest that effortful meaning selection recruits frontal brain areas important for suppressing contextually inappropriate meanings, which also slows eye movements. Efficacy of fronto-temporal circuitry, as captured by verbal fluency, predicts the success of engaging these mechanisms in both young and older adults. Failure to recruit these processes requires compensatory rereading or leads to comprehension failures (Lee & Federmeier, in press).