A new method to measure higher visual functions in an immersive environment

BACKGROUND: Higher visual functions can be defined as cognitive processes responsible for object recognition, color and shape perception, and motion detection. People with impaired higher visual functions after unilateral brain lesion are often tested with paper pencil tests, but such tests do not assess the degree of interaction between the healthy brain hemisphere and the impaired one. Hence, visual functions are not tested separately in the contralesional and ipsilesional visual hemifields. METHODS: A new measurement setup, that involves real-time comparisons of shape and size of objects, orientation of lines, speed and direction of moving patterns, in the right or left visual hemifield, has been developed. The setup was implemented in an immersive environment like a hemisphere to take into account the effects of peripheral and central vision, and eventual visual field losses. Due to the non-flat screen of the hemisphere, a distortion algorithm was needed to adapt the projected images to the surface. Several approaches were studied and, based on a comparison between projected images and original ones, the best one was used for the implementation of the test. Fifty-seven healthy volunteers were then tested in a pilot study. A Satisfaction Questionnaire was used to assess the usability of the new measurement setup. RESULTS: The results of the distortion algorithm showed a structural similarity between the warped images and the original ones higher than 97%. The results of the pilot study showed an accuracy in comparing images in the two visual hemifields of 0.18 visual degrees and 0.19 visual degrees for size and shape discrimination, respectively, 2.56° for line orientation, 0.33 visual degrees/s for speed perception and 7.41° for recognition of motion direction. The outcome of the Satisfaction Questionnaire showed a high acceptance of the battery by the participants. CONCLUSIONS: A new method to measure higher visual functions in an immersive environment was presented. The study focused on the usability of the developed battery rather than the performance at the visual tasks. A battery of five subtasks to study the perception of size, shape, orientation, speed and motion direction was developed. The test setup is now ready to be tested in neurological patients.

Pupillometry: the eyes shed fresh light on the mind

Recent studies provide promising methodological advances in the use of pupillometry as on-line measurement of cognitive processes and show that visual attention allocation, mind-wandering, mental imagery, and even rhyme expectations can influence the size of the human pupil.

Prospective Memory, Retrospective Memory, Executive Functions, and Metacognition: How they are linked longitudinally in young elementary school children

Succeeding in everyday activities often requires executive functioning (EF), metacognitive abilities (MC) and memory skills such as prospective memory (PM) and retrospective memory (RM). These cognitive abilities seem to gradually develop in childhood, possibly influencing each other during development. From a theoretical point of view, it is likely that they are closely interrelated, especially in children. Their empirical relation, however, is less clear. A model that links these cognitive abilities can help to better understand the relation between PM and RM and other cognitive processes. In this project we studied the longitudinal development of PM, RM, EF, and MC in 7-8 year old elementary school children across half a year. 119 second graders (MT1 = 95 months, SDT1, = 4.8 months) completed the same PM, RM, EF and MC tasks twice with a time-lag of 7 months. The developmental progression was analysed using paired t-tests, the longitudinal relationships were analysed using confirmatory factor analysis and all fit indices are in accordance with Hu and Bentler (1998). In general, performance improved significantly (ps < .001) and effect sizes ranged from .45 to .62 (Cohen’s d). CFA revealed a good model fit, c2(227, 119) = 242.56, p = .23, TLI = .973, CFI = .979, RMSEA = .024. At T1, significant cross-sectional links were found between PM T1 and RM T1, between PM T1 and EF T1, and between EF T1 and MC T1. Moreover, significant longitudinal links were found between EFT1 and PMT2 and between EFT1 and MCT2; EF T1 and RM T2 were marginally linked. Results underline previous findings showing that PM, RM, EF, and MC develop significantly during childhood, even within this short time period. Results also indicate that these cognitive abilities are linked not only cross-sectionally, but longitudinally. Most relevant, however, is the predictive role of EF for both metacognition and memory.

Universal ontology: attentive tracking of objects and substances across languages and over development

Previous research has demonstrated that adults are successful at visually tracking rigidly moving items, but experience great difficulties when tracking substance-like ‘‘pouring’’ items. Using a comparative approach, we investigated whether the presence/absence of the grammatical count–mass distinction influences adults and children’s ability to attentively track objects versus substances. More specifically, we aimed to explore whether the higher success at tracking rigid over substance-like items appears universally or whether speakers of classifier languages (like Japanese, not marking the object–substance distinction) are advantaged at tracking substances as compared to speakers of non-classifier languages (like Swiss German, marking the object–substance distinction). Our results supported the idea that language has no effect on low-level cognitive processes such as the attentive visual processing of objects and substances. We concluded arguing that the tendency to prioritize objects is universal and independent of specific characteristics of the language spoken.

Neural correlates of wishful thinking.

Wishful thinking (WT) implies the overestimation of the likelihood of desirable events. It occurs for outcomes of personal interest, but also for events of interest to others we like. We investigated whether WT is grounded on low-level selective attention or on higher level cognitive processes including differential weighting of evidence or response formation. Participants in our MRI study predicted the likelihood that their favorite or least favorite team would win a football game. Consistent with expectations, favorite team trials were characterized by higher winning odds. Our data demonstrated activity in a cluster comprising parts of the left inferior occipital and fusiform gyri to distinguish between favorite and least favorite team trials. More importantly, functional connectivities of this cluster with the human reward system were specifically involved in the type of WT investigated in our study, thus supporting the idea of an attention bias generating WT. Prefrontal cortex activity also distinguished between the two teams. However, activity in this region and its functional connectivities with the human reward system were altogether unrelated to the degree of WT reflected in the participants' behavior and may rather be related to social identification, ensuring the affective context necessary for WT to arise.

Linking executive functions and procedural metacognition

Traditionally, researchers have discussed executive function and metacognition independently. However, more recently, theoretical frameworks linking these two groups of higher order cognitive processes have been advanced. In this article, we explore the relationship between executive function and procedural metacognition, and summarize theoretical similarities. From a developmental perspective, the assumed theoretical resemblances seem to be supported, considering development trajectories and their substantial impact on areas that include learning and memory. Moreover, empirical evidence suggests direct relationships on the task level, on the level of latent variables, and in terms of involved brain regions. However, research linking the two concepts directly remains rare. We discuss evidence and developmental mechanisms, and propose ways researchers can investigate links between executive function and procedural metacognition.

Effects of stereotypic behaviour and chronic mild stress on judgement bias in laboratory mice

Cognitive processes are influenced by underlying affective states, and tests of cognitive bias have recently been developed to assess the valence of affective states in animals. These tests are based on the fact that individuals in a negative affective state interpret ambiguous stimuli more pessimistically than individuals in a more positive state. Using two strains of mice we explored whether unpredictable chronic mild stress (UCMS) can induce a negative judgement bias and whether variation in the expression of stereotypic behaviour is associated with variation in judgement bias. Sixteen female CD-1 and 16 female C57BL/6 mice were trained on a tactile conditional discrimination test with grade of sandpaper as a cue for differential food rewards. Once they had learned the discrimination, half of the mice were subjected to UCMS for three weeks to induce a negative affective state. Although UCMS induced a reduced preference for the higher value reward in the judgement bias test, it did not affect saccharine preference or hypothalamic–pituitary–adrenal (HPA) activity. However, UCMS affected responses to ambiguous (intermediate) cues in the judgement bias test. While control mice showed a graded response to ambiguous cues, UCMS mice of both strains did not discriminate between ambiguous cues and tended to show shorter latencies to the ambiguous cues and the negative reference cue. UCMS also increased bar-mouthing in CD-1, but not in C57BL/6 mice. Furthermore, mice with higher levels of stereotypic behaviour made more optimistic choices in the judgement bias test. However, no such relationship was found for stereotypic bar-mouthing, highlighting the importance of investigating different types of stereotypic behaviour separately.

Comprensión de textos y progresión temática : Incidencia de las funciones informativas

Los textos académicos a los que los alumnos acuden en busca de información no siempre les resultan fácilmente comprensibles. Se observa que en el nivel pragmático las dificultades son muy importantes y revelan interferencias en la construcción de sentido del texto, a veces por limitaciones de la competencia de los lectores y otras veces por problemas en la organización retórica de los textos. Este trabajo se propone abordar y analizar la incidencia de los conocimientos sobre la distribución de la información de los textos, en las posibilidades de los alumnos para alcanzar la comprensión de los mismos. Se seguirá la concepción de Rosenblatt sobre la lectura como proceso transaccional entre el lector que construye el sentido sobre la base de las pistas literales o inferenciales que el texto le ofrece, y de Kintsch y van Dijk sobre la comprensión como un proceso cognitivo que se desarrolla en tres etapas: decodificación, recuperación del texto base y construcción del modelo de situación. El análisis de la incidencia de los conocimientos previos de los lectores para 'dosificar' la nueva información, se apoyará en las funciones informativas del texto desarrolladas por la Escuela de Praga (especialmente tópico, tema y rema) para analizar de qué manera estas funciones pueden sustentar estrategias de lectura que activen en los lectores los procesos cognitivos correspondientes a la fase más elaborada de la comprensión, denominada construcción del modelo de situación. Para ello se analizarán las respuestas obtenidas frente a dos textos informativos sobre el mismo tema, de distinta complejidad, antes y después de capacitar a los alumnos en conocimientos específicos. Los resultados obtenidos permiten concluir que tales conocimientos favorecen el desempeño de los alumnos, particularmente en el caso de textos en los que la distribución de la información es más compleja

Prácticas de lectura en bibliotecas virtuales en contextos didácticos diversos

Este trabajo se propone examinar los procesos cognitivos de alumnos de escuelas primaria en las prácticas de lectura en bibliotecas virtuales en el contexto de dos situaciones didácticas contrastantes. La perspectiva teórica adoptada considera los aportes de la tradición socio-histórica vigotskiana y del constructivismo relacional piagetiano. El diseño metodológico se inscribe en un estudio cualitativo de casos en el que se realiza el seguimiento de las prácticas de lectura de los alumnos mediante observaciones de aula donde se registran minuciosamente las acciones de un grupo frente a la pantalla y los intercambios con sus compañeros y el docente. Estos datos se complementan con encuestas realizadas previamente y entrevistas clínicas individuales, administradas a posteriori de la observación. Los resultados evidencian que los estudiantes parten de ideas provenientes de una historia socio-cognitivo-cultural que guían sus representaciones acerca de las bibliotecas virtuales. Estas ideas entran en constante contradicción con las formas organizativas y los contenidos que las bibliotecas les presentan. Las condiciones e intervenciones didácticas tienen un papel constitutivo en el desarrollo de las prácticas y saberes altamente complejos que requieren las búsquedas. La comparación permite avanzar sobre las situaciones que generan una mayor autonomía de los alumnos.

Comprensión de textos y progresión temática : Incidencia de las funciones informativas

Los textos académicos a los que los alumnos acuden en busca de información no siempre les resultan fácilmente comprensibles. Se observa que en el nivel pragmático las dificultades son muy importantes y revelan interferencias en la construcción de sentido del texto, a veces por limitaciones de la competencia de los lectores y otras veces por problemas en la organización retórica de los textos. Este trabajo se propone abordar y analizar la incidencia de los conocimientos sobre la distribución de la información de los textos, en las posibilidades de los alumnos para alcanzar la comprensión de los mismos. Se seguirá la concepción de Rosenblatt sobre la lectura como proceso transaccional entre el lector que construye el sentido sobre la base de las pistas literales o inferenciales que el texto le ofrece, y de Kintsch y van Dijk sobre la comprensión como un proceso cognitivo que se desarrolla en tres etapas: decodificación, recuperación del texto base y construcción del modelo de situación. El análisis de la incidencia de los conocimientos previos de los lectores para 'dosificar' la nueva información, se apoyará en las funciones informativas del texto desarrolladas por la Escuela de Praga (especialmente tópico, tema y rema) para analizar de qué manera estas funciones pueden sustentar estrategias de lectura que activen en los lectores los procesos cognitivos correspondientes a la fase más elaborada de la comprensión, denominada construcción del modelo de situación. Para ello se analizarán las respuestas obtenidas frente a dos textos informativos sobre el mismo tema, de distinta complejidad, antes y después de capacitar a los alumnos en conocimientos específicos. Los resultados obtenidos permiten concluir que tales conocimientos favorecen el desempeño de los alumnos, particularmente en el caso de textos en los que la distribución de la información es más compleja

Prácticas de lectura en bibliotecas virtuales en contextos didácticos diversos

Este trabajo se propone examinar los procesos cognitivos de alumnos de escuelas primaria en las prácticas de lectura en bibliotecas virtuales en el contexto de dos situaciones didácticas contrastantes. La perspectiva teórica adoptada considera los aportes de la tradición socio-histórica vigotskiana y del constructivismo relacional piagetiano. El diseño metodológico se inscribe en un estudio cualitativo de casos en el que se realiza el seguimiento de las prácticas de lectura de los alumnos mediante observaciones de aula donde se registran minuciosamente las acciones de un grupo frente a la pantalla y los intercambios con sus compañeros y el docente. Estos datos se complementan con encuestas realizadas previamente y entrevistas clínicas individuales, administradas a posteriori de la observación. Los resultados evidencian que los estudiantes parten de ideas provenientes de una historia socio-cognitivo-cultural que guían sus representaciones acerca de las bibliotecas virtuales. Estas ideas entran en constante contradicción con las formas organizativas y los contenidos que las bibliotecas les presentan. Las condiciones e intervenciones didácticas tienen un papel constitutivo en el desarrollo de las prácticas y saberes altamente complejos que requieren las búsquedas. La comparación permite avanzar sobre las situaciones que generan una mayor autonomía de los alumnos.

Prácticas de lectura en bibliotecas virtuales en contextos didácticos diversos

Este trabajo se propone examinar los procesos cognitivos de alumnos de escuelas primaria en las prácticas de lectura en bibliotecas virtuales en el contexto de dos situaciones didácticas contrastantes. La perspectiva teórica adoptada considera los aportes de la tradición socio-histórica vigotskiana y del constructivismo relacional piagetiano. El diseño metodológico se inscribe en un estudio cualitativo de casos en el que se realiza el seguimiento de las prácticas de lectura de los alumnos mediante observaciones de aula donde se registran minuciosamente las acciones de un grupo frente a la pantalla y los intercambios con sus compañeros y el docente. Estos datos se complementan con encuestas realizadas previamente y entrevistas clínicas individuales, administradas a posteriori de la observación. Los resultados evidencian que los estudiantes parten de ideas provenientes de una historia socio-cognitivo-cultural que guían sus representaciones acerca de las bibliotecas virtuales. Estas ideas entran en constante contradicción con las formas organizativas y los contenidos que las bibliotecas les presentan. Las condiciones e intervenciones didácticas tienen un papel constitutivo en el desarrollo de las prácticas y saberes altamente complejos que requieren las búsquedas. La comparación permite avanzar sobre las situaciones que generan una mayor autonomía de los alumnos.

Comprensión de textos y progresión temática : Incidencia de las funciones informativas

Los textos académicos a los que los alumnos acuden en busca de información no siempre les resultan fácilmente comprensibles. Se observa que en el nivel pragmático las dificultades son muy importantes y revelan interferencias en la construcción de sentido del texto, a veces por limitaciones de la competencia de los lectores y otras veces por problemas en la organización retórica de los textos. Este trabajo se propone abordar y analizar la incidencia de los conocimientos sobre la distribución de la información de los textos, en las posibilidades de los alumnos para alcanzar la comprensión de los mismos. Se seguirá la concepción de Rosenblatt sobre la lectura como proceso transaccional entre el lector que construye el sentido sobre la base de las pistas literales o inferenciales que el texto le ofrece, y de Kintsch y van Dijk sobre la comprensión como un proceso cognitivo que se desarrolla en tres etapas: decodificación, recuperación del texto base y construcción del modelo de situación. El análisis de la incidencia de los conocimientos previos de los lectores para 'dosificar' la nueva información, se apoyará en las funciones informativas del texto desarrolladas por la Escuela de Praga (especialmente tópico, tema y rema) para analizar de qué manera estas funciones pueden sustentar estrategias de lectura que activen en los lectores los procesos cognitivos correspondientes a la fase más elaborada de la comprensión, denominada construcción del modelo de situación. Para ello se analizarán las respuestas obtenidas frente a dos textos informativos sobre el mismo tema, de distinta complejidad, antes y después de capacitar a los alumnos en conocimientos específicos. Los resultados obtenidos permiten concluir que tales conocimientos favorecen el desempeño de los alumnos, particularmente en el caso de textos en los que la distribución de la información es más compleja

Arquitectura cognitiva basada en el gradiente sensorial y su aplicación a la robótica móvil

El objetivo de esta tesis es el desarrollo de un sistema completo de navegación, aprendizaje y planificación para un robot móvil. Dentro de los innumerables problemas que este gran objetivo plantea, hemos dedicado especial atención al problema del conocimiento autónomo del mundo. Nuestra mayor preocupación ha sido la de establecer mecanismos que permitan, a partir de información sensorial cruda, el desarrollo incremental de un modelo topológico del entorno en el que se mueve el robot. Estos mecanismos se apoyan invariablemente en un nuevo concepto propuesto en esta tesis: el gradiente sensorial. El gradiente sensorial es un dispositivo matemático que funciona como un detector de sucesos interesantes para el sistema. Una vez detectado uno de estos sucesos, el robot puede identificar su situación en un mapa topológico y actuar en consecuencia. Hemos denominado a estas situaciones especiales lugares sensorialmente relevantes, ya que (a) captan la atención del sistema y (b) pueden ser identificadas utilizando la información sensorial. Para explotar convenientemente los modelos construidos, hemos desarrollado un algoritmo capaz de elaborar planes internalizados, estableciendo una red de sugerencias en los lugares sensorialmente relevantes, de modo que el robot encuentra en estos puntos una dirección recomendada de navegación. Finalmente, hemos implementado un sistema de navegación robusto con habilidades para interpretar y adecuar los planes internalizados a las circunstancias concretas del momento. Nuestro sistema de navegación está basado en la teoría de campos de potencial artificial, a la que hemos incorporado la posibilidad de añadir cargas ficticias como ayuda a la evitación de mínimos locales. Como aportación adicional de esta tesis al campo genérico de la ciencia cognitiva, todos estos elementos se integran en una arquitectura centrada en la memoria, lo que pretende resaltar la importancia de ésta en los procesos cognitivos de los seres vivos y aporta un giro conceptual al punto de vista tradicional, centrado en los procesos. The general objective of this thesis is the development of a global navigation system endowed with planning and learning features for a mobile robot. Within this general objective we have devoted a special effort to the autonomous learning problem. Our main concern has been to establish the necessary mechanisms for the incremental development of a topological model of the robot’s environment using the sensory information. These mechanisms are based on a new concept proposed in the thesis: the sensory gradient. The sensory gradient is a mathematical device which works like a detector of “interesting” environment’s events. Once a particular event has been detected the robot can identify its situation in the topological map and to react accordingly. We have called these special situations relevant sensory places because (a) they capture the system’s attention and (b) they can be identified using the sensory information. To conveniently exploit the built-in models we have developed an algorithm able to make internalized plans, establishing a suggestion network in the sensory relevant places in such way that the robot can find at those places a recommended navigation direction. It has been also developed a robust navigation system able to navigate by means of interpreting and adapting the internalized plans to the concrete circumstances at each instant, i.e. a reactive navigation system. This reactive system is based on the artificial potential field approach with the additional feature introduced in the thesis of what we call fictitious charges as an aid to avoid local minima. As a general contribution of the thesis to the cognitive science field all the above described elements are integrated in a memory-based architecture, emphasizing the important role played by the memory in the cognitive processes of living beings and giving a conceptual turn in the usual process-based approach.

Video-based tasks for emotional processing rehabilitation in schizophrenia

Schizophrenia is a mental disorder characterized by a breakdown of cognitive processes and by a deficit of typi-cal emotional responses. Effectiveness of computerized task has been demonstrated in the field of cognitive rehabilitation. However, current rehabilitation programs based on virtual environments normally focus on higher cognitive functions, not covering social cognition training. This paper presents a set of video-based tasks specifically designed for the rehabilita-tion of emotional processing deficits in patients in early stages of schizophrenia or schizoaffective disorders. These tasks are part of the Mental Health program of Guttmann NeuroPer-sonalTrainer® cognitive tele-rehabilitation platform, and entail innovation both from a clinical and technological per-spective in relation with former traditional therapeutic con-tents.