Early Development of Auditory-Verbal and Visual-Spatial Short-Term Memory: Age and Sex Effects

Memory is a multi-component cognitive ability to retain and retrieve information presented in different modalities. Research on memory development has shown that the memory capacity and the processes improve gradually from early childhood to adolescence. Findings related to the sex-differences in memory abilities in early childhood have been inconsistent. Although previous research has demonstrated the effects of the modality of stimulus presentation (auditory versus verbal) and the type of material to be remembered (visual/spatial versus auditory/verbal) on the memory processes and memory organization, the recent research with children is rather limited. The present study is a secondary analysis of data, originally collected from 530 typically developing Turkish children and adolescents. The purpose of the present study was to examine the age-related developments and sex differences in auditory-verbal and visual-spatial short-term memory (STM) in 177 typically developing male and female children, 5 to 8 years of age. Dot-Locations and Word-Lists from the Children's Memory Scale were used to measure visual-spatial and auditory-verbal STM performances, respectively. The findings of the present study suggest age-related differences in both visual-spatial and auditory-verbal STM. Sex-differences were observed only in one visual-spatial STM subtest performance. Modality comparisons revealed age- and task-related differences between auditory-verbal and visual-spatial STM performances. There were no sex-related effects in terms of modality specific performances. Overall, the results of this study provide evidence of STM development in early childhood, and these effects were mostly independent of sex and the modality of the task.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

Age-related eye disease and cognitive function

Objectif: Évaluer la relation entre la fonction cognitive chez les personnes âgées atteintes de dégénérescence maculaire reliée à l’âge (DMLA), de glaucome ou de dystrophie cornéenne de Fuchs et les comparer avec les personnes âgées n’ayant pas de maladie oculaire. Devis: Étude transversale de population hospitalière. Participants: 420 participants (113 avec la DMLA, 66 avec la dystrophie cornéenne de Fuchs, 130 avec le glaucome et 111 témoins). Méthodes: Nous avons recruté les patients à partir de la clinique d’ophtalmologie de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont (Montréal, Canada) de septembre 2009 à septembre 2013. Les patients atteints de la DMLA ou de la maladie de Fuchs ont une acuité visuelle inférieure à 20/40 dans les deux yeux, tandis que les patients avec du glaucome ont un champ visuel dans le pire œil inférieur ou égal à -4dB. Les patients contrôles, qui ont été recrutés à partir des mêmes cliniques, ont une acuité visuelle et un champ visuel normaux. Nous avons colligé des données concernant la fonction cognitive à partir du test Mini-Mental State Exam (MMSE)-version aveugle. Pour mesurer la fonction visuelle, nous avons mesuré l’acuité visuelle, la sensibilité au contraste et le champ visuel. Nous avons également révisé le dossier médical. Pour les analyses statistiques, nous avons utilisé la régression linéaire. Critère de jugement principal: MMSE-version aveugle. Résultats: Les trois maladies oculaires ont été associées à une limitation de la cognition. Le score de MMSE-version aveugle se situe de 0.7 à 0.8 unités plus basses par rapport au groupe contrôle. Comparativement aux contrôles, les patients avec maladies oculaires ont eu un score moyen diminué (P < 0.05). Le niveau d’éducation élevé est associé à une meilleure cognition (P < 0.001). Conclusions: Nos résultats suggèrent que les maladies oculaires sont associées à une diminution de la fonction cognitive chez les personnes âgées. De futures études sont nécessaires pour évaluer l’impact des maladies oculaires sur le déclin cognitif chez cette population pour pouvoir envisager des interventions ciblées qui pourraient les aider à maintenir leur indépendance le plus longtemps possible.

Early-onset and late-onset Alzheimer’s disease are associated with distinct patterns of memory impairment

The goal of this study was to investigate the specific patterns of memory breakdown in patients suffering from early-onset Alzheimer’s disease (EOAD) and late-onset Alzheimer’s disease (LOAD). Twenty EOAD patients, twenty LOAD patients, twenty matched younger controls, and twenty matched older controls participated in this study. All participants underwent a detailed neuropsychological assessment, an MRI scan, an FDG-PET scan, and AD patients had biomarkers as supporting evidence of both amyloïdopathy and neuronal injury. Results of the neuropsychological assessment showed that both EOAD and LOAD groups were impaired in the domains of memory, executive functions, language, praxis, and visuoconstructional abilities, when compared to their respective control groups. EOAD and LOAD groups, however, showed distinct patterns of memory impairment. Even though both groups were similarly affected on measures of episodic, short term and working memory, in contrast semantic memory was significantly more impaired in LOAD than in EOAD patients. The EOAD group was not more affected than the LOAD group in any memory domain. EOAD patients, however, showed significantly poorer performance in other cognitive domains including executive functions and visuoconstructional abilities. A more detailed analysis of the pattern of semantic memory performance among patient groups revealed that the LOAD was more profoundly impaired, in tasks of both spontaneous recall and semantic recognition. Voxel-Based Morphometry (VBM) analyses showed that impaired semantic performance in patients was associated with reduced gray matter volume in the anterior temporal lobe region, while PET-FDG analyses revealed that poorer semantic performance was associated with greater hypometabolism in the left temporoparietal region, both areas reflecting key regions of the semantic network. Results of this study indicate that EOAD and LOAD patients present with distinct patterns of memory impairment, and that a genuine semantic impairment may represent one of the clinical hallmarks of LOAD.

Translation Invariance in Object Recognition, and Its Relation to Other Visual Transformations

Human object recognition is generally considered to tolerate changes of the stimulus position in the visual field. A number of recent studies, however, have cast doubt on the completeness of translation invariance. In a new series of experiments we tried to investigate whether positional specificity of short-term memory is a general property of visual perception. We tested same/different discrimination of computer graphics models that were displayed at the same or at different locations of the visual field, and found complete translation invariance, regardless of the similarity of the animals and irrespective of direction and size of the displacement (Exp. 1 and 2). Decisions were strongly biased towards same decisions if stimuli appeared at a constant location, while after translation subjects displayed a tendency towards different decisions. Even if the spatial order of animal limbs was randomized ("scrambled animals"), no deteriorating effect of shifts in the field of view could be detected (Exp. 3). However, if the influence of single features was reduced (Exp. 4 and 5) small but significant effects of translation could be obtained. Under conditions that do not reveal an influence of translation, rotation in depth strongly interferes with recognition (Exp. 6). Changes of stimulus size did not reduce performance (Exp. 7). Tolerance to these object transformations seems to rely on different brain mechanisms, with translation and scale invariance being achieved in principle, while rotation invariance is not.

Social skills of children with different disabilities: Assessment and implications for interventions

This study characterizes the differences and similarities in the repertoire of social skills of children from 12 different categories of special educational needs: autism, hearing impairment, mild intellectual disabilities, moderate intellectual disabilities, visual impairment, phonological disorder, learning disabilities, giftedness and talent, externalizing behavior problems, internalizing behavior problems, internalizing and externalizing behavior problems and attention deficit hyperactivity disorder. Teachers of 120 students in regular and special schools, aged between 6 and 14 years old, from four Brazilian states, responded to the Social Skills Rating System. Children with ADHD, autism, internalizing and externalizing behavior problems and externalizing behavior problems presented comparatively lower frequency of social skills. The intervention needs of each evaluated category are discussed.

Resultados de la terapia antiangiogenica con Ranibizumab en retinopatia del prematuro: revisión sistemática.

Introducción: La retinopatía del prematuro (ROP) se presenta hasta en el 73% de los neonatos pretérmino por debajo de la semana 27, los agentes antiangiogénicos se presentan como una herramienta para su tratamiento con resultados prometedores. En el presente estudio se pretendió evaluar los resultados de la terapia antiangiogénica con ranibizumab en pacientes con retinopatía del prematuro según la evidencia descrita hasta la fecha. Metodología: se realizó una revisión sistemática de literatura con componente meta-analítico de los datos sociodemográficos y clínicos, incluyendo todos los artículos sobre el tema sin límite de fecha de publicación. Se usó una estrategia de búsqueda en diferentes bases de datos, todos los estudios relacionados con el pronóstico de la enfermedad fueron elegibles. Resultados: Se encontraron un total de 13 artículos que cumplieron criterios de elegibilidad para su inclusión, que incluyeron 75 pacientes en total (133 ojos evaluados). La edad promedio al nacimiento fue 23.6 semanas, la edad al momento de aplicación de tratamiento fue 36.3 semanas. 11/13 artículos reportaron que el tratamiento con ranibizumab fue satisfactorio en términos de resolución completa de la enfermedad sin efectos secundarios (64 pacientes) Discusión: Los resultados de la terapia con ranibizumab para retinopatía del prematuro según la evidencia hasta la fecha permiten recomendar el uso de terapia antiangiogénica con el fin de mejorar la salud visual a mediano y largo plazo y por ende disminución en la prevalencia de ceguera por esta causa.

The discrimination of auditory and visual number

This study compares the discrimination of successive visual number and successive auditory number using the same stimulus durations and presentation rates for both stimuli. The accuracy of the discrimination of successive number decreased as the presentation rate increased and the number in a series increased.

Validating ECMWF forecasts for the occurrence of ice supersaturation using visual observations of persistent contrails and radiosonde measurements over England

One of the largest uncertainties in quantifying the impact of aviation on climate concerns the formation and spreading of persistent contrails. The inclusion of a cloud scheme that allows for ice supersaturation into the integrated forecast system (IFS) of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) can be a useful tool to help reduce these uncertainties. This study evaluates the quality of the ECMWF forecasts with respect to ice super saturation in the upper troposphere by comparing them to visual observations of persistent contrails and radiosonde measurements of ice supersaturation over England. The performance of 1- to 3-day forecasts is compared including also the vertical accuracy of the supersaturation forecasts. It is found that the operational forecasts from the ECMWF are able to predict cold ice supersaturated regions very well. For the best cases Peirce skill scores of 0.7 are obtained, with hit rates at times exceeding 80% and false-alarm rates below 20%. Results are very similar for comparisons with visual observations and radiosonde measurements, the latter providing the better statistical significance.

Explaining history to children: Otto and Marie Neurath’s work on the ‘Visual history of mankind’

This essay traces the development of Otto Neurath’s ideas that led to the publication of one of the first series of children’s books produced by the Isotype Institute in the late 1940s, the Visual History of Mankind. Described in its publicity material as ‘new in content’ and ‘new in method’, it embodied much of Otto Neurath’s thinking about visual education, and also coincided with other educational ideas in the UK in the 1930s and 1940s. It exemplified the Isotype Institute’s approach: teamwork, thinking about the needs of younger readers, clear explanation, and accessible content. Further, drawing on correspondence, notes and drawings from the Otto and Marie Neurath Isotype Collection at the University of Reading, the essay presents insights to the making of the books and the people involved, the costs of production and the influence of this on design decisions, and how the books were received by teachers and children.

N1 enhancement in synesthesia during visual and audio-visual perception in semantic cross-modal conflict situations: an ERP study

Synesthesia entails a special kind of sensory perception, where stimulation in one sensory modality leads to an internally generated perceptual experience of another, not stimulated sensory modality. This phenomenon can be viewed as an abnormal multisensory integration process as here the synesthetic percept is aberrantly fused with the stimulated modality. Indeed, recent synesthesia research has focused on multimodal processing even outside of the specific synesthesia-inducing context and has revealed changed multimodal integration, thus suggesting perceptual alterations at a global level. Here, we focused on audio-visual processing in synesthesia using a semantic classification task in combination with visually or auditory-visually presented animated and in animated objects in an audio-visual congruent and incongruent manner. Fourteen subjects with auditory-visual and/or grapheme-color synesthesia and 14 control subjects participated in the experiment. During presentation of the stimuli, event-related potentials were recorded from 32 electrodes. The analysis of reaction times and error rates revealed no group differences with best performance for audio-visually congruent stimulation indicating the well-known multimodal facilitation effect. We found enhanced amplitude of the N1 component over occipital electrode sites for synesthetes compared to controls. The differences occurred irrespective of the experimental condition and therefore suggest a global influence on early sensory processing in synesthetes.

Analysis of total visual and CCD V-broadband observations of Comet C/1995 O1 (Hale-Bopp): 1995-2001

We developed a general method for determination of water production rates from groundbased visual observations and applied it to Comet Hale-Bopp. Our main objective is to extend the method to include total visual magnitude observations obtained with CCD detector and V filter in the analysis of total visual magnitudes. We compare the CCD V-broadband careful observations of Liller [Liller, W. Pre-perihelion CCD photometry of Comet 1995 01 (Hale-Bopp). Planet. Space Sci. 45, 1505-1513, 1997; Liller, W. CCD photometry of Comet C/1995 O1 (Hale-Bopp): 1995-2000. Int. Comet Quart. 23(3), 93-97, 2001] with the total visual magnitude observations from experienced international observers found in the International Comet Quarterly (ICQ) archive. A data set of similar to 400 CCD observations covering about the same 6 years time span of the similar to 12,000 ICQ selected total visual magnitude observations were used in the analysis. A least-square method applied to the water production rates, yields power laws as a function of the heliocentric distances for the pre- and post-perihelion phases. The average dimension of the nucleus as well as its effective active area is determined and compared with values published in the literature. (C) 2009 COSPAR. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Association of complement factor H Y402H polymorphism and age-related macular degeneration in Brazilian patients

Purpose: The aim of this study was investigate the association between complement Factor H polymorphism (Y402H) and age-related macular degeneration (AMD) in Brazilian patients. Methods: Patients with AMD aged 50 or more and age-matched healthy controls were enrolled in the study. Genomic DNA was isolated from leucocytes of patients and controls; the Y402H polymorphism of complement Factor H gene (CFH) was determined by polymerase chain reaction directed sequencing. Results: The frequency of 1277C allele of Factor H was 56.30% in patients with AMD compared with 36.51% in controls (p-value = 0.001). The genotypic distribution differed significantly between the two groups (1277CC 36.98%, 1277CT 38.65% and 1277TT 24.37% for AMD group; 1277CC 13.16%, 1277CT 46.71% and 1277TT 40.13% for controls, p-value = 0.001). The odds ratio for patients with AMD carrying only one 1277C allele was 1.36 and for those carrying two 1277C alleles was 4.63, when compared to the control group. Conclusions: These results suggest the Y402H polymorphism of CFH is a risk factor to the development of AMD in Brazilian patients. This is in accordance with findings from the majority of previous study population in Europe and North American.

A Acessibilidade como veículo de inclusão social: proposta de dispositivo computacional para os deficientes visuais da cidade de Natal/RN

This study aims to propose a computing device mechanism which is capable to permit a tactile communication between individuals with visual impairment (blindness or low vision) through the Internet or through a local area network (LAN - Local Network Address). The work was developed under the research projects that currently are realized in the LAI (Laboratory of Integrated Accessibility) of the Federal University of Rio Grande do Norte. This way, the research was done in order to involve a prototype capable to recognize geometries by students considered blind from the Institute of Education and Rehabilitation of Blind of Rio Grande do Norte (IERC-RN), located in Alecrim neighborhood, Natal/RN. Besides this research, another prototype was developed to test the communication via a local network and Internet. To analyze the data, a qualitative and quantitative approach was used through simple statistical techniques, such as percentages and averages, to support subjective interpretations. The results offer an analysis of the extent to which the implementation can contribute to the socialization and learning of the visually impaired. Finally, some recommendations are suggested for the development of future researches in order to facilitate the proposed mechanism.