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.

Information processing in sleep-onset insomnia : a test of the neurocognitive model /

The present thesis study is a systematic investigation of information processing at sleep onset, using auditory event-related potentials (ERPs) as a test of the neurocognitive model of insomnia. Insomnia is an extremely prevalent disorder in society resulting in problems with daytime functioning (e.g., memory, concentration, job performance, mood, job and driving safety). Various models have been put forth in an effort to better understand the etiology and pathophysiology of this disorder. One of the newer models, the neurocognitive model of insomnia, suggests that chronic insomnia occurs through conditioned central nervous system arousal. This arousal is reflected through increased information processing which may interfere with sleep initiation or maintenance. The present thesis employed event-related potentials as a direct method to test information processing during the sleep-onset period. Thirteen poor sleepers with sleep-onset insomnia and 1 2 good sleepers participated in the present study. All poor sleepers met the diagnostic criteria for psychophysiological insomnia and had a complaint of problems with sleep initiation. All good sleepers reported no trouble sleeping and no excessive daytime sleepiness. Good and poor sleepers spent two nights at the Brock University Sleep Research Laboratory. The first night was used to screen for sleep disorders; the second night was used to investigate information processing during the sleep-onset period. Both groups underwent a repeated sleep-onsets task during which an auditory oddball paradigm was delivered. Participants signalled detection of a higher pitch target tone with a button press as they fell asleep. In addition, waking alert ERPs were recorded 1 hour before and after sleep on both Nights 1 and 2.As predicted by the neurocognitive model of insomnia, increased CNS activity was found in the poor sleepers; this was reflected by their smaller amplitude P2 component seen during wake of the sleep-onset period. Unlike the P2 component, the Nl, N350, and P300 did not vary between the groups. The smaller P2 seen in our poor sleepers indicates that they have a deficit in the sleep initiation processes. Specifically, poor sleepers do not disengage their attention from the outside environment to the same extent as good sleepers during the sleep-onset period. The lack of findings for the N350 suggest that this sleep component may be intact in those with insomnia and that it is the waking components (i.e., Nl, P2) that may be leading to the deficit in sleep initiation. Further, it may be that the mechanism responsible for the disruption of sleep initiation in the poor sleepers is most reflected by the P2 component. Future research investigating ERPs in insomnia should focus on the identification of the components most sensitive to sleep disruption. As well, methods should be developed in order to more clearly identify the various types of insomnia populations in research contexts (e.g., psychophysiological vs. sleep-state misperception) and the various individual (personality characteristics, motivation) and environmental factors (arousal-related variables) that influence particular ERP components. Insomnia has serious consequences for health, safety, and daytime functioning, thus research efforts should continue in order to help alleviate this highly prevalent condition.

Engineers and technicians : the effect of cognitive style and gender on visual information processing

The purpose of this project was to identify in a subject group of engineers and technicians (N = 62) a preferred mode of representation for facilitating correct recall of information from complex graphics. The modes of representation were black and white (b&w) block, b&w icon, color block, and color icon. The researcher's test instrument included twelve complex graphics (six b&w and six color - three per mode). Each graphics presentation was followed by two multiple-choice questions. Recall performance was better using b&w block mode graphics and color icon mode graphics. A standardized test, the Group Embedded Figures Test (GEFT) was used to identify a cognitive style preference (field dependence). Although engineers and technicians in the sample were strongly field-independent, they were not significantly more field-independent than the normative group in the Witkin, Oltman, Raskin, and Karp study (1971). Tests were also employed to look for any significant difference in cognitive style preference due to gender. None was found. Implications from the project results for the design of visuals and their use in technical training are discussed.

Geological image processing of petrographic thin sections using the rotating polarizer stage

One of the fundamental problems with image processing of petrographic thin sections is that the appearance (colour I intensity) of a mineral grain will vary with the orientation of the crystal lattice to the preferred direction of the polarizing filters on a petrographic microscope. This makes it very difficult to determine grain boundaries, grain orientation and mineral species from a single captured image. To overcome this problem, the Rotating Polarizer Stage was used to replace the fixed polarizer and analyzer on a standard petrographic microscope. The Rotating Polarizer Stage rotates the polarizers while the thin section remains stationary, allowing for better data gathering possibilities. Instead of capturing a single image of a thin section, six composite data sets are created by rotating the polarizers through 900 (or 1800 if quartz c-axes measurements need to be taken) in both plane and cross polarized light. The composite data sets can be viewed as separate images and consist of the average intensity image, the maximum intensity image, the minimum intensity image, the maximum position image, the minimum position image and the gradient image. The overall strategy used by the image processing system is to gather the composite data sets, determine the grain boundaries using the gradient image, classify the different mineral species present using the minimum and maximum intensity images and then perform measurements of grain shape and, where possible, partial crystallographic orientation using the maximum intensity and maximum position images.

Sleep and information processing in individuals who have sustained a traumatic brain injury

Individuals who have sustained a traumatic brain injury (TBI) often complain of t roubl e sleeping and daytime fatigue but little is known about the neurophysiological underpinnings of the s e sleep difficulties. The fragile sleep of thos e with a TBI was predicted to be characterized by impairments in gating, hyperarousal and a breakdown in sleep homeostatic mechanisms. To test these hypotheses, 20 individuals with a TBI (18- 64 years old, 10 men) and 20 age-matched controls (18-61 years old, 9 men) took part in a comprehensive investigation of their sleep. While TBI participants were not recruited based on sleep complaint, the fmal sample was comprised of individuals with a variety of sleep complaints, across a range of injury severities. Rigorous screening procedures were used to reduce potential confounds (e.g., medication). Sleep and waking data were recorded with a 20-channel montage on three consecutive nights. Results showed dysregulation in sleep/wake mechanisms. The sleep of individuals with a TBI was less efficient than that of controls, as measured by sleep architecture variables. There was a clear breakdown in both spontaneous and evoked K-complexes in those with a TBI. Greater injury severities were associated with reductions in spindle density, though sleep spindles in slow wave sleep were longer for individuals with TBI than controls. Quantitative EEG revealed an impairment in sleep homeostatic mechanisms during sleep in the TBI group. As well, results showed the presence of hyper arousal based on quantitative EEG during sleep. In wakefulness, quantitative EEG showed a clear dissociation in arousal level between TBls with complaints of insomnia and TBls with daytime fatigue. In addition, ERPs indicated that the experience of hyper arousal in persons with a TBI was supported by neural evidence, particularly in wakefulness and Stage 2 sleep, and especially for those with insomnia symptoms. ERPs during sleep suggested that individuals with a TBI experienced impairments in information processing and sensory gating. Whereas neuropsychological testing and subjective data confirmed predicted deficits in the waking function of those with a TBI, particularly for those with more severe injuries, there were few group differences on laboratory computer-based tasks. Finally, the use of correlation analyses confirmed distinct sleep-wake relationships for each group. In sum, the mechanisms contributing to sleep disruption in TBI are particular to this condition, and unique neurobiological mechanisms predict the experience of insomnia versus daytime fatigue following a TBI. An understanding of how sleep becomes disrupted after a TBI is important to directing future research and neurorehabilitation.

Individual Differences in Global/Local Processing Bias and the Attentional Blink

When the second of two targets (T2) is presented temporally close to the first target (T1) in rapid serial visual presentation, accuracy to detect/identify T2 is markedly reduced as compared to longer target separations. This is known as the attentional blink (AB), and is thought to reflect a limitation of selective attention. While most individuals show an AB, research has demonstrated that individuals are variously susceptible to this effect. To explain these differences, Dale and Arnell (2010) examined whether dispositional differences in attentional breadth, as measured by the Navon letter task, could predict individual AB magnitude. They found that individuals who showed a natural bias toward the broad, global level of Navon letter stimuli were less susceptible to the AB as compared to individuals who showed a natural bias toward the detailed, local aspects of Navon letter stimuli. This suggests that individuals who naturally broaden their attention can overcome the AB. However, it was unclear how stable these individual differences were over time, and whether a variety of global/local tasks could predict AB performance. As such, the purpose of this dissertation was to investigate, through four empirical studies, the nature of individual differences in both global/local bias and the AB, and how these differences in attentional breadth can modulate AB performance. Study 1 was designed to examine the stability of dispositional global/local biases over time, as well as the relationships among three different global/local processing measures. Study 2 examined the stability of individual differences in the AB, as well as the relationship among two distinct AB tasks. Study 3 examined whether the three distinct global/local tasks used in Study 1 could predict performance on the two AB tasks from Study 2. Finally, Study 4 explored whether individual differences in global/local bias could be manipulated by exposing participants to high/low spatial frequencies and Navon stimuli. In Study 1, I showed that dispositional differences in global/local bias were reliable over a period of at least a week, demonstrating that these individual biases may be trait-like. However, the three tasks that purportedly measure global/local bias were unrelated to each other, suggesting that they measure unique aspects of global/local processing. In Study 2, I found that individual variation in AB performance was also reliable over a period of at least a week, and that the two AB task versions were correlated. Study 3 showed that dispositional global/local biases, as measured by the three tasks from Study 1, predicted AB magnitude, such that individuals who were naturally globally biased had smaller ABs. Finally, in Study 4 I demonstrated that these dispositional global/local biases are resistant to both spatial frequency and Navon letter manipulations, indicating that these differences are robust and intractable. Overall, the results of the four studies in this dissertation help clarify the role of individual differences in attentional breadth in selective attention.

Blocking Top-down awareness of Kanizsa Figures: An ERP Investigation into Bottom-up Processing of Illusory Contours

Neural models of the processing of illusory contour (ICs) diverge from one another in terms of their emphasis on bottom-up versus top-down constituents. The current study uses a dichoptic fusion paradigm to block top-down awareness of ICs in order to examine possible bottom-up effects. Group results indicate that the N170 ERP component is particularly sensitive to ICs at central occipital sites when top-down awareness of the stimulus is permitted. Furthermore, single-subject statistics reveal that the IC N170 ERP effect is highly variable across individuals in terms of timing and topographical spread. The results suggest that the ubiquitous N170 effect to ICs found in the literature depends, at least in part, on participants’ awareness of the stimulus. Therefore a strong bottom-up model of IC processing at the time of the N170 is unlikely.

Empathy and Emotion Processing in Mild Head Injury and Sub-clinical Psychopathy

The current study sought to investigate the nature of empathic responding and emotion processing in persons who have experienced Mild Head Injury (MHI) and how this relationship between empathetic responding and head injury status may differ in those with higher psychopathic characteristics (i.e., subclinical psychopathy). One-hundred university students (36% reporting having a previous MHI) completed an Emotional Processing Task (EPT) using images of neutral and negative valence (IAPS, 2008) designed to evoke empathy; physiological responses were recorded. Additionally, participants completed measures of cognitive competence and various individual differences (empathy - QCAE; Reniers, 2011; Psychopathy - SRP-III, Williams, Paulhus & Hare, 2007) and demographics questionnaires. MHI was found to be associated with lower affective empathy and physiological reactivity (pulse rate) while viewing images irrespective of valence, reflecting a pattern of generalized underarousal. The empathic deficits observed correlated with the individual’s severity of injury such that the greater number of injury characteristics and symptoms endorsed by a subject, the more dampened the affective and cognitive empathy reactions to stimuli and the lower his/her physiological reactivity. Importantly, psychopathy interacted with head injury status such that the effects of psychopathy were significant only for individuals indicating a MHI. This group, i.e., MHI subjects who scored higher on psychopathy, displayed the greatest compromise in empathic responding. Interestingly, the Callous Affect component of psychopathy was found to account for the empathic and emotion processing deficits observed for individuals who report a MHI; in contrast, the Interpersonal Manipulation component emerged as a better predictor of empathic and emotion deficits observed in the No MHI group. These different patterns may indicate the involvement of different underlying processes in the manifestation of empathic deficits associated with head injury or subclinical psychopathy. It also highlights the importance of assessing for prior head injury in populations with higher psychopathic characteristics due to the possible combined/enhanced influences. The results of this study have important social implications for persons who have experienced a concussion or limited neural trauma since even subtle injury to the head may be sufficient to produce dampened emotion processing, thereby impacting one’s social interactions and engagement (i.e., at risk for social isolation or altered interpersonal success). Individuals who experience MHI in conjunction with certain personality profiles (e.g., higher psychopathic characteristics) may be particularly at risk for being less capable of empathic compassion and socially-acceptable pragmatics and, as a result, may not be responsive to another person’s emotional well-being.

Intra- and inter-hemispheric interactions in somatosensory processing of pain : dynamical causal modeling analysis of fMRI data

La douleur est une expérience perceptive comportant de nombreuses dimensions. Ces dimensions de douleur sont inter-reliées et recrutent des réseaux neuronaux qui traitent les informations correspondantes. L’élucidation de l'architecture fonctionnelle qui supporte les différents aspects perceptifs de l'expérience est donc une étape fondamentale pour notre compréhension du rôle fonctionnel des différentes régions de la matrice cérébrale de la douleur dans les circuits corticaux qui sous tendent l'expérience subjective de la douleur. Parmi les diverses régions du cerveau impliquées dans le traitement de l'information nociceptive, le cortex somatosensoriel primaire et secondaire (S1 et S2) sont les principales régions généralement associées au traitement de l'aspect sensori-discriminatif de la douleur. Toutefois, l'organisation fonctionnelle dans ces régions somato-sensorielles n’est pas complètement claire et relativement peu d'études ont examiné directement l'intégration de l'information entre les régions somatiques sensorielles. Ainsi, plusieurs questions demeurent concernant la relation hiérarchique entre S1 et S2, ainsi que le rôle fonctionnel des connexions inter-hémisphériques des régions somatiques sensorielles homologues. De même, le traitement en série ou en parallèle au sein du système somatosensoriel constitue un autre élément de questionnement qui nécessite un examen plus approfondi. Le but de la présente étude était de tester un certain nombre d'hypothèses sur la causalité dans les interactions fonctionnelle entre S1 et S2, alors que les sujets recevaient des chocs électriques douloureux. Nous avons mis en place une méthode de modélisation de la connectivité, qui utilise une description de causalité de la dynamique du système, afin d'étudier les interactions entre les sites d'activation définie par un ensemble de données provenant d'une étude d'imagerie fonctionnelle. Notre paradigme est constitué de 3 session expérimentales en utilisant des chocs électriques à trois différents niveaux d’intensité, soit modérément douloureux (niveau 3), soit légèrement douloureux (niveau 2), soit complètement non douloureux (niveau 1). Par conséquent, notre paradigme nous a permis d'étudier comment l'intensité du stimulus est codé dans notre réseau d'intérêt, et comment la connectivité des différentes régions est modulée dans les conditions de stimulation différentes. Nos résultats sont en faveur du mode sériel de traitement de l’information somatosensorielle nociceptive avec un apport prédominant de la voie thalamocorticale vers S1 controlatérale au site de stimulation. Nos résultats impliquent que l'information se propage de S1 controlatéral à travers notre réseau d'intérêt composé des cortex S1 bilatéraux et S2. Notre analyse indique que la connexion S1→S2 est renforcée par la douleur, ce qui suggère que S2 est plus élevé dans la hiérarchie du traitement de la douleur que S1, conformément aux conclusions précédentes neurophysiologiques et de magnétoencéphalographie. Enfin, notre analyse fournit des preuves de l'entrée de l'information somatosensorielle dans l'hémisphère controlatéral au côté de stimulation, avec des connexions inter-hémisphériques responsable du transfert de l'information à l'hémisphère ipsilatéral.

The role of sleep and dreaming in the processing of episodic memory

La présente thèse examine les liens entre le sommeil, la mémoire épisodique et les rêves. Dans une première étude, nous utilisons les technologies de la réalité virtuelle (RV) en liaison avec un paradigme de privation de sommeil paradoxal et de collecte de rêve en vue d'examiner l'hypothèse que le sommeil paradoxal et le rêve sont impliqués dans la consolidation de la mémoire épisodique. Le sommeil paradoxal a été associé au rappel des aspects spatiaux des éléments émotionnels de la tâche RV. De la même façon, l'incorporation de la tâche RV dans les rêves a été associée au rappel des aspects spatiaux de la tâche. De plus, le rappel des aspects factuels et perceptuels de la mémoire épisodique, formé lors de la tâche VR, a été associé au sommeil aux ondes lentes. Une deuxième étude examine l'hypothèse selon laquelle une fonction possible du rêve pourrait être de créer de nouvelles associations entre les éléments de divers souvenirs épisodiques. Un participant a été réveillé 43 fois lors de l'endormissement pour fournir des rapports détaillés de rêves. Les résultats suggèrent qu'un seul rêve peut comporter, dans un même contexte spatiotemporel, divers éléments appartenant aux multiples souvenirs épisodiques. Une troisième étude aborde la question de la cognition lors du sommeil paradoxal, notamment comment les aspects bizarres des rêves, qui sont formés grâce aux nouvelles combinaisons d'éléments de la mémoire épisodique, sont perçus par le rêveur. Les résultats démontrent une dissociation dans les capacités cognitives en sommeil paradoxal caractérisée par un déficit sélectif dans l'appréciation des éléments bizarres des rêves. Les résultats des quatre études suggèrent que le sommeil aux ondes lentes et le sommeil paradoxal sont différemment impliqués dans le traitement de la mémoire épisodique. Le sommeil aux ondes lentes pourrait être implique dans la consolidation de la mémoire épisodique, et le sommeil paradoxal, par l'entremise du rêve, pourrais avoir le rôle d'introduire de la flexibilité dans ce système mnémonique.

Effect of mindfulness meditation on the neural substrates of emotion processing and resting state in experienced and beginner meditators

La méditation par le ‘mindfulness’ favorise la stabilité émotionelle, mais les mécanismes neuroneux qui sous-tendent ces effets sont peu connus. Ce projet investiga l’effet du ‘mindfulness’ sur les réponses cérébrales et subjectives à des images négatives, positives et neutres chez des méditants expérimentés et des débutants au moyen de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Le ‘mindfulness’ atténua l’intensité émotionelle via différents mécanismes cérébraux pour chaque groupe. Comparés aux méditants, les débutants manifestèrent une déactivation de l’amygdale en réponse aux stimuli émotifs durant le ‘mindfulness’. Comparés aux débutants, les méditants exhibèrent une déactivation de régions du réseau du mode par défaut (RMD) pendant le ‘mindfulness’ pour tous stimuli (cortex médian préfrontal [CMP], cortex cingulaire postérieur [CCP]). Le RMD est constitué de régions fonctionnellement connectées, activées au repos et déactivées lors de tâches explicites. Cependant, nous ne connaissons pas les impacts de l’entraînement par la méditation sur la connectivité entre régions du RMD et si ces effets persistent au-delà d’un état méditatif. La connectivité fonctionnelle entre régions du RMD chez les méditants et débutants au repos fut investiguée au moyen de l’IRMf. Comparés aux débutants, les méditants montrèrent une connectivité affaiblie entre subdivisions du CMP, et une connectivité accrue entre le lobule pariétal inférieur et trois regions du RMD. Ces résultats reflètent que les bienfaits immédiats du ‘mindfulness’ sur la psychopathologie pourraient être dûs à une déactivation de régions limbiques impliquées dans la réactivité émotionelle. De plus, les bienfaits à long-terme de la méditation sur la stabilité émotionelle pourrait être dûs à une déactivation de régions corticales et cingulaires impliquées dans l’évaluation de la signification émotive et une connectivité altérée entre régions du RMD à l’état de repos.

Visual information processing during conscious and non-conscious face perception

Les stimuli naturels projetés sur nos rétines nous fournissent de l’information visuelle riche. Cette information varie le long de propriétés de « bas niveau » telles que la luminance, le contraste, et les fréquences spatiales. Alors qu’une partie de cette information atteint notre conscience, une autre partie est traitée dans le cerveau sans que nous en soyons conscients. Les propriétés de l’information influençant l’activité cérébrale et le comportement de manière consciente versus non-consciente demeurent toutefois peu connues. Cette question a été examinée dans les deux derniers articles de la présente thèse, en exploitant les techniques psychophysiques développées dans les deux premiers articles. Le premier article présente la boîte à outils SHINE (spectrum, histogram, and intensity normalization and equalization), développée afin de permettre le contrôle des propriétés de bas niveau de l'image dans MATLAB. Le deuxième article décrit et valide la technique dite des bulles fréquentielles, qui a été utilisée tout au long des études de cette thèse pour révéler les fréquences spatiales utilisées dans diverses tâches de perception des visages. Cette technique offre les avantages d’une haute résolution au niveau des fréquences spatiales ainsi que d’un faible biais expérimental. Le troisième et le quatrième article portent sur le traitement des fréquences spatiales en fonction de la conscience. Dans le premier cas, la méthode des bulles fréquentielles a été utilisée avec l'amorçage par répétition masquée dans le but d’identifier les fréquences spatiales corrélées avec les réponses comportementales des observateurs lors de la perception du genre de visages présentés de façon consciente versus non-consciente. Les résultats montrent que les mêmes fréquences spatiales influencent de façon significative les temps de réponse dans les deux conditions de conscience, mais dans des sens opposés. Dans le dernier article, la méthode des bulles fréquentielles a été combinée à des enregistrements intracrâniens et au Continuous Flash Suppression (Tsuchiya & Koch, 2005), dans le but de cartographier les fréquences spatiales qui modulent l'activation de structures spécifiques du cerveau (l'insula et l'amygdale) lors de la perception consciente versus non-consciente des expressions faciales émotionnelles. Dans les deux régions, les résultats montrent que la perception non-consciente s'effectue plus rapidement et s’appuie davantage sur les basses fréquences spatiales que la perception consciente. La contribution de cette thèse est donc double. D’une part, des contributions méthodologiques à la recherche en perception visuelle sont apportées par l'introduction de la boîte à outils SHINE ainsi que de la technique des bulles fréquentielles. D’autre part, des indications sur les « corrélats de la conscience » sont fournies à l’aide de deux approches différentes.

A Psychophysical Assessment of Multisensory Processing and Multiple Object Tracking in Autism Spectrum Disorders

Les troubles du spectre autistique (TSA) sont actuellement caractérisés par une triade d'altérations, incluant un dysfonctionnement social, des déficits de communication et des comportements répétitifs. L'intégration simultanée de multiples sens est cruciale dans la vie quotidienne puisqu'elle permet la création d'un percept unifié. De façon similaire, l'allocation d'attention à de multiples stimuli simultanés est critique pour le traitement de l'information environnementale dynamique. Dans l'interaction quotidienne avec l'environnement, le traitement sensoriel et les fonctions attentionnelles sont des composantes de base dans le développement typique (DT). Bien qu'ils ne fassent pas partie des critères diagnostiques actuels, les difficultés dans les fonctions attentionnelles et le traitement sensoriel sont très courants parmi les personnes autistes. Pour cela, la présente thèse évalue ces fonctions dans deux études séparées. La première étude est fondée sur la prémisse que des altérations dans le traitement sensoriel de base pourraient être à l'origine des comportements sensoriels atypiques chez les TSA, tel que proposé par des théories actuelles des TSA. Nous avons conçu une tâche de discrimination de taille intermodale, afin d'investiguer l'intégrité et la trajectoire développementale de l'information visuo-tactile chez les enfants avec un TSA (N = 21, âgés de 6 à18 ans), en comparaison à des enfants à DT, appariés sur l’âge et le QI de performance. Dans une tâche à choix forcé à deux alternatives simultanées, les participants devaient émettre un jugement sur la taille de deux stimuli, basé sur des inputs unisensoriels (visuels ou tactiles) ou multisensoriels (visuo-tactiles). Des seuils différentiels ont évalué la plus petite différence à laquelle les participants ont été capables de faire la discrimination de taille. Les enfants avec un TSA ont montré une performance diminuée et pas d'effet de maturation aussi bien dans les conditions unisensorielles que multisensorielles, comparativement aux participants à DT. Notre première étude étend donc des résultats précédents d'altérations dans le traitement multisensoriel chez les TSA au domaine visuo-tactile. Dans notre deuxième étude, nous avions évalué les capacités de poursuite multiple d’objets dans l’espace (3D-Multiple Object Tracking (3D-MOT)) chez des adultes autistes (N = 15, âgés de 18 à 33 ans), comparés à des participants contrôles appariés sur l'âge et le QI, qui devaient suivre une ou trois cibles en mouvement parmi des distracteurs dans un environnement de réalité virtuelle. Les performances ont été mesurées par des seuils de vitesse, qui évaluent la plus grande vitesse à laquelle des observateurs sont capables de suivre des objets en mouvement. Les individus autistes ont montré des seuils de vitesse réduits dans l'ensemble, peu importe le nombre d'objets à suivre. Ces résultats étendent des résultats antérieurs d'altérations au niveau des mécanismes d'attention en autisme quant à l'allocation simultanée de l'attention envers des endroits multiples. Pris ensemble, les résultats de nos deux études révèlent donc des altérations chez les TSA quant au traitement simultané d'événements multiples, que ce soit dans une modalité ou à travers des modalités, ce qui peut avoir des implications importantes au niveau de la présentation clinique de cette condition.

Early adversity, brain development and emotion processing in monozygotic twins

Il existe actuellement de nombreuses preuves démontrant que des facteurs génétiques et environnementaux interagissent pendant des périodes spécifiques du développement pour rendre une personne vulnérable aux troubles psychologiques via diverses adaptations physiologiques. Cette thèse porte sur l'impact de l’adversité prénatale (représentée par le petit poids à la naissance, PPN) et de l’adversité postnatale précoce (symptômes dépressifs maternels et comportements maternels négatifs), sur le développement du cerveau, particulièrement les régions fronto-limbiques impliquées dans le traitement des émotions, pendant l'enfance et l'adolescence. Des jumeaux monozygotes (MZ) sont utilisés, lorsque possible, afin de contrôler pour les effets génétiques. Les chapitres 1 et 2 présentent les résultats de la vérification de l'hypothèse que l’adversité prénatale et postnatale précoce sont associées à une altération du fonctionnement des régions fronto-limbique tels que l’amygdale, l’hippocampe, l’insula, le cortex cingulaire antérieur et le cortex préfrontal, en réponse à des stimuli émotifs chez des enfants et des adolescents. On observe que les symptômes dépressifs maternels sont associés à une activation plus élevée des régions fronto-limbiques des enfants en réponse à la tristesse. Les résultats de l’étude avec des adolescents suggèrent que le PPN, les symptômes dépressifs et les comportements maternels négatifs sont associés à une fonction altérée des régions fronto-limbiques en réponse à des stimuli émotionnels. Chez les jumeaux MZ on observe également que la discordance intra-paire de PPN et de certains comportements maternels est associée à une discordance intra-paire du fonctionnement du cerveau et que ces altérations diffèrent selon le sexe. Le chapitre 3 présente les résultats de la vérification de l'hypothèse que l’adversité prénatale et postnatale précoce sont associées à un volume total réduit du cerveau et de l’hypothèse que les comportements maternels peuvent servir de médiateur ou de modérateur de l'association entre le PPN et le volume du cerveau. Avec des jumeaux MZ à l’adolescence on observe a) que le PPN est effectivement associé à une diminution du volume total du cerveau et b) que la discordance intra-paire de PPN est associée à une discordance du volume du cerveau. En somme, cette thèse présente un ensemble de résultats qui soutiennent deux hypothèses importantes pour comprendre les effets de l’environnement sur le développement du cerveau : que l’environnement prénatal et postnatal précoce ont un impact sur le développement du cerveau indépendamment du code génétique et que les mécanismes impliqués peuvent différer entre les garçons et les filles. Finalement, l’ensemble de ces résultats sont discutés à la lumière des autres travaux de recherche dans ce domaine et des avenues à explorer pour de la recherche ultérieure sont proposées.