Expertise sportive et entraînement perceptivo-cognitif de l’athlète

Pour être performant au plus haut niveau, les athlètes doivent posséder une capacité perceptivo-cognitive supérieure à la moyenne. Cette faculté, reflétée sur le terrain par la vision et l’intelligence de jeu des sportifs, permet d’extraire l’information clé de la scène visuelle. La science du sport a depuis longtemps observé l’expertise perceptivo-cognitive au sein de l’environnement sportif propre aux athlètes. Récemment, des études ont rapporté que l’expertise pouvait également se refléter hors de ce contexte, lors d’activités du quotidien par exemple. De plus, les récentes théories entourant la capacité plastique du cerveau ont amené les chercheurs à développer des outils pour entraîner les capacités perceptivo-cognitives des athlètes afin de les rendre plus performants sur le terrain. Ces méthodes sont la plupart du temps contextuelles à la discipline visée. Cependant, un nouvel outil d’entraînement perceptivo-cognitif, nommé 3-Dimensional Multiple Object Tracking (3D-MOT) et dénué de contexte sportif, a récemment vu le jour et a fait l’objet de nos recherches. Un de nos objectifs visait à mettre en évidence l’expertise perceptivo-cognitive spécifique et non-spécifique chez des athlètes lors d’une même étude. Nous avons évalué la perception du mouvement biologique chez des joueurs de soccer et des non-athlètes dans une salle de réalité virtuelle. Les sportifs étaient systématiquement plus performants en termes d’efficacité et de temps de réaction que les novices pour discriminer la direction du mouvement biologique lors d’un exercice spécifique de soccer (tir) mais également lors d’une action issue du quotidien (marche). Ces résultats signifient que les athlètes possèdent une meilleure capacité à percevoir les mouvements biologiques humains effectués par les autres. La pratique du soccer semble donc conférer un avantage fondamental qui va au-delà des fonctions spécifiques à la pratique d’un sport. Ces découvertes sont à mettre en parallèle avec la performance exceptionnelle des athlètes dans le traitement de scènes visuelles dynamiques et également dénuées de contexte sportif. Des joueurs de soccer ont surpassé des novices dans le test de 3D-MOT qui consiste à suivre des cibles en mouvement et stimule les capacités perceptivo-cognitives. Leur vitesse de suivi visuel ainsi que leur faculté d’apprentissage étaient supérieures. Ces résultats confirmaient des données obtenues précédemment chez des sportifs. Le 3D-MOT est un test de poursuite attentionnelle qui stimule le traitement actif de l’information visuelle dynamique. En particulier, l’attention sélective, dynamique et soutenue ainsi que la mémoire de travail. Cet outil peut être utilisé pour entraîner les fonctions perceptivo-cognitives des athlètes. Des joueurs de soccer entraînés au 3D-MOT durant 30 sessions ont montré une amélioration de la prise de décision dans les passes de 15% sur le terrain comparés à des joueurs de groupes contrôles. Ces données démontrent pour la première fois un transfert perceptivo-cognitif du laboratoire au terrain suivant un entraînement perceptivo-cognitif non-contextuel au sport de l’athlète ciblé. Nos recherches aident à comprendre l’expertise des athlètes par l’approche spécifique et non-spécifique et présentent également les outils d’entraînements perceptivo-cognitifs, en particulier le 3D-MOT, pour améliorer la performance dans le sport de haut-niveau.

Assessment of iodine intake and related cognitive function impairments in elementary schoolchildren from Terceira Island, Azores (Portugal)

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, 28 de Junho de 2016, Universidade dos Açores.

Neurobiology and clinical implications of lucid dreaming

Several lines of evidence converge to the idea that rapid eye movement sleep (REMS) is a good model to foster our understanding of psychosis. Both REMS and psychosis course with internally generated perceptions and lack of rational judgment, which is attributed to a hyperlimbic activity along with hypofrontality. Interestingly, some individuals can become aware of dreaming during REMS, a particular experience known as lucid dreaming (LD), whose neurobiological basis is still controversial. Since the frontal lobe plays a role in self-consciousness, working memory and attention, here we hypothesize that LD is associated with increased frontal activity during REMS. A possible way to test this hypothesis is to check whether transcranial magnetic or electric stimulation of the frontal region during REMS triggers LD. We further suggest that psychosis and LD are opposite phenomena: LD as a physiological awakening while dreaming due to frontal activity, and psychosis as a pathological intrusion of dream features during wake state due to hypofrontality. We further suggest that LD research may have three main clinical implications. First, LD could be important to the study of consciousness, including its pathologies and other altered states. Second, LD could be used as a therapy for recurrent nightmares, a common symptom of depression and post-traumatic stress disorder. Finally, LD may allow for motor imagery during dreaming with possible improvement of physical rehabilitation. In all, we believe that LD research may clarify multiple aspects of brain functioning in its physiological, altered and pathological states.

Marqueurs électrophysiologiques des dysfonctions attentionnelles et de leur récupération suite à un traumatisme craniocérébral léger

L’objectif principal de cette thèse était d’obtenir, via l’électrophysiologie cognitive, des indices de fonctionnement post-traumatisme craniocérébral léger (TCCL) pour différents niveaux de traitement de l’information, soit l’attention sélective, les processus décisionnels visuoattentionnels et les processus associés à l’exécution d’une réponse volontaire. L’hypothèse centrale était que les mécanismes de production des lésions de même que la pathophysiologie caractérisant le TCCL engendrent des dysfonctions visuoattentionnelles, du moins pendant la période aiguë suivant le TCCL (i.e. entre 1 et 3 mois post-accident), telles que mesurées à l’aide d’un nouveau paradigme électrophysiologique conçu à cet effet. Cette thèse présente deux articles qui décrivent le travail effectué afin de rencontrer ces objectifs et ainsi vérifier les hypothèses émises. Le premier article présente la démarche réalisée afin de créer une nouvelle tâche d’attention visuospatiale permettant d’obtenir les indices électrophysiologiques (amplitude, latence) et comportementaux (temps de réaction) liés aux processus de traitement visuel et attentionnel précoce (P1, N1, N2-nogo, P2, Ptc) à l’attention visuelle sélective (N2pc, SPCN) et aux processus décisionnels (P3b, P3a) chez un groupe de participants sains (i.e. sans atteinte neurologique). Le deuxième article présente l’étude des effets persistants d’un TCCL sur les fonctions visuoattentionelles via l’obtention des indices électrophysiologiques ciblés (amplitude, latence) et de données comportementales (temps de réaction à la tâche et résultats aux tests neuropsychologiques) chez deux cohortes d’individus TCCL symptomatiques, l’une en phase subaigüe (3 premiers mois post-accident), l’autre en phase chronique (6 mois à 1 an post-accident), en comparaison à un groupe de participants témoins sains. Les résultats des articles présentés dans cette thèse montrent qu’il a été possible de créer une tâche simple qui permet d’étudier de façon rapide et peu coûteuse les différents niveaux de traitement de l’information impliqués dans le déploiement de l’attention visuospatiale. Par la suite, l’utilisation de cette tâche auprès d’individus atteints d’un TCCL testés en phase sub-aiguë ou en phase chronique a permis d’objectiver des profils d’atteintes et de récupération différentiels pour chacune des composantes étudiées. En effet, alors que les composantes associées au traitement précoce de l’information visuelle (P1, N1, N2) étaient intactes, certaines composantes attentionnelles (P2) et cognitivo-attentionnelles (P3a, P3b) étaient altérées, suggérant une dysfonction au niveau des dynamiques spatio-temporelles de l’attention, de l’orientation de l’attention et de la mémoire de travail, à court et/ou à long terme après le TCCL, ceci en présence de déficits neuropsychologiques en phase subaiguë surtout et d’une symptomatologie post-TCCL persistante. Cette thèse souligne l’importance de développer des outils diagnostics sensibles et exhaustifs permettant d’objectiver les divers processus et sous-processus cognitifs susceptible d’être atteints après un TCCL.

Seeing it my way: a case of a selective deficit in inhibiting self-perspective

Little is known about the functional and neural architecture of social reasoning, one major obstacle being that we crucially lack the relevant tools to test potentially different social reasoning components. In the case of belief reasoning, previous studies tried to separate the processes involved in belief reasoning per se from those involved in the processing of the high incidental demands such as the working memory demands of typical belief tasks (e.g., Stone et al., 1998; Samson et al., 2004). In this study, we developed new belief tasks in order to disentangle, for the first time, two perspective taking components involved in belief reasoning: (1) the ability to inhibit one’s own perspective (self-perspective inhibition) and (2) the ability to infer someone else’s perspective as such (other-perspective taking). The two tasks had similar demands in other-perspective taking as they both required the participant to infer that a character has a false belief about an object’s location. However, the tasks varied in the self-perspective inhibition demands. In the task with the lowest self-perspective inhibition demands, at the time the participant had to infer the character’s false belief, he or she had no idea what the new object’s location was. In contrast, in the task with the highest self-perspective inhibition demands, at the time the participant had to infer the character’s false belief, he or she knew where the object was actually located (and this knowledge had thus to be inhibited). The two tasks were presented to a stroke patient, WBA, with right prefrontal and temporal damage. WBA performed well in the low-inhibition false belief task but showed striking difficulty in the task placing high self-perspective inhibition demands, showing a selective deficit in inhibiting self-perspective. WBA also made egocentric errors in other social and visual perspective taking tasks, indicating a difficulty with belief attribution extending to the attribution of emotions, desires and visual experiences to other people. The case of WBA, together with the recent report of three patients impaired in belief reasoning even when self-perspective inhibition demands were reduced (Samson et al., 2004), provide the first neuropsychological evidence that (a) the inhibition of one’s own point of view and (b) the ability to infer someone else’ s point of view, rely on distinct neural and functional processes.

Necessidade de cognição, memória de trabalho e recuperação de contra-exemplos para condicionais causais

A procura de contra-exemplos é provavelmente a fase mais importante do raciocí - nio dedutivo, uma vez que visa garantir a validade da conclusão. A explicação mais difundida para a diminuta procura de contra-exemplos é a capacidade limitada da memória de trabalho (Markovits & Barrouillet 2002; De Neys, Schaeken & d’Ydewalle, 2002; 2003; 2005a; 2005b) o que não parece ser suficiente para explicar a pouca iniciativa dos sujeitos em utilizarem a procura de contra-exemplos como estratégia de verificação (Oakhill, & Johnson-Laird, 1985). No presente trabalho testou-se a hipótese de que a necessidade de cognição dos sujeitos (Cacioppo & Petty, 1982) tem influência no processo de recuperação de contra-exemplos, para condicionais causais, de modo aprofundar o conhecimento das razões que levam a que os sujeitos procurem tão poucos contra-exemplos durante o raciocínio dedutivo (Oakhill, & Johnson-Laird, 1985; Johnson-laird, 2006). Para o efeito, um total de 60 participantes (15 alunos do mestrado integrado em psicologia, 15 alunos de doutoramento, 15 operários fabris e 15 empregados de mesa) realizou 3 tarefas: escala Necessidade de Cognição (Silva & Garcia-Marques, 2006), uma tarefa de raciocínio e uma tarefa para avaliar a capacidade da memória de trabalho (Guerreiro, Quelhas & Garcia-Madruga, 2006). Os resultados indicam que o processo de recuperação de contra-exemplos é influenciado pela necessidade de cognição e que esta influência além de significativa é superior à influência da capacidade da memória de trabalho.

Do 5-Year-Old Children Perform Dual-Task Coordination Better Than AD Patients?

A cross-sectional study was carried out to examine the pattern of changes in the capacity to coordinate attention between two simultaneously performed tasks in a group of 570 volunteers, from 5 to 17 years old. Method: The results revealed that the ability to coordinate attention increases with age, reaching adult values by age 15 years. Also, these results were compared with the performance in the same dual task of healthy elderly and Alzheimer disease (AD) patients found in a previous study. Results: The analysis indicated that AD patients showed a lower dual-tasking capacity than 5-year-old children, whereas the elderly presented a significantly higher ability than 5-year-old children and no significant differences with respect to young adults. Conclusion: These findings may suggest the presence of a working memory system’s mechanism that enables the division of attention, which is strengthened by the maturation of prefrontal cortex, and impaired in AD. (J. of Att. Dis. 2016; 20(2) 87-95)

Avaliação ecológica das funções executivas em crianças e adolescentes com perturbação de hiperatividade e défice de atenção

Objetivos: O presente estudo teve como primeiro objetivo estudar Funcionamento Executivo na Perturbação de Hiperatividade e Défice de Atenção (PHDA) e, como segundo, analisar o potencial das vinhetas como instrumento de avaliação ecológica nas Funções Executivas. Métodos: Neste estudo participaram 15 Pais de crianças com PHDA, com idades compreendidas entre o 6 e os 16 anos. As crianças foram avaliadas quantitativamente e qualitativamente pelos Pais. Quantitativamente foram avaliados nos 8 domínios específicos do Funcionamento Executivo: Controlo Inibitório, Flexibilidade, Controlo Emocional, Iniciativa, Memória de Trabalho, Planeamento/Organização, Organização de Materiais e Monitorização e nas subescalas do instrumento de avaliação. Qualitativamente foram avaliados a partir de vinhetas com situações do dia-a-dia. Para a avaliação das Funções Executivas foi utilizado o instrumento de avaliação ICAFE – P - Inventário Comportamental de Avaliação das Funções Executivas – Versão para Pais. Resultados: Os resultados sugerem que as maiores dificuldades no quotidiano se relacionam com vulnerabilidades na Memória de Trabalho. Parecem não existir grandes diferenças nas respostas dos pais em função do género. Já no que refere à faixa etária, os pais apresentam respostas diferentes. Conclusões: Constatou-se que a amostra apresenta, de um modo geral, problemas em todos os domínios presentes nas Funções Executivas. Destacando-se dificuldades acrescidas em situações de memória de trabalho e de planeamento. São necessários mais estudos sobre esta temática e com amostras superiores.

Hyperactivations frontales en mémoire de travail dans le trouble cognitif léger

Des études récentes ont rapporté que les individus âgés avec un trouble cognitif léger (TCL) ont de plus grandes activations en lien avec la réalisation d’une tâche cognitive que des personnes âgées saines. Des auteurs ont proposé que ces hyperactivations pourraient refléter des processus de plasticité cérébrale compensatoires ayant lieu pendant la phase précoce de la maladie d’Alzheimer. Des processus de compensations fonctionnelles pourraient émerger en réponse à une perte d’intégrité structurelle dans les régions du cerveau normalement requises pour compléter une tâche. Dans ce mémoire, j’ai évalué cette hypothèse chez des personnes avec TCL en faisant appel à une tâche de mémoire de travail comportant plusieurs niveaux de difficulté ainsi qu’aux techniques d’imagerie par résonnance magnétique (IRM) structurelle et fonctionnelle. Des analyses de régression multiples ont été utilisées afin d’identifier les régions cérébrales dont l’activité variait en fonction de l’intégrité neuronale telle que définie par le volume de l’hippocampe. Les valeurs estimées des paramètres du signal de ces régions furent ensuite extraites afin de procéder à des analyses corrélationnelles sur la performance ainsi que sur le volume de différentes structures cérébrales. Les résultats indiquent des hyperactivations dans les régions frontales droites chez les participants TCL souffrant d’une plus grande atteinte neuronale. De plus, le niveau d’activation est négativement corrélé au volume de structures frontales et pariétales. Ces résultats indique la présence d’une hyperactivation compensatoire dans la phase du TCL associée à la réalisation d’une tâche de mémoire de travail.

Assessing Decision Making Skill in Complex and Dynamic Environments Using Representative and Simulated Tasks

Traditional decision making research has often focused on one's ability to choose from a set of prefixed options, ignoring the process by which decision makers generate courses of action (i.e., options) in-situ (Klein, 1993). In complex and dynamic domains, this option generation process is particularly critical to understanding how successful decisions are made (Zsambok & Klein, 1997). When generating response options for oneself to pursue (i.e., during the intervention-phase of decision making) previous research has supported quick and intuitive heuristics, such as the Take-The-First heuristic (TTF; Johnson & Raab, 2003). When generating predictive options for others in the environment (i.e., during the assessment-phase of decision making), previous research has supported the situational-model-building process described by Long Term Working Memory theory (LTWM; see Ward, Ericsson, & Williams, 2013). In the first three experiments, the claims of TTF and LTWM are tested during assessment- and intervention-phase tasks in soccer. To test what other environmental constraints may dictate the use of these cognitive mechanisms, the claims of these models are also tested in the presence and absence of time pressure. In addition to understanding the option generation process, it is important that researchers in complex and dynamic domains also develop tools that can be used by `real-world' professionals. For this reason, three more experiments were conducted to evaluate the effectiveness of a new online assessment of perceptual-cognitive skill in soccer. This test differentiated between skill groups and predicted performance on a previously established test and predicted option generation behavior. The test also outperformed domain-general cognitive tests, but not a domain-specific knowledge test when predicting skill group membership. Implications for theory and training, and future directions for the development of applied tools are discussed.

Towards person-centered neuroimaging markers for resilience and vulnerability in Bipolar Disorder

Improved clinical care for Bipolar Disorder (BD) relies on the identification of diagnostic markers that can reliably detect disease-related signals in clinically heterogeneous populations. At the very least, diagnostic markers should be able to differentiate patients with BD from healthy individuals and from individuals at familial risk for BD who either remain well or develop other psychopathology, most commonly Major Depressive Disorder (MDD). These issues are particularly pertinent to the development of translational applications of neuroimaging as they represent challenges for which clinical observation alone is insufficient. We therefore applied pattern classification to task-based functional magnetic resonance imaging (fMRI) data of the n-back working memory task, to test their predictive value in differentiating patients with BD (n=30) from healthy individuals (n=30) and from patients' relatives who were either diagnosed with MDD (n=30) or were free of any personal lifetime history of psychopathology (n=30). Diagnostic stability in these groups was confirmed with 4-year prospective follow-up. Task-based activation patterns from the fMRI data were analyzed with Gaussian Process Classifiers (GPC), a machine learning approach to detecting multivariate patterns in neuroimaging datasets. Consistent significant classification results were only obtained using data from the 3-back versus 0-back contrast. Using contrast, patients with BD were correctly classified compared to unrelated healthy individuals with an accuracy of 83.5%, sensitivity of 84.6% and specificity of 92.3%. Classification accuracy, sensitivity and specificity when comparing patients with BD to their relatives with MDD, were respectively 73.1%, 53.9% and 94.5%. Classification accuracy, sensitivity and specificity when comparing patients with BD to their healthy relatives were respectively 81.8%, 72.7% and 90.9%. We show that significant individual classification can be achieved using whole brain pattern analysis of task-based working memory fMRI data. The high accuracy and specificity achieved by all three classifiers suggest that multivariate pattern recognition analyses can aid clinicians in the clinical care of BD in situations of true clinical uncertainty regarding the diagnosis and prognosis.

Hyperactivations frontales en mémoire de travail dans le trouble cognitif léger

Des études récentes ont rapporté que les individus âgés avec un trouble cognitif léger (TCL) ont de plus grandes activations en lien avec la réalisation d’une tâche cognitive que des personnes âgées saines. Des auteurs ont proposé que ces hyperactivations pourraient refléter des processus de plasticité cérébrale compensatoires ayant lieu pendant la phase précoce de la maladie d’Alzheimer. Des processus de compensations fonctionnelles pourraient émerger en réponse à une perte d’intégrité structurelle dans les régions du cerveau normalement requises pour compléter une tâche. Dans ce mémoire, j’ai évalué cette hypothèse chez des personnes avec TCL en faisant appel à une tâche de mémoire de travail comportant plusieurs niveaux de difficulté ainsi qu’aux techniques d’imagerie par résonnance magnétique (IRM) structurelle et fonctionnelle. Des analyses de régression multiples ont été utilisées afin d’identifier les régions cérébrales dont l’activité variait en fonction de l’intégrité neuronale telle que définie par le volume de l’hippocampe. Les valeurs estimées des paramètres du signal de ces régions furent ensuite extraites afin de procéder à des analyses corrélationnelles sur la performance ainsi que sur le volume de différentes structures cérébrales. Les résultats indiquent des hyperactivations dans les régions frontales droites chez les participants TCL souffrant d’une plus grande atteinte neuronale. De plus, le niveau d’activation est négativement corrélé au volume de structures frontales et pariétales. Ces résultats indique la présence d’une hyperactivation compensatoire dans la phase du TCL associée à la réalisation d’une tâche de mémoire de travail.

Cognitive and Visual Speech Contributions to Speech Perception in Challenging Listening Conditions

Speech perception routinely takes place in noisy or degraded listening environments, leading to ambiguity in the identity of the speech token. Here, I present one review paper and two experimental papers that highlight cognitive and visual speech contributions to the listening process, particularly in challenging listening environments. First, I survey the literature linking audiometric age-related hearing loss and cognitive decline and review the four proposed causal mechanisms underlying this link. I argue that future research in this area requires greater consideration of the functional overlap between hearing and cognition. I also present an alternative framework for understanding causal relationships between age-related declines in hearing and cognition, with emphasis on the interconnected nature of hearing and cognition and likely contributions from multiple causal mechanisms. I also provide a number of testable hypotheses to examine how impairments in one domain may affect the other. In my first experimental study, I examine the direct contribution of working memory (through a cognitive training manipulation) on speech in noise comprehension in older adults. My results challenge the efficacy of cognitive training more generally, and also provide support for the contribution of sentence context in reducing working memory load. My findings also challenge the ubiquitous use of the Reading Span test as a pure test of working memory. In a second experimental (fMRI) study, I examine the role of attention in audiovisual speech integration, particularly when the acoustic signal is degraded. I demonstrate that attentional processes support audiovisual speech integration in the middle and superior temporal gyri, as well as the fusiform gyrus. My results also suggest that the superior temporal sulcus is sensitive to intelligibility enhancement, regardless of how this benefit is obtained (i.e., whether it is obtained through visual speech information or speech clarity). In addition, I also demonstrate that both the cingulo-opercular network and motor speech areas are recruited in difficult listening conditions. Taken together, these findings augment our understanding of cognitive contributions to the listening process and demonstrate that memory, working memory, and executive control networks may flexibly be recruited in order to meet listening demands in challenging environments.

El videojuego League of legends y su efecto en memoria de trabajo visual y solución de problemas

El propósito de este estudio es medir los efectos que tiene el videojuego League of Legends en los procesos cognitivos de memoria de trabajo visual (MVT) y solución de problemas (SP). Para medir dichos efectos se implementó un diseño pre test-post con un grupo experimental y uno control, compuestos cada uno por siete participantes, en donde se evaluaron los procesos previamente mencionados utilizando los cubos de Corsi para MVT y las matrices del WAIS III para SP. Después de realizar los respectivos entrenamientos se encontraron resultados significativos en los diferentes momentos de aplicación. En el grupo experimental se encontraron diferencias en la variable dependiente SP, mientras que en el grupo control en MVT, pero no en la interacción entre grupos ni diferencias entre grupos, lo que sugiere un efecto de familiarización a la prueba.

Caracterización de la función cognitiva de niños con síndrome de down de 5 a 12 años en la ciudad de Bogotá

Los niños que padecen trisomía 21 poseen una serie de características físicas, neurológicas y neuropsicológicas específicas, las cuales han sido investigadas a profundidad en diferentes países, de lo cual se han desarrollado protocolos de evaluación para estos niños acorde a su nacionalidad (García, 2010). A pesar de que Colombia es uno de los países en los cuales el síndrome de Down se presenta con mayor frecuencia, hasta la fecha, no se encuentran estudios que enfaticen en las habilidades neuropsicológicas de esta población específica, por lo cual no se han desarrollado protocolos de evaluación adecuados para los niños con síndrome este síndrome. Esta investigación se llevó acabo con una población de 88 niños a los cuales se les aplicó el inventario de desarrollo BATTELLE, y se identificó que los niños con síndrome Down de 5 a 12 años obtienen un puntaje que se encuentra en 4 desviaciones estándar por debajo de la media típica. Lo anterior demuestra una característica específica de esta población en cuanto a patrones de desarrollo en las cuales, se evidencia dificultad más importante en las área cognición y de la comunicación expresiva. Con respecto a los intervalos de edad se identificó que a lo largo de estos el desempeño en las áreas evaluadas decrece. esto puede estar relacionado con la mayor complejidad de los hitos del desarrollo para una edad esperada. Debido a que los hitos del desarrollo esperados varían a lo largo de los periodos del ciclo vital del ser humano, estos tienden a aumentar su complejidad en etapas del desarrollo más avanzados; como estos niños poseen una serie de dificultades en las funciones ejecutivas y cognición, no lograrán alcanzar dichos hitos del desarrollo.