Investigating the effects of caffeine on executive functions using traditional Stroop and a new ecologically-valid virtual reality task, the Jansari assessment of Executive Functions (JEF©)

Objective: Caffeine has been shown to have effects on certain areas of cognition, but in executive functioning the research is limited and also inconsistent. One reason could be the need for a more sensitive measure to detect the effects of caffeine on executive function. This study used a new non-immersive virtual reality assessment of executive functions known as JEF© (the Jansari Assessment of Executive Function) alongside the ‘classic’ Stroop Colour- Word task to assess the effects of a normal dose of caffeinated coffee on executive function. Method: Using a double-blind, counterbalanced within participants procedure 43 participants were administered either a caffeinated or decaffeinated coffee and completed the ‘JEF©’ and Stroop tasks, as well as a subjective mood scale and blood pressure pre- and post condition on two separate occasions a week apart. JEF© yields measures for eight separate aspects of executive functions, in addition to a total average score. Results: Findings indicate that performance was significantly improved on the planning, creative thinking, event-, time- and action-based prospective memory, as well as total JEF© score following caffeinated coffee relative to the decaffeinated coffee. The caffeinated beverage significantly decreased reaction times on the Stroop task, but there was no effect on Stroop interference. Conclusion: The results provide further support for the effects of a caffeinated beverage on cognitive functioning. In particular, it has demonstrated the ability of JEF© to detect the effects of caffeine across a number of executive functioning constructs, which weren’t shown in the Stroop task, suggesting executive functioning improvements as a result of a ‘typical’ dose of caffeine may only be detected by the use of more real-world, ecologically valid tasks.

Review Pages: Planning for Livable and Safe Cities: Energy, Pollution and the Degradation of the Urban Environment

Starting from the relationship between urban planning and mobility management, TeMA has gradually expanded the view of the covered topics, always remaining in the groove of rigorous scientific in-depth analysis. During the last two years a particular attention has been paid on the Smart Cities theme and on the different meanings that come with it. The last section of the journal is formed by the Review Pages. They have different aims: to inform on the problems, trends and evolutionary processes; to investigate on the paths by highlighting the advanced relationships among apparently distant disciplinary fields; to explore the interaction’s areas, experiences and potential applications; to underline interactions, disciplinary developments but also, if present, defeats and setbacks. Inside the journal the Review Pages have the task of stimulating as much as possible the circulation of ideas and the discovery of new points of view. For this reason the section is founded on a series of basic’s references, required for the identification of new and more advanced interactions. These references are the research, the planning acts, the actions and the applications, analysed and investigated both for their ability to give a systematic response to questions concerning the urban and territorial planning, and for their attention to aspects such as the environmental sustainability and the innovation in the practices. For this purpose the Review Pages are formed by five sections (Web Resources; Books; Laws; Urban Practices; News and Events), each of which examines a specific aspect of the broader information storage of interest for TeMA.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Spatial Assessment of Indices for Characterizing the Erosive Force of Rainfall in El Salvador Republic

Soil erosion data in El Salvador Republic are scarce and there is no rainfall erosivity map for this region. Considering that rainfall erosivity is an important guide for planning soil erosion control practices, a spatial assessment of indices for characterizing the erosive force of rainfall in El Salvador Republic was carried out. Using pluviometric records from 25 weather stations, we applied two methods: erosivity index equation and the Fournier index. In all study area, the rainiest period is from May to November. Annual values of erosivity index ranged from 7,196 to 17,856 MJ mm ha(-1) h(-1) year(-1) and the Fournier index ranged from 52.9 to 110.0 mm. The erosivity map showed that the study area can be broadly divided into three major erosion risk zones, and the Fournier index map was divided into four zones. Both methods revealed that the erosive force is severe in all study area and presented significant spatial correlation with each other. The erosive force in the country is concentrated mainly from May to November.

Motion Planning and Controls with Safety and Temporal Constraints

Motion planning, or trajectory planning, commonly refers to a process of converting high-level task specifications into low-level control commands that can be executed on the system of interest. For different applications, the system will be different. It can be an autonomous vehicle, an Unmanned Aerial Vehicle(UAV), a humanoid robot, or an industrial robotic arm. As human machine interaction is essential in many of these systems, safety is fundamental and crucial. Many of the applications also involve performing a task in an optimal manner within a given time constraint. Therefore, in this thesis, we focus on two aspects of the motion planning problem. One is the verification and synthesis of the safe controls for autonomous ground and air vehicles in collision avoidance scenarios. The other part focuses on the high-level planning for the autonomous vehicles with the timed temporal constraints. In the first aspect of our work, we first propose a verification method to prove the safety and robustness of a path planner and the path following controls based on reachable sets. We demonstrate the method on quadrotor and automobile applications. Secondly, we propose a reachable set based collision avoidance algorithm for UAVs. Instead of the traditional approaches of collision avoidance between trajectories, we propose a collision avoidance scheme based on reachable sets and tubes. We then formulate the problem as a convex optimization problem seeking control set design for the aircraft to avoid collision. We apply our approach to collision avoidance scenarios of quadrotors and fixed-wing aircraft. In the second aspect of our work, we address the high level planning problems with timed temporal logic constraints. Firstly, we present an optimization based method for path planning of a mobile robot subject to timed temporal constraints, in a dynamic environment. Temporal logic (TL) can address very complex task specifications such as safety, coverage, motion sequencing etc. We use metric temporal logic (MTL) to encode the task specifications with timing constraints. We then translate the MTL formulae into mixed integer linear constraints and solve the associated optimization problem using a mixed integer linear program solver. We have applied our approach on several case studies in complex dynamical environments subjected to timed temporal specifications. Secondly, we also present a timed automaton based method for planning under the given timed temporal logic specifications. We use metric interval temporal logic (MITL), a member of the MTL family, to represent the task specification, and provide a constructive way to generate a timed automaton and methods to look for accepting runs on the automaton to find an optimal motion (or path) sequence for the robot to complete the task.

Task profiling : A task-Based approach to measuring the integration of ICT in the classroom

The measurement of ICT (information and communication technology) integration is emerging as an area of research interest with such systems as Education Queensland including it in their recently released list of research priorities. Studies to trial differing integration measurement instruments have taken place within Australia in the last few years, particularly Western Australia (Trinidad, Clarkson, & Newhouse, 2004; Trinidad, Newhouse & Clarkson, 2005), Tasmania (Fitzallen 2005) and Queensland (Finger, Proctor, & Watson, 2005). This paper will add to these investigations by describing an alternate and original methodological approach which was trialled in a small-scale pilot study conducted jointly by Queensland Catholic Education Commission (QCEC) and the Centre of Learning Innovation, Queensland University of Technology (QUT) in late 2005. The methodology described is based on tasks which, through a process of profiling, can be seen to be artefacts which embody the internal and external factors enabling and constraining ICT integration.