Processing of wh-questions in a case of posterior cortical atrophy

Posterior cortical atrophy (PCA) is a type of dementia that is characterized by visuo-spatial and memory deficits, dyslexia and dysgraphia, relatively early onset and preserved insight. Language deficits have been reported in some cases of PCA. Using an off-line grammaticality judgement task, processing of wh-questions is investigated in a case of PCA. Other aspects of auditory language are also reported. It is shown that processing of wh-questions is influenced by syntactic structure, a novel finding in this condition. The results are discussed with reference to accounts of wh-questions in aphasia. An uneven profile of other language abilities is reported with deficits in digit span (forward, backward), story retelling ability, comparative questions but intact abilities in following commands, repetition, concept definition, generative naming and discourse comprehension.

Flavonoids as modulators of memory and learning: molecular interactions resulting in behavioural effects

There is considerable interest in the potential of a group of dietary-derived phytochemicals known as flavonoids in modulating neuronal function and thereby influencing memory, learning and cognitive function. The present review begins by detailing the molecular events that underlie the acquisition and consolidation of new memories in the brain in order to provide a critical background to understanding the impact of flavonoid-rich diets or pure flavonoids on memory. Data suggests that despite limited brain bioavailability, dietary supplementation with flavonoid-rich foods, such as blueberry, green tea and Ginkgo biloba lead to significant reversals of age-related deficits on spatial memory and learning. Furthermore, animal and cellular studies suggest that the mechanisms underpinning their ability to induce improvements in memory are linked to the potential of absorbed flavonoids and their metabolites to interact with and modulate critical signalling pathways, transcription factors and gene and/or protein expression which control memory and learning processes in the hippocampus; the brain structure where spatial learning occurs. Overall, current evidence suggests that human translation of these animal investigations are warranted, as are further studies, to better understand the precise cause-and-effect relationship between flavonoid intake and cognitive outputs.

Cognitive and environmental factors influencing the process of spatial knowledge acquisition within virtual reality environments

As the fidelity of virtual environments (VE) continues to increase, the possibility of using them as training platforms is becoming increasingly realistic for a variety of application domains, including military and emergency personnel training. In the past, there was much debate on whether the acquisition and subsequent transfer of spatial knowledge from VEs to the real world is possible, or whether the differences in medium during training would essentially be an obstacle to truly learning geometric space. In this paper, the authors present various cognitive and environmental factors that not only contribute to this process, but also interact with each other to a certain degree, leading to a variable exposure time requirement in order for the process of spatial knowledge acquisition (SKA) to occur. The cognitive factors that the authors discuss include a variety of individual user differences such as: knowledge and experience; cognitive gender differences; aptitude and spatial orientation skill; and finally, cognitive styles. Environmental factors discussed include: Size, Spatial layout complexity and landmark distribution. It may seem obvious that since every individual's brain is unique - not only through experience, but also through genetic predisposition that a one size fits all approach to training would be illogical. Furthermore, considering that various cognitive differences may further emerge when a certain stimulus is present (e.g. complex environmental space), it would make even more sense to understand how these factors can impact spatial memory, and to try to adapt the training session by providing visual/auditory cues as well as by changing the exposure time requirements for each individual. The impact of this research domain is important to VE training in general, however within service and military domains, guaranteeing appropriate spatial training is critical in order to ensure that disorientation does not occur in a life or death scenario.

Percepção de tempo e outras funções cognitivas, funcionalidade motora e o nível de atividade física de idosos com Doença de Alzheimer no estágio leve

Pós-graduação em Ciências da Motricidade - IBRC

Brain metabolite composition in relation to cognitive function and dystrophin mutations in boys with Duchenne muscular dystrophy

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a hereditary X-linked recessive disorder affecting the synthesis of dystrophin, a protein essential for structural stability in muscle. Dystrophin also occurs in the central nervous system, particularly in the neocortex, hippocampus and cerebellum. Quantitative metabolic analysis by localized (1) H MRS was performed in the cerebellum (12 patients and 15 controls) and a temporo-parietal location (eight patients and 15 controls) in patients with DMD and healthy controls to investigate possible metabolic differences. In addition, the site of individual mutations on the dystrophin gene was analyzed and neuropsychological cognitive functions were examined. Cognitive deficits in the patient group were found in line with earlier investigations, mainly concerning verbal short-term memory, visuo-spatial long-term memory and verbal fluency, but also the full-scale IQ. Causal mutations were identified in all patients with DMD. Quantitative MRS showed consistent choline deficits, in both cerebellar white matter and temporo-parietal cortex, as well as small, but significant, metabolic abnormalities for glutamate and total N-acetyl compounds in the temporo-parietal region. Compartment water analysis did not reveal any abnormalities. In healthy subjects, choline levels were age related in the cerebellum. The choline deficit contrasts with earlier findings in DMD, where a surplus of choline was postulated for the cerebellum. In patients, total N-acetyl compounds in the temporo-parietal region were related to verbal IQ and verbal short-term memory. However, choline, the putative main metabolic abnormality, was not found to be associated with cognitive deficits. Furthermore, in contrast with the cognitive performance, the metabolic brain composition did not depend significantly on whether or not gene mutations concerned the expression of the dystrophin isoform Dp140, leading to the conclusion that the effect of the missing Dp140 isoform on cognitive performance is not mediated through the observed metabolite composition, or is caused by local effects beyond the resolution accessible to MRS investigations.

Embedding Spatial Software Visualization in the IDE: an Exploratory Study

Software visualization can be of great use for understanding and exploring a software system in an intuitive manner. Spatial representation of software is a promising approach of increasing interest. However, little is known about how developers interact with spatial visualizations that are embedded in the IDE. In this paper, we present a pilot study that explores the use of Software Cartography for program comprehension of an unknown system. We investigated whether developers establish a spatial memory of the system, whether clustering by topic offers a sound base layout, and how developers interact with maps. We report our results in the form of observations, hypotheses, and implications. Key findings are a) that developers made good use of the map to inspect search results and call graphs, and b) that developers found the base layout surprising and often confusing. We conclude with concrete advice for the design of embedded software maps

Intra-hippocampal administration of the VEGF receptor blocker PTK787/ZK222584 impairs long-term memory.

A number of studies have established a role for vascular endothelial growth factor (VEGF) in angiogenesis. Recent reports have shown that VEGF overexpression in the hippocampus improves learning and memory and is associated with enhanced neurogenesis. PTK787/ZK222584 (PTK/ZK) is a reported inhibitor of VEGFR signaling that is currently being tested for its effects on lung and colon cancer. However, the influence of this drug on cognition has not been examined. In the present study, we questioned if post-training administration of PTK/ZK influences hippocampus-dependent memory. When administered to rats immediately following massed training in the Morris water maze, PTK/ZK impaired spatial memory retention tested 48 h later. This impairment was evidenced by increased latency to the hidden platform and fewer platform crossings. However, this impairment was not associated with a change in neurogenesis during this time frame. PTK/ZK infusion did not reduce VEGFR or AKT phosphorylation, but increased the phosphorylation of ERK. These studies suggest that VEGFR inhibitors such as PTK/ZK may negatively influence cognition.

Spatial learning with a minislab in the dorsal hippocampus.

We have determined the volume and location of hippocampal tissue required for normal acquisition of a spatial memory task. Ibotenic acid was used to make bilateral symmetric lesions of 20-100% of hippocampal volume. Even a small transverse block (minislab) of the hippocampus (down to 26% of the total) could support spatial learning in a water maze, provided it was at the septal (dorsal) pole of the hippocampus. Lesions of the septal pole, leaving 60% of the hippocampi intact, caused a learning deficit, although normal electrophysiological responses, synaptic plasticity, and preserved acetylcholinesterase staining argue for adequate function of the remaining tissue. Thus, with an otherwise normal brain, hippocampal-dependent spatial learning only requires a minislab of dorsal hippocampal tissue.

Impaired memory and olfactory performance in NaSi-1 sulphate transporter deficient mice

In the present study, NaSi-l sulphate transporter knock-out (Nas1-/-) mice, an animal model of hyposulphataernia, were examined for spatial memory and learning in a Morris water maze, and for olfactory function in a cookie test. The Nas1-/- mice displayed significantly (P < 0.05) increased latencies to find an escape platform in the reversal teaming trials at 2 days but not 1 day after the last acquisition trial in a Morris water maze test. suggesting that Nas1-/- mice may have proactive memory interference. While the wild-type (Ncis1+/+) mice showed a significant (P < 0.02) decrease in time to locate a hidden food reward over four trials after overnight fasting, Nas1-/- mice did not change their performance, resulting in significantly (P < 0.05) higher latencies when compared to their Nas1+/+ littermates. There were no significant differences between Nas1-/- and Nas1+/+ mice in the cookie test after moderate food deprivation. In addition, both Nas1-/- and Nas1+/+ mice displayed similar escape latencies in the acquisition phase of the Morris water maze test, suggesting that learning, motivation, vision and motor skills required for the task may not be affected in Nas1-/- mice. This is the first study to demonstrate an impairment in memory and olfactory performance in the hyposulphataemic Nas1-/- mouse. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Spatial perspective taking is an embodied process, but not for everyone in the same way:differences predicted by sex and social skills score

We re-analysed visuo-spatial perspective taking data from Kessler and Thomson (2010) plus a previously unpublished pilot with respect to individual- and sex differences in embodied processing (defined as body-posture congruence effects). We found that so-called 'systemisers' (males/low-social-skills) showed weaker embodiment than so-called 'embodiers' (females/high-social-skills). We conclude that 'systemisers' either have difficulties with embodied processing or, alternatively, they have a strategic advantage in selecting different mechanisms or the appropriate level of embodiment. In contrast, 'embodiers' have an advantageous strategy of "deep" embodied processing reflecting their urge to empathise or, alternatively, less flexibility in fine-tuning the involvement of bodily representations. © 2012 Copyright Taylor and Francis Group, LLC.

Parvalbumin-positive interneurons of the prefrontal cortex support working memory and cognitive flexibility

We were supported by the Biotechnology and Biological Sciences Research Council grant BB/H001123/1 (P.W.), the Medical Research Council grants G0601498 and G1100546/2 (P.W.), Tenovus Scotland Grant G09/17 (A.J.M.) and the University of Aberdeen (P.W.). We thank O. Tüscher for discussion, P. Teismann and the microscopy core facility at the University of Aberdeen for the use of microscopy equipment, L. Strachan, A. Plano, S. Deiana for help with behavioral testing.

Visual memory errors in Parkinson's disease patient with visual hallucinations

The occurrences of visual hallucinations seem to be more prevalent in low light and hallucinators tend to be more prone to false positive type errors in memory tasks. Here we investigated whether the richness of stimuli does indeed affect recognition differently in hallucinating and nonhallucinating participants, and if so whether this difference extends to identifying spatial context. We compared 36 Parkinson's disease (PD) patients with visual hallucinations, 32 Parkinson's patients without hallucinations, and 36 age-matched controls, on a visual memory task where color and black and white pictures were presented at different locations. Participants had to recognize the pictures among distracters along with the location of the stimulus. Findings revealed clear differences in performance between the groups. Both PD groups had impaired recognition compared to the controls, but those with hallucinations were significantly more impaired on black and white than on color stimuli. In addition, the group with hallucinations was significantly impaired compared to the other two groups on spatial memory. We suggest that not only do PD patients have poorer recognition of pictorial stimuli than controls, those who present with visual hallucinations appear to be more heavily reliant on bottom up sensory input and impaired on spatial ability.

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.

The relationship between early and intermediate level spatial vision during typical development and in autism spectrum disorder

Certaines recherches ont investigué le traitement visuel de bas et de plus hauts niveaux chez des personnes neurotypiques et chez des personnes ayant un trouble du spectre de l’autisme (TSA). Cependant, l’interaction développementale entre chacun de ces niveaux du traitement visuel n’est toujours pas bien comprise. La présente thèse a donc deux objectifs principaux. Le premier objectif (Étude 1) est d’évaluer l’interaction développementale entre l’analyse visuelle de bas niveaux et de niveaux intermédiaires à travers différentes périodes développementales (âge scolaire, adolescence et âge adulte). Le second objectif (Étude 2) est d’évaluer la relation fonctionnelle entre le traitement visuel de bas niveaux et de niveaux intermédiaires chez des adolescents et des adultes ayant un TSA. Ces deux objectifs ont été évalué en utilisant les mêmes stimuli et procédures. Plus précisément, la sensibilité de formes circulaires complexes (Formes de Fréquences Radiales ou FFR), définies par de la luminance ou par de la texture, a été mesurée avec une procédure à choix forcés à deux alternatives. Les résultats de la première étude ont illustré que l’information locale des FFR sous-jacents aux processus visuels de niveaux intermédiaires, affecte différemment la sensibilité à travers des périodes développementales distinctes. Plus précisément, lorsque le contour est défini par de la luminance, la performance des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les FFR sollicitant la perception globale. Lorsque les FFR sont définies par la texture, la sensibilité des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les conditions locales et globales. Par conséquent, le type d’information locale, qui définit les éléments locaux de la forme globale, influence la période à laquelle la sensibilité visuelle atteint un niveau développemental similaire à celle identifiée chez les adultes. Il est possible qu’une faible intégration visuelle entre les mécanismes de bas et de niveaux intermédiaires explique la sensibilité réduite des FFR chez les enfants. Ceci peut être attribué à des connexions descendantes et horizontales immatures ainsi qu’au sous-développement de certaines aires cérébrales du système visuel. Les résultats de la deuxième étude ont démontré que la sensibilité visuelle en autisme est influencée par la manipulation de l’information locale. Plus précisément, en présence de luminance, la sensibilité est seulement affectée pour les conditions sollicitant un traitement local chez les personnes avec un TSA. Cependant, en présence de texture, la sensibilité est réduite pour le traitement visuel global et local. Ces résultats suggèrent que la perception de formes en autisme est reliée à l’efficacité à laquelle les éléments locaux (luminance versus texture) sont traités. Les connexions latérales et ascendantes / descendantes des aires visuelles primaires sont possiblement tributaires d’un déséquilibre entre les signaux excitateurs et inhibiteurs, influençant ainsi l’efficacité à laquelle l’information visuelle de luminance et de texture est traitée en autisme. Ces résultats supportent l’hypothèse selon laquelle les altérations de la perception visuelle de bas niveaux (local) sont à l’origine des atypies de plus hauts niveaux chez les personnes avec un TSA.

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.