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We re-analysed visuo-spatial perspective taking data from Kessler and Thomson (2010) plus a previously unpublished pilot with respect to individual- and sex differences in embodied processing (defined as body-posture congruence effects).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.

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.

Função vísuo-espacial em paralisia cerebral e proposta de novo teste com a ajuda de computador

The first idea of this study is trat there may be a disturbance of the visuo-spatial function in cerebral palsy. This idea is based upon the theories of Luria and Piaget. The second idea of this study is that the computer can help the investigation of visuo-spatial function. With the intention of evaluating the spatial function in cerebral palsy, the literature related to these themes was revised. We justify the proposal of a new test to study visuo-spatial function. This test uses straight lines in four different orientations and the subject has to recognize and arrange them individually or sets of them. This was done through the use of pencil and papel, and computer. The results confirm that there is a spatial disturbance and that a better understanding of the subject's difficulties was made possible through the use of the computer and the Logo computer language.

Hemiparesia congênita avaliação neuropsicológica complementar utilizando computador

We present the neuropsychological assessment with computer aid of six cerebral palsy children. Three children had right hemiparesis and three, left hemiparesis. The tomographic examination showed parietal cavities (porencephalic cyst in 4 children, ischemic injury in 1 case and subarachnoid cyst in 1 case). We have proposed to assess the visuo-spatial function since we suspected the children could have disturbance of this function. We did not detect this disturbance. On the other hand, the children had astereognosia and the right hemiparetic children preferred to execute signs on the right part of the computer visor. We discuss and propose explanations for both findings.

Effects of reversible inactivation of the medial septum on rat exploratory behavior in the elevated plus-maze using a test-retest paradigm

The effect of intraseptal injections of lidocaine before a first or a second session in the elevated plus-maze, in a test-retest paradigm, was investigated. In addition to gross session analyses, a minute-by-minute analysis of the sessions was used to evaluate both anxiety and memory. Lidocaine injections before the test session produced increases in the frequency of entries, time spent and distance run in the open arms without affecting activity occurring in the closed arms. During the retest session, saline- and lidocaine-treated rats exhibited increased indices of anxiety and lidocaine-treated rats exhibited decreased closed-arm entries. The minute-by-minute analysis showed a faster decrease in anxiety-related behaviors during the test session by saline- than by lidocaine-treated rats and a significant decrease in closed-arm exploration by saline-treated rats, but not by lidocaine-treated ones. Lidocaine injection before the retest session produced increases in the frequency of entries, time spent and distance run in the open arms in the second session when compared with saline-treated rats. Minute-by-minute analysis showed an increase in the time spent in the open arms by lidocaine animals at the beginning of the retest session in comparison to saline animals and a significant decrease in closed-arm exploration by both groups. These results suggest that inactivation of the medial septum by lidocaine affects the expression of unconditioned and conditioned forms of anxiety in the elevated plus-maze and, in a lesser way, the acquisition and retention of spatial information. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Hyperdopaminergia and NMDA Receptor Hypofunction Disrupt Neural Phase Signaling

Neural phase signaling has gained attention as a putative coding mechanism through which the brain binds the activity of neurons across distributed brain areas to generate thoughts, percepts, and behaviors. Neural phase signaling has been shown to play a role in various cognitive processes, and it has been suggested that altered phase signaling may play a role in mediating the cognitive deficits observed across neuropsychiatric illness. Here, we investigated neural phase signaling in two mouse models of cognitive dysfunction: mice with genetically induced hyperdopaminergia [dopamine transporter knock-out (DAT-KO) mice] and mice with genetically induced NMDA receptor hypofunction [NMDA receptor subunit-1 knockdown (NR1-KD) mice]. Cognitive function in these mice was assessed using a radial-arm maze task, and local field potentials were recorded from dorsal hippocampus and prefrontal cortex as DAT-KO mice, NR1-KD mice, and their littermate controls engaged in behavioral exploration. Our results demonstrate that both DAT-KO and NR1-KD mice display deficits in spatial cognitive performance. Moreover, we show that persistent hyperdopaminergia alters interstructural phase signaling, whereas NMDA receptor hypofunction alters interstructural and intrastructural phase signaling. These results demonstrate that dopamine and NMDA receptor dependent glutamate signaling play a critical role in coordinating neural phase signaling, and encourage further studies to investigate the role that deficits in phase signaling play in mediating cognitive dysfunction.

Neuronal Correlates of Brain-derived Neurotrophic Factor Val66Met Polymorphism and Morphometric Abnormalities in Bipolar Disorder

The brain-derived neurotrophic factor (BDNF) Val66Met polymorphism has been proposed as a possible candidate for involvement in the pathophysiology of bipolar disorder ( BD). To determine whether an association exists between the BDNF Val66Met genotype and morphometric abnormalities of the brain regions involved in memory and learning in BD and healthy subjects. Forty-two BD patients and 42 healthy subjects were studied. Interactions between BDNF Val66Met genotype and diagnosis in gray ( GM) volumes were analyzed using an optimized voxel-based morphometry technique. Declarative memory function was assessed with the California Verbal Learning Test II. Left and right anterior cingulate GM volumes showed a significant interaction between genotype and diagnosis such that anterior cingulate GM volumes were significantly smaller in the Val/Met BD patients compared with the Val/Val BD patients (left P = 0.01, right P = 0.01). Within-group comparisons revealed that the Val/Met carriers showed smaller GM volumes of the dorsolateral prefrontal cortex compared with the Val/Val subjects within the BD patient (P = 0.01) and healthy groups (left P = 0.03, right P = 0.03). The Val/Met healthy subjects had smaller GM volumes of the left hippocampus compared with the Val/Val healthy subjects (P<0.01). There was a significant main effect of diagnosis on memory function (P = 0.04), but no interaction between diagnosis and genotype was found (P = 0.48). The findings support an association between the BDNF Val66Met genotype and differential gray matter content in brain structures, and suggest that the variation in this gene may play a more prominent role in brain structure differences in subjects affected with BD. Neuropsychopharmacology (2009) 34, 1904-1913; doi: 10.1038/npp.2009.23; published online 18 March 2009

Cannabinoid CB(1) receptors in the medial prefrontal cortex modulate the expression of contextual fear conditioning

The ventral portion of the medial prefrontal cortex (vMPFC) has been related to the expression of contextual fear conditioning. This study investigated the possible involvement of CB(1) receptors in this aversive response. Male Wistar rats were submitted to a contextual aversive conditioning session and 48 h later re-exposed to the aversive context in which freezing and cardiovascular responses (increase of arterial pressure and heart rate) were recorded. The expression of CB(1) receptor-mRNA in the vMPFC was also measured using real time-PCR. In the first experiment intra-vMPFC administration of the CB(1) receptor agonist anandamide (AEA, 5 pmol/200 nl) or the AEA transport inhibitor AM404 (50 pmol/200 nl) prior to re-exposure to the aversive context attenuated the fear-conditioned responses. These effects were prevented by local pretreatment with the CB(1) receptor antagonist AM251 (100 pmol/200 nl). Using the same conditioning protocol in another animal group, we observed that CB(1) receptor mRNA expression increased in the vMPFC 48 h after the conditioning session. Although AM251 did not cause any effect by itself in the first experiment, this drug facilitated freezing and cardiovascular responses when the conditioning session employed a lesser aversive condition. These results indicated that facilitation of cannabinoid-mediated neurotransmission in the vMPFC by local CB(1) receptor activation attenuates the expression of contextual fear responses. Together they suggest that local endocannabinoid-mediated neurotransmission in the vMPFC can modulate these responses.

Effects of anxiety on visuospatial pattern discrimination and decision-making processes: what can we learn from brain dynamics ?

Detection and discrimination of visuospatial input involve at least extracting, selecting and encoding relevant information and decision-making processes allowing selecting a response. These two operations are altered, respectively, by attentional mechanisms that change discrimination capacities, and by beliefs concerning the likelihood of uncertain events. Information processing is tuned by the attentional level that acts like a filter on perception, while decision-making processes are weighed by subjective probability of risk. In addition, it has been shown that anxiety could affect the detection of unexpected events through the modification of the level of arousal. Consequently, purpose of this study concerns whether and how decision-making and brain dynamics are affected by anxiety. To investigate these questions, the performance of women with either a high (12) or a low (12) STAI-T (State-Trait Anxiety Inventory, Spielberger, 1983) was examined in a decision-making visuospatial task where subjects have to recognize a target visual pattern from non-target patterns. The target pattern was a schematic image of furniture arranged in such a way as to give the impression of a living room. Non-target patterns were created by either the compression or the dilatation of the distances between objects. Target and non-target patterns were always presented in the same configuration. Preliminary behavioral results show no group difference in reaction time. In addition, visuo-spatial abilities were analyzed trough the signal detection theory for quantifying perceptual decisions in the presence of uncertainty (Green and Swets, 1966). This theory treats detection of a stimulus as a decision-making process determined by the nature of the stimulus and cognitive factors. Astonishingly, no difference in d' (corresponding to the distance between means of the distributions) and c (corresponds to the likelihood ratio) indexes was observed. Comparison of Event-related potentials (ERP) reveals that brain dynamics differ according to anxiety. It shows differences in component latencies, particularly a delay in anxious subjects over posterior electrode sites. However, these differences are compensated during later components by shorter latencies in anxious subjects compared to non-anxious one. These inverted effects seem indicate that the absence of difference in reaction time rely on a compensation of attentional level that tunes cortical activation in anxious subjects, but they have to hammer away to maintain performance.

Strategy selection during exploratory behavior: sex differences

This study was designed to assess sex-related differences in the selection of an appropriate strategy when facing novelty. A simple visuo-spatial task was used to investigate exploratory behavior as a specific response to novelty. The exploration task was followed by a visual discrimination task, and the responses were analyzed using signal detection theory. During exploration women selected a local searching strategy in which the metric distance between what is already known and what is unknown was reduced, whereas men adopted a global strategy based on an approximately uniform distribution of choices. Women's exploratory behavior gives rise to a notion of a secure base warranting a sense of safety while men's behavior does not appear to be influenced by risk. This sex-related difference was interpreted as a difference in beliefs concerning the likelihood of uncertain events influencing risk evaluation. Keywords: exploration, spontaneous strategies, sex differences, decision-making.