The Effect of Attentional Focus on Singing Voice Quality: Towards the Interdisciplinary Experimental Investigation of Singing Pedagogy

Instructional methods employed by teachers of singing are mostly drawn from personal experience, personal reflections, and methods encountered in their own voice training (Welch & Howard, 2005). Even in Academia, singing pedagogy is one of the few disciplines in which research of teaching/learning practice efficacy has not been established (Crocco, et al., 2016). This dissertation argues the reason for this deficit is a lack of operationalization of constructs in singing, which, to date has not been undertaken. The researcher addresses issues of paradigm, epistemology, and methodology to suggest an appropriate model of experimental research towards the assessment of teaching/learning practice efficacy. A study was conducted adapting attentional focus research methodologies to test the effect of attentional focus on singing voice quality in adult novice singers. Based on previous attentional focus studies, it was hypothesized that external focus conditions would result in superior singing voice quality than internal focus conditions. While the hypothesis was partially supported by the data, the researcher welcomed refinement of the suggested research model. It is hoped that new research methodologies will emerge to investigate singing phenomena, yielding data that may be used towards the development of evidence-based frameworks for singing training.

Atividade física e saúde:benefícios de um programa combinado de exercício com visualização mental em doentes com Parkinson

Projeto de Investigação apresentado para a obtenção do grau de Mestre em Psicologia do Desporto e do Exercício

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.

What would physical educators know about movement education? A review of literature, 2006-2016

This review paper identifies the conceptual underpinnings of current movement research in Physical Education. Using a hermeneutic approach, four analogies for movement education are identified: the motor program analogy, the neurobiological systems analogy, the instinctive movement analogy, and the embodied exploration analogy. Three issues related to logical consistency and its relevance for movement education are raised. The first relates to tensions between the analogies and educational policy. The second concerns differences among the four analogies. The third issue relates to the appropriateness of specific analogies for dealing with certain movement contexts. In each case, strategies for improvement are considered. The paper is concluded with a brief summary along with reflections on issues that require further attention.

Effet de la douleur expérimentale tonique sur l’acquisition et la rétention d’une adaptation locomotrice

Introduction : Une proportion importante des individus ayant recours à des services de réadaptation physique vit avec de la douleur et des incapacités locomotrices. Plusieurs interventions proposées par les professionnels de la réadaptation afin de cibler leurs difficultés locomotrices nécessitent des apprentissages moteurs. Toutefois, très peu d’études ont évalué l’influence de la douleur sur l’apprentissage moteur et aucune n’a ciblé l’apprentissage d’une nouvelle tâche locomotrice. L’objectif de la thèse était d’évaluer l’influence de stimulations nociceptives cutanée et musculaire sur l’acquisition et la rétention d’une adaptation locomotrice. Méthodologie : Des individus en santé ont participé à des séances de laboratoire lors de deux journées consécutives. Lors de chaque séance, les participants devaient apprendre à marcher le plus normalement possible en présence d’un champ de force perturbant les mouvements de leur cheville, produit par une orthèse robotisée. La première journée permettait d’évaluer le comportement des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage. La seconde journée permettait d’évaluer leur rétention. Selon le groupe expérimental, l’apprentissage se faisait en présence d’une stimulation nociceptive cutanée, musculaire ou d’aucune stimulation (groupe contrôle). Initialement, l’application du champ de force provoquait d’importantes déviations des mouvements de la cheville (i.e. erreurs de mouvement), que les participants apprenaient graduellement à réduire en compensant activement la perturbation. L’erreur de mouvement moyenne durant la phase d’oscillation (en valeur absolue) a été quantifiée comme indicateur de performance. Une analyse plus approfondie des erreurs de mouvement et de l’activité musculaire a permis d’évaluer les stratégies motrices employées par les participants. Résultats : Les stimulations nociceptives n’ont pas affecté la performance lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage moteur. Cependant, en présence de douleur, les erreurs de mouvement résiduelles se trouvaient plus tard dans la phase d’oscillation, suggérant l’utilisation d’une stratégie motrice moins anticipatoire que pour le groupe contrôle. Pour le groupe douleur musculaire, cette stratégie était associée à une activation précoce du muscle tibial antérieur réduite. La présence de douleur cutanée au Jour 1 interférait avec la performance des participants au Jour 2, lorsque le test de rétention était effectué en absence de douleur. Cet effet n’était pas observé lorsque la stimulation nociceptive cutanée était appliquée les deux jours, ou lorsque la douleur au Jour 1 était d’origine musculaire. Conclusion : Les résultats de cette thèse démontrent que dans certaines circonstances la douleur peut influencer de façon importante la performance lors d’un test de rétention d’une adaptation locomotrice, malgré une performance normale lors de la phase d’acquisition. Cet effet, observé uniquement avec la douleur cutanée, semble cependant plus lié au changement de contexte entre l’acquisition des habiletés motrices et le test de rétention (avec vs. sans douleur) qu’à une interférence directe avec la consolidation des habiletés motrices. Par ailleurs, malgré l’absence d’influence de la douleur sur la performance des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage, les stratégies motrices utilisées par ceux-ci étaient différentes de celles employées par le groupe contrôle.

Uncovering the encoding and transmission of behaviourally relevant information in neural activity

Most cognitive functions require the encoding and routing of information across distributed networks of brain regions. Information propagation is typically attributed to physical connections existing between brain regions, and contributes to the formation of spatially correlated activity patterns, known as functional connectivity. While structural connectivity provides the anatomical foundation for neural interactions, the exact manner in which it shapes functional connectivity is complex and not yet fully understood. Additionally, traditional measures of directed functional connectivity only capture the overall correlation between neural activity, and provide no insight on the content of transmitted information, limiting their ability in understanding neural computations underlying the distributed processing of behaviorally-relevant variables. In this work, we first study the relationship between structural and functional connectivity in simulated recurrent spiking neural networks with spike timing dependent plasticity. We use established measures of time-lagged correlation and overall information propagation to infer the temporal evolution of synaptic weights, showing that measures of dynamic functional connectivity can be used to reliably reconstruct the evolution of structural properties of the network. Then, we extend current methods of directed causal communication between brain areas, by deriving an information-theoretic measure of Feature-specific Information Transfer (FIT) quantifying the amount, content and direction of information flow. We test FIT on simulated data, showing its key properties and advantages over traditional measures of overall propagated information. We show applications of FIT to several neural datasets obtained with different recording methods (magneto and electro-encephalography, spiking activity, local field potentials) during various cognitive functions, ranging from sensory perception to decision making and motor learning. Overall, these analyses demonstrate the ability of FIT to advance the investigation of communication between brain regions, uncovering the previously unaddressed content of directed information flow.

LEARNING A COMPLEX MOTOR SKILL FROM VIDEO AND POINT-LIGHT DEMONSTRATIONS

The aim of this Study was to compare the learning process of a highly complex ballet skill following demonstrations of point light and video models 16 participants divided into point light and video groups (ns = 8) performed 160 trials of a pirouette equally distributed in blocks of 20 trials alternating periods of demonstration and practice with a retention test a day later Measures of head and trunk oscillation coordination d1 parity from the model and movement time difference showed similarities between video and point light groups ballet experts evaluations indicated superiority of performance in the video over the point light group Results are discussed in terms of the task requirements of dissociation between head and trunk rotations focusing on the hypothesis of sufficiency and higher relevance of information contained in biological motion models applied to learning of complex motor skills

Learning joint representations for order and timing of perceptual-motor sequences: a dynamic neural field approach

Many of our everyday tasks require the control of the serial order and the timing of component actions. Using the dynamic neural field (DNF) framework, we address the learning of representations that support the performance of precisely time action sequences. In continuation of previous modeling work and robotics implementations, we ask specifically the question how feedback about executed actions might be used by the learning system to fine tune a joint memory representation of the ordinal and the temporal structure which has been initially acquired by observation. The perceptual memory is represented by a self-stabilized, multi-bump activity pattern of neurons encoding instances of a sensory event (e.g., color, position or pitch) which guides sequence learning. The strength of the population representation of each event is a function of elapsed time since sequence onset. We propose and test in simulations a simple learning rule that detects a mismatch between the expected and realized timing of events and adapts the activation strengths in order to compensate for the movement time needed to achieve the desired effect. The simulation results show that the effector-specific memory representation can be robustly recalled. We discuss the impact of the fast, activation-based learning that the DNF framework provides for robotics applications.

Effects of Enriched Physical and Social Environments on Motor Performance, Associative Learning, and Hippocampal Neurogenesis in Mice.

We have studied the motor abilities and associative learning capabilities of adult mice placed in different enriched environments. Three-month-old animals were maintained for a month alone (AL), alone in a physically enriched environment (PHY), and, finally, in groups in the absence (SO) or presence (SOPHY) of an enriched environment. The animals' capabilities were subsequently checked in the rotarod test, and for classical and instrumental learning. The PHY and SOPHY groups presented better performances in the rotarod test and in the acquisition of the instrumental learning task. In contrast, no significant differences between groups were observed for classical eyeblink conditioning. The four groups presented similar increases in the strength of field EPSPs (fEPSPs) evoked at the hippocampal CA3-CA1 synapse across classical conditioning sessions, with no significant differences between groups. These trained animals were pulse-injected with bromodeoxyuridine (BrdU) to determine hippocampal neurogenesis. No significant differences were found in the number of NeuN/BrdU double-labeled neurons. We repeated the same BrdU study in one-month-old mice raised for an additional month in the above-mentioned four different environments. These animals were not submitted to rotarod or conditioned tests. Non-trained PHY and SOPHY groups presented more neurogenesis than the other two groups. Thus, neurogenesis seems to be related to physical enrichment at early ages, but not to learning acquisition in adult mice.

JNK regulates dendrite and spine architecture in the central nervous system influencing spatial learning and motor tasks

JNK1 is a MAP-kinase that has proven a significant player in the central nervous system. It regulates brain development and the maintenance of dendrites and axons. Several novel phosphorylation targets of JNK1 were identified in a screen performed in the Coffey lab. These proteins were mainly involved in the regulation of neuronal cytoskeleton, influencing the dynamics and stability of microtubules and actin. These structural proteins form the dynamic backbone for the elaborate architecture of the dendritic tree of a neuron. The initiation and branching of the dendrites requires a dynamic interplay between the cytoskeletal building blocks. Both microtubules and actin are decorated by associated proteins which regulate their dynamics. The dendrite-specific, high molecular weight microtubule associated protein 2 (MAP2) is an abundant protein in the brain, the binding of which stabilizes microtubules and influences their bundling. Its expression in non-neuronal cells induces the formation of neurite-like processes from the cell body, and its function is highly regulated by phosphorylation. JNK1 was shown to phosphorylate the proline-rich domain of MAP2 in vivo in a previous study performed in the group. Here we verify three threonine residues (T1619, T1622 and T1625) as JNK1 targets, the phosphorylation of which increases the binding of MAP2 to microtubules. This binding stabilizes the microtubules and increases process formation in non-neuronal cells. Phosphorylation-site mutants were engineered in the lab. The non-phosphorylatable mutant of MAP2 (MAP2- T1619A, T1622A, T1625A) in these residues fails to bind microtubules, while the pseudo-phosphorylated form, MAP2- T1619D, T1622D, Thr1625D, efficiently binds and induces process formation even without the presence of active JNK1. Ectopic expression of the MAP2- T1619D, T1622D, Thr1625D in vivo in mouse brain led to a striking increase in the branching of cortical layer 2/3 (L2/3) pyramidal neurons, compared to MAP2-WT. The dendritic complexity defines the receptive field of a neuron and dictates the output to the postsynaptic cells. Previous studies in the group indicated altered dendrite architecture of the pyramidal neurons in the Jnk1-/- mouse motor cortex. Here, we used Lucifer Yellow loading and Sholl analysis of neurons in order to study the dendritic branching in more detail. We report a striking, opposing effect in the absence of Jnk1 in the cortical layers 2/3 and 5 of the primary motor cortex. The basal dendrites of pyramidal neurons close to the pial surface at L2/3 show a reduced complexity. In contrast, the L5 neurons, which receive massive input from the L2/3 neurons, show greatly increased branching. Another novel substrate identified for JNK1 was MARCKSL1, a protein that regulates actin dynamics. It is highly expressed in neurons, but also in various cancer tissues. Three phosphorylation target residues for JNK1 were identified, and it was demonstrated that their phosphorylation reduces actin turnover and retards migration of these cells. Actin is the main cytoskeletal component in dendritic spines, the site of most excitatory synapses in pyramidal neurons. The density and gross morphology of the Lucifer Yellow filled dendrites were characterized and we show reduced density and altered morphology of spines in the motor cortex and in the hippocampal area CA3. The dynamic dendritic spines are widely considered to function as the cellular correlate during learning. We used a Morris water maze to test spatial memory. Here, the wild-type mice outperformed the knock-out mice during the acquisition phase of the experiment indicating impaired special memory. The L5 pyramidal neurons of the motor cortex project to the spinal cord and regulate the movement of distinct muscle groups. Thus the altered dendrite morphology in the motor cortex was expected to have an effect on the input-output balance in the signaling from the cortex to the lower motor circuits. A battery of behavioral tests were conducted for the wild-type and Jnk1-/- mice, and the knock-outs performed poorly compared to wild-type mice in tests assessing balance and fine motor movements. This study expands our knowledge of JNK1 as an important regulator of the dendritic fields of neurons and their manifestations in behavior.

Examining the Learning Effects of Segmented Model Demonstrations on the Motor & Cognitive Learning of the Basketball Jump Shot

The purpose of the present experiment was to determine whether learning is optimized when providing the opportunity to observe either segments, or the whole basketball jump shot. Participants performed 50 jump-shots from the free throw line during acquisition, and returned one day later for a 10 shot retention test and a memory recall test of the jump-shot technique. Shot accuracy was assessed on a 5-point scale and technique assessed on a 7-point scale. The number of components recalled correctly by participants assessed mental representation. Retention results showed superior shot technique and recall success for those participants provided control over the frequency and type of modelled information compared to participants not provided control. Furthermore, participants in the self-condition utilized the part-model information more frequently than whole-model information highlighting the effectiveness of providing the learner control over viewing multiple segments of a skill compared to only watching the whole model.

The plasticity of the mirror system: how reward learning modulates cortical motor simulation of others

Cortical motor simulation supports the understanding of others' actions and intentions. This mechanism is thought to rely on the mirror neuron system (MNS), a brain network that is active both during action execution and observation. Indirect evidence suggests that alpha/beta suppression, an electroencephalographic (EEG) index of MNS activity, is modulated by reward. In this study we aimed to test the plasticity of the MNS by directly investigating the link between alpha/beta suppression and reward. 40 individuals from a general population sample took part in an evaluative conditioning experiment, where different neutral faces were associated with high or low reward values. In the test phase, EEG was recorded while participants viewed videoclips of happy expressions made by the conditioned faces. Alpha/beta suppression (identified using event-related desynchronisation of specific independent components) in response to rewarding faces was found to be greater than for non-rewarding faces. This result provides a mechanistic insight into the plasticity of the MNS and, more generally, into the role of reward in modulating physiological responses linked to empathy.

LEARNING A COMPLEX MOTOR SKILL FROM VIDEO and POINT-LIGHT DEMONSTRATIONS

The aim of this Study was to compare the learning process of a highly complex ballet skill following demonstrations of point light and video models 16 participants divided into point light and video groups (ns = 8) performed 160 trials of a pirouette equally distributed in blocks of 20 trials alternating periods of demonstration and practice with a retention test a day later Measures of head and trunk oscillation coordination d1 parity from the model and movement time difference showed similarities between video and point light groups ballet experts evaluations indicated superiority of performance in the video over the point light group Results are discussed in terms of the task requirements of dissociation between head and trunk rotations focusing on the hypothesis of sufficiency and higher relevance of information contained in biological motion models applied to learning of complex motor skills

Performance of children with learning difficulties in fine motor function and handwriting

This study aimed to compare and characterize the fine, sensory and perceptive function performance and handwriting quality between students with learning difficulties and students with good academic performance. Methods: This study comprised 192 students from 2nd to 4th grades, both genders, whose ages ranged from 7 to 11 years old. The students were distributed into: GI, GII, GIII and GIV, comprising 96 students with learning difficulties, and groups GV, GVI, GVII, GVIII comprising 96 students with good academic performance. The students were submitted to evaluation of fine motor, sensorial and perception functions and handwriting evaluation under dictation. Results: The results showed that the students with learning difficulties, from 1st to 3rd grade, had lower performance on tests of fine motor, sensory and perceptive function, when compared to the students with good academic performance in the same grade; the students from 4th grade, both groups, did not show changes on fine motor, sensory and perceptive function; and only the students of GII showed dysgraphia. Conclusions: the results presented in this study suggest that the qualitative aspects of fine motor, sensory and perceptive skills reflect the integrity and maturity of central nervous system and can probably play an important role in early diagnosis of development disorders and consequently prevent academic disorders such as handwriting performance.