ERP correlates of shared control mechanisms involved in saccade preparation and in covert attention

We investigated whether attention shifts and eye movement preparation are mediated by shared control mechanisms, as claimed by the premotor theory of attention. ERPs were recorded in three tasks where directional cues presented at the beginning of each trial instructed participants to direct their attention to the cued side without eye movements (Covert task), to prepare an eye movement in the cued direction without attention shifts (Saccade task) or both (Combined task). A peripheral visual Go/Nogo stimulus that was presented 800 ms after cue onset signalled whether responses had to be executed or withheld. Lateralised ERP components triggered during the cue–target interval, which are assumed to reflect preparatory control mechanisms that mediate attentional orienting, were very similar across tasks. They were also present in the Saccade task, which was designed to discourage any concomitant covert attention shifts. These results support the hypothesis that saccade preparation and attentional orienting are implemented by common control structures. There were however systematic differences in the impact of eye movement programming and covert attention on ERPs triggered in response to visual stimuli at cued versus uncued locations. It is concluded that, although the preparatory processes underlying saccade programming and covert attentional orienting may be based on common mechanisms, they nevertheless differ in their spatially specific effects on visual information processing.

The multisensory attentional consequences of tool use: a functional magnetic resonance imaging study

Background: Tool use in humans requires that multisensory information is integrated across different locations, from objects seen to be distant from the hand, but felt indirectly at the hand via the tool. We tested the hypothesis that using a simple tool to perceive vibrotactile stimuli results in the enhanced processing of visual stimuli presented at the distal, functional part of the tool. Such a finding would be consistent with a shift of spatial attention to the location where the tool is used. Methodology/Principal Findings: We tested this hypothesis by scanning healthy human participants' brains using functional magnetic resonance imaging, while they used a simple tool to discriminate between target vibrations, accompanied by congruent or incongruent visual distractors, on the same or opposite side to the tool. The attentional hypothesis was supported: BOLD response in occipital cortex, particularly in the right hemisphere lingual gyrus, varied significantly as a function of tool position, increasing contralaterally, and decreasing ipsilaterally to the tool. Furthermore, these modulations occurred despite the fact that participants were repeatedly instructed to ignore the visual stimuli, to respond only to the vibrotactile stimuli, and to maintain visual fixation centrally. In addition, the magnitude of multisensory (visual-vibrotactile) interactions in participants' behavioural responses significantly predicted the BOLD response in occipital cortical areas that were also modulated as a function of both visual stimulus position and tool position. Conclusions/Significance: These results show that using a simple tool to locate and to perceive vibrotactile stimuli is accompanied by a shift of spatial attention to the location where the functional part of the tool is used, resulting in enhanced processing of visual stimuli at that location, and decreased processing at other locations. This was most clearly observed in the right hemisphere lingual gyrus. Such modulations of visual processing may reflect the functional importance of visuospatial information during human tool use

The time course of implicit affective picture processing: an eye movement study

Consistent with a negativity bias account, neuroscientific and behavioral evidence demonstrates modulation of even early sensory processes by unpleasant, potentially threat-relevant information. The aim of this research is to assess the extent to which pleasant and unpleasant visual stimuli presented extrafoveally capture attention and impact eye movement control. We report an experiment examining deviations in saccade metrics in the presence of emotional image distractors that are close to a nonemotional target. We additionally manipulate the saccade latency to test when the emotional distractor has its biggest impact on oculomotor control. The results demonstrate that saccade landing position was pulled toward unpleasant distractors, and that this pull was due to the quick saccade responses. Overall, these findings support a negativity bias account of early attentional control and call for the need to consider the time course of motivated attention when affect is implicit

Emotional arousal amplifies the effects of biased competition in the brain

The arousal-biased competition model predicts that arousal increases the gain on neural competition between stimuli representations. Thus, the model predicts that arousal simultaneously enhances processing of salient stimuli and impairs processing of relatively less-salient stimuli. We tested this model with a simple dot-probe task. On each trial, participants were simultaneously exposed to one face image as a salient cue stimulus and one place image as a non-salient stimulus. A border around the face cue location further increased its bottom-up saliency. Before these visual stimuli were shown, one of two tones played: one that predicted a shock (increasing arousal) or one that did not. An arousal-by-saliency interaction in category-specific brain regions (fusiform face area for salient faces and parahippocampal place area for non-salient places) indicated that brain activation associated with processing the salient stimulus was enhanced under arousal whereas activation associated with processing the non-salient stimulus was suppressed under arousal. This is the first functional magnetic resonance imaging study to demonstrate that arousal can enhance information processing for prioritized stimuli while simultaneously impairing processing of non-prioritized stimuli. Thus, it goes beyond previous research to show that arousal does not uniformly enhance perceptual processing, but instead does so selectively in ways that optimizes attention to highly salient stimuli.

Is it me? Self-recognition bias across sensory modalities and its relationship to autistic traits

Background Atypical self-processing is an emerging theme in autism research, suggested by lower self-reference effect in memory, and atypical neural responses to visual self-representations. Most research on physical self-processing in autism uses visual stimuli. However, the self is a multimodal construct, and therefore, it is essential to test self-recognition in other sensory modalities as well. Self-recognition in the auditory modality remains relatively unexplored and has not been tested in relation to autism and related traits. This study investigates self-recognition in auditory and visual domain in the general population and tests if it is associated with autistic traits. Methods Thirty-nine neurotypical adults participated in a two-part study. In the first session, individual participant’s voice was recorded and face was photographed and morphed respectively with voices and faces from unfamiliar identities. In the second session, participants performed a ‘self-identification’ task, classifying each morph as ‘self’ voice (or face) or an ‘other’ voice (or face). All participants also completed the Autism Spectrum Quotient (AQ). For each sensory modality, slope of the self-recognition curve was used as individual self-recognition metric. These two self-recognition metrics were tested for association between each other, and with autistic traits. Results Fifty percent ‘self’ response was reached for a higher percentage of self in the auditory domain compared to the visual domain (t = 3.142; P < 0.01). No significant correlation was noted between self-recognition bias across sensory modalities (τ = −0.165, P = 0.204). Higher recognition bias for self-voice was observed in individuals higher in autistic traits (τ AQ = 0.301, P = 0.008). No such correlation was observed between recognition bias for self-face and autistic traits (τ AQ = −0.020, P = 0.438). Conclusions Our data shows that recognition bias for physical self-representation is not related across sensory modalities. Further, individuals with higher autistic traits were better able to discriminate self from other voices, but this relation was not observed with self-face. A narrow self-other overlap in the auditory domain seen in individuals with high autistic traits could arise due to enhanced perceptual processing of auditory stimuli often observed in individuals with autism.

Convergence accommodation in orthoptic practice

Aims. Orthoptists are familiar with AC/A ratios and the concept that accommodation drives convergence, but the reverse relationship, that of the accommodation associated with convergence, is rarely considered. Methods. This article reviews published evidence from our laboratory which has investigated the drives to both vergence and accommodation. All studies involved a method by which accommodation and vergence were measured concurrently and objectively to a range of visual stimuli which manipulate blur, disparity and proximal/looming cues in different combinations. Results Results are summarised for both typical and atypical participants, and over development between birth and adulthood. Conclusions For the majority of typical children and adults, as well as patients with most heterophorias and intermittent exotropia, disparity is the main cue to both vergence and accommodation. Thus the convergence→accommodation relationship is more influential than that of accommodative vergence. Differences in “style” of near cue use may be a more useful way to think about responses to stimuli moving in depth, and their consequences for orthoptic patients, than either AC/A or CA/C ratios. The implications of a strong role for vergence accommodation in orthoptic practice are considered.

Recording from Two Neurons: Second-Order Stimulus Reconstruction from Spike Trains and Population Coding

We study the reconstruction of visual stimuli from spike trains, representing the reconstructed stimulus by a Volterra series up to second order. We illustrate this procedure in a prominent example of spiking neurons, recording simultaneously from the two H1 neurons located in the lobula plate of the fly Chrysomya megacephala. The fly views two types of stimuli, corresponding to rotational and translational displacements. Second-order reconstructions require the manipulation of potentially very large matrices, which obstructs the use of this approach when there are many neurons. We avoid the computation and inversion of these matrices using a convenient set of basis functions to expand our variables in. This requires approximating the spike train four-point functions by combinations of two-point functions similar to relations, which would be true for gaussian stochastic processes. In our test case, this approximation does not reduce the quality of the reconstruction. The overall contribution to stimulus reconstruction of the second-order kernels, measured by the mean squared error, is only about 5% of the first-order contribution. Yet at specific stimulus-dependent instants, the addition of second-order kernels represents up to 100% improvement, but only for rotational stimuli. We present a perturbative scheme to facilitate the application of our method to weakly correlated neurons.

Efeitos do treinamento de dupla tarefa no controle do equilíbrio dinâmico e estático de idosas pré-frágeis: um estudo piloto

The increasing world population of older individuals has become a subject of growing research for prevention and reversibility of the frailty because it is a major risk factor for the occurrence of falls, especially when it involves everyday situations of dual task. Some rehabilitation programs have already used the methods of dual-task with general exercises for improving gait and postural control, but has been reported that these interventions have little specificity with limited success to improve certain aspects of static and dynamic position during the performance of functional tasks. This study aimed to verify the measures of postural control in a group of elderly women with fragility phenotype after physical therapy intervention program based on dual-task treadmill training. We selected six pre-frail elderly subjects, with a minimum age of 65, female, living in the community and randomly assigned to two groups. The survey was conducted twice a week for 45 minutes, for four weeks. The simple task intervention consisted only in training on a treadmill and the dual task consisted of in treadmill training associated with visual stimuli. The assessments were made with the use of the Berg Balance Scale (BBS) and the Balance Master® computerized posturography, static and dynamically. The effects of retention were observed after one month, using the same instruments earlier used. The results showed a tendency toward improvement or maintenance of the balance after training on a treadmill, especially with respect to static equilibrium. Both groups showed the most notable changes in the variables related to gait, as the length and speed. The BBS scores and the baropodometric variables showed that the experimental group could keep all values similar or better even one month after completion of training unlike the control group. We concluded that the dual-task performance had no additional value in relation to the improvement of balance in general, but we observed that the effectiveness of visual stimulation occurred in the maintenance of short term balancevariables

Atividade multimodal no córtex sensorial primário de ratos.

The currently accepted model of sensory processing states that different senses are processed in parallel, and that the activity of specific cortical regions define the sensorial modality perceived by the subject. In this work we used chronic multielectrode extracellular recordings to investigate to which extent neurons in the visual and tactile primary cortices (V1 and S1) of anesthetized rats would respond to sensory modalities not traditionaly associated with these cortices. Visual stimulation yielded 87% of responsive neurons in V1, while 82% of S1 neurons responded to tactile stimulation. In the same stimulation sessions, we found 23% of V1 neurons responding to tactile stimuli and 22% of S1 neurons responding to visual stimuli. Our data supports an increasing body of evidence that indicates the existence multimodal processing in primary sensory cortices. Our data challenge the unimodal sensory processing paradigm, and suggest the need of a reinterpretation of the currently accepted model of cortical hierarchy.

Ingestão de ração e comportamento de larvas de pacu em resposta a estímulos químicos e visuais

Este estudo foi realizado com o objetivo de comparar a influência dos estímulos visual e/ou químico de náuplios de Artemia e de dieta microencapsulada sobre a taxa de ingestão da dieta microencapusulada por larvas de pacu Piaractus mesopotamicus. Utilizou-se um esquema fatorial 7 x 4 (estímulos e idades) com duas repetições. Verificou-se efeito da idade das larvas e dos estímulos, mas não houve efeito para a interação idade ´ estímulos. O estímulo químico da Artemia e ambos os estímulos da Artemia resultaram em maior taxa de ingestão de dieta inerte. Resultado intermediário foi obtido com o estímulo visual da dieta microencapsulada. O estímulo químico, em comparação ao estímulo visual da Artemia, resultou em maiores taxas de ingestão da dieta. Com o aumento da idade, houve incremento na taxa de ingestão. Os estímulos visual e químico dos náuplios e o estímulo visual da ração aumentaram a ingestão de dieta inerte por larvas de pacu. Náuplios de Artemia devem ser oferecidos antes do fornecimento da dieta inerte, pois podem auxiliar no processo de transição alimentar. Os resultados deste trabalho apontaram novas possibilidades de estudos com larvas de peixes neotropicais visando a substituição precoce do alimento vivo para o inerte.

Predation-risk effects of predator identity on the foraging behaviors of frugivorous bats

Predators directly and indirectly affect the density and the behavior of prey. These effects may potentially cascade down to lower trophic levels. In this study, we tested the effects of predator calls (playbacks of bird vocalizations: Tyto alba, Speotyto cunicularia, and Vanellus chilensis), predator visual stimuli (stuffed birds) and interactions of visual and auditory cues, on the behavior of frugivore phyllostomid bats in the field. In addition, we tested if the effects of predation risk cascade down to other trophic levels by measuring rates of seed dispersal of the tree Muntingia calabura. Using video recording, we found that bats significantly decreased the foraging frequency on trees when a visual cue of T. alba was present. However, no stimuli of potential predatory birds, including vocalization of T. alba, affected bat foraging frequency. There was a change in bat behavior during 7 min, but then their frequency of activity gradually increased. Consequently, the presence of T. alba decreased by up to ten times the rate of seed removal. These results indicate that risk sensitivity of frugivorous phyllostomid bats depends on predator identity and presence. Among the predators used in this study, only T. alba is an effective bat predator in the Neotropics. Sound stimuli of T. alba seem not to be a cue of predation risk, possibly because their vocalizations are used only for intraspecific communication. This study emphasizes the importance of evaluating different predator stimuli on the behavior of vertebrates, as well as the effects of these stimuli on trait-mediated trophic cascades. © 2013 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Probabilidade de emergência de classes ordinais após o ensino de relações numéricas

O paradigma de equivalência de estímulos tem se mostrado útil na explicação de processos comportamentais complexos, como aqueles envolvidos em comportamentos conceituais numéricos. Vários estudos têm buscado a compreensão de como desempenhos sob controle da função de ordem são estabelecidos e mantidos. O objetivo do presente trabalho foi verificar se classes ordinais poderiam emergir após o ensino por emparelhamento arbitrário e de produção de seqüência. Participaram do estudo três alunos com atraso no desenvolvimento. Os estímulos visuais foram formas abstratas indicando numerosidade (A), numerais cardinais (B)e nomes escritos em letras maiúsculas de numerais (C). As sessões experimentais foram conduzidas em uma sala da APAE-BELÉM e um software controlou e registrou os dados comportamentais. As relações AB/AC foram ensinadas e testou-se a emergência de três classes de equivalência. Em seguida, houve um ensino por encadeamento de respostas com estímulos de um dos conjuntos (A1A2A3) e uma sonda de seqüenciação. Então, foi avaliada a emergência de novas seqüências (B1B2B3 e C1C2C3). Posteriormente, testes de substitutabilidade foram aplicados para verificar a formação de classes ordinais (por exemplo: A1B2C3). Testes de generalização também foram apresentados para verificar se um responder envolvendo numerosidade ocorreria com novos estímulos (por exemplo: E1E2E3). Os resultados demonstraram que os participantes responderam a novas seqüências prontamente ou com emergência gradual. A análise de topografias de controle de estímulos envolvidas nesse tipo de tarefa mostrou-se útil para a compreensão da ordinalidade. Todos os participantes responderam a seqüências com novos estímulos (generalização). O procedimento mostrou-se também eficiente na transferência de funções ordinais em pessoas com atraso no desenvolvimento.

Ensino de leitura de frases com compreensão a alunos de 1ª série de escolas públicas de Belém

O fracasso escolar é uma realidade nacional alarmante que torna indispensável o aprimoramento da tecnologia de ensino. O paradigma de equivalência tem contribuído para a compreensão de processos comportamentais relacionados à aquisição de repertórios lingüísticos e de habilidades cognitivas. As investigações acerca da aprendizagem de leitura por meio deste paradigma tem sido relevantes tanto para a identificação das variáveis de controle de respostas corretas e de respostas incorretas na leitura de palavras com função substantiva, quanto para a análise de quais procedimentos são eficazes no sentido de o responder ficar sob controle de propriedades relevantes dos estímulos impressos. Investigou-se, por meio de uma replicação sistemática, o ensino de leitura com compreensão de frases compostas por pronome demonstrativo, substantivo, adjetivo e verbo intransitivo. Participaram cinco alunos com dificuldades em leitura. Os estímulos foram de modalidade auditiva (sílabas, palavras e frases faladas), representada pela letra A; visual (grafia de sílabas, palavras, frases e figuras que representam palavras e frases), representada pela letra B para as figuras e pela letra C para os estímulos impressos e modalidade auditivo-visual. Foi realizado o treino das discriminações condicionais entre palavras/frases faladas e figuras (relações AB) e sílabas/palavras/frases faladas e estímulos impressos (relações ACs, ACp e ACf). Foram programadas conseqüências diferenciais (reforço social) para os acertos e aplicação de procedimentos de correção ou procedimentos especiais para respostas incorretas. Pretendeu-se investigar se após o ensino destas relações pré-requisitos ocorreriam relações equivalentes (palavras impressas e figuras e vice-versa), bem como se os participantes demonstrariam o desempenho de leitura generalizada. Não foram programadas conseqüências diferenciais durante a aplicação dos testes. Ao término de cada sessão, os participantes recebiam brindes variados. Foram programadas quatro fases experimentais. Na Fase I, os estímulos impressos eram palavras com função substantiva. Na Fase II, frases formadas por palavras com funções substantiva e adjetiva. Na Fase III, acrescentou-se o pronome demonstrativo às frases. Na Fase IV, acrescentaram-se verbos intransitivos às frases. Na Fase V, programou-se a retenção do desempenho aprendido durante o experimento. Todos os participantes, com exceção de um, aprenderam o desempenho de linha de base. Nos testes de equivalência e de leitura generalizada, houve maior variabilidade em relação aos estudos anteriores. Todos os participantes apresentaram a leitura com compreensão em pelo menos uma das fases envolvendo frases. Nas Etapas de leitura Generalizada, apenas uma participante obteve 100% de acertos nos testes da Fase II. Os demais participantes apresentaram leitura generalizada parcial ou ausência de leitura recombinativa, sendo necessária a aplicação de procedimento especial para promover escores mais elevados. Considerou-se o paradigma de equivalência promissor para proporcionar o ensino de leitura de frases com compreensão. Propôs-se mudanças no procedimento que tornem o controle experimental mais rígido. Sugeriu-se ainda a investigação da pertinência do paradigma de equivalência para o ensino de leitura de frases, com compreensão, envolvendo classes gramaticais como artigos, advérbios, verbos transitivos diretos e objetos diretos.

Emergência de relações numéricas em crianças surdas

Os estudos sobre a formação de classes ordinais têm apresentado diversos achados experimentais relevantes para a compreensão das relações entre estímulos em seqüências. O objetivo deste trabalho foi o de replicar sistematicamente os resultados obtidos com crianças e adultos normais (Estudo 1) usando um procedimento de ensino por encadeamento e verificar se esses resultados se manteriam sob controle condicional (Estudo 2) com crianças surdas, usando apenas estímulos visuais, através de um ensino de encadeamento de respostas motoras. Participaram do Estudo 1 sete crianças com grau profundo de surdez, na fase de alfabetização em língua de sinais. Foi programado um procedimento de encadeamento de respostas com três conjuntos de estímulos: A nomes impressos dos números, B numerais em língua brasileira de sinais (LIBRAS), C formas abstratas em quantidades diferentes. Para os três tipos de estímulos os valores eram de 1 a 6. No Estudo 2 cinco outras crianças surdas foram submetidas ao mesmo procedimento de ensino, porém, o participante deveria responder na presença da cor vermelha na seqüência A1A2A3 A4A5A6 e na presença da cor verde na seqüência 6A5A4A3A2A1. Nos dois estudos, após responder corretamente a cada seqüência, uma animação gráfica era apresentada na tela, a experimentadora elogiava com as palavras muito bem, certo, legal em linguagem de sinais. Caso o participante emitisse qualquer outra resposta, a tela se embranquecia por um segundo e uma nova configuração dos estímulos era apresentada aleatoriamente. As sessões experimentais eram realizadas na sala de aula de uma instituição pública especializada. Foi utilizado um Laptop e um software especialmente desenvolvido para coleta de dados comportamentais. Após treino e revisão da linha de base com as três seqüências de respostas, testes eram aplicados para avaliar transitividade e conectividade na emergência de classes ordinais através da disposição de pares de estímulos não 14 adjacentes e de substitutabilidade de estímulos. Os resultados mostraram que os participantes responderam prontamente em ambos os estudos. Conclui-se que o procedimento é eficiente na aquisição de comportamentos conceituais numéricos e que a emergência de classes de estímulos equivalentes também ocorre fora do formato de emparelhamento de acordo com o modelo, mesmo em crianças surdas.

Reversões repetidas de discriminações simples e formação de classes funcionais em animais

Aspectos metodológicos podem ser direta ou indiretamente responsáveis pela diferença entre dados obtidos com sujeitos não-humanos e participantes humanos quando submetidos a estudos sobre a formação de classes. O presente trabalho investigou o efeito do uso de reversões repetidas de discriminações simples na aquisição de comportamentos condizentes com a formação de classes funcionais de estímulos com Cebus apella em cativeiro. No Experimento I, dois macacos-prego foram submetidos a treino de repetidas reversões de discriminações simples simultâneas com seis pares de estímulos visuais em um contexto de forrageamento. Respostas nos estímulos (caixas de madeira de cores diferentes) designados como S+ eram consequenciadas por achar comida em seu interior. Um tipo diferente de comida para cada uma das duas classes potenciais de estímulos foi usado como reforço. Testes de formação de classes funcionais foram efetuados ao fim de repetidas reversões: Os testes consistiram na reversão de contingência para quatro (dois de cada classe potencial) dos seis estímulos (com os dois estímulos remanescentes ausentes) e reinserção dos estímulos ausentes após precisão de desempenho na reversão. A primeira escolha dos sujeitos frente ao par de estímulos reintroduzido era analisada: se a resposta fosse condizente com as contingências revertidas, então era considerada uma evidência de formação de classes. Múltiplos testes foram efetuados, cada vez com um par diferente de estímulos sendo removido. Em todos os testes o desempenho foi o previsto pela formação de classes de estímulos. No Experimento II, um dos sujeitos foi submetido a um treino onde a posição dos estímulos era alterada diariamente e os reforços específicos foram suspensos: um terceiro reforçador foi utilizado como conseqüência para ambos os grupos de estímulos. Depois de mudanças sucessivas nas contingências entre os dois grupos de estímulos, os mesmos testes descritos no Experimento I foram realizados. Nestes testes, entretanto, a posição das caixas também era alterada diariamente. O desempenho do sujeito nos testes também indica formação de classes.