Suivez le guide : études comportementales et électrophysiologiques du rôle des contrôles attentionnels descendants dans le déploiement de l’attention visuospatiale

La capture contingente de l’attention est un phénomène dans lequel les mécanismes d’orientation endogène et exogène de l’attention interagissent, de sorte qu’une propriété qui est pertinente à la tâche en cours, et donc qui fait l’objet de contrôles attentionnels descendants, endogènes, capture l’attention de façon involontaire, exogène, vers sa position spatiale. Dans cette thèse, trois aspects de ce phénomène ont été étudiés. Premièrement, en explorant le décours temporel de la capture contingente de l’attention et la réponse électrophysiologique à des distracteurs capturant ainsi l’attention, il a été établi que le déficit comportemental symptomatique de cette forme de capture était lié à un déploiement de l’attention visuospatiale vers la position du distracteur, et que ce traitement spatialement sélectif pouvait être modulé par le partage d’autres propriétés entre le distracteur et la cible. Deuxièmement, l’utilisation des potentiels liés aux événements a permis de dissocier l’hypothèse de capture contingente de l’attention et l’hypothèse de capture pure de l’attention. Selon cette interprétation, un stimulus ne peut capturer l’attention aux stades préattentifs de traitement que s’il présente le plus fort signal ascendant parmi tous les stimuli présents. Les contrôles attentionnels descendants ne serviraient donc qu’à désengager l’attention d’un tel stimulus. Les résultats présentés ici vont à l’encontre d’une telle interprétation, puisqu’un déploiement de l’attention visuospatiale, indexé par la présence d’une N2pc, n’a été observé que lorsqu’un distracteur périphérique possédait une caractéristique pertinente à la tâche en cours, même lorsque ses propriétés de bas niveau n’étaient pas plus saillantes que celles des autres items présents. Finalement, en utilisant un paradigme où la cible était définie en fonction de son appartenance à une catégorie alphanumérique, il a été démontré que des contrôles attentionnels en faveur d’un attribut conceptuel pouvaient guider l’attention visuospatiale de façon involontaire, rejetant une nouvelle fois l’hypothèse de la capture pure de l’attention.

Central attention and visual-spatial attention : Electrophysiological investigations of early psychological refractory period multitasking interference

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La neurotoxicité développementale associée au méthylmercure, au plomb et aux biphényles polychlorés : l’attention et le traitement visuel à l’étude

L’influence des contaminants environnementaux (CE) a été largement étudié en contexte d’exposition aigüe et d’intoxication. Qu’en est-il d’une exposition chronique à plus faibles doses sur le développement cognitif et sensoriel des enfants? Les études longitudinales de la présente thèse ont été réalisées au Nunavik. Bien que géographiquement éloignée des centres industriels, la communauté inuite est exposée aux CE via leur transport par les courants atmosphériques et océaniques ainsi que par leur bioaccumulation dans le poisson et les mammifères marins. Puisque l’alimentation autochtone traditionnelle, notamment la chair de béluga, est encore fréquemment consommée par la communauté, une proportion substantielle d’enfants inuits est exposée in utero aux CE. Ceux-ci sont également continuellement exposés à ces agents neurotoxiques durant leur développement postnatal. Or, la variation considérable dans l’adoption de l’alimentation traditionnelle au sein de la communauté représente une opportunité pour étudier la relation entre les niveaux d’exposition aux CE et le développement cognitif et sensoriel des enfants. Bien que certains déficits aient déjà été mis en lien avec l’exposition chronique aux CE dans la littérature, la présente thèse s’intéressa à cette relation plus spécifiquement chez les enfants inuits vivant dans le Grand Nord et plus exposés aux CE en raison de leur alimentation. Par ailleurs, les protocoles qui ont été développés pour cette thèse permettront d’évaluer des aspects qui ont été peu étudiés en lien avec les CE, soit l’attention visuospatiale et le traitement visuel cérébral précoce. Dans le premier volet de cette thèse, la relation entre trois CE et l’attention visuospatiale a été étudiée à l’aide d’une version adaptée de la tâche de Posner (M.I. Posner et al., 1980). Cette tâche psychophysique a été administrée à des enfants inuits (âge moyen = 11.2 ans) dont les niveaux d’exposition au mercure (Hg), au plomb (Pb) et aux biphényles polychlorés (BPCs) ont été documentés durant les périodes pré et postnatale. Les expositions in utero au Pb et aux BPCs ont été significativement associées à de l’impulsivité et de l’inattention, respectivement, alors que l’exposition postnatale au Pb a été associée à des temps de réaction plus longs. Bien qu’aucune relation spécifique avec l’attention visuospatiale n’ait été trouvée, les résultats de cette étude suggèrent que l’exposition aux CE est associée à une diminution des capacités attentionnelles générales chez les enfants résidant au Nunavik. Dans le second volet, le traitement cérébral précoce de l’information visuelle a été examiné à l’aide de potentiels évoqués visuels auprès d’enfants de la même communauté (âge moyen = 10.9 ans). La concentration de Hg dans le sang de cordon ombilical mesurée à la naissance a été associée à une réduction de l’amplitude et à une augmentation de la latence de la composante N75. L’exposition prénatale au Pb a quant à elle été associée à un délai dans la latence de la composante N150. Les résultats obtenus suggèrent ainsi que l’exposition aux métaux lourds, en particulier durant la période gestationnelle, serait associée à des altérations dans le développement visuel. Les résultats présentés dans cette thèse soutiennent l’hypothèse selon laquelle le cerveau en développement est vulnérable lors d’une exposition chronique aux CE, et cela même à des niveaux de concentration inférieurs aux limites recommandées par les organismes de santé publique. Les résultats permettent également d’apporter un éclairage nouveau sur les déficits cognitifs et sensoriels associés aux CE.

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.

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.

L'incidence de l'alternance des taches sur les processus de l'attention : indices électrophysiologiques chez l'humain.

Connue pour augmenter les temps de réponse et les erreurs, l’alternance des tâches est considérée par les industriels comme un point de friction humain depuis plusieurs décennies. Pourtant malgré l’important nombre d’études sur l’alternance des tâches, peu s'intéressent à l'électrophysiologie humaine et au déploiement de l’attention visuospatiale. Le travail qui suit décrit notre incursion destinée à approfondir les connaissances autant sur les paradigmes d’alternance de tâche que les composantes électrophysiologiques typiquement reliées au déploiement de l’attention visuospatiale telles la N2pc ou la Ppc récemment décrite par Corriveau et al. (2012). Afin d’examiner les modulations des composantes électrophysiologiques sus nommées en fonction des coûts d’alternance, un paradigme d’alternance des tâches regroupant des blocs mixtes (avec alternance) et des blocs purs (sans alternance) a été utilisé. Les résultats démontrent un impact du coût d’alternance sur la latence de la N2pc, ce qui reflète comme attendu d’un processus de contrôle cognitif descendant sur la sélection attentionnelle visospatiale. De manière plus surprenante, des modulations de Ppc ont été observées, tandis que cette composante était jusqu’alors comprise comme une composante principalement reliée à une activité ascendante de bas niveau de traitement. Cette modulation de Ppc suggère l'existence d’un autre mécanisme de modulation attentionnelle antérieur à la N2pc.

Lateral asymmetry of voluntary attention orienting

We recently demonstrated that automatic attention favors the right side of space and, in the present study, we investigated whether voluntary attention also favors this side. Six reaction time experiments were conducted. In each experiment, 12 new 18-25-year-old male right-handed individuals were tested. In Experiments 1, 2, 3 (a, b) and 4 (a, b), tasks with increasing attentional demands were used. In Experiments 1, 2, 3a, and 4a, attention was oriented to one or both sides by means of a central spatially informative visual cue. A left or right side visual target appeared 100, 300, or 500 ms later. Attentional effects were observed in the four experiments. In Experiments 2, 3a and 4a, these effects were greater when the cue indicated the right side than when it indicated the left side (respectively: 16 ± 10 and 44 ± 6 ms, P = 0.015, for stimulus onset asynchrony of 500 ms in Experiment 2; 38 ± 10 and 70 ± 7 ms, P = 0.011, for Experiment 3a, and 23 ± 11 and 61 ± 10 ms, P = 0.009, for Experiment 4a). In Experiments 3b and 4b, the central cue pointed to both sides and was said to be non-relevant for task performance. In these experiments right and left reaction times did not differ. The most conservative interpretation of the present findings is that voluntary attention orienting favors the right side of space, particularly when a difficult task has to be performed.

Evidence for divided automatic attention

A long-standing debate in the literature is whether attention can form two or more independent spatial foci in addition to the well-known unique spatial focus. There is evidence that voluntary visual attention divides in space. The possibility that this also occurs for automatic visual attention was investigated here. Thirty-six female volunteers were tested. In each trial, a prime stimulus was presented in the left or right visual hemifield. This stimulus was characterized by the blinking of a superior, middle or inferior ring, the blinking of all these rings, or the blinking of the superior and inferior rings. A target stimulus to which the volunteer should respond with the same side hand or a target stimulus to which she should not respond was presented 100 ms later in a primed location, a location between two primed locations or a location in the contralateral hemifield. Reaction time to the positive target stimulus in a primed location was consistently shorter than reaction time in the horizontally corresponding contralateral location. This attentional effect was significantly smaller or absent when the positive target stimulus appeared in the middle location after the double prime stimulus. These results suggest that automatic visual attention can focus on two separate locations simultaneously, to some extent sparing the region in between.

Minor and Unsystematic Cortical Topographic Changes of Attention Correlates between Modalities

In this study we analyzed the topography of induced cortical oscillations in 20 healthy individuals performing simple attention tasks. We were interested in qualitatively replicating our recent findings on the localization of attention-induced beta bands during a visual task [1], and verifying whether significant topographic changes would follow the change of attention to the auditory modality. We computed corrected latency averaging of each induced frequency bands, and modeled their generators by current density reconstruction with Lp-norm minimization. We quantified topographic similarity between conditions by an analysis of correlations, whereas the inter-modality significant differences in attention correlates were illustrated in each individual case. We replicated the qualitative result of highly idiosyncratic topography of attention-related activity to individuals, manifested both in the beta bands, and previously studied slow potential distributions [2]. Visual inspection of both scalp potentials and distribution of cortical currents showed minor changes in attention-related bands with respect to modality, as compared to the theta and delta bands, known to be major contributors to the sensory-related potentials. Quantitative results agreed with visual inspection, supporting to the conclusion that attention-related activity does not change much between modalities, and whatever individual changes do occur, they are not systematic in cortical localization across subjects. We discuss our results, combined with results from other studies that present individual data, with respect to the function of cortical association areas.

An external focus of attention results in greater swimming speed

We examined effects of attentional focus on swimming speed. Participants` task was to swim one length of a pool (16 m) using the front crawl stroke. In Experiment 1, intermediate swimmers were given attentional focus instructions related to the crawl arm stroke or the leg kick, respectively. Participants were instructed to focus on ""pulling your hands back"" or ""pushing the instep down"" (internal focus), or on ""pushing the water back/down"" (external focus), respectively. Swim times were significantly shorter with an external focus. In Experiment 2, a control condition was included. Times were significantly faster in the external focus compared with both the internal focus and control conditions. These findings have implications for enhancing performance in swimming.

Bimanual aiming and overt attention: one law for two hands

Reaching to interact with an object requires a compromise between the speed of the limb movement and the required end-point accuracy. The time it takes one hand to move to a target in a simple aiming task can be predicted reliably from Fitts' law, which states that movement time is a function of a combined measure of amplitude and accuracy constraints (the index of difficulty, ID). It has been assumed previously that Fitts' law is violated in bimanual aiming movements to targets of unequal ID. We present data from two experiments to show that this assumption is incorrect: if the attention demands of a bimanual aiming task are constant then the movements are well described by a Fitts' law relationship. Movement time therefore depends not only on ID but on other task conditions, which is a basic feature of Fitts' law. In a third experiment we show that eye movements are an important determinant of the attention demands in a bimanual aiming task. The results from the third experiment extend the findings of the first two experiments and show that bimanual aiming often relies on the strategic co-ordination of separate actions into a seamless behaviour. A number of the task specific strategies employed by the adult human nervous system were elucidated in the third experiment. The general strategic pattern observed in the hand trajectories was reflected by the pattern of eye movements recorded during the experiment. The results from all three experiments demonstrate that eye movements must be considered as an important constraint in bimanual aiming tasks.

Further evidence for a deficit in switching attention in schizophrenia

In this study, sustained, selective, divided, and switching attention, and reloading of working memory were investigated in schizophrenia by using a newly developed Visual Attention Battery (VAB). Twenty-four outpatients with schizophrenia and 24 control participants were studied using the VAB. Performance on VAB components was correlated with performance of standard tests. Patients with schizophrenia were significantly impaired on VAB tasks that required switching of attention and reloading of working memory but had normal performance on tasks involving sustained attention or attention to multiple stimulus features. Switching attention and reloading of working memory were highly correlated with Trails (B - A) score for patients. The decline in performance on the switching-attention task in patients with schizophrenia met criteria for a differential deficit in switching attention. Future research should examine the neurophysiological basis of the switching deficit and its sensitivity and specificity to schizophrenia.

An exploration of varieties of visual attention: ERP findings

A set of five tasks was designed to examine dynamic aspects of visual attention: selective attention to color, selective attention to pattern, dividing and switching attention between color and pattern, and selective attention to pattern with changing target. These varieties of visual attention were examined using the same set of stimuli under different instruction sets; thus differences between tasks cannot be attributed to differences in the perceptual features of the stimuli. ERP data are presented for each of these tasks. A within-task analysis of different stimulus types varying in similarity to the attended target feature revealed that an early frontal selection positivity (FSP) was evident in selective attention tasks, regardless of whether color was the attended feature. The scalp distribution of a later posterior selection negativity (SN) was affected by whether the attended feature was color or pattern. The SN was largely unaffected by dividing attention across color and pattern. A large widespread positivity was evident in most conditions, consisting of at least three subcomponents which were differentially affected by the attention conditions. These findings are discussed in relation to prior research and the time course of visual attention processes in the brain. (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.