The neuroscience of cognitive enhancement : enhanced attention, working memory and visual information processing speed using 3D-MOT

Des interventions ciblant l’amélioration cognitive sont de plus en plus à l’intérêt dans nombreux domaines, y compris la neuropsychologie. Bien qu'il existe de nombreuses méthodes pour maximiser le potentiel cognitif de quelqu’un, ils sont rarement appuyé par la recherche scientifique. D’abord, ce mémoire examine brièvement l'état des interventions d'amélioration cognitives. Il décrit premièrement les faiblesses observées dans ces pratiques et par conséquent il établit un modèle standard contre lequel on pourrait et devrait évaluer les diverses techniques ciblant l'amélioration cognitive. Une étude de recherche est ensuite présenté qui considère un nouvel outil de l'amélioration cognitive, une tâche d’entrainement perceptivo-cognitive : 3-dimensional multiple object tracking (3D-MOT). Il examine les preuves actuelles pour le 3D-MOT auprès du modèle standard proposé. Les résultats de ce projet démontrent de l’augmentation dans les capacités d’attention, de mémoire de travail visuel et de vitesse de traitement d’information. Cette étude représente la première étape dans la démarche vers l’établissement du 3D-MOT comme un outil d’amélioration cognitive.

The neuroscience of cognitive enhancement : enhanced attention, working memory and visual information processing speed using 3D-MOT

Des interventions ciblant l’amélioration cognitive sont de plus en plus à l’intérêt dans nombreux domaines, y compris la neuropsychologie. Bien qu'il existe de nombreuses méthodes pour maximiser le potentiel cognitif de quelqu’un, ils sont rarement appuyé par la recherche scientifique. D’abord, ce mémoire examine brièvement l'état des interventions d'amélioration cognitives. Il décrit premièrement les faiblesses observées dans ces pratiques et par conséquent il établit un modèle standard contre lequel on pourrait et devrait évaluer les diverses techniques ciblant l'amélioration cognitive. Une étude de recherche est ensuite présenté qui considère un nouvel outil de l'amélioration cognitive, une tâche d’entrainement perceptivo-cognitive : 3-dimensional multiple object tracking (3D-MOT). Il examine les preuves actuelles pour le 3D-MOT auprès du modèle standard proposé. Les résultats de ce projet démontrent de l’augmentation dans les capacités d’attention, de mémoire de travail visuel et de vitesse de traitement d’information. Cette étude représente la première étape dans la démarche vers l’établissement du 3D-MOT comme un outil d’amélioration cognitive.

Expertise sportive et entraînement perceptivo-cognitif de l’athlète

Pour être performant au plus haut niveau, les athlètes doivent posséder une capacité perceptivo-cognitive supérieure à la moyenne. Cette faculté, reflétée sur le terrain par la vision et l’intelligence de jeu des sportifs, permet d’extraire l’information clé de la scène visuelle. La science du sport a depuis longtemps observé l’expertise perceptivo-cognitive au sein de l’environnement sportif propre aux athlètes. Récemment, des études ont rapporté que l’expertise pouvait également se refléter hors de ce contexte, lors d’activités du quotidien par exemple. De plus, les récentes théories entourant la capacité plastique du cerveau ont amené les chercheurs à développer des outils pour entraîner les capacités perceptivo-cognitives des athlètes afin de les rendre plus performants sur le terrain. Ces méthodes sont la plupart du temps contextuelles à la discipline visée. Cependant, un nouvel outil d’entraînement perceptivo-cognitif, nommé 3-Dimensional Multiple Object Tracking (3D-MOT) et dénué de contexte sportif, a récemment vu le jour et a fait l’objet de nos recherches. Un de nos objectifs visait à mettre en évidence l’expertise perceptivo-cognitive spécifique et non-spécifique chez des athlètes lors d’une même étude. Nous avons évalué la perception du mouvement biologique chez des joueurs de soccer et des non-athlètes dans une salle de réalité virtuelle. Les sportifs étaient systématiquement plus performants en termes d’efficacité et de temps de réaction que les novices pour discriminer la direction du mouvement biologique lors d’un exercice spécifique de soccer (tir) mais également lors d’une action issue du quotidien (marche). Ces résultats signifient que les athlètes possèdent une meilleure capacité à percevoir les mouvements biologiques humains effectués par les autres. La pratique du soccer semble donc conférer un avantage fondamental qui va au-delà des fonctions spécifiques à la pratique d’un sport. Ces découvertes sont à mettre en parallèle avec la performance exceptionnelle des athlètes dans le traitement de scènes visuelles dynamiques et également dénuées de contexte sportif. Des joueurs de soccer ont surpassé des novices dans le test de 3D-MOT qui consiste à suivre des cibles en mouvement et stimule les capacités perceptivo-cognitives. Leur vitesse de suivi visuel ainsi que leur faculté d’apprentissage étaient supérieures. Ces résultats confirmaient des données obtenues précédemment chez des sportifs. Le 3D-MOT est un test de poursuite attentionnelle qui stimule le traitement actif de l’information visuelle dynamique. En particulier, l’attention sélective, dynamique et soutenue ainsi que la mémoire de travail. Cet outil peut être utilisé pour entraîner les fonctions perceptivo-cognitives des athlètes. Des joueurs de soccer entraînés au 3D-MOT durant 30 sessions ont montré une amélioration de la prise de décision dans les passes de 15% sur le terrain comparés à des joueurs de groupes contrôles. Ces données démontrent pour la première fois un transfert perceptivo-cognitif du laboratoire au terrain suivant un entraînement perceptivo-cognitif non-contextuel au sport de l’athlète ciblé. Nos recherches aident à comprendre l’expertise des athlètes par l’approche spécifique et non-spécifique et présentent également les outils d’entraînements perceptivo-cognitifs, en particulier le 3D-MOT, pour améliorer la performance dans le sport de haut-niveau.

Expertise sportive et entraînement perceptivo-cognitif de l’athlète

Pour être performant au plus haut niveau, les athlètes doivent posséder une capacité perceptivo-cognitive supérieure à la moyenne. Cette faculté, reflétée sur le terrain par la vision et l’intelligence de jeu des sportifs, permet d’extraire l’information clé de la scène visuelle. La science du sport a depuis longtemps observé l’expertise perceptivo-cognitive au sein de l’environnement sportif propre aux athlètes. Récemment, des études ont rapporté que l’expertise pouvait également se refléter hors de ce contexte, lors d’activités du quotidien par exemple. De plus, les récentes théories entourant la capacité plastique du cerveau ont amené les chercheurs à développer des outils pour entraîner les capacités perceptivo-cognitives des athlètes afin de les rendre plus performants sur le terrain. Ces méthodes sont la plupart du temps contextuelles à la discipline visée. Cependant, un nouvel outil d’entraînement perceptivo-cognitif, nommé 3-Dimensional Multiple Object Tracking (3D-MOT) et dénué de contexte sportif, a récemment vu le jour et a fait l’objet de nos recherches. Un de nos objectifs visait à mettre en évidence l’expertise perceptivo-cognitive spécifique et non-spécifique chez des athlètes lors d’une même étude. Nous avons évalué la perception du mouvement biologique chez des joueurs de soccer et des non-athlètes dans une salle de réalité virtuelle. Les sportifs étaient systématiquement plus performants en termes d’efficacité et de temps de réaction que les novices pour discriminer la direction du mouvement biologique lors d’un exercice spécifique de soccer (tir) mais également lors d’une action issue du quotidien (marche). Ces résultats signifient que les athlètes possèdent une meilleure capacité à percevoir les mouvements biologiques humains effectués par les autres. La pratique du soccer semble donc conférer un avantage fondamental qui va au-delà des fonctions spécifiques à la pratique d’un sport. Ces découvertes sont à mettre en parallèle avec la performance exceptionnelle des athlètes dans le traitement de scènes visuelles dynamiques et également dénuées de contexte sportif. Des joueurs de soccer ont surpassé des novices dans le test de 3D-MOT qui consiste à suivre des cibles en mouvement et stimule les capacités perceptivo-cognitives. Leur vitesse de suivi visuel ainsi que leur faculté d’apprentissage étaient supérieures. Ces résultats confirmaient des données obtenues précédemment chez des sportifs. Le 3D-MOT est un test de poursuite attentionnelle qui stimule le traitement actif de l’information visuelle dynamique. En particulier, l’attention sélective, dynamique et soutenue ainsi que la mémoire de travail. Cet outil peut être utilisé pour entraîner les fonctions perceptivo-cognitives des athlètes. Des joueurs de soccer entraînés au 3D-MOT durant 30 sessions ont montré une amélioration de la prise de décision dans les passes de 15% sur le terrain comparés à des joueurs de groupes contrôles. Ces données démontrent pour la première fois un transfert perceptivo-cognitif du laboratoire au terrain suivant un entraînement perceptivo-cognitif non-contextuel au sport de l’athlète ciblé. Nos recherches aident à comprendre l’expertise des athlètes par l’approche spécifique et non-spécifique et présentent également les outils d’entraînements perceptivo-cognitifs, en particulier le 3D-MOT, pour améliorer la performance dans le sport de haut-niveau.

Mouvement biologique et entraînement perceptivo-cognitif chez les personnes âgées

Lorsque nous cherchons un ami dans une foule ou attendons un proche sur le quai d’une gare, l’identification de cette personne nous est souvent possible grâce à la reconnaissance de sa démarche. Plusieurs chercheurs se sont intéressés à la façon de se mouvoir de l’être humain en étudiant le mouvement biologique. Le mouvement biologique est la représentation, par un ensemble structuré de points lumineux animés, des gestes d’un individu en mouvement dans une situation particulière (marche, golf, tennis, etc.). Une des caractéristiques du patron de mouvement biologique peu étudiée et néanmoins essentielle est sa taille. La plupart des études concernées utilisent des patrons de petite taille correspondant à une personne située à 16 mètres de l’observateur. Or les distances d’interaction sociale, chez l’humain, sont généralement inférieures à 16 mètres. D’autre part, les résultats des études portant sur la perception des patrons de mouvement biologique et le vieillissement demeurent contradictoires. Nous avons donc, dans un premier temps, évalué, dans une voûte d’immersion en réalité virtuelle, l’importance de la distance entre l’observateur et le patron de mouvement biologique, chez des adultes jeunes et des personnes âgées. Cette étude a démontré que l’évaluation de la direction de mouvement d’un patron devient difficile pour les personnes âgées lorsque le patron est situé à moins de 4 mètres, alors que les résultats des jeunes sont comparables pour toutes distances, à partir d’un mètre et au-delà. Cela indique que les gens âgés peinent à intégrer l’information occupant une portion étendue de leur champ visuel, ce qui peut s’avérer problématique dans des espaces où les distances d’interaction sont inférieures à 4 mètres. Nombre de recherches indiquent aussi clairement que les gens âgés s’adaptent difficilement à des situations complexes. Nous avons donc cherché, dans un second temps, à minimiser ces altérations liées à l’âge de l’intégration des processus complexes, en utilisant une tâche adaptée à l’entraînement et à l’évaluation de l’intégration de ces processus : la poursuite multiple d’objets dans l’espace ou 3D-MOT (3 Dimensions Multiple Object Tracking). Le 3D-MOT consiste à suivre simultanément plusieurs objets d’intérêt en mouvement parmi des distracteurs également en mouvement. Nous avons évalué les habiletés de participants jeunes et âgés à une telle tâche dans un environnement virtuel en 3D en déterminant la vitesse maximale de déplacement des objets à laquelle la tâche pouvait être exécutée. Les résultats des participants âgés étaient initialement inférieurs à ceux des jeunes. Cependant, après plusieurs semaines d’entraînement, les personnes âgées ont obtenu des résultats comparables à ceux des sujets jeunes non entraînés. Nous avons enfin évalué, pour ces mêmes participants, l’impact de cet entraînement sur la perception de patrons de mouvement biologique présentés à 4 et 16 mètres dans l’espace virtuel : les habiletés des personnes âgées entraînées obtenues à 4 mètres ont augmenté de façon significative pour atteindre le niveau de celles obtenues à 16 mètres. Ces résultats suggèrent que l’entraînement à certaines tâches peut réduire les déclins cognitivo-perceptifs liés à l’âge et possiblement aider les personnes âgées dans leurs déplacements quotidiens.

Long-term Postoperative Atrophy Of Contralateral Hippocampus And Cognitive Function In Unilateral Refractory Mtle With Unilateral Hippocampal Sclerosis.

This study aimed to evaluate long-term atrophy in contralateral hippocampal volume after surgery for unilateral MTLE, as well as the cognitive outcome for patients submitted to either selective transsylvian amygdalohippocampectomy (SelAH) or anterior temporal lobe resection (ATL). We performed a longitudinal study of 47 patients with MRI signs of unilateral hippocampal sclerosis (23 patients with right-sided hippocampal sclerosis) who underwent surgical treatment for MTLE. They underwent preoperative/postoperative high-resolution MRI as well as neuropsychological assessment for memory and estimated IQ. To investigate possible changes in the contralateral hippocampus of patients, we included 28 controls who underwent two MRIs at long-term intervals. The volumetry using preoperative MRI showed significant hippocampal atrophy ipsilateral to the side of surgery when compared with controls (p<0.0001) but no differences in contralateral hippocampal volumes. The mean postoperative follow-up was 8.7 years (± 2.5 SD; median=8.0). Our patients were classified as Engel I (80%), Engel II (18.2%), and Engel III (1.8%). We observed a small but significant reduction in the contralateral hippocampus of patients but no volume changes in controls. Most of the patients presented small declines in both estimated IQ and memory, which were more pronounced in patients with left TLE and in those with persistent seizures. Different surgical approaches did not impose differences in seizure control or in cognitive outcome. We observed small declines in cognitive scores with most of these patients, which were worse in patients with left-sided resection and in those who continued to suffer from postoperative seizures. We also demonstrated that manual volumetry can reveal a reduction in volume in the contralateral hippocampus, although this change was mild and could not be detected by visual analysis. These new findings suggest that dynamic processes continue to act after the removal of the hippocampus, and further studies with larger groups may help in understanding the underlying mechanisms.

Cognitive And Behavioral Heterogeneity In Genetic Syndromes.

this study aimed to investigate the cognitive and behavioral profiles, as well as the psychiatric symptoms and disorders in children with three different genetic syndromes with similar sociocultural and socioeconomic backgrounds. thirty-four children aged 6 to 16 years, with Williams-Beuren syndrome (n=10), Prader-Willi syndrome (n=11), and Fragile X syndrome (n=13) from the outpatient clinics of Child Psychiatry and Medical Genetics Department were cognitively assessed through the Wechsler Intelligence Scale for Children (WISC-III). Afterwards, a full-scale intelligence quotient (IQ), verbal IQ, performance IQ, standard subtest scores, as well as frequency of psychiatric symptoms and disorders were compared among the three syndromes. significant differences were found among the syndromes concerning verbal IQ and verbal and performance subtests. Post-hoc analysis demonstrated that vocabulary and comprehension subtest scores were significantly higher in Williams-Beuren syndrome in comparison with Prader-Willi and Fragile X syndromes, and block design and object assembly scores were significantly higher in Prader-Willi syndrome compared with Williams-Beuren and Fragile X syndromes. Additionally, there were significant differences between the syndromes concerning behavioral features and psychiatric symptoms. The Prader-Willi syndrome group presented a higher frequency of hyperphagia and self-injurious behaviors. The Fragile X syndrome group showed a higher frequency of social interaction deficits; such difference nearly reached statistical significance. the three genetic syndromes exhibited distinctive cognitive, behavioral, and psychiatric patterns.

[do Elderly Individuals With A Cognitive Handicap Have Worse Oral Health?].

A comparison of the oral health of elderly people with and without a cognitive handicap was assessed. The cognitive condition, the indices of decayed, missing, filled teeth (DMFT), decayed, filled roots (DFR), the need for dental treatment, the presence of plaque (P), calculus (C), the community periodontal index (CPI), the rate of periodontal attachment loss (PAL), edentulism, prosthetic use and the need for prosthetics were evaluated in a complex probabilistic sample by conglomerates of the elderly (65-74 years). PASW(r) 17.0 was used for the statistical analyses with correction for the design effect, applying the Mann Whitney and chi-square test with 95% reliability. A total of 736 elderly individuals were interviewed and examined. Those with cognitive impairment had higher average DMFT, DFR and lower average healthy sextant CPI, a lower prevalence of sextants without plaque/calculus, use of prosthetics and higher prevalence of edentulism and need for prosthetics. Elderly individuals with a cognitive handicap had poorer oral health.

Going Beyond Seizure Control: Can Pharmacotherapy Help To Restore Cognitive Network Function?

83

Subclinical Mri Disease Activity Influences Cognitive Performance In Ms Patients.

The pathological mechanisms underlying cognitive dysfunction in multiple sclerosis (MS) are not yet fully understood and, in addition to demyelinating lesions and gray-matter atrophy, subclinical disease activity may play a role. To evaluate the contribution of asymptomatic gadolinium-enhancing lesions to cognitive dysfunction along with gray-matter damage and callosal atrophy in relapsing-remitting MS (RRMS) patients. Forty-two treated RRMS and 30 controls were evaluated. MRI (3T) variables of interest were brain white-matter and cortical lesion load, cortical and deep gray-matter volumes, corpus callosum volume and presence of gadolinium-enhancing lesions. Outcome variables included EDSS, MS Functional Composite (MSFC) subtests and the Brief Repeatable Battery of Neuropsychological tests. Cognitive dysfunction was classified as deficits in two or more cognitive subtests. Multivariate regression analyses assessed the contribution of MRI metrics to outcomes. Patients with cognitive impairment (45.2%) had more cortical lesions and lower gray-matter and callosal volumes. Patients with subclinical MRI activity (15%) had worse cognitive performance. Clinical disability on MSFC was mainly associated with putaminal atrophy. The main independent predictors for cognitive deficits were high burden of cortical lesions and number of gadolinium-enhancing lesions. Cognitive dysfunction was especially related to high burden of cortical lesions and subclinical disease activity. Cognitive studies in MS should look over subclinical disease activity as a potential contributor to cognitive impairment.

Estimulação perceptivo-motora em crianças portadoras de deficiencia visual : proposta de utilização de material pedagogico

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Programa perceptivo-motor aplicado a habilidade nadar na fase de aperfeiçoamento

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Cognitive control associated with irritability induction: an autobiographical recall fMRI study

OBJECTIVE: Despite the relevance of irritability emotions to the treatment, prognosis and classification of psychiatric disorders, the neurobiological basis of this emotional state has been rarely investigated to date. We assessed the brain circuitry underlying personal script-driven irritability in healthy subjects (n = 11) using functional magnetic resonance imaging. METHOD: Blood oxygen level-dependent signal changes were recorded during auditory presentation of personal scripts of irritability in contrast to scripts of happiness or neutral emotional content. Self-rated emotional measurements and skin conductance recordings were also obtained. Images were acquired using a 1,5T magnetic resonance scanner. Brain activation maps were constructed from individual images, and between-condition differences in the mean power of experimental response were identified by using cluster-wise nonparametric tests. RESULTS: Compared to neutral scripts, increased blood oxygen level-dependent signal during irritability scripts was detected in the left subgenual anterior cingulate cortex, and in the left medial, anterolateral and posterolateral dorsal prefrontal cortex (cluster-wise p-value < 0.05). While the involvement of the subgenual cingulate and dorsal anterolateral prefrontal cortices was unique to the irritability state, increased blood oxygen level-dependent signal in dorsomedial and dorsal posterolateral prefrontal regions were also present during happiness induction. CONCLUSION: Irritability induction is associated with functional changes in a limited set of brain regions previously implicated in the mediation of emotional states. Changes in prefrontal and cingulate areas may be related to effortful cognitive control aspects that gain salience during the emergence of irritability.

Reciprocal Modulation of Cognitive and Emotional Aspects in Pianistic Performances

Background: High level piano performance requires complex integration of perceptual, motor, cognitive and emotive skills. Observations in psychology and neuroscience studies have suggested reciprocal inhibitory modulation of the cognition by emotion and emotion by cognition. However, it is still unclear how cognitive states may influence the pianistic performance. The aim of the present study is to verify the influence of cognitive and affective attention in the piano performances. Methods and Findings: Nine pianists were instructed to play the same piece of music, firstly focusing only on cognitive aspects of musical structure (cognitive performances), and secondly, paying attention solely on affective aspects (affective performances). Audio files from pianistic performances were examined using a computational model that retrieves nine specific musical features (descriptors) - loudness, articulation, brightness, harmonic complexity, event detection, key clarity, mode detection, pulse clarity and repetition. In addition, the number of volunteers' errors in the recording sessions was counted. Comments from pianists about their thoughts during performances were also evaluated. The analyses of audio files throughout musical descriptors indicated that the affective performances have more: agogics, legatos, pianos phrasing, and less perception of event density when compared to the cognitive ones. Error analysis demonstrated that volunteers misplayed more left hand notes in the cognitive performances than in the affective ones. Volunteers also played more wrong notes in affective than in cognitive performances. These results correspond to the volunteers' comments that in the affective performances, the cognitive aspects of piano execution are inhibited, whereas in the cognitive performances, the expressiveness is inhibited. Conclusions: Therefore, the present results indicate that attention to the emotional aspects of performance enhances expressiveness, but constrains cognitive and motor skills in the piano execution. In contrast, attention to the cognitive aspects may constrain the expressivity and automatism of piano performances.

Elderly online: Effects of a digital inclusion program in cognitive performance

There is little empirical data about the impact of digital inclusion on cognition among older adults. This paper aimed at investigating the effects of a digital inclusion program in the cognitive performance of older individuals who participated in a computer learning workshop named ""Idosos On-Line`` (Elderly Online). Forty-two aged individuals participated in the research study: 22 completed the computer training workshop and 20 constituted the control group. All subjects answered a sociodemographic questionnaire and completed the Addenbrooke`s cognitive examination, revised (ACE-R), which examines five cognitive domains: orientation and attention, memory, verbal fluency, language, and visuo-spatial skills. It was noted that the experimental group`s cognitive performance significantly improved after the program, particularly in the language and memory domains, when compared to the control group. These findings suggest that the acquisition of new knowledge and the use of a new tool, that makes it possible to access the Internet, may bring gains to cognition. (C) 2010 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.