Assessing the impulse control of violent offenders using computer-based cognitive performance tasks

The topic of this thesis is impulsivity. The meaning and measurement of impulse control is explored, with a particular focus on forensic settings. Impulsivity is central to many areas of psychology; it is one of the most common diagnostic criteria of mental disorders and is fundamental to the understanding of forensic personalities. Despite this widespread importance there is little agreement as to the definition or structure of impulsivity, and its measurement is fraught with difficulty owing to a reliance on self-report methods. This research aims to address this problem by investigating the viability of using simple computerised cognitive performance tasks as complementary components of a multi-method assessment strategy for impulse control. Ultimately, the usefulness of this measurement strategy for a forensic sample is assessed. Impulsivity is found to be a multifaceted construct comprised of a constellation of distinct sub-dimensions. Computerised cognitive performance tasks are valid and reliable measures that can assess impulsivity at a neuronal level. Self-report and performance task methods assess distinct components of impulse control and, for the optimal assessment of impulse control, a multi-method battery of self-report and performance task measures is advocated. Such a battery is shown to have demonstrated utility in a forensic sample, and recommendations for forensic assessment in the Irish context are discussed.

LEARNING IMPULSE CONTROL IN A NOVEL ANIMAL MODEL: SYNAPTIC, CELLULAR, AND PHARMACOLOGICAL SUBSTRATES

Impulse control, an executive process that restrains inappropriate actions, is impaired in numerous psychiatric conditions. This thesis reports three experiments that utilized a novel animal model of impulse control, the response inhibition (RI) task, to examine the substrates that underlie learning this task. In the first experiment, rats were trained to withhold responding on the RI task, and then euthanized for electrophysiological testing. Training in the RI task increased the AMPA/NMDA ratio at the synapses of pyramidal neurons in the prelimbic, but not infralimbic, region of the medial prefrontal cortex. This enhancement paralleled performance as subjects underwent acquisition and extinction of the inhibitory response. AMPA/NMDA was elevated only in neurons that project to the ventral striatum. Thus, this experiment identified a synaptic correlate of impulse control. In the second experiment, a separate group of rats were trained in the RI task prior to electrophysiological testing. Training in the RI task produced a decrease in membrane excitability in prelimbic, but not infralimbic, neurons as measured by maximal spiking evoked in response to increasing current injection. Importantly, this decrease was strongly correlated with successful inhibition in the task. Fortuitously, subjects trained in an operant control condition showed elevated infralimbic, but not prelimbic, excitability, which was produced by learning an anticipatory signal that predicted imminent reward availability. These experiments revealed two cellular correlates of performance, corresponding to learning two different associations under distinct task conditions. In the final experiment, rats were trained on the RI task under three conditions: Short (4-s), long (60-s), or unpredictable (1-s to 60-s) premature phases. These conditions produced distinct errors on the RI task. Interestingly, amphetamine increased premature responding in the short and long conditions, but decreased premature responding in the unpredictable condition. This dissociation may arise from interactions between amphetamine and underlying cognitive processes, such as attention, timing, and conditioned avoidance. In summary, this thesis showed that learning to inhibit a response produces distinct synaptic, cellular, and pharmacological changes. It is hoped that these advances will provide a starting point for future therapeutic interventions of disorders of impulse control.

IMPULSE CONTROL AND COOPERATION IN CAPUCHIN MONKEYS (Cebus apella)

The benefits animals derive from living in social groups have produced the evolution of many forms of cooperative behavior. To cooperate, two or more individuals coordinate their actions to accomplish a common goal. One cognitive process that has the potential to influence cooperation is self control. Individuals delaying their impulsive choice for an immediate reward may potentially receive a larger reward later by cooperating with others. In this study, I measured whether brown capuchin monkeys (Cebus apella) were capable of impulse control and whether impulse control was related to cooperation. Impulse control and cooperation were measured using a lazy susan-like apparatus, on which animals could turn a wheel to receive food rewards. The capuchins went through two training phases that taught them how to turn the wheel efficiently to obtain rewards and how to turn the wheel to obtain the larger of two rewards. After training, I tested impulse control by giving the capuchins a choice between a smaller and a larger reward placed at shorter or more distant locations on the wheel. The capuchins demonstrated impulse control in that they tended to inhibit the impulse to select the smaller reward when it was closer and easier to reach and instead selected the larger reward when it was farther away. Cooperation was tested in all possible dyads of seven individuals, a total of 21 dyads, by allowing each dyad 10 trials to work together with effort on the lazy-susan so that each would obtain a reward. Seventeen out of 21 dyads cooperated by simultaneously moving the wheel in the same direction. The correlation between how often a particular dyad cooperated and their average impulse control score was not statistically significant, r(21) = -.125, p = .591. Capuchins demonstrated impulse control and cooperation using this novel apparatus but the two abilities were not related. Other factors such as the unique social relationship between two individuals may play a more prominent role in the motivation to cooperate rather than the cognitive capacity to inhibit behavior.

Acting on impulse: using the neuroscience of impulse control to improve the law

This thesis investigates the potential legal utility of neurotechnologies which measure correlates of impulsive behaviors. Chapter 1 explains my philosophical position and how this position compares to others in the field. Chapter 2 explores some of the technical concepts which must be understood for the discussion of neurotechnologies and their applications to be fruitful. These chapters will be important for both explaining the capabilities of a neuroscientific approach to neural abnormalities as well as how they relate to the kind of regulation in which the law is engaged. The purpose of Chapter 3 will be a descriptive account of Canadian law where I will begin to explore how to apply ideas and experiments from neuroscience to specific areas of law. Chapter 3 will look at actual examples of Canadian criminal law and will span topics from the creation of law to the construction of appropriate sentences. Chapter 4 will debate if and how we should apply the neuroscientific perspective to the law given the ethical concerns surrounding the applications described in Chapter 3. The thrust of the chapter is that the development of the law does not occur in a vacuum and any alteration either to the laws themselves, how they are interpreted, or the technologies used to provide evidence, must have an ethical justification, that is, a way in which the proposed change will better meet the needs of society and the ethical objectives of the law. Sometimes these justifications can be drawn directly from constitutional documents, such as the Charter, or from the Criminal Code, while at other times these justifications depend upon arguments about furthering meaningful responsibility and therapeutic outcomes.

Identifying novel molecular mechanisms of ghrelin receptor signalling underlying neural control of food intake: interaction with stress and impulsivity

The gut-hormone, ghrelin, activates the centrally expressed growth hormone secretagogue 1a (GHS-R1a) receptor, or ghrelin receptor. The ghrelin receptor is a G-protein coupled receptor (GPCR) expressed in several brain regions, including the arcuate nucleus (Arc), lateral hypothalamus (LH), ventral tegmental area (VTA), nucleus accumbens (NAcc) and amygdala. Activation of the GHS-R1a mediates a multitude of biological activities, including release of growth hormone and food intake. The ghrelin signalling system also plays a key role in the hedonic aspects of food intake and activates the dopaminergic mesolimbic circuit involved in reward signalling. Recently, ghrelin has been shown to be involved in mediating a stress response and to mediate stress-induced food reward behaviour via its interaction with the HPA-axis at the level of the anterior pituitary. Here, we focus on the role of the GHS-R1a receptor in reward behaviour, including the motivation to eat, its anxiogenic effects, and its role in impulsive behaviour. We investigate the functional selectivity and pharmacology of GHS-R1a receptor ligands as well as crosstalk of the GHS-R1a receptor with the serotonin 2C (5-HT2C) receptor, which represent another major target in the regulation of eating behaviour, stress-sensitivity and impulse control disorders. We demonstrate, to our knowledge for the first time, the direct impact of GHS-R1a signalling on impulsive responding in a 2-choice serial reaction time task (2CSRTT) and show a role for the 5-HT2C receptor in modulating amphetamine-associated impulsive action. Finally, we investigate differential gene expression patterns in the mesocorticolimbic pathway, specifically in the NAcc and PFC, between innate low- and high-impulsive rats. Together, these findings are poised to have important implications in the development of novel treatment strategies to combat eating disorders, including obesity and binge eating disorders as well as impulse control disorders, including, substance abuse and addiction, attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) and mood disorders.

A maximum principle for constrained infinite horizon dynamic control systems

This article presents and discusses a maximum principle for infinite horizon constrained optimal control problems with a cost functional depending on the state at the final time. The main feature of these optimality conditions is that, under reasonably weak assumptions, the multiplier is shown to satisfy a novel transversality condition at infinite time. It is also shown that these conditions can also be obtained for impulsive control problems whose dynamics are given by measure driven differential equations. © 2011 IFAC.

Autorregulación emocional y actitudes ante situaciones de agravio

Este trabajo trata acerca de la evaluación de la influencia de la autorregulación emocional (control de los impulsos y control en situaciones adversas) sobre las actitudes ante situaciones de agravio. La muestra comprendió a 287 adolescentes, de ambos sexos, 114 varones y 173 mujeres, de 15 a 17 años de edad, residentes en la ciudad de Paraná. Los instrumentos utilizados fueron el Cuestionario de Actitudes ante Situaciones de Agravio y el Inventario de Cociente Emocional (Eq-i). Los resultados obtenidos nos muestran que existe una relación negativa entre el control de los impulsos y el control en situaciones adversas, y las actitudes agresivas de venganza, rencor y hostilidad.

Substance use disorders and co-morbidities among Asian Americans and Native Hawaiians/Pacific Islanders

© Cambridge University Press 2014.Background Asian Americans (AAs) and Native Hawaiians/Pacific Islanders (NHs/PIs) are the fastest growing segments of the US population. However, their population sizes are small, and thus AAs and NHs/PIs are often aggregated into a single racial/ethnic group or omitted from research and health statistics. The groups' substance use disorders (SUDs) and treatment needs have been under-recognized. Method We examined recent epidemiological data on the extent of alcohol and drug use disorders and the use of treatment services by AAs and NHs/PIs. Results NHs/PIs on average were less educated and had lower levels of household income than AAs. Considered as a single group, AAs and NHs/PIs showed a low prevalence of substance use and disorders. Analyses of survey data that compared AAs and NHs/PIs revealed higher prevalences of substance use (alcohol, drugs), depression and delinquency among NHs than among AAs. Among treatment-seeking patients in mental healthcare settings, NHs/PIs had higher prevalences of DSM-IV diagnoses than AAs (alcohol/drug, mood, adjustment, childhood-onset disruptive or impulse-control disorders), although co-morbidity was common in both groups. AAs and NHs/PIs with an SUD were unlikely to use treatment, especially treatment for alcohol problems, and treatment use tended to be related to involvement with the criminal justice system. Conclusions Although available data are limited by small sample sizes of AAs and NHs/PIs, they demonstrate the need to separate AAs and NHs/PIs in health statistics and increase research into substance use and treatment needs for these fast-growing but understudied population groups.

Optimal dividend strategies for a compound Poisson risk process under transaction costs and power utility

We characterize the value function of maximizing the total discounted utility of dividend payments for a compound Poisson insurance risk model when strictly positive transaction costs are included, leading to an impulse control problem. We illustrate that well known simple strategies can be optimal in the case of exponential claim amounts. Finally we develop a numerical procedure to deal with general claim amount distributions.

Le développement d’une grille d’évaluation du risque d’agression physique en communauté. L’implantation de G.E.R.A.C. à l’Urgence-Psychosociale-Justice.

Rapport de stage présenté à la Faculté des arts et des sciences en vue de l’obtention du grade de maîtrise en criminologie (option intervention).

Le soutien maternel à l’autonomie : stabilité et relation avec le développement des fonctions exécutives à l'âge préscolaire

Bien qu’il y ait de plus en plus d’études sur le soutien maternel à l’autonomie, de nombreuses questions restent à éclaircir dans le domaine. Notamment, on en sait très peu sur ses relations avec le développement cognitif de l’enfant, sa stabilité temporelle et les antécédents de celle-ci. La thèse est composée de trois articles empiriques. Le premier explore le rôle médiateur du langage dans la relation entre le soutien maternel à l'autonomie et les fonctions exécutives de l'enfant. Le deuxième examine la stabilité relative et absolue du soutien maternel à l'autonomie entre la petite enfance et l’âge préscolaire en fonction des représentations d'attachement de la mère, des évènements de vie stressants et du sexe de l'enfant. Le troisième article se penche sur le rôle du soutien maternel à l’autonomie mesuré à la petite enfance et à l’âge préscolaire dans la prédiction des fonctions exécutives de l’enfant, ainsi que sur l’impact de différents patrons de stabilité du soutien maternel à l’autonomie sur les fonctions exécutives. 70 dyades mère-enfant ont participé à 5 visites à domicile. Lorsque l’enfant était âgé de 7-8 mois, les représentations d’attachement de la mère ont été mesurées à l’aide de l’entrevue d’attachement à l’âge adulte (George, Kaplan, & Main, 1996). Le soutien maternel à l’autonomie a été mesuré à 15 mois et à 3 ans à l’aide du système de codification de Whipple, Bernier, et Mageau (2011). Les évènements de vie stressants ont été mesurés à 3 reprises entre l’âge de 15 mois et 3 ans à l’aide de l’inventaire des expériences de vie (Sarason, Johnson, & Siegel, 1978). À 2 ans, le langage de l’enfant a été évalué à l’aide des inventaires MacArthur du développement de la communication (Dionne, Tremblay, Boivin, Laplante, & Pérusse, 2003). Les fonctions exécutives de l’enfant ont quant à elles été mesurées à l’âge de 3 ans à l’aide d’une batterie de tâches (Carlson, 2005). Les résultats du premier article indiquent que le langage de l’enfant joue un rôle médiateur dans la relation entre le soutien maternel à l’autonomie et une composante des fonctions exécutives de l’enfant, l’inhibition volontaire. Les résultats du deuxième article démontrent que le soutien maternel à l’autonomie est stable de façon relative, mais non absolue. Les résultats démontrent aussi que les mères qui ont une fille, qui ont vécu peu d’évènements de vie stressants ou qui ont des représentations d’attachement sécurisées sont plus stables dans leur degré de soutien à l’autonomie. Le troisième article démontre d’abord que la moyenne de soutien maternel à l’autonomie entre 15 mois et 3 ans est un prédicteur plus efficace des fonctions exécutives de l’enfant que ne l’est le soutien à l’autonomie à 15 mois ou à 3 ans pris séparément. De plus, les enfants dont les mères conservent un degré élevé de soutien à l’autonomie entre 15 mois et 3 ans performent mieux aux tâches d’inhibition que les enfants dont les mères conservent un faible degré de soutien à l’autonomie. Les résultats présentés dans les articles sont discutés ainsi que leurs implications.

Les troubles du contrôle des impulsions en droit pénal canadien

Un kleptomane, pris d’impulsions irrésistibles, peut-il être responsable pénalement de ses actes ? Voilà la question à l’origine de cette recherche. Les troubles du contrôle des impulsions sont des troubles mentaux caractérisés par l’impossibilité de résister à une impulsion. Comment peut-on concilier ceux-ci avec le droit pénal canadien sachant que la responsabilité criminelle repose sur le postulat voulant que seul un acte volontaire justifie une déclaration de culpabilité ? Afin d’avoir une étude exhaustive sur le sujet, nous avons choisi trois troubles du contrôle des impulsions, soit la kleptomanie, la pyromanie et le jeu pathologique. Cette sélection permet d’étudier à la fois l’imputabilité criminelle et l’imposition d’une sentence en droit pénal canadien. Cette étude propose un retour aux principes fondamentaux de la responsabilité criminelle et l’analyse du droit pénal canadien afin de démontrer que certains troubles du contrôle des impulsions (kleptomanie et pyromanie) entraînent chez le sujet atteint une incapacité criminelle, le rendant non criminellement responsable au sens de l’article 16 du Code criminel. Au surplus, cette recherche porte sur les principes entourant l’imposition d’une sentence en droit pénal canadien et étudie l’impact de ces maladies mentales au point de vue de la peine. Cette analyse démontre que les caractéristiques diagnostiques des troubles du contrôle des impulsions sont utilisées afin d’alourdir la peine imposée aux contrevenants. Nous considérons que celles-ci ne devraient pas être employées comme facteurs aggravants (particulièrement en matière de jeu pathologique), mais devraient plutôt être utilisées afin d’imposer une peine plus appropriée pour remédier à la problématique entraînant la commission des délits.

Le développement des fonctions exécutives à l’âge préscolaire : le rôle des comportements maternels en présence de différents facteurs de vulnérabilité

L’intérêt marqué et simultané de plusieurs champs de recherche pour le développement des fonctions exécutives (FE) a permis de mettre en lumière le rôle primordial de ces fonctions dans plusieurs sphères du développement de la petite enfance jusqu’à l’âge adulte. Les mécanismes développementaux associés aux différences individuelles restent par ailleurs encore peu étudiés. Les deux articles empiriques qui constituent la thèse visent à documenter le rôle des comportements maternels observés en bas âge dans la prédiction des FE mesurées à l’âge préscolaire. Les deux articles s’inscrivent dans la foulée des travaux qui, selon une approche écologique (Bronfenbrenner, 1979), considèrent les effets d’interaction entre différents facteurs explicatifs pour mieux comprendre les mécanismes impliqués dans le développement de l’enfant. En ce sens, le premier article examine les interactions possibles entre le statut socioéconomique (SSE) de la famille et différentes dimensions du concept de sensibilité maternelle, dans la prédiction de deux dimensions des FE, soit les FE-conflit et les FE-inhibition. Dans le cadre de cette étude, 114 dyades mères-enfants ont participé à trois visites à domicile. Le SSE a été mesuré par questionnaire dans le cadre d’une première visite dans la famille lorsque les enfants avaient six mois, la sensibilité maternelle a été évaluée à 12 mois à partir du Tri de cartes de comportements maternels (Pederson & Moran, 1995) et les FE à 36 mois à partir d’une batterie de tâches choisie sur la base des orientations proposées par Carlson (2005). Le deuxième article explore, en se basant sur postulats de la Théorie de la susceptibilité différentielle (TSD), les possibles interactions entre différentes dimensions du concept de sensibilité maternelle et le tempérament de l’enfant, et ce également dans la prédiction des FE. Pour ce faire, 72 dyades ont également participé à trois visites à domicile. La sensibilité maternelle a été évaluée à 12 mois à partir du Tri de cartes de comportements maternels (Pederson & Moran, 1995), le tempérament à 15 mois à l’aide d’un questionnaire rempli par la mère (ICQ; Bates, Freeland, & Lounsbury, 1979) et les FE à 36 mois à partir de la même batterie de tâche (Carlson, 2005). Les résultats du premier article révèlent des interactions significatives entre le statut socioéconomique et certaines dimensions de comportements maternels, de telle sorte que des comportements maternels de meilleure qualité sont prédicteurs d’une meilleure performance aux tâches de FE, mais seulement chez les enfants provenant de familles relativement désavantagées sur le plan socioéconomique et essentiellement en ce qui concerne les FE-inhibition. Quant aux résultats du deuxième article, ils confirment les hypothèses de la Théorie de la susceptibilité différentielle, en révélant que les enfants ayant un tempérament difficile sont plus affectés par des comportements maternels hostiles, de même que par l’absence de comportements positifs et bénéficient davantage de la présence de comportements positifs et de l’absence de comportements négatifs, et ceci également au regard des FE-inhibition.

Maturation of limbic corticostriatal activation and connectivity associated with developmental changes in temporal discounting

Temporal discounting (TD) matures with age, alongside other markers of increased impulse control, and coherent, self-regulated behaviour. Discounting paradigms quantify the ability to refrain from preference of immediate rewards, in favour of delayed, larger rewards. As such, they measure temporal foresight and the ability to delay gratification, functions that develop slowly into adulthood. We investigated the neural maturation that accompanies the previously observed age-related behavioural changes in discounting, from early adolescence into mid-adulthood. We used functional magnetic resonance imaging of a hypothetical discounting task with monetary rewards delayed in the week to year range. We show that age-related reductions in choice impulsivity were associated with changes in activation in ventromedial prefrontal cortex (vmPFC), anterior cingulate cortex (ACC), ventral striatum (VS), insula, inferior temporal gyrus, and posterior parietal cortex. Limbic frontostriatal activation changes were specifically associated with age-dependent reductions in impulsive choice, as part of a more extensive network of brain areas showing age-related changes in activation, including dorsolateral PFC, inferior parietal cortex, and subcortical areas. The maturational pattern of functional connectivity included strengthening in activation coupling between ventromedial and dorsolateral PFC, parietal and insular cortices during selection of delayed alternatives, and between vmPFC and VS during selection of immediate alternatives. We conclude that maturational mechanisms within limbic frontostriatal circuitry underlie the observed post-pubertal reductions in impulsive choice with increasing age, and that this effect is dependent on increased activation coherence within a network of areas associated with discounting behaviour and inter-temporal decision-making.