Phonological oddballs in the focus of attention elicit a normal P3b in dyslexic adults

Difficulties in phonological processing have been proposed to be the core symptom of developmental dyslexia. Phoneme awareness tasks have been shown to both index and predict individual reading ability. In a previous experiment, we observed that dyslexic adults fail to display a P3a modulation for phonological deviants within an alliterated word stream when concentrating primarily on a lexical decision task [Fosker and Thierry, 2004, Neurosci. Lett. 357, 171-174]. Here we recorded the P3b oddball response elicited by initial phonemes within streams of alliterated words and pseudo-words when participants focussed directly on detecting the oddball phonemes. Despite significant verbal screening test differences between dyslexic adults and controls, the error rates, reactions times, and main components (P2, N2, P3a, and P3b) were indistinguishable across groups. The only difference between groups was found in the NI range, where dyslexic participants failed to show the modulations induced by phonological pairings (/b/-/p/ versus /r/ /g/) in controls. In light of previous P3a differences, these results suggest an important role for attention allocation in the manifestation of phonological deficits in developmental dyslexia. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Restrictive feeding practices and adiposity are differentially related to P3b cortical responses to food stimuli in children

Across two studies, we examined the association between adiposity, restrictive feeding practices and cortical processing bias to food stimuli in children. We assessed P3b event-related potential (ERP) during visual oddball tasks in which the frequently presented stimulus was non-food and the infrequently presented stimulus was either a food (Study 1) or non-food (Study 2) item. Children responded to the infrequently presented stimulus and accuracy and speed responses were collected. Restrictive feeding practices, children's height and weight were also measured. In Study 1, the difference in P3b amplitude for infrequently presented food stimuli, relative to frequently presented non-food stimuli, was negatively associated with adiposity and positively associated with restrictive feeding practices after controlling for adiposity. There was no association between P3b amplitude difference and adiposity or restriction in Study 2, suggesting that the effects seen in Study 1 were not due to general attentional processes. Taken together, our results suggest that attentional salience, as indexed by the P3b amplitude, may be important for understanding the neural correlates of adiposity and restrictive feeding practices in children.

New graph-based algorithms to efficiently solve large scale open pit mining optimisation problems

In the mining optimisation literature, most researchers focused on two strategic-level and tactical-level open-pit mine optimisation problems, which are respectively termed ultimate pit limit (UPIT) or constrained pit limit (CPIT). However, many researchers indicate that the substantial numbers of variables and constraints in real-world instances (e.g., with 50-1000 thousand blocks) make the CPIT’s mixed integer programming (MIP) model intractable for use. Thus, it becomes a considerable challenge to solve the large scale CPIT instances without relying on exact MIP optimiser as well as the complicated MIP relaxation/decomposition methods. To take this challenge, two new graph-based algorithms based on network flow graph and conjunctive graph theory are developed by taking advantage of problem properties. The performance of our proposed algorithms is validated by testing recent large scale benchmark UPIT and CPIT instances’ datasets of MineLib in 2013. In comparison to best known results from MineLib, it is shown that the proposed algorithms outperform other CPIT solution approaches existing in the literature. The proposed graph-based algorithms leads to a more competent mine scheduling optimisation expert system because the third-party MIP optimiser is no longer indispensable and random neighbourhood search is not necessary.

Open-pit block sequencing optimization: A mathematical model and solution technique

This study presents a comprehensive mathematical formulation model for a short-term open-pit mine block sequencing problem, which considers nearly all relevant technical aspects in open-pit mining. The proposed model aims to obtain the optimum extraction sequences of the original-size (smallest) blocks over short time intervals and in the presence of real-life constraints, including precedence relationship, machine capacity, grade requirements, processing demands and stockpile management. A hybrid branch-and-bound and simulated annealing algorithm is developed to solve the problem. Computational experiments show that the proposed methodology is a promising way to provide quantitative recommendations for mine planning and scheduling engineers.

An exploration of pre-attentive visual discrimination using event-related potentials

The Mismatch Negativity (MMN) has been characterised as a ‘pre-attentive’ component of an Event-Related Potential (ERP) that is related to discriminatory processes. Although well established in the auditory domain, characteristics of the MMN are less well characterised in the visual domain. The five main studies presented in this thesis examine visual cortical processing using event-related potentials. Novel methodologies have been used to elicit visual detection and discrimination components in the absence of a behavioural task. Developing paradigms in which a behavioural task is not required may have important clinical applications for populations, such as young children, who cannot comply with the demands of an active task. The ‘pre-attentive’ nature of visual MMN has been investigated by modulating attention. Generators and hemispheric lateralisation of visual MMN have been investigated by using pertinent clinical groups. A three stimulus visual oddball paradigm was used to explore the elicitation of visual discrimination components to a change in the orientation of stimuli in the absence of a behavioural task. Monochrome stimuli based on pacman figures were employed that differed from each other only in terms of the orientation of their elements. One such stimulus formed an illusory figure in order to capture the participant’s attention, either in place of, or alongside, a behavioural task. The elicitation of a P3a to the illusory figure but not to the standard or deviant stimuli provided evidence that the illusory figure captured attention. A visual MMN response was recorded in a paradigm with no task demands. When a behavioural task was incorporated into the paradigm, a P3b component was elicited consistent with the allocation of attentional resources to the task. However, visual discrimination components were attenuated revealing that the illusory figure was unable to command all attentional resources from the standard deviant transition. The results are the first to suggest that the visual MMN is modulated by attention. Using the same three stimulus oddball paradigm, generators of visual MMN were investigated by recording potentials directly from the cortex of an adolescent undergoing pre-surgical evaluation for resection of a right anterior parietal lesion. To date no other study has explicitly recorded activity related to the visual MMN intracranially using an oddball paradigm in the absence of a behavioural task. Results indicated that visual N1 and visual MMN could be temporally and spatially separated, with visual MMN being recorded more anteriorly than N1. The characteristic abnormality in retinal projections in albinism afforded the opportunity to investigate each hemisphere in relative isolation and was used, for the first time, as a model to investigate lateralisation of visual MMN and illusory contour processing. Using the three stimulus oddball paradigm, no visual MMN was elicited in this group, and so no conclusions regarding the lateralisation of visual MMN could be made. Results suggested that both hemispheres were equally capable of processing an illusory figure. As a method of presenting visual test stimuli without conscious perception, a continuous visual stream paradigm was developed that used a briefly presented checkerboard stimulus combined with masking for exploring stimulus detection below and above subjective levels of perception. A correlate of very early cortical processing at a latency of 60-80 ms (CI) was elicited whether stimuli were reported as seen or unseen. Differences in visual processing were only evident at a latency of 90 ms (CII) implying that this component may represent a correlate of visual consciousness/awareness. Finally, an oddball sequence was introduced into the visual stream masking paradigm to investigate whether visual MMN responses could be recorded without conscious perception. The stimuli comprised of black and white checkerboard elements differing only in terms of their orientation to form an x or a +. Visual MMN was not recorded when participants were unable to report seeing the stimulus. Results therefore suggest that behavioural identification of the stimuli was required for the elicitation of visual MMN and that visual MMN may require some attentional resources. On the basis of these studies it is concluded that visual MMN is not entirely independent of attention. Further, the combination of clinical and non-clinical investigations provides a unique opportunity to study the characterisation and localisation of putative mechanisms related to conscious and non-conscious visual processing.

Age-related changes in ERPs associated with context-based and response-based interference

Age-related differences in information processing have often been explained through deficits in older adults' ability to ignore irrelevant stimuli and suppress inappropriate responses through inhibitory control processes. Functional imaging work on young adults by Nelson and colleagues (2003) has indicated that inferior frontal and anterior cingulate cortex playa key role in resolving interference effects during a delay-to-match memory task. Specifically, inferior frontal cortex appeared to be recruited under conditions of context interference while the anterior cingulate was associated with interference resolution at the stage of response selection. Related work has shown that specific neural activities related to interference resolution are not preserved in older adults, supporting the notion of age-related declines in inhibitory control (Jonides et aI., 2000, West et aI., 2004b). In this study the time course and nature of these inhibition-related processes were investigated in young and old adults using high-density ERPs collected during a modified Sternberg task. Participants were presented with four target letters followed by a probe that either did or did not match one of the target letters held in working memory. Inhibitory processes were evoked by manipulating the nature of cognitive conflict in a particular trial. Conflict in working memory was elicited through the presentation of a probe letter in immediately previous target sets. Response-based conflict was produced by presenting a negative probe that had just been viewed as a positive probe on the previous trial. Younger adults displayed a larger orienting response (P3a and P3b) to positive probes relative to a non-target baseline. Older adults produced the orienting P3a and 3 P3b waveforms but their responses did not differentiate between target and non-target stimuli. This age-related change in response to targetness is discussed in terms of "early selection/late correction" models of cognitive ageing. Younger adults also showed a sensitivity in their N450 response to different levels of interference. Source analysis of the N450 responses to the conflict trials of younger adults indicated an initial dipole in inferior frontal cortex and a subsequent dipole in anterior cingulate cortex, suggesting that inferior prefrontal regions may recruit the anterior cingulate to exert cognitive control functions. Individual older adults did show some evidence of an N450 response to conflict; however, this response was attenuated by a co-occurring positive deflection in the N450 time window. It is suggested that this positivity may reflect a form of compensatory activity in older adults to adapt to their decline in inhibitory control.

Investigation par les potentiels évoqués des effets de multiples commotions cérébrales chez les athlètes

Les commotions cérébrales subies en contexte sportif constituent un sujet préoccupant. Il est estimé qu’aux États-Unis, environ cinq pourcent de l’ensemble des athlètes subiront une commotion cérébrale. Celle-ci est considérée comme une blessure transitoire dans la majorité des cas. Dans le domaine de la commotion cérébrale sportive, le phénomène de risque accru chez des athlètes ayant subi préalablement des commotions cérébrales est bien documenté. Cet aspect remet en question l’aspect transitoire de la blessure. Les techniques d’imagerie fonctionnelle offrent un grand potentiel dans la compréhension de cette pathologie en montrant notamment les différences fonctionnelles chez des participants ayant subi un traumatisme crânio-cérébral léger en l’absence de résultats comportementaux. Il est probable que des altérations fonctionnelles persistent au-delà de la phase de récupération postsymptômes. L’électrophysiologie, en particulier les potentiels évoqués cognitifs sont un outil de choix pour étudier la question en raison de leur sensibilité et de la mesure fonctionnelle qu’ils permettent d’obtenir. Les potentiels évoqués cognitifs consistent en une réponse électrique cérébrale moyenne générée lors de l’accomplissement d’une tâche. Il est possible d’identifier différentes composantes dans le tracé d’un potentiel évoqué; ces composantes sont associées à différents aspects de l’activité électrique cérébrale durant le traitement perceptuel et cognitif.Les articles scientifiques inclus dans cette thèse se penchent sur les effets de commotions cérébrales multiples chez des athlètes plusieurs mois après la dernière commotion. Dans un premier temps, l’aspect temporel est évalué par le biais de la mesure de la P3a et la P3b dans différents groupes d’athlètes. Ces composantes sont liées aux processus de mémoire et d’attention. Les résultats suggèrent que, malgré un fonctionnement normal, les athlètes ayant subi des commotions cérébrales éprouveraient de probables changements cognitifs sous-cliniques persistants se traduisant par une atténuation des P3a et P3b. Des altérations seraient aussi présentes quelques années après la dernière commotion, mais de façon plus subtile. La deuxième étude soumise s’intéresse aux processus électrophysiologiques liés au maintien de l’information en mémoire de travail visuel chez des athlètes ayant subi plusieurs commotions cérébrales. La mesure utilisée est la SPCN (sustained posterior controlateral negativity), une composante ERP spécifique au processus cognitif étudié. Les résultats montrent non seulement une composante atténuée chez les athlètes ayant subi trois commotions cérébrales ou plus, mais aussi une modulation de la composante en fonction du nombre de commotions cérébrales subies. Ces résultats pourraient contribuer à expliquer le risque accru de subir des commotions cérébrales subséquentes observées chez ces athlètes. En lien avec la littérature, ces données pourraient s’expliquer par la présence de déficits cognitifs sous-cliniques ou encore par la mise en place de mécanismes compensatoires. Enfin, ces résultats invitent à une grande prudence dans la gestion des cas de commotions cérébrales ainsi qu’à un effort d’éducation plus poussé chez les jeunes athlètes afin qu’ils puissent prendre les meilleures décisions concernant leur avenir.

Les effets d’une commotion cérébrale d’origine sportive sur le fonctionnement cognitif de l’enfant évalués à l’aide de potentiels évoqués cognitifs et de tests neuropsychologiques

Les commotions cérébrales d’origine sportive sont fréquentes chez les athlètes professionnels et semblent l’être tout autant chez les jeunes sportifs. Chez l’adulte, les symptômes se résorbent dans la majorité des cas assez rapidement (7-10 jours), mais la récupération peut s’avérer différente chez les jeunes. Plusieurs études utilisant les potentiels évoqués cognitifs ont découvert des anomalies cérébrales en l’absence de symptômes cliniques observables chez l'adulte. Toutefois, peu de données scientifiques sont disponibles sur les répercussions d’un tel impact sur le cerveau en développement. Le but de l’étude était de déterminer s’il existe une relation entre l’âge de survenue au moment de la commotion et la gravité des déficits. Cette étude transversale a évalué le fonctionnement cognitif de sportifs par des tests neuropsychologiques ainsi que les mécanismes neuronaux de l’orientation de l’attention (P3a) et de mise à jour de l’information en mémoire de travail (P3b) à l’aide de potentiels évoqués cognitifs. Les athlètes étaient répartis selon trois groupes d’âge [9-12 ans (n=32); 13-16 ans (n=34); adultes (n=30)], la moitié ayant subi une commotion dans la dernière année. Les comparaisons entre les groupes ont été effectuées par une série d’ANOVAs. Comparativement au groupe contrôle, les adolescents commotionnés présentaient des déficits de mémoire de travail. Les athlètes commotionnés démontraient une réduction de l’amplitude de la P3b comparativement aux non-commotionnés. Les résultats illustrent la présence de déficits neurophysiologiques persistants et ce, au moins six mois suivant l’impact. Les enfants semblent aussi sensibles que les adultes aux effets délétères d’une commotion cérébrale et les conséquences s’avèrent plus sévères chez l’adolescent.

Les effets de l'exercice physique sur le fonctionnement cognitif de l'enfant

À tout âge, l’exercice physique peut être bénéfique au fonctionnement cognitif. Étant quotidiennement confrontés à des situations d’apprentissage, l’enfant et l’adolescent constituent une population particulièrement susceptible de profiter de ces bienfaits. Cependant, il importe de préciser et d’étudier les facteurs qui influencent la relation entre l’exercice physique et la cognition. L’objectif général de cette thèse était d’examiner, à l’aide de mesures électrophysiologiques, les effets aigus et chroniques de l’exercice physique sur les mécanismes neurophysiologiques du fonctionnement cognitif de l’enfant. Une première étude a apprécié la durée des effets aigus de l’exercice physique. Les résultats de ces travaux suggèrent qu’une séance ponctuelle d’exercice physique augmente la vigilance pendant au moins 30 min. Toujours dans un contexte d’effets aigus de l’exercice, l’impact de la demande cognitive de la tâche et de l’âge ont été examinés dans une seconde étude. Les résultats ne révèlent aucune interaction avec l’âge, cependant ils indiquent une spécificité pour les processus plus complexes du traitement de l’information. Enfin, une troisième étude a évalué l’effet de l’exercice physique chronique dans le cadre d’un programme d’activités physiques de 12 semaines. Aucun changement n’a été observé quant à l’aptitude cardiovasculaire ou la performance cognitive suite au programme. Une condition physique initialement élevée des participants pourrait expliquer ce résultat. En résumé, peu importe la condition physique de l’enfant, un exercice physique aigu d’intensité moyenne est bénéfique à la vigilance et à certains aspects du traitement cognitif de l’information. Les effets observés semblent suffisamment durables pour avoir un impact positif sur l’apprentissage en classe après une récréation ou un cours d’éducation physique.

Étude de la négativité de discordance dans l'amusie congénitale

L’amusie congénitale est un trouble neuro-développemental qui s’exprime par un déficit de discrimination tonale fine. Le cerveau des amusiques ne répond pas aux petites différences de hauteur, tel que révélé par l’absence de la composante de potentiel évoqué P3b, qui est associée aux processus de discrimination tonale tardifs et conscients. Peu d’études se sont penchées sur les mécanismes précoces et préconscients de discrimination tonale chez les amusiques, qui peuvent être étudiés par l’entremise d’une composante de potentiel évoqué appelée la négativité de discordance (MMN). Certaines études ont démontré qu’il est possible d’enregistrer la MMN pendant la présentation d’un film avec la trame sonore en simultané aux sons visant à évoquer la composante. Toutefois, une étude a démontré que la présentation de la trame sonore réduisait l’amplitude de la MMN, sans néanmoins clarifier la nature de l’effet d’interférence en cause. Les objectifs du présent projet sont d’abord, d’investiguer les effets à l’origine de la réduction d’amplitude de la MMN observée lors de la présentation d’un film avec la trame sonore, puis d’évaluer cette même composante chez les amusiques. La première étude visait à déterminer si un effet d’interférence attentionnelle ou acoustique était en cause dans la réduction d’amplitude observée sur la MMN lors de la présentation de la trame sonore d’un film. Les résultats ont montré qu’un effet de masquage acoustique, attribuable à la trame sonore, était responsable de la réduction d’amplitude de la MMN, cette dernière augmentant au fur et à mesure que l’intensité sonore de la trame du film était réduite. La seconde étude a été conduite dans le but d’investiguer la MMN chez les amusiques et de vérifier si le complexe d’ondes anormales N2b-P3b, observé en réponse aux grandes différences tonales chez les amusiques, pouvait être attribuable à un effet de saillance des stimuli. Dans un premier temps, nous avons comparé la MMN des amusiques à celle des contrôles, puis nous avons modifié le paradigme expérimental visant à évoquer la N2b-P3b en ajustant les probabilités d’occurrence des sons présentés aux contrôles en fonction des sons perçus par les amusiques. Les résultats ont montré que le cerveau des amusiques parvient à discriminer les différences de hauteur à un niveau précoce et préconscient, tel que révélé par une MMN normale, mais que les réponses cérébrales plus tardives, associées au processus de discrimination des hauteurs conscient, sont anormales chez les amusiques, et ce, uniquement pour les petites différences de hauteur, tel que révélé par l’absence de la P3b. En conclusion, ces résultats démontrent que l’amplitude de la MMN est affectée de manière significative par la présentation de la trame sonore d’un film et que cela est attribuable à un effet d’interférence acoustique. Dans un deuxième temps, nous avons démontré que les mécanismes précoces et préconscients de discrimination tonale sont préservés chez les amusiques, et que le déficit sous-jacent à l’amusie congénitale est attribuable à une atteinte du processus de discrimination tonale fine associé à un niveau de traitement cérébral tardif et conscient, le complexe d’ondes anormales N2b-P3b étant pour sa part attribuable à un effet de saillance des stimuli.

Desenvolvimento de uma metodologia para caracterização de amostras de sedimento: Rio Jundiaí RN

The study of sediment in water bodies presents great environmental importance, because of its ability to adsorb the pollutants, they may facilitate the understanding of the history of the current quality of the water system. Depending on how it is done the collection, analysis can show both a recent contamination as old. The detailed characterization of the sediment may reveal details that can understand how each type of pollutant interacts with the material given its composition. In this work it has developed a systematic methodology to characterize samples of sediment, with the aim to understand how a series of metal is distributed in different size fractions of the sediment. This study was conducted in five samples of sediment (P1, P2, P3a, P3B and P3c) collected in Jundiaí river, one of the most important tributaries of the river Potengi in the region of Macaíba, RN. The characterization was made with the samples previously sieved into meshes with different granulometries (+8#, -8+16#, -16+65# - 65+100#,-100+200#,-200+250# and -250#), using the following techniques: Analysis of specific surface area by BET method, determining the levels of organic matter (OM%) and humidity through the gravimetry and Analysis Thermogravimetric (TG), Infrared Spectroscopy in a Fourier transform (FTIR ), Analysis of X ray diffraction (XRD), analysis of heavy metals by optical emission spectrometry with the Argon Plasma (ICP-OES). The analyzed elements were Al, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn and P. In addition to the techniques of characterization above, was also made the rebuilding of the samples P1, P2 and P3B in relation to the levels of organic matter and concentration of heavy metals. Then, the results of the recomposed samples were compared with those obtained in crude samples, showing great consistency. The gravimetry, used in determining the levels of organic matter, was not considered an appropriate method because the clay minerals present in the sediment samples analyzed fall apart in the same range of temperature (550-600 0C) used in roasting (600 0C). The results also showed the trend of organic matter and heavy metals to focus on the thin fractions, although the largest concentrations of metals are in intermediate fractions

Hemispheric lateralization patterns and psychotic experiences in healthy subjects

The hypothesis that psychotic experiences in healthy subjects are associated with a dysfunction of the right hemisphere is supported by some, but not all, available studies. Differences in gender composition of study samples may explain in part the divergent findings. The present study was carried out in 42 healthy, right-handed university students. Scores on the Schizophrenia and Paranoia scales of the Minnesota Multidimensional Personality Inventory-2 were used in correlation analyses and to define a High- and a Low-Psychotic group. Brain Electrical Microstates and Low Resolution Electromagnetic Tomography (LORETA) source analyses of the auditory P300 (P3a and P3b) components of the event-related potential, as well as a battery of neuropsychological tests, were used to assess hemispheric functioning. Scores on the Paranoia scale were positively associated with a leftward shift of the P3a topographic descriptors in females but not in males. When comparing High-Psychotic and Low-Psychotic females, a leftward shift of P3a descriptors and an increased cortical activation in left fronto-temporal areas were observed in the High-Psychotic group. Our results demonstrated gender-related differences in the pattern of hemispheric imbalance associated with psychotic experiences in healthy subjects.