Rotation mentale et différences sexuelles: influence des axes directionnels extraits de l'environnement

Les tâches nécessitant des manipulations et des transformations de figures géométriques et de formes, comme les tâches de rotation mentale, donnent lieu à des différences de performance entre hommes et femmes qui restent intrigantes. Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer ces différences. La plus récurrente porte sur les différences de stratégie globale vs locale utilisées pour traiter l'information. Bien que cette conjecture soit intéressante, elle reste difficile à opérationnaliser car elle englobe tous les mécanismes cognitifs (acquisition, conservation et récupération de l'information). Ce travail prend la forme d'un retour aux sources dans la mesure où il se base sur des recherches anciennes qui ont montré que les hommes perçoivent significativement mieux que les femmes la verticale et l'horizontale. Il teste l'hypothèse selon laquelle les hommes, comparativement aux femmes, présentent une plus forte indépendance au champ perceptif visuel et sont donc plus susceptibles d'utiliser la verticalité et l'horizontalité pour résoudre une tâche de rotation mentale. Une première série d'expériences s'est penchée sur la perception spatiale pour évaluer son impact sur la résolution d'une tâche impliquant la rotation mentale. Les résultats ont montré que seuls les hommes se référaient à la verticalité et à l'horizontalité pour résoudre la tâche. Une seconde série d'expériences ont investigué l'effet de la présence, ou absence, d'axes directionnels directement liés à une tâche de rotation mentale. Elles ont été menées également en environnement réel afin d'évaluer comment le déplacement actif ou passif, correspondant à un changement de perspective en lieu et place d'une rotation mentale, module la performance des hommes et des femmes. Les résultats n'ont pas mis en évidence de différence sexuelle. Notre hypothèse est vérifiée puisque c'est uniquement lorsque la tâche ne présente pas d'axes orthogonaux évidents mais implicites que seuls les hommes, plus indépendants au champ perceptif visuel que les femmes, utilisent la perception de la verticalité et de l'horizontalité pour améliorer leur compétence en rotation mentale. -- Tasks that require manipulation and transformation of geometric shapes and forms, like tasks of mental rotation and give rise to differences in performance between men and women, remain intriguing. Several hypotheses have been proposed to explain these differences. The most recurring hypothesis addresses differences in global versus local strategies for processing information. While this conjecture is interesting, it remains difficult to study because it encompasses all the cognitive mechanisms (acquisition, retention and output). This work returns to the sources, which are based on earlier research that shows that men are significantly better than women at perceiving verticality and horizontality. It tests the hypothesis according to which men, as compared to women, exhibit a greater independence on the perceptive visual field, and therefore are more susceptible to utilizing the verticality and the horizontality to solve a mental rotation task. A first set of experiments examined spatial perception in order to assess its impact on the resolution of a task involving mental rotation. The results showed that only men referred to the verticality and the horizontality to solve the task. A second series of experiments investigated the effect of a presence, or absence of directional axes directed tied to the task of mental rotation. They were also conducted in a real world environment to evaluate how the active or passive displacement, corresponding to a change in perspective instead of a mental rotation, modulates the performance of men and women. The results did not show sex differences. Our hypothesis is verified: it is only when the task presents no obvious, but implicit orthogonal axes that men, who exhibit a greater independence on the perceptive visual field than women, use the perception of verticality and horizontality to improve their competence in mental rotation.

Les différences sexuelles dans l’activation cérébrale durant l’accomplissement de la tâche de rotation mentale chez les patients atteints de schizophrénie

Dans la population générale plusieurs études ont démontré que les hommes ont, par comparaison aux femmes, de meilleures performances dans les tâches de rotation mentale à trois dimensions. A l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle, on a pu observer que l’exécution de cette tâche de rotation mentale s’accompagnait d’une activation du cortex pariétal chez l’homme mais du cortex prefrontal chez la femme. Ces différences entre les deux sexes suggèrent un fonctionnement neuronal différent dans l’appréhension des habiletés cognitives et comportementales. De fait, de nombreuses études ont signalé des différences notables entre les deux sexes quant à leur fonctionnement cérébral tant sur le plan émotionnel que de leurs habiletés visuo spatiales. La schizophrénie est un trouble grave et persistant de la santé mentale dont l’origine est certes multifactorielle et dont les facteurs de protection sont partiellement biologiques, psychologiques et sociales. Cette maladie requiert une approche thérapeutique à la fois clinique médicamenteuse, psychologique et sociale visant à une réintégration des malades dans leur communauté. Le pronostic de cette maladie varie en fonction du sexe ainsi que les atteintes neurologiques, neuropsychologiques et socioculturelles. Il est donc surprenant que l’exploration des mécanismes neuronaux sous-tendant les anomalies fonctionnelles cognitivo-comportementales n’ait point, en schizophrénie, adressé à date la fonctionnalité différente de l’homme et de la femme. Une étude pilote, réalisée dans mon laboratoire d’accueil, ayant suggéré chez le schizophrène, lors du traitement cognitif de stimuli émotionnels, une altération du dimorphisme sexuel observé dans la population normale, il devenait impératif de confirmer ces observations. Ce mémoire vise à vérifier par résonnance magnétique fonctionnelle l’activité neuronale cérébrale témoignant de la performance neuropsychologique de schizophrènes des deux sexes et de la comparer à celle de sujets témoins sains appareillés pour l’âge, la dominance hémisphérique et le statut familial socio-économique. A cette fin, nous avons enregistré, lors d’une tâche de rotation mentale à trois dimensions, les variables neurocognitives traduisant la validité des réponses ainsi que leur rapidité d’exécution. Simultanément, nous avons enregistré, par résonnance magnétique fonctionnelle, les sites d’activation cérébrale ainsi que leur degré d’activation corticale. Les données expérimentales, neurocognitives et cérébro-fonctionnelles, furent analysées en comparant les deux sexes d’une part et les deux états de santé d’autre part. Les résultats de ce mémoire ont fait l’objet de deux articles qui sont inclus. Les résultats obtenus confirment l’hypothèse d’un dimorphisme homme/femme dans la population générale ainsi que chez le schizophrène. Ces résultats appuient aussi l’hypothèse de l’altération, chez le schizophrène, du dimorphisme observé dans la population générale.

Effets des variations œstrogéniques féminines sur les potentiels évoqués cognitifs durant une tâche de rotation mentale

Il apparaît, suite aux résultats de plusieurs études comportementales et d’imagerie cérébrale, que les hormones gonadiques peuvent moduler le fonctionnement cérébral chez la femme. Les asymétries cérébrales fonctionnelles (ACFs), en particulier, changeraient en fonction du niveau de progestérone et d’œstrogène. On a également observé que lorsque le taux d’œstrogène est bas, les performances aux tâches impliquant l’hémisphère droit sont améliorées. Par contre, les preuves de l’action physiologique de ces deux hormones sur le cerveau ne sont pas très nombreuses. Le peu d’études d’électrophysiologie cognitive qui ont porté sur les effets du cycle menstruel ont rapporté que la composante P300 y serait sensible. Aucune n’a cependant utilisé une tâche d’habileté spatiale ou de rotation mentale qui sont connues pour impliquer davantage l’hémisphère droit. Le but de la présente étude est de documenter les changements électrocorticaux reliés aux variations hormonales lors d’une tâche de rotation mentale. Notre hypothèse de départ est que le taux d’œstrogène influencera l’activité électrocorticale et la latéralisation. Les potentiels évoqués cognitifs ont été comparés chez les mêmes femmes (n=12) lors d’une tâche de rotation mentale, répétée à deux périodes du cycle menstruel. Nos résultats démontrent que la condition de rotation induit une latéralisation de l’activité pariétale, vers l’hémisphère gauche, quand le niveau d’œstrogène est bas. Par contre, lorsque le niveau d’œstrogène est élevé, il n’y a aucune latéralisation. Par ailleurs, nous avons observé une augmentation de l’amplitude de la P300 lors du niveau oestrogénique élevé. En conclusion, les fluctuations oestrogéniques du cycle menstruel ont un impact sur la latéralisation de l’activité électrocorticale, lors d’un effort de rotation mentale.

Orientation spatiale et plasticité de l’hippocampe chez les personnes aveugles

Il est généralement admis que la vision joue un rôle prépondérant dans la formation des représentations spatiales. Qu’advient-il alors lorsqu’un individu est atteint de cécité? Dans le premier volet de cette thèse, les habiletés spatiales des personnes aveugles ont été examinées à l’aide de différentes tâches et comparées à celles de personnes voyantes effectuant les mêmes tâches avec les yeux bandés. Dans une première étude, les capacités de rotation mentale ont été évaluées à l’aide d’une épreuve d’orientation topographique tactile. Les résultats obtenus montrent que les personnes aveugles parviennent généralement à développer des capacités de rotation mentale similaires à celles de personnes voyantes et ce, malgré l’absence d’information de nature visuelle. Dans une seconde étude, nous avons utilisé différentes tâches spatiales nécessitant l’utilisation de la locomotion. Les résultats obtenus montrent que les personnes aveugles font preuve d’habiletés supérieures à celles de voyants lorsqu’elles doivent apprendre de nouveaux trajets dans un labyrinthe. Elles parviennent également à mieux reconnaître une maquette représentant un environnement exploré précédemment. Ainsi, l’absence de vision ne semble pas entraver de manière significative la formation de concepts spatiaux. Le second volet de cette thèse s’inscrit dans la lignée des études sur la plasticité cérébrale chez les personnes aveugles. Dans le cas présent, nous nous sommes intéressés à l’hippocampe, une structure profonde du lobe temporal dont le rôle au plan spatial a été établi par de nombreuses études animales ainsi que par des études cliniques chez l’humain incluant l’imagerie cérébrale. L’hippocampe joue un rôle particulièrement important dans la navigation spatiale. De plus, des changements structuraux de l’hippocampe ont été documentés en relation avec l’expérience des individus. Par exemple, l’étude de Maguire et al. (2000) a mis en évidence de telles modifications structurelles de l’hippocampe chez des chauffeurs de taxi. À l’instar de ces derniers, les personnes aveugles doivent emmagasiner de nombreuses informations au sujet de leur environnement puisqu’elles ne peuvent bénéficier de la vision pour mettre à jour les informations sur celui-ci, sur leur position dans l’espace et sur la position des objets se trouvant hors de leur portée. Nous avons montré, pour la première fois, une augmentation du volume des hippocampes chez les personnes aveugles en comparaison avec les personnes voyantes. De plus, cette augmentation de volume était positivement corrélée à la performance à une tâche d’apprentissage de trajets. Les résultats présentés dans cette thèse permettent d’appuyer les études antérieures qui soutiennent que les personnes aveugles parviennent à compenser leur déficit et à développer des habiletés spatiales comparables, voire supérieures, à celles de personnes voyantes. Ils permettent également d’apporter un éclairage nouveau sur le concept de plasticité cérébrale présent chez cette population en montrant pour la première fois un lien entre le volume de l’hippocampe et les habiletés spatiales chez les personnes aveugles.

Rotation curve bifurcations as indicators of close recent galaxy encounters

Context. Rotation curves of interacting galaxies often show that velocities are either rising or falling in the direction of the companion galaxy. Aims. We seek to reproduce and analyse these features in the rotation curves of simulated equal-mass galaxies suffering a one-to-one encounter as possible indicators of close encounters. Methods. Using simulations of major mergers in 3D, we study the time evolution of these asymmetries in a pair of galaxies during the first passage. Results. Our main results are: (a) the rotation curve asymmetries appear right at pericentre of the first passage, (b) the significant disturbed rotation velocities occur within a small time interval, of similar to 0.5 Gyr h(-1), and, therefore, the presence of bifurcation in the velocity curve could be used as an indicator of the pericentre occurrence. These results are in qualitative agreement with previous findings for minor mergers and flybys.

Rotation-discriminating template matching based on Fourier coefficients of radial projections with robustness to scaling and partial occlusion

We consider brightness/contrast-invariant and rotation-discriminating template matching that searches an image to analyze A for a query image Q We propose to use the complex coefficients of the discrete Fourier transform of the radial projections to compute new rotation-invariant local features. These coefficients can be efficiently obtained via FFT. We classify templates in ""stable"" and ""unstable"" ones and argue that any local feature-based template matching may fail to find unstable templates. We extract several stable sub-templates of Q and find them in A by comparing the features. The matchings of the sub-templates are combined using the Hough transform. As the features of A are computed only once, the algorithm can find quickly many different sub-templates in A, and it is Suitable for finding many query images in A, multi-scale searching and partial occlusion-robust template matching. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Crop rotation in center-pivot for phytonematode control: density variation, pathogenicity and crop loss estimation

Crop rotation in center-pivot for phytonematode control: density variation, pathogenicity and crop loss estimation A field study conducted over three consecutive years, on a farm using crop rotation system under center-pivot and infested with the nematodes Pratylenchus brachyurus, P. zeae, Meloidogyne incognita, Paratrichodorus minor, Helicotylenchus dihystera, Mesocriconema ornata and M. onoense, demonstrated that intensive crop systems provide conditions for the maintenance of high densities of polyphagous phytonematodes. Of the crops established on the farm (cotton, maize, soybean and cowpea), cotton and soybean suffered the most severe crop losses, caused respectively by M. incognita and P. brachyurus. Since maize is a good host for both nematodes, but tolerant of M. incognita, its exclusion from cropping system would be favorable to the performance of cotton, soybean and cowpea. Results from experiments carried out in controlled conditions confirmed the pathogenicity of P. brachyurus on cotton. Additional management with genetic resistance was useful in fields infested with M. incognita, although the soybean performance was affected by low resistance of the cultivars used for P. brachyurus. In conclusion, crop rotation must be carefully planned in areas infested with polyphagous nematodes, specifically in the case of occurrence of two or more major pathogenic nematodes.

Coupling of a Jahn-Teller pseudorotation with a hindered internal rotation in an isolated molecule: 9-hydroxytriptycene

The irregular vibronic structure in the S-1<--S-0 resonant two-photon ionization (R2PI) spectrum of supersonically cooled triptycene is a result of a classic Exe Jahn-Teller effect [A. Furlan et al., J. Chem. Phys. 96, 7306 (1992)]. This is well characterized and can be used as an effective probe of intramolecular perturbations. Here we examine the S-1<--S-0 R2PI spectrum of 9-hydroxytriptycene and the fluorescence from various excited state vibronic levels. In this system the pseudorotation of the Jahn-Teller vibration is strongly coupled to the torsional motion of the bridgehead hydroxy group. This torsional motion results in a tunneling splitting in both the ground and excited states. The population of the upper level in the ground electronic state results in additional vibronic transitions becoming symmetry allowed in the R2PI spectrum that are forbidden in the bare triptycene molecule. The assignment of the R2PI and fluorescence spectra allows the potential energy surfaces of these vibrational modes to be accurately quantified. The full C-3v vibronic point group must be used to interpret the spectra. The time scale of the internal rotation of the-OH group and the butterfly flapping of the Jahn-Teller pseudorotation are of similar magnitude. The tunneling between the nine minima on the three dimensional potential energy surface is such that the Jahn-Teller pseudorotation occurs in concert with the-OH internal rotation. The Berry phase that is acquired during this motion is discussed. The simple physical picture emerges of the angle between two of the three benzene moieties opening in three equivalent ways in the S-1 electronic state. This geometry follows the position of the hydroxy group, which preferentially orients itself to point between these two rings. (C) 1998 American Institute of Physics. [S0021-9606(98)02348-4].

Antipronation taping and temporary orthoses - Effects on tibial rotation position after exercise

Abnormal lower-limb biomechanics-in particular, abnormal pronation of the subtalar joint with concomitant increased internal rotation of the tibia-is one of the major causes of overuse injuries of the lower limb. A randomized, controlled, within-subjects research design (N = 14) was used to investigate the effect of a temporary felt orthosis and an antipronation taping technique to control the transverse tibial rotation position immediately after application and after each of two 10-minute periods of exercise. The results showed that the taping technique was superior to both the orthosis and no intervention in controlling tibial rotation position immediately after application and after 10 minutes of exercise. After 20 minutes of exercise, neither the tape nor the orthosis was significantly superior to the control; however, the trends suggested that some residual control was maintained. Future studies are needed to determine the amount of foot pronation control required to relieve symptoms in a symptomatic population in order to determine the clinical effectiveness of these treatment methods.

Mental rotation processes in mathematically gifted boys: An fMRI investigation

The functional brain organisation of mathematically gifted adolescents may be different from those of average mathematical ability. In this study we used fMRI to examine the neural circuitry that mediates the performance of mathematically gifted boys and average ability controls while engaged in mental rotation. Eight math gifted male adolescents and five average ability male adolescents were presented 18 control and 18 mental rotation trials in two separate blocks. Participants selected one of four test stimuli to match the target stimulus by pressing one of four fibreoptic buttons. The control task required a simple 'best match' for the target stimulus. EPI scans were acquired on a 3-T MR scanner and a fixed effects statistical analysis (SPM99) was used to identify areas of significant activation in the rotation tasks, for the two groups. The results indicate that during mental rotation both groups activate the parietal lobes bilaterally, though to different levels. Moreover, the math gifted are uniformly bilateral in their pattern of activation, and engage some anterior regions not found in those of average ability. These regions include bilateral prefrontal cortex and the right anterior cingulate, which may serve to heighten concentration, and to optimise the pre-planning of purposeful actions.

Mathematically gifted male adolescents activate a unique brain network during mental rotation

Mental rotation involves the creation and manipulation of internal images, with the later being particularly useful cognitive capacities when applied to high-level mathematical thinking and reasoning. Many neuroimaging studies have demonstrated mental rotation to be mediated primarily by the parietal lobes, particularly on the right side. Here, we use fMRI to show for the first time that when performing 3-dimensional mental rotations, mathematically gifted male adolescents engage a qualitatively different brain network than those of average math ability, one that involves bilateral activation of the parietal lobes and frontal cortex, along with heightened activation of the anterior cingulate. Reliance on the processing characteristics of this uniquely bilateral system and the interplay of these anterior/posterior regions may be contributors to their mathematical precocity.

Timing of rotator cuff activation during shoulder external rotation in throwers with and without symptoms of pain

Study Design: Fine-wire EMG rotator cuff onset time analysis in 2 matched groups of throwers with and without pain. Objective: To identify if there is a difference in the activation patterns of the rotator cuff muscles during a rapid shoulder external rotation task between throwers with and without pain. Background: The coordinated action of the rotator cuff is recognized as essential for glenohumeral joint control in the throwing athlete. Identification of abnormalities occurring in muscle activation patterns for injured athletes is relevant when prescribing rehabilitative exercises. Methods and Measures: Twelve throwers with shoulder pain were compared to a matched group of 11 asymptomatic throwers. Participants were matched for age, height, body mass, and habitual activity. Fine-wire EMG electrodes were inserted into the subscapularis, supraspinatus, and infraspinatus. EMG activity was measured during a reaction time task of rapid shoulder external rotation in a seated position. The timing of onset of EMG activity was analyzed in relation to visualization of a light (reaction time) and to the onset of infraspinatus activity (relative latency). Results: In the group with shoulder pain, the onset of subscapularis activity was found to be significantly delayed (reaction time, P = .0018; relative latency, P = .0005) from the onset of infraspinatus activity when compared to the control group. Conclusions: The presence of shoulder pain in these athletes was associated with a difference in the onset of subscapularis EMG activity during a rapid shoulder external rotation movement. This was an initial step in the understanding of the joint protection mechanisms of the glenohumeral joint and the problems that occur in throwers. This information may assist in providing future guidelines for more effective rehabilitation and prevention strategies for this condition.

RESTORATION OF THE ROTATION CENTER IN MINIMALLY-INVASIVE TOTAL HIP REPLACEMENT

Objective: Our aim was to evaluate the challenges in obtaining a successful restoration of the rotation center as well as a good positioning of the acetabular component when using the minimally-invasive posterior approach for uncemented total hip replacement. Methods: In a comparative non-random prospective study, 64 adult patients underwent elective total hip arthroplasty using the minimally-invasive posterior approach performed by one single surgeon, All patients included in this study had a superior and lateral migration of the rotation center of the hip in comparison to the normal contralateral hip. Patients were excluded from the study if they presented the following: diagnosis of femoral neck fracture, displasic hip types 2, 3 and 4 (Crowe`s classification), osteoarthritis of the contralateral hip. Of the 64 patients in the study, 39 had a radiographic pre-op acetabular size planning equal or less than 50 mm and 25 patients had a radiographic pre-op acetabular size planning equal or more than 52 mm. We considered a good result the following goals: acetabular bend between 35 and 50 degrees, acetabular size according to the pre-op estimative with full contact in the three zones of DeLee-Charnley, a lower medial and vertical positioning of the rotation center in comparison with the pre-op values and a final limb discrepancy lower than 10 mm. Results: A better restoration of the rotation center, as well as, excellent acetabular positioning was found in patients with smaller acetabular size (equal or less than 50), p=0, 04. We must draw attention to two risks when using the minimally-invasive posterior approach: a vertical acetabular position and a lateral position of the acetabular component increasing the risk of a poor contact in the zone 1 due to an insufficient reaming of the medial acetabular host bone. Conclusion: We propose standard surgical approaches in patients with larger anatomical measurements (acetabular planning size more than 50).

Validity and reliability of a computer method to estimate vertebral axial rotation from digital radiographs

Axial vertebral rotation, an important parameter in the assessment of scoliosis may be identified on X-ray images. In line with the advances in the field of digital radiography, hospitals have been increasingly using this technique. The objective of the present study was to evaluate the reliability of computer-processed rotation measurements obtained from digital radiographs. A software program was therefore developed, which is able to digitally reproduce the methods of Perdriolle and Raimondi and to calculate semi-automatically the rotation degree of vertebra on digital radiographs. Three independent observers estimated vertebral rotation employing both the digital and the traditional manual methods. Compared to the traditional method, the digital assessment showed a 43% smaller error and a stronger correlation. In conclusion, the digital method seems to be reliable and enhance the accuracy and precision of vertebral rotation measurements.