Neurobiological model of visuo-spatial cognition in young Williams Syndrome children: measures of dorsal-stream and frontal function

We examine hypotheses for the neural basis of the profile of visual cognition in young children with Williams syndrome (WS). These are: (a) that it is a consequence of anomalies in sensory visual processing; (b) that it is a deficit of the dorsal relative to the ventral cortical stream; (c) that it reflects deficit of frontal function, in particular of fronto-parietal interaction; (d) that it is related to impaired function in the right hemisphere relative to the left. The tests reported here are particularly relevant to (b) and (c). They form part of a more extensive programme of investigating visual, visuospatial, and cognitive function in large group of children with WS children, aged 8 months to 15 years. To compare performance across tests, avoiding floor and ceiling effects, we have measured performance in children with WS in terms of the ‘age equivalence’ for typically developing children. In this paper the relation between dorsal and ventral function was tested by motion and form coherence thresholds respectively. We confirm the presence of a subgroup of children with WS who perform particularly poorly on the motion (dorsal) task. However, such performance is also characteristic of normally developingchildren up to 5 years: thus the WS performance may reflect an overall persisting immaturity of visuospatial processing which is particularly evident in the dorsal stream. Looking at the performance on the global coherence tasks of the entire WS group, we find that there is also a subgroup who have both high form and motion coherence thresholds, relative to the performance of children of the same chronological age and verbal age on the BPVS, suggesting a more general global processing deficit. Frontal function was tested by a counterpointing task, ability to retrieve a ball from a ‘detour box’, and the Stroop-like ‘day-night’ task, all of which require inhibition of a familiar response. When considered in relation to overall development as indexed by vocabulary, the day-night task shows little specific impairment, the detour box shows a significant delay relative to controls, and the counterpointing task shows a marked and persistent deficit in many children. We conclude that frontal control processes show most impairment in WS when they are associated with spatially directed responses, reflecting a deficit of fronto-parietal processing. However, children with WS may successfully reduce the effect of this impairment by verbally mediated strategies. On all these tasks we find a range of difficulties across individual children and a small subset of WS who show very good performance, equivalent to chronological age norms of typically developing children. Neurobiological models of visuo-spatial cognition in children with WS p.4 Overall, we conclude that children with WS have specific processing difficulties with tasks involving frontoparietal circuits within the spatial domain. However, some children with WS can achieve similar performance to typically developing children on some tasks involving the dorsal stream, although the strategies and processing may be different in the two groups.

Un análisis comparativo del papel del bucle fonológico versus la agenda visoespacial en el cálculo en niños de 7-8 años = A comparative analysis of the phonological loop versus the visuo-spatial sketchpad in mental arithmetic tasks in 7-8 y.o. children

En esta investigación se ha estudiado la relación entre dos subsistemas de la memoria de trabajo (bucle fonológico y agenda viso-espacial) y el rendimiento en cálculo con una muestra de 94 niños españoles de 7-8 años. Hemos administrado dos pruebas de cálculo diseñadas para este estudio y seis medidas simples de memoria de trabajo (de contenido verbal, numérico y espacial) de la «Batería de Tests de Memoria de Treball» de Pickering, Baqués y Gathercole (1999), y dos pruebas visuales complementarias. Los resultados muestran una correlación importante entre las medidas de contenido verbal y numérico y el rendimiento en cálculo. En cambio, no hemos encontrado ninguna relación con las medidas espaciales. Se concluye, por lo tanto, que en escolares españoles existe una relación importante entre el bucle fonológico y el rendimiento en tareas de cálculo. En cambio, el rol de la agenda viso-espacial es nulo

Combination treatment in the rehabilitation of visuo-spatial neglect

Resumen tomado de la publicaci??n

Evidence for unusual spatial location coding in Williams syndrome: an explanation for the local bias in visuo-spatial construction tasks?

Individuals with Williams syndrome (WS) display poor visuo-spatial cognition relative to verbal abilities. Furthermore, whilst perceptual abilities are delayed, visuo-spatial construction abilities are comparatively even weaker, and are characterised by a local bias. We investigated whether his differentiation in visuo-spatial abilities can be explained by a deficit in coding spatial location in WS. This can be measured by assessing participants' understanding of the spatial relations between objects within a visual scene. Coordinate and categorical spatial relations were investigated independently in four participant groups: 21 individuals with WS; 21 typically developing (TD) children matched for non-verbal ability; 20 typically developing controls of a lower non-verbal ability; and 21 adults. A third task measured understanding of visual colour relations. Results indicated first, that the comprehension of categorical and coordinate spatial relations is equally poor in WS. Second, that the comprehension of visual relations is also at an equivalent level to spatial relational understanding in this population. These results can explain the difference in performance on visuo-spatial perception and construction tasks in WS. In addition, both the WS and control groups displayed response biases in the spatial tasks. However, the direction of bias differed across the groups. This finding is explored in relation to current theories of spatial location coding. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

The two forms of visuo-spatial perspective taking are differently embodied and subserve different spatial prepositions

We set out to distinguish level 1 (VPT-1) and level 2 (VPT-2) perspective taking with respect to the embodied nature of the underlying processes as well as to investigate their dependence or independence of response modality (motor vs. verbal). While VPT-1 reflects understanding of what lies within someone else’s line of sight, VPT-2 involves mentally adopting someone else’s spatial point of view. Perspective taking is a high-level conscious and deliberate mental transformation that is crucially placed at the convergence of perception, mental imagery, communication, and even theory of mind in the case of VPT-2. The differences between VPT-1 and VPT-2 mark a qualitative boundary between humans and apes, with the latter being capable of VPT-1 but not of VPT-2. However, our recent data showed that VPT-2 is best conceptualized as the deliberate simulation or emulation of a movement, thus underpinning its embodied origins. In the work presented here we compared VPT-2 to VPT-1 and found that VPT-1 is not at all, or very differently embodied. In a second experiment we replicated the qualitatively different patterns for VPT-1 and VPT-2 with verbal responses that employed spatial prepositions. We conclude that VPT-1 is the cognitive process that subserves verbal localizations using “in front” and “behind,” while VPT-2 subserves “left” and “right” from a perspective other than the egocentric. We further conclude that both processes are grounded and situated, but only VPT-2 is embodied in the form of a deliberate movement simulation that increases in mental effort with distance and incongruent proprioception. The differences in cognitive effort predict differences in the use of the associated prepositions. Our findings, therefore, shed light on the situated, grounded and embodied basis of spatial localizations and on the psychology of their use.

O envolvimento da atenção na codificação da informação visuoespacial integrada

O objetivo deste estudo foi investigar o envolvimento de recursos da atenção na codificação e manutenção da informação visual e espacial na memória de trabalho. Utilizou-se um paradigma de tarefas duplas em que uma tarefa primária de localização espacial foi realizada simultaneamente a uma tarefa atentiva secundária de discriminação de tons. O desempenho dos participantes (n = 20) na tarefa primária foi afetado pela presença e pela similaridade entre os tons da tarefa secundária, e também, pela instrução de priorizar uma ou outra tarefa. Os resultados indicam que recursos atentivos (do executivo central) estão envolvidos na codificação e na manutenção ativa da informação integrada na memória visuoespacial, assim como na manutenção dos objetivos das tarefas a serem realizadas simultaneamente.

Envelhecimento, linguagem e memória visuo-espacial: um estudo comparativo exploratório do desempenho humano em testes neuropsicológicos selecionados

O reconhecimento dos limites entre o envelhecimento normal e o patológico é essencial para a adoção de políticas de saúde baseadas em evidências para o grupo etário acima de 65 anos. Este estudo é parte de um esforço sistemático que o grupo de pesquisa do Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção da Universidade Federal do Pará tem feito para fornecer informações translacionais sobre a neurobiologia do envelhecimento normal e alterada. A meta principal em longo prazo é permitir políticas públicas para o envelhecimento saudável na Região Amazônica. No presente trabalho investigamos os efeitos do envelhecimento sobre os desempenhos em testes neuropsicológicos selecionados para avaliar aprendizagem, memória e alterações de linguagem. 29 adultos jovens (29,9 ± 1,06 anos) e 31 idosos (74,1 ± 1,15 anos) saudáveis foram submetidos aos testes e os resultados de seus desempenhos foram comparados por testes paramétricos e estatística multivariada. Uma anamnese e uma variedade de testes cognitivos, incluindo Mini Exame do Estado Mental, tarefas visuo-espaciais de aprendizagem e de memória da bateria de testes neuropsicológicos automatizados - CANTAB e testes de linguagem incluindo fluência verbal semântica e fonológica, teste de nomeação de Boston reduzido, performance narrativa utilizando a figura “o roubo dos biscoitos” e alguns testes da Bateria Montreal de Comunicação - MAC. O programa BioEstat versão 5.0 e o pacote estatístico SPSS foram utilizados para a análise. O teste paramétrico t de Student ou o não paramétrico de Mann-Whitney foram aplicados para detectar diferenças significativas (fixadas em valores de p <0,05). Os grupos foram pareados por escolaridade e incluiu homens e mulheres. A análise das subcategorias que compõem o MEEM mostrou diferença significativa apenas na recuperação da memória de evocação de lista de palavras, em que o grupo de idosos apresentou pior desempenho em comparação com o grupo de jovens. Foram encontradas diferenças estatisticamente significativas entre os desempenhos de idosos e jovens adultos nos seguintes testes de linguagem: 1) Nomeação de Boston, 2) Testes de Narrativa, 3) Metáforas; 4) Prosódia Emocional e Linguística. Em comparação com os adultos jovens, indivíduos idosos apresentaram pior desempenho em 10 medidas diferentes nos testes de memória visuo-espacial e de aprendizagem do CANTAB. Distâncias Euclidianas e análise discriminante obtidas a partir do CANTAB e dos testes de linguagem demonstraram que os primeiros distinguem os grupos com maior resolução. Os efeitos do envelhecimento sobre o desempenho nos testes neuropsicológicos selecionados revelam que a Bateria CANTAB, empregada para testar a memória visuo-espacial, é mais sensível e discrimina melhor a formação de subgrupos tanto no grupo de adultos jovens quanto no grupo de idosos. Por essa razão sugerimos que a aplicação em larga escala de testes selecionados da bateria CANTAB, tanto em estudos transversais como em longitudinais, vai aumentar nossa capacidade de resolução na distinção dos limites entre o envelhecimento normal e o patológico.

Spatial perspective taking is an embodied process, but not for everyone in the same way:differences predicted by sex and social skills score

We re-analysed visuo-spatial perspective taking data from Kessler and Thomson (2010) plus a previously unpublished pilot with respect to individual- and sex differences in embodied processing (defined as body-posture congruence effects). We found that so-called 'systemisers' (males/low-social-skills) showed weaker embodiment than so-called 'embodiers' (females/high-social-skills). We conclude that 'systemisers' either have difficulties with embodied processing or, alternatively, they have a strategic advantage in selecting different mechanisms or the appropriate level of embodiment. In contrast, 'embodiers' have an advantageous strategy of "deep" embodied processing reflecting their urge to empathise or, alternatively, less flexibility in fine-tuning the involvement of bodily representations. © 2012 Copyright Taylor and Francis Group, LLC.

The relationship between early and intermediate level spatial vision during typical development and in autism spectrum disorder

Certaines recherches ont investigué le traitement visuel de bas et de plus hauts niveaux chez des personnes neurotypiques et chez des personnes ayant un trouble du spectre de l’autisme (TSA). Cependant, l’interaction développementale entre chacun de ces niveaux du traitement visuel n’est toujours pas bien comprise. La présente thèse a donc deux objectifs principaux. Le premier objectif (Étude 1) est d’évaluer l’interaction développementale entre l’analyse visuelle de bas niveaux et de niveaux intermédiaires à travers différentes périodes développementales (âge scolaire, adolescence et âge adulte). Le second objectif (Étude 2) est d’évaluer la relation fonctionnelle entre le traitement visuel de bas niveaux et de niveaux intermédiaires chez des adolescents et des adultes ayant un TSA. Ces deux objectifs ont été évalué en utilisant les mêmes stimuli et procédures. Plus précisément, la sensibilité de formes circulaires complexes (Formes de Fréquences Radiales ou FFR), définies par de la luminance ou par de la texture, a été mesurée avec une procédure à choix forcés à deux alternatives. Les résultats de la première étude ont illustré que l’information locale des FFR sous-jacents aux processus visuels de niveaux intermédiaires, affecte différemment la sensibilité à travers des périodes développementales distinctes. Plus précisément, lorsque le contour est défini par de la luminance, la performance des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les FFR sollicitant la perception globale. Lorsque les FFR sont définies par la texture, la sensibilité des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les conditions locales et globales. Par conséquent, le type d’information locale, qui définit les éléments locaux de la forme globale, influence la période à laquelle la sensibilité visuelle atteint un niveau développemental similaire à celle identifiée chez les adultes. Il est possible qu’une faible intégration visuelle entre les mécanismes de bas et de niveaux intermédiaires explique la sensibilité réduite des FFR chez les enfants. Ceci peut être attribué à des connexions descendantes et horizontales immatures ainsi qu’au sous-développement de certaines aires cérébrales du système visuel. Les résultats de la deuxième étude ont démontré que la sensibilité visuelle en autisme est influencée par la manipulation de l’information locale. Plus précisément, en présence de luminance, la sensibilité est seulement affectée pour les conditions sollicitant un traitement local chez les personnes avec un TSA. Cependant, en présence de texture, la sensibilité est réduite pour le traitement visuel global et local. Ces résultats suggèrent que la perception de formes en autisme est reliée à l’efficacité à laquelle les éléments locaux (luminance versus texture) sont traités. Les connexions latérales et ascendantes / descendantes des aires visuelles primaires sont possiblement tributaires d’un déséquilibre entre les signaux excitateurs et inhibiteurs, influençant ainsi l’efficacité à laquelle l’information visuelle de luminance et de texture est traitée en autisme. Ces résultats supportent l’hypothèse selon laquelle les altérations de la perception visuelle de bas niveaux (local) sont à l’origine des atypies de plus hauts niveaux chez les personnes avec un TSA.

The relationship between early and intermediate level spatial vision during typical development and in autism spectrum disorder

Certaines recherches ont investigué le traitement visuel de bas et de plus hauts niveaux chez des personnes neurotypiques et chez des personnes ayant un trouble du spectre de l’autisme (TSA). Cependant, l’interaction développementale entre chacun de ces niveaux du traitement visuel n’est toujours pas bien comprise. La présente thèse a donc deux objectifs principaux. Le premier objectif (Étude 1) est d’évaluer l’interaction développementale entre l’analyse visuelle de bas niveaux et de niveaux intermédiaires à travers différentes périodes développementales (âge scolaire, adolescence et âge adulte). Le second objectif (Étude 2) est d’évaluer la relation fonctionnelle entre le traitement visuel de bas niveaux et de niveaux intermédiaires chez des adolescents et des adultes ayant un TSA. Ces deux objectifs ont été évalué en utilisant les mêmes stimuli et procédures. Plus précisément, la sensibilité de formes circulaires complexes (Formes de Fréquences Radiales ou FFR), définies par de la luminance ou par de la texture, a été mesurée avec une procédure à choix forcés à deux alternatives. Les résultats de la première étude ont illustré que l’information locale des FFR sous-jacents aux processus visuels de niveaux intermédiaires, affecte différemment la sensibilité à travers des périodes développementales distinctes. Plus précisément, lorsque le contour est défini par de la luminance, la performance des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les FFR sollicitant la perception globale. Lorsque les FFR sont définies par la texture, la sensibilité des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les conditions locales et globales. Par conséquent, le type d’information locale, qui définit les éléments locaux de la forme globale, influence la période à laquelle la sensibilité visuelle atteint un niveau développemental similaire à celle identifiée chez les adultes. Il est possible qu’une faible intégration visuelle entre les mécanismes de bas et de niveaux intermédiaires explique la sensibilité réduite des FFR chez les enfants. Ceci peut être attribué à des connexions descendantes et horizontales immatures ainsi qu’au sous-développement de certaines aires cérébrales du système visuel. Les résultats de la deuxième étude ont démontré que la sensibilité visuelle en autisme est influencée par la manipulation de l’information locale. Plus précisément, en présence de luminance, la sensibilité est seulement affectée pour les conditions sollicitant un traitement local chez les personnes avec un TSA. Cependant, en présence de texture, la sensibilité est réduite pour le traitement visuel global et local. Ces résultats suggèrent que la perception de formes en autisme est reliée à l’efficacité à laquelle les éléments locaux (luminance versus texture) sont traités. Les connexions latérales et ascendantes / descendantes des aires visuelles primaires sont possiblement tributaires d’un déséquilibre entre les signaux excitateurs et inhibiteurs, influençant ainsi l’efficacité à laquelle l’information visuelle de luminance et de texture est traitée en autisme. Ces résultats supportent l’hypothèse selon laquelle les altérations de la perception visuelle de bas niveaux (local) sont à l’origine des atypies de plus hauts niveaux chez les personnes avec un TSA.