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.

Visuo-spatial processing in a dynamic and a static working memory paradigm in schizophrenia.

Recent findings suggest that the visuo-spatial sketchpad (VSSP) may be divided into two sub-components processing dynamic or static visual information. This model may be useful to elucidate the confusion of data concerning the functioning of the VSSP in schizophrenia. The present study examined patients with schizophrenia and matched controls in a new working memory paradigm involving dynamic (the Ball Flight Task - BFT) or static (the Static Pattern Task - SPT) visual stimuli. In the BFT, the responses of the patients were apparently based on the retention of the last set of segments of the perceived trajectory, whereas control subjects relied on a more global strategy. We assume that the patients' performances are the result of a reduced capacity in chunking visual information since they relied mainly on the retention of the last set of segments. This assumption is confirmed by the poor performance of the patients in the static task (SPT), which requires a combination of stimulus components into object representations. We assume that the static/dynamic distinction may help us to understand the VSSP deficits in schizophrenia. This distinction also raises questions about the hypothesis that visuo-spatial working memory can simply be dissociated into visual and spatial sub-components.

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.

Functional MR Imaging of visuo-spatial network in Autism Spectrum Disorder

Individuals with Autism Spectrum Disorder (ASD) are generally thought to have impaired attentional and executive function upon which all their cognitive and behaviour functions are based. Mental Rotation is a recognized visuo-spatial task, involving spatial working memory, known to involve activation in the fronto-parietal networks. To elucidate the functioning of fronto-parietal networks in ASD, the aim of this study was to use fMRI techniques with a mental rotation task, to characterize the underlying functional neural system. Sixteen male participants (seven highfunctioning autism or Asperger's syndrome; nine ageand performance IQ-matched controls) underwent fMRI. Participants were presented with 18 baseline and 18 rotation trials, with stimuli rotated 3- dimensionaUy (45°-180°). Data were acquired on a 3- Tesla scanner. The most widely accepted area reported to be involved in processing of visuo-spatial information. Posterior Parietal Cortex, was found to be activated in both groups, however, the ASD group showed decreased activation in cortical and subcortical frontal structures that are highly interconnected, including lateral and medial Brodmann area 6, frontal eye fields, caudate, dorsolateral prefrontal cortex and anterior cingulate. The suggested connectivity between these regions indicates that one or more circuits are impaired as a result of the disorder. In future it is hoped that we are able to identify the possible point of origin of this dysfunction, or indeed if the entire network is dysfunctional.

Study of behavioural and neural bases of visuo-spatial working memory with an fMRI paradigm based on an n-back task

The goal of this study was to propose a new functional magnetic resonance imaging (fMRI) paradigm using a language-free adaptation of a 2-back working memory task to avoid cultural and educational bias. We additionally provide an index of the validity of the proposed paradigm and test whether the experimental task discriminates the behavioural performances of healthy participants from those of individuals with working memory deficits. Ten healthy participants and nine patients presenting working memory (WM) deficits due to acquired brain injury (ABI) performed the developed task. To inspect whether the paradigm activates brain areas typically involved in visual working memory (VWM), brain activation of the healthy participants was assessed with fMRIs. To examine the task's capacity to discriminate behavioural data, performances of the healthy participants in the task were compared with those of ABI patients. Data were analysed with GLM-based random effects procedures and t-tests. We found an increase of the BOLD signal in the specialized areas of VWM. Concerning behavioural performances, healthy participants showed the predicted pattern of more hits, less omissions and a tendency for fewer false alarms, more self-corrected responses, and faster reaction times, when compared with subjects presenting WM impairments. The results suggest that this task activates brain areas involved in VWM and discriminates behavioural performances of clinical and non-clinical groups. It can thus be used as a research methodology for behavioural and neuroimaging studies of VWM in block-design paradigms.

Emotionally negative stimuli can overcome attentional deficits in patients with visuo-spatial hemineglect.

Left unilateral spatial neglect resulting from right brain damage is characterized by loss of awareness for stimuli in the contralesional side of space, despite intact visual pathways. We examined using fMRI whether patients with neglect are more likely to consciously detect in the neglected hemifield, emotionally negative complex scenes rather than visually similar neutral pictures and if so, what neural mechanisms mediate this effect. Photographs of emotional and neutral scenes taken from the IAPS were presented in a divided visual field paradigm. As expected, the detection rate for emotional stimuli presented in the neglected field was higher than for neutral ones. Successful detection of emotional scenes as opposed to neutral stimuli in the left visual field (LVF) produced activations in the parahippocampal and anterior cingulate areas in the right hemisphere. Detection of emotional stimuli presented in the intact right visual field (RVF) activated a distributed network of structures in the left hemisphere, including anterior and posterior cingulate cortex, insula, as well as visual striate and extrastriate areas. LVF-RVF contrasts for emotional stimuli revealed activations in right and left attention related prefrontal areas whereas RVF-LVF comparison showed activations in the posterior cingulate and extrastriate visual cortex in the left hemisphere. An additional analysis contrasting detected vs. undetected emotional LVF stimuli showed involvement of left anterior cingulate, right frontal and extrastriate areas. We hypothesize that beneficial role of emotion in overcoming neglect is achieved by activation of frontal and limbic lobe networks, which provide a privileged access of emotional stimuli to attention by top-down modulation of processing in the higher-order extrastriate visual areas. Our results point to the importance of top-down regulatory role of the frontal attentional systems, which might enhance visual activations and lead to greater salience of emotional stimuli for perceptual awareness.

Working memory in schizophrenia: dynamic visuo-spatial information processing

Working memory, commonly defined as the ability to hold mental representations on line transiently and to manipulate these representations, is known to be a core deficit in schizophrenia. The aim of the present study was to investigate the visuo-spatial component of the working memory in schizophrenia, and more precisely to what extent the dynamic visuo-spatial information processing is impaired in schizophrenia patients. For this purpose we used a computerized paradigm in which 29 patients with schizophrenia (DSMIV, Diagnostic Interview for Genetic Studies) and 29 age and sex matched control subjects (DIGS) had to memorize a plane moving across the computer screen and to identify the observed trajectory among 9 plots proposed together. Each trajectory could be seen max. 3 times if needed. The results showed no difference between schizophrenia patients and controls regarding the number of correct trajectory identified after the first presentation. However, when we determine the mean number of correct trajectories on the basis of 3 trials, we observed that schizophrenia patients are significantly less performant than controls (Mann-Whitney, p _ 0.002). These findings suggest that, although schizophrenia patients are able to memorize some dynamic trajectories as well as controls, they do not profit from the repetition of the trajectory presentation. These findings are congruent with the hypothesis that schizophrenia could induce an unbalance between local and global information processing: the patients may be able to focus on details of the trajectory which could allow them to find the right target (bottom-up processes), but may show difficulty to refer to previous experience in order to filter incoming information (top-down processes) and enhance their visuo-spatial working memory abilities.

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 (buclefonológico y agenda viso-espacial) y el rendimiento en cálculo con una muestra de 94 niños españolesde 7-8 años. Hemos administrado dos pruebas de cálculo diseñadas para este estudio y seis medidassimples de memoria de trabajo (de contenido verbal, numérico y espacial) de la «Batería de Testsde 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 verbaly numérico y el rendimiento en cálculo. En cambio, no hemos encontrado ninguna relación con las medidasespaciales. Se concluye, por lo tanto, que en escolares españoles existe una relación importanteentre el bucle fonológico y el rendimiento en tareas de cálculo. En cambio, el rol de la agenda viso-espaciales nulo

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

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.