The NeuroTracker (NT), a computerized three-dimensional multiple object tracking (3D-MOT) training device, has potential benefits for concussion assessment and management, as well as maintenance of cognitive function. Accessing 3D technology is a limiting factor for 3D-MOT, so we assessed the performance of MOT training in 2D and 3D environments in both healthy and concussed individuals (8-91 years of age). The participants (n=86) who completed all ten training sessions over the three-month period, were assigned to one of three different studies: (1) an environment comparison (2D versus 3D), (2) an age comparison (youth, young adult, and older adult), or (3) a concussed population comparison (non-concussed, recently concussed, and prolonged concussed). In all studies, performance increased with training, indicating all individuals could increase perceptual cognitive function in all environments. Significant differences were apparent when 2D and 3D environments were compared, with participants in the 3D environment out performing participants in the 2D environment. Furthermore, switching from the 3D to the 2D environment was detrimental to learning performance. When comparing learning performance between different aged individuals, a linear regression demonstrated learning performance increased at a lesser rate with age(p<0.05). Concussed populations also demonstrated correlative trends when comparing learning performance, as well as initial NT scores. The longer an individual was suffering from concussion symptoms, the lower the initial NT score was, but the higher the rate of learning performance was through out training. Further investigation into attention, memory, and visual processing speeds in each population may help to better resolve the relationship between these domains and clarify if NT can serve as a means for concussion assessment and rehabilitation for individuals at any age in the future. / Graduate

Durant la dernière décennie, la recherche sur les jeux vidéo et leur implication sur les habiletés perceptivo-cognitives a gagné en intérêt. Plusieurs études ont démontré que les jeux vidéo (particulièrement les jeux d’action) possèdent la capacité d’influencer et d’améliorer différentes aptitudes perceptives et cognitives telles que l’attention visuo-spatiale, la vitesse de traitement de l’information, la mémoire visuelle à court terme ainsi que la poursuite d’objets en mouvement. Cependant, plusieurs autres études n’ont pas réussi à reproduire les mêmes résultats. D’un autre côté, un nouveau type d’entraînement perceptivo-cognitif, nommé 3-Dimensional Multiple-Object Tracking (3D-MOT), et qui consiste à traiter des scènes visuelles dynamiques dénuées de contexte, a démontré son implication sur différents types d’attention, la mémoire de travail ainsi que la vitesse de traitement de l’information. L’étude actuelle a examiné quatre groupes de joueurs inexpérimentés qui s’entrainaient durant 10 séances à l’aide d’un exercice perceptivo-cognitif (3D-MOT), ou d’un jeu de haut niveau visuel (jeu vidéo d’action : Call of Duty), de bas niveau visuel (Tetris) ou d’un jeu non-visuel (Sudoku). Des mesures d’électroencéphalographie quantitative et des tests neuropsychologiques effectués avant et après l’entraînement ont démontré que le 3D-MOT, par comparaison aux autres jeux testés, améliorait de façon plus efficace les fonctions reliées à l’attention, la mémoire de travail ainsi que la vitesse de traitement de l’information. Pour la première fois, cette étude démontre que l’entraînement non-contextuel de 3D-MOT améliore les habiletés perceptivo-cognitives plus efficacement que l’entraînement à des jeux de divertissement tels que les jeux vidéo. / In the past decade, research on video games and their implications on cognitive abilities have gained significant interest. Various studies suggest that video games (in particular action video games) have the inherent ability to influence and improve attentional abilities such as visual spatial attention, processing speed, visual short-term memory and multiple-object tracking. However, many other studies have been unable to replicate similar results. On the other hand, a recent cognitive enhancement tool that is visually dynamic and void of context called 3-Dimensional Multiple-Object tracking (3D-MOT), has demonstrated robust effects on cognitive-perceptual abilities such as divided, selective, and sustained attention as well as working memory and information processing speed. The current study examines four groups of non-video game players that train for 10 sessions on the cognitive enhancing technique (3D-MOT) or on one of three different visually stimulating games: highly visually stimulating game (Call of Duty), lowly visually stimulating game (Tetris), or non-visually stimulating puzzle (Sudoku). A battery of cognitive tests and quantitative electroencephalography preformed before and after training, demonstrated that training on 3D-MOT improved cognitive functions related to attention, working memory, and visual information processing compared to video games. For the first time, this study demonstrated that non-contextual training with 3D-MOT improves perceptual-cognitive abilities more efficiently than video game playing.

Objective: To determine the extent to which aspects of the Sport Concussion Assessment Tool 3 (SCAT3) or Child SCAT3 (C-SCAT3), and the King-Devick Test (KDT) predict Three-Dimensional Multiple Object Tracking (3D-MOT) speed. Participants: A sample of 304 healthy, non-concussed participants with a sporting history (101 females, 203 males) ranging in age from 7-29 years (mean age = 16.05 +/- 4.36) were included in the analysis. Methods: Participants completed the SCAT3, KDT and 3D-MOT in a single visit. Data Analysis: A regression analysis was performed to determine the extent to which aspects of the SCAT3 (immediate memory (IM), coordination (COOR), delayed recall (DR)), and the KDT predicted 3D-MOT speed. Results: Using the stepwise method, it was found that KDT, DR and COOR explain a significant amount of the variance in the speed of the 3D-MOT (F(3, 256)) = 11.82, p < .000 with an R2 = .12. The analysis shows that KDT (Beta = -0.01, p < .000), DR (Beta = 0.07, p < .02), and COOR (Beta = .23, p < .03), were significant predictors of 3D-MOT speed. Conclusions: This study suggests that the KDT, DR, and COOR significantly account for 12% of the 3D-MOT scores, however, there is a large portion of variability unaccounted for by the SCAT3 or C-SCAT3 and KDT. This shows that 3D-MOT likely accounts for central cognitive functions above and beyond the SCAT3 or C-SCAT3 and KDT. Future studies should examine this relationship at baseline, post-injury, and through concussion recovery. This could provide valuable information to better inform clinicians responsible for making return to play determinations. Keywords: Concussion, Mild Traumatic Brain Injury, 3D-MOT, King-Devick Test, Sport Concussion Assessment Tool 3, Child Sport Concussion Assessment Tool 3. / Graduate / 0769 / 0633 / 0566 / oslundk@uvic.ca

Lorsque nous cherchons un ami dans une foule ou attendons un proche sur le quai d’une gare, l’identification de cette personne nous est souvent possible grâce à la reconnaissance de sa démarche. Plusieurs chercheurs se sont intéressés à la façon de se mouvoir de l’être humain en étudiant le mouvement biologique. Le mouvement biologique est la représentation, par un ensemble structuré de points lumineux animés, des gestes d’un individu en mouvement dans une situation particulière (marche, golf, tennis, etc.). Une des caractéristiques du patron de mouvement biologique peu étudiée et néanmoins essentielle est sa taille. La plupart des études concernées utilisent des patrons de petite taille correspondant à une personne située à 16 mètres de l’observateur. Or les distances d’interaction sociale, chez l’humain, sont généralement inférieures à 16 mètres. D’autre part, les résultats des études portant sur la perception des patrons de mouvement biologique et le vieillissement demeurent contradictoires. Nous avons donc, dans un premier temps, évalué, dans une voûte d’immersion en réalité virtuelle, l’importance de la distance entre l’observateur et le patron de mouvement biologique, chez des adultes jeunes et des personnes âgées. Cette étude a démontré que l’évaluation de la direction de mouvement d’un patron devient difficile pour les personnes âgées lorsque le patron est situé à moins de 4 mètres, alors que les résultats des jeunes sont comparables pour toutes distances, à partir d’un mètre et au-delà. Cela indique que les gens âgés peinent à intégrer l’information occupant une portion étendue de leur champ visuel, ce qui peut s’avérer problématique dans des espaces où les distances d’interaction sont inférieures à 4 mètres. Nombre de recherches indiquent aussi clairement que les gens âgés s’adaptent difficilement à des situations complexes. Nous avons donc cherché, dans un second temps, à minimiser ces altérations liées à l’âge de l’intégration des processus complexes, en utilisant une tâche adaptée à l’entraînement et à l’évaluation de l’intégration de ces processus : la poursuite multiple d’objets dans l’espace ou 3D-MOT (3 Dimensions Multiple Object Tracking). Le 3D-MOT consiste à suivre simultanément plusieurs objets d’intérêt en mouvement parmi des distracteurs également en mouvement. Nous avons évalué les habiletés de participants jeunes et âgés à une telle tâche dans un environnement virtuel en 3D en déterminant la vitesse maximale de déplacement des objets à laquelle la tâche pouvait être exécutée. Les résultats des participants âgés étaient initialement inférieurs à ceux des jeunes. Cependant, après plusieurs semaines d’entraînement, les personnes âgées ont obtenu des résultats comparables à ceux des sujets jeunes non entraînés. Nous avons enfin évalué, pour ces mêmes participants, l’impact de cet entraînement sur la perception de patrons de mouvement biologique présentés à 4 et 16 mètres dans l’espace virtuel : les habiletés des personnes âgées entraînées obtenues à 4 mètres ont augmenté de façon significative pour atteindre le niveau de celles obtenues à 16 mètres. Ces résultats suggèrent que l’entraînement à certaines tâches peut réduire les déclins cognitivo-perceptifs liés à l’âge et possiblement aider les personnes âgées dans leurs déplacements quotidiens. / When searching for a friend in a crowd or waiting for a loved one at the train station, we often rely heavily on their gait to identify them. The movements of the human body have generated much research interest, and biological motion has been used to study these displacements. Biological motion is described by points at each joint and provides a representation of an individual during a particular action (walking, playing golf, tennis, etc.). Size is one of the defining characteristics of biological motion patterns, and yet, has been overlooked. Most work has used small patterns, corresponding to a person moving at a distance of 16 m from the observer, but much of our social interactions occur at distances closer than this. Furthermore, our representations of the environment can change as we age, but studies assessing the effects of age on the perception of biological motion have yielded inconsistent results. Therefore, using a fully immersive virtual-reality environment, our first goal was to evaluate the impact of distance between observer and pattern, on biological motion perception in both young and older adults. Results indicate that identifying walking direction becomes difficult at distances closer than 4 m for older observers, whereas performance is maintained in younger participants at all distances further away than 1m. This suggests that older participants exhibit difficulty when information must be integrated across a large expanse of their visual field, which could impede them in any situation where interactions occur within a distance of 4m. Much work has suggested further, that older participants adapt to complex environments with greater difficulty. The second goal was to minimize this age-related change to the integration of complex scenes, by using a task devised to both train and assess such integration processes: Multiple Object Tracking in 3-dimentional space, or 3D-MOT. 3D-MOT consists of tracking several moving objects of interest, among similarly moving distractors. In a 3-D virtual-reality environment, we measured the maximum speed at which the objects could travel, for younger and older observers to complete the task with no errors. Initial results indicated that older observers’ performance was worse than that of younger observers. However, after several weeks of training, older observers’ performance improved and became similar to that of untrained younger observers. Finally, our third goal was to evaluate, for these 3D-MOT-trained older observers, the effect of training on biological motion perception at distances of 16 and 4m in virtual space. Findings indicate that performance at 4 m, for older observers who received 3D-MOT training, improved significantly to reach 16 m levels. This suggests that training of this type can reduce age-related perceptuo-cognitive deficits and can possibly aid the elderly in their daily travels.

Les troubles du spectre autistique (TSA) sont actuellement caractérisés par une triade d'altérations, incluant un dysfonctionnement social, des déficits de communication et des comportements répétitifs. L'intégration simultanée de multiples sens est cruciale dans la vie quotidienne puisqu'elle permet la création d'un percept unifié. De façon similaire, l'allocation d'attention à de multiples stimuli simultanés est critique pour le traitement de l'information environnementale dynamique. Dans l'interaction quotidienne avec l'environnement, le traitement sensoriel et les fonctions attentionnelles sont des composantes de base dans le développement typique (DT). Bien qu'ils ne fassent pas partie des critères diagnostiques actuels, les difficultés dans les fonctions attentionnelles et le traitement sensoriel sont très courants parmi les personnes autistes. Pour cela, la présente thèse évalue ces fonctions dans deux études séparées. La première étude est fondée sur la prémisse que des altérations dans le traitement sensoriel de base pourraient être à l'origine des comportements sensoriels atypiques chez les TSA, tel que proposé par des théories actuelles des TSA. Nous avons conçu une tâche de discrimination de taille intermodale, afin d'investiguer l'intégrité et la trajectoire développementale de l'information visuo-tactile chez les enfants avec un TSA (N = 21, âgés de 6 à18 ans), en comparaison à des enfants à DT, appariés sur l’âge et le QI de performance. Dans une tâche à choix forcé à deux alternatives simultanées, les participants devaient émettre un jugement sur la taille de deux stimuli, basé sur des inputs unisensoriels (visuels ou tactiles) ou multisensoriels (visuo-tactiles). Des seuils différentiels ont évalué la plus petite différence à laquelle les participants ont été capables de faire la discrimination de taille. Les enfants avec un TSA ont montré une performance diminuée et pas d'effet de maturation aussi bien dans les conditions unisensorielles que multisensorielles, comparativement aux participants à DT. Notre première étude étend donc des résultats précédents d'altérations dans le traitement multisensoriel chez les TSA au domaine visuo-tactile. Dans notre deuxième étude, nous avions évalué les capacités de poursuite multiple d’objets dans l’espace (3D-Multiple Object Tracking (3D-MOT)) chez des adultes autistes (N = 15, âgés de 18 à 33 ans), comparés à des participants contrôles appariés sur l'âge et le QI, qui devaient suivre une ou trois cibles en mouvement parmi des distracteurs dans un environnement de réalité virtuelle. Les performances ont été mesurées par des seuils de vitesse, qui évaluent la plus grande vitesse à laquelle des observateurs sont capables de suivre des objets en mouvement. Les individus autistes ont montré des seuils de vitesse réduits dans l'ensemble, peu importe le nombre d'objets à suivre. Ces résultats étendent des résultats antérieurs d'altérations au niveau des mécanismes d'attention en autisme quant à l'allocation simultanée de l'attention envers des endroits multiples. Pris ensemble, les résultats de nos deux études révèlent donc des altérations chez les TSA quant au traitement simultané d'événements multiples, que ce soit dans une modalité ou à travers des modalités, ce qui peut avoir des implications importantes au niveau de la présentation clinique de cette condition. / Autism spectrum disorders (ASD) are currently characterized by a triad of impairments including social dysfunction, communication deficits and perseverative behaviours. The simultaneous integration of multiple senses is crucial in everyday life as it allows for the creation of a unified percept. Similarly, the allocation of attention to multiple events at the same time is critical in the processing of dynamic environmental information. In daily interactions with the environment, both sensory processing as well as attentional functions are building blocks to typical development (TD). Although not part of the current diagnostic criteria, difficulties with attention functions and sensory processing are very common among autistic persons. The present thesis therefore examined both these functions in two separate studies. The first study is based on the premise that alterations in basic sensory processing might underlie atypical sensory behaviours in ASD, as proposed by current theories of ASD. We conceived a cross-modal size discrimination task to assess the integrity and developmental course of visuo-tactile information in children with ASD (N = 21, aged 6-18 years), compared to age- and performance IQ-matched children with TD. In a simultaneous two-alternative forced-choice task, participants were asked to make a judgement on the size of two stimuli, based on unisensory (visual or tactile) or multisensory (visuo-tactile) inputs. Difference thresholds evaluated the smallest difference at which participants were capable to discriminate size. Children with ASD showed diminished performance and no maturational effects in both unisensory and multisensory conditions, compared to TD participants. Our first study therefore extends previous results of alterations in multisensory processing in ASD to the visuo-tactile domain. In our second study, we evaluated 3D-Multiple Object Tracking (3D-MOT) capacities in autistic adults (N = 15, aged 18-33 years), compared to age- and IQ-matched control participants, who were asked to track one or three moving targets amongst a set of distracters in a virtual reality environment. Performances were measured based on speed thresholds, which evaluates the greatest speed at which observers are capable of successfully tracking moving objects. Autistic individuals displayed overall reduced speed thresholds, whatever the number of spheres to track. These findings extend previous results of altered attention mechanisms in autism with regards to the simultaneous allocation of attention to multiple areas. Together, the findings of our two studies reveal alterations in ASD with regards to the processing of multiple events at the same time, be it within one modality or across modalities, which may have important implications for the clinical presentation of this condition.

Des interventions ciblant l’amélioration cognitive sont de plus en plus à l’intérêt dans nombreux domaines, y compris la neuropsychologie. Bien qu'il existe de nombreuses méthodes pour maximiser le potentiel cognitif de quelqu’un, ils sont rarement appuyé par la recherche scientifique. D’abord, ce mémoire examine brièvement l'état des interventions d'amélioration cognitives. Il décrit premièrement les faiblesses observées dans ces pratiques et par conséquent il établit un modèle standard contre lequel on pourrait et devrait évaluer les diverses techniques ciblant l'amélioration cognitive. Une étude de recherche est ensuite présenté qui considère un nouvel outil de l'amélioration cognitive, une tâche d’entrainement perceptivo-cognitive : 3-dimensional multiple object tracking (3D-MOT). Il examine les preuves actuelles pour le 3D-MOT auprès du modèle standard proposé. Les résultats de ce projet démontrent de l’augmentation dans les capacités d’attention, de mémoire de travail visuel et de vitesse de traitement d’information. Cette étude représente la première étape dans la démarche vers l’établissement du 3D-MOT comme un outil d’amélioration cognitive. / Cognitive enhancement is a domain of burgeoning interest in many domains including neuropsychology. While there are different methods that exist in order to achieve cognitive enhancement, there are few that are supported by research. The current work examines the state of cognitive enhancement interventions. It first outlines the weaknesses observed in these practices and then proposes a standard template for assessing cognitive enhancement tools. A research study is then presented that examines a novel cognitive enhancement tool, 3-dimensional multiple object tracking (3D-MOT), and weighs the current evidence for 3D-MOT against the proposed standard template. The results of the current work demonstrate that 3D-MOT is effective in enhancing attention, working memory and visual information processing speed, and represent a first step toward establishing 3D-MOT as a cognitive enhancement tool.

Les troubles du spectre autistique (TSA) sont actuellement caractérisés par une triade d'altérations, incluant un dysfonctionnement social, des déficits de communication et des comportements répétitifs. L'intégration simultanée de multiples sens est cruciale dans la vie quotidienne puisqu'elle permet la création d'un percept unifié. De façon similaire, l'allocation d'attention à de multiples stimuli simultanés est critique pour le traitement de l'information environnementale dynamique. Dans l'interaction quotidienne avec l'environnement, le traitement sensoriel et les fonctions attentionnelles sont des composantes de base dans le développement typique (DT). Bien qu'ils ne fassent pas partie des critères diagnostiques actuels, les difficultés dans les fonctions attentionnelles et le traitement sensoriel sont très courants parmi les personnes autistes. Pour cela, la présente thèse évalue ces fonctions dans deux études séparées. La première étude est fondée sur la prémisse que des altérations dans le traitement sensoriel de base pourraient être à l'origine des comportements sensoriels atypiques chez les TSA, tel que proposé par des théories actuelles des TSA. Nous avons conçu une tâche de discrimination de taille intermodale, afin d'investiguer l'intégrité et la trajectoire développementale de l'information visuo-tactile chez les enfants avec un TSA (N = 21, âgés de 6 à18 ans), en comparaison à des enfants à DT, appariés sur l’âge et le QI de performance. Dans une tâche à choix forcé à deux alternatives simultanées, les participants devaient émettre un jugement sur la taille de deux stimuli, basé sur des inputs unisensoriels (visuels ou tactiles) ou multisensoriels (visuo-tactiles). Des seuils différentiels ont évalué la plus petite différence à laquelle les participants ont été capables de faire la discrimination de taille. Les enfants avec un TSA ont montré une performance diminuée et pas d'effet de maturation aussi bien dans les conditions unisensorielles que multisensorielles, comparativement aux participants à DT. Notre première étude étend donc des résultats précédents d'altérations dans le traitement multisensoriel chez les TSA au domaine visuo-tactile. Dans notre deuxième étude, nous avions évalué les capacités de poursuite multiple d’objets dans l’espace (3D-Multiple Object Tracking (3D-MOT)) chez des adultes autistes (N = 15, âgés de 18 à 33 ans), comparés à des participants contrôles appariés sur l'âge et le QI, qui devaient suivre une ou trois cibles en mouvement parmi des distracteurs dans un environnement de réalité virtuelle. Les performances ont été mesurées par des seuils de vitesse, qui évaluent la plus grande vitesse à laquelle des observateurs sont capables de suivre des objets en mouvement. Les individus autistes ont montré des seuils de vitesse réduits dans l'ensemble, peu importe le nombre d'objets à suivre. Ces résultats étendent des résultats antérieurs d'altérations au niveau des mécanismes d'attention en autisme quant à l'allocation simultanée de l'attention envers des endroits multiples. Pris ensemble, les résultats de nos deux études révèlent donc des altérations chez les TSA quant au traitement simultané d'événements multiples, que ce soit dans une modalité ou à travers des modalités, ce qui peut avoir des implications importantes au niveau de la présentation clinique de cette condition. / Autism spectrum disorders (ASD) are currently characterized by a triad of impairments including social dysfunction, communication deficits and perseverative behaviours. The simultaneous integration of multiple senses is crucial in everyday life as it allows for the creation of a unified percept. Similarly, the allocation of attention to multiple events at the same time is critical in the processing of dynamic environmental information. In daily interactions with the environment, both sensory processing as well as attentional functions are building blocks to typical development (TD). Although not part of the current diagnostic criteria, difficulties with attention functions and sensory processing are very common among autistic persons. The present thesis therefore examined both these functions in two separate studies. The first study is based on the premise that alterations in basic sensory processing might underlie atypical sensory behaviours in ASD, as proposed by current theories of ASD. We conceived a cross-modal size discrimination task to assess the integrity and developmental course of visuo-tactile information in children with ASD (N = 21, aged 6-18 years), compared to age- and performance IQ-matched children with TD. In a simultaneous two-alternative forced-choice task, participants were asked to make a judgement on the size of two stimuli, based on unisensory (visual or tactile) or multisensory (visuo-tactile) inputs. Difference thresholds evaluated the smallest difference at which participants were capable to discriminate size. Children with ASD showed diminished performance and no maturational effects in both unisensory and multisensory conditions, compared to TD participants. Our first study therefore extends previous results of alterations in multisensory processing in ASD to the visuo-tactile domain. In our second study, we evaluated 3D-Multiple Object Tracking (3D-MOT) capacities in autistic adults (N = 15, aged 18-33 years), compared to age- and IQ-matched control participants, who were asked to track one or three moving targets amongst a set of distracters in a virtual reality environment. Performances were measured based on speed thresholds, which evaluates the greatest speed at which observers are capable of successfully tracking moving objects. Autistic individuals displayed overall reduced speed thresholds, whatever the number of spheres to track. These findings extend previous results of altered attention mechanisms in autism with regards to the simultaneous allocation of attention to multiple areas. Together, the findings of our two studies reveal alterations in ASD with regards to the processing of multiple events at the same time, be it within one modality or across modalities, which may have important implications for the clinical presentation of this condition.

Lorsque nous cherchons un ami dans une foule ou attendons un proche sur le quai d’une gare, l’identification de cette personne nous est souvent possible grâce à la reconnaissance de sa démarche. Plusieurs chercheurs se sont intéressés à la façon de se mouvoir de l’être humain en étudiant le mouvement biologique. Le mouvement biologique est la représentation, par un ensemble structuré de points lumineux animés, des gestes d’un individu en mouvement dans une situation particulière (marche, golf, tennis, etc.). Une des caractéristiques du patron de mouvement biologique peu étudiée et néanmoins essentielle est sa taille. La plupart des études concernées utilisent des patrons de petite taille correspondant à une personne située à 16 mètres de l’observateur. Or les distances d’interaction sociale, chez l’humain, sont généralement inférieures à 16 mètres. D’autre part, les résultats des études portant sur la perception des patrons de mouvement biologique et le vieillissement demeurent contradictoires. Nous avons donc, dans un premier temps, évalué, dans une voûte d’immersion en réalité virtuelle, l’importance de la distance entre l’observateur et le patron de mouvement biologique, chez des adultes jeunes et des personnes âgées. Cette étude a démontré que l’évaluation de la direction de mouvement d’un patron devient difficile pour les personnes âgées lorsque le patron est situé à moins de 4 mètres, alors que les résultats des jeunes sont comparables pour toutes distances, à partir d’un mètre et au-delà. Cela indique que les gens âgés peinent à intégrer l’information occupant une portion étendue de leur champ visuel, ce qui peut s’avérer problématique dans des espaces où les distances d’interaction sont inférieures à 4 mètres. Nombre de recherches indiquent aussi clairement que les gens âgés s’adaptent difficilement à des situations complexes. Nous avons donc cherché, dans un second temps, à minimiser ces altérations liées à l’âge de l’intégration des processus complexes, en utilisant une tâche adaptée à l’entraînement et à l’évaluation de l’intégration de ces processus : la poursuite multiple d’objets dans l’espace ou 3D-MOT (3 Dimensions Multiple Object Tracking). Le 3D-MOT consiste à suivre simultanément plusieurs objets d’intérêt en mouvement parmi des distracteurs également en mouvement. Nous avons évalué les habiletés de participants jeunes et âgés à une telle tâche dans un environnement virtuel en 3D en déterminant la vitesse maximale de déplacement des objets à laquelle la tâche pouvait être exécutée. Les résultats des participants âgés étaient initialement inférieurs à ceux des jeunes. Cependant, après plusieurs semaines d’entraînement, les personnes âgées ont obtenu des résultats comparables à ceux des sujets jeunes non entraînés. Nous avons enfin évalué, pour ces mêmes participants, l’impact de cet entraînement sur la perception de patrons de mouvement biologique présentés à 4 et 16 mètres dans l’espace virtuel : les habiletés des personnes âgées entraînées obtenues à 4 mètres ont augmenté de façon significative pour atteindre le niveau de celles obtenues à 16 mètres. Ces résultats suggèrent que l’entraînement à certaines tâches peut réduire les déclins cognitivo-perceptifs liés à l’âge et possiblement aider les personnes âgées dans leurs déplacements quotidiens. / When searching for a friend in a crowd or waiting for a loved one at the train station, we often rely heavily on their gait to identify them. The movements of the human body have generated much research interest, and biological motion has been used to study these displacements. Biological motion is described by points at each joint and provides a representation of an individual during a particular action (walking, playing golf, tennis, etc.). Size is one of the defining characteristics of biological motion patterns, and yet, has been overlooked. Most work has used small patterns, corresponding to a person moving at a distance of 16 m from the observer, but much of our social interactions occur at distances closer than this. Furthermore, our representations of the environment can change as we age, but studies assessing the effects of age on the perception of biological motion have yielded inconsistent results. Therefore, using a fully immersive virtual-reality environment, our first goal was to evaluate the impact of distance between observer and pattern, on biological motion perception in both young and older adults. Results indicate that identifying walking direction becomes difficult at distances closer than 4 m for older observers, whereas performance is maintained in younger participants at all distances further away than 1m. This suggests that older participants exhibit difficulty when information must be integrated across a large expanse of their visual field, which could impede them in any situation where interactions occur within a distance of 4m. Much work has suggested further, that older participants adapt to complex environments with greater difficulty. The second goal was to minimize this age-related change to the integration of complex scenes, by using a task devised to both train and assess such integration processes: Multiple Object Tracking in 3-dimentional space, or 3D-MOT. 3D-MOT consists of tracking several moving objects of interest, among similarly moving distractors. In a 3-D virtual-reality environment, we measured the maximum speed at which the objects could travel, for younger and older observers to complete the task with no errors. Initial results indicated that older observers’ performance was worse than that of younger observers. However, after several weeks of training, older observers’ performance improved and became similar to that of untrained younger observers. Finally, our third goal was to evaluate, for these 3D-MOT-trained older observers, the effect of training on biological motion perception at distances of 16 and 4m in virtual space. Findings indicate that performance at 4 m, for older observers who received 3D-MOT training, improved significantly to reach 16 m levels. This suggests that training of this type can reduce age-related perceptuo-cognitive deficits and can possibly aid the elderly in their daily travels.

Thèse de doctorat présenté en vue de l'obtention du doctorat en psychologie - recherche intervention, option neuropsychologie clinique (Ph.D) / Les jeux vidéo d’actions sont exigeants d’un point de vue cognitif, c’est notamment pourquoi ils sont considérés comme les plus susceptibles d’influencer la cognition (Spence & Feng, 2010). Plusieurs études indiquent que les joueurs de jeux vidéo d’action performent mieux que les non-joueurs sur plusieurs fonctions cognitives, telles que l’attention, la vitesse de traitement, mémoire à court terme et la mémoire de travail (Bediou et al., 2018; Dye et al., 2009; Green & Bavelier, 2006; Powers & Brooks, 2014). Néanmoins, notre compréhension du lien entre la pratique de jeux vidéo d’action et la cognition demeure incomplète. La caractérisation cognitive de l’expertise en jeu vidéo d’action est une avenue intéressante et peu explorée afin de contribuer à l’avancement des connaissances sur le lien entre la pratique de jeux vidéo et la cognition. Les joueurs professionnels de jeux vidéo sont des individus pouvant performer selon les plus hauts standards dans leur domaine, ce qui renvoie à la définition d’experts-élites (Reimann & Markauskaite, 2018). L’étude de l’expertise s’est illustrée comme étant un angle complémentaire permettant l’approfondissement des connaissances empiriques et théoriques. La présente thèse s’intéresse donc à la cognition des joueurs professionnels de jeux vidéo d’action en comparant leur profil neuropsychologique à celui d’un groupe de joueurs amateur. Dans le premier article, les groupes sont comparés sur plusieurs mesures neuropsychologiques. Les joueurs professionnels se sont distingués sur les mesures du fonctionnement attentionnel, de la mémoire à court terme visuelle, de la mémoire de travail, de la vitesse de traitement et sur le plan des capacités perceptivo-cognitives. Le second article approfondit la caractérisation attentionnelle des joueurs en évaluant la résolution temporelle de l’attention et l’attention divisée via une tâche attentionnelle impliquant la poursuite d’une ou trois cibles dans une trajectoire circulaire. Les joueurs professionnels se sont démarqués des amateurs pour chacune des tâches et le coût de l’augmentation de la difficulté sur la performance est significativement moindre pour les professionnels en comparaison aux amateurs, suggérant un avantage significatif sur le plan de l’attention divisée. Les résultats présentés dans le cadre de cette thèse mettent en lumière le profil cognitif distinctif des joueurs professionnels en jeux vidéo d’action qui semble s’articuler à l’entour d’un contrôle attentionnel supérieur. Ainsi, l’identification de différences entre les joueurs professionnels et amateurs démontre l’hétérogénéité parmi l’ensemble des joueurs de jeux vidéo, ce qui a des implications méthodologiques dans la constitution des groupes pour les recherches futures. D’autre part, l’identification du contrôle attentionnel comme étant un marqueur de l’expertise en jeux vidéo est susceptible d’orienter les recherches futures et de contribuer à l’approfondissement théorique et empirique du lien entre la pratique de jeux vidéo et la cognition. / Several studies indicate that action video game players perform better than non-gamers on a variety of cognitive functions, such as attention, processing speed, short-term memory, and working memory (Bediou et al., 2018; Dye et al., 2009; Green & Bavelier, 2006; Powers & Brooks, 2014). Nevertheless, our understanding of the link between action video gaming and cognition remains incomplete. The characterization of expertise and elite performance is an interesting yet understudied avenue that could help deepen the understanding of the relationship between video game experience and cognition. Professional video game players can be considered as experts-elites in their discipline as they can perform at the highest standards (Reimann & Markauskaite, 2018). In many other fields, the study of expertise has been shown to be a complementary angle to advance empirical and theoretical knowledge. The present thesis investigates the cognition of professional action video game players by comparing their neuropsychological profile to a group of amateur players. In the first paper, several neuropsychological measures are used to compare the two groups of players. Professional gamers had greater performances on measures of attentional function, visual short-term memory, working memory, processing speed, and perceptual-cognitive abilities when compared to amateurs. The second article further characterizes the players' attentional function by assessing temporal resolution of attention and divided attention via an attentional tracking task that requires them to follow one or three targets at various speeds. Professional players outperformed amateurs on both tasks and the impact of increasing difficulty on performance was significantly lower for professionals than for amateurs, suggesting a significant advantage in divided attention. Results presented in this thesis highlight the distinctive cognitive profile of professional action video game players, which appears to be articulated around superior attentional control. Thus, the identification of differences between professional and amateur gamers demonstrates the heterogeneity among video game players, which has methodological implications for groups formation for future research. Furthermore, the identification of attentional control as a marker of video game expertise is likely to guide future research and contribute to the theoretical and empirical investigation of the link between video gaming and cognition.

Pour être performant au plus haut niveau, les athlètes doivent posséder une capacité perceptivo-cognitive supérieure à la moyenne. Cette faculté, reflétée sur le terrain par la vision et l’intelligence de jeu des sportifs, permet d’extraire l’information clé de la scène visuelle. La science du sport a depuis longtemps observé l’expertise perceptivo-cognitive au sein de l’environnement sportif propre aux athlètes. Récemment, des études ont rapporté que l’expertise pouvait également se refléter hors de ce contexte, lors d’activités du quotidien par exemple. De plus, les récentes théories entourant la capacité plastique du cerveau ont amené les chercheurs à développer des outils pour entraîner les capacités perceptivo-cognitives des athlètes afin de les rendre plus performants sur le terrain. Ces méthodes sont la plupart du temps contextuelles à la discipline visée. Cependant, un nouvel outil d’entraînement perceptivo-cognitif, nommé 3-Dimensional Multiple Object Tracking (3D-MOT) et dénué de contexte sportif, a récemment vu le jour et a fait l’objet de nos recherches. Un de nos objectifs visait à mettre en évidence l’expertise perceptivo-cognitive spécifique et non-spécifique chez des athlètes lors d’une même étude. Nous avons évalué la perception du mouvement biologique chez des joueurs de soccer et des non-athlètes dans une salle de réalité virtuelle. Les sportifs étaient systématiquement plus performants en termes d’efficacité et de temps de réaction que les novices pour discriminer la direction du mouvement biologique lors d’un exercice spécifique de soccer (tir) mais également lors d’une action issue du quotidien (marche). Ces résultats signifient que les athlètes possèdent une meilleure capacité à percevoir les mouvements biologiques humains effectués par les autres. La pratique du soccer semble donc conférer un avantage fondamental qui va au-delà des fonctions spécifiques à la pratique d’un sport. Ces découvertes sont à mettre en parallèle avec la performance exceptionnelle des athlètes dans le traitement de scènes visuelles dynamiques et également dénuées de contexte sportif. Des joueurs de soccer ont surpassé des novices dans le test de 3D-MOT qui consiste à suivre des cibles en mouvement et stimule les capacités perceptivo-cognitives. Leur vitesse de suivi visuel ainsi que leur faculté d’apprentissage étaient supérieures. Ces résultats confirmaient des données obtenues précédemment chez des sportifs. Le 3D-MOT est un test de poursuite attentionnelle qui stimule le traitement actif de l’information visuelle dynamique. En particulier, l’attention sélective, dynamique et soutenue ainsi que la mémoire de travail. Cet outil peut être utilisé pour entraîner les fonctions perceptivo-cognitives des athlètes. Des joueurs de soccer entraînés au 3D-MOT durant 30 sessions ont montré une amélioration de la prise de décision dans les passes de 15% sur le terrain comparés à des joueurs de groupes contrôles. Ces données démontrent pour la première fois un transfert perceptivo-cognitif du laboratoire au terrain suivant un entraînement perceptivo-cognitif non-contextuel au sport de l’athlète ciblé. Nos recherches aident à comprendre l’expertise des athlètes par l’approche spécifique et non-spécifique et présentent également les outils d’entraînements perceptivo-cognitifs, en particulier le 3D-MOT, pour améliorer la performance dans le sport de haut-niveau. / To perform at the top, athletes must possess a special perceptual-cognitive ability. This talent is the capacity to extract key information from a visual scene and is reflected by sportsmen’s vision and intelligence of play. For a long time, sport science has reported perceptual-cognitive expertise inside the domain-specific sport environment of athletes. But more recently, evidence has shown that expertise could also been reflected outside of this context, in daily activities for instance. Moreover, recent theories surrounding brain plasticity have driven researchers to develop new tools to train perceptual-cognitive skills of athletes in order to increase performance on the field. Those methods are mostly contextual to the athlete’s discipline. However, a new perceptual-cognitive training methodology, called 3-Dimensional Multiple Object Tracking (3D-MOT), which is deprived of sport context, has recently been developed and took a center part in our researches. One of the main objectives was to observe athletes’ specific and non-specific expertise during the same study. We evaluated biological motion perception in soccer players and non-athletes in a virtual reality environment. Sportsmen were systematically more efficient and faster compared to novices when discriminating the direction of the biological motion during a soccer specific exercise (shot) but also during a daily action (walk). The results suggest that athletes are better capable in perceiving human biological motions performed by others. Soccer activity seems to confer a fundamental advantage that goes beyond sport specific functions. Concurrent with those discoveries, we observed the amazing ability of an athlete’s performance to process dynamic and neutral visual scenes. Soccer players outperformed novices throughout the 3D-MOT test which consists in tracking moving targets and simulates perceptual-cognitive skills. Their visual tracking speed and their learning ability were superior. The results confirm previous data obtained by sport experts. The 3D-MOT is an attentional tracking paradigm that stimulates active processing of dynamic visual information. In particular, it targets selective, dynamic and sustained attention, as well as working memory. This tool can be used to train perceptual-cognitive functions of athletes. Soccer players trained with the 3D-MOT throughout 30 sessions have shown an increase in passing decision making (15%) on the field compared to control groups. For the first time, the results demonstrate a perceptual-cognitive transfer from the laboratory to the field following a non-contextual perceptual-cognitive training program. Our research helps to understand athletes’ expertise by using both specific and non-specific approaches and also present perceptual-cognitive training tools, in particular the 3D-MOT technique, to improve performance in sport.