An effective alarm system is a critical part of many different types of jobs. It is also important that the alarm signal can capture human attention and convey appropriate urgency. In the current study the effect of siren sounds with or without unexpected, deviant sounds represented by a change of speed (a temporal deviant) were tested to evaluate if such change could successfully capture attention. The results showed that distraction was more pronounced when the deviant within the sound was a change from fast to slow as compared with slow to fast. Therefore, an alarm signal using a temporal deviant – changing from fast to slow—can be effective in capturing human attention and might be factored into the design of alarm systems.

A functional and effective alarm signal is a critical component of alarm systems designed to alert workers of impending danger. In a previous study (Hansson, 2017) background alarm sirens composed of changing-state sounds with an embedded temporal deviant, produced greater disruption of serial short-term memory than a signal without a deviant. However, to give rise to disruption the siren needed to change from fast to slow, since a change from slow to fast was impotent in its effect on task performance. In the current study, whether acoustic change was a necessary prerequisite for obtaining the fast-to-slow deviant effect was explored. Thus, repeated tones—steady-state sequences—presented at slow or fast rates were used with or without a temporal deviant (change from slow-to-fast vs. change from fast-to-slow). In the context of the steady-state sequences, both slow-to-fast and fast-to-slow temporal deviants produced disruption relative to the fast and slow control sequences. This suggests that a changing-state sequence is required for the fast-to-slow temporal deviant effect to arise. However, an alternative explanation based upon inter-stimulus intervals is also entertained. Understanding the acoustic parameters of sound is necessary to develop alarms sirens that are better at capturing attention. The current study suggests that embedding temporal deviants within sirens can promote greater attentional capture, but that this may depend on the nature of the alarm signal (whether it is changing vs. steady-state) and the direction of the change of speed (slow-to-fast vs. fast-to-slow).

Alarm signals such as sirens are crucial in alerting users of impending dangers. Therefore, it is important that the siren is designed so it can capture user's attention. In a previous study (Hansson, 2017) background alarm sirens composed of changing-state sounds with an embedded temporal deviant, produced greater disruption of serial short-term memory than a signal without a temporal deviant. However, to give rise to disruption the siren needed to change from fast to slow, since a change from slow to fast was impotent in its effect on task performance. This was further addressed in Hansson (2018) where it was shown that acoustic change appeared to be a necessary prerequisite for obtaining the fast-to-slow temporal deviant effect: When steady-state sounds were used fast-to-slow and or slow-to-fast temporal deviants were equally disruptive of serial recall. However, in order to create a steady-state siren, inter-stimulus intervals were incorporated into the siren to prevent the continuous uninterrupted presentation of a single tone. Since inter-stimulus intervals were not used in Hansson (2017) it could be the presence of these that eliminated the potency of the fast-to-slow over the slow-to-fast temporal deviation effect in Hansson (2018). Therefore, the current study was undertaken to investigate whether the embedding inter-stimulus intervals within a changing-state siren would restore the potency of the fast-to-slow temporal deviation over the slow-to-fast temporal deviation in capturing attention. The additional disruption for fast-to-slow temporal deviants over slow-to-fast temporal deviants (that did not produce disruption relative to control) returned in the current study when inter-stimulus intervals were included within the siren. The results support the notion that the additional disruption produced by fast-to-slow, over slow-to-fast temporal deviants depend on the changing-state properties of the siren. Implications of this result for the design and operation of sirens within ecologically valid settings are discussed.

Der Distraktoreffekt beschreibt eine Verlängerung der Fixationsdauer als Folge der Darbietung irrelevanter Störreize (Distraktoren). In der Dissertation wurde der Frage nachgegangen, ob sich der Distraktoreffekt funktionell auch im Rahmen des Konzepts der Orientierungsreaktion (OR – Sokolov, 1963) betrachten lässt. Reizeigenschaften wie Neuheit und Relevanz wurden in der Vergangenheit als wesentliche Auslösebedingungen einer OR diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden beide Merkmale untersucht, um die Plausibilität des Zusammenhangs von Distraktoreffekt und OR empirisch zu testen. Hierfür kam in allen Studien ein experimentelles Paradigma zum Einsatz, bei dem Distraktoren blickkontingent während einer freien Bildbetrachtungsaufgabe dargeboten wurden. Der Einfluss von Neuheit wurde durch Untersuchungen zur Habituation des Distraktoreffekts geprüft. Die Ergebnisse der Studien ergaben deutliche Anzeichen einer Habituation im okulomotorischen Verhalten (Abnahme der Fixationsdauerverlängerung) sowie in elektrophysiologischen Parametern der kortikalen Verarbeitung des Distraktors, im Sinne einer Abnahme der N1 Komponente des EKPs. Somit konnte also eine Modulation durch Neuheit eines Distraktors nachgewiesen werden. Die Frage nach dem Einfluss von Relevanz wurde experimentell durch Manipulation aufgabenbezogener Relevanz von Distraktoren, durch Verwendung emotionaler Distraktorinhalte (unterschiedliche emotionale Gesichtsausdrücke) und durch Darbietung neutraler Distraktoren in einem emotionalen Kontext untersucht. In keiner der drei Studien konnten eindeutige Befunde, die für eine Modulation des Distraktoreffekts durch Relevanz sprechen, aufgezeigt werden. Zusammengenommen konnte der postulierte Zusammenhang von Distraktoreffekt und OR nicht bestätigt werden. Im letzten Teil der Arbeit wurde das Distraktorparadigma genutzt, um zu prüfen, ob Unterschiede in der Art der Verarbeitung und Aufmerksamkeitsausrichtung innerhalb einer Fixation die Verarbeitung eines Distraktors beeinflussen. Frühere Überlegungen aufgreifend (Pannasch & Velichkovsky, 2009) wurden Verarbeitungsunterschiede anhand des Musters von Sakkaden, die eine Fixation umgeben, operationalisiert. Die distraktorinduzierte Verlängerung der Fixationsdauer war am größten, wenn die betroffene Fixation in kurze vorhergehende und nachfolgende Sakkaden eingebettet war und am kleinsten im Kontext langer Sakkaden. In parallel aufgezeichneten elektrophysiologischen Daten zeigten sich Unterschiede zwischen den sakkadischen Kontextbedingungen vor allem als Variation der distraktorbezogenen P2 Komponente. Diese Ergebnisse bestätigten die Annahme, dass anhand des sakkadischen Kontexts Unterschiede in der Art bzw. dem Modus der Verarbeitung innerhalb einer Fixation identifiziert werden können und sich in Veränderungen von Verhaltensparametern und kortikalen Aktivitätsmustern der Distraktorverarbeitung widerspiegeln. Diese Ergebnisse unterstützen einerseits frühere Annahmen bezüglich funktioneller Unterschiede von Blickbewegungsmustern (Velichkovsky, Joos, Helmert, & Pannasch, 2005) und legen außerdem eine Beteiligung kortikaler Areale an distraktorinduzierten Prozessen der sakkadischen Hemmung nahe.

Der Distraktoreffekt beschreibt eine Verlängerung der Fixationsdauer als Folge der Darbietung irrelevanter Störreize (Distraktoren). In der Dissertation wurde der Frage nachgegangen, ob sich der Distraktoreffekt funktionell auch im Rahmen des Konzepts der Orientierungsreaktion (OR – Sokolov, 1963) betrachten lässt. Reizeigenschaften wie Neuheit und Relevanz wurden in der Vergangenheit als wesentliche Auslösebedingungen einer OR diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden beide Merkmale untersucht, um die Plausibilität des Zusammenhangs von Distraktoreffekt und OR empirisch zu testen. Hierfür kam in allen Studien ein experimentelles Paradigma zum Einsatz, bei dem Distraktoren blickkontingent während einer freien Bildbetrachtungsaufgabe dargeboten wurden. Der Einfluss von Neuheit wurde durch Untersuchungen zur Habituation des Distraktoreffekts geprüft. Die Ergebnisse der Studien ergaben deutliche Anzeichen einer Habituation im okulomotorischen Verhalten (Abnahme der Fixationsdauerverlängerung) sowie in elektrophysiologischen Parametern der kortikalen Verarbeitung des Distraktors, im Sinne einer Abnahme der N1 Komponente des EKPs. Somit konnte also eine Modulation durch Neuheit eines Distraktors nachgewiesen werden. Die Frage nach dem Einfluss von Relevanz wurde experimentell durch Manipulation aufgabenbezogener Relevanz von Distraktoren, durch Verwendung emotionaler Distraktorinhalte (unterschiedliche emotionale Gesichtsausdrücke) und durch Darbietung neutraler Distraktoren in einem emotionalen Kontext untersucht. In keiner der drei Studien konnten eindeutige Befunde, die für eine Modulation des Distraktoreffekts durch Relevanz sprechen, aufgezeigt werden. Zusammengenommen konnte der postulierte Zusammenhang von Distraktoreffekt und OR nicht bestätigt werden. Im letzten Teil der Arbeit wurde das Distraktorparadigma genutzt, um zu prüfen, ob Unterschiede in der Art der Verarbeitung und Aufmerksamkeitsausrichtung innerhalb einer Fixation die Verarbeitung eines Distraktors beeinflussen. Frühere Überlegungen aufgreifend (Pannasch & Velichkovsky, 2009) wurden Verarbeitungsunterschiede anhand des Musters von Sakkaden, die eine Fixation umgeben, operationalisiert. Die distraktorinduzierte Verlängerung der Fixationsdauer war am größten, wenn die betroffene Fixation in kurze vorhergehende und nachfolgende Sakkaden eingebettet war und am kleinsten im Kontext langer Sakkaden. In parallel aufgezeichneten elektrophysiologischen Daten zeigten sich Unterschiede zwischen den sakkadischen Kontextbedingungen vor allem als Variation der distraktorbezogenen P2 Komponente. Diese Ergebnisse bestätigten die Annahme, dass anhand des sakkadischen Kontexts Unterschiede in der Art bzw. dem Modus der Verarbeitung innerhalb einer Fixation identifiziert werden können und sich in Veränderungen von Verhaltensparametern und kortikalen Aktivitätsmustern der Distraktorverarbeitung widerspiegeln. Diese Ergebnisse unterstützen einerseits frühere Annahmen bezüglich funktioneller Unterschiede von Blickbewegungsmustern (Velichkovsky, Joos, Helmert, & Pannasch, 2005) und legen außerdem eine Beteiligung kortikaler Areale an distraktorinduzierten Prozessen der sakkadischen Hemmung nahe.

Le cadre neuroconstructiviste du développement cognitif, en considérant la variabilité des contraintes qui agissent dès la conception et façonnent le développement, apparaît pertinent pour considérer l’influence des expériences sensorielles précoces sur le développement neurocomportemental des nouveau-nés prématurés. Ils évoluent dans un environnement particulier et ont une vulnérabilité aux troubles neurodéveloppementaux, auxquels des atypies du traitement tactile et temporel sont associées. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier les compétences tactiles et temporelles des nouveaux nés prématurés, et d’évaluer l’effet de l’environnement précoce sur ces perceptions. La perception tactile passive et la cognition ont été étudié auprès de 61 nouveau-nés prématurés (nés entre 32 et 34SA) à 35 semaines d’âge corrigé. Les réponses d’orientation manuelle lors de stimulations tactiles passives du membre supérieur ont été mesurées lors d'un paradigme d’habituation et de déshabituation (changement de localisation ou pause dans la séquence de stimulation). Les prématurés montrent une réponse d'orientation manuelle aux stimuli, qui diminue lors de la répétition, indépendamment de son emplacement sur le bras. L'habituation est retardée chez les sujets nés le plus tôt, à un petit poids et ayant vécu davantage d’expériences douloureuses. Enfin, les prématurés perçoivent les changements de localisation du stimulus et l'intervalle interstimulus, ce qui suggère un développement prénatal des capacités de traitement temporel. Ces capacités de traitement temporel et leur utilisation pour générer une prédiction sensorielle ont été évaluées au cours d’une seconde étude. 19 nouveau-nés prématurés (nés entre 31 et 32 SA) ont été soumis à une séquence tactile (régulière ou irrégulière) aux âges corrigés de 33 et 35 SA. Les variations de flux sanguin cérébral été mesurées. Aux deux âges corrigés, les stimuli tactiles sont associés à une réponse hémodynamique au sein du cortex somatosensoriel. À 33 semaines d’âge gestationnel corrigé les omissions dans la séquence sont associées à une augmentation du flux sanguin cérébral, qui indique que les prématurés forment des prédictions sensorielles, indépendamment du groupe expérimental. Ce travail de thèse permet de mieux caractériser les capacités de traitement tactile et temporel des nouveau-nés prématurés, qui manquent d’investigations récentes et approfondies. De plus, il apporte des arguments rationnels qui pourraient permettre de proposer des thérapies sensorielles à ces patients, basées sur leurs capacités de perception. / The neuroconstructivist theoretical framework of cognitive development, taking into account the variability of the constraints that act from the conception to shape development, is relevant to consider the early influence of sensory experiences on the neurobehavioral development of preterm neonates. They evolve in a particular environment and are vulnerable to neurodevelopmental disorders, to which atypical tactile and temporal processing are associated. The aim of the thesis is to study tactile and temporal abilities in preterm newborns and to evaluate the effect of the early environment on these perceptions. We included 61 preterm neonates (born between 32 and 34 weeks of gestational age (wGA)). At 35 weeks of corrected gestational age, we measured orienting responses (forearm, hand, and fingers movements) during vibrotactile stimulation of their hand and forearm, during a habituation and dishabituation paradigm, the dishabituation being either a location change or a pause in the stimulation sequence. Preterm newborns displayed a manual orienting response to vibrotactile stimuli which significantly decreased when the stimulus was repeated, regardless of the stimulated location on the limb. Habituation was delayed in subjects born at a younger gestational age, smaller birth weight, and having experienced more painful care procedures. Preterm neonates perceived changes in stimulus location and interstimulus time interval, suggesting a prenatal development of temporal processing capacities. These temporal processing abilities and their use to generate sensory prediction are being evaluated in a second study. 19 premature neonates (born between 31 and 32wGA) were presented with a tactile sequence (regular or irregular) at 33 and 35 weeks of corrected GA. Variations in cerebral blood flow were measured. At both corrected GA, tactile stimuli are associated with a hemodynamic response in the primary somatosensory cortex. At 33 weeks of corrected GA, omissions in the sequence are associated with an increase in cerebral blood flow, which indicates that premature neonates form sensory predictions, regardless of their experimental group. This thesis work allows to better characterize the tactile and temporal processing abilities in premature neonates, which lack recent and thorough investigation. In addition, it provides rational arguments that could help to propose sensory therapies to these patients, based on their perceptual abilities.