Made available in DSpace on 2014-12-17T15:37:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FredericoHS_DISSERT.pdf: 6771219 bytes, checksum: 3b814401b68cda920c1a4e848373f497 (MD5) Previous issue date: 2014-07-04 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The use of games as educational tools is common, however the effectiveness of games with educational purposes is still poorly known. In this study we evaluated three different low-cost teaching strategies make and play your own board game, just play an educational science game and make a poster to be exposed in the school regarding: (1) science learning; (2) use of deep learning strategies (DLS); and (3) intrinsic motivation. We tested the hypothesis that, in these three parameters evaluated, scores would be higher in the group that made and play their own game, followed respectively by the group that just played a game and the group that made a poster. The research involved 214 fifth-grade students from six elementary schools in Natal/RN. A group of students made and played their own science board game (N = 68), a second group played a science game (N = 75), and a third group made a poster to be exposed at school (N = 71). Our hypothesis was partly empirically supported, since there was no significant difference in science learning and in the use of DLS between the group that made their own game and the group that just played the game; however, both groups had significantly higher scores in science learning and in use of DLS than the group that made the poster. There was no significant difference in the scores of intrinsic motivation among the three experimental groups. Our results indicate that activities related to non-digital games can provide a favorable context for learning in the school environment. We conclude that the use of games for educational purposes (both making a game and just playing a game) is an efficient and viable alternative to teach science in Brazilian public school / A utiliza??o de jogos como ferramenta pedag?gica ? bastante comum, entretanto a efetividade dos jogos com prop?sitos educacionais ainda ? pouco conhecida. Neste estudo, tr?s diferentes estrat?gias de ensino de baixo custo criar o pr?prio jogo de tabuleiro, utilizar um jogo j? existente e confeccionar um cartaz foram avaliadas quanto a: (1) aprendizado de ci?ncias; (2) uso de estrat?gias de aprendizado profundo (EAP); e (3) motiva??o intr?nseca. Testamos a hip?tese de que, nos tr?s par?metros avaliados, os escores seriam maiores no grupo que construiu o pr?prio jogo, seguido, respectivamente, pelo grupo que apenas jogou e pelo que construiu o cartaz. A pesquisa envolveu 214 estudantes do 5? ano do Ensino Fundamental I, de seis escolas p?blicas de Natal/RN. Um grupo de estudantes criou e jogou o pr?prio jogo did?tico (N = 68), um segundo grupo utilizou um jogo j? existente (N = 75), e um terceiro grupo confeccionou um cartaz para ser exposto na escola (N = 71). Nossa hip?tese foi parcialmente apoiada empiricamente, uma vez que n?o houve diferen?a significativa no desempenho e no uso de EAP entre o grupo que criou o pr?prio jogo e o grupo que apenas jogou; entretanto, ambos os grupos tiveram escores significativamente maiores em desempenho em ci?ncias e uso de EAP do que o grupo que confeccionou o cartaz. N?o houve diferen?a significativa nos escores de motiva??o intr?nseca entre os tr?s grupos experimentais. Nossos resultados indicam que atividades relacionadas a jogos n?o digitais podem fornecer um contexto favor?vel ? aprendizagem no ambiente escolar. Conclu?mos que o uso de jogos para fins pedag?gicos (tanto criar o pr?prio jogo como apenas jogar) ? uma alternativa eficiente e vi?vel para o ensino de ci?ncias na escola p?blica brasileira

Within the prefrontal cortex, the frontal eye field (FEF) and the inferior frontal junction (IFJ) are crucial regions that mediate attention, working memory, and cognitive control functions. I comprehensively reviewed the neuroimaging evidence on these regions, suggesting that they are specialized in the control of spatial versus non-spatial visual processing, respectively, and hypothesized that their connectivity fingerprints might underlie these roles. To accurately infer the localization of these regions in standard space, I carried out an activation likelihood estimation (ALE) fMRI meta-analysis using tasks that reliably engage these regions. Prosaccade and antisaccade tasks were included in the FEF sample, whereas oddball/attention, n-back, Stroop and task-switching experiments were included in the IFJ sample (n = 35 and 32, respectively). The ALE technique revealed the strongest convergence of activations at the junctions of the superior precentral sulcus and superior frontal sulcus for the FEF, and the inferior precentral sulcus and inferior frontal sulcus for the IFJ. I employed the resulting ALE peaks to perform a meta-analytic connectivity modeling analysis to uncover their whole-brain fMRI coactivations and decoded these patterns to infer significant associations with behavioral domains. The ALE peaks from a subsample of the previous meta-analysis were used to analyze 3T diffusion MRI data released by the Human Connectome Project from 56 unrelated subjects. Using a surface-based probabilistic tractography approach, I tracked streamlines ipsilaterally from the FEF and IFJ to regions of the dorsal and ventral visual streams on the native white matter surface parcellated using the atlas by Glasser et al. (2016). By contrasting their connectivity likelihood, I found predominant structural connectivity from FEF to regions of the dorsal visual stream (particularly in the left hemisphere) compared to the IFJ, and conversely, predominant structural connectivity from the IFJ to regions of the ventral visual stream compared to the FEF. These results were replicated when accounting for the distance between FEF, IFJ, and the target regions. The connectivity fingerprints of the FEF and IFJ provide converging evidence of their specialization in the control of spatial vs non-spatial processing, which is mediated by long-range white matter association pathways. The results presented in this dissertation overall support the view that the two-visual stream architecture extends to the human prefrontal cortex, as was originally hypothesized in the macaque based on tract tracing and neurophysiological evidence.

This thesis aims at evaluating, in two separate studies, strategies for physiological noise and head motion correction in resting state brain FC-fMRI. In particular, as a general marker of noise correction performance we use the test-retest reproducibility of the DMN. The guiding hypothesis is that methods that improve reproducibility should reflect more efficient corrections and thus be preferable in longitudinal studies. The physiological denoising study evaluated longitudinal changes in a 3T harmonized multisite fMRI study of healthy elderly participants from the PharmaCog Consortium (Jovicich et al., 2016). Retrospective physiological noise correction (rPNC) methods were here implemented to investigate their influence on several DMN reliability measures within and between 13 MRI sites. Each site involved five different healthy elderly participants who were scanned twice at least a week apart (5 participants per site). fMRI data analysis was performed once without rPNC and then with WM/CSF regression, with physiological estimation by temporal ICA (PESTICA) (Beall & Lowe, 2007) and FMRIB's ICA-based Xnoiseifier (FSL-FIX) (Griffanti et al., 2014; Salimi-Khorshidi et al., 2014). These methods differ for their data-based computational approach to identify physiological noise fluctuations and need to be applied at different stages of data preprocessing. As a working hypothesis, physiological denoising was in general expected to improve DMN reliability. The head motion study evaluated longitudinal changes in the DMN connectivity from a 4T single-site study of 24 healthy young volunteers who were scanned twice within a week. Within each scanning session, RS-fMRI scans were acquired once using interleaved and then sequential slice-order acquisition methods. Furthermore, brain volumes were corrected for motion using once rigid-body volumetric and then slice-wise methods. The effects of these choices were then evaluated computing multiple DMN reliability measures and investigating single regions within the DMN to assess the existence of inter-regional effects associated with head-motion. In this case, we expected to find slice-order acquisition effects in reliability estimates under standard volumetric motion correction and no slice-order acquisition effect under 2D slice-based motion correction. Both studies used ICA to characterize the DMN using group-ICA and dual regression procedures (Beckmann et al., 2009). This methodology proved successful at defining consistent DMN connectivity metrics in longitudinal and clinical RS-fMRI studies (Zuo & Xing, 2014). Automatic DMN selection procedures and other quality assurance analyses were made to supervise ICA performance. Both studies considered several test-retest (TRT) reliability estimates (Vilagut, 2014) for some DMN connectivity measurements: absolute percent error between the sessions, intraclass correlation coefficients (ICC) between sessions and multiple sites, the Jaccard index to evaluate the degree of voxel-wise spatial pattern actiavtion overlap between sessions.

La capacità di esprimere adeguatamente le emozioni attraverso l’uso di strategie adattive di regolazione delle emozioni è cruciale per il sano sviluppo dei bambini. Secondo la teoria dell'attaccamento di Bowlby, la reattività e la regolazione emotiva dei bambini sono correlate ai loro stili di attaccamento. Il presente studio mira ad indagare se l'interazione tra la classificazione di attaccamento e l’espressione emotiva può predire i cambiamenti nella reattività fisiologica dei bambini durante un compito stressante. In un primo momento (T1), le rappresentazioni di attaccamento di N = 59 bambini in età scolare sono state misurate utilizzando la Child Attachment Interview. In un secondo momento (T2), i bambini hanno sostenuto un’impegnativa procedura di laboratorio standardizzata in cui dovevano cercare di risolvere una serie di puzzles risolvibili e irrisolvibili. I livelli di conduttanza cutanea (SCL), l'aritmia sinusale respiratoria (RSA) ed i livelli di cortisolo sono stati registrati come indici fisiologici durante l’intero compito. Le espressioni emotive facciali dei bambini (tristezza e vergogna) sono state codificate durante il quarto puzzle irrisolvibile. I risultati hanno evidenziato che l'espressione dell'emozione modera la relazione tra l'attaccamento evitante e le risposte fisiologiche: in alcuni compiti sono stati mostrati una RSA più bassa e dei SCL più alti; inoltre, l'interazione tra attaccamento ed espressione emotiva di ritiro era associata ad un aumento quasi significativo dei livelli di cortisolo durante l’intera esecuzione dei puzzles. I risultati rivelano che la presenza di attaccamento evitante modulata dall'espressione emotiva di ritiro induce uno stress fisiologico più elevato nei bambini. Comprendere i fattori che influenzano la reattività allo stress nei bambini è essenziale nello sviluppo di interventi che promuovano un adattamento funzionale in risposta al disagio.

Il lavoro di tesi si è focalizzato sullo studio dell’arousal come indice psicofisiologico di attivazione e sull’applicazione della metodica di stimolazione elettrica transcranica (tES) non invasiva con lo scopo di modulare tale indice. L’obiettivo è stato quello di indagare se, applicando la tES, fosse possibile migliorare la performance di soggetti giovani sani in compiti di tipo cognitivo. Il progetto di ricerca si è sviluppato in 2 studi principali per un totale di 4 esperimenti. Tali studi hanno previsto l’acquisizione e la successiva analisi sia di dati comportamentali (tempi di reazione, accuratezza), che di indici psicofisiologici (conduttanza cutanea, diametro pupillare). I risultati hanno evidenziato che è possibile modulare l’arousal con dei “bursts” di stimolazione elettrica transcranica, somministrati in concomitanza di stimoli salienti per il soggetto. Tale modulazione si è manifestata con una riduzione dei tempi di reazione ed un contemporaneo aumento della risposta di conduttanza cutanea. Questi dati supportano la possibilità di utilizzare questo protocollo in pazienti con difficoltà di attenzione o altri problemi cognitivi per aumentare l’efficacia di interventi di riabilitazione. / The thesis analyzed the role of the arousal as a psychophysiological index of activation, and the application of non-invasive transcranial electrical stimulation (tES) technique with the aim to modulate this index. In this work we investigated if the application of tES could increase the performance of healthy young subjects during cognitive tasks. The thesis is based on 2 main studies for a total of 4 experiments with the recording of behavioural (reaction times, accuracy) and psychophysiological (skin conductance, pupil diameter) indeces. The results showed that it is possible to modulate arousal with bursts of tES, administered during the presentation of salient stimuli for the subject. This modulation resulted in a reduction of reaction times and an increase of the skin conductance response. These data support the possibility to use this protocol of stimulation with patients with attentional and other cognitive deficits in a rehabilitative context.

Le immagini mentali sono un analogo della percezione? Studiando i pazienti con danni cerebrali, abbiamo visto che le menomazioni percettive sono spesso associate a limitazioni nella capacità di creare immagini (Farah 1988, 2000). Nella recente letteratura tuttavia sono riportati casi di doppia dissociazione, in cui funzioni percettive sono preservate e quelle immaginative danneggiate, o viceversa, funzioni percettive danneggiate ma intatta capacità immaginativa. Nel seguente studio l’obiettivo è indagare i rapporti tra la percezione e immaginazione in pazienti con danno cerebrale, in 5 diversi domini: forme, colori, volti, materiale ortografico e relazioni spaziali. Nel primo studio l'obiettivo era di esplorare le immagini mentali e la capacità di percezione visiva in pazienti con lesioni cerebrali attraverso una batteria di test sviluppata da Bachoud Levi, Bartolomeo, Chokron nel 2001 e adattata per il campione italiano da Antonietti, Oliveri, Incorpora et al. (2008). In un secondo studio abbiamo indagato le relazioni tra imagery e stile cognitivo visualizzatore/verbalizzatore, proponendo 2 questionari (VVQ e QSVV). Infine in un terzo studio, attraverso indagini strumentali (DTI, TAC, RMN) in un gruppo di pazienti con danno focale e deficit specifici di imagery, abbiamo individuato le correlazioni tra deficit nei diversi domini dell’imagery e della percezione con i danni corrispondenti a livello neurale. / Is imagery an analogous of perception? By studying patients with brain damage we saw that perceptual impairments are often associated to limitations in the ability to create images (Farah 1988, 2000). In recent literature we found cases of double dissociation, in which perceptual functions are preserved and those imaginative impaired or, vice versa, there are damaged perception functions but intact imaginative capacity. We aim to investigate the relationships between perception and imagery in patients with brain damage, in 5 different domains: shapes, colour, faces, orthographic material and spatial relationships. In the first study the aim was to explore mental imagery and visual perception skills in patients with brain injury through a battery of tests developed by Bachoud-Lèvi, Bartolomeo, Chokron in 2001, and readapted for the Italian sample by Antonietti, Oliveri, Incorpora et aal (2008). In a second study we investigated the relationships between imagery test performance and visualizer/verbalizer cognitive style, detected by proposing 2 questionnaires (VVQ and QSVV). Finally in a third study, through instrumental investigations (DTI, TAC, MRI) in a group of patient with focal damage and specific imagery deficit, we aimed to correlate imagery and perception deficits to corresponding impairment in neural correlates.

Durant l'envelliment es dónen canvis estructurals i funcionals al cervell, especialment a l'escorça prefrontal, un dels substractes anatòmics responsables del control atencional. Aquest es va mesurar emprant tècniques neuropsicològioques i neurofuncionals durant l'execució de tasques de canvi amb senyals implícites (tipus WCST). 80 subjectes majors sans es varen dividir segons la seva edat i el seu nivell de control cognitiu. El baix control cognitiu (però no l'edat) s'associà a un augment dels costos residuals de resposta, en paral.lel amb una major amplitud del component P2 davant els senyals. L'edad avançada, en conjunt amb un baix nivell de control s'associà a un increment dels costos locals de resposta durant el canvi de tasca, paral.lelament amb l'augment de les ones lentes durant la fase de senyalització. Mantenir dues tasques en memòria es més difícil per als subectes amb baix control, reflexat per una reducció en l'amplitud de les ones lentes fronto-parietals

L'obiettivo principale del lavoro è stato di valutare il ruolo della neurostimolazione e della multimodalità (intesa come la presentazione visiva di un modello che esegue un movimento assieme a una musica sincrona) nell’apprendimento motorio, indagando sia gli effetti sugli adulti sani sia su pazienti affetti da Morbo di Parkinson (MP). Per raggiungere tale obiettivo, sono state condotte tre ricerche sperimentali e longitudinali, utilizzando diversi strumenti, come tDCS, biofeedback e KinectTM. Partendo da una sistematica revisione della letteratura nel campo della riabilitazione neuromotoria, sono state identificate tre forme di trattamento che sembrano efficaci contro i sintomi motori del MP. Tuttavia, pur riconoscendo la loro efficacia, non sono mai stati combinati nella pratica riabilitativa: l’Action Observation Learning (basato sulla teoria del sistema dei neuroni specchio), la neurostimolazione anodica non-invasiva sulla zona motoria primaria e l'uso della musica. I risultati dimostrano un chiaro sostegno della multimodalità e della neuro stimolazione nella fase di encoding e un loro supporto nel migliorare le funzioni motorie, anche a distanza di un mese. Questo lavoro offre nuove indicazioni per lo sviluppo di approcci innovativi ed efficaci nel campo dell’apprendimento motorio. / The main objective was to assess the role of neurostimulation and multimodality (namely the presentation of a visual model together with a synchronized musical track) in motor learning, by considering both healthy adults and Parkinsonian patients (PD). In order to achieve this goal, three experimental and longitudinal studies were carried out, using different tools such as tDCS, biofeedback and KinectTM. Starting with a systematic review, three innovative approaches which seem to be effective in treating the motor symptoms of PD, were identified. However, while recognizing the effectiveness of these three promising approaches, they have never been combined: Action Observation Learning (based on the theory of mirror neuron system), the non-invasive anodal neurostimulation on the primary motor area and the use of music. The results showed a clear support of multimodality and neurostimulation during the encoding phase and in improving motor functions, even after one month. This work provides new suggestions for innovative and effective treatments in motor learning field.

La disconnessione frontostriatale è considerata il correlato neurale della disfunzione esecutiva nei pazienti con malattia di Parkinson (MP), una patologia neurodegenerativa che si presenta nella fase iniziale come una sindrome clinica asimmetrica con sintomi predominanti nel lato destro o sinistro associati alla perdita neuronale nella sostanza grigia profonda dell'emisfero cerebrale controlaterale. Nella tesi, è stato indagato un particolare aspetto della disfunzione esecutiva nella MP espressa quando è richiesto di selezionare le parole nel contesto di alternative in competizione, cercando differenze in relazione all'insorgenza clinica dei sintomi motori. A livello neurostrutturale, sono state esplorate le alterazioni della sostanza grigia e bianca nelle sottopopolazioni di MP, verificando se la capacità di selezionare le parole è associata ad indici di integrità della materia sostanza grigia e bianca nelle sottopopolazioni di PD. Infine, a livello neurofunzionale, è stato esplorato se la connettività delle regioni cerebrali associate alla disfunzione esecutiva in MP è modulata dalla riserva cognitiva, un fattore di efficienza cognitiva dovuto ad esperienze di vita cognitivamente stimolanti che possono contribuire alla resilienza nel fronteggiare al meglio la neurodegenerazione. Le evidenze raccolte indicano che la lateralità di insorgenza dei sintomi motori e la riserva cognitiva dovrebbero essere prese in considerazione nella valutazione delle funzioni cognitive nei pazienti con MP. / Frontostriatal disconnection is considered the neural correlate of executive dysfunction in patients with Parkinson’s disease (PD), a neurodegenerative pathology that exhibits at the initial phase as an asymmetric clinical syndrome with right or left sided predominant symptoms associated with neuronal loss in the deep grey matter of the contralateral cerebral hemisphere. In the current thesis, it was investigated a particular aspect of the executive dysfunction in PD expressed when it is required to select words in the context of competing alternatives, looking for differences according to the clinical onset of motor symptoms. At the neurostructural level, grey and white matter alterations were explored in PD subpopulations, testing if the ability to select words is associated with indices of grey and white matter integrity in PD subpopulations. Finally, at the neurofunctional level, it was explored if the connectivity of brain regions associated with the executive dysfunction in PD is modulated by the cognitive reserve, a factor of cognitive efficiency due to lifelong experiences that may contribute to the resilience against neurodegeneration. The evidence collected indicates that laterality of clinical motor symptom onset and cognitive reserve should be taken into account in the assessment of cognitive functions in patients with PD.