It is increasingly recognised that, in adulthood, attentional control plays an important role in optimising the ability to encode and maintain items in visual short-term memory (VSTM). Memory capacity limits increase dramatically over childhood, but the mechanisms through which children guide attention to maximise VSTM remain poorly understood. Through a number of experiments manipulating different parameters, the current thesis aimed to explore the developmental trajectories of the neurocognitive mechanisms underlying selective attention within VSTM and to examine whether variations in attentional control are accompanied by individual differences in VSTM capacity. Chapters 2 and 3 investigated the development of attentional orienting in preparation for encoding and during maintenance. Younger children emerged as less able than older children and adults to orient attention to internally held representations. Therefore, Chapter 4 tested whether younger children’s attentional orienting is differentially affected by memory load. While attentional orienting prior to encoding was more beneficial when required to remember a greater number of items, cueing benefits during maintenance were similar across load conditions. Chapter 5 investigated whether temporal parameters influence younger children’s variable ability to orient attention during maintenance. Attentional orienting operated more efficiently on transient iconic traces rather than on VSTM representations due to passive decay of the memory traces as a function of time. Chapter 6 assessed whether the characteristics of the memoranda constrain the efficiency of attentional orienting within VSTM. Attentional orienting supported differentially the maintenance of familiar and meaningless items and pinpointed the quantitative improvement of mnemonic strategies over development. Finally, Chapter 7 examined the temporal dynamics of prospective and retrospective orienting of attention in VSTM. Children deployed neural pathways underpinning attentional orienting less efficiently than adults and differentially across the two orienting conditions suggesting their neural dissociation. Overall, findings from the current thesis define how children develop the ability to deploy attentional control in service of VSTM.

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Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Ce travail est divisé en deux parties : la première partie concerne l'évaluation de la sélection attentionnelle dans une tâche de Mémoire visuelle à Court-Terme. Nous avons testé, dans cette partie, la capacité des participants à sélectionner et mémoriser des cibles parmi des distracteurs. Nos résultats ont mis en évidence la capacité à mémoriser quatre objets sélectionnés parmi un ensemble de distracteurs sans l'intervention de mécanismes physiologiques tels que les saccades oculaires. En outre, nous avons montré que cette capacité est sensible à l'organisation spatiale des cibles parmi les distracteurs. A travers plusieurs expériences manipulant l'organisation spatiale des objets, le niveau d'exigence de la tâche, la différence entre l'objet test et celui présenté préalablement à la même localisation, nous avons mis en évidence l'impact de l'organisation spatiale des objets d'une part sur l'allocation attentionnelle sur les localisations et d'autre part sur le traitement des cibles apparaissant dans ces localisations. La proximité spatiale des objets serait un facteur facilitateur lors de l'allocation attentionnelle mais elle rendrait le traitement plus difficile. Dans la deuxième partie, nous avons combiné la méthode de prévisualisation des distracteurs avec le paradigme de report partiel pour examiner l'effet du nombre des localisations servant d'indices sur la capacité d'allocation attentionnelle et l'effet du nombre des cibles indicées sur la capacité de traitement. / The aim of this thesis is twofold : the first dealt with the assessment of the attentional selection in a Visual Short Term-Memory task. We tested the capacity of the participants in selecting and memorizing targets among distractors. Our results provided evidence for the capacity to memorize four selected objects among a set of distractors without the involvement of physiological mechanisms like eye-movements. Furthermore, we showed that this capacity is sensitive to the spatial organization of targets among distractors. In further experiments, we manipulated the spatial organization of objects, the requirement of the task, the difference between the test object and the object previously presented at the same location. The results highlighted the impact of the spatial organization of objects on the attentional allocation over locations and the processing of targets appearing at these locations. The spatial proximity of objects greatly facilitated the attentional allocation but made the processing more difficult. The second aim dealt with the combination of the preview of distractors method with the partial report paradigm to examining i) the effect of the number of locations serving as cues on the attentional allocation capacity and ii) the effect of the number of objects on the processing capacity. We showed that the division of attention over several objects is limited by the difficulties associated with attentional allocation beyond two selected locations and the difficulties associated with processing beyond two encoded objects.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Ce travail a pour objectif d'investiguer le sort réservé à  des changements de nature visuelle qui se produisent dans notre environnement et que nous ne détectons pas consciemment. J'investiguerai en particulier si de tels changements non-perçus consciemment peuvent néanmoins (1) être représentés d'une certaine manière en-dessous du seuil de la conscience, et (2) exercer une influence causale sur des tâches comportementales subséquentes. A cette fin, une première étude cherche à établir si les paradigmes classiques de détection de changement sous-évaluent les capacités réelles de la mémoire visuelle à court terme. Cette étude a effectivement montré qu'il était possible de récupérer de l'information stockée en mémoire visuelle à court terme (MVCT), suggérant donc qu'il existe plus de capacités mnésiques visuelles que ce qui est utilisé dans les tâches classiques de détection de changement. Ensuite, une seconde étude a répliqué un paradigme dit d'identification implicite de changements et qui était controversé dans la littérature en raison de biais potentiels. Après correction de ces biais, nous avons pu démontrer que ce paradigme suggère bel et bien un effet d'identification implicite de changement puisque l'identité d'un changement simple (changement d'orientation d'un rectangle parmi 8 rectangles orientés de différentes manières) peut indicer un jugement d'orientation subséquent. Finalement, dans le dernier groupe d'expériences, un nouveau paradigme dans lequel les changements se produisent très progressivement et très lentement sera décrit. En utilisant ce paradigme, j'ai pu démontrer qu'alors que les observateurs demeurent inconscients du changement, ils restent néanmoins sensibles aux changements puisqu'ils « synchronisent » leur représentation en mémoire visuelle avec le stimulus présenté à l'écran. Enfin, dans la conclusion, je m'attacherai également à  développer l'idée selon laquelle nous sommes (1) capables, au minimum, de mettre à jour notre mémoire visuelle d'un changement et probablement d'identifier, un tel changement sans conscience et (2) influençables par ce changement. En effet, à la fin de ce travail, j'arriverai à la conclusion que les représentations visuelles sont ébruitéess et incomplètes. Ceci est dû (1) à  la constitution de la rétine, qui n'est pas homogène (la quantité de photorécepteurs n'est pas identique dans la partie centrale et dans la périphérie du champ visuel), (2) aux imperfections des systèmes biologiques (des imperfections et des erreurs dans la planification des saccades et dans leurs exécutions surgissent,) et (3) aux limitations de nos capacités attentionnelles.

Every day we are exposed to huge amounts of visual stimuli (scenes). However, i tis not yet clear how accurately these scenes are stored and remembered, and what is the role of detail relative to the memory for the whole image. More specifically, to what extent the details are remembered and to what extent we extrapolate the unseen content from the presented details. We used fragmented scenes (broken to 4x4 grids) to investigate this question. Fragmented scenes were composed of three different theme categories (indoor, natural, man-made), each with different number of presented patches (3, 5 and 8). Our main research question is, whether there is any relationship between the number of presented patches and the ability to recognize which patches were presented and which were not (but still patches from the same photograph). In analysis we focus on Signal Detection Theory characteristics, mainly memory sensitivity (d') and bias. We run two experiments and in both the highest scores for (d') were for 3 patches (Exp.1: d'(n3) = 0,67; Exp.2: d'(n3) = 0,66) with bias towards negative answers (Exp.1: c(n3) = 0,27; Exp.2: c(n3) = 0,16). For 5 and 8 patches the (d') was lower (Exp.1: d'(n5) = 0,35; d'(n8) = 0,34; Exp.2: d'(n5) = 0,39; d'(n8) = 0,41) and in the same time bias was towards positive answers...

Le but principal de cette thèse était de mieux comprendre la relation entre le déploiement de l’attention visuo-spatiale et la réponse lors de la recherche visuelle. Nous avons combiné des mesures de chronométrie mentale (les temps de réponse; TR) et d’électrophysiologie, permettant le suivi du décours temporel des évènements et la séparation des processus en sous-phases. Trois études ont été effectuées. Dans les deux premières études, la N2pc, un potentiel relié à un événement (PRE), a été utilisé comme indice électrophysiologique de l’attention visuelle vers un stimulus latéral lors d’une tâche de recherche visuelle ayant une cible facilement repérable (qui saute aux yeux) parmi des distracteurs. Cette composante est caractérisée, en électrophysiologie, par une plus grande négativité environ 200 ms suivant la présentation de la stimulation aux sites postérieurs et controlatéraux du champ visuel ciblé. Dans la première étude, la relation entre la composante N2pc et la réponse a été examinée. Pour ce faire, les données électrophysiologiques ont été scindées selon le TR médian. La N2pc était plus ample pour les essais et les participants plus rapides comparés à ceux qui étaient plus lents, suggérant qu’un déploiement attentionnel plus efficace (N2pc plus ample) avait accéléré les processus subséquents (TR plus court). Dans l’étude 2, le traitement depuis le moment du déploiement attentionnel jusqu’à la réponse a été élucidé en examinant le déclenchement de la N2pc par rapport à la réponse et non au stimulus (ce qui est plus utilisé dans les paradigmes classiques). Nous avons été les premiers à utiliser la RLpcN (response-locked posterior contralateral negativity), composée de la composante N2pc et la SPCN (une composante suivant la N2pc reflétant le traitement en mémoire visuelle à court terme). Les résultats ont démontré une augmentation du temps entre le début de la RLpcN et la réponse pour les TR plus lents, reflétant un traitement plus long suivant le déploiement de l’attention spatiale. Nous avons par la suite utilisé cette composante (la RLpcN) pour étudier la recherche visuelle difficile (Étude 3), où la cible n’était pas facilement identifiable parmi des distracteurs, à l’aide de manipulations expérimentales modulant la RLpcN, soit le nombre d’items et de réponses possibles. Plus il y avait d’items dans le champ visuel ou de possibilités de réponses, plus longue était la durée entre le début de la RLpcN et la réponse, démontrant ainsi qu’il est possible d’observer l’activité associée avec les processus sous-jacents à ces manipulations lors d’une recherche difficile. En somme, nous avons montré (1) qu’un déploiement attentionnel plus efficace accélère les processus subséquents, (2) que le traitement déterminant les TR se produit, en majorité, suivant le déploiement de l’attention et, enfin, (3) qu’il est possible d’identifier des marqueurs électrophysiologiques de la sélection de la cible ainsi que de la réponse lors d’une recherche difficile. Dans l’ensemble, les résultats des études constituant la présente thèse vont au-delà des études électrophysiologiques de recherche visuelle typiques, qui utilisent généralement des cibles qui sautent aux yeux, et élucident le décours temporel du traitement lors de recherches plus complexes. / The overarching thesis was to understand better the relationship between the deployment of visual spatial attention and the eventual response during visual search. We combined mental chronometry with electrophysiological measures, allowing us to track the temporal sequence of events and bisect processing into sub-phases. The two first studies used the N2pc, an event-related potential (ERP) component, as an electrophysiological marker of visual attention to laterally presented stimuli using a pop-out (i.e., the target stands out) visual search task. The N2pc is characterised by an enhanced negativity emerging around 200 ms after the display onset at posterior sites contralateral to the attended visual field. In Study 1, we first evaluated the relationship between the N2pc component and the moment of response. Electrophysiological data were split according to the response time (RT) median. The N2pc was larger for both fast compared with slow trials and participants, suggesting that a more efficient deployment of attention (larger N2pc) sped up downstream processing (shorter RTs). In Study 2, processing from the deployment of attention to the response was elucidated by examining N2pc onset relative to the response instead of to the display onset. We pioneered the use of the RLpcN (response-locked contralateral negativity), composed of the N2pc and the SPCN (a component following the N2pc and reflecting processing of task-relevant stimuli in visual short-term memory). Importantly, more time passed between RLpcN onset and the response for longer RTs, reflecting more processing time following the onset of visual spatial attention. We then used this component to study difficult search (Study 3), where the target was not easily located, using experimental manipulations designed to modulate the RLpcN. We showed that when there were more items present in the visual field or response selection was more difficult, there was a longer duration between RLpcN onset and the response, demonstrating that it is possible to observe activity associated with specific processes during difficult visual search. In summary, we provide evidence that (1) a more efficient deployment of attention speeds up downstream processing, (2) processing determining RTs occurs, in majority, following the deployment of attention, and (3) it is possible to identify electrophysiological markers of target and response selection during difficult search. Together, the results of these experiments go beyond typical electrophysiological experiments of visual search, which use pop-out targets, and elucidate the time course of processing during more complex search.

La mémoire à court terme visuelle (MCTv) est un système qui permet le maintien temporaire de l’information visuelle en mémoire. La capacité en mémoire à court terme se définit par le nombre d’items qu’un individu peut maintenir en mémoire sur une courte période de temps et est limitée à environ quatre items. Il a été démontré que la capacité en MCTv et les habiletés mathématiques sont étroitement liées. La MCTv est utile dans beaucoup de composantes liées aux mathématiques, comme la résolution de problèmes, la visualisation mentale et l’arithmétique. En outre, la MCTv et le raisonnement mathématique font appel à des régions similaires du cerveau, notamment dans le cortex pariétal. Le sillon intrapariétal (SIP) semble être particulièrement important, autant dans la réalisation de tâches liées à la MCTv qu’aux habiletés mathématiques. Nous avons créé une tâche de MCTv que 15 participants adultes en santé ont réalisée pendant que nous enregistrions leur activité cérébrale à l’aide de la magnétoencéphalographie (MEG). Nous nous sommes intéressés principalement à la composante SPCM. Une évaluation neuropsychologique a également été administrée aux participants. Nous souhaitions tester l’hypothèse selon laquelle l’activité cérébrale aux capteurs pariéto-occipitaux pendant la tâche de MCTv en MEG sera liée à la performance en mathématiques. Les résultats indiquent que l’amplitude de l’activité pariéto-occipitale pendant la tâche de MCTv permet de prédire les habiletés mathématiques ainsi que la performance dans une tâche de raisonnement perceptif. Ces résultats permettent de confirmer le lien existant entre les habiletés mathématiques et le fonctionnement sous-jacent à la MCTv. / Visual short-term memory (VSTM) is a memory system that permits the temporary retention of visual information. Short-term memory capacity can be defined by the amount of information that an individual can remember over a short period of time and is limited to about four items. It was shown that VSTM capacity and mathematical abilities are closely related. VSTM is useful for a lot of components linked to mathematical skills like word problem solving, mental visualisation and arithmetic. Moreover, VSTM and mathematical reasoning activate similar brain regions, mainly within the parietal cortex. The intraparietal sulcus (IPS) appears to be particularly important both in the realization of VSTM tasks and mathematical reasoning tasks. We created a VSTM task which 15 healthy adult participants completed while we recorded their brain activity using magnetoencephalography (MEG). We were mainly interested in the SPCM component. A neuropsychological assessment was also administrated to the participants. We wanted to verify the hypothesis stipulating that cerebral activity recorded at parieto-occipital sensors during the VSTM task should be linked to performance in mathematics. The results indicate that parieto-occipital activity during the VSTM tasks predicted mathematical abilities as well as performance on a perceptive reasoning task. These results confirmed the link existing between mathematical abilities and VSTM functioning.

The aim of this thesis was to help elucidate the mechanisms that underlie age-related decline in visual selective attention and working memory (WM). Older and younger adults completed a behavioural WM task, after which electroencephalogram (EEG) was recorded as participants perform a localized attentional interference (LAI) task – competition/attentional interference was manipulated by systematically altering the distance between targets and distractors. Older adults showed impaired accuracy and reaction time on the WM and LAI tasks. Two event-related-potentials, indexing spatial attention (N2pc) and target processing (Ptc), displayed attenuated amplitude and increased latency in older adults. Thus, spatial selection, target enhancement and processing speed deficits may contribute to age-related attentional impairments. Furthermore, an unexpected component was found between the N2pc and Ptc in the older adult waveforms. Preliminary analyses suggest this may be the PD, implicated in distractor suppression, which may be differentially contributing to older and younger adults’ electrophysiology and attentional processing.