La grossesse est un moment charnière de la vie où la femme reconsidère les bienfaits de chacune de ses habitudes de vie. Il est bien connu que l'activité physique apporte des bénéfices pour la cognition des enfants et des adultes, mais est-ce aussi le cas des femmes enceintes? Et qu'en est-il de l'enfant à naitre? L’objectif général de cette thèse était d’examiner l'effet de l'interaction entre l'activité physique et la grossesse sur les fonctions cognitives de la mère et de l'enfant. Une première étude démontre que la cognition de la femme enceinte diminue lors du troisième trimestre sans effet de condition physique. Une seconde étude présente les effets d'une séance d'activité physique sur plusieurs habiletés cognitives des femmes enceintes. On retrouve chez elles une diminution de la mémoire de travail et de la capacité d'attention soutenue alors qu'il n'y a pas d'effet chez la femme non enceinte. Enfin, une dernière étude présente l'impact de l'activité physique pratiquée tout au long de la grossesse sur le cerveau du nouveau-né. Cette étude démontre que les nouveau-nés de mères actives présentent des réponses neurophysiologiques plus matures que les enfants de mères sédentaires. L'ensemble de ces résultats démontre que la grossesse entraine des déficits cognitifs. De plus, les fonctions cognitives de la femme enceinte seront réduites à la suite d'une séance d'activité physique. Il serait donc préférable pour elle de ne pas prévoir son activité physique avant une activité qui nécessite ses capacités cognitives. Elle devrait tout de même effectuer de l'activité physique tout au long de sa grossesse afin d'offrir le meilleur départ possible dans la vie à son enfant. / Pregnancy is a pivotal moment in life when a woman reconsiders the value of each of her lifestyle choices. It is well known that physical activity brings benefits for cognition in children and adults, but is this also the case for pregnant women? What about their children? The overall objective of this thesis was to examine the effect of the interaction between physical activity and pregnancy on the cognitive functions of the mother and of the child. A first study shows that the cognition of pregnant women decreases during the third trimester and is not affected by their fitness level. A second study shows the effects of an exercise session on several cognitive abilities of pregnant women. We observed that pregnant women's self-monitoring ability is poorer than that of control women and that pregnant women's self-monitoring and sustained attention diminish after a bout of acute cardiovascular exercise. Finally, a third study shows the impact of physical activity performed throughout pregnancy on the brain of the newborn. This study demonstrates that newborns of active mothers have more mature neurophysiological responses than children of sedentary mothers. Taken together, these results demonstrate that pregnancy induces cognitive deficits. In addition, the cognitive functions of pregnant women are impaired as a result of an exercise session. Thus, they should not plan to exercise before a cognitively demanding activity. Nonetheless, women should still exercise regularly during pregnancy to provide the best possible start in life for their child.

Το ακουστικό σύστημα έχει να μας διδάξει πολλά σχετικά με τις κεντρικές ακουστικές διαδικασίες, όμως ο τρόπος με τον οποίο συμπεριφέρεται και λειτουργεί σε διάφορα νοσήματα (αυτισμός, σ.Αsperger, σχιζοφρένεια), όσο και σε καταστάσεις τόσο προβληματικές (δυσλεξία, αλκοολισμός, κώμα) όσο και φυσιολογικές (εκμάθηση ξένων γλωσσών), είναι ακόμη άγνωστος. Ο λεπτός κρίκος που παρεμβάλλεται μεταξύ όλων αυτών των καταστάσεων και της λειτουργίας του ακουστικού συστήματος είναι ένα (ακουστικό) προκλητό δυναμικό, το αρνητικό δυναμικό ασυμφωνίας (ΑΔΑ). Το δυναμικό αυτό εκλύεται από τον εγκέφαλο οποτεδήποτε ένας διαφορετικός ήχος επιδράσει σε μια ακολουθία σταθερών ήχων. Πρόκειται για ένα αυτόματο φαινόμενο το οποίο υπάρχει στη φύση, είναι όμως δυνατό να εκλυθεί και να μελετηθεί και πειραματικά. Στην παρούσα εργασία αναλύεται το δυναμικό ΑΔΑ, περιγράφονται κάποιες κλινικές χρησιμότητες και μερικά πλεονεκτήματά του και αναλυτικά η μεθοδολογία και η πειραματική διάταξη που ακολουθήθηκε για την ανάδειξη του σημαντικού αυτού δυναμικού. Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία, επέτρεψε την ανίχνευση ισχυρών και διακριτών δυναμικών ΑΔΑ. Η διάταξη είναι εύκολα αναπαραγώγιμη και θα μπορούσε να τύχει πολλών κλινικών εφαρμογών. / By studying the function of the auditory system, it is possible to also elucidate the function of several central auditory procedures. It is however largely unknown how these are related to diseases such as autism, Asperger's syndrome, schizophrenia, but also to other situations such as dyslexia, coma, alcoholism, or the learning of foreign languages. The tiny bond that connects all these functions with central auditory processes is an auditory evoked potential called mismatch negativity (MMN). The MMN is elicited whenever a deviant sound interferes in a sequence of standard tones. Elicitation of MMN potentials is an automatic procedure that happens in nature all the time. It can however also be produced and detected in the laboratory. The present work starts with a detailed description of the MMN potential. Some of its advantages, as well as its clinical uses are also presented. This work also includes a very detailed description of the methhodology used to detect and study MMN potentials in experimental conditions. The experimental setup used in this work allowed us to detect substantial and discernible MMNs. This setup, and hence the study of MMNs is easily replicable, could therefore be also used in clinical praxis.

La grossesse est un moment charnière de la vie où la femme reconsidère les bienfaits de chacune de ses habitudes de vie. Il est bien connu que l'activité physique apporte des bénéfices pour la cognition des enfants et des adultes, mais est-ce aussi le cas des femmes enceintes? Et qu'en est-il de l'enfant à naitre? L’objectif général de cette thèse était d’examiner l'effet de l'interaction entre l'activité physique et la grossesse sur les fonctions cognitives de la mère et de l'enfant. Une première étude démontre que la cognition de la femme enceinte diminue lors du troisième trimestre sans effet de condition physique. Une seconde étude présente les effets d'une séance d'activité physique sur plusieurs habiletés cognitives des femmes enceintes. On retrouve chez elles une diminution de la mémoire de travail et de la capacité d'attention soutenue alors qu'il n'y a pas d'effet chez la femme non enceinte. Enfin, une dernière étude présente l'impact de l'activité physique pratiquée tout au long de la grossesse sur le cerveau du nouveau-né. Cette étude démontre que les nouveau-nés de mères actives présentent des réponses neurophysiologiques plus matures que les enfants de mères sédentaires. L'ensemble de ces résultats démontre que la grossesse entraine des déficits cognitifs. De plus, les fonctions cognitives de la femme enceinte seront réduites à la suite d'une séance d'activité physique. Il serait donc préférable pour elle de ne pas prévoir son activité physique avant une activité qui nécessite ses capacités cognitives. Elle devrait tout de même effectuer de l'activité physique tout au long de sa grossesse afin d'offrir le meilleur départ possible dans la vie à son enfant. / Pregnancy is a pivotal moment in life when a woman reconsiders the value of each of her lifestyle choices. It is well known that physical activity brings benefits for cognition in children and adults, but is this also the case for pregnant women? What about their children? The overall objective of this thesis was to examine the effect of the interaction between physical activity and pregnancy on the cognitive functions of the mother and of the child. A first study shows that the cognition of pregnant women decreases during the third trimester and is not affected by their fitness level. A second study shows the effects of an exercise session on several cognitive abilities of pregnant women. We observed that pregnant women's self-monitoring ability is poorer than that of control women and that pregnant women's self-monitoring and sustained attention diminish after a bout of acute cardiovascular exercise. Finally, a third study shows the impact of physical activity performed throughout pregnancy on the brain of the newborn. This study demonstrates that newborns of active mothers have more mature neurophysiological responses than children of sedentary mothers. Taken together, these results demonstrate that pregnancy induces cognitive deficits. In addition, the cognitive functions of pregnant women are impaired as a result of an exercise session. Thus, they should not plan to exercise before a cognitively demanding activity. Nonetheless, women should still exercise regularly during pregnancy to provide the best possible start in life for their child.

The human central auditory system can automatically extract abstract regularities from a variant auditory input. To this end, temporarily separated events need to be related. This study tested whether the timing between events, falling either within or outside the temporal window of integration (~350 ms), impacts the extraction of abstract feature relations. We utilized tone pairs for which tones within but not across pairs revealed a constant pitch relation (e.g., pitch of second tone of a pair higher than pitch of first tone, while absolute pitch values varied across pairs). We measured the mismatch negativity (MMN; the brain’s error signal to auditory regularity violations) to second tones that rarely violated the pitch relation (e.g., pitch of second tone lower). A Short condition in which tone duration (90 ms) and stimulus onset asynchrony between the tones of a pair were short (110 ms) was compared to two conditions, where this onset asynchrony was long (510 ms). In the Long Gap condition, the tone durations were identical to Short (90 ms), but the silent interval was prolonged by 400 ms. In Long Tone, the duration of the first tone was prolonged by 400 ms, while the silent interval was comparable to Short (20 ms). Results show a frontocentral MMN of comparable amplitude in all conditions. Thus, abstract pitch relations can be extracted even when the within-pair timing exceeds the integration period. Source analyses indicate MMN generators in the supratemporal cortex. Interestingly, they were located more anterior in Long Gap than in Short and Long Tone. Moreover, frontal generator activity was found for Long Gap and Long Tone. Thus, the way in which the system automatically registers irregular abstract pitch relations depends on the timing of the events to be linked. Pending that the current MMN data mirror established abstract rule representations coding the regular pitch relation, neural processes building these templates vary with timing.:Introduction; Materials and methods; Results; Discussion; Conclusion

The regular behavior of sound sources helps us to make sense of the auditory environment. Regular patterns may, for instance, convey information on the identity of a sound source (such as the acoustic signature of a train moving on the rails). Yet typically, this signature overlaps in time with signals emitted from other sound sources. It is generally assumed that auditory regularity extraction cannot operate upon this mixture of signals because it only finds regularities between adjacent sounds. In this view, the auditory environment would be grouped into separate entities by means of readily available acoustic cues such as separation in frequency and location. Regularity extraction processes would then operate upon the resulting groups. Our new experimental evidence challenges this view. We presented two interleaved sound sequences which overlapped in frequency range and shared all acoustic parameters. The sequences only differed in their underlying regular patterns. We inserted deviants into one of the sequences to probe whether the regularity was extracted. In the first experiment, we found that these deviants elicited the mismatch negativity (MMN) component. Thus the auditory system was able to find the regularity between the non-adjacent sounds. Regularity extraction was not influenced by sequence cohesiveness as manipulated by the relative duration of tones and silent inter-tone-intervals. In the second experiment, we showed that a regularity connecting non-adjacent sounds was discovered only when the intervening sequence also contained a regular pattern, but not when the intervening sounds were randomly varying. This suggests that separate regular patterns are available to the auditory system as a cue for identifying signals coming from distinct sound sources. Thus auditory regularity extraction is not necessarily confined to a processing stage after initial sound grouping, but may precede grouping when other acoustic cues are unavailable.

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L’amusie congénitale est un trouble neurodéveloppemental qui affecte la perception mélodique, malgré une ouïe et une intelligence normale. Un déficit de la discrimination des fines variations de hauteur des sons serait à l’origine de ces difficultés. Les études ayant permis de caractériser les corrélats neuronaux de ce trouble ont mis en lumière des anomalies anatomiques et fonctionnelles du réseau fronto-temporal droit dans l’amusie. Notamment, les processus tardifs et conscients de détection des fines variations de hauteur sonore apparaissent perturbés chez les amusiques, alors que le traitement plus précoce et automatique de ces mêmes variations de hauteur serait normal. À ce jour, la vaste majorité des études sur l’amusie congénitale ont été effectuées auprès d’adultes et nous détenons peu d’informations sur la façon dont ce trouble se manifeste au cours du développement. La présente thèse vise ainsi à caractériser les corrélats comportementaux et neuronaux de l’amusie congénitale chez l’adolescent, pour ensuite explorer les perspectives de réhabilitation de ce trouble neurodéveloppemental. Dans une première étude, nous avons tenté de mieux comprendre comment le cerveau d’adolescents amusiques traite les fines variations de hauteur des sons, tant en ce qui a trait aux processus précoces et automatiques (associés à la composante de potentiel évoqué mismatch negativity; MMN) qu’au niveau du traitement conscient et plus tardif (associé à la composante de potentiel évoqué P300), en comparaison aux contrôles. Nous avons étudié les effets d’un mois d’écoute musicale quotidienne chez ces participants. Une deuxième étude a ensuite été effectuée, afin d’examiner l’impact de trois mois de leçons de guitare sur le traitement des fines variations de hauteur sonore chez des adolescents ii amusiques et leurs témoins. Nous nous sommes intéressés aux effets de cette formation musicale sur diverses composantes des potentiels évoqués, dont la P300 et la MMN. Les résultats de cette thèse révèlent que l’amusie peut se manifester à part entière à l’adolescence. Plus précisément, les adolescents amusiques présentent un profil hautement similaire à celui documenté chez l’adulte, soit une incapacité à détecter consciemment les fines variations de hauteur des sons, associée à l’absence de la composante P300, en dépit d’un traitement précoce et automatique normal tel que reflété par une MMN comparable aux contrôles. En outre, il appert qu’un mois d’écoute musicale quotidienne ne constitue pas une technique de réhabilitation efficace dans l’amusie, dont les manifestations sont demeurées inchangées suite à cette intervention. Par ailleurs, nos résultats révèlent qu’il est possible pour de jeunes amusiques d’apprendre à jouer d’un instrument de musique et que cette formation musicale a le potentiel d’engendrer des phénomènes de plasticité cérébrale prometteurs chez certains d’entre eux. Plus précisément, nous observons l’émergence de la composante P300 associée à une amélioration des capacités de discrimination des fines variations de hauteur chez trois amusiques sur quatre suite à cette intervention. Ces résultats enrichissent notre compréhension de l’amusie et de sa trajectoire développementale, en plus de motiver de futurs travaux de recherche qui pourraient mener au développement d’interventions optimales dans une perspective de réhabilitation de ce trouble neurodéveloppemental. / Congenital amusia is a neurodevelopmental disorder that specifically impairs melodic perception despite normal hearing and intelligence. The disorder is thought to arise from a deficit in perceiving fine-grained pitch changes. Studies that aimed to characterize the neural correlates of congenital amusia have highlighted anatomical and functional anomalies along the right fronto-temporal pathways. Notably, the amusic brain has been shown to perceive fine-grained pitch distinctions at an early and automatic level of processing, but this does not reach higher levels of conscious processing. To date, the majority of research on amusia has been performed with adults and consequently little information has been acquired on how this disorder manifests itself during development. The goal of this thesis is therefore to characterize the behavioral and neural correlates of congenital amusia during adolescence, and then to explore different rehabilitation strategies in an attempt to attenuate the perceptual deficits. In a first study, we documented how amusic adolescents process fine-grained pitch changes using event-related potentials, both in terms of early and automatic processing (as indexed by the mismatch negativity component; MMN) and conscious processing (associated with the P300 component) compared to controls. We also explored the effects of a month of daily music listening among these participants. A second study was then conducted to explore the impact of three months of weekly guitar lessons on fine-grained pitch processing in amusic adolescents and controls. In particular, we investigated the effects of musical training on various evoked-potential components, including the P300 and the MMN. The results show that amusia can be fully expressed in the developing brain with manifestations that are similar to those observed in adults. Specifically, the amusic adolescent brain does not elicit a normal positivity (P300) in response to small pitch changes, while early and automatic processing of these pitch deviations appears normal (as indexed by the MMN). In addition, it appears that a month of daily music listening is not an effective amusia remediation strategy, since all electrophysiological and behavioral manifestations were unchanged following this intervention. Furthermore, we show that it is possible for amusic adolescents to learn to play a musical instrument despite their perceptual deficit and this intervention as the potential to induce promising brain plasticity phenomena for some of them. Specifically, a P300 response elicited by fine-grained pitch changes was seen after three months of guitar lessons in three out of four amusic adolescents. Importantly, the emergence of the P300 was paralleled by an improved perceptual ability to detect fine-grained pitch changes. These findings add to our understanding of congenital amusia and its developmental trajectory, while motivating future research that could lead to the development of optimal interventions to help young people with amusia engage with music.

L’objectif de cette thèse est l’étude du développement de l’attention auditive et des capacités de discrimination langagière chez l’enfant né prématurément ou à terme. Les derniers mois de grossesse sont particulièrement importants pour le développement cérébral de l’enfant et les conséquences d’une naissance prématurée sur le développement peuvent être considérables. Les enfants nés prématurément sont plus à risque de développer une variété de troubles neurodéveloppementaux que les enfants nés à terme. Même en l’absence de dommages cérébraux visibles, de nombreux enfants nés avant terme sont à risque de présenter des troubles tels que des retards langagiers ou des difficultés attentionnelles. Dans cette thèse, nous proposons donc une méthode d’investigation des processus préattentionnels auditifs et de discrimination langagière, à l’aide de l’électrophysiologie à haute densité et des potentiels évoqués auditifs (PEAs). Deux études ont été réalisées. La première visait à mettre sur pied un protocole d’évaluation de l’attention auditive et de la discrimination langagière chez l’enfant en santé, couvrant différents stades de développement (3 à 7 ans, 8 à 13 ans, adultes ; N = 40). Pour ce faire, nous avons analysé la composante de Mismatch Negativity (MMN) évoquée par la présentation de sons verbaux (syllabes /Ba/ et /Da/) et non verbaux (tons synthétisés, Ba : 1578 Hz/2800 Hz ; Da : 1788 Hz/2932 Hz). Les résultats ont révélé des patrons d’activation distincts en fonction de l’âge et du type de stimulus présenté. Chez tous les groupes d’âge, la présentation des stimuli non verbaux a évoqué une MMN de plus grande amplitude et de latence plus rapide que la présentation des stimuli verbaux. De plus, en réponse aux stimuli verbaux, les deux groupes d’enfants (3 à 7 ans, 8 à 13 ans) ont démontré une MMN de latence plus tardive que celle mesurée dans le groupe d’adultes. En revanche, en réponse aux stimuli non verbaux, seulement le groupe d’enfants de 3 à 7 ans a démontré une MMN de latence plus tardive que le groupe d’adulte. Les processus de discrimination verbaux semblent donc se développer plus tardivement dans l’enfance que les processus de discrimination non verbaux. Dans la deuxième étude, nous visions à d’identifier les marqueurs prédictifs de déficits attentionnels et langagiers pouvant découler d’une naissance prématurée à l’aide des PEAs et de la MMN. Nous avons utilisé le même protocole auprès de 74 enfants âgés de 3, 12 et 36 mois, nés prématurément (avant 34 semaines de gestation) ou nés à terme (au moins 37 semaines de gestation). Les résultats ont révélé que les enfants nés prématurément de tous les âges démontraient un délai significatif dans la latence de la réponse MMN et de la P150 par rapport aux enfants nés à terme lors de la présentation des sons verbaux. De plus, les latences plus tardives de la MMN et de la P150 étaient également corrélées à des performances langagières plus faibles lors d’une évaluation neurodéveloppementale. Toutefois, aucune différence n’a été observée entre les enfants nés à terme ou prématurément lors de la discrimination des stimuli non verbaux, suggérant des capacités préattentionnelles auditives préservées chez les enfants prématurés. Dans l’ensemble, les résultats de cette thèse indiquent que les processus préattentionnels auditifs se développent plus tôt dans l'enfance que ceux associés à la discrimination langagière. Les réseaux neuronaux impliqués dans la discrimination verbale sont encore immatures à la fin de l'enfance. De plus, ceux-ci semblent être particulièrement vulnérables aux impacts physiologiques liés à la prématurité. L’utilisation des PEAs et de la MMN en réponse aux stimuli verbaux en bas âge peut fournir des marqueurs prédictifs des difficultés langagières fréquemment observées chez l’enfant prématuré. / The aim of this thesis is to investigate early auditory attention and language development in full-term and preterm children. The last months of pregnancy are particularly important for the child’s cerebral development, and the impacts of a premature birth on his/her neurodevelopment can be substantial. Prematurely born children are at higher risk of developing a variety of neurodevelopmental disorders compared to full-terms. Even without visible brain injury, many premature children are at risk of presenting disorders such as language delays and attentional difficulties. In this thesis, we suggest an approach to investigate pre-attentional processes and early language discrimination abilities in infants using high-density electrophysiology and auditory event-related potentials (AERPs). We conducted two studies. The first one aimed at establishing a paradigm to evaluate auditory attention and language discrimination development in healthy full-term children, over different developmental stages (3 to 7 years, 8 to 13 years, adults; N = 40). To do so, we analyzed the Mismatch Negativity (MMN) component in response to speech (spoken syllables /Ba/ and /Da/) and non-speech stimuli (frequency-synthesized tones, Ba: 1578 Hz/2800 Hz; Da: 1788 Hz/2932 Hz). Distinct patterns of activation were revealed according to stimulus type and age. In all groups, non-speech stimuli elicited an MMN of larger amplitude and earlier latency than did the presentation of speech stimuli. Moreover, in response to speech stimuli, both children groups (3 to 7 years, 8 to 13 years) showed a significantly delayed MMN response compared to the adults group. In contrast, in response to non-speech stimuli, only the youngest group (3 to 7 years) showed a significantly delayed MMN compared to the adults. Age-related differences for tone discrimination therefore appear to occur earlier in children’s development than do the discriminative processes for speech sounds. In the second study, we aimed at identifying the electrophysiological markers of auditory attention and language deficits often incurred by a premature birth. We thus presented this paradigm to 74 infants born preterm (before 34 gestational weeks) or full-term (at least 37 gestational weeks), aged 3, 12 and 36 months old. Our results indicated that preterm children of all age groups showed a significantly delayed MMN and P150 responses to speech stimuli compared to full-terms. Moreover, significant correlations were found between the delayed MMN and P150 responses to speech sounds and lower language scores on a neurodevelopmental assessment. However, no significant differences were found between full-term and preterm children for the MMN in response to non-speech stimuli, suggesting preserved pre-attentional auditory discrimination abilities in these children. Altogether, the findings from this thesis indicate that the neurodevelopmental processes associated with auditory pre-attentional skills occur earlier in childhood compared to language discrimination processes. Cerebral networks involved in speech discrimination are still immature in late childhood. Furthermore, neural networks involved in speech discrimination and language development also appear to be particularly vulnerable to the impacts of prematurity. The use of AERPs and the MMN response to speech stimuli in infancy can thus provide predictive markers of language difficulties commonly seen in premature infants.

In this dissertation the effects of variations in stimulus properties and CTOA, in auditory attention tasks were explored using recently developed approaches to EEG analysis including LIMO. The last experiment was structured using information theory, designing an effective experiment. Four studies were carried out using a number parity decision task, that employed different combinations of cueing Tone (T), Novel (N) and the Goal (G) stimuli. In the first EEG study, contrary to previous findings (Polich 2002, 2007) in control participants, no correlation between the time of a novel condition to the next novel condition and P300 amplitude was found. Therefore single trial across-subject averaging of participants’ data revealed significant correlations (r > .3) of stimulus properties (such as probability, frequency, amplitude and duration) on P300, and even r > .5 was found when N was an environmental sound in schizophrenic patients. In the second EEG study, simultaneously with fMRI recordings, the participants that showed significant behavioural distraction evoked brain activations and differences in both hemispheres (similar to Corbetta, 2002, 2008) while the participants, as a whole, produced significant activations mainly in left cortical and subcortical regions. A context analysis was run in distracted participants contrasting the trials immediately prior to the G trials, resulting in different prefrontal activations, which was consistent with studies of prefrontal control of visual attention (Koechlin 2003, 2007). In the third EEG study, the distractor noise type was manipulated (white vs environmental sounds) as well as presence or absence of scanner background noise in a blocked design. Results showed consistent P300, MMN and RON due to environmental noise. In addition, using time constants found in MEG results (Lu, Williamson & Kaufman, 1992) and adding the CTOA to the analysis, an information theory framework was calculated. After the simulation of the information of the experiment, a saddle indentation in the curve of the information measure based on the states of the incoming signal at around 300 ms CTOA was found. This saddle indentation was evident in more than 60 novel trials. In the fourth study, the CTOA and stimulus properties were manipulated in a parametric experiment. Based on the three studies, reducing complexity if the task (first study), using more than 60 stimuli in the novel conditions (third study). The CTOA randomly varying between 250 ms or 500 ms. Thirty-eight ANCOVA with 2 categorical and 1 continuous regressors were conducted and determined which time and channels elicited reliably signatures (p <.05) in the whole participants at short CTOA. Results revealed differences for the waveforms of current condition by depending on which condition appeared previously as well in terms of frequency and duration in scalp frontal electrodes (such as the second study). These results were interpreted as a consequence of switching between modes of attention and alerting states which resulted in the activation of frontal areas. Moreover, contextual analyses showed that systematic manipulation of stimulus properties allowed the visualization of the relationships between CTOA, executive function and orienting of attention.

Abstract To be able to acquire, produce, and comprehend language, precise central auditory processing (CAP), neural processes utilized for managing auditory input, is essential. However, the auditory environments are not always optimal for CAP because noise levels in children’s daily environments can be surprisingly high. In young children, CAP and its developmental trajectory as well as the influence of noise on it have scarcely been investigated. Event-related potentials (ERPs) offer promising means to study different stages of CAP in small children. Sound processing, preattentive auditory discrimination, and attention shifting processes can be addressed with obligatory responses, mismatch negativity (MMN), and novelty P3 of ERPs, respectively. In this thesis the developmental trajectory of CAP from 2 to 4 years of age as well as noise-induced changes on it, were investigated. In addition, the feasibility of the multi-feature paradigm with syllable stimuli and novel sounds in children was evaluated. To this end, obligatory responses (P1, N2, and N4) and MMNs for consonant, frequency, intensity, vowel, and vowel duration changes, as well as novelty P3 responses, were recorded in a silent condition and with babble noise using the multi-feature paradigm. The participants were voluntary, typically developing children. Significant P1, N2, N4, and MMN responses were elicited at both ages. Also a significant novelty P3, studied at the age of 2 years, was found. From 2 to 4 years, the P1 and N2 latencies shortened. The amplitudes of N2, N4, and MMNs increased and the increment was the largest at frontal electrode locations. During noise, P1 decreased, N2 increased, and the latency of N4 diminished as well as MMNs degraded. The noise-induced changes were largely similar at both ages. In conclusion, the multi-feature paradigm with five syllable deviant types and novel sounds was found to be an appropriate measure of CAP in toddlers. The changes in ERP morphology from 2 to 4 years of age suggest maturational changes in CAP. Noise degraded sound encoding, representation forming, and auditory discrimination. The children were similarly vulnerable to hampering effects of noise at both ages. Thus, noise might potentially harmfully influence language processing and thereby its acquisition in childhood. / Tiivistelmä Kielen omaksumiselle, tuottamiselle sekä ymmärtämiselle on tärkeää tarkka keskushermostollinen kuulotiedon käsittely eli ne hermostolliset prosessit, joita käytetään kuullun aineksen käsittelyyn. Kuunteluympäristöt eivät kuitenkaan aina ole optimaalisia kuulotiedon käsittelylle, sillä melutasot lasten elinympäristöissä voivat olla hyvinkin korkeita. Pienten lasten kuulotiedon käsittelyä, sen kehittymistä ja melun vaikutusta siihen on tutkittu vähän. Kuuloherätevasteet ovat toimiva tapa tarkastella pienten lasten kuulotiedon käsittelyä eri näkökulmista. Äänen käsittelyä, esitietoista kuuloerottelua ja tarkkaavuuden siirtymistä voidaan tarkastella obligatoristen vasteiden, poikkeavuusnegatiivisuuden ja novelty P3 -vasteiden avulla. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan kuulotiedon käsittelyn kehittymistä kahden vuoden iästä neljän vuoden ikään sekä melun vaikutusta siihen. Lisäksi arvioidaan tavuärsykkeitä ja poikkeavia ääniä sisältävän monipiirreparadigman soveltuvuutta lapsitutkimuksiin. Tutkimuksissa rekisteröitiin monipiirreparadigman avulla obligatorisia vasteita (P1, N2 ja N4); konsonantin, taajuuden, intensiteetin, vokaalin ja vokaalin keston muutokselle syntyneitä MMN-vasteita sekä novelty P3 -vasteita hiljaisuudessa ja taustamelussa. Tutkimuksen osallistujat olivat vapaaehtoisia tyypillisesti kehittyviä lapsia. Molemmilla tutkimuskerroilla P1, N2, N4 ja MMN poikkesivat merkitsevästi nollatasosta samoin kuin kaksivuotiailta tutkittu novelty P3. Kahden vuoden iästä neljään vuoteen P1- ja N2-vasteiden latenssi lyheni sekä N2, N4 ja MMN vahvistuivat, muutoksen ollessa suurinta frontaalisilla elektrodeilla. Melun aikana P1 heikkeni, N2 vahvistui ja N4-vasteen latenssi lyhentyi. Lisäksi MMN-vaste heikkeni. Melun aiheuttamat muutokset olivat samankaltaisia sekä kahden että neljän vuoden iässä. Johtopäätöksenä voidaan todeta viittä eri tavuärsyketyyppiä ja yllättäviä ääniä sisältävän monipiirreparadigman olevan toimiva menetelmä taaperoiden kuulotiedon käsittelyn tutkimiseen. Kahden ja neljän ikävuoden välillä tapahtuvat muutokset vasteissa kuvastavat kehityksellisiä muutoksia kuulotiedon käsittelyssä. Melu heikentää äänitiedon peruskäsittelyä, edustumien muodostumista ja esitietoista kuuloerottelua. Lapset olivat lähes yhtä alttiita melun vaikutuksille sekä kahden että neljän vuoden iässä. Melu voi siis haitata kielen prosessointia ja sen omaksumista.