research theme cognitive neuropsychology

Cognitieve Neuropsychologie

De onderzoeksprojecten die we hebben samengebracht onder het thema Cognitieve Neuropsychologie hebben betrekking op de relatie tussen biologische processen enerzijds en cognitieve en/of emotionele processen anderzijds. Hoe kunnen biologische mechanismen, meestal van de hersenen, bijdragen tot het begrip van cognitie en emoties, en hoe kunnen zij helpen in het geval van stoornissen?

Wij doen uitsluitend onderzoek bij mensen, zowel in klinische als niet-klinische populaties, en gedurende de gehele levensloop, van baby's en jonge kinderen tot aan de ouderdom. We gebruiken daarbij een keur aan de modernste meettechnieken, van geavanceerd gedragsonderzoek tot electroencephalografie (EEG) en functionele magnetische resonantie imaging (fMRI).

Een greep uit het lopend onderzoek vindt u hieronder.

Hoe voegt ons brein sensorische informatie van meerdere zintuigen samen tot één geheel?

Tijdens ons dagelijks leven worden onze hersenen constant blootgesteld aan een enorme hoeveelheid sensorische informatie. Als we ons bijvoorbeeld in een drukke bar bevinden, ontvangen onze hersenen via onze zintuigen allerlei signalen van verschillende bronnen. Het betreden van een bar kan in eerste instantie overweldigend aanvoelen, maar na korte tijd raken we gewend aan de veranderingen in onze omgeving. Ondanks alle afleidingen en achtergrondgeluiden, kunnen we nog steeds begrijpen wat onze vrienden zeggen door 'af te stemmen' op het geluid van hun stem en hun lipbewegingen te observeren. Zonder deze visuele informatie is het echter erg moeilijk om een ​​gesprek te voeren. Door auditieve en visuele spraaksignalen te integreren tot uniforme waarnemingen, wordt ons vermogen om spraak te verstaan ​​dus aanzienlijk verbeterd, vooral onder suboptimale omstandigheden. Het combineren van sensorische informatie van verschillende zintuigen tot uniforme waarnemingen wordt ook wel multisensorische integratie genoemd.

Het hoofddoel van dit project is het ontrafelen van de onderliggende mechanismen van multisensorische integratie door het onderzoeken van indicatoren van multisensorische integratie op gedrags- en neuronaal niveau, met een specifieke focus op audiovisuele informatie.

Team

Publicaties

Het anticiperende brein: predictive coding in sensorische prikkelverwerking

De manier waarop we de wereld om ons heen waarnemen, is niet alleen gebaseerd op informatie die we via onze zintuigen ontvangen, maar wordt ook gevormd door onze ervaringen uit het verleden. Een recent geïntroduceerde theorie over de verwerking en integratie van sensorische informatie en eerdere ervaringen, de zogeheten predictive coding theorie, gaat ervan uit dat ons brein continu een intern voorspellend model van de wereld om ons heen genereert op basis van informatie die we ontvangen via onze zintuigen en gebeurtenissen die we in het verleden hebben meegemaakt. Dit interne voorspellingsmodel stelt ons in staat om de wereld om ons heen te ‘begrijpen’ en zorgt ervoor dat onze cognitieve vermogens primair worden toegewezen aan nieuwe of anderszins relevante informatie.

Het hoofddoel van dit project is het ontrafelen van de onderliggende mechanismen van het vermogen om sensorische prikkels te voorspellen door het onderzoeken van indicatoren van predictive coding in sensorische prikkelverwerking op gedrags- en neuronaal niveau, met een specifieke focus op multisensorische signalen.

Team

Publicaties

Sensorische prikkelverwerking en anticipatie bij autisme spectrum stoornis

Door te kunnen voorspellen wat we in bepaalde situaties zullen gaan zien, horen, voelen, ruiken en proeven, zijn we in staat om ons gedrag aan te passen aan onze omgeving. Dit voorspellende vermogen is cruciaal om  goed te kunnen interacteren met onze omgeving en andere mensen om ons heen. Wanneer we bijvoorbeeld op het punt staan ​​een druk restaurant binnen te gaan dat gespecialiseerd is in vis en zeevruchten, verwachten we meestal een ziltige lucht te ruiken en het geluid te horen van pratende mensen. Hierdoor zijn we meestal niet verbaasd als we die dingen ook echt ruiken en horen zodra we zijn in het restaurant.

Het niet nauwkeurig kunnen voorspellen van toekomstige sensorische informatie kan leiden tot atypische gedragsreacties op sensorische stimulatie, waaronder hypo- en hyperreactiviteit. Beide symptomen worden vaak gezien bij Autisme Spectrum Stoornis (ASS). In recent onderzoek hebben we aangetoond dat mensen met ASS mogelijk veranderingen hebben in het vermogen om te anticiperen op sensorische stimulatie. Het begrijpen van de neurale basis van deze veranderingen kan een fundamenteel onderdeel zijn van de verklaring waarom mensen met ASS vaak moeite hebben met sociale communicatie en interactie met hun omgeving.

Het hoofddoel van dit project is om de onderliggende mechanismen van sensorische anticipatie bij ASS vast te leggen met objectieve gedrags- en elektrofysiologische (EEG) maten.

Team

Externe partners

  • Mart Eussen (Yulius Mental Health)

Publicaties

Jij bent aan de beurt! Het ontrafelen van de cognitieve en neurale processen van gesprekken in neurotypische en autisme spectrum stoornis populaties

In gesprekken lijken mensen intuïtief te weten wanneer ze de beurt kunnen overnemen. Luisteraars gebruiken lexicale, semantische en syntactische signalen om het einde van de beurt van een spreker te voorspellen. Beurtwisselingen tussen sprekers zijn meestal zeer snel (~ 200 ms) en beduidend korter dan de productie van een enkel woord (~ 600 ms). In de literatuur wordt daarom verondersteld dat deze vloeiende overgangen tussen beurten alleen mogelijk zijn wanneer spraakbegrip en spraakproductie elkaar overlappen in de tijd. Er is echter weinig bekend over de cognitieve en neurale processen die betrokken zijn bij gesprekken. De belangrijkste vraag van het project is: wat zijn de hersenmechanismen die ten grondslag liggen aan deze cognitieve processen tijdens gesprekken? We zullen een techniek toepassen -genaamd hyperscanning- waarbij de elektrische hersenactiviteit (elektro-encefalografie: EEG) van twee sprekers tijdens een gesprek tegelijkertijd wordt gemeten. De eerste fase van het project start in het najaar van 2020 en heeft als doel om de neurale processen die ten grondslag liggen aan de verschillende spraakbegrip- en spraakproductiefasen in neurotypische individuen in kaart te brengen. De tweede fase bestudeert de gedrags- en neurale correlaten van gesprekken bij personen met autismespectrumstoornis (ASS). Een van de belangrijkste symptomen van ASS is verminderde sociale communicatie. Door gebruik te maken van echte gesprekken zullen we deze deficienties onderzoeken in zeer natuurlijke en ecologisch valide situaties.

Team

Wat zei je? Neurale mechanismen van sprekeradaptatie

Menselijke spraak is soms moeilijk te begrijpen vanwege achtergrondgeluiden, een onbekend accent, of slechte kwaliteit van het spraaksignaal. Luisteraars wennen hier echter snel aan omdat er vaak andere informatie is die de luisteraars informeert over wat de beoogde boodschap moet zijn. Deze 'andere' informatie kan liplezen zijn als de spreker te zien is, of in een film kan het bestaan uit ondertitels die kunnen worden gelezen. Lexicale informatie is ook belangrijk voor het begrijpen van spraak. Bijvoorbeeld, een geluid dat kan worden gehoord als /b/ of /p/ wordt waargenomen als /b/ wanneer het wordt gevolgd door 'oer', maar als /p/ wanneer het wordt gevolgd door 'oes', omdat alleen 'boer' en 'poes' echte woorden zijn in het Nederlands. In dit project verwachten we dat al deze extra informatiebronnen - liplezen, geschreven tekst en lexicale informatie – het wennen aan een moeilijk te verstane spraak versterken. Hun effectiviteit echter nooit direct vergeleken. We gaan daarom onderzoeken of liplezen, geschreven tekst, en lexicale informatie verschillen in effectiviteit om te wennen aan vreemde spraak. Dit is niet alleen van belang voor mensen met gehoorproblemen, maar het kan ook relevant zijn bij het leren van een vreemde taal.

Team

Publicaties

  • JJ Stekelenburg, M Keetels, J Vroomen (2018) Multisensory integration of speech sounds with letters vs. visual speech: only visual speech induces the mismatch negativity. European Journal of Neuroscience 47 (9), 1135-1145
Spontaneous facial mimicry in people with autistic-like traits

Faces play an important role in human interaction. In a natural conversation, there is often facial mimicry which can be described as the unconscious and unintentional copying of another person’s facial expressions. Past research showed people with autism (ASD) tend to engage less in spontaneous facial mimicry compared to typically developing (TD) individuals (McIntosh et al., 2006; Oberman, Winkielman, & Ramachandran, 2009). Recent research also suggests that autistic-like traits are continuously distributed throughout the population. The Adult Autism Spectrum Quotient (AQ, Baron-Cohen, Wheelwright, Skinner, Martin, & Clubley, 2001) thereby functions as a measure of symptoms related to Autism Spectrum conditions in TD adults. In this project we will examine whether TD individuals who either score high or low on AQ-measures differ in their spontaneous facial mimicry using a test developed by Mui et al (2018).

Team

Publicaties

Spraakwaarneming in Context

Het menselijke spraaksignaal is hoofdzakelijk auditief van aard. Echter, het gesproken signaal is vaak onduidelijk of gemaskeerd door geluiden op de achtergrond. Om correcte waarneming van gesproken klanken te waarborgen zijn we voor een groot deel afhankelijk van beschikbare context. Denk bijvoorbeeld aan visuele informatie (tekst, of bewegende lippen), lexicale informatie (ons interne 'woordenboek'), of informatie m.b.t. de emotionele staat van de spreker. In ons onderzoek achterhalen we hoe deze context de waarneming beïnvloedt op het gebied van gedrag (we vragen bijvoorbeeld wat proefpersonen hoorden) en hoe de bijbehorende hersenprocessen worden beïnvloed door de context. We testen daarvoor mensen uit de algemene populatie, maar ook personen uit specifieke doelgroepen die problemen hebben met taal/spraakwaarneming (zoals mensen met Dyslexie).

Looptijd project: doorlopend

Team

Publicaties

  • Bourguignon, M., Baart, M., Kapnoula, E. C., & Molinaro, N. (2020). Lip-reading enables the brain to synthesize auditory features of unknown silent speech. The Journal of Neuroscience, 40, 1053- 1065.
  • López Zunini, R. A., Baart, M., Samuel, A. G., & Armstrong, B. C. (2020). Lexical access versus lexical decision processes for auditory, visual, and audiovisual items: Insights from behavioral and neural measures. Neuropsychologia, 137, 107305
  • Lindborg, A., Baart, M., Stekelenburg, J., J., Vroomen, J., & Andersen, T. S. (2019). Speech-specific audiovisual integration modulates induced theta-band oscillations. PLOS ONE: e0219744.
  • S.Faezeh PourHasemi, Martijn Baart, Jean Vroomen. (2019,12,20). ” Auditory learning of noise-vocoded speech by lip-read information: Does reading skill matter?” [Poster presentation]. The 17th NVP Winter Conference on BRAIN & COGNITION. Egmond aan Zee, The Netherlands.
Decoderen van emoties

Emoties spelen een centrale rol in bijna alle aspecten van het dagelijks leven. Ze beïnvloedden bijvoorbeeld onze beslissingen, hoe we omgaan met tegenvallers, en hoe tevreden we zijn met ons leven. Ons onderzoek probeert emoties te decoderen en classificeren uit de hersenactiviteit. Dat betekent dat we proefpersonen emoties laten beleven terwijl we hun hersenactiviteit opnemen met EEG, en dan kijken welke overeenkomsten zitten tussen EEG patronen die horen dezelfde emotie, en hoe ze anders zijn voor verschillende emoties.

Om emoties zo levensecht en zo sterk mogelijk op te wekken maken we gebruik van virtual reality. Om de verschillen en overeenkomsten zo goed mogelijk te kunnen detecteren maken we gebruik van geavanceerde machine learning technieken.
We kijken in dit project naar hersenactiviteit van gezonde mensen. De kennis die we hiermee opdoen kan vervolgens gebruikt worden bij het vaststellen van afwijkende patronen in mensen met klachten of problemen, en kan de effectiviteit van behandelingen bekeken worden.

Team

Heart rate and facial EMG indices of antisocial behavior and psychopathic traits in children, adolescents, or adults

Oppositional defiant disorder (ODD) and conduct disorder (CD) are the most prevalent psychiatric disorders in children and adolescents. The Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-IV-TR) defines ODD as a recurrent pattern of negativistic, defiant, disobedient, and hostile behavior towards authority figures. CD is a more severe type of disorder, characterized by a repetitive and persistent pattern of behavior in which the basic rights of others or major age-appropriate societal norms or rules are violated. ODD may be a developmental precursor of CD in late childhood and adolescence, which, in turn, may be a developmental antecedent of antisocial personality disorder (APD) at adult age. Callous-unemotional (CU) traits identify an important subgroup of antisocial youths in forensic, clinical, and community samples. Children and adolescents with CU traits show particular high rates of conduct problems, delinquency, and police contacts. CU traits are an extension of the interpersonal affective dimension of adult psychopathy—a special case of APD—and include low emotional responsiveness, particularly low fearfulness,  and a lack of empathy, guilt, or remorse. We have shown that ODD, CD, and particularly CU traits are associated with abnormal heart rate and facial EMG responses to emotional scenes involving other people which normally elicit empathy. We have also found that CU traits are associated with subnormal spontaneous facial mimicry responses to emotional facial expressions by others.

Heart rate and facial EMG responses are easily to record during experimental and real-life situations and may have diagnostic value. In particular spontaneous facial EMG responses may give insight in brain processes which are hardly or not accessible using standard neuroimaging measures like fMRI due to insufficient temporal resolution of such measures. Using heart rate and EMG measures we are currently extending our research from youths to adult criminal psychopathic in-patients. In this study we try to evaluate whether treatment has positive effects as apparent from (1) heart rate and facial EMG responses to empathy-eliciting movies, and (2) facial mimicry of dynamic emotional facial expressions.

Team

  • Minet de Wied (Department of Youth & Family, Faculty of Social and Behavioral Sciences, Utrecht University, Utrecht, The Netherlands)
  • Anton van Boxtel
  • Ronald J.P. Rijnders, (Netherlands Institute for Forensic Psychiatry and Psychology, Utrecht, The Netherlands)

Publicaties

  • van Boxtel, A., Zaalberg, R. & de Wied, M. Reduced facial mimicry responses to dynamic emotional facial expressions in male adolescents with disruptive behavior disorders and callous-unemotional traits. Submitted for publication.
  • de Wied, M., Meeus, W., & van Boxtel, A. Disruptive behavior disorders and psychopathic traits in adolescents: Empathy-related responses to witnessing animal distress. Journal of Psychopathology and Behavioral Assessment, under revision.
  • van der Graaff, J., Meeus, W., de Wied, M., van Boxtel, A., van Lier, P., & Branje, S. (2016). Respiratory sinus arrhythmia moderates the relation between parent-adolescent relationship quality and adolescents' social adjustment. Journal of Abnormal Child Psychology, 44, 269-281.
  • van der Graaff, J., Meeus, W., de Wied, M., van Boxtel, A., van Lier, P.A.C., Koot, H.M., Branje, S. (2016). Motor, affective and cognitive empathy in adolescence: interrelations between facial electromyography and self-reported trait and state measures. Cognition and Emotion, 30, 745-761.
  • de Wied, M., van Boxtel, A., Matthys, W., & Meeus, M. (2012). Verbal, facial and autonomic responses to empathy-eliciting film clips by disruptive male adolescents with high versus low callous-unemotional traits. Journal of Abnormal Child Psychology, 40, 211-223.
  • de Wied, M., Gispen-de Wied, C., & van Boxtel, A. (2010). Empathy dysfunction in children and adolescents with disruptive behavior disorders. European Journal of Pharmacology, 626, 97-103.
  • de Wied, M., van Boxtel, A., Posthumus, J.A., Goudena, P.P., & Matthys, W. (2009). Facial EMG and heart rate responses to emotion-inducing film clips in boys with disruptive behavior disorders. Psychophysiology, 46, 996-1004.
  • de Wied, M., van Boxtel, A., Zaalberg, R., Goudena, P.P., & Matthys, W. (2006). Facial EMG responses to dynamic emotional facial expressions in boys with disruptive behavior disorders. Journal of Psychiatric Research, 40, 112-121.
Reading a text: effects of experienced emotion, mental simulation, and moral evaluation as indicated by facial EMG responses

When someone is reading a story about another person, like a novel or a news report, the reader may adopt a variety of imaginary social or emotional positions relative to the protagonist. Depending on this attitude, quite different cognitive or emotional responses may come up in the reader, like agreement, empathy, sympathy, being moved, compassion, admiration, aversion, jealousy, Schadenfreude, ingroup versus outgroup sentiments, etc. On the basis of overt voluntary responses like verbal reports, it is difficult to get insight in these complex subjective experiences. Overt voluntary responses may be unreliable, rationalized, socially desirable, or do not sufficiently reflect quick changes in the reader's subjective experience. Measuring spontaneous EMG responses of specific facial muscles, which were earlier demonstrated to reliably reflect cognitive or emotional processes, may give insight in subjective experiences during stories since these responses can hardly be voluntarily suppressed and occur with short latency.

These facial EMG measures may give rather specific insight in internal cognitive and emotional processes which may occur when someone is reading a text, the more so as spontaneous activities of certain facial muscles were demonstrated to have high reliability and validity regarding such processes. The relevance of this project is primarily scientific.

Team

  • Björn ’t Hart (Utrecht Institute of Linguistics OTS, Utrecht University, Utrecht, The Netherlands)
  • Marijn E. Struiksma (Utrecht Institute of Linguistics OTS, Utrecht University, Utrecht, The Netherlands)
  • Jos J.A. van Berkum (Utrecht Institute of Linguistics OTS, Utrecht University, Utrecht, The Netherlands)
  • Anton van Boxtel

Publicaties

  • 't Hart, B., Struiksma, M.E., van Boxtel, A., & van Berkum, J.J.A. Reading about us and them: Moral and minimal group effects on language-induced emotion. Manuscript under revision.
  • 't Hart, B., Struiksma, M.E., van Boxtel, A., & van Berkum, J.J.A. (2019). Tracking affective language comprehension: simulating and evaluating character affect in morally loaded narratives. Frontiers in Psychology, 10, 318.