Memory consolidation effects in altered states of consciousness

Memory consolidation is the process by which new experiences are stabilized following their initial acquisition. Previous studies have shown that promoting consolidation via cueing during non-REM sleep is effective in boosting memory retrieval, while during waking states this is detrimental. Here, cued reactivation was examined amidst an artificially generated delta brainwave state (commonly found in non-REM sleep) with regard to its effect memory retrieval when compared to an ‘Awake’ state. In order to achieve this ‘Altered’ state of consciousness, binaural beat technology was used. Memory retrieval was examined using both explicit recollection and an implicit recognition memory task in an attempt to examine any differential effects on hippocampus dependent and hippocampus independent memories. During the control experiment involving an ‘Awake’ state, memory retrieval was not significantly reduced by cueing as expected when examining previous research. Similarly, during an ‘Altered’ state, no significant effect of cueing on memory was observed in either the explicit and implicit memory retrieval tasks. However, the depth of encoding appeared to greatly increase the memory recall throughout and so the possible explanations for these findings are discussed. Future iterations and improvements are outlined in an attempt to expand research into this subtle and often elusive phenomenon

Effects of theta-frequency binaural beats on post-exercise recovery and stress responsivity

Binaural beats are an auditory illusion perceived when two or more pure tones of similar frequencies are presented dichotically through stereo headphones. This phenomenon is thought to have the potential to facilitate changes in arousal. The present study investigated the effects of 7 Hz binaural beating on post-exercise recovery and stress responsivity in college-aged students (n = 21; 18-29 years old).Theta binaural beats failed to outperform placebo in altering post-exercise recovery or stress responsivity. However, after listening to binaural beats, participants reported feeling more relaxed (6.4% change) and less stressed (11.5% change). Findings from the present study suggest that listening to binaural beats may have subtle psychological effects

Influence of beta and theta binaural beat stimulation on episodic memory: an EEG study

Tese de mestrado integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Sinais e Imagens Médicas) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2021Binaural beats (BBs) are auditory illusions created by the brain when two coherent sounds with slightly different frequencies are presented to both ears dichotically. For example, if the subject is presented a 256 Hz tone to the right ear and a 250 Hz to the left ear, the beat in this phenomenon is referred to as a 6 Hz theta binaural beat. Conversely, a mix of two sinusoids presented to the same ear is called acoustic beat (AB), resulting in a periodic amplitude fluctuation. Although BBs were shown to have positive effects on cognition, there are no sufficient studies on BBs and episodic memory. Furthermore, there is no agreement to explain the brain mechanism underlying the perception of BBs. The primary goal of this study is to investigate the influence of BBs on episodic memory and the effects of BB stimulation on brain rhythms, more concretely to examine whether they can change the power of specific EEG frequencies, comparatively to ABs. The secondary objective focuses on an exploratory study to measure cortical auditory evoked potentials (CAEPs) applying Muse, a consumer-grade EEG device used in this study, in order to assess its potential and the corresponding data quality. To meet the goals, two separate experiments were designed: a classic CAEP paradigm, with a total of 5 participants (3 male, 2 female; aged 22-25 years old); and an experiment with 32 subjects (19 male, 13 female; aged 20-28 years old), divided into two groups (depending on type of stimulation performed: 20 Hz beta or 6 Hz theta beats), each one with two stimuli conditions (BB or AB), received 15 minutes before the episodic memory task, during memory encoding phase and during the free recall test, across 2 sessions with an interval of 1 week. To quantify the power of brain oscillations during AB and BB stimulation, time-frequency analysis was performed using Discrete Wavelet Transform (DWT) and Relative Wavelet Energy (RWE). Regarding CAEP paradigm, N1-P2 complex was detected in temporal regions with acceptable signal-to-noise ratio. Parametric and non-parametric paired t-tests showed several significant changes in RWE values within each group at different time points, frequency bands and channels during both sessions, between BB and AB conditions. Moreover, entrainment of brain activity with the frequency of the beat was detected within theta BB stimulation. Regarding the effects of BB stimulation on episodic memory performance, t-tests revealed significant differences in the memory scores between AB and BB conditions during the first session (t=−2.48, p=0.0133) and second session (t=−2.67, p=0.00914) in theta group, with higher scores observed after BB stimulation. In beta group, significant differences in the scores were observed between AB and BB conditions during first session (t=−2.40, p=0.0154), with higher scores registered in BB condition. Inter-group analysis demonstrated that beta group outperformed theta group in both AB (t=3.37, p=0.00244) and BB (t=3.58, p=0.00143) conditions during the second session. This study validates the use of Muse for neuroscientific research, demonstrating that is possible to rely on consumer-grade low-cost EEG systems. Furthermore, it demonstrates that 20 Hz beta and 6 Hz theta BBs have a positive influence on episodic memory performance. Based on findings of positive effects of BBs on cognition, these results were expected. Entrainment was observed during theta BB stimulation. In addition, it is suggested that BBs have a modulatory effect on brain frequencies, with involvement of dynamical processes.Batimentos binaurais (BBs, do inglês Binaural beats) são ilusões auditivas criadas pelo cérebro quando dois sons coerentes com frequências ligeiramente diferentes são apresentados dicoticamente, isto é, cada ouvido é estimulado por frequências diferentes. Existem diferentes tipos de BBs, dependendo das frequências a partir das quais são criados e da diferença entre elas, o que determina a frequência do batimento. Por exemplo, se o sujeito é apresentado com um tom de 256 Hz no ouvido direito e 250 Hz no ouvido esquerdo, cria-se um batimento binaural de 6 Hz, na frequência do ritmo teta. Por outro lado, a mistura de duas sinusoides apresentadas ao mesmo ouvido possui o nome de batimento acústico (AB, do inglês acoustic beat) e as suas interferências são refletidas em flutuações periódicas em amplitude. Estudos demonstram que os BBs têm um efeito positivo na memória de trabalho, memória de longo prazo, capacidade de atenção e nos níveis de ansiedade e relaxamento. No entanto, existem relatos do seu efeito negativo na atenção e na memória de curto prazo. Para além disso, não existe um consenso na comunidade científica para explicar o mecanismo cerebral subjacente à perceção dos BBs. Tudo isto sublinha a necessidade de mais unificação na pesquisa. Apesar do efeito benéfico dos BBs nos diferentes tipos de memória, não existe um leque de estudos suficientemente grande relativamente à sua influência na memória episódica, um tipo de memória associado à codificação de eventos autobiográficos. Destaques na pesquisa sugerem que as oscilações teta estão associadas a um melhor desempenho na memória episódica. Presumindo que a estimulação auditiva com BBs teta possa ter um efeito modulador das frequências cerebrais por meio de resposta pós-frequência, mais especificamente no ritmo teta, é razoável supor que os BBs podem influenciar a memória episódica. O sistema de EEG usado neste estudo é o Muse, desenvolvido para ajudar em técnicas de meditação. Como não se trata de um aparelho de grau médico, é necessário entender se o material é viável para o estudo. O método para alcançar esta validação foi medir os potenciais evocados auditivos corticais, uma resposta cerebral já bem conhecida. Posto isto, a primeira parte desta tese foca-se num estudo exploratório para medir os potenciais evocados auditivos corticais usando o Muse, com o objetivo de avaliar o potencial do dispositivo e a qualidade dos dados correspondentes. A segunda parte e a meta principal deste estudo é investigar a influência do BBs na memória episódica e estudar o seu efeito nas oscilações cerebrais, em comparação com ABs. Para concretizar a primeira experiência deste estudo, um paradigma clássico foi desenhado para medir os potenciais evocados. Um total de 5 voluntários participaram neste estudo, com idades compreendidas entre 22 e 25 anos. Os participantes receberam um total de 180 estímulos, que consistiam em tons puros de 1000 Hz, com 500 ms de plateau, 10 ms de subida e descida e apresentados a cada 2 segundos. A aquisição do EEG e os marcadores de evento foram concretizados através do Lab Streaming Layer, uma ferramenta que permite criar redes de conexões entre vários dispositivos e programas. O pré-processamento e o processamento dos dados foram executados no EEGLAB, uma extensão do MATLAB que oferece uma interface gráfica para realizar a análise do EEG. Os resultados obtidos foram satisfatórios: o complexo N1-P2 foi identificado em todos os sujeitos e também nas curvas de grande média, com uma melhor relação entre o sinal e o ruído comparativamente às curvas individuais. Relativamente à segunda parte desta tese, a experiência consiste em 2 grupos de sujeitos, 2 blocos de tarefas, cada um com 2 condições de estímulo (AB ou BB), concretizada durante 2 sessões, separadas por uma semana. Um total de 32 voluntários foram recrutados, com idades compreendidas entre 20 e 28 anos. Os sujeitos foram divididos em 2 grupos: grupo teta, que recebeu estimulação com BBs e ABs teta na frequência dos 6 Hz, criados a partir de tons puros de 247 Hz e 253 Hz; grupo beta, que foi estimulado com BBs e ABs beta na frequência dos 20 Hz, gerados a partir de tons puros de 240 Hz e 260 Hz. A primeira parte do primeiro bloco consistia numa tarefa passiva em que os sujeitos de cada grupo ouviam ABs durante 15 minutos, ao mesmo tempo em que aquisição do EEG era realizada. Seguiu-se uma tarefa de memória episódica, em que os participantes tinham que decorar uma sequência de 30 imagens de objetos, cada uma com a duração de 3 segundos. De seguida, uma tarefa de distração foi realizada consistindo numa contagem em voz alta de 20 até 0. Por fim, foi feito um teste de recordação livre em que os sujeitos apontavam num papel os objetos que se lembravam de ver, cujo número seria contabilizado como pontuações de memória. O segundo bloco de tarefas é idêntico ao primeiro, exceto que imagens de objetos diferentes foram usadas e a estimulação durante os 15 minutos iniciais foi feita com BBs. Na segunda sessão, os mesmos procedimentos foram repetidos, exceto o uso de imagens de objetos diferentes em cada bloco. Para quantificar a energia de cada banda de frequência do EEG, recorreu-se à Transformada de Wavelet Discreta, que decompõe o sinal em vários níveis, cada um correspondendo a uma banda de frequência de ritmos cerebrais, e à Energia de Wavelet Relativa (RWE, de Relative Wavelet Energy). Mudanças na RWE dum determinado nível de decomposição refletem mudanças na atividade cerebral na banda de frequências correspondente. Dois tipos de análise foram concretizados: um tendo conta a evolução temporal da RWE ao longo de 13 segmentos de 1 minuto; o segundo implicou calcular a RWE média ao longo de um único segmento de EEG, colapsando a dimensão temporal. Os testes t paramétricos e não paramétricos revelaram várias diferenças entre os valores de RWE durante a estimulação com ABs e a estimulação com BBs, ao longo de diferentes instantes de tempo, bandas de frequências, canais e sessões da experiência. Relativamente ao grupo teta, os testes revelaram que a RWE na banda de frequência alfa no canal AF8 durante a primeira sessão aumentou de AB para BB (t=2.2701, p=0.01919). Durante a segunda sessão, foi observado um aumento dos valores de RWE na banda de frequências teta no canal TP10 da condição AB para BB (t=2.4509, p=0.0135). Relativamente ao grupo beta, as seguintes observações correspondem à primeira sessão, da condição AB para BB: uma diminuição significativa de RWE na banda de frequências beta no canal TP10 (t=-2.3364, p=0.0181) e um aumento significativo de RWE na banda delta no canal TP10 (t=4.3193, p=0.0004164) e no canal TP9 (t=2.7144, p=0.00885). Quanto aos efeitos dos BBs na performance de memória episódica, os testes t revelaram diferenças significativas nas pontuações entre as condições AB e BB durante a primeira sessão (t=-2.48, p=0.0133) e segunda sessão (t=-2.67, p=0.00914) no grupo teta, com pontuações mais altas observadas após a estimulação com BB. No grupo beta, diferenças significativas nas pontuações foram observadas entre as condições AB e BB durante a primeira sessão (t=-2.40, p=0.0154), com pontuações mais elevadas registadoa na condição BB. A análise entre os grupos demonstrou que o grupo beta superou o grupo teta em ambas as condições AB (t=3.37, p=0.00244) e BB (t=3.58, p=0.00143) durante a segunda sessão. Uma análise fatorial ANOVA II demonstrou que o efeito principal da condição foi significativo, sendo que os participantes que foram submetidos à estimulação com batimentos binaurais tiveram resultados mais altos (F(1,115)=5.49, p=0.0208). O efeito principal da sessão também foi significativo, com pontuações mais altas obtidas durante a segunda sessão (F(1,115)=9.206, p=0.00298). Houve interação significativa entre grupo e sessão (F(1,115)=5.11, p=0.0256). Para além disso, regressões lineares demonstraram que o aumento das pontuações de memória está associado ao aumento de RWE na banda de frequências beta (F(5,114) = 5.876, p < 0.0001). Este estudo mostra que é possível quantificar os potenciais evocados auditivos corticais usando um dispositivo de EEG de grau de consumidor. Foi demonstrado que os batimentos binaurais teta de 6 Hz e beta de 20 Hz têm efeito positivo no desempenho da memória episódica, comparativamente aos respetivos acoustic beats. Os participantes que foram estimulados com BBs beta tiveram melhores resultados nos testes de memória comparativamente aos que receberam estimulação com BBs teta, o que pode ser explicado pelo facto da atividade teta, característica da memória episódica, ter sido despertada durante a estimulação BB beta. No entanto, foi demonstrado que o aumento nas pontuações de memória episódica é explicado pelo aumento da RWE no ritmo beta. A resposta pós-frequência foi observada durante a exposição aos BBs teta, porém o mesmo não se verifica relativamente aos BBs beta. Para concluir, este estudo prova que os batimentos binaurais são moduladores neuronais, com envolvimento de respostas dinâmicas. Este efeito modulador da atividade cerebral pode ser a razão por trás da influência destes batimentos na memória episódica

Securing a UAV Using Features from an EEG Signal

This thesis focuses on an approach which entails the extraction of Beta component of the EEG (Electroencephalogram) signal of a user and uses his/her EEG beta data to generate a random AES (Advanced Encryption Standard) encryption key. This Key is used to encrypt the communication between the UAVs (Unmanned aerial vehicles) and the ground control station. UAVs have attracted both commercial and military organizations in recent years. The progress in this field has reached significant popularity, and the research has incorporated different areas from the scientific domain. UAV communication became a significant concern when an attack on a Predator UAV occurred in 2009, which allowed the hijackers to get the live video stream. Since a UAVs major function depend on its onboard auto pilot, it is important to harden the system against vulnerabilities. In this thesis, we propose a biometric system to encrypt the UAV communication by generating a key which is derived from Beta component of the EEG signal of a user. We have developed a safety mechanism that gets activated in case the communication of the UAV from the ground control station gets attacked. This system was validated on a commercial UAV under malicious attack conditions during which we implement a procedure where the UAV return safely to an initially deployed "home" position

Psychophysiological reactivity to auditory Binaural Beats stimulation in the alpha and theta EEG brain-wave frequency bands: A randomized, double–blind and placebo–controlled study in human healthy young adult subjects

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Psicología, Departamento de Psicología Biológica y de la Salud. Fecha de lectura: 25-06-2014Binaural beats are an acoustical illusion of the perception of a “virtual” third tone, fluctuating (i.e. beating) in its volume evoked by two carrier–sinusoids of same amplitudes, but slightly different frequencies f1 and f2, presented by stereo-headphones. Although this illusion was discovered as early as 1839 by Dove and, after the discovery of the EEG, visual rhythmic stimulation by stroboscopic flicker was known to evoke photic driving, until today relatively few works with moreover contradictory results have been published searching for specific Binaural Beat effects on the organism. Objective The present investigation aimed, in a highly controlled laboratory study with multimodal measurements, for deciding on the question whether there is or there is not specific psychophysiological reactivity to Binaural Beats auditory stimulation in the EEG alpha and theta frequency bands, striving for the overcoming of unsatisfactory methodology of previous works. If efficacy to specifically decrease psychophysiological arousal levels would be proven, multiple applications in clinical contexts would be feasible. Moreover, the employed stimuli would be useful for basic research trying to better understand the underlying neurocircuitry of arousal, attention and consciousness regulation. Methods After rigorous psychometric screening for bio–psycho–social health, N = 12 young university students (5 females) entered in a within–subject randomized placebo–controlled design, with 50% of the subjects randomly assigned to the presentation order Placebo vs. Verum, and the remaining 50% vice versa. Placebo and Verum sessions took place with more than one week time interval. The 25 min Verum stimulus consisted of Binaural Beats carrier frequencies equivalent to a sweep from 10 Hz to 4 Hz embedded into a special dynamic noise mask, while under Placebo only this mask was presented without Binaural Beats for 25 min. 63–channel EEG, ECG and respiratory flow by nasal cannulae were continuously recorded at 1024 Hz common sample frequency. Pre– vs. post saliva samples were collected by passive drool technique and immediately flash frozen by immersion into liquid nitrogen. Hypnoidal state depth was measured by retrospective psychometry immediately after each experiment using the Phenomenology of Consciousness Inventory (PCI) of Pekala (1991). Results Logit–transformed EEG relative spectral powers showed only under Verum significant change over time with distinguishable scalp topographies, a linear increasing trend in slower vs. a linear decreasing trend in faster EEG frequency bands and meaningful correlations with the psychometric effects in hypnoidal state depth. Significant change over time in the parasympathetic parameter HRV–HF power derived from ECG was only found under Verum. These HRV findings are not confounded by changes in respiratory frequency which showed no significant change over time. Pre– vs. post saliva samples revealed significant increases only under Placebo in stress–related biomarkers (Cortisol, α–Amylase and Salivary Secretory Immunoglobulin A, SIgA), but not under Verum. Significant increases under Verum as compared to Placebo were observed in psychometric hypnoidal state depths with a large effect size of r = .513 and difference scores showed a significant and large Spearman’s rank order correlation of rho = .671 and pexact = .020 with hypnotizability as operationalized as psychometric hypnoidal state depths under Placebo. Hypnotizability is thus a predictor of reactivity magnitudes to Binaural Beat auditory stimulation. Presentation order effects could be excluded for all reported effects. Conclusions Multimodal evidence was found for the searched specific efficacy of Binaural Beats auditory stimulation in the EEG alpha and theta frequency range. Linear trends in EEG relative spectral powers suggest that only the Verum stimulus caused significant decreases in (cortical) arousal. The significant increase of stress–related biomarkers only under Placebo could be interpreted as a sign that the Verum stimulus inhibited processes which naturally occurred under Placebo. Both the Placebo and Verum of the present investigation should be used as a nonverbal culture–free paradigm for neurocientific basic laboratory studies on hypnosis and hypnotizability especially, but also on resting–state networks and related neurocircuitry generally. The ability of the Verum stimulus to decrease arousal levels and induce/boost altered states of consciousness (ASCs) implies applications in several practical–clinical contexts and calls for further field studies.Los pulsos binaurales o Binaural Beats son una ilusión acústica que consiste en la percepción de un tercer tono “virtual” que fluctúa (beating) en volumen, inducido por dos ondas portadoras (f1 y f2 ) de la misma amplitud, pero con frecuencias ligeramente distintas, presentadas en cada uno de los oídos mediante auriculares estéreo. Aunque esta ilusión fue descubierta por Dove en 1838 y después del descubrimiento del EEG se conoce que la estimulación visual por luz estroboscópica provoca photic driving, hasta ahora se han publicado pocos trabajos sobre los efectos de los Binaural Beats en el organismo, y además con resultados contradictorios. Objectivos La investigación en esta tesis tiene como objeto realizar un estudio de laboratorio en condiciones altamente controladas y con registros multimodales para averiguar si hay o no una respuesta psicofisológica a la estimulación auditiva con Binaural Beats en las frecuencias alfa y theta del EEG. La metodología empleada intenta resolver los problemas de investigaciones previas. La demostración de la eficacia de los Binaural Beats para disminuir específicamente los niveles de arousal psicofisiológico daría pie a muchas aplicaciones clínicas. Además, este paradigma de estimulación auditiva puede contribuir a la investigación básica de la neurocircuitería del arousal, de la atención y de la regulación de la consciencia. Métodos Se reclutaron N = 12 jóvenes estudiantes universitarios (5 mujeres) comprobando rigorosamente su salud bio–psico–social. El estudio siguió un diseño intrasujeto–aleatorizado y controlado por Placebo, en que se asignó aleatoriamente a la mitad de los voluntarios un orden de presentación Placebo vs. estímulo con Binaural Beats, mientras a la otra mitad el orden contrario. Estas dos sesiones experimentales se realizaron al menos con una semana de separación temporal. Los 25 minutos del estímulo con Binaural Beats contienen un barrido de 10 Hz a 4 Hz (decreciente) con enmascaramiento auditivo dinámico, mientras que los 25 minutos del Placebo contienen solamente la máscara auditiva. Se registró el EEG con 63 canales, el ECG y el flujo respiratorio mediante cánulas nasales a una frecuencia de muestreo común de 1024 Hz. Se tomaron muestras de saliva pre vs. post mediante la técnica de passive drool que fueron inmediatamente ultracongeladas por inmersión en nitrógeno líquido. El nivel del estado hipnótico se midió por psicometría retrospectiva inmediatamente después de cada sesión experimental con el test Phenomenology of Consciousness Inventory (PCI) de Pekala (1991). Resultados El análisis de la potencia espectral relativa del EEG sometida a la transformación logit mostró que existen cambios significativos en su evolución temporal con topografías espaciales distinguibles solamente bajo la estimulación con Binaural Beats presentes y no bajo Placebo. Además, se observó un incremento de la pendiente de la tendencia lineal en las bandas del EEG más lentas y una bajada de la pendiente en frecuencias más rápidas. Se encuentraron correlaciones significativas y relevantes con los efectos psicométricos del nivel del estado hipnótico. En el parámetro parasimpático HRV–HF power derivado del ECG se encuentron también cambios significativos en su evolución temporal exclusivamente bajo el estímulo con Binaural Beats. Estos cambios no se deben a variaciones en la frecuencia respiratoria puesto que en ella no se apreciaron cambios significativos. En las muestras de la saliva pre vs. post se observaron incrementos significativos en los biomarcadores salivares de estrés (cortisol, α–amylasa e inmunoglobulina A secretora, SIgA) solamente bajo Placebo. Se encuentraron incrementos significativos de los niveles del estado hipnótico con un tamaño del efecto r =.513 solamente bajo el estímulo con Binaural Beats, pero no bajo Placebo. Con un rho de Spearman de .671 y pexact = .020, las puntuaciones de las diferencias de los niveles del estado hipnótico correlacionan altamente con la hipnotizabilidad operacionalizada como nivel del estado hipnótico bajo Placebo. Por tanto, el rasgo hipnotizabilidad se identificó como predictor de las magnitudes de las reacciones a la estimulación con Binaural Beats. Para todos los efectos mencionados, se pudo descartar la influencia del orden de presentación de los estímulos. Conclusiones Esta tesis proporciona evidencia multimodal de la eficacia de la estimulación auditiva con Binaural Beats en las bandas del EEG alfa y theta. Las pendientes de las tendencias lineales en las potencias espectrales relativas del EEG sugieren que esta estimulación causa una disminución del arousal (cortical). El incremento de los biomarcadores de saliva relacionados con el estrés solo en el caso de Placebo sugiere que la estimulación con Binaural Beats inhibe procesos que ocurren naturalmente bajo Placebo. Tanto el Placebo como el estímulo con Binaural Beats pueden emplearse como un paradigma no verbal culture–free en especial para estudios de neurociencia básica respecto a la hipnosis y la hipnotizabilidad, y, en general respecto a resting–state networks y la neurocircuitería relacionada. El hecho de que el estímulo con Binaural Beats puede disminuir el arousal e inducir estados alterados de la consciencia sugiere aplicaciones en múltiples contextos clínicos y futuros estudios de camp

The role of perception in audiovisual elicitation of somatosensation (AVES) – an investigation of somatic distribution and individual differences

Cortical auditory modelling has gained traction in the past few years. Particularly, the caudal auditory fields have been theorised to play a role in auditory-somatosensory and auditory-spatial convergence in humans but is yet to be tested empirically. The challenge is identifying a viable medium to investigate such cross-modal interactions. To this end, a relatively recent perceptual phenomenon known as the autonomous sensory meridian response (ASMR) was theorised as a candidate to explore these neural cross-modal relationships. ASMR is described as a pleasant experience encompassing a somatosensory tingling sensation and feeling of relaxation characteristically reported to be emotionally positive and triggered via audiovisual stimulation. Despite a growing literature that has attributed the response with phenomenological characteristics, as well as personality and empathic, physiological, and neural profiles, there is still no mechanistic account of ASMR. There is also a comparison between ASMR and other similar perceptual phenomena including synaesthesia, frisson, and misophonia. With ASMR research on the rise, it is surprising to find no literature review to cover and bridge the present understandings of the phenomenon. This thesis introduces the theory behind auditory cross-modal integration followed by two literature reviews encompassing all aspects of ASMR covered within the literature and beyond. Proceeding this is a collection of studies that have explored the phenomenology of, and association between ASMR and other perceptual phenomena including mirror-touch synaesthesia (MTS) and misophonia. The thesis will end with an overall conclusion and future research

Hybridizing 3-dimensional multiple object tracking with neurofeedback to enhance preparation, performance, and learning

Le vaste domaine de l’amélioration cognitive traverse les applications comportementales, biochimiques et physiques. Aussi nombreuses sont les techniques que les limites de ces premières : des études de pauvre méthodologie, des pratiques éthiquement ambiguës, de faibles effets positifs, des effets secondaires significatifs, des couts financiers importants, un investissement de temps significatif, une accessibilité inégale, et encore un manque de transfert. L’objectif de cette thèse est de proposer une méthode novatrice d’intégration de l’une de ces techniques, le neurofeedback, directement dans un paradigme d’apprentissage afin d’améliorer la performance cognitive et l’apprentissage. Cette thèse propose les modalités, les fondements empiriques et des données à l’appui de ce paradigme efficace d’apprentissage ‘bouclé’. En manipulant la difficulté dans une tâche en fonction de l’activité cérébrale en temps réel, il est démontré que dans un paradigme d’apprentissage traditionnel (3-dimentional multiple object tracking), la vitesse et le degré d’apprentissage peuvent être améliorés de manière significative lorsque comparés au paradigme traditionnel ou encore à un groupe de contrôle actif. La performance améliorée demeure observée même avec un retrait du signal de rétroaction, ce qui suggère que les effets de l’entrainement amélioré sont consolidés et ne dépendent pas d’une rétroaction continue. Ensuite, cette thèse révèle comment de tels effets se produisent, en examinant les corrélés neuronaux des états de préparation et de performance à travers les conditions d’état de base et pendant la tâche, de plus qu’en fonction du résultat (réussite/échec) et de la difficulté (basse/moyenne/haute vitesse). La préparation, la performance et la charge cognitive sont mesurées via des liens robustement établis dans un contexte d’activité cérébrale fonctionnelle mesurée par l’électroencéphalographie quantitative. Il est démontré que l’ajout d’une assistance- à-la-tâche apportée par la fréquence alpha dominante est non seulement appropriée aux conditions de ce paradigme, mais influence la charge cognitive afin de favoriser un maintien du sujet dans sa zone de développement proximale, ce qui facilite l’apprentissage et améliore la performance. Ce type de paradigme d’apprentissage peut contribuer à surmonter, au minimum, un des limites fondamentales du neurofeedback et des autres techniques d’amélioration cognitive : le manque de transfert, en utilisant une méthode pouvant être intégrée directement dans le contexte dans lequel l’amélioration de la performance est souhaitée.The domain of cognitive enhancement is vast, spanning behavioral, biochemical and physical applications. The techniques are as numerous as are the limitations: poorly conducted studies, ethically ambiguous practices, limited positive effects, significant side-effects, high financial costs, significant time investment, unequal accessibility, and lack of transfer. The purpose of this thesis is to propose a novel way of integrating one of these techniques, neurofeedback, directly into a learning context in order to enhance cognitive performance and learning. This thesis provides the framework, empirical foundations, and supporting evidence for a highly efficient ‘closed-loop’ learning paradigm. By manipulating task difficulty based on a measure of cognitive load within a classic learning scenario (3-dimentional multiple object tracking) using real-time brain activity, results demonstrate that over 10 sessions, speed and degree of learning can be substantially improved compared with a classic learning system or an active sham-control group. Superior performance persists even once the feedback signal is removed, which suggests that the effects of enhanced training are consolidated and do not rely on continued feedback. Next, this thesis examines how these effects occur, exploring the neural correlates of the states of preparedness and performance across baseline and task conditions, further examining correlates related to trial results (correct/incorrect) and task difficulty (slow/medium/fast speeds). Cognitive preparedness, performance and load are measured using well-established relationships between real-time quantified brain activity as measured by quantitative electroencephalography. It is shown that the addition of neurofeedback-based task assistance based on peak alpha frequency is appropriate to task conditions and manages to influence cognitive load, keeping the subject in the zone of proximal development more often, facilitating learning and improving performance. This type of learning paradigm could contribute to overcoming at least one of the fundamental limitations of neurofeedback and other cognitive enhancement techniques : a lack of observable transfer effects, by utilizing a method that can be directly integrated into the context in which improved performance is sought