Infants in Control: Rapid Anticipation of Action Outcomes in a Gaze-Contingent Paradigm

Infants' poor motor abilities limit their interaction with their environment and render studying infant cognition notoriously difficult. Exceptions are eye movements, which reach high accuracy early, but generally do not allow manipulation of the physical environment. In this study, real-time eye tracking is used to put 6- and 8-month-old infants in direct control of their visual surroundings to study the fundamental problem of discovery of agency, i.e. the ability to infer that certain sensory events are caused by one's own actions. We demonstrate that infants quickly learn to perform eye movements to trigger the appearance of new stimuli and that they anticipate the consequences of their actions in as few as 3 trials. Our findings show that infants can rapidly discover new ways of controlling their environment. We suggest that gaze-contingent paradigms offer effective new ways for studying many aspects of infant learning and cognition in an interactive fashion and provide new opportunities for behavioral training and treatment in infants

The gaze-contingent learning task: how infants, younger, and older adults, learn to control their visual environment with looking behavior in Experimental Research

Eye-Tracking bezeichnet das Messen und Aufzeichnen der Blickbewegungen einer Person. Historisch gesehen basiert Eye-Tracking auf Beobachtungen des Testleiters, der das Blickverhalten der Probanden während des Versuchsablaufes oder die Videoaufzeichnung des Blickverhaltens eines Probanden in einer Testsituation kodierte. Dabei konnte allerdings nur die Blickrichtung des Probanden erhoben werden. Heutzutage ist es jedoch möglich, aufgrund neuerer, automatisierter Eye-Tracking-Techniken detailliertere Blickbewegungen, wie z.B. Fixationen und Sakkaden, zu messen. Diese Verbesserung der Eye-Tracking-Technik ermöglicht nicht nur passives Eye-Tracking, sondern auch aktives Blickkontingenz-Eye-Tracking. Passives Eye-Tracking bezeichnet das Messen und Aufzeichnen des Blickverhaltens, um herauszufinden, wo der Proband hinschaut. Im Gegensatz dazu erhebt das aktive Blickkontingenz-Eye-Tracking nicht nur, wo ein Proband hinschaut, sondern ermöglicht dem Probanden auch, die Stimuli, die auf einem Bildschirm präsentiert werden, aktiv zu verändern oder zu kontrollieren. Dabei wird das Blickverhalten online kodiert, und spezifisches Blickverhalten ist an eine kontingente Veränderung der Stimuli auf dem Bildschirm gekoppelt. Deshalb kann das aktive Blickkontingenz-Eye-Tracking eingesetzt werden, um den Probanden aktive Kontrolle über ihre visuelle Umwelt zu ermöglichen. In der psychologischen Forschung ist Eye-Tracking ein wichtiges Forschungs-instrument, da das Blickverhalten in spezifischen Eye-Tracking-Aufgaben genutzt werden kann, um Aufschluss über kognitive Prozesse, wie z.B. Aufmerksamkeit, Lernen und Gedächtnis, zu gewinnen. Unterschiedliche passive und aktiv-blickkontingente Eye-Tracking- Aufgaben wurden entwickelt, um eine Vielzahl an kognitiven Prozessen im Erwachsenen- und Säuglingsalter zu untersuchen. Diese Aufgaben sind besonders wichtig in der Säuglingsforschung, da es in diesem Alter schwierig ist, kognitive Prozesse zu untersuchen. Dies hängt damit zusammen, dass es sich um eine präverbale Stichprobe, die nur über ein limitiertes motorisches Repertoire verfügt, handelt. Obwohl kognitive Prozesse von Erwachsenen anhand verbaler oder anderer motorischer Aufgaben untersucht werden können, werden passive und aktiv-blickkontingente Eye-Tracking-Aufgaben regelmäßig in dieser Altersgruppe eingesetzt, da sie zusätzliche Informationen über kognitive Prozesse liefern können. Neben der Möglichkeit zur Untersuchung von kognitiven Prozessen bieten aktiv-blickkontingente Eye-Tracking-Aufgaben den Probanden auch die Gelegenheit, ihre visuelle Umwelt aktiv zu kontrollieren. Dennoch werden aktiv-blickkontingente Eye-Tracking- Aufgaben nur selten eingesetzt, um Probanden visuelle Kontrolle über ihre Umwelt zu verschaffen. Bis jetzt wurden aktiv-blickkontingente Eye-Tracking-Aufgaben zur Kontrolle der visuellen Umwelt nur bei Erwachsenen, aber noch nicht bei Säuglingen eingesetzt. Da diese Aufgaben jedoch auch für Säuglinge und Kleinkinder geeignet sind, besteht die Möglichkeit, diese Methode über die gesamte Lebenspanne hinweg anzuwenden. Somit kann das Erlernen des Kontrollierens der Umwelt durch Blickverhalten über die gesamte Lebensspanne untersucht werden. Die vorliegende Dissertation hat sich genau dies zum Ziel gesetzt. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde eine neue aktiv-blickkontingente Eye-Tracking-Aufgabe entwickelt, die sogenannte gaze-contingent learning task (GCLT). Im Wesentlichen ist die GCLT eine operante Konditionierungsaufgabe, bei der sich Probanden Kontrolle über ihre visuelle Umwelt aneignen, indem sie eine bestimmte blickkontingente Assoziation zwischen ihrem Blickverhalten und einem visuellen Effekt erlernen. Die in dieser Dissertation verwendete GCLT umfasst zwei Hauptversionen: zum einen die sog. one disc GCLT, und zum anderen die two discs GCLT. In der one disc GCLT wird ein Kreis auf der rechten Bildschirmseite gezeigt. Jedes Mal, wenn der Proband auf diesen Kreis schaut, erscheint ein Stimulus auf der linken Bildschirmseite. Somit kommt dem Kreis eine Schalterfunktion zu. In der two discs GCLT ist sowohl am rechten als auch am linken Bildschirmrand ein Kreis zu sehen. Hier kommt nur jeweils einem der beiden Kreise die Schalterfunktion zu. Um ihre visuelle Umwelt zu kontrollieren, müssen Probanden innerhalb der one disc GCLT die blickkontingente Assoziation zwischen ihren Blicken auf den Kreis und dem Erscheinen eines Stimulus erlernen, während sie in der two discs GCLT außerdem noch lernen müssen, zwischen dem Kreis mit und dem Kreis ohne Schalterfunktion zu unterscheiden

Effect of enriched housing on levels of natural (auto-)antibodies in pigs co-infected with porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) and Actinobacillus pleuropneumoniae

Abstract Housing of pigs in barren, stimulus-poor housing conditions may influence their immune status, including antibody responses to (auto-)antigens, and thus affect immune protection, which will influence the onset and outcome of infection. In the present study, we investigated the effects of environmental enrichment versus barren housing on the level of natural (auto-)antibodies (NA(A)b) and their isotypes (IgM and IgG) binding keyhole limpet hemocyanin (KLH), myelin basic protein (MBP), and phosphorycholine conjugated to bovine serum albumin (PC-BSA) in pigs co-infected with porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) and Actinobacillus pleuropneumoniae (A. pleuropneumoniae). Pigs (n = 56) were housed in either barren or enriched pens from birth to 54 days of age. They were infected with PRRSV on 44 days of age, and with A. pleuropneumoniae 8 days later. Blood samples were taken on 7 different sampling days. Housing significantly affected the overall serum levels of NA(A)b binding KLH, MBP and PC-BSA, and before infection barren housed pigs had significantly higher levels of NA(A)b than enriched housed pigs, except for KLH-IgM and PC-BSA-IgG. Infection only affected the IgM, but not the IgG isotype. Moreover, changes in MBP-IgM and PC-BSA-IgM following infection were different for enriched and barren housed pigs. These results suggest that the effect of infection on NA(A)b is influenced by housing conditions and that NA(A)b, especially IgM may be affected by infection

Design and timing of Experiment 1.

<p>Design and timing of Experiment 1.</p

Results of Experiment 1.

<p>(A) Average click counts of 6-month-olds and 8-month-olds. (B) Average fixation durations on image area and button area. (C) Average reaction time as a function of click number (error bars indicate s.e.m.). Only the first 15 clicks were plotted, since only a minority of infants performed 16 or more clicks. Infants' average reaction time after their first click is 277 ms, but becomes much faster by the third click. A linear curve (y = −7.53*x+218.77, ) and an inverse curve (y = 123.5/x+158.35, ) were fitted to infants' average reaction times.</p

Individual reaction times in Experiment 1.

<p>Each subplot represents one individual. Six-month-olds are plotted in blue, eight-month-old in red. Dashed horizontal lines are the anticipation threshold of 200 ms. There was no systematic difference between age or gender groups. Four representative individuals were selected and ordered based on their average reaction times. (A) Very frequent anticipations. (B) Frequent ancitipations. (C) Few anticipations. (D) No anticipations.</p

Design and timing of Experiment 2.

<p>Design and timing of Experiment 2.</p

Results of Experiment 2.

<p>(A) Click interval distribution of infants. (B) Click interval distribution of adult solvers (red) and non-solvers (black). (C) Pattern count of infants, adult solvers and adult non-solvers (blue: functioning-button pattern, red: non-functioning button pattern).</p

Animal-Based Factors Prior to Infection Predict Histological Disease Outcome in Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus- and Actinobacillus pleuropneumoniae-Infected Pigs

A large variety of clinical manifestation in individual pigs occurs after infection with pathogens involved in porcine respiratory disease complex (PRDC). Some pigs are less prone to develop respiratory disease symptoms. The variation in clinical impact after infection and the recovery capacity of an individual animal are measures of its resilience. In this paper, we examined which ones of a range of animal-based factors (rectal temperature, body weight, skin lesion scores, behavior, natural antibody serum levels, serum levels of white blood cells, and type of T and granulocyte subsets) when measured prior to infection are related to disease severity. These animal-based factors and the interaction with housing regimen of the piglets (conventional or enriched) were modeled using linear regression to predict disease severity using a dataset acquired from a previous study using a well-established experimental coinfection model of porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) and Actinobacillus pleuropneumoniae. Both PRRSV and A. pleuropneumoniae are often involved in PRDC. Histological lung lesion score of each animal was used as a measure for PRDC severity after infection. Prior to infection, higher serum levels of lymphocytes (CD3+), naïve T helper (CD3+CD4+CD8−), CD8+ (as well as higher relative levels of CD8+), and memory T helper (CD3+CD4+CD8+) cells and higher relative levels of granulocytes (CD172a) were related to reduced disease severity in both housing systems. Raised serum concentrations of natural IgM antibodies binding to keyhole limpet hemocyanin (KLH) were also related to reduced disease severity after infection. Increased levels of skin lesions at the central body part (after weaning and before infection) were related to increased disease severity in conventional housing systems only. High resisters showed a lower histological lung lesion score, which appeared unrelated to sex. Body temperature, behavior, and growth prior to infections were influenced by housing regimen but could not explain the variation in lung lesion scores after infection. Raised basal lymphocyte counts and lower skin lesion scores are related to reduced disease severity independent of or dependent on housing system, respectively. In conclusion, our study identifies intrinsic animal-based measures using linear regression analysis that predicts resilience to infections in pigs