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How the adult social brain becomes the way it is. The origin and the developmental time course of face processing
Full text linkOne central issue in cognitive developmental science is to understand how cognition grows and change over time to reach an adult level of specialization. Determining the abilities with which infants come equipped into the world, their mechanisms for acquiring knowledge, and whether and how these abilities change as a function of development and experience is a challenging issue. Face processing is an interesting topic of research in that respect because faces form a special class of visual objects elaborated in adults by a specific anatomical and functional face system (e.g., Kanwisher, 2000; Farah, Wilson, Drain, & Tanaka, 1998). Since what determines this specialization and how this specialization emerges during development still remain unknown, the purpose of my PhD dissertation is to study cognitive specialization during early infancy through the investigation of the development of infants’ abilities to process faces. In particular, my hypothesis is that the face processing specificity is not present at birth, but emerges gradually from the interaction between general constraints and attentional biases present in the first months of life and the critical visual input provided by the specie-specific environment (Nelson, 2001, 2003; Johnson, 1993).
With this consideration in mind, my thesis begins with two theoretical chapters: Chapter 1 describes a neoconstructivistic approach to the emergence of cognition as the theoretical framework and discuss the specialty of the face stimulus for humans, whereas Chapter 2 is about the specificity of the face processing system in adults and I review two theoretical models of face processing and the neural bases underlying this skill.
Subsequently, in the second part of the thesis I describe three studies aiming at investigating the origin and the developmental time course of both face detection and face recognition (Chapters 3, 4 and 5). Importantly, to examine both the emergence and the developmental time course of the face processing abilities to become specialized, the same experimental paradigms are employed with newborns, 3- and 6-month-old infants and adults (e.g., composite face paradigm, a modified visual search paradigm). This allows a direct comparison between adults’ and infants’ performance.
In Study 1 (Chapter 3), using both the visual preference and visual habituation techniques, a first series of experiments investigates the nature of face representation in newborns and in 3-month-old infants. According to recent evidence showing that infants’ response to faces becomes more and more tuned to the face category over the first three-months of life (Turati, Valenza, Leo, & Simion, 2005), collected data demonstrate that 3-month-old infants, but not newborns, are sensitive to specific perceptual cues within a face, such as the correct position and orientation of the eyes (Experiments 1, 2 and 3). Furthermore, results obtained from Experiments 4, 5, 6 and 7 demonstrate that early facial representation is not human-specific, corroborating the hypothesis that newborns come into the world with a face representation that is sufficiently general as to bias newborns’ visual attention toward multiple categories of faces (e.g., monkey faces vs. human faces), and that this face representation, due to the visual experience that infants do in the specie-specific environment, becomes more specific to human face during the first 3 months of life (Nelson, 2001; Pascalis & Kelly, 2009).
Due to the social relevance of the face stimulus and due to the ability of 3-month-old infants to form a specific representation of the human face, the aim of Study 2 (Chapter 4) is to investigate whether human face grab and maintain infants’ attention in complex visual scenes. Specifically, using an eye-tracker system, adults’ and 6- and 3-month-old infants’ visual search behavior is compared in a modified visual search task of a target face among heterogeneous (e.g., various objects, Experiments 8, 9 and 10) and homogeneous distractors (e.g., inverted faces, Experiments 11, 12). Results demonstrate that a face among heterogeneous distractors captures and maintains adults’ and 6-month-old infants’ attention and that 3-month-old infants detect a target face only when embedded among inverted faces (e.g., homogeneous distractors), corroborating previous findings showing the face detection advantage in infants (Gliga, Elsabbagh, Andravizou, & Johnson, 2009).
Importantly, to detect a target face among other distractors, infants have to process a face as a Gestalt, where the whole is more than the sum of its constituent parts (Tanaka & Farah, 1993). This kind of face processing, called “holistic”, is investigated in newborns, 3-month-old-infants, and adults through a modified version of the composite face paradigm (Young, Hellawell, & Hay, 1987) and the recording of eye movements in Study 3 (Chapter 5). The main outcome of the present study is that the tuning toward holistic information appears very early in life, although gradual experience-based developmental processes will progressively refine early holistic processing abilities (Experiments 13, 14 and 15).
Overall, these data demonstrate that face specificity is not prewired, but rather arises from general perceptual processes that, during development, become progressively tuned to the human face, as a result of extensive experience with this stimulus category in the first months of life.Uno dei problemi fondamentali nello studio dello sviluppo cognitivo è comprendere come la cognizione emerga e quali siano i cambiamenti a cui essa va incontro nel corso dello sviluppo per raggiungere il livello maturo osservato negli adulti. Una grande sfida per tutti i ricercatori dello sviluppo riguarda il riuscire a determinare quali sono le abilità e le predisposizioni che il neonato possiede alla nascita, a comprendere i processi cognitivi che mette in atto per acquisire la conoscenza del mondo che lo circonda, e a studiare se e come tali predisposizioni si modificano in funzione dell’esperienza durante il corso dello sviluppo. Poichè è stato dimostrato che il volto è uno stimolo speciale per gli adulti, in quanto elaborato da aree neurali (Kanwisher, 2000) e da processi percettivi specifici e diversi da quelli utilizzati per l’elaborazione degli oggetti (Farah, Wilson, Drain, & Tanaka, 1998), lo studio dell’origine e dello sviluppo della capacità di elaborare tale stimolo risulta essere funzionale allo studio di un processo di specializzazione cognitiva.
In quest’ottica, la presente tesi di dottorato vuole essere un contributo allo studio della specializzazione funzionale del sistema umano per l’elaborazione del volto nei primi mesi di vita, con particolare riferimento alle modificazioni che il sistema subisce nella rappresentazione ed elaborazione di tale stimolo in funzione dell’esperienza. In particolare, i cambiamenti evolutivi a cui va incontro il sistema cognitivo per raggiungere il livello maturo osservato negli adulti sono stati esaminati confrontando in modo diretto le prestazioni di neonati, bambini di tre e sei mesi ed adulti attraverso l’utilizzo degli stessi paradigmi di ricerca (ricerca visiva, composite face paradigm). L’ipotesi su cui si basa questo lavoro è che la specializzazione cognitiva per il volto umano osservata negli adulti non sia presente alla nascita, ma sia il prodotto di un processo di sviluppo continuo e dinamico in cui l’esperienza esperita nell’ambiente di vita specie-specifico gioca un ruolo fondamentale (Nelson, 2001, 2003; Johnson, 1993).
I primi due capitoli sono a carattere teorico: nel Capitolo 1 viene descritto l’approccio Neocostruttivista, considerato il quadro teorico di riferimento entro cui si inseriscono gli esperimenti presenti nella tesi, e viene spiegato il motivo per cui viene scelto il volto come stimolo paradigmatico per lo studio della specializzazione cognitiva. Nel Capitolo 2 viene invece discussa la specificità, neurale e funzionale, del sistema per l’elaborazione del volto negli adulti. Vengono riportati inoltre due modelli teorici fondamentali per la comprensione dell’abilità di elaborazione di tale stimolo negli adulti.
Nella seconda parte della tesi sono presentati i tre studi principali che la costituiscono la tesi e che hanno lo scopo di studiare le origini e il corso dello sviluppo della capacità di percepire e di riconoscere un volto umano (Capitoli 3, 4, e 5).
Nello Studio 1 (Capitolo 3), attraverso l’utilizzo della preferenza e dell’abituazione visiva, è stata indagata la natura della rappresentazione del volto alla nascita e nei primi mesi di vita. In linea con l’idea che la rappresentazione del volto si specializzi grazie all’esperienza visiva con tale stimolo nei primi tre mesi di vita (Turati, Valenza, Leo, & Simion, 2005), i risultati degli esperimenti dimostrano che alla nascita tale rappresentazione è di natura generale, mentre a 3 mesi essa diventa più specifica per questo particolare tipo di stimolo (Esperimenti 1, 2 e 3). Inoltre, gli Esperimenti 4, 5 e 6 dimostrano che la rappresentazione del volto alla nascita non è specie-specifica, in linea con l’ipotesi che il neonato entra a far parte del mondo con una rappresentazione del volto abbastanza generale da permettergli di percepire un volto umano e un volto di scimmia come appartenenti alla stessa “categoria volto”. E’ solo a 3 mesi, grazie all’esperienza visiva con tale stimolo, che tale rappresentazione diventa specifica per il volto umano (Nelson, 2001; Pascalis & Kelly, 2009).
Lo scopo dello Studio 2 (Capitolo 4) è stato quello di studiare se la preferenza per il volto osservata in contesti semplici (i.e., presentazione di soli due stimoli) potesse essere osservata anche in contesti complessi, quindi più ecologici. I movimenti oculari di bambini di tre e sei mesi e adulti sono stati registrati attraverso un sistema di eye-tracker durante un compito di ricerca visiva. È stato indagato se bambini di pochi mesi sono in grado di percepire ed identificare in modo efficiente un volto umano quando inserito in contesti complessi, ossia tra oggetti (i.e., stimoli distrattori eterogenei, Esperimenti 8, 9 e 10) e tra volti invertiti (i.e., stimoli distrattori omogenei, Esperimenti 11 e 12). I risultati hanno dimostrato come il volto umano è in grado di catturare e mantenere l’attenzione di adulti e bambini di sei mesi quando è inserito fra distrattori eterogenei, mentre tale stimolo cattura e mantiene l’attenzione dei bambini di tre mesi solo quando è inserito tra distrattori omogenei. Tali risultati sono in linea con gli studi che hanno dimostrato che il volto cattura l’attenzione dei bambini di pochi mesi di vita quando si trova in contesti complessi (Gliga, Elsabbagh, Andravizou, & Johnson, 2009).
Per percepire il volto target in contesti complessi, i bambini hanno dovuto elaborare il volto come una unità complessa, una Gestalt (Tanaka & Farah, 1993). Questo tipo di strategia di elaborazione del volto viene definita olistica e lo scopo dello Studio 3 (Capitolo 5) è stato quello di studiarne l’origine e lo sviluppo in neonati, bambini di tre mesi e adulti utilizzando lo stesso compito chiamato “composite face paradigm” (Young, Hellawell, & Hay, 1987) (Esperimenti 13, 14 e 15). I risultati dimostrano che, sebbene i primi segni della capacità di elaborare un volto come un’unità complessa si osservano in bambini di pochi mesi di vita, tuttavia è necessaria l’esperienza visiva per raffinare tale tipo di elaborazione del volto.
Complessivamente, i dati presentati in questa tesi sono in linea con l’idea che la specificità del sistema cognitivo per l’elaborazione del volto umano non sia presente alla nascita, ma sia invece il risultato di un processo di sviluppo, in cui giocano un ruolo fondamentale sia le predisposizioni innate del neonato, sia l’esperienza visiva esperita nel proprio ambiente di vita specie-specifico nei primi mesi di vita
Is the face-perception system human-specific at birth?
Full text linkThe present study investigates the human-specificity of the orienting system that allows neonates to look preferentially at faces. Three experiments were carried out to determine whether the face-perception system that is present at birth is broad enough to include both human and nonhuman primate faces. The results demonstrate that the newborns did not show any spontaneous visual preference for the human face when presented simultaneously with a monkey face that shared the same features, configuration, and low-level perceptual properties (Experiment 1). The newborns were, however, able to discriminate between the 2 faces belonging to the 2 different species (Experiment 2). In Experiment 3, the newborns were found to prefer looking at an upright, compared with an inverted, monkey face, as they do for human faces. Overall, the results demonstrate that newborns perceive monkey and human faces in a similar way. These findings are consistent with the hypothesis that the system underlying face preference at birth is broad enough to bias newborns' attention toward both human and nonhuman primate faces
Le caratteristiche percettive che determinano la preferenza per il volto alla nascita e a tre mesi
No full textLa preferenza per il volto è stata spiegata come dovuta alla predisposizione a prestare attenzione ad alcune caratteristiche salienti presenti in questo tipo di configurazioni. Alla nascita
le caratteristiche definenti un volto sarebbero molto generali e si modificherebbero in funzione dell’esperienza. Lo scopo del presente studio è quello di indagare la natura delle caratteristiche
che determinano la preferenza per il volto alla nascita e a 3 mesi di vita, verificando il ruolo che rivestono la posizione e l’orientamento degli occhi nell’indurre tale preferenza. I risultati dimostrano che alla nascita la posizione degli occhi (Esperimento 1), ma non il loro orientamento (Esperimento 2) sono rilevanti per indurre una preferenza visiva. Al contrario, a 3 mesi anche l’orientamento degli occhi diventa cruciale per elicitare una preferenza per il volto (Esperimento 3)
The face perception system becomes species-specific at three months
Full text linkThe current study aimed at investigating own- vs. other-species preferences in 3-month-old infants. The infants' eye movements were recorded during a visual preference paradigm to assess whether they show a preference for own-species faces when contrasted with other-species faces. Human and monkey faces, equated for all low-level perceptual characteristics, were used. Our results demonstrated that 3-month-old infants preferred the human face, suggesting that the face perception system becomes species-specific after 3 months of visual experience with a specific class of faces. The eye tracking results are also showing that fixations were more focused on the eye area of human faces, supporting the notion of their importance in holding visual attention. © 2013 The Author(s)
La detezione del volto in contesti complessi: uno studio con adulti e bambii di 3 e 6 mesi.
No full textFace detection in complex visual displays: An eye-tracking study with 3- and 6-month-old infants and adults
No full textThe ability to detect and prefer a face when embedded in complex visual displays was investigated in 3- and 6-month-old infants, as well as in adults, through a modified version of the visual search paradigm and the recording of eye movements. Participants (N= 43) were shown 32 visual displays that comprised a target face among 3 or 5 heterogeneous objects as distractors. Results demonstrated that faces captured and maintained adults' and 6-month-olds' attention, but not 3-month-olds' attention. Overall, the current study contributes to knowledge of the capacity of social stimuli to attract and maintain visual attention over other complex objects in young infants as well as in adults. © 2012 Elsevier Inc
Holistic Face Processing in newborns, three-month-old infants and adults: Evidence from the Composite Face Effect
No full textHolistic face processing was investigated in newborns, 3-month-old infants, and adults through a modified version of the composite face paradigm and the recording of eye movements. After familiarization to the top portion of a face, participants (N = 70) were shown 2 aligned or misaligned faces, 1 of which comprised the familiar top part. In the aligned condition, no visual preference was found at any group age. In the misaligned condition, 3-month-olds preferred the face stimulus with the familiar top part, adults preferred the face stimulus with the novel one, and newborns did not manifest any visual preference. Results revealed that both infants’ and adults’ eye movements may be affected by holistic face information and demonstrated holistic face processing in 3-month-olds
Visual cues of motion that trigger animacy perception at birth: The case of self-propulsion
No full textImpact of the COVID-19 Italian Lockdown on the Physiological and Psychological Well-Being of Children with Fragile X Syndrome and Their Families
Full text linkOn 10 March 2020, in Italy, a total lockdown was put in place to limit viral transmission of COVID-19 infection as much as possible. Research on the psychological impact of the COVID-19 pandemic highlighted detrimental effects in children and their parents. However, little is known about such effects in children with neurodevelopment disorders and their caregivers. The present study investigated how the lockdown has impacted the physiological and psychological well-being of children with Fragile X-Syndrome (FXS), aged from 2 to 16 years, and their mothers. In an online survey, 48 mothers of FXS children reported their perception of self-efficacy as caregivers and, at the same time, their children's sleep habits, behavioral and emotional difficulties during, and retrospectively, before the lockdown. Results showed a general worsening of sleep quality, and increasing behavioral problems. Although mothers reported a reduction in external support, their perception of self-efficacy as caregivers did not change during the home confinement compared to the period before. Overall, the present study suggested that specific interventions to manage sleep problems, as well as specific therapeutic and social support for increasing children and mother psychological well-being, need to be in place to mitigate the long-term effects of a lockdown
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