Behavioral and neural correlates of logical inferences

Abstract

The aim of the dissertation is to explore behavioral and neuropsychological correlates of elementary deductive processes in infants and adults. To this purpose, we introduce a novel non-verbal task presenting scenes containing an ambiguity which could be resolved by the application of an elementary logical rule (A or B, not A, therefore B). In a series of studies we identified oculomotor responses associated with logical inference processing, substantially stable across development, indicating that some logical rules may be at the core of human cognition and occur independently of language. Second, to further address the nature of this process, we conducted imaging studies to describe the brain networks involved in elementary nonverbal deduction.In adults, an fMRI study revealed activity in the prefrontal and occipital cortices associated to a logical representation, and a left fronto-parietal activity associated to a logical inference, indicating that also non-verbal reasoning is made by a cascade of process of different nature. A fNIRS study in 12-month-olds revealed a more extended and bilateral activation with respect to adults, with oculomotor data indicating the cost associated to both logical components. Our results show that non-verbal reasoning is a multiple component process substantially similar across development, perhaps undergoing a neural reorganization from infancy to adulthood.

El objetivo de esta tesis es el de explorar correlatos conductuales y neuropsicológicos de procesos deductivos básicos en bebés y adultos. Para ello diseñamos un tarea no verbal novedosa que consiste en la presentación de escenas que contienen una ambigüedad y puede ser resulta mediante la aplicación de una regla lógica básica (A o B, no A, entonces B). A través de varios estudios, identificamos respuestas oculomotoras asociadas a la realización de una inferencia lógica sustancialmente estables a lo largo del desarrollo, esto indica que algunas reglas lógicas pueden ser parte del núcleo de la cognición humana y ocurrir independientemente del lenguaje. Segundo, para aclarar la naturaleza de este proceso, realizamos estudios de imagen funcional para describir las areas cerebrales implicadas en procesos elementales de deducción no verbal. En adultos, un estudio basado en fMRI, mostró actividad en áreas prefrontales and occipitales asociada a los procesos de representación lógica, y actividad fronto-parietal asociada a la realización de inferencias lógicas, indicando que incluso el razonamiento no verbal está compuesto por una cascada de procesos de naturaleza diferente. Un estudio de fNIRS en bebés de 12 meses reveló un perfil de activación bilateral y más extendido en relación a los adultos, con respuestas oculomotoras que señalan el coste asociado a los dos componentes lógicos. Nuestros resultados muestran que el razonamiento no verbal es un proceso con múltiples componentes en gran medida similar a lo largo del desarrollo, quizá sometido a una reorganización neuronal desde la infancia a la edad adulta.