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L'attenzione sostenuta, la capacità di mantenere l'attenzione su un compito per un periodo di tempo prolungato senza distrarsi, è alla base di molte attività quotidiane. I questionari di autovalutazione tipicamente usati per misurarla presentano notevoli limiti: valutare la propria attenzione durante lo svolgimento di un compito può interferire con il compito stesso, mentre valutarla a posteriori difficilmente permette di coglierne i cambiamenti nel tempo. Al contrario, alcuni parametri fisiologici potrebbero costituire una misura oggettiva dell’attivazione cognitiva nel tempo senza alterare l’attività svolta. La recente disponibilità di strumenti accurati e poco invasivi per registrare questi parametri permetterebbe di studiarli anche in situazioni più vicine all’esperienza quotidiana. Questo studio mira a validare, come indicatori di attenzione sostenuta, misure basate sulla variabilità della frequenza cardiaca e della conduttanza cutanea. Un gruppo di 30 partecipanti volontari (20-28 anni) ha eseguito al computer due test neuropsicologici di attenzione sostenuta: il Jumping Square Task e il Sustained-Pace Finger Tapping task, indossando contemporaneamente un device da polso per la registrazione dei parametri fisiologici. La capacità di attenzione sostenuta è stata operazionalizzata dal punto di vista comportamentale come il cambiamento in correttezza e in tempi di risposta tra la prima e la seconda metà di ciascun compito. I parametri fisiologici sono stati analizzati in modo analogo. I risultati mostrano un'associazione, anche se moderata, tra la capacità di attenzione cognitiva e il cambiamento nei parametri fisiologici.

L'ambiente naturale in cui gli animali sono costretti a sopravvivere modella il loro cervello e il modo in cui si comportano per adattarsi e superare le pressioni naturali. Queste pressioni selettive potrebbero aver determinato l'emergere di un antico sistema neurale adatto a estrarre rapidamente informazioni astratte da set di oggetti, come la loro numerosità, per prendere decisioni informate fondamentali per la sopravvivenza e l'adattamento. La teoria del "Senso numerico" rappresenta il modello neurale più influente che tiene conto delle prove neuropsicologiche e psicofisiche negli esseri umani e negli animali. Tuttavia, questo modello è ancora ampiamente dibattuto a causa delle difficoltà metodologiche nell'isolare i segnali neurali relativi all'elaborazione della numerosità astratta "discreta" (cioè il numero reale di oggetti in un set) da quelli relativi ad altre caratteristiche correlate o confuse con la numerosità nell’input sensoriale grezzo (p. es., area, densità, frequenza spaziale, ecc.). La presente tesi si proponeva di indagare quali meccanismi potrebbero essere alla base delle rappresentazioni della numerosità visiva, superando le difficoltà nell'isolare le caratteristiche discrete da quelle continue. Dopo aver esaminato i principali modelli teorici e i risultati della letteratura (Capitolo 1 e 2), nel Capitolo 3 abbiamo presentato un paradigma psicofisico in cui le linee dei contorni illusori (IC) simili alla famosa illusione di Kanizsa, sono state utilizzate per manipolare la connessione (ad es., grouping) degli elementi nel set, controllando tutte le caratteristiche continue attraverso i livelli di connessione. Abbiamo mostrato che la numerosità era sottostimata quando le connessioni aumentavano, suggerendo che la numerosità si basa su oggetti percettivi segmentati piuttosto che su caratteristiche grezze di basso livello. Nel Capitolo 4, abbiamo controllato la luminosità illusoria che accompagna gli ICs. Sfruttando le proprietà percett, The natural environment in which animals are forced to survive shapes their brain and the way in which they behave to adapt and overcome natural pressures. These selective pressures may have determined the emergence of an evolutionary ancient neural system suited to rapidly extract abstract information from collections, such as their numerosity, to take informed decisions pivotal for survivance and adaptation. The “Number Sense” theory represents the most influential neural model accounting for neuropsychological and psychophysical evidence in humans and animals. However, this model is still largely debated because of the methodological difficulties in isolating neural signals related to “discrete” (i.e., the real number of objects in a collection) abstract numerosity processing from those related to other features correlated or confounded with numerosity in the raw sensory input (e.g., visual area, density, spatial frequency, etc). The present thesis aimed to investigate which mechanisms might be at the basis of visual numerosity representations, overcoming the difficulties in isolating discrete from continuous features. After reviewing the main theoretical models and findings from the literature (Chapter 1 and 2), in the Chapter 3 we presented a psychophysical paradigm in which Kanizsa-like illusory contours (ICs) lines were used to manipulate the connectedness (e.g., grouping strength) of the items in the set, controlling all the continuous features across connectedness levels. We showed that numerosity was underestimated when connections increased, suggesting that numerosity relies on segmented perceptual objects rather than on raw low-level features. In Chapter 4, we controlled for illusory brightness confounds accompanying ICs. Exploiting perceptual properties of the reverse-contrast Kanizsa illusion, we found that underestimation was insensitive to inducer contrast direction, suggesting that the effect was specifically induced by a sign invariant boundary gro

While seminal theories suggest that nonsymbolic visual numerosity is mainly extracted from segmented items, more recent views advocate that numerosity cannot be processed independently of nonnumeric continuous features confounded with the numerical set (i.e., such as the density, the convex hull, etc.). To disentangle these accounts, here we employed two different visual illusions presented in isolation or in a merged condition (e.g., combining the effects of the two illusions). In particular, in a number comparison task, we concurrently manipulated both the perceived object segmentation by connecting items with Kanizsa-like illusory lines, and the perceived convex-hull/density of the set by embedding the stimuli in a Ponzo illusion context, keeping constant other low-level features. In Experiment 1, the two illusions were manipulated in a compatible direction (i.e., both triggering numerical underestimation), whereas in Experiment 2 they were manipulated in an incompatible direction (i.e., with the Ponzo illusion triggering numerical overestimation and the Kanizsa illusion numerical underestimation). Results from psychometric functions showed that, in the merged condition, the biases of each illusion summated (i.e., largest underestimation as compared with the conditions in which illusions were presented in isolation) in Experiment 1, while they averaged and competed against each other in Experiment 2. These findings suggest that discrete nonsymbolic numerosity can be extracted independently from continuous magnitudes. They also point to the need of more comprehensive theoretical views accounting for the operations by which both discrete elements and continuous variables are computed and integrated by the visual system.

The exact visual mechanisms underpinning the approximate number system are still debated. Recent evidence suggests that numerosity is extracted on segmented visual objects, at least for a moderate numerical range (e.g., < 100 items), whereas alternative models rather propose that numerosity is derived from low-level features (e.g., power spectrum) of an unsegmented image, independently from the range. Here, to disentangle these accounts, we generated stimuli that were equalized for spatial frequency amplitude spectrum and luminance across sets of moderate range numerosities (e.g., 9-15 dots), while independently manipulating the perceived item segmentation by connecting dots with illusory contours (ICs). In Experiment 1, participants performed a numerical discrimination task, in which they had to select the numerically larger between two stimuli: a reference stimulus (always 12 dots) and a test stimulus (from 9 to 15 dots) containing 0, 2 or 4 pairs of dots grouped by ICs lines. In Experiment 2, participants were presented only the test stimulus and performed an estimation task. Results clearly showed that in both experiments participants' performance followed well-known numerical signatures (e.g., distance effect and scalar variability), with numerosity that was underestimated as the illusory connections increased. Crucially, this was found despite spatial frequencies and luminance were kept constant across all the experimental stimuli and these variables were thus uninformative about numerosity. Taken together, these findings indicate that power spectrum in its own cannot explain numerical processing. Rather, visual segmentation mechanisms may be crucial in such processing at least for a moderate numerosity range.

La Riserva Cognitiva è un costrutto teorico elaborato per spiegare le discrepanze tra l’integrità dei tessuti neurali e il funzionamento cognitivo. E’ infatti stato spesso osservato che il rapporto tra danno neurale e manifestazione clinica o funzionale è estremamente variabile. La Riserva Cognitiva spiega questa variabilità in termini di efficienza e flessibilità delle reti neurali: una maggiore adattabilità nell’esecuzione dei compiti cognitivi permette di rispondere meglio ad eventuali danni o invecchiamento cerebrale. Lo sviluppo della Riserva Cognitiva è influenzato sia da fattori innati che dalle esperienze incontrate durante tutto l’arco della vita: principalmente educazione, attività lavorativa, ed attività di svago. Proprio per questa natura “cumulativa” della Riserva Cognitiva, in questa tesi sottolineiamo l’importanza di esplorare i fattori che ne determinano lo sviluppo fin dalla giovinezza. Proponiamo quindi il concetto di Potenziale di Riserva Cognitiva (Cognitive Reserve Potential, CRP), come insieme delle risorse funzionali presenti durante l’adolescenza, prima che le esperienze educative e lavorative siano concluse, o anche solo iniziate. Nel primo dei lavori presentati utilizziamo dati provenienti da uno studio longitudinale di coorte per studiare l’impatto del funzionamento cognitivo giovanile in una prospettiva longitudinale. Modellando curve di crescita latenti, indaghiamo l’associazione tra cambiamento cognitivo in un primo periodo di vita (11-70 anni) e cambiamento in età avanzata (70-82 anni). Mostriamo dunque per la prima volta come le traiettorie di cambiamento cognitivo tra infanzia e tarda età adulta predicano in modo significativo il declino nei 12 anni successivi. Ciò fa luce sulla natura dell'invecchiamento cognitivo e conferisce una rilevanza aggiuntiva alle esperienze precoci, il cui impatto può ripercuotersi su tutto l’arco della vita, fino ad un’età avanzata. L’obiettivo del secondo studio è fare chiarezza sul rappor, Cognitive Reserve is a theoretical construct elaborated to explain discrepancies between brain integrity and cognitive functioning. Indeed, high interindividual variability has been observed in the relationship between neural damage and its clinical and functional manifestation. Cognitive Reserve explains this variability in terms of efficiency and flexibility of brain processes: greater adaptability in the execution of cognitive tasks grants a better response to brain damage or ageing. The development of Cognitive Reserve is influenced on the one hand by innate factors and on the other by experiences encountered throughout the lifespan: mainly education, work activity, and leisure activities. Because of this "cumulative" nature of Cognitive Reserve, in this dissertation, we emphasise the importance of investigating the factors that determine its development from a young age. Thus, we propose the concept of Cognitive Reserve Potential (CRP) to represent the set of functional resources available during adolescence, before educational and work experiences are concluded or even started. In the first work presented here, we use data from a longitudinal birth cohort study to examine the impact of youth cognitive functioning in a longitudinal perspective. Our analysis relies on latent growth curve models to investigate the association between earlier (11-70 years) and later (70-82 years) cognitive change. We thus show for the first time how trajectories of cognitive change between childhood and late adulthood significantly predict decline over 12 subsequent years. This finding sheds light on the nature of cognitive ageing and lends additional relevance to early life experiences, the impact of which may reverberate across the lifespan into later life. The second study aims to clarify the relationship between environmental and experiential factors and cognitive functioning in adolescence. In it, we analyse the complex system consisting of measures of crystallised intelligen