Understanding Self-Awareness in Activities of Daily Living: Alterations After Brain Injury, Cognitive Components and Neural Bases

Abstract

Self-awareness (SA), understood as the self-perception and belief about our abilities and difficulties, plays a paramount role in performing our activities of daily living (ADL). After suffering an acquired brain injury (ABI), SA can be impaired, which has a dramatic effect on patient functionality. According to main models (e.g. the Dynamic Comprehensive Model of Awareness; DCMA) SA is described as being composed of various interacting components. The offline SA is the conscious knowledge that we have about our own abilities and/or deficits when dealing with activities that we usually perform. In contrast, online SA is composed of several subprocesses that allow us to anticipate, detect and solve problems or errors during task performance. Self-awareness seems not to be an all-or-nothing phenomenon, but it is proposed to be domain-specific and to be highly dependent on prior experience and familiarity with tasks. The multicomponential and task-dependent nature of SA entails the need to develop new comprehensive SA evaluation tools that include the measurement of both offline and online components of SA, all within the context of the same functional domain. This would help to identify the specific SA component that may be impaired in any given ABI patient. Furthermore, research is still necessary to better understand the specific cognitive and neural components involved in online SA, In the present thesis we aimed to address all these aspects of SA within the context of ADL. We believe that ADL provide an optimal setting for studying SA due to their familiarity and the diversity of behaviors observed during their performance, enhancing the ecological validity of the research. In Study I (Ricchetti et al., in press) we tested the validity of the Breakfast and Dressing Conflict Task, a comprehensive assessment protocol previously proposed in our lab (Merchán-Baeza et al., 2020) with the potential to evaluate the main components of online SA in the context of familiar ADL in ABI patients and healthy participants. The ADL-based measures of online SA derived from the proposed protocol showed convergent validity with traditional neuropsychological measures. Some of the ADLbased measures successfully identified online SA impairments in ABI patients when compared to healthy controls. Furthermore, the associations found between some of the ADL-based online SA measures and the offline component of SA supported the interactional nature of SA proposed by the DCMA. In Study II we deepened on the study of the specific cognitive components of SA, with a particular focus on the potential relationship between SA and executive function (EF). The contradictions found in previous research (with some study supporting and other rejecting such association), may be related to the multicomponential nature of both constructs. Therefore, we hypotesize that specific components of SA may be associated with specific components of EF. To explore this hypothesis, in Study II we investigated the relationship between conflict monitoring/resolution (a specific component of EF) and offline SA and emergent awareness (i.e. error detection). We studied this potential relationship by combining the use of a conflict-based experimental task with an ADLbased questionnaire and an ADL performance-based task in ABI patients and healthy controls. We found that ABI patients with severly impaired SA showed reduced conflict monitoring/resolution abilities compared to ABI patients with no/low SA impairments and compared to healthy controls. In addition the ability to monitor and solve conflicts during the experimental task predicted the rate of errors detected during the perofrmance-based ADL task as well as the level of offline ISA measured with the ADL-based questionnaire. Finally, in Study III we investigated the neural bases of error detection in healthy participants. Previous research revealed both shared and different neural networks in relation to different types of errors in both experimental and ADL-based error research. In Study III we further investigate this qualitative differentiation, focusing on the errors that occur due to the alteration of the correct sequence of steps in ADL (e.g. omissions, repetitions or order violations of steps). The results of this study revealed that different neural networks are involved in the detection of the different types of sequence errors. In addition, the study of the sequential aspect also allowed us to identify the involvement of different neural networks in the monitoring of ADL sequence steps depending on their predictability. The results of the present thesis contribute to enhancing our understanding of how SA works and of the potential factors that are involved in its alterations after an ABI, with significant implication for clinical practice. Furthermore, the findings presented in this dissertation suggest some important factors that may be taken into account when studying SA and its alterations. Firstly, it is important to consider the multicomponential and domain-specific nature of SA and to use measures that permit studying the different components of SA in a specific and ecological manner. Secondly, study II highlights the enriching potential of studying SA combining different methodologies. Finally, this thesis sheds light on the need to apply a qualitative approach to studying SA, which allows for a deeper understanding of its cognitive and neural components and may be helpful to identifying various patterns and profiles of SA alteration.

La autoconsciencia (AC), entendida como la percepción y creencias que tenemos sobre nuestras habilidades y limitaciones, juega un papel importante en el desempeño de nuestras actividades de la vida diaria (AVD). Después de un daño cerebral adquirido (DCA), los déficits de AC tienen efectos dramáticos en la funcionalidad de los pacientes. Según los principales modelos (e.g. the Dynamic Comprehensive Model of Awareness; DCMA) la AC está compuesta por varios componentes que interactúan entre sí. La AC offline es el conocimiento consciente que tenemos sobre nuestras habilidades/limitaciones para enfrentar nuestras AVD. Por otro lado, la AC online está compuesta por varios subprocesos que nos permiten anticipar, detectar y solucionar problemas durante el desempeño de una actividad específica. La AC no es un fenómeno de todo o nada, sino que parece ser específica para cada dominio y parece depender en gran medida de las experiencias previas y de la familiaridad con las tareas. La naturaleza multicomponente y tarea-dependiente de la AC, conlleva la necesidad de desarrollar nuevos instrumentos de evaluación que permitan evaluar de forma exhaustiva tanto el componentes offline como los procesos online del a AC, todos en el contexto del mismo dominio funcional. Esto permitiría identificar qué componentes de la AC están alterados en cada paciente con DCA. Además, resulta necesaria más investigación para entender mejor cuáles son los componentes cognitivos y neurales involucrados en la AC online. El objetivo de la presente tesis es abordar cada uno de estos aspectos de la AC en el contexto de las AVD. Creemos que las AVD representan el contexto ideal para estudiar la AC, debido a su familiaridad y a la diversidad de comportamientos que se pueden observar durante su desempeño, lo que a su vez incrementará la validez ecológica de la investigación. En el estudio I (Ricchetti et al., aceptado) testamos la validez de la “Tarea Conflictiva del Desayuno y Vestido”, un protocolo de evaluación propuesto por nuestro laboratorio (Merchán-Baeza et al., 2020) que tiene el potencial de evaluar los principales componentes de la AC online en el contexto de AVD en pacientes con DCA y en personas neurológicamente sanas. Las medidas de AC online derivadas del protocolo de AVD mostraron validez convergente con medidas neuropsicológicas tradicionales. Algunas de las medidas de AVD permitieron identificar alteraciones de AC online en pacientes con DCA, en comparación con controles sanos. Además, las asociaciones encontradas entre algunos componentes de la AC online y el componente offline apoyan la naturaleza interactiva de la AC propuesta por el DCMA. En el estudio II profundizamos en el estudio de los componentes cognitivos específicos de la AC, con particular atención a la relación entre la AC y las funciones ejecutivas (FFEE). La falta de resultados consistentes en la literatura, donde algunos estudios confirmaron y otros descartaron esta asociación, puede ser debida a la naturaleza multicomponente de ambos constructos. Así, creemos que componentes específicos de la AC pueden estar asociados a componentes específicos de las FFEE. Para explorar esta hipótesis, en el estudio II investigamos la posible relación de la monitorización/resolución de conflictos (componente específico de las FFEE) con la AC offline y con la consciencia emergente (i.e. detección de errores). Esta relación se ha estudiado combinando el uso de tareas experimentales de conflicto con cuestionarios y desempeño directo de AVD en pacientes con DCA y controles sanos. Encontramos que los pacientes con DCA y alteración severa de la AC mostraron una reducida capacidad de monitorizar y solucionar los conflictos en comparación con pacientes con DCA sin alteración de AC (o con alteración leve) y con controles sanos. Además, encontramos que la habilidad de monitorizar y solucionar los conflictos durante la tarea experimental podía predecir la cantidad de errores durante el desempeño de tareas cotidianas y el nivel de consciencia medido con cuestionarios basados en AVD. Finalmente, en el estudio III investigamos las bases neurales de la detección de errores en participantes sanos. La investigación previa ha encontrado circuitos cerebrales compartidos pero también diferentes en relación a la detección de diferentes tipos de error, tanto en tareas experimentales como en tareas de AVD. En el estudio III investigamos estas diferencias cualitativas, focalizándonos en los errores causados por la alteración de la secuencia correcta de pasos en las AVD (i.e. omisión, repetición e inversión de pasos). Los resultados de este estudio mostraron que diferentes circuitos cerebrales están involucrados en la detección de los diferentes tipos de errores de secuencia. Además, el estudio del aspecto secuencial de los pasos de las AVD permitió identificar que diferentes circuitos cerebrales se encargan de monitorizar las acciones de las AVD dependiendo de su predictibilidad. Los resultados de la presente tesis contribuyen a aumentar nuestro conocimiento sobre cómo funciona la AC y sobre los factores que pueden estar involucrados en su alteración tras un DCA, con implicaciones significativas para la práctica clínica. Además, los hallazgos de esta tesis sugieren algunos aspectos importantes a tener en consideración en el estudio de la conscienica y sus alteraciones. En primer lugar, es importante considerar la naturaleza multicomponente y dependiente del dominio de la AC y utilizar medidas que permiten estudiar los diferentes componentes de la AC de forma específica y ecológica. En segundo lugar, el estudio II resalta el potencial enriquecedor que tiene combinar diferentes metodologías para el estudio de la consciencia. Finalmente, esta tesis pone en evidencia la necesidad de aplicar un abordaje cualitativo a la hora de estudiar la AC, lo cual permitiría comprender de manera más eshaustiva sus componentes cognitivos y neurales y podría ayudar a identificar diferentes patrones y perfiles de alteración de AC.