Abstract Although practicing a task generally benefits later performance on that same task, there are individual differences in practice effects. One avenue to model such differences comes from research showing that brain networks extract functional advantages from operating in the vicinity of criticality, a state in which brain network activity is more scale-free. We hypothesized that higher scale-free signal from fMRI data, measured with the Hurst exponent ( H ), indicates closer proximity to critical states. We tested whether individuals with higher H during repeated task performance would show greater practice effects. In Study 1, participants performed a dual-n-back task (DNB) twice during MRI (n = 56). In Study 2, we used two runs of n-back task (NBK) data from the Human Connectome Project sample (n = 599). In Study 3, participants performed a word completion task (CAST) across 6 runs (n = 44). In all three studies, multivariate analysis was used to test whether higher H was related to greater practice-related performance improvement. Supporting our hypothesis, we found patterns of higher H that reliably correlated with greater performance improvement across participants in all three studies. However, the predictive brain regions were distinct, suggesting that the specific spatial H ↑ patterns are not task-general.

Computer vision-based research has shown that scene semantics (e.g., presence of meaningful objects in a scene) can predict memorability of scene images. Here, we investigated whether and to what extent overt attentional correlates, such as fixation map consistency (also called inter-observer congruency of fixation maps) and fixation counts, mediate the relationship between scene semantics and scene memorability. First, we confirmed that the higher the fixation map consistency of a scene, the higher its memorability. Moreover, both fixation map consistency and its correlation to scene memorability were the highest in the first 2 seconds of viewing, suggesting that meaningful scene features that contribute to producing more consistent fixation maps early in viewing, such as faces and humans, may also be important for scene encoding. Second, we found that the relationship between scene semantics and scene memorability was partially (but not fully) mediated by fixation map consistency and fixation counts, separately as well as together. Third, we found that fixation map consistency, fixation counts, and scene semantics significantly and additively contributed to scene memorability. Together, these results suggest that eye-tracking measurements can complement computer vision-based algorithms and improve overall scene memorability prediction.

Research has consistently shown differences in affect and cognition after exposure to different physical environments. The time course of these differences emerging or fading during exploration of environments is less explored, as most studies measure dependent variables only before and after environmental exposure. In this within-subject study, we used repeated surveys to measure differences in thought content and affect throughout a 1-h environmental exploration of a nature conservatory and a large indoor mall. At each survey, participants reported on aspects of their most recent thoughts (e.g., thinking of the present moment vs. the future; thinking positively vs. negatively) and state affect. Using Bayesian multi-level models, we found that while visiting the conservatory, participants were more likely to report thoughts about the past, more positive and exciting thoughts, and higher feelings of positive affect and creativity. In the mall, participants were more likely to report thoughts about the future and higher feelings of impulsivity. Many of these differences in environments were present throughout the 1-h walk, however some differences were only evident at intermediary time points, indicating the importance of collecting data during exploration, as opposed to only before and after environmental exposures. We also measured cognitive performance with a dual n-back task. Results on 2-back trials replicated results from prior work that interacting with nature leads to improvements in working-memory performance. This study furthers our understanding of how thoughts and feelings are influenced by the surrounding physical environment and has implications for the design and use of public spaces.

Research has shown differences in pro-social and pro-environmental attitudes after exposure to different physical environments. It is unclear whether these perspective shifts are associated with changes in conscious thoughts and feelings about other people and the environment. In Study 1, we used a within-subject design to measure social and environmental thought content throughout one-hour environmental explorations of a nature conservatory and an indoor mall. At three survey time points, participants (N = 86, undergraduates and community members) reported whom they were thinking about and how connected they felt to the physical and social environment. Using Bayesian multi-level models, we found that while visiting the conservatory, participants were less likely to think about themselves, felt closer to people nearby and around the world, and felt higher connectedness to their social and physical environment. In Study 2, we used a correlational design to investigate the association between perceived naturalness of city parks and feelings of connection to nearby others and the physical environment while visiting. Participants (N = 303, Chicago residents) reported feeling higher levels of connection to nearby people and the physical environment when they were visiting city parks rated as more natural. These studies further our understanding of the ways in which natural environments influence conscious thoughts and feelings about the social and physical environment.

Research has shown differences in pro-social and pro-environmental attitudes after exposure to different physical environments. It is unclear whether these perspective shifts are associated with changes in conscious thoughts and feelings about other people and the environment. In Study 1, we used a within-subject experiment to measure social and environmental thought content throughout 1-h environmental explorations of a nature conservatory and an indoor mall. At three survey time points, participants (N = 86, undergraduates and community members) reported whom they were thinking about and how connected they felt to the physical and social environment. Using Bayesian multi-level models, we found that while visiting the conservatory, participants were less likely to think about themselves, felt closer to people nearby and around the world, and felt higher connectedness to their social and physical environment. In Study 2, we used a correlational design to investigate the association between perceived naturalness of city parks and feelings of connection to nearby others and the physical environment while visiting. Participants (N = 303, Chicago residents) reported feeling higher levels of connection to nearby people and the physical environment when they were visiting city parks rated as more natural. These studies further our understanding of the ways in which natural environments influence conscious thoughts and feelings about the social and physical environment.

Studying factors that contribute to scene memorability is important for understanding human vision and memory. Here we demonstrated in two different eye-tracking datasets that the higher the fixation map consistency (also called inter-observer congruency of fixation maps) of a scene, the higher its memorability is. Fixation map consistency and, more importantly, its correlation to scene memorability were the highest in the first 2 s of viewing, suggesting that scene features (other than center bias) that contribute to producing more consistent fixation maps early in viewing may also be important for scene encoding. We also found that although fixation count was positively correlated with scene memorability, it was not significantly correlated with fixation map consistency, suggesting that these eye-tracking measures reflect different attentional mechanisms. Using the proxies of scene semantics and mediation analyses, we found that the relationship between scene semantics and scene memorability was partially (but not fully) mediated by attentional mechanisms. Finally, we found that fixation map consistency, fixation count, and scene semantics all significantly and differently contributed to scene memorability. Together, these results suggest 2 s of eye-tracking can complement computer vision-based algorithms in better predicting scene memorability.

Research has consistently shown differences in affect and cognition after exposure to different physical environments. The time course of these differences emerging or fading during exploration of environments is less explored, as most studies measure dependent variables only before and after environmental exposure. In this within-subject study, we used repeated surveys to measure differences in thought content and affect throughout a one-hour environmental exploration of a nature conservatory and a large indoor mall. At each survey, participants reported on aspects of their most recent thoughts (e.g., thinking of the present moment vs. the future; thinking positively vs. negatively) and state affect. Using Bayesian multi-level models, we found that while visiting the conservatory, participants were more likely to report thoughts about the past, more positive and exciting thoughts, and higher feelings of positive affect and creativity. In the mall, participants were more likely to report thoughts about the future and higher feelings of impulsivity. Many of these differences in environments were present throughout the one-hour walk, however some differences were only evident at intermediary time points, indicating the importance of collecting data during exploration, as opposed to only before and after environmental exposures. We also measured cognitive performance with a dual n-back task. Results on 2-back trials replicated results from prior work that interacting with nature leads to improvements in working-memory performance. This study furthers our understanding of how thoughts and feelings are influenced by the surrounding physical environment and has implications for the design and use of public spaces.