Medición de señales neurofisiológicas de ignorar y Asistir Procesos en Control de Atención

Resumen

Attention control comprises enhancement of target signals and attenuation of distractor signals. We describe an approach to measure separately but concurrently, the neurophysiology of attending and ignoring in sustained intermodal attention, utilizing a passive control condition during which neither process is continuously engaged.

Resumen

Attention control is the ability to selectively attend to some sensory signals while ignoring others. This ability is thought to involve two processes: enhancement of sensory signals that are to be attended and the attenuation of sensory signals that are to be ignored. The overall strength of attentional modulation is often measured by comparing the amplitude of a sensory neural response to an external input when attended versus when ignored. This method is robust for detecting attentional modulation, but precludes the ability to assess the separate dynamics of attending and ignoring processes. Here, we describe methodology to measure independently the neurophysiological signals of attending and ignoring using the intermodal attention task (IMAT). This task, when combined with electroencephalography, isolates neurophysiological sensory responses in auditory and visual modalities, when either attending or ignoring, with respect to a passive control. As a result, independent dynamics of attending and of a ignoring can be assessed in either modality. Our results using this task indicate that the timing and cortical sources of attending and ignoring effects differ, as do their contributions to the attention modulation effect, pointing to unique neural trajectories and demonstrating sample utility of measuring them separately.

Introducción

Atención guías de control de comportamiento dirigiendo nuestros recursos neurales y cognitivos hacia seleccione señales de entrada, mientras que la restricción del acceso a otras señales, basado en un objetivo de comportamiento dado ^1. Por ejemplo, al leer un libro, las señales visuales que corresponden al libro son las señales de destino para ser mejorados, mientras que otras señales sensoriales - tales como la televisión en la habitación de al lado - son señales distractor a atenuarse. Grabaciones en ambos primates humanos y no humanos ^1.4, indican que las respuestas neuronales en las cortezas sensoriales se han mejorado para los objetivos que asisten en relación con distractores ignorados durante la atención selectiva, lo que indica que la fuerza de los estímulos sensoriales en el cerebro se modula en función de si se clasifican como objetivos o distractores ^5-7. Nos referimos a esta diferencia en la intensidad de la señal cuando asisten frente a ignorar que el efecto de modulación atención.

De mayor interés esla cuestión de si y cómo los procesos neurales de asistir a contribuir al control de la atención y de sus deficiencias, por separado de los procesos neuronales de ignorar. Es cada vez más claro que la capacidad de ignorar las distracciones puede verse afectada independientemente de nuestra capacidad de asistir a los objetivos. Por ejemplo, distractor de supresión puede verse afectada con el aumento de la carga de trabajo ^8, envejecimiento cognitivo ⁹ y la privación del sueño ^10, sin una reducción en el realce de destino. No se sabe actualmente si un decremento en el realce objetivo también puede existir sin un déficit en la supresión distractor. Tal vez lo más importante, no se resuelve si los déficits de cualquiera de asistir o ignorar, pero no ambos, puede dilucidar condiciones neuropsiquiátricas en el que se altera el control de la atención. Como tal, es valioso para comprender mejor si asistir e ignorando surgen de las vías corticales separables, si, y en qué se diferencian en la dinámica neural. Mediante la medición de asistir yignorando procesos por separado, tales cuestiones se pueden abordar.

A continuación se describe la metodología para medir las señales neurofisiológicas de asistir e ignorando por separado, pero al mismo tiempo, en la atención sostenida. Este enfoque se basa en el efecto de modulación atención: la diferencia en la amplitud de la respuesta sensorial de los nervios cuando el individuo asiste frente ignorando a los estímulos en esa corriente sensorial. El efecto de modulación de la atención es una poderosa herramienta para la detección de la atención de modulación sobre las señales sensoriales, pero se opone a la capacidad de evaluar la dinámica separadas de asistir e ignorando procesos. Es decir, una diferencia en las respuestas sensoriales de los nervios cuando asisten frente ignorando pudiera surgir debido a que el proceso de la atención mejora las señales de destino sensoriales, o porque ignorando atenúa señales distractores sensoriales, o ambos. Para probar entre estas alternativas, se requiere el uso de una condición de control adicional en el que uno cuantifica la strength de entradas sensoriales en su línea de base natural cuando son ni asistieron ni ignorar. Esto es similar a caminar por una calle muy transitada llena de coches, pero tampoco viendo activamente (por ejemplo, para un taxi) ni ignorar activamente (por ejemplo, los coches no de taxis y autobuses) de los coches que pasaban. Mediante la evaluación de las señales sensoriales que son atendidos o ignorados, en relación a una condición pasiva de referencia, la magnitud y oportunidad de asistir e ignorando procesos se puede cuantificar por separado.

Usos efectivos de dicho control pasivo en la medición que asisten y haciendo caso omiso de los procesos se ha informado anteriormente en los estudios de la atención anticipatoria ^13.11 y las interacciones memoria de atención ^9,10,14-17. Aquí se describe el uso de este enfoque en el contexto de la atención sostenida, en un no-cued, continua, intermodal (es decir, auditivo-visual) tarea de atención (IMAT) ^18. En otras palabras, este método es apropiado para el estudio de Rath en cursoer que los procesos de control de preparación, lo que permite el seguimiento de estos procesos a través del tiempo. Este método también cuantifica los procesos de control que modulan las respuestas sensoriales a través de diferentes modalidades sensoriales (es decir, auditivas en comparación visual), centrándose así en procesos que no están especializados para dentro de un dominio sensorial o contenido. A diferencia de la resonancia magnética funcional anterior estudia ^15,19,20, este método pistas asistir e ignorando procesos utilizando señales neurofisiológicas resueltos temporal (electroencefalografía, EEG), proporcionando así una resolución de milisegundos en los perfiles temporales de asistir e ignorando procesos. Nuestros resultados representativos demuestran el uso de la técnica en la identificación de evidencia directa de fuentes separables corticales y dinámica temporal de los procesos neuronales de asistir e ignorando y contribuciones únicas al efecto de modulación atención.

Protocolo

NOTA: Este protocolo de estudio fue desarrollado de acuerdo con las directrices éticas aprobadas por la junta de revisión de investigación en la Universidad de California Los Ángeles.

1. Preparación del Auditorio y estímulos visuales

1. El uso de software en el que las imágenes visuales se pueden generar, crear dos rejillas sinusoidales escala gris, aproximadamente 5.7 pulgadas de diámetro y de cualquier frecuencia (por ejemplo, 1,36 ciclos / grado de ángulo visual). Las imágenes tendrán una duración en pantalla de 100 ms.
   1. Incline una de las rejillas sobre 10 grados visuales a la derecha de la mediana, y la inclinación de la otra rejilla de la misma cantidad a la izquierda de la rejilla.
   2. Asegúrese de que el grado de la inclinación es suficiente para permitir a los participantes a distinguir una inclinación a la izquierda desde una inclinación correcta sin depender de adivinar.
2. El uso de software en la que los tonos auditivos se pueden generar, crear dos tonos puros de 100 mseg de duración.
   1. Make uno de los tonos de un tono más alto y el otro de un tono más bajo. Por ejemplo, un terreno de juego puede ser 750 Hz y el otro 900 Hz.
   2. En cuanto a los estímulos visuales, asegúrese de que los tonos son suficientemente distintos de tal manera que los participantes puedan distinguir entre ellos sin depender de adivinar.

2. Programación de Estímulo Presentación

1. El uso de software de presentación, crear el código de computadora que controlará la presentación de los estímulos auditivos y visuales durante el experimento.
   1. Primero seleccione el número de estímulos que se presentará. Presentar al menos 150 de cada uno de estímulos visuales y auditivos por condición experimental, para garantizar que hay suficientes repeticiones para una respuesta neurofisiológica fiable.
   2. Presentar los estímulos visuales en el centro sobre un fondo gris, con el participante sentado a una distancia cómoda para la vista. Presentar los estímulos auditivos a través de altavoces colocados a ambos lados de la screen.
      Nota: Para los estímulos visuales se recomienda un fondo gris, con valores RGB en el punto medio (128 128 128) entre el blanco puro (255 255 255) y el negro puro (0,0,0), con el blanco y negro que se utiliza en la generación de la sinusoide estímulos. Esto asegura que el brillo medio de los antecedentes y de estímulo son comparables, y el contraste es constante entre cualquier punto en el estímulo y el fondo.
   3. Para cada uno de los estímulos auditivos y visuales, de forma independiente, seleccione el calendario de los estímulos.
      Nota: Esto evita que los participantes de la anticipación estímulos basados ​​en relaciones temporales entre las dos corrientes.
   4. Utilice un intervalo entre estímulos (ISI) de aproximadamente 1 segundo entre presentaciones secuenciales de los estímulos de la misma modalidad. Más lento Isis hará la tarea más exigente en la vigilancia, más rápido Isis puede hacer imposible para que los participantes hacen sus respuestas en el tiempo.
   5. Variar la ISI precisa al azar dentro de un rango, tal como 0,7 a 2 seg, ahacer que los estímulos impredecibles a los participantes, la prevención de las respuestas neuronales asociados con la anticipación.
   6. Debido a que las interacciones cruzadas modales pueden surgir de forma simultánea o casi simultáneamente presentado estímulos ^21,22, mantenga el ISI entre los estímulos de dos corrientes diferentes a no menos de 300 ms.
2. Asegúrese de que los estímulos auditivos y visuales parecen ocurrir intercalados a los participantes, pero nunca co-ocurrentes.
3. Pasado, dividir a los estímulos en segmentos de veinticinco. Estos segmentos serán precedidos por una de las tres instrucciones de tareas seleccionados al azar, que se describen en la siguiente sección.

3. Grupo de Instrucción

1. Orientar al participante a la tarea antes de recoger medidas neurofisiológicas de la actividad cerebral.
   1. Instruya a los participantes a asistir y responder a los tonos auditivos y de ignorar los estímulos visuales cuando la instrucción es "Escuchar". Presentar esta instrucción both través de audio y medios visuales.
   2. Asigne dos botones para que los participantes hacen de las respuestas a cada tono. Por ejemplo, "pulse la flecha hacia la izquierda si el tono es alto, y la flecha hacia la derecha si el tono es bajo" cuando la instrucción es "Escuchar".
   3. Del mismo modo, instruir a los participantes a asistir y responder a las rejillas visuales e ignorar los estímulos auditivos cuando la instrucción es "Mira".
   4. Asigne dos botones para que los participantes dar respuestas a las rejillas visuales. Por ejemplo, "pulse la flecha hacia la izquierda si la rejilla está inclinada hacia la izquierda, y la flecha derecha si la rejilla está inclinada hacia la izquierda".
      1. Utilice los mismos dos botones para los estímulos visuales como por estímulos auditivos para mejorar la interferencia entre las modalidades y, por tanto, la necesidad de emplear mecanismos de control de la atención.
   5. Por último, instruir a los participantes a hacer ninguna respuesta cuando la instrucción es "pasiva", pero asegúrese de quelos participantes a mantener sus ojos abiertos y se centró en la pantalla.
2. A lo largo de la sesión de trabajo, alternar las instrucciones para "escuchar" y "Look" entre los segmentos para cambiar una modalidad asistido previamente a ser irrelevante, por lo que es un distractor potente.
3. Recuerde a los participantes a mantener sus ojos fijos en el centro de la pantalla, o un pequeño punto o punto de mira presentado en la ubicación del estímulo visual, y para mantener los ojos abiertos durante todo el experimento.
4. Construir entre ocho y diez segundos pausas entre segmentos para mitigar los efectos de la fatiga, permiten a los participantes para descansar sus ojos, así como más largos 1-2 min descansos cada 6-8 min.
5. Por último, proporcionará a cada participante con amplia práctica para asegurarse de que están realizando la tarea correctamente. Puede ser beneficioso, especialmente para los participantes que tienen dificultades de atención, para practicar lo visual y las tareas auditivas con la corriente asistido presentada en isolation, sin la presentación concurrente de la corriente de distractor.

4. neurofisiológica de recopilación de datos

1. Una vez que los participantes se familiaricen con la tarea, comenzar la recopilación de respuestas neurofisiológicas a señales asistido e ignorados durante el IMAT.
2. Preparar la electroencefalografía (EEG) gorra y equipo de grabación de acuerdo con las instrucciones del fabricante, y de acuerdo con los estándares actuales de metodología y publicación para la investigación EEG ^26,27.
   Nota: los parámetros de grabación EEG importantes para grabar EEG durante el IMAT, que puede ser especificado por el usuario, incluye: (a) la tasa de 128-1,024 Hz muestreo, para capturar la baja frecuencia de las señales de ERP; (B) la corriente alterna (AC) de grabación para minimizar la deriva lenta; (C) net con el muestreo de todo el cuero cabelludo y con al mínimo de 64 sensores, si los análisis de imágenes fuente son a realizar.
3. Aplicar la tapa para el cuero cabelludo del participante y verificar la impedancia de la señal yla calidad en cada uno de los sensores. Preste especial atención a garantizar que las impedancias de los electrodos de registro son uniformes y dentro del rango recomendado por el fabricante.
   Nota: En este momento, también se suman los de medición fisiológica adicionales si quisiera recoger señales fisiológicas no neurales tales como la respiración o el pulso.
4. Sincronizar las grabaciones neurofisiológicos con el software de presentación del estímulo y el software de grabación neurofisiológica de acuerdo a las instrucciones del fabricante.
5. Grabar las señales neurofisiológicas mientras que el participante realiza la tarea, asegurando que el software de grabación tiene un registro preciso de la temporización de cada estímulo y la respuesta para su posterior análisis.

5. Análisis de los datos fuera de línea

1. Preparar los datos neurofisiológicos para el análisis estadístico utilizando el software de análisis.
2. En primer lugar, eliminar los componentes de señal no neurales que contribuirán a la variabilidad neurophygrabaciones siological de respuestas cerebrales.
   1. Utilice un filtro de paso alto de 0,1-1 Hz, para eliminar derivas lentas, tales como las causadas por cambios en la impedancia de los sensores.
   2. Use un filtro de paso bajo de 30 a 50 Hz para eliminar los componentes de alta frecuencia introducidas por el ruido eléctrico.
   3. Identificar sensores que muestran datos poco fiables, y excluir a estos o interpolar las señales.
   4. Identificar y eliminar grandes componentes de ruido poco frecuentes como artefacto muscular de la contracción de la mandíbula o movimientos de la frente, y las contribuciones sistemáticas, no neuronales, tales como los movimientos oculares.
      Nota: los algoritmos típicos para eliminar los componentes no neurales incluyen análisis independiente componentes y la regresión, así como algoritmos iterativos basados ​​en criterios de selección explícitas (por ejemplo, cambios de voltaje que excedan de un umbral). Siga las pautas de software de análisis disponibles, y procederá de conformidad con las normas vigentes para la investigación EEG ^26,27.
3. Una vez que se han eliminado los componentes principales no neurales de los datos neurofisiológicos, re-referencia de los datos en cada electrodo restando de cada sensor de la media en todos los otros sensores o la media en todos los canales izquierdo y derecho mastoideas.
   Nota: Este paso re-expresa los efectos en cada sensor con respecto a una referencia neutral que se asume para contener señales neuronales cero.
   Nota: sparser montajes de electrodos pueden no tener un muestreo suficiente para cumplir con los supuestos de esta técnica ^26,27. En este último caso, la media de la mastoides izquierda y derecha puede proporcionar una referencia más precisa.
4. Épocas temporales extracto siguiente de aproximadamente 1 seg rodea cada auditivo y visual muestran cada evento. Incluyen 100 mseg anteriores al inicio del estímulo para servir como un intervalo de línea de base y por lo menos 600 ms tras el inicio del estímulo.
5. La media de los datos de todas las épocas que caen en la misma condición - que asistieron, ignorado, y por pasiva percepción de estímulos y# 8212; para calcular la media potencial evocado respuesta o "ERP". Restar la media de los datos en la línea de base pre-estímulo para re-expresar las amplitudes de ERP como cambios relativos a la señal de pre-estímulo.
6. Para identificar el curso de tiempo de los procesos que asisten a, comparar la amplitud y el tiempo, así como la distribución espacial de la respuesta ERP después de estímulos asistido, contra los que durante la condición pasiva.
7. Para identificar el curso de tiempo de ignorar, comparar la amplitud y el tiempo, así como la distribución espacial de la respuesta ERP después de estímulos ignorados, en contra de aquellos durante la condición pasiva.

Resultados

El protocolo IMAT ha sido utilizado anteriormente para identificar las contribuciones únicas de asistir e ignorando procesos a la velocidad de respuesta en la atención sostenida ^18. En ese estudio, hemos probado 35 individuos sanos diestros (22 mujeres, edad: X = 21.0, σ = 5,4), reclutados a través de la muestra de sujetos departamento de Psicología de la Universidad de California en Los Ángeles. Todos los participantes por escrito el consentimiento informado antes de participar en el estudio. Los resul...

Discusión

Los procesos relacionados con la asistencia y al ignorar en control de la atención pueden implicar diferentes vías neurales y cursos de tiempo. Por lo tanto, es de valor para medir estos procesos por separado. El IMAT es una herramienta, por el cual uno puede captar señales neurofisiológicas de asistir e ignorando por separado, pero al mismo tiempo, en la atención sostenida. Los pasos críticos incluyen la medición de las respuestas neurofisiológicas sensoriales cuando el participante asiste, ignorando o percibir...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
NetStation Software	Electrical Geodesic, Inc.	version 4.5.1	Alternate recording software may be used.
Matlab Software	The MathWorks, Inc.	7.10.0 (R2010a)	Alternate analysis and presentation software may be used.
PsychToolbox Software	http://psychtoolbox.org/	v3.0.8 (2010-03-06)	Open-source software. Alternate stimulus presentation software may be used.
Netstation Amplifier	Electrical Geodesic, Inc.	300	Alternate amplifier may be used.
EEG Net	Electrical Geodesic, Inc.	HCGSN130	Alternate EEG cap may be used.
Saline-Based Electrolyte (Potassium Chloride)	Electrical Geodesic, Inc.	n/a	Electrolyte used in soaking of net for this high-impedance EEG system. Alternate electrolyte mediate can be used.