Mesure de signaux neurophysiologiques de Ignorant et Participer processus dans le contrôle de l'attention

Résumé

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.

Résumé

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.

Introduction

Attention, guides de contrôler le comportement en dirigeant nos ressources neuronales et cognitives vers des signaux de sélection d'entrée, tout en limitant l'accès à d'autres signaux, basée sur un objectif de comportement donné ^1. Par exemple, lors de la lecture d'un livre, les signaux visuels correspondant à la livre sont les signaux de cibles à être améliorées, tandis que d'autres signaux sensoriels - tels que la télé dans la chambre d'à côté - sont des signaux détracteurs d'être atténuées. Enregistrements dans les deux primates humains et non-humains ^1-4, indiquent que les réponses de neurones dans le cortex sensoriels sont améliorées pour les cibles fréquentées par rapport aux éléments de distraction ignorée pendant l'attention sélective, indiquant que la force d'entrées sensorielles dans le cerveau est modulée en fonction de savoir si ils sont classés comme des cibles ou de distraction ^5-7. Nous nous référons à cette différence de puissance du signal lorsqu'ils assistent contre ignorant que l'effet de modulation attention.

D'un intérêt croissant estla question de savoir si et comment les processus neuronaux de participation à contribuer au contrôle de l'attention et ses déficiences, séparément des processus neuronaux d'ignorer. Il est de plus en plus clair que la capacité à ignorer les distractions peut être altérée indépendamment de notre capacité à assister à des cibles. Par exemple, de distraction-suppression peut être altérée avec augmentation de la charge de la tâche ^8, le vieillissement cognitif ⁹ et la privation de sommeil ^10, sans diminution dans l'amélioration de la cible. On ne sait pas actuellement si une diminution dans l'amélioration de la cible peut également exister sans un déficit dans la suppression de distraction. Peut-être plus important encore, il est pas résolu si les déficits de chacune traitant ou ignorant, mais pas les deux, peut élucider les troubles neuropsychiatriques dans laquelle le contrôle de l'attention est altérée. En tant que tel, il est utile de mieux comprendre si traitant et en ignorant proviennent de voies corticales séparables, si et comment ils diffèrent dans la dynamique de neurones. En mesurant et traitantignorant les processus séparément, ces questions peuvent être abordées.

Nous décrivons ici méthodologie pour mesurer les signaux neurophysiologiques de participation et en ignorant séparément, mais en même temps, dans une attention soutenue. Cette approche repose sur l'effet de modulation attention: la différence d'amplitude d'une réponse sensorielle neural lorsque le particulier fréquente par rapport aux stimuli ignorant dans ce flux sensorielle. L'effet l'attention de modulation est un outil puissant pour détecter l'attention sur la modulation des signaux sensoriels, mais il exclut la possibilité d'évaluer la dynamique distincts de participation et les processus ignorant. A savoir, une différence dans les réponses sensorielles neurones lorsqu'ils assistent contre ignorant pourrait survenir parce que le processus de l'attention améliore les signaux de cibles sensorielles, ou parce que ignorant atténue les signaux distractrices sensorielles, ou les deux. Pour tester entre ces alternatives, le recours à un état de commande supplémentaire qui est nécessaire dans une quantifie la strength des entrées sensorielles à leur base naturelle, quand ils ne sont ni assisté ni ignorés. Ceci est similaire à marcher dans une rue animée pleine de voitures, mais ni regarder activement (par exemple, pour un taxi), ni ignorer activement (par exemple, des voitures et des bus non-taxi) les voitures qui passent. En évaluant les signaux sensoriels qui sont assisté ou ignorées, par rapport à un état passif de référence, l'ampleur et le moment d'assister et d'ignorer les processus peuvent être quantifiées séparément.

Utilisation efficace d'un tel contrôle passif dans la mesure fréquentant et en ignorant les processus ont été rapportés antérieurement dans les études de l'attention et d'anticipation ^11-13 interactions mémoire attention ^9,10,14-17. Nous décrivons ici l'utilisation de cette approche dans le contexte d'une attention soutenue, dans un non-indicé, continue, intermodal (c.-à-auditif-visuel) tâche d'attention (IMAT) ^18. En d'autres termes, cette méthode est appropriée à l'étude de Rath courser que les procédés de contrôle préparatoires, permettant le suivi de ces processus à travers le temps. Cette méthode permet également de quantifier les processus de contrôle qui modulent les réponses sensorielles à travers différentes modalités sensorielles (c.-à-auditifs contre visuelle), mettant ainsi l'accent sur ​​les processus qui ne sont pas spécialisés au sein d'un domaine sensoriel ou un contenu particulier. Contrairement aux études imagerie précédente par résonance magnétique fonctionnelle ^15,19,20, cette méthode pistes traitant et procédés utilisant des signaux neurophysiologiques temporellement résolues (d'électroencéphalographie, EEG), fournissant ainsi la résolution de la milliseconde sur les profils temporels de participation et les processus en ignorant ignorant. Nos résultats représentatifs démontrent l'utilisation de la technique dans l'identification des preuves directes de sources séparables corticales et dynamique temporelle des processus neuronaux de participation et en ignorant, et les contributions uniques à l'effet de modulation attention.

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Protocole

NOTE: Ce protocole de l'étude a été élaboré conformément aux directives éthiques approuvés par la commission d'examen expérimental à l'Université de Californie à Los Angles.

1. Préparation de l'audition et un stimuli visuels

1. Grâce à un logiciel dans lequel les images visuelles peuvent être générés, créer deux réseaux de gris sinusoïde échelle, environ 5,7 pouces de diamètre et de toute fréquence (par exemple, 1,36 cycles / degré d'angle visuel). Les images auront une durée à l'écran de 100 msec.
   1. Inclinez l'un des réseaux d'environ 10 degrés visuels à la droite hors de la médiane, et inclinez l'autre réseau le même montant à la gauche de la grille.
   2. Assurez-vous que le degré de l'inclinaison est suffisante pour permettre aux participants de distinguer une inclinaison à gauche d'une inclinaison à droite sans compter sur les deviner.
2. Utilisation de logiciels dont les tons auditifs peuvent être générés, créer deux sons purs de 100 msec.
   1. MAke une des tonalités d'une hauteur plus élevée et l'autre d'un ton plus bas. Par exemple, un pas peut être de 750 Hz et 900 Hz autre.
   2. Quant aux stimuli visuels, veiller à ce que les tons sont suffisamment distinctes de telle sorte que les participants puissent les distinguer sans compter sur les deviner.

2. La programmation de stimulation Présentation

1. En utilisant un logiciel de présentation, créer le code informatique qui permettra de contrôler la présentation des stimuli auditifs et visuels pendant l'expérience.
   1. Sélectionnez d'abord le nombre de stimuli qui sera présenté. Présent au moins 150 de chacun des stimuli visuels et auditifs par condition expérimentale, afin d'assurer qu'il ya suffisamment de répétitions pour une réponse neurophysiologique fiable.
   2. Stimuli visuels présents au centre sur un fond gris, avec le participant assis à une distance confortable. Présenter les stimuli auditifs par haut-parleurs positionnés de chaque côté de l'éboulisn.
      Remarque: Pour des stimuli visuels, nous recommandons un fond gris, avec des valeurs RVB à mi-parcours (128,128,128) entre le blanc pur (255,255,255) et le noir pur (0,0,0), avec le blanc et le noir utilisé dans la production de la sinusoïde stimuli. Cela garantit que la luminosité moyenne de l'arrière-plan et stimulus sont comparables, et le contraste est constant entre tout point de la stimulation et de l'arrière-plan.
   3. Pour chacun des stimuli auditifs et visuels, sélectionnez indépendamment du calendrier pour les stimuli.
      Note: Ceci empêche les participants d'anticiper stimuli en fonction de relations temporelles entre les deux courants.
   4. Utilisez un intervalle inter-stimulus (ISI) d'environ 1 sec entre les présentations séquentielles de stimuli de la même modalité. Plus lent ISI rendra la tâche plus exigeante sur la vigilance, Isis plus rapide peut rendre impossible pour les participants de faire leurs réponses dans le temps.
   5. Variez l'ISI précise au hasard dans une gamme, tels que 0,7 à 2 sec, àfaire les stimuli imprévisibles aux participants, empêchant réponses neuronaux associés à l'anticipation.
   6. Parce que les interactions cross-modales peuvent provenir simultanément ou quasi-simultanément présenté stimuli ^21,22, garder l'ISI entre les stimuli de deux flux différents à pas moins de 300 ms.
2. Veiller à ce que les stimuli auditifs et visuels semblent se produire entrelacé aux participants, mais jamais concomitants.
3. Dernière, diviser les stimuli en segments de vingt-cinq ans. Ces segments seront précédés par l'un des trois groupes choisis au hasard, des instructions décrites dans la section suivante.

3. Groupe de l'instruction

1. Orientez le participant à la tâche avant de recueillir des mesures neurophysiologiques de l'activité cérébrale.
   1. Demandez aux participants d'assister et de répondre aux tonalités auditives et d'ignorer les stimuli visuels lorsque l'instruction est "Ecouter". Présentez cette instruction bOTH par audio et des moyens visuels.
   2. Attribuer deux boutons pour les participants de faire des réponses à chaque tonalité. Par exemple, "appuyez sur la flèche vers la gauche si le ton est élevé, et la flèche droite si le ton est faible" lorsque l'instruction est "Ecouter".
   3. De même, demandez aux participants d'assister et de répondre aux réseaux visuels et d'ignorer les stimuli auditifs lorsque l'instruction est "Look".
   4. Attribuer deux boutons pour les participants de faire des réponses aux réseaux visuels. Par exemple, "appuyez sur la flèche gauche, si le réseau est inclinée vers la gauche, et la flèche droite si le réseau est inclinée vers la gauche".
      1. Utilisez les deux mêmes boutons pour des stimuli visuels que pour les stimuli auditifs pour améliorer l'interférence entre les modalités et donc la nécessité d'employer des mécanismes de contrôle de l'attention.
   5. Enfin, demandez aux participants de faire des pas de réponses lorsque l'instruction est «passive», mais veiller à ce queparticipants gardent leurs yeux ouverts et axés sur l'écran.
2. Tout au long de la session de la tâche, alterner les instructions pour "Écouter" et "Look" entre les segments pour passer une modalité déjà assisté à être pertinent, ce qui en fait un élément de distraction puissante.
3. Rappelez aux participants de garder les yeux fixés sur le milieu de l'écran, ou un petit point ou croix présenté à l'emplacement du stimulus visuel, et de garder les yeux ouverts pendant toute l'expérience.
4. Construire huit à dix secondes pauses entre les segments pour atténuer les effets de la fatigue, permettent aux participants de se reposer les yeux, ainsi que de plus longues pauses toutes les 1-2 min 6-8 min.
5. Enfin, à chaque participant avec amplement la pratique pour garantir qu'ils exercent correctement la tâche. Il peut être utile, surtout pour les participants qui ont des difficultés d'attention, de pratiquer le visuel et les tâches auditives avec le flux assisté présenté dans iconsolation, sans la présentation simultanée du flux de distraction.

4. Collecte de données neurophysiologique

1. Une fois que les participants sont familiers avec la tâche, commencer la collecte des réponses neurophysiologiques aux signaux assisté et ignorés pendant la IMAT.
2. Préparer l'électroencéphalographie (EEG) bouchon et de l'équipement d'enregistrement conformément aux instructions du fabricant, et en conformité avec les normes de méthodologie et de publication actuels pour la recherche EEG ^26,27.
   Remarque: importants paramètres d'enregistrement EEG pour l'enregistrement EEG au cours de la IMAT, qui peut être spécifiée par l'utilisateur, y compris: (a) le taux de 128-1,024 Hz échantillonnage, pour capturer la faible fréquence des signaux ERP; (B) en alternance enregistrement en cours (AC) pour minimiser la dérive lente; (C) l'échantillonnage net de tout le cuir chevelu et avec au minimum de 64 capteurs, si les analyses d'imagerie source sont à effectuer.
3. Appliquer le bouchon sur le cuir chevelu du participant et de vérifier l'impédance du signal etqualité à chacun des capteurs. Portez une attention particulière à veiller à ce que les impédances des électrodes d'enregistrement sont uniformes et dans la fourchette recommandée par le fabricant.
   Remarque: À ce temps, ajoutez également les dispositifs de mesure physiologique supplémentaires si vouloir collecter des signaux physiologiques non-neuronales telles que la respiration ou le pouls.
4. Synchroniser les enregistrements neurophysiologiques avec le logiciel de présentation du stimulus et le logiciel neurophysiologique d'enregistrement selon les instructions du fabricant.
5. Enregistrer les signaux neurophysiologiques tandis que le participant effectue la tâche, veiller à ce que le logiciel d'enregistrement a relevé précis de la synchronisation de chaque stimulus et la réponse pour une analyse ultérieure.

5. Analyse des données hors ligne

1. Préparer les données neurophysiologiques pour l'analyse statistique en utilisant un logiciel d'analyse.
2. Tout d'abord, supprimer des composants de signaux non-neuronaux qui contribueront à la variabilité neurophyenregistrements siologique de réponses du cerveau.
   1. Utilisez un filtre passe-haut de 0,1-1 Hz, pour enlever dérives lentes telles que celles causées par les changements d'impédance des capteurs.
   2. Utilisez un filtre passe-bas de 30-50 Hz pour éliminer les composants haute fréquence introduites par le bruit électrique.
   3. Identifier les capteurs qui montrent des données non fiables, et les exclure ou interpoler les signaux.
   4. Identifier et éliminer les grandes composantes de bruit peu fréquents comme artefact musculaire de la contraction ou de mouvements de la mâchoire front, et, les contributions non-neuronales systématiques, tels que les mouvements oculaires.
      Remarque: algorithmes typiques pour éliminer les composants non-neuronales comprennent l'analyse indépendante des composants et de régression, ainsi que des algorithmes itératifs basés sur des critères de sélection explicites (par exemple, les changements de tension qui dépassent un seuil). Suivez les directives de la disposition des logiciels d'analyse, et de procéder, conformément aux normes en vigueur pour la recherche EEG ^26,27.
3. Une fois que principaux composants non-neuronaux des données neurophysiologiques ont été retirées, à nouveau référence aux données au niveau de chaque électrode en soustrayant de chaque capteur le moyen pour tous les autres capteurs ou le moyen pour mastoïdiennes canaux gauche et droit.
   Remarque: Cette étape ré-exprime les effets à chaque capteur par rapport à une référence neutre qui est supposé contenir zéro signaux neuronaux.
   Remarque: clairsemée montages d'électrodes peuvent ne pas avoir suffisamment d'échantillonnage pour répondre aux hypothèses de cette technique ^26,27. Dans ce dernier cas, la moyenne de l'apophyse gauche et à droite peut fournir une référence plus précise.
4. Extrait suivant époques temporelles d'environ 1 sec entourant chaque auditive et visuelle présentés chaque événement. Inclure les 100 ms qui précèdent le début du stimulus pour servir de base de référence et un intervalle d'au moins 600 ms après le début de la stimulation.
5. La moyenne des données de toutes les époques qui tombent dans le même état - assisté, ignoré, et passivement perçue stimuli &# 8212; pour calculer la moyenne des potentiels évoqués de réponse ou «ERP». Soustraire la moyenne des données de la ligne de base pré-stimulus de ré-exprimer les amplitudes ERP que des modifications par rapport au signal de pré-stimulus.
6. Pour identifier le cours du temps de processus présents, comparer l'amplitude et le calendrier, ainsi que la distribution spatiale de la réponse de l'ERP après stimuli assisté, contre ceux pendant la condition passive.
7. Pour identifier le cours du temps d'ignorer, de comparer l'amplitude et le calendrier, ainsi que la distribution spatiale de la réponse de l'ERP après stimuli ignorés, contre ceux pendant la condition passive.

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Résultats

Le protocole de IMAT a déjà été utilisé pour identifier les contributions uniques de participation et des processus à la vitesse de réponse en ignorant pendant une attention soutenue ^18. Dans cette étude, nous avons testé 35 individus sains droitiers (22 femmes, âge: X = 21,0, σ = 5,4), recrutés par le sujet piscine du département de psychologie à l'Université de Californie, Los Angeles. Tous les participants ont donné par écrit leur consentement éclairé avant de participer à l'ét...

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Discussion

Les processus liés à assister et à ignorer dans le contrôle de l'attention peuvent impliquer différentes voies neurales et des cours de temps. Par conséquent, il est de la valeur pour mesurer ces processus séparément. Le IMAT est un outil, par lequel on peut capturer des signaux neurophysiologiques de participation et en ignorant séparément, mais en même temps, dans une attention soutenue. Les étapes critiques comprennent la mesure des réponses neurophysiologiques sensorielles lorsque le participant par...

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matériels

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.