We would like to thank Jyoti Mishra for useful discussions regarding the paradigm. This research was supported by NIH grants R33DA026109 and R21MH096329 to MSC.

NOTE: Ce protocole de l&#39;étude a été élaboré conformément aux directives éthiques approuvés par la commission d&#39;examen expérimental à l&#39;Université de Californie à Los Angles. 1. Préparation de l&#39;audition et un stimuli visuels <ol><li> 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&#39;angle visuel). Les images auront une durée à l&#39;écran de 100 msec. <ol><li> Inclinez l&#39;un des réseaux d&#39;environ 10 degrés visuels à la droite hors de la médiane, et inclinez l&#39;autre réseau le même montant à la gauche de la grille. </li><li> Assurez-vous que le degré de l&#39;inclinaison est suffisante pour permettre aux participants de distinguer une inclinaison à gauche d&#39;une inclinaison à droite sans compter sur les deviner. </li></ol></li><li> Utilisation de logiciels dont les tons auditifs peuvent être générés, créer deux sons purs de 100 msec. <ol><li> MAke une des tonalités d&#39;une hauteur plus élevée et l&#39;autre d&#39;un ton plus bas. Par exemple, un pas peut être de 750 Hz et 900 Hz autre. </li><li> 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. </li></ol></li></ol> 2. La programmation de stimulation Présentation <ol><li> En utilisant un logiciel de présentation, créer le code informatique qui permettra de contrôler la présentation des stimuli auditifs et visuels pendant l&#39;expérience. <ol><li> Sélectionnez d&#39;abord le nombre de stimuli qui sera présenté. Présent au moins 150 de chacun des stimuli visuels et auditifs par condition expérimentale, afin d&#39;assurer qu&#39;il ya suffisamment de répétitions pour une réponse neurophysiologique fiable. </li><li> 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&#39;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&#39;arrière-plan et stimulus sont comparables, et le contraste est constant entre tout point de la stimulation et de l&#39;arrière-plan. </li><li> Pour chacun des stimuli auditifs et visuels, sélectionnez indépendamment du calendrier pour les stimuli. Note: Ceci empêche les participants d&#39;anticiper stimuli en fonction de relations temporelles entre les deux courants. </li><li> Utilisez un intervalle inter-stimulus (ISI) d&#39;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. </li><li> Variez l&#39;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&#39;anticipation. </li><li> Parce que les interactions cross-modales peuvent provenir simultanément ou quasi-simultanément présenté stimuli 21,22, garder l&#39;ISI entre les stimuli de deux flux différents à pas moins de 300 ms. </li></ol></li><li> Veiller à ce que les stimuli auditifs et visuels semblent se produire entrelacé aux participants, mais jamais concomitants. </li><li> Dernière, diviser les stimuli en segments de vingt-cinq ans. Ces segments seront précédés par l&#39;un des trois groupes choisis au hasard, des instructions décrites dans la section suivante. </li></ol> 3. Groupe de l&#39;instruction <ol><li> Orientez le participant à la tâche avant de recueillir des mesures neurophysiologiques de l&#39;activité cérébrale. <ol><li> Demandez aux participants d&#39;assister et de répondre aux tonalités auditives et d&#39;ignorer les stimuli visuels lorsque l&#39;instruction est &quot;Ecouter&quot;. Présentez cette instruction bOTH par audio et des moyens visuels. </li><li> Attribuer deux boutons pour les participants de faire des réponses à chaque tonalité. Par exemple, &quot;appuyez sur la flèche vers la gauche si le ton est élevé, et la flèche droite si le ton est faible&quot; lorsque l&#39;instruction est &quot;Ecouter&quot;. </li><li> De même, demandez aux participants d&#39;assister et de répondre aux réseaux visuels et d&#39;ignorer les stimuli auditifs lorsque l&#39;instruction est &quot;Look&quot;. </li><li> Attribuer deux boutons pour les participants de faire des réponses aux réseaux visuels. Par exemple, &quot;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&quot;. <ol><li> Utilisez les deux mêmes boutons pour des stimuli visuels que pour les stimuli auditifs pour améliorer l&#39;interférence entre les modalités et donc la nécessité d&#39;employer des mécanismes de contrôle de l&#39;attention. </li></ol></li><li> Enfin, demandez aux participants de faire des pas de réponses lorsque l&#39;instruction est «passive», mais veiller à ce queparticipants gardent leurs yeux ouverts et axés sur l&#39;écran. </li></ol></li><li> Tout au long de la session de la tâche, alterner les instructions pour &quot;Écouter&quot; et &quot;Look&quot; entre les segments pour passer une modalité déjà assisté à être pertinent, ce qui en fait un élément de distraction puissante. </li><li> Rappelez aux participants de garder les yeux fixés sur le milieu de l&#39;écran, ou un petit point ou croix présenté à l&#39;emplacement du stimulus visuel, et de garder les yeux ouverts pendant toute l&#39;expérience. </li><li> 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. </li><li> Enfin, à chaque participant avec amplement la pratique pour garantir qu&#39;ils exercent correctement la tâche. Il peut être utile, surtout pour les participants qui ont des difficultés d&#39;attention, de pratiquer le visuel et les tâches auditives avec le flux assisté présenté dans iconsolation, sans la présentation simultanée du flux de distraction. </li></ol> 4. Collecte de données neurophysiologique <ol><li> Une fois que les participants sont familiers avec la tâche, commencer la collecte des réponses neurophysiologiques aux signaux assisté et ignorés pendant la IMAT. </li><li> Préparer l&#39;électroencéphalographie (EEG) bouchon et de l&#39;équipement d&#39;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&#39;enregistrement EEG pour l&#39;enregistrement EEG au cours de la IMAT, qui peut être spécifiée par l&#39;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&#39;échantillonnage net de tout le cuir chevelu et avec au minimum de 64 capteurs, si les analyses d&#39;imagerie source sont à effectuer. </li><li> Appliquer le bouchon sur le cuir chevelu du participant et de vérifier l&#39;impédance du signal etqualité à chacun des capteurs. Portez une attention particulière à veiller à ce que les impédances des électrodes d&#39;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. </li><li> Synchroniser les enregistrements neurophysiologiques avec le logiciel de présentation du stimulus et le logiciel neurophysiologique d&#39;enregistrement selon les instructions du fabricant. </li><li> Enregistrer les signaux neurophysiologiques tandis que le participant effectue la tâche, veiller à ce que le logiciel d&#39;enregistrement a relevé précis de la synchronisation de chaque stimulus et la réponse pour une analyse ultérieure. </li></ol> 5. Analyse des données hors ligne <ol><li> Préparer les données neurophysiologiques pour l&#39;analyse statistique en utilisant un logiciel d&#39;analyse. </li><li> Tout d&#39;abord, supprimer des composants de signaux non-neuronaux qui contribueront à la variabilité neurophyenregistrements siologique de réponses du cerveau. <ol><li> Utilisez un filtre passe-haut de 0,1-1 Hz, pour enlever dérives lentes telles que celles causées par les changements d&#39;impédance des capteurs. </li><li> Utilisez un filtre passe-bas de 30-50 Hz pour éliminer les composants haute fréquence introduites par le bruit électrique. </li><li> Identifier les capteurs qui montrent des données non fiables, et les exclure ou interpoler les signaux. </li><li> 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&#39;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&#39;analyse, et de procéder, conformément aux normes en vigueur pour la recherche EEG 26,27. </li></ol></li><li&gt; 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&#39;électrodes peuvent ne pas avoir suffisamment d&#39;échantillonnage pour répondre aux hypothèses de cette technique 26,27. Dans ce dernier cas, la moyenne de l&#39;apophyse gauche et à droite peut fournir une référence plus précise. </li><li> Extrait suivant époques temporelles d&#39;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&#39;au moins 600 ms après le début de la stimulation. </li><li> La moyenne des données de toutes les époques qui tombent dans le même état - assisté, ignoré, et passivement perçue stimuli &amp;# 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. </li><li> Pour identifier le cours du temps de processus présents, comparer l&#39;amplitude et le calendrier, ainsi que la distribution spatiale de la réponse de l&#39;ERP après stimuli assisté, contre ceux pendant la condition passive. </li><li> Pour identifier le cours du temps d&#39;ignorer, de comparer l&#39;amplitude et le calendrier, ainsi que la distribution spatiale de la réponse de l&#39;ERP après stimuli ignorés, contre ceux pendant la condition passive. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Les processus liés à assister et à ignorer dans le contrôle de l&#39;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...

Attention, guides de contrôler le comportement en dirigeant nos ressources neuronales et cognitives vers des signaux de sélection d&#39;entrée, tout en limitant l&#39;accès à d&#39;autres signaux, basée sur un objectif de comportement donné 1. Par exemple, lors de la lecture d&#39;un livre, les signaux visuels correspondant à la livre sont les signaux de cibles à être améliorées, tandis que d&#39;autres signaux sensoriels - tels que la télé dans la chambre d&#39;à côté - sont des signaux détracteurs d&#39;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&#39;attention sélective, indiquant que la force d&#39;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&#39;ils assistent contre ignorant que l&#39;effet de modulation attention. D&#39;un intérêt croissant estla question de savoir si et comment les processus neuronaux de participation à contribuer au contrôle de l&#39;attention et ses déficiences, séparément des processus neuronaux d&#39;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&#39;amélioration de la cible. On ne sait pas actuellement si une diminution dans l&#39;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&#39;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&#39;effet de modulation attention: la différence d&#39;amplitude d&#39;une réponse sensorielle neural lorsque le particulier fréquente par rapport aux stimuli ignorant dans ce flux sensorielle. L&#39;effet l&#39;attention de modulation est un outil puissant pour détecter l&#39;attention sur la modulation des signaux sensoriels, mais il exclut la possibilité d&#39;évaluer la dynamique distincts de participation et les processus ignorant. A savoir, une différence dans les réponses sensorielles neurones lorsqu&#39;ils assistent contre ignorant pourrait survenir parce que le processus de l&#39;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&#39;ampleur et le moment d&#39;assister et d&#39;ignorer les processus peuvent être quantifiées séparément. Utilisation efficace d&#39;un tel contrôle passif dans la mesure fréquentant et en ignorant les processus ont été rapportés antérieurement dans les études de l&#39;attention et d&#39;anticipation 11-13 interactions mémoire attention 9,10,14-17. Nous décrivons ici l&#39;utilisation de cette approche dans le contexte d&#39;une attention soutenue, dans un non-indicé, continue, intermodal (c.-à-auditif-visuel) tâche d&#39;attention (IMAT) 18. En d&#39;autres termes, cette méthode est appropriée à l&#39;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&#39;accent sur ​​les processus qui ne sont pas spécialisés au sein d&#39;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&#39;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&#39;utilisation de la technique dans l&#39;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&#39;effet de modulation attention.

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

measurement of neurophysiological signals of ignoring and attending processes in attention control

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.

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&#39;Université de Californie, Los Angeles. Tous les participants ont donné par écrit leur consentement éclairé avant de participer à l&#39;ét...

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Measurement of Neurophysiological Signals of Ignoring and Attending Processes in Attention Control

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.

Mesure de signaux neurophysiologiques de Ignorant et Participer processus dans le contrôle de l&#39;attention

Attention control is the ability to selectively attend to some sensory signals while ignoring others. This ability is thought to involve two processes: ...

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Research

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9.0K vues.  University of California Los Angeles. 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. 

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Methods to Explore the Influence of Top-down Visual Processes on Motor Behavior

Kinesthetic awareness is important to successfully navigate the environment. When we interact with our daily surroundings, some aspects of movement are deliberately planned, while others spontaneously occur below conscious awareness. The deliberate component of this dichotomy has been studied extensively in several contexts, while the spontaneous component remains largely under-explored. Moreover, how perceptual processes modulate these movement classes is still unclear. In particular, a currently debated issue is whether the visuomotor system is governed by the spatial percept produced by a visual illusion or whether it is not affected by the illusion and is governed instead by the veridical percept. Bistable percepts such as 3D depth inversion illusions (DIIs) provide an excellent context to study such interactions and balance, particularly when used in combination with reach-to-grasp movements. In this study, a methodology is developed that uses a DII to clarify the role of top-down processes on motor action, particularly exploring how reaches toward a target on a DII are affected in both deliberate and spontaneous movement domains.

It is unclear how top-down signals from the ventral visual stream affect movement. We developed a paradigm to test motor behavior towards a target on a 3D depth inversion illusion. Significant differences are reported in both deliberate, goal-directed movements and automatic actions under illusory and veridical viewing conditions.

Méthodes pour explorer l&#39;influence de haut en bas Visual Processes sur le comportement du moteur

Kinesthetic awareness is important to successfully navigate the environment. When we interact with our daily surroundings, some aspects of movement are ...

Recherche

Sciences du comportement

The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, modifications to the standard task, can be used to systematically tax the neural systems controlling either attention or impulse control. Importantly, these challenges have consistent effects on behavior across laboratories in intact animals and can reveal either enhancements or deficits in cognitive function that are not apparent when rats are only tested on the standard task. The variety of behavioral measures that are collected can be used to determine if other factors (i.e., sedation, motivation deficits, locomotor impairments) are contributing to changes in performance. The versatility of the 5CSRTT is further enhanced because it is amenable to combination with pharmacological, molecular, and genetic techniques.

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. Test day challenges, which are modifications of the standard task, increase flexibility of the task and can be combined with other manipulations to more fully characterize behavior.

Le 5-Choix réaction Série Durée de la tâche: Une équipe de l&#39;attention et du contrôle des impulsions pour rongeurs

This protocol describes the 5-choice serial reaction time task, which is an operant based task used to study attention and impulse control in rodents. ...

Methods to Test Visual Attention Online

Online data collection methods have particular appeal to behavioral scientists because they offer the promise of much larger and much more representative data samples than can typically be collected on college campuses. However, before such methods can be widely adopted, a number of technological challenges must be overcome &#8211; in particular in experiments where tight control over stimulus properties is necessary. Here we present methods for collecting performance data on two tests of visual attention. Both tests require control over the visual angle of the stimuli (which in turn requires knowledge of the viewing distance, monitor size, screen resolution, etc.) and the timing of the stimuli (as the tests involve either briefly flashed stimuli or stimuli that move at specific rates). Data collected on these tests from over 1,700 online participants were consistent with data collected in laboratory-based versions of the exact same tests. These results suggest that with proper care, timing/stimulus size dependent tasks can be deployed in web-based settings.

To replicate laboratory settings, online data collection methods for visual tasks require tight control over stimulus presentation. We outline methods for the use of a web application to collect performance data on two tests of visual attention.

Les méthodes pour tester attention visuelle en ligne

Online data collection methods have particular appeal to behavioral scientists because they offer the promise of much larger and much more representative ...

Assessing the Multiple Dimensions of Engagement to Characterize Learning: A Neurophysiological Perspective

In a recent theoretical synthesis on the concept of engagement, Fredricks, Blumenfeld and Paris1 defined engagement by its multiple dimensions: behavioral, emotional and cognitive. They observed that individual types of engagement had not been studied in conjunction, and little information was available about interactions or synergy between the dimensions; consequently, more studies would contribute to creating finely tuned teaching interventions. Benefiting from the recent technological advances in neurosciences, this paper presents a recently developed methodology to gather and synchronize data on multidimensional engagement during learning tasks. The technique involves the collection of (a) electroencephalography, (b) electrodermal, (c) eye-tracking, and (d) facial emotion recognition data on four different computers. This led to synchronization issues for data collected from multiple sources. Post synchronization in specialized integration software gives researchers a better understanding of the dynamics between the multiple dimensions of engagement. For curriculum developers, these data could provide informed guidelines for achieving better instruction/learning efficiency. This technique also opens up possibilities in the field of brain-computer interactions, where adaptive learning or assessment environments could be developed.

This paper aims to describe the techniques involved in the collection and synchronization of the multiple dimensions (behavioral, affective and cognitive) of learners&#8217; engagement during a task.

Évaluer les multiples dimensions de l&#39;engagement à caractériser l&#39;apprentissage: une perspective neurophysiologique

In a recent theoretical synthesis on the concept of engagement, Fredricks, Blumenfeld and Paris1 defined engagement by its multiple dimensions: ...

Force and Position Control in Humans - The Role of Augmented Feedback

During motor behaviour, humans interact with the environment by for example manipulating objects and this is only possible because sensory feedback is constantly integrated into the central nervous system and these sensory inputs need to be weighted in order meet the task specific goals. Additional feedback presented as augmented feedback was shown to have an impact on motor control and motor learning. A number of studies investigated whether force or position feedback has an influence on motor control and neural activation. However, as in the previous studies the presentation of the force and position feedback was always identical, a recent study assessed whether not only the content but also the interpretation of the feedback has an influence on the time to fatigue of a sustained submaximal contraction and the (inhibitory) activity of the primary motor cortex using subthreshold transcranial magnetic stimulation. This paper describes one possible way to investigate the influence of the interpretation of feedback on motor behaviour by investigating the time to fatigue of submaximal sustained contractions together with the neuromuscular adaptations that can be investigated using surface EMG. Furthermore, the current protocol also describes how motor cortical (inhibitory) activity can be investigated using subthreshold TMS, a method known to act solely on the cortical level. The results show that when participants interpret the feedback as position feedback, they display a significantly shorter time to fatigue of a submaximal sustained contraction. Furthermore, subjects also displayed an increased inhibitory activity of the primary cortex when they believed to receive position feedback compared when they believed to receive force feedback. Accordingly, the results show that interpretation of feedback results in differences on a behavioural level (time to fatigue) that is also reflected in interpretation-specific differences in the amount of inhibitory M1 activity.

Controlling an identical movement with position or force feedback results in different neural activation and motor behavior. This protocol describes how to investigate behavioral changes by looking at neuromuscular fatigue and how to evaluate motor cortical (inhibitory) activity using subthreshold TMS with respect to the interpretation of augmented feedback.

Force et contrôle de position chez les humains - Le rôle de la rétroaction augmentée

During motor behaviour, humans interact with the environment by for example manipulating objects and this is only possible because sensory feedback is ...

Combined Invasive Subcortical and Non-invasive Surface Neurophysiological Recordings for the Assessment of Cognitive and Emotional Functions in Humans

In spite of the success in applying non-invasive electroencephalography (EEG), magneto-encephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) for extracting crucial information about the mechanism of the human brain, such methods remain insufficient to provide information about physiological processes reflecting cognitive and emotional functions at the subcortical level. In this respect, modern invasive clinical approaches in humans, such as deep brain stimulation (DBS), offer a tremendous possibility to record subcortical brain activity, namely local field potentials (LFPs) representing coherent activity of neural assemblies from localized basal ganglia or thalamic regions. Notwithstanding the fact that invasive approaches in humans are applied only after medical indication and thus recorded data correspond to altered brain circuits, valuable insight can be gained regarding the presence of intact brain functions in relation to brain oscillatory activity and the pathophysiology of disorders in response to experimental cognitive paradigms. In this direction, a growing number of DBS studies in patients with Parkinson&#39;s disease (PD) target not only motor functions but also higher level processes such as emotions, decision-making, attention, memory and sensory perception. Recent clinical trials also emphasize the role of DBS as an alternative treatment in neuropsychiatric disorders ranging from obsessive compulsive disorder (OCD) to chronic disorders of consciousness (DOC). Consequently, we focus on the use of combined invasive (LFP) and non-invasive (EEG) human brain recordings in assessing the role of cortical-subcortical structures in cognitive and emotional processing trough experimental paradigms (e.g. speech stimuli with emotional connotation or paradigms of cognitive control such as the Flanker task), for patients undergoing DBS treatment.

The present protocol aims at assessing cognitive-emotional functions in the basal ganglia by simultaneous neurophysiological recording of local field potentials and non-invasive brain cortical activity (EEG). The procedure is exemplified by the use of paradigms involving speech stimuli with emotional connotation or the Flanker task involving cognitive control.

Combiné Fonctions envahissantes et sous-corticales Surface non-invasive neurophysiologique Enregistrements pour l&#39;évaluation des fonctions cognitives et émotionnelles chez les humains

In spite of the success in applying non-invasive electroencephalography (EEG), magneto-encephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging ...

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be time-intensive and ambiguous to quantify beyond simple success rates. Here, we describe the training procedure for reach-and-pull tasks with ETH Pattus, a robotic platform for automated forelimb reaching training that records pulling and hand rotation movements in rats. Kinematic quantification of the performed pulling attempts reveals the presence of distinct temporal profiles of movement parameters such as pulling velocity, spatial variability of the pulling trajectory, deviation from midline, as well as pulling success. We show how minor adjustments in the training paradigm result in alterations in these parameters, revealing their relation to task difficulty, general motor function or skilled task execution. Combined with electrophysiological, pharmacological and optogenetic techniques, this paradigm can be used to explore the mechanisms underlying motor learning and memory formation, as well as loss and recovery of function (e.g. after stroke).

A paradigm is presented for training and analysis of an automated skilled reaching task in rats. Analysis of pulling attempts reveals distinct subprocesses of motor learning.

Enquête sur les processus d&#39;apprentissage de compétences du moteur avec une robotique manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be ...

Central and Divided Visual Field Presentation of Emotional Images to Measure Hemispheric Differences in Motivated Attention

Two dominant theories on lateralized processing of emotional information exist in the literature. One theory posits that unpleasant emotions are processed by right frontal regions, while pleasant emotions are processed by left frontal regions. The other theory posits that the right hemisphere is more specialized for the processing of emotional information overall, particularly in posterior regions.
Assessing the different roles of the cerebral hemispheres in processing emotional information can be difficult without the use of neuroimaging methodologies, which are not accessible or affordable to all scientists. Divided visual field presentation of stimuli can allow for the investigation of lateralized processing of information without the use of neuroimaging technology. 
This study compared central versus divided visual field presentations of emotional images to assess differences in motivated attention between the two hemispheres. The late positive potential (LPP) was recorded using electroencephalography (EEG) and event-related potentials (ERPs) methodologies to assess motivated attention. Future work will pair this paradigm with a more active behavioral task to explore the behavioral impacts on the attentional differences found.

This study compared central versus divided visual field presentations of emotional images to assess differences in motivated attention between the two hemispheres. The late positive potential (LPP) was recorded using electroencephalography (EEG) and event-related potentials (ERPs) methodologies to assess motivated attention.

Présentation du champ visuel central et divisée d’Images émotionnelles pour mesurer les différences hémisphériques dans Attention motivée

Two dominant theories on lateralized processing of emotional information exist in the literature. One theory posits that unpleasant emotions are processed ...

Gaze in Action: Head-mounted Eye Tracking of Children's Dynamic Visual Attention During Naturalistic Behavior

Young children's visual environments are dynamic, changing moment-by-moment as children physically and visually explore spaces and objects and interact with people around them. Head-mounted eye tracking offers a unique opportunity to capture children's dynamic egocentric views and how they allocate visual attention within those views. This protocol provides guiding principles and practical recommendations for researchers using head-mounted eye trackers in both laboratory and more naturalistic settings. Head-mounted eye tracking complements other experimental methods by enhancing opportunities for data collection in more ecologically valid contexts through increased portability and freedom of head and body movements compared to screen-based eye tracking. This protocol can also be integrated with other technologies, such as motion tracking and heart-rate monitoring, to provide a high-density multimodal dataset for examining natural behavior, learning, and development than previously possible. This paper illustrates the types of data generated from head-mounted eye tracking in a study designed to investigate visual attention in one natural context for toddlers: free-flowing toy play with a parent. Successful use of this protocol will allow researchers to collect data that can be used to answer questions not only about visual attention, but also about a broad range of other perceptual, cognitive, and social skills and their development.

Gaze in Action: Head-mounted Eye Tracking of Children&#039;s Dynamic Visual Attention During Naturalistic Behavior

Young children do not passively observe the world, but rather actively explore and engage with their environment. This protocol provides guiding principles and practical recommendations for using head-mounted eye trackers to record infants' and toddlers' dynamic visual environments and visual attention in the context of natural behavior.

Regard en Action : Head-mounted Eye Tracking d’Attention visuelle dynamique de l’enfant au cours de comportement naturaliste

Young children's visual environments are dynamic, changing moment-by-moment as children physically and visually explore spaces and objects and interact ...

Measurement of Spatial Stability in Precision Grip

The purpose of the protocol is to indirectly evaluate the direction of the finger force during manipulation of a handheld object based on the biomechanical relationships in which deviated force direction causes center of pressure (COP) replacement. To evaluate this, a thin, flexible, and high spatial resolution pressure sensor sheet is used. The system allows measurement of the COP trajectory in addition to the force amplitude and its temporal regulation. A series of experiments found that increased trajectory length reflected a sensorimotor deficit in stroke patients, and that decreased COP trajectory reflects a compensatory strategy to avoid an object slipping from the hand grip in the elderly. Moreover, the COP trajectory could also be decreased by dual task interference. This article describes the experimental procedure and discusses how finger COP contributes to an understanding of the physiology and pathophysiology of grasping.

The goal of this protocol is to measure the center of pressure (COP) replacement using a high spatial resolution sensor sheet to reflect the spatial stability in a precision grip. The use of this protocol could contribute to greater understanding of the physiology and pathophysiology of grasping.