מדידה של אותות חשמליים מהתעלמות והשתתפות בתהליכי בקרת קשב

Summary

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.

Abstract

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

התנהגות מדריכי שליטת תשומת לב על ידי הפניית המשאבים העצביים והקוגניטיבי שלנו כלפי אותות קלט בחרו, תוך הגבלת גישה לאותות אחרים, המבוסס על מטרת התנהגות נתון ^1. לדוגמא, בעת קריאת ספר, האותות החזותיים המתאימים לספר הם אותות היעד להיות משופרים, ואילו אותות חושיים אחרים - כגון הטלוויזיה בחדר הסמוך - הם אותות מסיח שנחלשו. הקלטות בשני קופי אדם ושאינם בני אדם ^1-4, מצביעות על כך שתגובות עצביות בקליפת המוח התחושתית משופרות למטרות השתתפו ביחס למסיחים התעלמו במהלך קשב סלקטיבי, מצביעים על כך שהכח של תשומות חושיות במוח מווסת כפונקציה של האם הם מסווגים כיעדים או מסיחים ^5-7. אנו מתייחסים לזה הבדל בעוצמת אות כאשר השתתפות לעומת התעלמות כהשפעת אפנון תשומת לב.

של הגדלת ריבית היאהשאלה אם וכיצד התהליכים העצביים של השתתפות לתרום לשליטת תשומת לב וליקוייה, בנפרד מהתהליכים העצביים של התעלמות. זה ברור יותר ויותר כי היכולת להתעלם הסחות דעת יכולה להיפגע באופן עצמאי מהיכולת שלנו להשתתף במטרות. לדוגמא, מסיח-דיכוי יכול להיפגע עם עומס מוגבר משימה ^8, הזדקנות קוגניטיבית ⁹ ומניעת שנת ^10, ללא הפחתה בשיפור היעד. לא ידוע כרגע אם הפחתה בשיפור היעד יכול להתקיים גם ללא גירעון בדיכוי מסיח. אולי חשוב יותר, היא לא נפתרה אם גירעונות של שני המטפלים או התעלמות, אבל לא את שניהם, יכול להבהיר תנאי נוירו-פסיכיאטריים שבו שליטת תשומת לב הינה פגומה. ככזה, הוא בעל ערך כדי להבין טוב יותר אם השתתפות והתעלמות נובע ממסלולים בקליפת המוח להפרדה, אם ואיך הם שונים בדינמיקה עצבית. על ידי מדידת השתתפות והתעלמות תהליכים בנפרד, ניתן לטפל שאלות כאלה.

כאן אנו מתארים מתודולוגיה למדוד את אותות neurophysiological של השתתפות והתעלמות בנפרד, אבל במקביל, בקשב מתמשך. גישה זו מתבססת על אפקט אפנון תשומת לב: ההבדל במשרעת של תגובה חושית עצבית כאשר הפרט הוא השתתפות לעומת התעלמות לגירויים שבזרם חושי. השפעת אפנון תשומת לב היא כלי רב עוצמה לאיתור תשומת לב אפנון על אותות חושיים, אבל זה מונע את היכולת להעריך את הדינמיקה נפרדת של השתתפות והתעלמות תהליכים. כלומר, הבדל בתגובות חושיות עצביות כאשר השתתפות לעומת ההתעלמות עלולה להתעורר בגלל התהליך של תשומת לב משפר אותות יעד חושיים, או בגלל התעלמות מדלדלת את אותות מסיח חושיים, או שניהם. כדי לבחון בין חלופות אלה, השימוש במצב שליטה נוסף נדרש בי אחד מכמת את החוזק,שעות של תשומות חושיות בתחילת המחקר הטבעית שלהם, כאשר הם לא השתתפו ולא להתעלם ממנה. זה דומה להליכה ברחוב סואן מלא במכוניות, אך לא באופן פעיל צופה (למשל, למונית) ולא באופן פעיל תוך התעלמות (למשל, מכוניות שאינן מונית ואוטובוסים) מכוניות החולפות. לפי הערכת אותות חושיים ההשתתפו או להתעלם ממנו, ביחס למצב פסיבי התייחסות, הגודל ועיתוי של השתתפות והתעלמות תהליכים ניתן לכמת בנפרד.

שימושים יעילים של שליטה כזאת פסיבית במדידת תהליכי השתתפות ומתעלמים כבר דווחו בעבר במחקרים של תשומת לב מקדימה ^11-13 ואינטראקציות זיכרון-לב ^9,10,14-17. כאן אנו מתארים את השימוש בגישה זו בהקשר של קשב מתמשך, ברמז שאינו, רציף, intermodal משימת תשומת לב (כלומר, שמיעתית-חזותית) (IMAT) ^18. במילים אחרות, שיטה זו היא מתאימה ללימוד ראט המתמשךאה מ תהליכי בקרת הכנה, המאפשר מעקב אחר התהליכים אלה על פני זמן. שיטה זו גם מכמתת תהליכי בקרה שלווסת תגובות חושיות על פני שיטות חושיות שונות (כלומר, שמיעתיות לעומת חזותי), ובכך מתמקדת בתהליכים שאינם מתמחים בתחום חושי או תוכן מסוים. בניגוד להדמיה בתהודה מגנטית תפקודית קודמת לומדת ^15,19,20, מסלולים בשיטה זו השתתפות והתעלמות תהליכים באמצעות איתותי neurophysiological זמנית נפתרו (electroencephalography, EEG), ובכך לספק רזולוציה אלפית שנייה בפרופילים זמניים של השתתפות והתעלמות תהליכים. תוצאות הנציג שלנו להדגים את השימוש בטכניקה בזיהוי ראיות ישירות למקורות להפרדה קליפת המוח ודינמיקה זמנית של התהליכים העצביים של השתתפות והתעלמות, ותרומות ייחודיות להשפעת אפנון תשומת לב.

Protocol

הערה: פרוטוקול מחקר זה פותח בהתאם להנחיות האתיות אושרו על ידי המועצה לביקורת המחקרית באוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס.

1. הכנת שמיעתית וגירויים חזותיים

1. שימוש בתוכנה שבה יכולים להיות שנוצרו דימויים חזותיים, ליצור שתי שבכות סינוסואידה קנה המידה אפורות, כ 5.7 אינץ 'בקוטר של כל תדר (לדוגמא, 1.36 מחזורים / תואר של זווית ראייה). התמונות יהיו משך 100 אלפיות שניים על המסך.
   1. הטה אחד התיל על 10 מעלות חזותיות מייד את החציון, ולהטות את אחרים צורם את אותה כמות בצד השמאל של צורם.
   2. ודא כי מידת ההטיה היא מספיק כדי לאפשר למשתתפים להבחין הטיה שמאלה מהטיה נכונה מבלי להסתמך על ניחושים.
2. שימוש בתוכנה שבה יכולים להיות שנוצרו גוונים שמיעתיים, ליצור שני גוונים טהורים של 100 אלפיות שני משך.
   1. Mמתקין אחד מהגוונים של המגרש גבוה והאחר של המגרש תחתון. לדוגמא, המגרש אחד יכול להיות 750 הרץ והרץ 900 האחר.
   2. באשר לגירויים החזותיים, להבטיח שהם מספיק הגוונים שונים כך שהמשתתפים יכולים להבחין ביניהם מבלי להסתמך על ניחושים.

2. תכנות של גירוי המצגת

1. שימוש בתוכנת מצגת, ליצור קוד המחשב שישלטו בהצגת הגירויים השמיעתיים וחזותיים במהלך הניסוי.
   1. ראשית בחר את מספר הגירויים שיוצג. הווה לפחות 150 של כל אחד מגירויים חזותיים ושמיעתיים לתנאי ניסוי, כדי להבטיח שיש מספיק חזרות לתגובת neurophysiological אמינה.
   2. גירויים חזותיים הווה מרכזי על רקע אפור, עם המשתתף יושב במרחק צפייה נוח. להציג את הגירויים השמיעתיים דרך רמקולים ממוקמים משני צדי חלוקי הנחלn.
      הערה: גירויים חזותיים אנו ממליצים רקע אפור, עם ערכי RGB בנקודת האמצע (128128128) בין לבן טהור (255255255) ושחור טהורים (0,0,0), עם הלבן ושחור בשימוש בדור של סינוסואידה גירויים. הדבר מבטיח כי הבהירות הממוצעת של הרקע והגירוי היא דומה, ולעומת זאת היא קבועה בין כל נקודה בגירוי והרקע.
   3. לכל אחד מגירויים שמיעתיים וחזותיים, באופן עצמאי לבחור את העיתוי לגירויים.
      הערה: זה מונע ממשתתפים מצפים גירויים המבוססים על מערכות יחסים זמניות בין שני הזרמים.
   4. השתמש מרווח בין גירוי (ISIS) בסך של כ 1 שניות בין מצגות רציפות של גירויים מאותו הערוץ. איטי ISIS יהפוך את המשימה תובענית יותר על ערנות, ISIS מהר יותר יכול לעשות את זה בלתי אפשרי עבור משתתפים לעשות את התגובות שלהם בזמן.
   5. להשתנות ISI המדויקת באופן אקראי בטווח, כגון 0.7-2 שניות, ללהפוך את הגירויים בלתי צפויים למשתתפים, מניעת תגובות עצביות הקשורים בציפייה.
   6. בגלל אינטראקציות בין-מודאלי יכולות לנבוע מבו זמנית או כמעט בו זמנית הציגו ^21,22 גירויים, לשמור ISI בין גירויים משני זרמים שונים בלא פחות מ -300 מילים-שני.
2. ודא שהגירויים השמיעתיים וחזותיים מופיעים להתרחש רציף למשתתפים, אבל אף פעם לא שיתוף מתרחש.
3. אחרון, לחלק את הגירויים למקטעים של עשרים וחמש. מגזרים אלה יהיו קדמו אחת משלוש הוראות משימה שנבחרו באקראי, שתוארו בסעיף הבא.

3. הוראת משימה

1. לכוון את המשתתף למשימה לפני איסוף אמצעים חשמליים ממוח.
   1. להורות למשתתפים להשתתף ולהגיב לצלילי השמיעה ולהתעלם מהגירויים החזותיים כאשר ההוראה היא "תשמע". להציג הוראה ב זהoth באמצעות אודיו ואמצעים חזותיים.
   2. להקצות שני כפתורים למשתתפים לעשות תגובות לכל טון. לדוגמא, "לחץ על החץ השמאלי אם הטון הוא גבוה, וחץ ימינה אם הטון הוא נמוך", כאשר ההוראה היא "תשמע".
   3. כמו כן, להורות למשתתפים להשתתף ולהגיב לשבכות חזותיות ולהתעלם מהגירויים השמיעתיים כאשר ההוראה היא "תראה".
   4. להקצות שני כפתורים למשתתפים לעשות תגובות לשבכות חזותיות. לדוגמא, "לחץ על החץ השמאלי אם הצורם מוטה לשמאל, והחץ ימינה אם הצורם מוטה לשמאל".
      1. השתמש באותו שני כפתורים לגירויים חזותיים כלגירויים שמיעתיים כדי לשפר את ההתערבות בין השיטות ולכן הצורך להעסיק מנגנוני בקרת תשומת לב.
   5. לבסוף, להורות משתתפים לעשות שום תגובות כאשר ההוראה היא "פסיבית", אך להבטיח שמשתתפים לשמור על העיניים שלהם פתוחים וממוקדים על המסך.
2. לאורך כל פגישת המשימה, לסירוגין ההוראות ל" תקשיב "ו-" תראה "בין המגזרים לעבור לערוץ השתתף בעבר כדי להיות רלוונטי, ובכך הופך אותו מסיח חזק.
3. להזכיר למשתתפים לשמור על העיניים שלהם מקובעים על אמצע המסך, או נקודה קטנה או כוונת הוצגה במיקום של הגירוי החזותי, וכדי לשמור על העיניים שלהם פתוחים לאורך כל הניסוי.
4. לבנות בשמונה עד עשר הפסקות השניה בין מגזרים למיתון השפעות של עייפות, לאפשר למשתתפים לנוח עיניהם, כמו גם הפסקות דקות 1-2 יותר מדי דקות 6-8.
5. לבסוף, לספק כל משתתף עם תרגול מספיק כדי לוודא שהם מבצעים את המשימה בצורה נכונה. זה עשוי להיות מועיל, במיוחד עבור משתתפים שיש להם קשיי תשומת לב, לתרגל החזותי ושמיעתיות משימות עם הזרם השתתף מוצג באניsolation, ללא הצגה המקבילה של זרם המסיח.

4. איסוף נתונים הנוירופיזיולוגי

1. ברגע שהמשתתפים מכירים את המשימה, להתחיל אוסף של תגובות neurophysiological לאותות השתתפו והתעלמו במהלך IMAT.
2. הכן את electroencephalography כובע (EEG) וציוד הקלטה על פי הוראות יצרן, ובהתאם לתקני המתודולוגיה והפרסום הנוכחיים למחקר EEG ^26,27.
   הערה: פרמטרים הקלטת EEG חשובים להקלטת EEG במהלך IMAT, שיכול להיות משתמש שצוין, כוללים: (א) קצב דגימה של 128-1,024 הרץ, כדי ללכוד את התדירות נמוכה של אותות ה- ERP; (ב) לסירוגין הקלטה נוכחית (AC) כדי למזער להיסחף איטי; רשת עם דגימה של כל קרקפת ועם במינימום של 64 חיישנים, אם ניתוחי הדמיה המקור הם שיש לבצע (ג).
3. החל הכובע לקרקפת של המשתתף ולאמת עכבת אות ואיכות בכל אחד מהחיישנים. להקדיש תשומת לב מיוחדת על מנת להבטיח שעכבות של אלקטרודות ההקלטה הן אחידות ובטווח המומלץ על ידי יצרן.
   הערה: בשלב זה, גם להוסיף כל מכשירי מדידה פיזיולוגית נוספים אם רוצה לאסוף אותות פיסיולוגיים שאינם עצביים כגון נשימה או דופק.
4. לסנכרן את הקלטות neurophysiological עם תוכנת מצגת גירוי ותוכנת הקלטת neurophysiological לפי הוראות יצרן.
5. רשום את אותות neurophysiological בעוד המשתתף מבצע את המשימה, על מנת להבטיח שיש לו את תוכנת הקלטת רישום מדויק של העיתוי של כל גירוי ותגובה לניתוח שלאחר מכן.

5. ניתוח נתונים מקוון

1. הכן את נתוני neurophysiological לניתוח סטטיסטי באמצעות תוכנת ניתוח.
2. ראשית, להסיר רכיבי אות שאינן עצביים שיתרמו לשונות neurophyהקלטות siological של תגובות מוח.
   1. שימוש במסנן גבוה לעבור של 0.1-1 הרץ, כדי להסיר ערימות איטיות כגון אלה הנגרמים על ידי שינויים בעכבה של החיישנים.
   2. שימוש במסנן נמוך לעבור של 30-50 הרץ כדי להסיר רכיבי תדר גבוהים שהוצגו על ידי רעש חשמלי.
   3. לזהות חיישנים שמראים נתונים לא אמינים, ולא לכלול אלה או לשרבב את האותות.
   4. לזהות ולחסל רכיבי רעש נדירים גדולים כגון artefact שרירים מהתכווצות לסת או תנועות של המצח, ותרומות שיטתיות, שאינן עצביות, כגון תנועות עיניים.
      הערה: אלגוריתמים אופייניים להסרת רכיבים שאינם עצביים כוללים ניתוח עצמאי רכיבים ורגרסיה, כמו גם אלגוריתמים איטרטיבי המבוססים על קריטריונים מפורשים בחירה (למשל, שינויי מתח שיעלו על סף). פעל לפי הנחיות של תוכנת ניתוח זמינה, ותפעל בהתאם לסטנדרטים הנוכחיים למחקר EEG ^26,27.
3. ברגע שרכיבים שאינם עצביים עיקריים של נתונים neurophysiological הוסרו, מחדש התייחסות נתונים בכל אלקטרודה על ידי הפחתה מכל חיישן הממוצע על פני כל חיישנים האחרים או ממוצע בערוצי צדע ימין ועל שמאל.
   הערה: זה צעד מחדש מבטא את ההשפעות בכל חיישן ביחס להתייחסות ניטראלית שהנחה הוא להכיל אפס אותות עצביים.
   הערה: מצרפי אלקטרודה דלילים לא יכולים להיות דגימה מספיק כדי לענות על ההנחות של טכניקה זו ^26,27. במקרה האחרון, הממוצע של הצדע ימני והשמאלי עשוי לספק התייחסות מדויקת יותר.
4. תקופות זמניות התמצית הבאה בסך של כ 1 שניות מקיפות כל שמיעתית וחזותי מוצגות כל אירוע. כולל 100 אלפיות שניים שקדמו להופעת הגירוי לשמש מרווח תחילת המחקר ולפחות 600 אלפיות שניות הבאים הופעת הגירוי.
5. ממוצע הנתונים מכל התקופות שנופלות לאותו מצב - השתתף, התעלם, ופסיבי נתפס גירויים ו# 8212; כדי לחשב את ממוצע פוטנציאל עורר תגובה או "ERP". להפחית את הממוצע של הנתונים בבסיס טרום הגירוי מחדש להביע אמפליטודות ERP כשינויים ביחס לאות מראש הגירוי.
6. כדי לזהות את הקורס של תהליכי השתתפות הזמן, להשוות את המשרעת ועיתוי, כמו גם פריסה המרחבית של תגובת ERP לאחר גירויים השתתפו, נגד אלה במצב הפסיבי.
7. כדי לזהות את הקורס של התעלמות הזמן, להשוות את המשרעת ועיתוי, כמו גם פריסה המרחבית של תגובת ERP לאחר גירויים התעלמו, נגד אלה במצב הפסיבי.

תוצאות

פרוטוקול IMAT כבר השתמש בעבר כדי לזהות את התרומה הייחודית של השתתפות והתעלמות תהליכים למהירות תגובה בקשב מתמשך ^18. במחקר זה, שבדקנו 35 אנשים ימניים בריאים (22 נקבה, גיל: X = 21.0, σ = 5.4), גויס באמצעות בריכת נושא המחלקה לפסיכולוגיה באוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס. כל המ?...

Discussion

תהליכים הקשורים להשתתפות ולהתעלמות בשליטת לב עשויים להיות כרוכים במסלולים עצביים שונים וקורסי זמן. לכן, זה הוא בעל ערך למדידת תהליכים אלה בנפרד. IMAT הוא כלי, שבאמצעותו ניתן ללכוד אותות neurophysiological של השתתפות והתעלמות בנפרד, אבל במקביל, בקשב מתמשך. השלבים הקריטיים כוללי?...

Materials

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.