気晴らしや中断によってワーキングメモリにおける干渉を調査するために、認知パラダイム

要約

小説の認知パラダイムがワーキングメモリタスク中に、出席することインタラプタによる干渉対ツー無視する不正解の選択肢によって干渉の行動と神経相関を解明するために開発されています。本稿では、このパラダイムのいくつかの変異体は、詳細で、より若い/高齢者では、このパラダイムを用いて得られたデータが見直されています。

要約

目標指向行動は、多くの場合、1つは、または他の（二次）タスクの目標の一部として注意が必要な情報を遮断することにより無視しようとすることに関係のない情報による気晴らしの形態のいずれかで、外部環境からの干渉によって損なわれています。外部干渉の両方の形態は、有害なワーキングメモリ（WM）の情報を維持する能力に影響を与えることが示されています。新たな証拠は、外部干渉のこれらの異なるタイプの行動に異なる効果を発揮し、異なる神経機構によって媒介され得ることを示唆しています。よりよい出席中断対無関係な気晴らしの明確な神経行動への影響を特徴づけることは、トップダウンの注意、外部干渉の解像度の理解を進めるために不可欠であり、これらの能力は、健康な老化および神経精神状態の劣化になる方法。この原稿が持つGazzaleyラボを開発した新規認知パラダイムを説明します今断続 -出席することに対不正解の選択肢を 、無視することに-により、干渉の行動と神経相関を解明するために使用されるいくつかの異なるバージョンに変更されて。詳細は、刺激の複雑さの複数のレベルで、視覚と聴覚モダリティでの干渉を調査するためにこのパラダイムの変異体に設けられており、脳波（EEG）のために最適化実験タイミングや機能的磁気共鳴画像（fMRI）の研究としています。また、若年層と高齢者の参加者は、このパラダイムを用いて得られたデータは、外部の干渉やワーキングメモリ内の干渉を解決するための年齢関連神経行動変化に関するより広範な文献との関係の文脈で検討し、議論されています。

概要

広範な文献は、外部環境^1-9からの干渉によってメモリ（WM）を作業中の情報の維持に損害を示しました。外部干渉は、2つの一般的なタイプに分類することができます。中断：別の（二次）タスクの目標の一部として注意が必要気晴らし、および干渉情報：無関係の一つは無視しようとする情報による干渉。内-参加のデザインを使用して、外部からの干渉のこれらのタイプを比較した研究は、外部干渉の処理および解像度で目標に焦点を当てたトップダウン注意の神経行動への影響の評価を可能にします。

最近、Gazzaleyラボは中断 '-出席することから'と 'に--無視する」ワーキングメモリタスクの設定で発生する気晴らしの比較を容易にするパラダイムを設計しました。このパラダイムから新たな証拠がextのこれらの異なるタイプを示唆していますernal干渉は行動に明確な効果を発揮し^、2-5,10,11別個の基礎となる神経機構を持っています。このパラダイムは、正常な老化^2,3,4,10,11における外部干渉処理の違いを明らかにしました。干渉の文脈における高齢化の赤字は、常に^5を発見していないものの、それはまた、顔やシーン^2,3,4,12の高レベルの視覚刺激、ドットkinematograms ^5,10,11の低レベルの視覚運動、との低レベルの聴覚の動きを使用して断続対ディストラクタによる干渉の識別メカニズムを持っています周波数は⁵掃引します。

外部干渉とエージング

高齢者は、若い成人^2,3,13-18よりもマイナスの影響を示すが、外部干渉は、生涯を通じてワーキングメモリに有害な影響を誘導します。高齢者も若い広告に比べて神経活動の異なるパターンを示しますultsこの干渉^3,4,17,21を解決しようとします。しかし、いくつかの研究では、干渉のような年齢関連行動^5,19,20または神経⁵の違いの証拠を見つけることはありません。

この問題は、現時点では未解決のままであるが興味深いことに、干渉の解決に高齢化の影響は、感覚モダリティによって異なるようです。視覚intrasensory干渉が広く（広範レビュー²²に要約）加齢性の低下を示すことが示されています。他の研究では、聴覚散漫^19,22,26-32の大幅な年齢関連の増加を実証しながら、これとは対照的に、多くの実験は、イントラ感覚聴覚障害^19,22-25中は年齢関連の障害を示唆しません。また、（キューとプローブの刺激間の一致または一致しない）妨害刺激の顕著性^2、および刺激の複雑さ（高または低処理負荷^）5は、干渉と相互作用することができます処理とタスクの目標と年齢全体でその違い。

ここで説明したパラダイムは、トップダウンの注意（タスクの目標の形で）と外部干渉刺激の解像度のメカニズムをプローブすることによって老化干渉文献を補足します。このパラダイムの視覚的な顔＆シーンバージョンからの証拠は、高齢者を無視不正解の選択肢^3,4の相対出席インタラプタにさらに大きな脆弱性を実証するとともに、高齢化と干渉型の間の相互作用を示しています。干渉これらのタイプの間の行動と神経の違いを特徴付ける制御能力は加齢に伴ってどのように変化するかを認知理解することが重要です。

なぜ高齢者は被出席することインタラプタ解決に悪化赤字を示していますか？高齢者は、彼らが提示されたときに断続の過度の処理によって損なわれ、または第一の目標関連のの表現を再活性化することができないことによるものです中断後に、または断続の長期処理によるtimuli彼らは³³本または関連なくなった後に？これらの質問に対処するために、現在のパラダイムのデザインは前、間、および干渉の異なるタイプの後の時点での神経活動の比較を可能にします。例えば、出席中断中活動に対する無視気晴らしによって誘発された神経活動を比較することによって、一つはワーキングメモリに干渉の解像度にトップダウン注意の具体的な影響を確認することができます。

いくつかの研究は、それぞれ、機能的磁気共鳴画像（fMRI）と脳波（EEG）を使用して、高空間分解能と時間分解能で両方の外部干渉の異なるタイプの神経相関を理解するために、この干渉パラダイムの複数のバリアントを実装しています。このパラダイムは、視覚と聴覚のドメインでの干渉との間の重要な違いを明確にするために使用されてきました干渉の刺激の複雑さと合同の、ならびに影響。ここでは、パラダイムの変異体は、詳細に記載されています。

プロトコル

以下の手順は、EEGやfMRIのとのペアリングのために最適化さ変動に、遅延認識ワーキングメモリに外部干渉の神経​​行動的側面を解明するために設計されたこの小説の認知パラダイムを実行する方法を列挙します。適切な治験審査委員会および/またはヒトの参加者審査委員会を介してデータ収集、完全に必要なすべての人間が参加者の研究の承認を開始する前に。

1.準備

1. 専用の刺激提示のコンピュータに、製造元の指示に従って、ダウンロードして、このようなE-首相、プレゼンテーション、またはPsychoPyなどの実験プレゼンテーションソフトをインストールしてください。
2. 実験応答のための適切なキーパッドを準備します。隣接する二つのキー（ 図1）に「YES」と「NO」のラベルを追加します。
   注：MRIを利用したこの実験のバージョンでは、MR互換のキーパッドを使用しています。
3. このPの聴覚バージョンについて製造業者の指示に従って、（EEGまたはMR互換、必要に応じてすなわち）、及び65デシベル（dB）で快適なレベルである音圧レベル（SPL）、でプレゼンテーションのサウンドレベルを調整aradigmは、検査モダリティのための適切なヘッドフォンを用意します健聴個人用。
4. 高齢者との実験のために、適切にスクリーニング試験集団を選択するために、このようなビジョンや聴覚などの予備的な神経心理学的および感覚上映を行っています。
   1. Neuropscyhologicalスクリーニング
      1. 高齢者の認知機能障害をスクリーニングするための神経心理学的評価の電池を作成します。紙と鉛筆によってテストを管理し、またはコンピュータ上でテストするためのバッテリを適応させます。
         注：ミニ精神状態試験^{（MMSE）35、}グローバル劣化スコア^{（GDS）36を}含むことができるテスト、カリフォルニア言語学習検査^{（CLVT）37、}ディジットスパン^38,39、シンボルスパン^40、文字と数字の配列決定⁴¹、デリ·カプランエグゼクティブ機能システム（D-KEFS） -トレイルは、テスト^42、制御ワード協会試験^{（COWAT）43、44}となっています。
      2. すべての将来の大人の参加者に、このバッテリーを管理します。それぞれの得点のガイドラインに従ってすべてのテストのスコア。
      3. 健康な高齢者のために募集している場合、人口下記より大きく2つの標準偏差は、平均スコアと参加予定者を除外し、またはカスタム除外基準あたり。
   2. 視力検査
      1. 視覚実験では、参加者が通常のまたは訂正ツー正常視力を持っているかどうかを尋ねる予備調査票を用いて、通常のまたは訂正ツー正常視力のための画面のため。
      2. 、フォローアップスネレンチャート視力検査を実施し、正常または訂正·ツー·ノーマル（20/20またはそれ以上）のビジョンなしで参加者を除外します。
   3. 聴覚実験では、正常聴力のスクリーニング：
      1. 予備アンケートでは、WHEを求めますTHER参加者は、通常のまたは訂正ツー正常聴力を持っており、そうでない人を除外します。
      2. フォローアップするには、感度を聞くの客観的な測定値を得ます。いくつかの方法の一つで、ラボ聴力評価を行います：
         1. このような「uHear」として難聴スクリーニングテストアプリケーションを使用しています。このアプリケーションの自動計算された結果を用いて、「正常聴力」範囲外の感度を聞くと被験者を除外します。
         2. 昇順と降順の制限の方法により両耳で6,000 Hzの周波数範囲 - 250で聴力閾値を評価します。中等度の難聴を意味いずれかの耳のいずれかのテスト周波数で50デシベルよりも大きい平均聴力閾値、を有する個体は、除外されるべきです

2.実験デザイン

1. 三つの異なる干渉条件の下で遅延認識ワーキングメモリタスクを管理しますS（神経実験のための第四の基準条件）ブロック設計において（また図2及び表1を参照）。カウンターバランス順序（バランスラテン方格法をお勧めします）で、2回ずつ状態を繰り返します。試験の実験タイミングと数はパラダイムバリアントの間で異なることに注意してください。 表1に詳細なパラメータを利用しています。
2. ディストラクト刺激条件（DS）を無視：
   1. キュー刺激の表現を維持し続けながらキュー刺激を覚えていて、気が散る刺激を無視するようにプロンプ​​ト指示する参加者を表示します。プローブが刺激と一致しない場合、プローブ刺激が「NO」のキュー刺激に一致する場合、または「YES」に応答する参加者に指示します。
   2. キュー刺激を提示し、すぐに短い遅延（ディレイ1）が続きます。
   3. すぐに第2のショートディレイ（遅延2）続いて、干渉「伸延」刺激を、表示します。
      注意：参加者は、する必要はありません（とはならない）伸延刺激と相互作用します。
   4. プローブ刺激を提示し、応答を収集。
3. 中断刺激（セカン​​ダリタスク）条件（IS）に参加します：
   1. キュー刺激を覚えているし、その後表示される妨害刺激を用いた二次のタスクを完了するためのプロンプト指示参加者を表示します。ディスプレイの指示次のように二次のタスクを完了するために、「プレス中断刺激が判別基準のセットに一致する場合にのみボタン」。プローブが刺激と一致しない場合、プローブ刺激が「NO」のキュー刺激に一致する場合、または「YES」に応答する参加者に指示します。
      注：判別基準は、各パラダイムの変種ごとに異なる​​と、次のセクションに記載されています。
   2. すぐに短い遅延（ディレイ1）に続いてキュー刺激を提示。）干渉「断続」刺激Aを提示ND二（差別）タスクの応答を収集。続いて、第2のショートディレイ（遅延2）を提示。
      注：二次のタスクを完了すると、「断続」に注意が必要です。
   3. プローブ刺激を提示し、応答を収集。
      注：試験の10％がインタラプタが判別基準と一致するキャッチトライアルです。廃棄された臨床試験を補償するために、このブロックに追加の試験（10％）を追加します。による交絡運動反応に神経解析から、すべての漁獲試験を除外します。
4. いいえ干渉する刺激条件はありません（NI）：
   1. キュー刺激を覚えていて、心の中でそれを維持するために、参加者に指示するプロンプトを表示します。プローブが刺激と一致しない場合、プローブ刺激が「NO」のキュー刺激に一致する場合、または「YES」に応答する参加者に指示します。
   2. すぐに遅延が続くキュー刺激を提示。ブランクの上の中央固定クロスを表示遅延中creen。
   3. プローブ刺激を提示し、応答を収集。
5. ベースライン/パッシブビュー（または聞く）（のみ神経の実験のための）条件（PV / PL）
   1. 、ワーキングメモリパッシブビュー/参加者が受動的（/に耳を傾ける）表示したときに、ベースライン活性と比較しIS / DS状態の間に「強化」と神経活動の「抑制」の計算を可能にするために神経画像作業時の状態を聞く含めると刺激を妨害タスクの目標がありません。 （ 表2を参照してください。）
   2. プロンプト指示参加者を表示する受動的（/に耳を傾ける）すべてのビジュアル（/聴覚）タスク刺激を表示します。表示命令は、単純な弁別課題を完了します。
      1. 視覚作業については、（左または右）を表示矢印の方向に対応するボタンを押して、参加者に指示します。
      2. 聴覚タスクの場合、周波数に対応するボタンを押して、参加者に指示簡単に識別できる高（2キロヘルツ）の範囲または低い（0.5 kHzの）周波数の音スイープ（高または低）。
   3. 順次存在するか、またはキュー刺激、遅延1、妨害刺激、ディレイ2を表示します。
   4. プローブ刺激の代わりに矢印（視覚）や音声スイープ（聴覚）を提示し、参加者が（上記の）単純な弁別課題を完了すると応答を収集。

3.刺激

刺激の1。一般的製造

1. 以下に説明するカテゴリの刺激のセットを選択します（また、2と表図1を参照）。
2. 慎重テーマ別合同または不適合妨害刺激（下記注参照）で、一次作業記憶課題の刺激をペアリングするかどうかを決定します。
3. すべてのイメージがあることを確認してくださいサイズやリサイズワイド225ピクセル、背の高い300ピクセル（14×18センチ）に。
4. 本画像はfoveally、視覚ANGLの3度を従属します固定からの電子。
   注：fMRIの実験のために、一次作業記憶課題の刺激と調和しない使用干渉刺激、例えば、シーンワーキングメモリまたはその逆の時の顔の干渉。正確に顔やシーン特定の感覚皮質領域をローカライズするには、ワーキングメモリの実験の前のfMRIローカライザータスクを適用します。そして、干渉パラダイムの間に、同時にワーキングメモリキュー刺激（ 例えば、シーン）にし、不適合干渉刺激に神経活動動態を解析するために、これらのシーンを使用し、選択的皮質領域に直面しています。 （ 例えば、顔）

2.高レベルの視覚刺激

1. 顔刺激のために、大規模な成人年齢範囲にわたって、中性式で、男性と女性の顔のグレースケールの写真から数百キュー/プローブ顔刺激を準備します。デジタル髪と耳を外し、顔の輪郭全体にぼかしを適用します。
2. シーン刺激のために、いくつかのフントを準備自然のシーンのグレースケール写真から赤キュー/プローブシーン刺激。
3. ディレイ1の後、シーンや顔からなる妨害刺激を提示します。試験の90％で、「40歳以上の男性の熟成」ではありません顔を提示します。試験の他の10％で、40歳以上の男性と高齢者である顔を提示します。
4. （キューとプローブの間に提示）妨害刺激を使用して、次の二次のタスクを完了するために、参加者に指示し、状態を「中断する参加」のため。顔を中断すると、40歳以上の男性と高齢者であれば、「YES」の応答に参加して下さい。

3.低レベルの視覚運動刺激

1. 中心窩を中心に75センチ視距離で視角の8度をなす（0.08度のx 0.08度ずつ）290空間的にランダムなグレースケールのドットを含む円形開口のキュー/プローブ刺激を作成します。
2. 100％の動き密着すると、ドットを移動表示運動の12の異なる方向（各部門における3）のいずれかで、毎秒10度の傾斜角度でNCE、。
3. 弁別閾値は、最初のエラーの試行時に到達されるように、すぐ下に、100％の精度を得られる視覚的弁別値を確立するために、適応型階段閾値化手順（2度ずつ）を使用します。
4. ディレイ1の後、反時計回りに円を描くように、ドットからなる妨害刺激を提示します。試験の90％に、高速試験の他の10％の上に「標準」の速度（毎秒10度）で、この動きをレンダリングします。
5. 条件を中断する出席では、次の二次のタスクを完了するために、参加者に指示する：中断スワールが速い場合は「YES」に応答します。

4.低レベルの聴覚運動刺激

1. ランダムに900と1100 Hzの間で選択されるミッド周波数の周波数範囲にわたって音の動きスイープのキュー/プローブ刺激を作成します。構築しますサウンドモーション掃引周波数は、中間周波数から±0.5オクターブで中心周波数と端から±0.5オクターブで開始します。
2. （+0.5で開始し、-0.5オクターブで終わる）同じ「アップ」の部分（-0.5で開始し、0.5オクターブで終わる）と「ダウン」を提示する動き掃引刺激。
3. 65デシベルSPLの快適な聴力レベルにボリュームを調整します。
4. 閾値化：85％正しいパフォーマンスで聴覚弁別精度を確立するために、適応ゼストプロシージャを使用します。
5. ディレイ1の後、シングルトーンからなる妨害刺激を提示します。試験の90％の周波数は2kHzのトーン、および試験の他の10％に2.3 kHzで音を再生します。
6. 条件を中断する出席には、次の二次のタスクを完了するために、参加者に指示：トーンを中断することは、より高い周波数のキュー（2.3 kHzの）がある場合に対応しています。

5.プローブ刺激

1. すべてのWMの作業については、次のことを確認プローブ刺激の50％がキューに一致します。
2. 閾値判定レベル5,10,11の低レベルのモーションタスクでは、参加者の閾値化刺激識別レベルの絶対値で、キューと異なること、キューと一致していないプローブ刺激の50％を設定します。
   注：しきい値は、参加者の視覚的な識別レベルを設定している場合例えば、10度であるためには、45度（50％の試験に一致）または45±10度のいずれかで移動プローブ45度に移動する視覚運動手がかりをペアリング（35または55度、50％の試験に関する各非一致）。

4.干渉条件の比較

1. 中、および干渉の異なる種類の後に、前の重要な時点での行動性能と神経活動を比較するために、SPSSなどの統計ソフトウェアを使用してください。
   注：いくつかのマニュアルはオンラインで簡単なSTATISTICAを使用して実行する方法を説明したステップバイステップの手順とスクリーンショットを提供しますlはSPSSで分析します。
   1. 無干渉条件（ 図4）中のパフォーマンスに比べて干渉条件の間にワーキングメモリの精度と応答時間を対照することによって行動のパフォーマンスに中断対気晴らしの影響を計算します。例えば、対応のあるt検定は、任意の2つの干渉（またはベースライン）の条件の間の精度やRTを比較するために使用することができます。
      注：2つの特定のタスクの状態の間のt検定の比較の前に、反復測定ANOVAは、パラダイムのすべての作業メモリの条件にわたって比較することをお勧めします。
   2. ニューロイメージング研究、前処理のためのモダリティ、関心の対策のための適切なpiplineに応じてデータを処理します。
      1. ソフトウェアの指示を使用して脳波研究、EEGLABまたは任意のソフトウェアパッケージを使用してプロセスのEEGデータ、および処理の流れをお勧めします。
      2. ソフトウェアPACとのfMRI研究のために、プロセスのfMRIデータ選択（等AFNI、SPM、FSL、など）の影、ソフトウェアの取扱説明書および推奨処理ストリームを使用。
   3. ワーキングメモリ中の干渉の結果としての神経活動の変調を評価するために、統計的にこのように基本的な知覚処理のために制御する受動的なビュー（/聞く）条件、（ 図4）の間に神経活動にこれらの条件における神経データを対比。
      1. 正の値は常にベースライン上でより強調またはベースライン以下でより抑制を示すように測定値を計算します。 P100は、受動的に見て刺激（PV）により誘発されることから気が散る刺激（DS）に定量化された神経活動を減算することによって神経抑制を計算する（ すなわち ：PV - DS）。 （ 例 ：IS - PV）が中断刺激により誘発されることから、ベースライン受動的に見て刺激に定量化されたBOLD活動を減算することでのfMRIの向上を（IS）を計算します。
   4. 統計的ワーキングメモリにおける干渉の異なる種類の解像度にトップダウン注意の具体的な影響を確認するために開始するために出席した中断中の活動に対する無視気晴らしによって誘発される神経変調を比較します。

結果

この干渉のパラダイムは（概要については表2を参照）若いと高齢者でワーキングメモリに明確な行動への影響に関する重要な知見と気晴らしや中断の神経機構の生成を可能にしました。

行動。行動的には、既存の文献に沿って、中断は一貫ワーキングメモリのパフォーマンス^{2-5、10,11,12}の気晴らしに対する大きな悪影響を与えます。高?...

ディスカッション

小説の認知パラダイムは、気晴らしや中断により作業メモリ干渉の調査において有効性を示しました。このパラダイムとそのいくつかの変異体は、感覚モダリティ、刺激の複雑さのレベル、および画像化法を横切っての使用を拡張する、詳述されます。

実験を開始する前に、事前に画面のすべての参加者に適切な認知と知覚能力を確保します。低レベルの知覚刺激を用?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Computer for stimulus presentation	Dell	Optiplex GX620	hardware/software requirements will vary based on stimulus presentation software
Cathody Ray Tube (CRT) monitor	ViewSonic	G220fb	21"; recommended due to its superior latency relative to that of LCD monitors in displaying visual stimuli; chair should be positioned 75 cm away
E-Prime software	Psychology Software Tools, Inc.	E-Prime 2.0 Standard	a different experimental presentation software can be used in place of E-Prime (e.g. Presentation (Neurobehavioral Systems), or PsychoPy (open-source); E-Prime and Presentation are compatible with Microsoft Windows, PsychoPy is compatible with Microsoft Windows, Mac OS X, and Linux)
Keyboard/response pad for Behavioral or EEG experiments	Keyboard: Razer; Response Pad: Cedrus	Keyboard: BlackWidow Ultimate; Response Pad: RB-830	any standard computer keyboard is acceptable, though response pads may offer more precise timing (ie: Cedrus RB-830 guarantees 1 ms resolution)
Keyboard/response pad for MRI experiments	Curdes	Package 904	ensure that keypad is MR-compatible
Headphones (for auditory behavioral experiments)	Koss	UR29
EEG-compatible Headphones (for auditory EEG experiments)	Etymotic	ER3-50; ER3-21; ER3-14A
MRI-compatible Headphones (for auditory MR experiments)	Etymotic	SD-AU-EAER30