Измерение нейрофизиологических сигналах Игнорирование и приду процессов во внимание контролю

Резюме

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.

Аннотация

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.

Введение

Внимание направляющие управления поведением, направляя наши нейронные и когнитивные ресурсы на некоторых входных сигналов, в то время как ограничение доступа к другим сигналам, на основе заданной цели поведенческого ^1. Например, при чтении книги, визуальные сигналы, соответствующие книги являются целевые сигналы быть повышена, в то время как другие сенсорные сигналы - такие как телевизор в соседней комнате - это дистрактор сигналы ослабляются. Записи в обоих человека и приматов ^1-4, показывают, что нервные реакции в коре сенсорных усиливаются за участие целей по отношению к игнорируемых дистракторов во селективного внимания, указывая, что сила сенсорных входов в головном мозге модулируется в зависимости от того, они классифицируются в качестве мишеней или отвлекающих ^5-7. Мы называем эту разницу в силе сигнала, когда идет против игнорирования как эффект внимание модуляции.

Все больший интерес вызываютВопрос о том, и как нейронные процессы посещать способствовать контролю внимания и его нарушений, отдельно от нервных процессов, игнорируя. Становится все более очевидным, что способность игнорировать отвлекающие может быть нарушена независимо от нашей способности принять участие целей. Например, дистрактор-подавление может быть нарушена с повышенной нагрузкой задач ^8, когнитивной старения ⁹ и лишение сна ^10, без декремента в повышение целевой. Это в настоящее время не известно, если декремент в повышении целевой могут существовать без дефицита в подавлении дистрактор. Возможно, что еще более важно, он не устранена ли дефицитов либо посещать или игнорирование, но не оба, может выяснить психоневрологические условия, в которых контроль внимание нарушениями. Как таковая, она является ценным, чтобы лучше понять ли посещать и игнорируя возникают из разделяющимися корковых путей, если и как они отличаются в динамики нейронной активности. Измеряя участие иигнорируя процессы отдельно, такие вопросы могут быть решены.

Здесь мы опишем методику измерения нейрофизиологических сигналов посещать и игнорируя отдельно, но одновременно, в постоянном внимании. Этот подход основывается на эффекте модуляции внимание: разница в амплитуде нервной сенсорной ответ, когда индивид лечащим против игнорирования на стимулы в этом сенсорного потока. Эффект внимание модуляции мощный инструмент для обнаружения внимания модуляции над сенсорных сигналов, но исключает возможность оценить динамику отдельных посещать и игнорируя процессы. А именно, разница в нервных сенсорных реакций при посещении сравнению игнорируя может возникнуть из-за процесс внимания повышает сенсорные сигналы цели, или из-за игнорирования ослабляет сенсорные сигналы дистрактор, или оба. Чтобы проверить между этими альтернативами, использование дополнительного условия управления требуется, в которых один определяет количество strengtч сенсорных входов в их естественной базовой, когда они не являются ни присутствовали ни игнорировать. Это похоже на прогулки по оживленной улице, полной автомобилей, но ни активно заниматься не (например, такси), ни активно игнорируя (например, не-такси автомобили и автобусы) проходящие автомобили. По оценке сенсорные сигналы, которые присутствовали или игнорируются, по сравнению с пассивной контрольной состоянии, величине и сроках посещения, игнорируя процессы могут быть количественно отдельно.

Эффективные использования такого пассивного контроля в измерении, посещающих и игнорируя процессы были сообщалось ранее в исследованиях упреждающего внимания и памяти ^{11-13-взаимодействий} внимания ^9,10,14-17. Здесь мы опишем использование этого подхода в контексте устойчивого внимания, в не-подают реплики, непрерывного, интермодальные (т.е., слуховой визуальной) внимание задача (имать) ^18. Другими словами, этот метод подходит для изучения текущей Ратэ чем подготовительных процессов управления, что позволяет для отслеживания этих процессов во времени. Этот метод также количественно процессы управления, которые модулируют сенсорных ответов через различных сенсорных модальностей (то есть, по сравнению с визуальным слуховых), таким образом, сосредоточив внимание на процессы, которые не являются специализированными в пределах определенной сенсорной области или содержимого. В отличие от предыдущих функциональная магнитно-резонансная томография изучает ^15,19,20, этот метод треки участие и игнорируя процессы, используя разрешенные временно нейрофизиологических сигналов (электроэнцефалография, ЭЭГ), обеспечивая тем самым точность до миллисекунд на временных профилей участие и игнорируя процессы. Наш представитель результаты демонстрируют использование метода в выявлении прямых доказательств для разделяющимися корковых источников и временной динамики нервных процессов посещать и игнорирование, и уникальный вклад в эффект модуляции внимание.

протокол

ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол исследования был разработан в соответствии с этическими принципами, утвержденными исследуемого наблюдательный совет Калифорнийского университета Лос-Анджелесе.

1. Подготовка слуховых и зрительных раздражителей

1. Использование ПО, в котором визуальные образы могут быть сгенерированы, создайте два серых масштаб синусоиды решетки, примерно 5,7 дюйма в диаметре и любой частоты (например, 1,36 циклов / степень угла зрения). Изображения будут иметь на экране продолжительность 100 мс.
   1. Наклон один из решеток около 10 визуальных градусов вправо выходной медианы, и наклон друга решетки такого же количества слева от решетки.
   2. Убедитесь, что степень наклона достаточно, чтобы позволить участникам выделить левую наклон от правой наклона, не полагаясь на догадки.
2. Использование ПО, в котором слуховые сигналы могут быть сгенерированы, создайте два чистых тонов 100 мсек.
   1. Маке одного из тонов более высокой поле, а другой из нижней поле. Например, один шаг может быть 750 Гц и 900 Гц с другом.
   2. Что касается визуальных раздражителей, убедитесь, что тоны достаточно различны, так что участники могут различать их, не полагаясь на догадки.

2. Программирование Стимул Презентация

1. Использование ПО презентация, создать компьютерную программу, которая будет контролировать презентацию слуховых и зрительных раздражителей во время эксперимента.
   1. Сначала выберите количество стимулов, которые будут представлены. Настоящее, по крайней мере 150 каждого из зрительных и слуховых раздражителей в экспериментальных условиях, чтобы гарантировать, что есть достаточно повторений для надежного нейрофизиологической ответ.
   2. Нынешние визуальные стимулы централизованно на сером фоне, с участника, сидящего на удобном расстоянии. Представьте слуховые стимулы через динамики, расположенные по обе стороны от осыпип.
      Примечание: Для визуальных раздражителей мы рекомендуем серый фон, со значениями RGB в средней точке (128128128) между чистый белый (255,255,255) и Pure Black (0,0,0), с белым и черным используется в генерации синусоиды стимулы. Это гарантирует, что средней яркости фона и стимула сопоставимы, и контраст является постоянным между любой точкой в ​​стимула и фона.
   3. Для каждого из слуховых и зрительных раздражителей, независимо выбрать время для раздражителей.
      Примечание: Это предотвращает участников от предвидя стимулы, основанные на временных отношений между двумя потоками.
   4. Используйте интервал между стимул (ISIS) примерно 1 сек между последовательными презентаций стимулов из той же модальности. Медленнее Isis сделают задачу более требовательны бдительности, быстрее ISIS может сделать невозможным для участников, чтобы сделать их ответов во времени.
   5. Vary точное ISI случайным в диапазоне, например, от 0,7 до 2 сек, чтобысделать стимулы непредсказуемо участников, предотвращая нервные реакции, связанные с ожиданием.
   6. Потому что кросс-модальные взаимодействия могут возникать из одновременно или почти одновременно, представлены раздражители ^21,22, держать ISI между стимулами из двух разных потоков на не менее чем 300 мс.
2. Убедитесь, что слуховые и визуальные стимулы, по всей видимости происходят чередованием участников, но никогда не совместно не происходит.
3. Последнее, разделить раздражители на сегменты двадцать пять. Эти сегменты будут предшествовать один из трех случайно выбранных инструкции задач, описанных в следующем разделе.

3. Задача Инструкция

1. Расположите участника к задаче до сбора нейрофизиологические меры активности мозга.
   1. Поручить участникам присутствовать и отвечать на слуховых тонов и игнорировать визуальные стимулы, когда инструкция "Слушай". Представьте эту инструкцию бдр через аудио и визуальных средств.
   2. Связать две кнопки для участников, чтобы ответы на каждый тон. Например, "пресс-стрелка влево, если сигнал является высоким, и стрелка вправо, если тон низкий", когда инструкция "Слушай".
   3. Точно так же, поручить участникам присутствовать и отвечать на визуальные решеток и игнорировать слуховые раздражители, когда инструкция "Взгляд".
   4. Связать две кнопки для участников, чтобы ответы на визуальных решеток. Например, "пресс-стрелка влево, если решетка наклонена влево, и стрелка вправо, если решетка наклонена влево".
      1. Используйте те же две кнопки для зрительных стимулов, как для слуховых раздражителей, чтобы повысить помехи между условиями и поэтому необходимости использования механизмов контроля внимания.
   5. Наконец, попросите участников не делают никаких ответов, когда инструкция "Пассивный", но убедитесь, чтоУчастники держать свои глаза открытыми и ориентированы на экране.
2. На протяжении сессии задач чередовать инструкции для "Listen" и "Взгляд" между сегментами для переключения ранее присутствовали модальность, чтобы быть неуместным, что делает его мощным дистрактор.
3. Напомните участникам держать свои глаза зацикливаются на середине экрана, или маленькая точка или перекрестие, представленной на месте визуального стимула, и держать свои глаза открытыми в течение всего эксперимента.
4. Встроенный восьми до десяти второй перерывах между сегментами для смягчения последствий усталости, позволит участникам отдохнуть своим глазам, а также более 1-2 мин перерывов каждые 6-8 мин.
5. Наконец, обеспечить каждому участнику достаточно практики, чтобы убедиться, что они выполняют задание правильно. Это может быть полезным, особенно для участников, которые испытывают трудности внимание, на практике визуальный и слуховые задач с участием потока представлены в Isolation, без одновременного представления потока дистрактор.

4. Нейрофизиологические сбора данных

1. После того, как участники знакомы с задачей, начинают сбор нейрофизиологических реакций на участие и игнорируемых сигналов во время имать.
2. Подготовка электроэнцефалография (ЭЭГ) и крышку регистрирующего оборудования в соответствии с инструкциями производителя, и в соответствии с действующими методическими и публикации стандартов для научных исследований ЭЭГ ^26,27.
   Примечание: Важные параметры записи ЭЭГ для записи ЭЭГ во время имать, которые могут быть указаны пользователем, включают в себя: (а) Частота дискретизации 128-1,024 Гц, чтобы захватить низкой частоты ERP сигналов; (Б) переменного тока (AC), чтобы минимизировать запись медленный дрейф; (С) сеть с выборки всей кожи головы и, как минимум, 64 датчиков, если анализы визуализации источником должны быть выполнены.
3. Применить крышку для головы участника и проверить сопротивление сигнала икачества на каждом из датчиков. Обратите особое внимание, чтобы обеспечить импедансы регистрирующих электродов едины и в пределах, рекомендованных производителем.
   Примечание: В это время, также добавить любые дополнительные устройства физиологического измерения, если хочет, чтобы собрать не-нейронные физиологических сигналов, таких как дыхание или импульса.
4. Синхронизация нейрофизиологические записи с программным обеспечением стимулом презентации и нейрофизиологической записи программного обеспечения в соответствии с инструкциями изготовителя.
5. Запишите нейрофизиологических сигналов, а участник выполняет задачу, обеспечивая программное обеспечение для записи имеет точную запись времени каждого стимула и реакции для последующего анализа.

5. Анализ данных в сети

1. Подготовка нейрофизиологические данные для статистического анализа с использованием программного обеспечения для анализа.
2. Во-первых, удалить не-нейронных компонентов сигнала, которые будут способствовать изменчивости в neurophysiological записи ответов мозга.
   1. Используйте фильтр высоких частот 0,1-1 Гц, чтобы удалить медленные заносы, такие как те, которые вызваны изменениями импеданса датчиков.
   2. Используйте фильтр нижних частот 30-50 Гц, чтобы удалить высокочастотные компоненты, введенные электрических помех.
   3. Определить датчики, которые показывают недостоверные сведения, и исключить те или интерполировать сигналы.
   4. Выявление и устранение больших редкие компоненты шума, таких как мышцы артефакт из челюсти сокращения или движений лба, и систематических без нервных взносов, таких как движения глаз.
      Примечание: Типичные алгоритмы для удаления не нейронные компоненты включают в себя независимый анализ компонентов и регрессии, а также итерационные алгоритмы, основанные на четких критериев отбора (например, изменения напряжения, которые превышают порог). Следуйте рекомендациям доступного программного обеспечения для анализа, и действовать в соответствии с действующими стандартами для исследования ЭЭГ ^26,27.
3. После крупных не-нейронные элементы нейрофизиологических данных были удалены, повторно ссылаться на данные на каждом электроде путем вычитания из каждого датчика среднее во всех других датчиков или среднее через левый и правый каналы сосцевидных.
   Примечание: Этот шаг вновь выражает эффекты на каждый датчик по отношению к нейтральной ссылки, которая, как предполагается, содержат нулевые нервные сигналы.
   Примечание: реже электродов монтажи не может иметь достаточную выборку, чтобы удовлетворить условиям этой техники ^26,27. В последнем случае, среднее значение левого и правого сосцевидного отростка может обеспечить более точную ссылку.
4. Следующая выдержка временные эпохи примерно 1 сек, окружающих каждый слуховой и зрительной каждого события показали. Включить 100 мс, предшествующих начала стимула, чтобы служить в качестве базового интервала и, по меньшей мере 600 мс после начала стимула.
5. Нормальное данные из всех эпох, которые попадают в том же состоянии, - участие, игнорируются, и пассивно воспринимать стимулы и# 8212; вычислить средний вызвали потенциал реагирования или "ERP". Вычтите среднее значение данных в предварительно стимул базового вновь выразить ERP амплитуды как изменения, связанные с сигналом предварительной стимул.
6. Чтобы определить временной ход процессов, участвующих, сравнивают амплитуды и времени, а также пространственное распределение отклика ERP после присутствовали стимулов, против тех во время пассивном состоянии.
7. Чтобы определить временной ход игнорируя, сравнивают амплитуды и времени, а также пространственное распределение отклика ERP после игнорируемых стимулов, против тех во время пассивном состоянии.

Результаты

Протокол ИСАТ был использован ранее, чтобы определить уникальный вклад участие и игнорируя процессы в скорости реагирования во время постоянного внимания ^18. В этом исследовании мы проверили 35 здоровых праворуких лиц (22 женщины, возраст: X = 21,0, σ = 5,4), набранных через Психология отд...

Обсуждение

Процессы, связанные с посещения и игнорируя контроль внимания может включать разные нейронные пути и время курсы. Поэтому значения для измерения этих процессов в отдельности. ИСАТ является инструментом, с помощью которого можно захватить нейрофизиологических сигналов посещать и игн?...

Материалы

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.