مهمة تخطيط بصري مكاني مقترنة بأنظمة تعقب العين ومخطط كهربية الدماغ

Summary

توفر دراسة التخطيط المعرفي الذي يجمع بين مخطط كهربية الدماغ وأنظمة تتبع العين نهجا متعدد الوسائط للتحقيق في الآليات العصبية التي تتوسط التحكم المعرفي والسلوك الموجه نحو الهدف لدى البشر. هنا ، نصف بروتوكولا للتحقيق في دور تذبذبات الدماغ وحركات العين في تخطيط الأداء.

Abstract

تعتبر عملية التخطيط ، التي تتميز بالقدرة على صياغة خطة منظمة للوصول إلى هدف ما ، ضرورية للسلوك البشري الموجه نحو الهدف. نظرا لأن التخطيط معرض للخطر في العديد من الاضطرابات العصبية والنفسية ، فإن تنفيذ الاختبارات السريرية والتجريبية المناسبة لفحص التخطيط أمر بالغ الأهمية. نظرا لطبيعة نشر التخطيط ، الذي تشارك فيه العديد من المجالات المعرفية ، فإن تقييم التخطيط وتصميم النماذج السلوكية إلى جانب طرق التصوير العصبي هي تحديات حالية في علم الأعصاب المعرفي. تم تقييم مهمة التخطيط بالاشتراك مع نظام مخطط كهربية الدماغ (EEG) وتسجيلات حركة العين في 27 مشاركا بالغا أصحاء. يمكن تقسيم التخطيط إلى مرحلتين: مرحلة التخطيط العقلي التي يتم فيها تمثيل سلسلة من الخطوات داخليا ومرحلة التنفيذ التي يتم فيها استخدام العمل الحركي لتحقيق هدف مخطط له مسبقا. تضمن بروتوكولنا مهمة تخطيط ومهمة تحكم. تضمنت مهمة التخطيط حل 36 تجربة متاهة ، يمثل كل منها خريطة حديقة. كانت المهمة أربع فترات: أ) التخطيط ، حيث تم توجيه الأشخاص لتخطيط مسار لزيارة مواقع أربعة وفقا لمجموعة من القواعد. ب) الصيانة ، حيث كان على الأشخاص الاحتفاظ بالمسار المخطط له في ذاكرتهم العاملة ؛ ج) التنفيذ ، حيث استخدم الأشخاص حركات العين لتتبع المسار المخطط له مسبقا كما هو موضح في نظام تعقب العين ؛ و iv) الاستجابة ، حيث أبلغ الأشخاص عن ترتيب التي تمت زيارتها. كان لمهمة التحكم بنية مماثلة ، ولكن تمت إزالة مكون التخطيط المعرفي عن طريق تعديل هدف المهمة. كشفت الأنماط المكانية والزمانية لمخطط كهربية الدماغ أن التخطيط يؤدي إلى ارتفاع تدريجي ودائم في نشاط ثيتا الأمامي والوسط (FMθ) بمرور الوقت. تم تحديد مصدر هذا النشاط داخل قشرة الفص الجبهي من خلال تحليلات المصدر. أشارت نتائجنا إلى أن النموذج التجريبي الذي يجمع بين أنظمة مخطط كهربية الدماغ وتتبع العين كان مثاليا لتقييم التخطيط المعرفي.

Introduction

خلال السنوات العشر الماضية ، تم إجراء بحث مكثف لفحص دور الديناميكيات العصبية التذبذبية على كل من الإدراك والسلوك. أثبتت هذه الدراسات أن التفاعلات الخاصة بالتردد بين المناطق القشرية المتخصصة والواسعة الانتشار تلعب دورا مهما في الإدراك والتحكم المعرفي^1،2،3. يسلط هذا النهج الضوء على الطبيعة الإيقاعية لنشاط الدماغ ، مما يساعد على تنسيق الديناميكيات القشرية واسعة النطاق ويدعم المعالجة المعرفية والسلوك الموجه نحو^{الهدف 4،5}. هناك أدلة قوية تظهر أن التذبذبات الإيقاعية في الدماغ تشارك في عمليات معرفية مختلفة ، بما في ذلك الإدراك⁶ ، والانتباه^7،8،9 ، واتخاذ القرار¹⁰ ، وإعادة تنشيط الذاكرة¹¹ ، والذاكرة العاملة¹² ، والتحكم المعرفي¹³. تم اقتراح آليات تذبذب مختلفة لتوجيه السلوك الموجه نحو الهدف ، مع توفر الشبكات الخاصة بالتردد على نطاق واسع إطارا للمعالجة المعرفية^1،14،15. على سبيل المثال ، تشير النتائج الحديثة إلى أن نطاقات تردد محددة في الدماغ قد تعكس آلية تغذية مرتدة تنظم نشاط الارتفاع ، مما يوفر إطارا مرجعيا زمنيا لتنسيق الاستثارة القشرية وتوقيت الارتفاع لإنتاج السلوك^16،17،18. يتم تقديم مراجعة من قبل Helfrich and Knight¹⁹.

تثير مجموعة الأدلة هذه أسئلة حول كيفية تشفير قشرة الفص الجبهي (PFC) لسياقات مهام التخطيط والقواعد ذات الصلة سلوكيا. لطالما كان يعتقد أن PFC يدعم التحكم المعرفي والسلوك الموجه نحو الهدف من خلال الأنماط التذبذبية للنشاط العصبي الذي يولده ، مما يؤدي إلى تحيز انتقائي للنشاط العصبي في مناطق الدماغ البعيدة والتحكم في تدفق المعلومات في الشبكات العصبية واسعة^{النطاق 20}. وبالإضافة إلى ذلك، اقترح أن تشارك المناطق التي تظهر التزامن المحلي في النشاط^{الأقاليمي 21،22،23}. على وجه الخصوص ، تم اقتراح تذبذبات نطاق ثيتا القشرية (4-8 هرتز) ، كما تم قياسها بواسطة مخطط كهربية الدماغ لفروة الرأس (EEG) ، كآلية محتملة لنقل التحكم من أعلى إلى أسفل عبر الشبكات الواسعة¹³. على وجه التحديد ، يعكس نشاط ثيتا باند في البشر العمليات المعرفية عالية المستوى ، مثل ترميز الذاكرة واسترجاعها ، والاحتفاظ بالذاكرة العاملة ، واكتشاف الحداثة ، واتخاذ القرار ، والتحكم من أعلى إلى أسفل^{12،24،25،26}.

فيما يتعلق بهذا ، اقترح كافانا وفرانك¹³ آليتين متتابعتين لعمليات التحكم: الاعتراف بالحاجة إلى التحكم وإنشاء التحكم. يمكن الإشارة إلى الاعتراف بالحاجة إلى التحكم من خلال نشاط ثيتا خط الوسط الأمامي (FMθ) المنشأ من قشرة الفص الجبهي الإنسي (mPFC) ، والتي تم وصفها من حيث مكونات الجهد المرتبط بالحدث (ERP) التي تعكس عمليات التحكم المتعلقة ب mPFC استجابة لمواقف مختلفة ، مثل المعلومات الجديدة^27،28،29 ، متطلبات الاستجابة التحفيزية^{المتضاربة 30} ، ردود الفعل على الخطأ³¹ ، وكشف^{الأخطاء 32}. تظهر مكونات تخطيط موارد المؤسسات هذه ، والتي تعكس الحاجة إلى زيادة التحكم المعرفي في وجود حداثة أو صراع أو عقاب أو خطأ ، توقيعا طيفيا مشتركا في نطاق ثيتا المسجل في أقطاب خط الوسط الأمامية^{26،27،33،34،35،36،37،38،39،40 ،41،42،43،44}.

تعرض استجابات مخطط كهربية الدماغ لنشاط FMθ نمطا من إعادة ضبط الطور وتحسين الطاقة في نطاق تردد ثيتا²⁶. على الرغم من قيود طريقة مخطط كهربية الدماغ من حيث الدقة المكانية ، فقد تم جمع مصادر مختلفة من الأدلة لإثبات أن نشاط FMθ يتم إنشاؤه بواسطة القشرة الحزامية المتوسطة (MCC)¹³. يعتقد أن ديناميكيات ثيتا هذه تعمل كأطر زمنية تنظم العمليات العصبية ل mPFC ، والتي يتم زيادتها لاحقا استجابة للأحداث التي تتطلب تحكما^{متزايدا 26}. تم إثبات ذلك من خلال تحليل المصدر^{31،33،45،46،47} ، وتسجيلات مخطط كهربية الدماغ المتزامن والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI)^48،49 ، وتسجيلات مخطط كهربية الدماغ الغازية في البشر^5051،52،53.

بناء على هذه الملاحظات ، تعتبر ثيتا خط الوسط الأمامي بمثابة آلية عالمية ، ولغة مشتركة ، لتنفيذ التحكم التكيفي في المواقف المختلفة التي يوجد فيها نقص في اليقين فيما يتعلق بالإجراءات والنتائج ، كما هو الحال أثناء التخطيط. تم استخدام النموذج السلوكي الذي نقترحه في هذا البروتوكول لدراسة التخطيط المعرفي وخصائصه الزمنية والعصبية. على الرغم من أنه تم الإبلاغ عن آليات مختلفة للتحكم المعرفي في سيناريوهات أخرى ، إلا أن البروتوكول الحالي سمح بالوصف الأخير للتخطيط والخصائص العصبية والزمنية المرتبطة^{به 54}. تتكون العملية المعرفية للتخطيط من مرحلتين متميزتين: مرحلة التخطيط الذهني ، التي يتم خلالها تطوير تمثيل داخلي لسلسلة من الخطط⁵⁵ ، ومرحلة تنفيذ التخطيط ، حيث يتم تنفيذ مجموعة من الإجراءات الحركية لتحقيق الهدف المخطط له^{مسبقا 56}. من المعروف أن التخطيط يتطلب دمج مكونات مختلفة للوظائف التنفيذية ، بما في ذلك الذاكرة العاملة ، والتحكم في الانتباه ، وتثبيط الاستجابة ، مما يجعل التلاعب التجريبي والقياس المعزول لهذه العمليات يمثل تحديا^57،58.

تستخدم دراسات التصوير العصبي حول التخطيط المعرفي نماذج سلوكية شائعة مثل برج لندن^59،60،61. ومع ذلك ، من أجل التحكم في العوامل المربكة ، يمكن أن تصبح المهام المستخدمة لدراسة التخطيط المعرفي محدودة ومصطنعة ، مما يؤدي إلى صحة تنبؤية وبيئية^{أقل 62،63،64،65}. للتغلب على هذه المشكلة في مجال علم النفس العصبي ، تم اقتراح مواقف التخطيط في العالم الحقيقي كمهام بيئية^62،63. يقيس الاختبار الفرعي لمهمة خريطة حديقة في التقييم السلوكي لبطارية متلازمة العسر التنفيذي مهارات التخطيط والتنظيمية بطريقة أكثر طبيعية وذات صلة^64،66. هذا الاختبار عبارة عن اختبار بالقلم الرصاص والورق يتضمن التخطيط لطريق لزيارة 6 من أصل 12 موقعا على خريطة حديقة. المواقع هي أماكن شائعة يمكن العثور عليها في حديقة عادية ، مثل بيت ، قفص الأسد ، منطقة الراحة ، المقهى ، إلخ. هناك شرطان يقيمان مستويات مختلفة من التخطيط: أ) حالة الصياغة ، حيث يتم توجيه الأشخاص لتخطيط طريق لزيارة ستة أماكن بالترتيب الذي يختارونه ولكن وفقا لمجموعة من القواعد. و2) شرط التنفيذ ، حيث يتم توجيه الأشخاص لزيارة ستة أماكن بترتيب معين واتباع مجموعة من القواعد أيضا. يوفر هذان الشرطان معلومات حول مهارات التخطيط في مشاكل (الصياغة) غير المنظمة وجيدة التنظيم (التنفيذ)⁶⁷. يتم تقديم الأول على أنه مهمة معرفية أكثر تطلبا في موقف مفتوح لأنه يتطلب من الأشخاص تطوير استراتيجية منطقية لتحقيق الهدف. قبل تتبع المسار ، يجب ابتكار سلسلة من المشغلين ؛ خلاف ذلك ، من المحتمل أن تحدث أخطاء. من ناحية أخرى ، يتطلب شرط التنفيذ طلبا معرفيا أقل لأن حل مهمة تنطوي على اتباع استراتيجية مفروضة محددة يتطلب فقط من الشخص مراقبة تنفيذ الخطة الموضوعة لتحقيق الهدف⁶⁶. من ناحية أخرى ، تعد متاهة Porteus مهمة معروفة في مجال علم النفس ، لا سيما في مجالات علم النفس المعرفي وعلم النفس العصبي ، وقد تم استخدامها على نطاق واسع كأداة لتقييم جوانب مختلفة من الإدراك ، مثل حل المشكلات والتخطيط^68،69. مهمة Porteus Maze هي مهمة بالقلم الرصاص والورق تبدأ بتحليل بسيط للمحفزات البصرية وتصبح صعبة بشكل متزايد. يجب على الموضوع العثور على المسار الصحيح وتتبعه من نقطة البداية إلى المخرج (من بين عدة خيارات) مع اتباع القواعد ، مثل تجنب المسارات المتقاطعة والطرق المسدودة ، والتصرف في أسرع وقت ممكن⁶⁸. في كل مرة تظهر فيها مفترق طرق أثناء رسم المسار ، يتخذ الأشخاص قرارات للوصول إلى الهدف وتجنب خرق القواعد المحددة⁶⁹.

بالنظر إلى قيود ونقاط القوة في المهام البيئية شائعة الاستخدام ، قمنا بتصميم نموذجنا السلوكي بشكل أساسي بناء على مهمة خريطة حديقة⁶⁶ ومهمة متاهة Porteus⁶⁸. يتكون النموذج السلوكي من أربع مراحل متميزة تشمل العملية المعرفية للتخطيط في سيناريو الحياة اليومية. هذه المراحل هي كما يلي: المرحلة 1 ، التخطيط ، حيث يتم تكليف المشاركين بإنشاء مسار لزيارة مواقع مختلفة على الخريطة ، وضمان الالتزام بالقواعد المعمول بها ؛ المرحلة 2 ، الصيانة ، حيث يطلب من المشاركين الاحتفاظ بالمسار المخطط له في ذاكرتهم العاملة. المرحلة 3 ، التنفيذ ، حيث ينفذ المشاركون طريقهم المخطط له مسبقا عن طريق الرسم ومراقبة دقته عن كثب ؛ والمرحلة 4 ، الاستجابة ، حيث أبلغ المشاركون عن تسلسل التي تمت زيارتها وفقا لطريقهم^{المخطط 54}. يتيح نموذجنا قياس المعلمات المختلفة لقدرة التخطيط باستخدام مراحل مختلفة ، والتي تعكس المكونات المختلفة للتخطيط (مثل الذاكرة العاملة والاهتمام التنفيذي والمهارات البصرية المكانية) بطريقة أكثر واقعية لأن رسم المسارات أمر شائع في الحياة اليومية. بالإضافة إلى ذلك ، للتحكم في العوامل المربكة ، يتضمن النموذج مهمة تحكم مع هيكل مهمة تخطيط ومحفزات مكافئة ، والتي تشرك المكونات المعرفية التنفيذية المشاركة أيضا في التخطيط ولكنها تستبعد مكون عملية التخطيط. هذا يسمح بفصل مكون عملية التخطيط لمقارنة كل من العلامات الفيزيولوجية الكهربية والمعلمات السلوكية⁵⁴.

علاوة على ذلك ، قدم تتبع العين مساهمات كبيرة في دراسات علم الأعصاب المعرفي من خلال توفير طريقة غير جراحية لقياس وتحليل حركات العين ، والتي يمكن أن توفر رؤى قيمة حول العمليات المعرفية والآليات العصبية الكامنة وراء الإدراك والانتباه والوظائف المعرفية. يمكن أن يوفر قياس أنواع مختلفة من حركات العين باستخدام نظام تتبع العين معلومات قيمة حول العمليات المعرفية والآليات العصبية المشاركة في التخطيط. على سبيل المثال ، يمكن قياس الجوانب التالية: التثبيتات ، وهي فترات النظرة المستقرة التي يتم خلالها الحصول على المعلومات المرئية⁷⁰ ؛ saccades ، وهي حركات العين السريعة التي تستخدم لتحويل النظرة من مكان إلى آخر⁷¹ ؛ السعي السلس ، وهو نوع من حركة العين التي تسمح للعيون بمتابعة جسم متحرك بسلاسة⁷² ؛ microsaccades ، وهي حركات العين الصغيرة والسريعة التي تحدث حتى أثناء التثبيتات⁷³ ؛ والوميض ، وهو عمل انعكاسي يساعد على الحفاظ على ترطيب العينين وحمايتها من الأجسام الغريبة⁷⁴. يمكن أن توفر حركات العين هذه نظرة ثاقبة للعمليات المعرفية التي ينطوي عليها البحث البصري ، وتخصيص الانتباه⁷⁰ ، والتتبع البصري⁷² ، والإدراك⁷³ ، والذاكرة العاملة⁷⁴ ، وهي مكونات مهمة للتخطيط والتحكم المعرفي.

من ناحية أخرى ، أظهرت الدراسات الحديثة على نظام الموضع النورادرينالين (LC-NE) دوره ذي الصلة في التحكم المعرفي⁷⁵. يمتد الموضع coeruleus (LC) إلى العديد من مناطق الدماغ ، مثل القشرة الدماغية ، والحصين ، والمهاد ، والدماغ المتوسط ، وجذع الدماغ ، والمخيخ ، والحبل الشوكي^76،77،61. تتلقى أعصاب LC-NE الكثيفة بشكل خاص مناطق دماغ PFC المرتبطة بالتحكم المعرفي⁷⁵. إلى جانب ذلك ، تشير بعض الدراسات إلى أن فرط النشاط المزمن لنظام LC قد يساهم في أعراض اضطراب الهوس الاكتئابي ، مثل الاندفاع والأرق. في المقابل ، تم ربط الانخفاض المزمن في وظيفة LC بانخفاض التعبير العاطفي ، وهي خاصية سائدة بين المرضى الذين يعانون من الاكتئاب⁷⁸. قد تؤدي الاستجابة المفرطة للموضع العصبي للمنبهات إلى استجابة مفرطة لدى الأفراد الذين يعانون من اضطرابات التوتر أو القلق⁷⁹. لذلك ، قد تساهم التعديلات في نظام LC-NE في أعراض عدم التنظيم المعرفي و / أو العاطفي. يمكن استخدام التقنيات غير الغازية لفحص نشاط الموضع اللولبي، أحدها تغيرات قطر التلميذ، والتي يتم التحكم فيها في الغالب عن طريق النورادرينالين المنبعث من الموضع اللولبي. يعمل النورادرينالين على العضلة الموسعة لقزحية العين عن طريق تحفيز مستقبلات ألفا ونواة إدينجر ويستفال ، التي ترسل إشارات إلى العقدة الهدبية وتتحكم في تمدد القزحية من خلال تنشيط مستقبلات الكظر ألفا 2 بعد المشبكي^{66،80،81،82}. أكدت التسجيلات العصبية المباشرة LC من العلاقة بين نشاط LC-NE وقطر التلميذ والأداء المعرفي⁸³. لوحظ تمدد حدقة العين مرارا وتكرارا استجابة لمتطلبات المعالجة المعززة في العديد من المهام المعرفية^{71،84،85،86،87}.

قد تؤدي العلامات الفيزيولوجية الكهربية للتحكم المعرفي جنبا إلى جنب مع تتبع العين وتسجيلات الحدقة إلى فصل الأسئلة الحاسمة حول كيفية تنفيذ التحكم المعرفي والتخطيط في الدماغ. أهمية استخدام بروتوكولنا الذي يجمع بين أنظمة مخطط كهربية الدماغ وتتبع العين ذات شقين. من ناحية أخرى ، يبدو أن التحكم المعرفي يتطلب مشاركة نشاط الدماغ الموزع في علاقات زمنية دقيقة ، والتي تشكل مرشحين مثاليين لدراسة وظيفة شبكة الدماغ. من ناحية أخرى ، فإن التشوهات في أي من هذه القدرات لها تأثير شديد على السلوك الطبيعي ، كما قد يكون في حالة مجموعة متنوعة من الاضطرابات المعرفية والعصبية والنفسية ، مثل اضطراب نقص الانتباه / فرط النشاط^88،89 ، والاضطراب الاكتئابي الشديد^90،91 ، والاضطراب ثنائي القطب⁹¹ ، والفصام⁹² ، والخرف الجبهي الصدغي⁹³ ، وكذلك الاضطرابات الناتجة عن الآفات الأمامية⁹⁴. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح البروتوكول الحالي باستخدام قياس حدقة العين كمعامل لمقارنة نشاط LC-NE والتذبذبات باستخدام تتبع العين وتخطيط كهربية الدماغ. قد لا يوفر هذا دليلا على العلاقة النظرية بين LC-NE وقياس حدقة العين والعلامات العصبية لدى البشر فحسب ، بل يمكن أن يسمح أيضا بتتبع المسار التنموي للخصائص المتعلقة بنظام LC-NE أثناء التخطيط المعرفي. ومع ذلك ، في نموذجنا ، ركزنا على اختبار ما إذا كان هناك نمط معين من saccades أثناء التخطيط يمكن أن يؤدي إلى تغييرات تذبذب محددة⁹⁵. بالإضافة إلى ذلك ، استخدمنا نظام تعقب العين كجزء مهم من فحص التنفيذ السلوكي للخطة في مرحلة تنفيذ نموذجنا السلوكي.

باختصار ، قد ينتج هذا البروتوكول نماذج قابلة للاختبار لديناميكيات شبكة الدماغ يمكن أن تكون بمثابة منصة لمزيد من الأبحاث الأساسية والتطبيقات السريرية والعلاجية في نهاية المطاف.

Protocol

تمت الموافقة على جميع الإجراءات الواردة في هذا البروتوكول من قبل لجنة أخلاقيات علم الأحياء التابعة لكلية الطب في الجامعة البابوية الكاثوليكية في تشيلي ، ووقع جميع المشاركين على نموذج موافقة مستنيرة قبل بدء الدراسة (رقم المشروع البحثي: 16-251).

1. توظيف المشاركين

1. تجنيد البالغين الأصحاء الذين يستخدمون اليد اليمنى (ذكورا وإناثا) يتمتعون برؤية طبيعية أو مصححة إلى طبيعية، وفحصهم وفقا لمعايير الاشتمال/الاستبعاد.
   ملاحظة: في هذه الدراسة ، تم تجنيد 27 فردا يتمتعون بصحة جيدة تتراوح أعمارهم بين 19 عاما و 38 عاما وكانوا يتحدثون بطلاقة. يمكن أن يختلف حجم العينة بناء على المستوى المطلوب من القوة الإحصائية ، وقد تختلف الفئة العمرية اعتمادا على سؤال البحث المحدد الذي سيتم معالجته. في بروتوكولنا ، قمنا بحساب حجم العينة من خلال الأخذ في الاعتبار اختبار Wilcoxon الإحصائي ، وحجم التأثير 0.7 ، ومستوى ألفا 0.05 ، وقوة 0.95 ، كما هو موضح في Faul et ^al.96. استخدمنا مقابلة MINI-International Neuropsychiatricatric^{Interview 97} ، التي طبقها طبيب مدرب ، لتقييم المشاركين من حيث معايير الاشتمال / الاستبعاد. قم بتجنيد الأشخاص الذين يستخدمون اليد اليمنى فقط لتقليل التباين في إشارة مخطط كهربية الدماغ لأن الأفراد الذين يستخدمون اليد اليسرى قد يقدمون توزيعا طبوغرافيا مختلفا لنشاط مخطط كهربية^{الدماغ 98،99،100}.

2. تحضير المحفزات

1. بالنسبة لمهمة التخطيط ، قم بإنشاء مجموعة من المحفزات باستخدام برنامج محرر الرسوم المتجهة (انظر جدول المواد). لكل حافز ، صمم متاهة ذات تدرج رمادي تمثل خريطة حديقة. داخل المتاهة ، قم بإنشاء بوابة وعدة مسارات تؤدي إلى مواقع (على سبيل المثال ، في هذه الدراسة ، كانت هناك أربعة مواقع للحيوانات ، انظر الشكل 1).
   ملاحظة: في هذه الدراسة ، أنشأنا 36 متاهة يتكون فيها كل حافز من خريطة حديقة مع بوابة بداية ، وأربع صور للحيوانات الموجودة في المتاهة ، وعدة مسارات. قد تؤدي المسارات الموجودة على المتاهة أو لا تؤدي إلى مواقع. غالبا ما يفضل استخدام محفزات التدرج الرمادي مع التباين المنخفض لقياس التلميذ لأنه يقلل من تحفيز مخاريط الشبكية المسؤولة عن رؤية الألوان. يسمح هذا التحول في التركيز على التحفيز بقياس أكثر حساسية للتغيرات في حجم التلميذ ، والتي يعتقد أنها تعكس التغيرات في حالة الإثارة أو الانتباه. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام محفزات التدرج الرمادي يقلل من التباين في القياس بسبب الاختلافات في رؤية الألوان بين الأفراد¹⁰¹.
2. من أجل الحصول على مستويات مختلفة من التعقيد في المهمة النهائية ، قسم المحفزات بناء على عدد الحلول الصحيحة وفقا للهدف والقواعد المحددة (على وجه الخصوص ، الهدف هو تخطيط مسار لزيارة مواقع). يشير عدد الحلول الصالحة إلى عدد المسارات الممكنة للتخطيط باتباع القواعد (انظر القواعد في الشكل 2 والخطوة 5.12.1.). صنف المحفزات التي تحتوي على أكثر من خمسة حلول ممكنة على أنها "سهلة" وتلك التي لديها خمسة حلول ممكنة أو أقل على أنها "صعبة". بعد ذلك، قم بإنشاء عدد متساو من الإصدارات التجريبية لكل فئة.
   ملاحظة: بدلا من ذلك ، اطلب المحفزات التي تم إنشاؤها ل Domic-Siede et ^al.54 من المؤلفين ، حيث تم إنشاء هذه المحفزات وفقا لهذه التعليمات. ضع في اعتبارك أن جميع المواد متوفرة عند الطلب ، ولكن المواصفات مفصلة هنا. في هذه الدراسة ، أنشأنا 18 تجربة سهلة و 18 تجربة صعبة. يعد تقييم الاختلافات في مستويات الصعوبة على المستويات السلوكية والفيزيولوجية الكهربية أمرا مهما لأنه سيساعد في تحديد ما إذا كنت تقيس الطلب المعرفي / الجهد المعرفي / الصعوبة أو الجوانب الجوهرية للتخطيط المعرفي (انظر النتائج التمثيلية وأقسام المناقشة).
3. بالنسبة لمهمة التحكم ، استخدم نفس هيكل مهمة التخطيط (فترة التقييم ، الصيانة ، التنفيذ ، الاستجابة ، انظر الشكل 2) ، واستخدم نفس المحفزات التي تم إنشاؤها لمهمة التخطيط ، ولكن أضف خطا مرسوما يمثل مسارا محددا لزيارة تسلسل مواقع بدءا من البوابة حتى آخر موقع (انظر الشكل 1 ب). اجعل المسار المحدد بلون أغمق قليلا من المسارات الرئيسية للمتاهة ، مع تقييم التباين المنخفض باستخدام مقياس لوكس (انظر الخطوة 2.4).
   ملاحظة: الفكرة وراء ذلك هي الحفاظ على السمات النفسية الفيزيائية لكلا الحالتين (مهام التخطيط والتحكم) متشابهة قدر الإمكان. يمكن أن تتبع المسارات المتاهات إما القواعد أم لا (انظر القسم 5 من البروتوكول لمزيد من التفاصيل فيما يتعلق بالتعليمات المقدمة للمشاركين). في هذه الدراسة ، كان لنصف المحفزات تسلسل زيارة صحيح يتبع القواعد ، بينما قدم النصف الآخر أخطاء (مثل استخدام نفس المسار مرتين أو عبور الطرق المسدودة ، انظر الخطوة 5.12.1 والخطوة 5.12.3 والشكل 2).
4. قم بتقييم إضاءة المحفزات باستخدام مقياس لوكس موجود في مسند الذقن الذي سيستخدمه الأشخاص (انظر الخطوة 4.5 والخطوة 4.6) وعلى نفس المسافة من الشاشة. ينتج عن كل حافز لكل حالة قيمة لوكس. سجل كل قيمة يدويا لمزيد من التحليلات.
   ملاحظة: لا يتوقع حدوث فروق في الإضاءة بين الظروف (انظر الخطوة 4.6). خلاف ذلك ، تحقق من تباين المحفزات. هذا مناسب إذا كان قطر التلميذ سيتم^{قياسه 102}.
5. قم بإنشاء حافز واحد يمثل ردود الفعل الصحيحة (الإبهام لأعلى عندما يكون صحيحا) وحافزا آخر يمثل ردود فعل غير صحيحة (الإبهام لأسفل عندما يكون غير صحيح) باستخدام محرر رسومات متجه (انظر جدول المواد) أيضا (الشكل 2).

الشكل 1: محفزات المهمة التجريبية والسيكنة. يتم عرض أمثلة توضيحية لتخطيط (أ) ومحفزات مهمة التحكم (ب). تمثل المحفزات خريطة حديقة تتكون من بوابة وأربعة مواقع للحيوانات في أماكن مختلفة وعدة مسارات. كانت المحفزات لكلا الحالتين متشابهة. كان الاختلاف الوحيد هو أنه بالنسبة لمهمة التحكم ، (ب) كان للمنبهات خط محدد يشير إلى مسار موجود بالفعل (الخط الأسود هنا لأغراض توضيحية). كان هذا الخط في محفزات التحكم الحقيقية أغمق قليلا ، مع تباين منخفض يتحكم فيه الإضاءة (انظر الخطوة 2.4). تم تعديل هذا الرقم من Domic-Siede et ^al.54. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: التصميم التجريبي. (أ) تخطيط تجربة المهام. بدأت التجارب في هذه الحالة بصليب تثبيت 3 ثوان. بعد ذلك ، تم توجيه المشاركين لتخطيط مسار لزيارة جميع مواقع الأربعة باتباع مجموعة من القواعد (10 ثوان كحد أقصى). بعد ذلك ، ظهر صليب تثبيت متحول (3 ثوان) ، متبوعا بظهور المتاهة مرة أخرى. في هذه الفترة (التنفيذ) ، كان على الأشخاص تنفيذ التتبع المخطط له في فترة التخطيط السابقة باستخدام نظراتهم مع ردود الفعل المرئية عبر الإنترنت (التي يقدمها نظام تعقب العين) ، والتي حددت حركة نظراتهم في الوقت الفعلي (الخط المظلم) (10 ثوان كحد أقصى). بعد ذلك ، في فترة الاستجابة ، كان على الأشخاص الإبلاغ عن التسلسل الذي تم إجراؤه أثناء التنفيذ من خلال طلب التي تمت زيارتها. وفقا لردودهم ، تم تقديم التعليقات. (ب) محاكمة المهام الضابطة. بدأت التجارب في هذه الحالة بصليب تثبيت 3 ثوان. بعد ذلك ، تم توجيه المشاركين لتقييم ما إذا كان المسار المتتبع (الخط المظلم) يتبع القواعد أم لا. بعد ذلك ، ظهر صليب تثبيت متحول (3 ثوان) ، متبوعا بظهور المتاهة مرة أخرى. في هذه الفترة ، كان على الأشخاص إعادة رسم المسار الذي تم تتبعه بالفعل من خلال ردود الفعل المرئية عبر الإنترنت ، كما هو الحال في فترة تنفيذ التخطيط (10 ثوان كحد أقصى). بعد ذلك ، في فترة الاستجابة ، كان على الأشخاص الإجابة (نعم أو لا) ما إذا كان التسلسل المتبع يتبع القواعد المذكورة سابقا وفقا لإجاباتهم ، تم تقديم التعليقات. تم تعديل هذا الرقم من Domic-Siede et ^al.54. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3. تخطيط ومراقبة برمجة المهام

1. اكتب نصا برمجيا لترميز نموذج مهمة التخطيط بناء على مهمة خريطة حديقة⁶⁶ و Porteus Maze⁶⁸باستخدام برنامج عرض تقديمي / تجارب سلوكية (انظر جدول المواد والملف التكميلي).
   1. قم بترميز المهمة مع مراعاة شرطين (شرط تخطيط وشرط تحكم) بهيكل مشابه لتلك الموضحة في القسم 2 والقسم 4 (انظر الشكل 2 والملف التكميلي).
      ملاحظة: من المهم استخدام نفس الهيكل في كلتا الحالتين من أجل التحكم في العوامل المربكة والمكونات الإدراكية التي تنطوي عليها عملية حل متطلبات المهمة (الشكل 2). يؤدي استخدام نفس الهيكل إلى تحسين تقييم العملية المعرفية المحددة التي ينطوي عليها التخطيط المعرفي.
   2. قم بمزامنة الاتصال بين كمبيوتر العرض وكمبيوتر EEG والكمبيوتر المضيف (كمبيوتر تعقب العين) عبر اتصال الإيثرنت والمنفذ المتوازي لإرسال نبضات منطقية الترانزستور والترانزستور (TTL) من كمبيوتر العرض (انظر الشكل 3).
   3. اكتب رمزا لمعايرة حركات العين باستخدام نظام تعقب العين في بداية التخطيط ومهام التحكم وبعد كل خمس تجارب مكتملة لأن موضع التحديق على الشاشة أمر بالغ الأهمية لفترة التنفيذ (انظر الخطوة 3.2.3 والخطوة 3.3.3 من البروتوكول وقسم المناقشة والرمز في الملف التكميلي).
      ملاحظة: قد يكون هناك تأخير في الاتصال بالكمبيوتر. هناك عدة طرق لقياس التأخير بين نبضات TTL على جهازي كمبيوتر مختلفين ، ولكن أحد الطرق الشائعة هو استخدام جهاز مثل راسم الذبذبات الرقمي أو محلل المنطق. هناك طريقة أخرى تتمثل في استخدام الأساليب القائمة على البرامج ، مثل إرسال نبضات TTL عبر اتصال الشبكة واستخدام أدوات تحليل الشبكة لقياس التأخير. هناك طريقة أخرى تتمثل في مزامنة ساعات جهازي الكمبيوتر ، إما باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو خادم بروتوكول وقت الشبكة (NTP) أو باستخدام حل مزامنة قائم على الأجهزة ، وحساب التأخير بين الطابع الزمني ووقت الوصول لكل نبضة ، وحساب متوسط النتائج للحصول على التأخير الكلي بين جهازي الكمبيوتر.
2. اكتب رمزا لمهمة التخطيط بالهيكل التالي: فترة التخطيط ، وفترة الصيانة ، وفترة تنفيذ التخطيط ، وفترة الاستجابة ، والتغذية الراجعة (الشكل 2, ملف تكميلي).
   1. فترة التخطيط: ابدأ شرط التخطيط عن طريق تعيين تقاطع تثبيت معروض لمدة 3 ثوان كخط أساس.
   2. اعرض بشكل عشوائي مجموعة المتاهات واحدة تلو الأخرى (36 في هذه الدراسة).
      ملاحظة: في فترة التخطيط هذه ، يطلب من المشاركين تخطيط مسار لزيارة مواقع الأربعة ، بحد أقصى 10 ثوان ، باتباع مجموعة من القواعد (تم شرح القواعد لهم مسبقا ؛ انظر القسم 5 من البروتوكول لمعرفة القواعد المعطاة ، بالإضافة إلى الشكل 2).
   3. قم بتضمين مشغل TTL في الكود الذي يشير إلى بداية عرض التحفيز باستخدام رمز العلامة ، وأرسل هذا المشغل إلى كمبيوتر EEG والكمبيوتر المضيف لتعقب العين لمزيد من التحليلات الضيقة والنافذة.
   4. اكتب في الكود أن فترة التخطيط تبلغ ذروتها بمجرد الضغط على زر من عصا التحكم / لوحة المفاتيح كلما انتهى الموضوع من التخطيط أو إذا تم تجاوز الحد الأقصى للوقت. يجب تسجيل وقت التفاعل (RT) في ملف السجل لمزيد من التحليلات.
      ملاحظة: في هذه الفترة ، استخدمنا رمز تشغيل باستخدام الرقم 1 ، ولكن يوصى باستخدام علامات واصفات الأحداث الهرمية (HED) على الرموز الرقمية ، لأن علامات HED توفر معنى وبنية للمحتوى ، مما يسهل على الباحثين الآخرين أو المتعاونين فهم محتوى البيانات.
   5. فترة الصيانة: ابدأ هذه الفترة باستخدام تقاطع تثبيت متحول معروض لمدة 3 ثوان. حدد موقع صليب التثبيت المتحول في الموضع المكاني حيث توجد بوابة المتاهة من أجل توقع موضع البداية (البوابة) لخريطة حديقة (انظر الشكل 2).
      ملاحظة: الغرض من هذه الفترة ثلاثي الأبعاد. أولا ، يسهل تقاطع التثبيت المتحول تنفيذ التتبع الذي يمثل المسار المخطط للفترة التالية (انظر الخطوة 3.2.8). ثانيا ، خلال هذه الفترة ، يحتفظ المشاركون بالخطة الموضوعة خلال فترة التخطيط في ذاكرتهم العاملة. أخيرا ، تعمل هذه الفترة كفاصل زمني بين المحاكمات لتحديد نهاية فترة التخطيط وبداية الفترة التالية - فترة تنفيذ التخطيط.
   6. فترة تنفيذ التخطيط: بعد عرض صليب التثبيت المتحول لمدة 3 ثوان خلال فترة الصيانة ، قدم المتاهة مرة أخرى.
   7. أرسل مشغل TTL إلى مخطط كهربية الدماغ وكمبيوتر تعقب العين المضيف للإشارة إلى بداية هذه الفترة باستخدام رمز علامة معين.
   8. اكتب رمزا لإعطاء ملاحظات بصرية في الوقت الفعلي (خط مظلم ، انظر فترة التنفيذ في الشكل 2) لموضع نظرة الموضوع بعد حوالي 992 مللي ثانية من بداية هذه الفترة.
      ملاحظة: يمنح البدء في الترسيم بالتأخير (1,000 مللي ثانية تقريبا) الأشخاص وقتا ليصبح موجها في المتاهة، مما يسمح لهم بتحديد مسارها المخطط له مسبقا (خلال فترة التخطيط) بخط مظلم.
   9. سجل إحداثيات المسارات لمزيد من إعادة بناء المسارات التي قام بها الأشخاص ، وسجل الأداء في وضع عدم الاتصال (انظر الخطوة 6.1.1 ، الشكل 4).
   10. تأكد من وقت أقصى يبلغ 10 ثوان لتتبع المسار المخطط له ، واسمح للموضوعات بإنهاء هذه الفترة بالضغط على زر. بهذه الطريقة ، يمكن للأشخاص التحكم في وقت انتهاء مسارهم المرسوم.
   11. احفظ RT في ملف السجل لمزيد من التحليلات.
   12. فترة الاستجابة: اكتب رمزا لفترة الاستجابة ، والتي تبدأ بعد 10 ثوان من تنفيذ التخطيط أو عند الضغط على زر في نهاية فترة تنفيذ التخطيط ، حيث تختفي المتاهة ولكن تبقى ومواقعها المكانية على الشاشة.
   13. ضع أربع دوائر فارغة أفقيا في أسفل الشاشة في فترة الاستجابة.
       ملاحظة: الغرض من هذه الفترة هو السماح للموضوعات بالإشارة إلى تسلسل التي تمت زيارتها خلال فترة تنفيذ التخطيط عن طريق وضع في الدوائر بنفس الترتيب الذي زاروها به باستخدام عصا التحكم أو لوحة المفاتيح.
   14. قم بتكوين البرنامج / الكود للسماح للموضوعات باستخدام عصا التحكم أو لوحة المفاتيح لتحديد كل من (أربعة في هذه الدراسة) المعروضة من قبل وإدراجها في كل من الدوائر الأربع (انظر الملف التكميلي والشكل 2).
   15. ردود الفعل: اكتب رمزا لتقديم 3 ثوان من التعليقات للمشاركين. يجب عرض صورة الإبهام لأعلى استجابة لمجموعات صالحة من التي تمت زيارتها إذا تم اتباع القواعد ، بينما يجب عرض صورة الإبهام لأسفل إذا كانت المجموعة التي تم الإبلاغ عنها غير صالحة.
   16. أرسل مشغل TTL ، باستخدام رمز علامة محدد للتعليقات الصحيحة ورمز علامة آخر للتعليقات غير الصحيحة ، إلى أجهزة كمبيوتر EEG وأجهزة تعقب العين.
       ملاحظة: سبب تقديم التغذية الراجعة هو تسهيل مراقبة الأداء والحفاظ على الدافع أثناء المهمة. يعزز هذا التوفير للتعليقات في الوقت الفعلي تأثير المكافأة ويشجع على الأداء المناسب للمهام¹⁰³.
3. اكتب رمزا لمهمة التحكم بنفس بنية شرط التخطيط: فترة تحكم ، وفترة صيانة ، وفترة تنفيذ عنصر تحكم ، وفترة استجابة ، وملاحظات (انظر الملف التكميلي ، الشكل 2).
   1. فترة الرقابة: اكتب رمزا لفترة حالة التحكم للتخفيف من العوامل المربكة. يجب أن تبدأ شفرة هذه الفترة بتقاطع تثبيت مقدم لمدة 3 ثوان كخط أساس.
      ملاحظة: نظرا لأن مهمة التخطيط تتطلب في الغالب تنفيذ التخطيط ولكنها تقوم أيضا بتجنيد مجالات معرفية أخرى كجزء من الوظيفة التنفيذية ، مثل الوظيفة البصرية المكانية ، والذاكرة العاملة ، والتحكم في الانتباه ، والتحكم المثبط ، وما إلى ذلك .^{66،88،104،105} ، فإن مهمة التحكم ضرورية للتخفيف من العوامل المربكة. وبالتالي ، فإن الهدف الرئيسي من هذه المهمة هو المطالبة بجميع الوظائف المعرفية والإدراكية اللازمة لحل مهمة التخطيط مع إزالة تنفيذ التخطيط^{المعرفي 54}.
   2. قدم بشكل عشوائي متاهات حالة التحكم واحدة تلو الأخرى (متاهات ذات مسار محدد تم تتبعه بالفعل). كود وقت 10 ثوان كحد أقصى.
   3. قم بتضمين مشغل TTL في التعليمات البرمجية التي تشير إلى بداية عرض التحفيز باستخدام علامة ، وأرسل هذا المشغل إلى كمبيوتر EEG والكمبيوتر المضيف لجهاز تعقب العين.
   4. اكتب في التعليمات البرمجية أن فترة التحكم هذه تبلغ ذروتها بمجرد الضغط على زر من عصا التحكم / لوحة المفاتيح عند انتهاء الموضوع أو إذا تم تجاوز الحد الأقصى للوقت.
      ملاحظة: يتم توجيه الأشخاص لتقييم المسارات المحددة (سواء كانوا يتبعون القواعد أم لا ، راجع الخطوة 5.12 للحصول على تفاصيل حول التعليمات المقدمة للمشاركين).
   5. احفظ وقت التفاعل (RT) في ملف السجل لمزيد من التحليلات.
   6. فترة الصيانة: بمجرد انتهاء فترة التحكم ، قدم صليب تثبيت متحول لمدة 3 ثوان.
   7. كفترة تنفيذ التخطيط ، ضع صليب التثبيت حيث يقع مدخل البوابة لتسهيل رسم النظرة للفترة التالية.
   8. فترة تنفيذ الرقابة: اعرض المتاهة مرة أخرى ، وأرسل في نفس الوقت مشغل TTL إلى مخطط كهربية الدماغ واستضف أجهزة كمبيوتر متعقب العين بعلامة تشير إلى بداية فترة التنفيذ.
   9. كرر نفس الكود الخاص بفترة تنفيذ التخطيط لتقديم ملاحظات عبر الإنترنت لموضع النظرة ولتحديد نظراتهم وتداخلها مع المسار الذي تم تتبعه.
   10. تأكد من وقت أقصى يبلغ 10 ثوان لتتبع المسار ، واسمح للموضوعات بإنهاء هذه الفترة بالضغط على زر.
   11. احفظ RT في ملف السجل لمزيد من التحليلات.
   12. فترة استجابة التحكم: بمجرد انتهاء فترة تنفيذ الرقابة، قم بتقديم علامة استفهام تشير إلى فترة الاستجابة.
   13. قم ببرمجة زرين ، على التوالي ، للموضوعات لإعطاء استجابة باستخدام عصا التحكم أو لوحة المفاتيح.
       ملاحظة: هنا ، يطلب من الأشخاص الإجابة عما إذا كان التسلسل المميز بالتتبع صحيحا أم لا عن طريق تحديد زر واحد للتصحيح / نعم وآخر ل غير صحيح / لا.
   14. احفظ الدقة في ملف السجل.
   15. ردود الفعل: اكتب رمزا لتقديم 3 ثوان من الملاحظات الصحيحة كلما استجاب الأشخاص بشكل صحيح (صورة إبهام) وقدم 3 ثوان من الملاحظات غير الصحيحة عندما يستجيب الأشخاص بشكل غير صحيح (صورة بالإبهام لأسفل).
   16. كما هو الحال في حالة التخطيط ، أرسل مشغل TTL إلى EEG واستضف أجهزة كمبيوتر متعقب العين مع علامة للملاحظات الصحيحة وعلامة أخرى للملاحظات غير الصحيحة.
4. مهام التدريب: إنشاء المحفزات وكتابة رمز وتقديم جلسة تدريبية قصيرة من ست تجارب / متاهات تقريبا لكل حالة (التخطيط والتحكم) قبل مهام التخطيط والتحكم المذكورة أعلاه
   ملاحظة: الفكرة هي ضمان الإلمام بإعداد المهمة. يوصى بوضع معايير للمضي قدما. في هذه الدراسة ، إذا كانت التجارب الثلاث الأخيرة صحيحة ، وأبلغ المشاركون عن فهم الهدف والإجراء في نهاية الجلسة التدريبية ، انتقل المشاركون بعد ذلك إلى الجلسة التجريبية.

الشكل 3: مثال على إعداد المختبر. تمثيل تخطيطي لإعداد مختبر يظهر ثلاثة حواسيب مترابطة. الكمبيوتر المضيف (كمبيوتر تعقب العين) مسؤول عن تتبع وتخزين بيانات حركة العين. يكتسب كمبيوتر مخطط كهربية الدماغ إشارات EEG ويخزنها. يتحكم كمبيوتر العرض في التجربة السلوكية ، ويقدم المحفزات للموضوعات ، ويرسل مشغلات الأحداث إلى أجهزة الكمبيوتر المضيفة ومخطط كهربية الدماغ من خلال منافذ متوازية واتصالات LAN لمزامنة جمع البيانات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: إعادة بناء المسار من التغذية الراجعة المرئية عبر الإنترنت التي يقدمها نظام تعقب العين. أمثلة توضيحية لإعادة بناء المسار من التنفيذ الحركي للخطة (أ ، باللون الأرجواني ، فترة تنفيذ التخطيط) وفترة تنفيذ التحكم (B ، الخط باللون الأخضر) ومع بيانات تعقب العين. يتم استخدام المسار المعاد بناؤه في فترة تنفيذ التخطيط لتقييم دقة كل تجربة مهمة تخطيط. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

4. إعداد المختبرات والمعدات

1. استخدم نظام اكتساب مخطط كهربية الدماغ لتسجيل نشاط مخطط كهربية الدماغ من فروة رأس المشارك ، مع وضع أقطاب مخطط كهربية الدماغ وفقا للنظام الدولي 10-20¹⁰⁶. ضع قطبين كهربائيين على الخشاء للمشارك لإعادة الرجوع إليها في وضع عدم الاتصال. استخدم أقطاب كهربية العين لتحديد إشارات حركة العين الرأسية والأفقية والوامضة أثناء الفحص البصري.
2. استخدم برنامج اقتناء مخطط كهربية الدماغ للحصول على بيانات مخطط كهربية الدماغ بمعدل أخذ عينات يبلغ 2,048 هرتز أو 1,024 هرتز ومرشح تمرير النطاق بين 0.1-100 هرتز في كمبيوتر EEG.
   ملاحظة: توفر معدلات أخذ العينات البالغة 1,024 هرتز و2,048 هرتز دقة كافية لتحليل التذبذبات منخفضة التردد. من المهم الحصول على إشارات EEG بمعدل أخذ عينات مرتفع ، مثل أكثر من 1,000 هرتز ، عند تحليل التذبذبات منخفضة التردد من أجل التأكد من أن إشارات التردد المنخفض ليست مستعارة.
3. استخدم جهاز كمبيوتر عرض ، متصل بكمبيوتر EEG وجهاز تعقب العين المضيف عبر المنافذ المتوازية والإيثرنت ولديه نظام أساسي لإجراء التجارب السلوكية المثبتة عليه ، لعرض المحفزات على شاشة ممتدة بدقة لا تقل عن 1,920 بكسل × 1,080 بكسل ومعدل تحديث 60 هرتز. ضع هذه الشاشة على بعد 82 سم تقريبا من الموضوع.
   ملاحظة: استخدمنا شاشة مقاس 24 بوصة مع معدل تحديث محدد عند 144 هرتز يقع على بعد 82 سم من المشارك. يوصى باستخدام شاشة بحجم شاشة لا يقل عن 19 بوصة للتجارب المعرفية التي تتضمن تسجيل مخطط كهربية الدماغ وحركات العين. بالإضافة إلى ذلك ، تتمثل التوصية العامة في وضع الشاشة على مسافة تسمح للمشارك بأداء المهمة بشكل مريح والحفاظ على نظرة ثابتة على الشاشة مع السماح بتسجيلات دقيقة لمخطط كهربية الدماغ وحركات العين. ينصح باختبار الإعداد وضبطه حسب الضرورة لضمان أفضل النتائج.
4. استخدم نظام تتبع العين لإعطاء المشاركين ملاحظات في الوقت الفعلي حول حركات أعينهم خلال فترات التنفيذ ، وتسجيل حجم حدقة العين. اضبط معدل أخذ العينات على 1,000 هرتز للحصول على دقة زمنية مناسبة.
5. تجنب حركات الرأس. هناك حاجة إلى قيود حركة الرأس لليسار واليمين ولأعلى ولأسفل لإبقاء العين في مجال رؤية كاميرا الفيديو. هناك حاجة إلى تقييد الحركة الأمامية والخلفية لإبقاء العين في النطاق البؤري لكاميرا الفيديو. استخدم مزيجا من مساند الجبهة / الذقن للحفاظ على الحركات ضمن هذا النطاق.
6. قم بتقييم إضاءة المحفزات باستخدام مقياس لوكس رقمي أو ما شابه ذلك لمقارنة الاختلافات بين محفزات التخطيط ومحفزات التحكم.
   ملاحظة: يمكن استخدام اختبار إحصائي مثل اختبار t أو Wilcoxon لتقييم الاختلافات بين محفزات الحالتين.
7. استخدم عصا التحكم أو لوحة المفاتيح مع أربعة أزرار على الأقل: زران لأسئلة نعم / لا من حالة التحكم ؛ أحد هذين الزرين لإنهاء التجارب. وزران آخران لفترة الاستجابة لحالة التخطيط للتحرك للأمام أو للخلف لإدخال في كل دائرة من الدوائر الأربع أسفل الشاشة.

5. تخطيط كهربية الدماغ وجلسات تسجيل تتبع العين

1. قبل البدء في الدراسة ، اطلب من المشاركين إكمال الموافقة المستنيرة المكتوبة والموقعة.
2. قبل جلسة التسجيل ، اطلب من المشاركين عدم الحضور وهم يرتدون المكياج (يمكن اكتشاف الماسكارا والكحل كتلميذ بواسطة نظام تعقب العين) ، أو بعد تناول المخدرات أو الكافيين^107،108 ، أو إذا شعروا بالتعب الشديد¹⁰⁹ (الإجهاد ، الحرمان من النوم ، إلخ).
3. اطلب من المشاركين إكمال مسح ديموغرافي لتقديم معلومات عن جنسهم وعمرهم واستخدام اليد ولغتهم الأم وتاريخ الطب النفسي العصبي عبر مقابلة MINI-International للطب النفسي العصبي⁹⁷ التي يطبقها طبيب نفساني مدرب.
4. نظف موضع جلد الجبهة وفروة الرأس والخشاء وتخطيط كهربية العين (EOG) بمنديل كحولي.
5. ضع جميع الأقطاب الكهربائية الخارجية على المشارك. ضع EOG الأفقي ثنائي القطب على الكانثي الخارجي لكلتا العينين و EOG الرأسي أعلى وأسفل العين اليمنى للمشارك. ضع قطبين خارجيين على الخشاء الأيمن والأيسر لإعادة الرجوع إليه لاحقا.
6. قم بقياس رأس الموضوع ، وضع غطاء EEG بالحجم الصحيح وفقا للنظام الدولي الموسع 10-20. للقيام بذلك ، ابحث عن قطب تشيكلوفيا ووضعه باتباع الخطوات التالية:
   1. حدد خط الوسط لفروة الرأس عن طريق الفحص البصري لخط الشعر وأعلى الأنف. حدد خطا يربط بين هاتين النقطتين لتحديد خط الوسط.
   2. حدد موقع تشيكوسلوفاكيا عادة ما يتم تعريف Cz على أنها نقطة المنتصف بين نقطتي الأذن (أي النقاط الموجودة أمام كل أذن مباشرة). حدد هذه النقاط ، ثم حدد خطا يربطها لتحديد الموقع التقريبي ل Cz.
   3. قم بقياس وتمييز تشيكوسلوفاكيا قياس المسافة من الأنف (أي النتوء العظمي في الجزء العلوي من الأنف) إلى تشيكوسلوفاكيا. عادة ما تكون المسافة من الأنف إلى تشيكوسلوفاكيا حوالي 53٪ من إجمالي محيط الرأس في نظام 10-20. حدد موقع تشيكوسلوفاكيا باستخدام قلم أو أداة تعليم أخرى.
      ملاحظة: من المهم اتباع إجراء متسق وموحد لوضع القطب الكهربائي من أجل تقليل الأخطاء وضمان صحة بيانات مخطط كهربية الدماغ. يوصى بتطوير إجراء وضع قياسي. قم بإنشاء إجراء قياسي لوضع الأقطاب الكهربائية على فروة رأس كل شخص ، وتأكد من استخدام نفس الإجراء لكل موضوع. في حالة وجود فريق أو موظفين يقومون بإجراء التسجيلات ، قم بتدريب الفنيين أو مساعدي البحث على إجراءات التنسيب المناسبة للتأكد من أنهم يضعون الأقطاب الكهربائية بشكل متسق ودقيق. علاوة على ذلك ، فإن رقمنة مواضع القطب الكهربائي لكل موضوع ستكون طريقة مرغوبة من أجل إجراء تحليل المصدر لاحقا. في دراسات مخطط كهربية الدماغ ، غالبا ما يكون الموقع الدقيق ثلاثي الأبعاد (3D) لكل قطب كهربائي على رأس الموضوع شرطا لإنشاء علاقة بين بيانات مخطط كهربية الدماغ ونشاط الدماغ^{المقابل 110}. هذه المعلومات ضرورية أيضا للمحاذاة الصحيحة لبيانات مخطط كهربية الدماغ مع الصور التشريحية المشتقة من تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي أو التصوير المقطعي^{المحوسب 111،112}.
7. أدخل جل موصل في كل ثقب من الغطاء باستخدام حقنة بإبرة ضعيفة ، مع تحريك شعر المشارك بالحافة. بعد ذلك ، ضع جميع أقطاب فروة الرأس على غطاء مخطط كهربية الدماغ.
8. تحقق من المعاوقات باستخدام برنامج تسجيل مخطط كهربية الدماغ ، وتأكد من أنها تحت مستوى المقاومة الموصى به من قبل نظام مخطط كهربية الدماغ.
9. اطلب من المشارك البقاء ثابتا قدر الإمكان أثناء التجربة. افحص إشارة مخطط كهربية الدماغ ، واختبرها عن طريق مطالبة المشارك بالوميض ، وعمل فك ، والبقاء بضع ثوان مع إغلاق العينين.
10. اجلس المشارك في غرفة مظلمة ومخففة بالصوت. استخدم مسند الذقن لتثبيت رؤوسهم وتقليل الحركة ، وتأكد من وجود مسافة 82 سم تقريبا بين مسند الذقن ومركز شاشة عرض التحفيز.
11. ضع عصا التحكم أو لوحة المفاتيح أمام المشارك للردود.
12. تعليمات: أعط تعليمات شفهية باستخدام الوسائل البصرية قبل البدء في كل حالة (التخطيط والتحكم). في التعليمات ، قم بتضمين أمثلة مرئية للمنبهات ، واشرح كيفية حل المتاهات في ظروف التخطيط والتحكم ، على التوالي.
    1. بالنسبة لمهمة التخطيط ، قم بتوجيه الأشخاص لإيجاد مسار لإكمال سلسلة من الزيارات إلى مواقع حيوانية معينة (أربعة مواقع في هذه الدراسة) في أماكن مختلفة من المتاهة بأي ترتيب واتباع مجموعة من القواعد: "(1) تخطيط المسار في أسرع وقت ممكن في غضون 10 ثوان كحد أقصى ؛ (2) ابدأ من البوابة ، واختتم المسار عند الرابع الذي تمت زيارته ؛ (3) لا تمر عبر نفس المسار أو الزاوية مرتين ؛ (4) لا تعبر طريقا مسدودا. (5) لا تعبر مسارا عموديا "⁵⁴.
       ملاحظة: بالنسبة للقاعدة 2 إلى القاعدة 5، نوصي بعرض أمثلة مرئية للمشارك.
    2. بعد ذلك ، ابدأ جلسة التدريب على مهمة التخطيط المكونة من ست تجارب.
       ملاحظة: اطلب من المشاركين الإبلاغ قبل كل فترة معايرة لجهاز تعقب العين إذا كانت هناك أي مشكلة في أداء المهمة ، خاصة أثناء تحديد المسار في فترة التنفيذ. قم بتدوين ملاحظة ما إذا كانت هناك نسخة تجريبية للتحقق من عدم الاتصال/المعالجة اللاحقة (انظر الخطوة 6.1.1).
    3. بالنسبة لحالة التحكم ، اطلب من الأشخاص تقييم ما إذا كان المسار المحدد بالفعل على المتاهة قد تم إجراؤه بشكل صحيح أو غير صحيح مع مراعاة القواعد التي تم تعلمها مسبقا.
       ملاحظة: أعط أمثلة مع الدعم المرئي لكيفية تقييم المتاهات دون استخدام استراتيجيات التخطيط ، مثل عدم محاولة تخطيط مسار جديد عند اكتشاف أخطاء (مثل الرسومات باستخدام نفس المسار مرتين ، أو عبور طريق مسدود ، وما إلى ذلك). عند العثور على خطأ ، يجب أن يكون التركيز فقط على الإبلاغ عن اكتشاف الخطأ بدلا من تصحيح المسار. بعد كل تجربة ، اسأل المشاركين عن الاستراتيجيات التي نفذوها. بعد ذلك ، قدم ملاحظات شفهية حول أدائهم للتأكد من أنهم قاموا بتقييم المسارات المرسومة وتجنب التخطيط لمسارات جديدة. بعد ذلك ، ابدأ جلسة تدريب مهمة التحكم المكونة من ست تجارب.
13. تحقق من إشارة مخطط كهربية الدماغ للتأكد من الحصول على جميع القنوات بشكل صحيح. ابدأ تسجيل مخطط كهربية الدماغ.
14. معايرة متتبع العين.
    ملاحظة: تحقق من قدرة متتبع العين على تحديد موضع النظرة عندما يوجه المشارك نظرته إلى مناطق مختلفة من الشاشة.
    1. أخبر المشارك أنه سيتم معايرة متتبع العين وأنه سيرى دائرة بيضاء (بنقطة رمادية صغيرة) تتحرك بشكل عشوائي إلى الزوايا الأربع للشاشة (إجراء معايرة من خمس نقاط). اطلب منهم تثبيت نظراتهم في الدائرة ، وإبلاغهم أنه عندما تنتقل إلى مكان آخر ، يجب عليهم اتباع موضع الدائرة وتثبيت نظراتهم مرة أخرى في هذا الوضع الجديد.
    2. قم بتشغيل التجربة ، وابدأ في حفظ حركات العين بالنقر فوق إخراج / تسجيل ، واطلب من المشارك اتباع التعليمات المعطاة مسبقا ، وإبلاغهم بأن التجربة ستبدأ الآن.
    3. احتفظ بغرفة المختبر في بيئة مظلمة. تحدث أكبر التغييرات في اتساع حدقة العين استجابة للتغيرات في النصوع¹¹³. الحفاظ على مستوى إضاءة ثابت في البيئة التجريبية.

6. تحليلات البيانات

1. التحليلات السلوكية
   1. تحليل البيانات السلوكية باستخدام البرامج الإحصائية (انظر جدول المواد). قياس الدقة (النسبة المئوية للاستجابات الدقيقة) كمعامل سلوكي كمي في كل من ظروف التخطيط والتحكم. بالنسبة لحالة التخطيط ، استخدم بيانات تعقب العين (إحداثيات x و y لموضع النظرة) لإعادة إنشاء المسارات التي تم اتخاذها خلال فترة التنفيذ دون اتصال بالإنترنت ، وتحديد دقة المسارات المخططة مقارنة بالمسارات الفعلية التي تم تتبعها (الشكل 4). للقيام بذلك ، تحقق يدويا من التطابق بين المجموعات التي تم إجراؤها بشكل صحيح / غير صحيح في فترة الاستجابة والتتبع الذي تم إجراؤه.
   2. احسب RT، وهو متوسط الوقت المستغرق في حل المتاهات لفترة التخطيط ومتوسط الوقت المستغرق في تقييم المسارات المحددة لفترة التحكم.
   3. احسب متوسط RT لفترات التنفيذ لظروف التخطيط والرقابة. على وجه التحديد ، استخدم RT المقابل للتجارب الصحيحة فقط.
      ملاحظة: بشكل تكميلي ، من الممكن استخدام درجة دقة السرعة المتكاملة الخطية (LISAS) ^114،115 الموضحة في Domic-Siede et ^al.54 ، والتي توفر مقياسا مشتركا يأخذ في الاعتبار وقت رد الفعل ودقته. نظرا لأن وقت التفاعل خلال فترة تنفيذ التخطيط ودقة التخطيط مترابطان ، يمكن استخدام LISAS لحساب مؤشر يأخذ في الحسبان وقت التفاعل المصحح لعدد الأخطاء التي حدثت. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام مؤشر LISAS لتقييم العلاقة بين الإشارات الفيزيولوجية الكهربية والأداء السلوكي أيضا. يتم حسابه كمزيج خطي من وقت التفاعل (RT) ونسبة الخطأ (PE).
   4. قم بتقييم التجانس باستخدام اختبار إحصائي مثل اختبار ليفين^116،117 ، واختبر الحالة الطبيعية باستخدام اختبار توزيع طبيعية D'Agostino و Pearson الشامل¹¹⁸ أو اختبار Shapiro Wilk¹¹⁹ لاختيار الاختبار الإحصائي المناسب للمقارنات (البارامترية أو غير البارامترية).
   5. قم بتقييم ما إذا كان مكون التخطيط في حالة التخطيط أكثر تطلبا معرفيا من حالة التحكم باستخدام اختبار Wilcoxon Signed-rank¹²⁰ أو اختبار t للزوج المتطابق¹²¹ لمقارنة المعلمات السلوكية بين الشروط.
      ملاحظة: بهذه الطريقة ، تحقق من أن النموذج السلوكي هو الأمثل لتقييم التخطيط المعرفي.
   6. افصل التجارب في حالة التخطيط إلى فئتين "سهلة" و "صعبة" (راجع الخطوة 2.2) ، ثم استخدم اختبار t الزوجي المتطابق لمقارنة الدقة وأوقات رد الفعل في فترتي التخطيط والتنفيذ بين التجارب "السهلة" و "الصعبة".
2. المعالجة المسبقة لمخطط كهربية الدماغ وحركة العين
   1. قم بإجراء خط أنابيب المعالجة المسبقة لبيانات EEG الموضح في النقاط التالية باستخدام البرامج النصية ذاتية الصنع و / أو صناديق الأدوات المعمول بها ، مثل تلك الموضحة في Delorme و Makeig¹²² ، في Dimigen et ^al.123 ، وفي Mognon et ^al.124 ، في برنامج لغة برمجة (انظر جدول المواد).
   2. قم بمزامنة نشاط حركة العين مع تسجيلات مخطط كهربية الدماغ لاستيراد التثبيتات والسكاد وأحداث الوميض لتحسين الفحص البصري أو إجراء مزيد من التحليلات (انظر الخطوة 3.1.2 والملف التكميلي).
      ملاحظة: في هذه الدراسة ، استخدمنا الطوابع الزمنية على بيانات تتبع العين والطوابع الزمنية على بيانات مخطط كهربية الدماغ كما هو موضح في Domic-Siede et ^al.54 و Dimigen et ^al.123 لاستيراد أحداث حركة العين إلى بيانات مخطط كهربية الدماغ في برنامج لغة برمجة.
   3. قم بتقليل عينات البيانات إلى 1,024 هرتز في حالة تسجيلها عند 2,028 هرتز لتقليل المتطلبات الحسابية.
      ملاحظة: معدل أخذ العينات البالغ Hz 1,024 كاف وفقا لمدى التردد المطلوب من Hz 4-8 ، واستبانة التردد المتوقعة ، والمتطلبات الحسابية للتحليل.
   4. أعد مرجع إشارة مخطط كهربية الدماغ إلى متوسط الأقطاب الكهربائية الموجودة على الخشاء
      ملاحظة: مراجع أخرى ممكنة. يمكن أن يؤثر اختيار المرجع على نتائج تحليل مخطط كهربية الدماغ وتفسير البيانات ، لذلك من المهم النظر بعناية في إيجابيات وسلبيات خيارات المراجع المختلفة. يعد متوسط مرجع الخشاء خيارا شائعا لدراسات مخطط كهربية الدماغ لأنه يوفر مرجعا مستقرا يسهل حسابه ، وقد ثبت أنه فعال في تحليل العديد من إشارات مخطط كهربية الدماغ المختلفة. تعد الإشارة إلى بيانات مخطط كهربية الدماغ إلى متوسط الخشاء (المعروف باسم مرجع متوسط الخشاء الخشاء) نهجا شائعا لتحليل نشاط ثيتا الجبهي في بيانات مخطط كهربية الدماغ لفروة الرأس. توجد أقطاب الخشاء بالقرب من الأذن وتوفر مرجعا لإشارات مخطط كهربية الدماغ. يمكن أن تساعد الإشارة إلى متوسط الخشاء في تقليل تأثير الضوضاء والقطع الأثرية غير ذات الأهمية مع تجنب إلغاء الإشارة محل الاهتمام ، مما يساعد المستخدم في الحصول على تمثيل أوضح لإشارات EEG.
   5. تطبيق استجابة نبضية محدودة صفرية الطور (FIR) بتردد قطع تمرير عالي يبلغ 1 هرتز وتردد قطع تمرير منخفض يبلغ 40 هرتز على الإشارة الموسعة (بدون إيتشوش) باستخدام برنامج لغة البرمجة.
      ملاحظة: في هذه الدراسة ، استخدمنا صندوق الأدوات الموصوف في Delorme و Makeig¹²².
   6. لكل حالة ، مع الأخذ في الاعتبار عدد التجارب ، قسم البيانات إلى حقب تتمحور حول بداية فترتي التخطيط والمراقبة ، على التوالي. استخدم 1 ثانية قبل بدء عرض المتاهة كخط أساس و 4 ثوان بعد فترة التخطيط أو التحكم كأجزاء ذات أهمية. استخدم برنامج لغة برمجة.
      ملاحظة: في هذه الدراسة ، استخدمنا صندوق الأدوات الموصوف في Delorme and Makeig¹²²و 36 حقبة / تجارب.
   7. قم بإنشاء تجزئة ثانية تتمحور حول نهاية فترتي التخطيط والتحكم باستخدام 4 ثوان قبل النهاية و 1 ثانية بعدها كفترة الصيانة.
      ملاحظة: سبب اختيار أول أربع ثوان من فترات التخطيط والرقابة (الخطوة 6.2.6 والخطوة 6.2.7) هو أن مدة كل فترة في كلا الحالتين يمكن أن تختلف ، ويمكن أن يوفر تحليل الثواني الأولى والأخيرة من التخطيط رؤية أكثر شمولا لعملية التخطيط. وبالتالي ، فإن أطوال النوافذ هذه كافية وكافية لتحليل ديناميكيات التذبذب الكامنة وراء التخطيط.
   8. عبر الإشارة المجزأة، قم بتشغيل خوارزمية تحليل المكونات المستقلة (ICA) لوجستيك Infomax¹²⁵لتحديد المكونات الاصطناعية وإزالتها.
   9. استخدم معيار نسبة التباين من ساكاد إلى التثبيت الموصى به في Plöchl et ^al.126للكشف تلقائيا عن المكونات الصاخبة المحتملة ، واستخدم كاشف القطع الأثرية التلقائي لمخطط كهربية الدماغ بناء على الاستخدام المشترك للميزات المكانية والزمانية الموصى بها في Mognon et ^al.124.
      ملاحظة: نوصي باستخدام مصنف المكونات المستقل المقترح في Pion-Tonachini et ^al.127 ، والذي يقدر تصنيفات المكونات المستقلة على أنها متجهات تركيبية عبر سبع فئات ، مما يساعد على تحديد القطع الأثرية.
   10. افحص المكونات الاصطناعية المحتملة الأخرى مثل مخطط كهربية العضل أو حركة القطب الكهربائي أو المكونات غير المتعلقة بالدماغ. تحقق من صحة رفض هذه المكونات عن طريق الفحص البصري للطبوغرافيات والأطياف والتنشيط بمرور الوقت.
   11. استيفاء القنوات الصاخبة (الاستيفاء الكروي) عن طريق الرفض التلقائي للقناة باستخدام معيار التفرط (مع درجة z 5 كعتبة).
3. تحليلات التردد الزمني
   1. قم بإجراء تحويل فورييه سريع قصير الوقت (FFT) (1 هرتز إلى 40 هرتز) باستخدام طول نافذة يبلغ 250 مللي ثانية وخطوة زمنية تبلغ 5 مللي ثانية. استخدم نافذة Hanning. استخدم الدرجة z لتطبيع مخططات التردد الزمني إلى خط الأساس (−1 ثانية إلى -0.1 ثانية).
      ملاحظة: يخضع تصور الطيف للمفاضلة بين حجم النافذة والاستبانة الزمنية. لتحقيق رؤية شاملة للطيف بأكمله بما في ذلك نطاق ثيتا من 4 هرتز إلى 8 هرتز ، نوصي باستخدام الحد الأدنى لحجم النافذة ، وهو 250 مللي ثانية ، لضمان دقة زمنية أعلى أثناء كل تجربة ومهمة. بالإضافة إلى ذلك ، نوصي باستخدام نافذة Hanning ، حيث ينظر إلى هذا على نطاق واسع على أنه خيار تقليدي لهذه الحالات. للحصول على دقة أفضل في الوقت والتكرار ، راجع الخطوات الإضافية.
   2. حدد مخطط تردد زمني من قطب أمامي مركزي ، مثل Fz ، أو مجموعة متوسطة من الأقطاب الكهربائية الأمامية.
      ملاحظة: ضع في اعتبارك الأدلة الواسعة المتعلقة بالعلاقة بين التحكم المعرفي وثيتا خط الوسط الأمامي^12،128،129.
   3. حدد مخططات التردد الزمني للتحكم غير الأمامي من الأقطاب الكهربائية مثل أقطاب Pz و Oz لتعزيز المقارنات.
   4. بالنسبة للأقطاب الكهربائية الأمامية والتحكم ، قم بإجراء اختبار التقليب العنقودي غير البارامتري للعينات المقترنة ، مع قيمة p < 0.05 للمقارنات على مستوى المجموعة لمخططات التردد الزمني من كلا الحالتين. استخدم طريقة مونت كارلو مع 1,000 سحب عشوائي. استخدم الحد الأقصى للقيمة الإحصائية لنظام المجموعة لإجراء اختبار التقليب¹³⁰.
   5. متوسط نطاق تردد ثيتا (4-8 هرتز) من أول 4 ثوان من التخطيط والتحكم ، على التوالي ، وآخر 4 ثوان أيضا.
   6. قارن متوسط نشاط ثيتا بين الشروط باستخدام اختبار t الزوج المتطابق أو اختبار Wilcoxon الموقع.
   7. تحليل الملف الشخصي الزمني لنشاط ثيتا. للقيام بذلك ، متوسط نطاق التردد من 4-8 هرتز عبر التجارب حسب الموضوع.
   8. قارن ديناميكيات نشاط ثيتا بين الشروط باستخدام اختبار ويلكوكسون ذي الرتبة الموقعة المقترنة والمصححة بمعدل الاكتشاف الخاطئ (FDR).
      ملاحظة: استخدمنا خطوات 88 مللي ثانية من النوافذ غير المتداخلة في اختبار Wilcoxon.
4. إعادة بناء المصدر
   1. استخدم صندوق أدوات لإعادة بناء تحليل المصدر ، مثل صندوق أدوات الوصول المفتوح الموضح في Tadel et ^al.131 أو صندوق آخر مشابه.
   2. احسب مصادر إشارة مخطط كهربية الدماغ المعالجة مسبقا من أول 4 ثوان من التخطيط باستخدام خوارزمية مثل التصوير المقطعي الكهرومغناطيسي القياسي منخفض الدقة للدماغ (sLORETA) ¹³²وطريقة التصوير المعياري الأدنى ، بالإضافة إلى طريقة عنصر الحدود المتماثل (BEM المتماثل) ، بمساعدة صندوق أدوات مثل الموصوف في Gramfort et ^al.133لحل المشكلة العكسية.
   3. استخدم خوارزمية المصدر (خوارزمية sLORETA في هذه الدراسة) على قالب MNI التشريحي (استخدمنا قالب MNI في Brainstorm "Colin27") مع مواقع القطب الكهربائي الافتراضية لكل مشارك في حالة عدم وجود رقمنة ثلاثية الأبعاد للأقطاب الكهربائية (انظر الخطوة 5.6).
      ملاحظة: تجدر الإشارة إلى أن استخدام مواقع الأقطاب الكهربائية الافتراضية ليس الطريقة الأكثر فاعلية لتحديد مصادر نشاط الدماغ. ومع ذلك ، لا يزال بإمكانه توفير فهم عام لأصل النشاط. من المهم أن تضع في اعتبارك أن مصادر التوطين التي تم الحصول عليها من خلال هذه الطرق هي تقريبيات تقريبية ويجب تفسيرها بحذر أثناء تحليل النتائج.
   4. قم بتطبيق مرشح ممر نطاق 4-8 هرتز على الإشارة المعالجة مسبقا.
   5. تطبيق تطبيع z-score باستخدام الفترة -000 مللي ثانية إلى 10 مللي ثانية قبل بداية التجربة كخط الأساس.
   6. متوسط نشاط ثيتا باستخدام نافذة زمنية ذات فائدة بين 1 ثانية و 4 ثوان بعد بداية التجربة.
   7. قارن متوسط مصادر الفضاء بين الظروف باستخدام اختبار علامة التقليب غير البارامترية مع أخذ عينات مونت كارلو (1,000 توزيع عشوائي)¹³¹.
   8. لتحديد مناطق الاهتمام (ROIs) ، قم بتسمية القشرة باستخدام أطلس الدماغ.
      ملاحظة: استخدمنا Destrieux Atlas¹³⁴ المنفذة في صندوق الأدوات الموصوف في Tadel et ^al.131.
   9. حدد مناطق الدماغ ذات الاهتمام (ROIs).
      ملاحظة: لقد أخذنا في الاعتبار الأدلة التي تشير إلى أن مناطق قشرة الفص الجبهي ، مثل الدوران الجبهي العلوي الثنائي (SF) ، والدوران الجبهي المستعرض الثنائي والتلم (FP) ، و ACC الثنائي ، و MCC الثنائي ، وقشرة الفص الجبهي الظهري الجانبي^{الثنائي 137،138} ، تشارك في وظائف التحكم المعرفي^135،136.
   10. قم بإجراء تحليل المكون الرئيسي (PCA) على إشارة EEG السابقة المعالجة مسبقا (نطاق 1-40 هرتز) لكل عائد استثمار ، وخذ الوضع الأول لتحلل PCA لكل عائد استثمار.
   11. قم بإجراء تحليل طيفي باستخدام تحويل فورييه سريع لفترة قصيرة ، وقارن النتائج بين منطقتي اليسار واليمين محل الاهتمام باستخدام اختبار التقليب غير البارامتري القائم على الكتلة¹³⁰.
   12. استخرج وتمثيل عائد الاستثمار الأيسر والأيمن الذي لا يظهر أي اختلافات كسلسلة زمنية ثنائية واحدة: SF و ACC و MCC. بعد ذلك ، ارسم مخططات التردد الزمني ، وقارن بين الشروط.
   13. قارن بين مخططات التردد الزمني وفقا لمستوى تعقيد مهمة التخطيط (التجارب السهلة مقابل التجارب الصعبة) لكل عائد استثمار.
   14. قم بعكس حافة الإشارة لكل عينة من العينات البالغ عددها 512 ، وقم بإجراء مرشح ممر نطاق بين 4 هرتز و 8 هرتز لعائد الاستثمار المحدد.
   15. قم بتطبيق تحويل هيلبرت للحصول على السعة اللحظية¹³⁹باستخدام صندوق أدوات معالجة الإشارات من برنامج لغة برمجة (انظر جدول المواد).
   16. تصحيح الإشارة باستخدام تطبيع درجة z (-1,000 إلى -10 مللي ثانية كخط أساس) ، والمتوسط عبر التجارب حسب الموضوع.
   17. قارن كل ملف تعريف وقت لنطاق ثيتا عائد الاستثمار بين الشروط باستخدام اختبار Wilcoxon الموقع (أزواج متطابقة ، 1 ثانية من النوافذ غير المتداخلة) ، وصححه باستخدام FDR.
5. الارتباطات بين نشاط مخطط كهربية الدماغ والأداء السلوكي
   1. تطبيع السلسلة الزمنية المصدر لعائد الاستثمار إلى خط الأساس باستخدام z-score. حدد نافذة من 1 إلى 4 ثوان بعد بداية التخطيط أو التحكم (حيث يتم ملاحظة نشاط ثيتا البارز في مخططات التردد الزمني).
   2. لتحديد الزيادة في نشاط ثيتا في حالة التخطيط مقارنة بحالة التحكم ، قم أولا بتحويل الإشارة إلى مجال التردد (1-40 هرتز) باستخدام طريقة التفتق المتعدد من خلال صندوق أدوات مثل Chronux toolbox¹⁴⁰ لكل حالة ومصدر في المناطق ذات الاهتمام.
   3. احسب متوسط تردد نطاق ثيتا (4-8 هرتز) ، واحسب مقياسين لقوة ثيتا: أنا) الفرق بين قوة ثيتا خلال فترة التخطيط (تخطيط θ) وفترة التحكم (تحكم θ) ، يشار إليها باسم Δ ثيتا ، و ب) الزيادة النسبية في نشاط ثيتا ، معبرا عنها بنسبة Δ ثيتا (Δ θ) ونشاط ثيتا خلال فترة التحكم (تحكم θ) ، كما في Domic-Siede et ^al.54:
             (1)
      
   4. احسب معلمتين سلوكيتين: ج) تخطيط Δ LISAS ، عن طريق طرح تحكم LISAS من تخطيط LISAS ، و iv) تنفيذ تخطيط LISAS ، عن طريق طرح تنفيذ تحكم LISAS من تنفيذ تخطيط LISAS ، كما هو الحال في Domic-Siede et ^al.54:
      
      
   5. قم بإجراء ارتباطات سبيرمان رو باستخدام المعلمات الفيزيولوجية الكهربية والسلوكية المحسوبة ، ثم تصحيحها بواسطة FDR.
6. تحليل حركة العين: للتحكم في الاختلافات المحتملة في حركات العين لكل حالة قد تؤدي إلى ديناميكيات تذبذب مختلفة ، قم بإجراء التحليل التالي:
   1. تحديد اتساع ساكاد وسرعة ذروة ساكاد من التجربة بأكملها ومن 0 ثانية إلى 3.75 ثانية أثناء ظروف التخطيط والتحكم.
   2. قارن النتائج باستخدام اختبار Wilcoxon أو اختبار t الزوج المتطابق ، أيهما مناسب.
      ملاحظة: يمكن أن يكون صندوق الأدوات مثل الموصوف في Dimigen et ^al.123مفيدا.
   3. احسب وقيم التماسك بين قوة فورييه EEG في قطب أمامي واحد (على سبيل المثال ، Fz أو قطب متوسط عائد الاستثمار الأمامي) ومعدل saccade كما هو موضح في Sato و Yamaguchi¹⁴¹.
   4. استخدم اختبار Wilcoxon الموقعة لمقارنة قيم معدل قوة التماسك لأول 4 ثوان من كل تجربة بين الشرطين

Results

في هذا البروتوكول ، تمت مقارنة RT لفترة التخطيط ب RTs لفترة المراقبة وفترة تنفيذ التخطيط. كان RT للتخطيط أكبر من فترة التحكم وتنفيذ التخطيط RTs. بالإضافة إلى ذلك ، مقارنة بحالة التحكم ، ارتكب المشاركون المزيد من الأخطاء وكان لديهم دقة أقل خلال فترة التخطيط (الشكل 5).

الشكل 5: وقت رد الفعل ودقته لمهمة التخطيط. مقارنة بين أوقات التفاعل (A) في فترة التخطيط (الدوائر الأرجوانية) وفترة التحكم (الدوائر الخضراء) باستخدام اختبار t المزدوج المتطابق. (ب) مقارنة بين أوقات التفاعل في فترة التخطيط (الدوائر الأرجوانية) وفترة تنفيذ التخطيط (المربعات الأرجوانية) باستخدام اختبار t المزدوج المتطابق. (ج) مقارنة معدل الدقة في حالة التخطيط (الماس الأرجواني) وحالة المراقبة (الماس الأخضر) باستخدام اختبار ويلكوكسون ذي الرتبة الموقعة. تم تعديل هذا الرقم من Domic-Siede et ^al.54. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

علاوة على ذلك ، أظهر تحليل مستويات تعقيد التخطيط اختلافات كبيرة في الدقة وأوقات رد الفعل (RTs) بين المستويين "الصعب" و "السهل" أثناء التخطيط والتنفيذ (الشكل 6). كان المستوى "الصعب" يحتوي على RTs أطول ودقة أقل. تشير هذه النتائج إلى أن تقسيم التجارب على أساس عدد الحلول الصحيحة يمكن أن يميز التجارب "السهلة" عن "الصعبة".

الشكل 6: مقارنة الأداء السلوكي على مستويات التعقيد المختلفة. تم تحديد اختلافات كبيرة في الأداء السلوكي على مستويات التعقيد "السهلة" و "الصعبة" باستخدام اختبار t الزوجي المتطابق. شوهدت أوقات رد فعل أقل (RTs) أثناء التخطيط والتنفيذ للمستوى "السهل" مقارنة بالمستوى "الصعب" ، وكانت الدقة أعلى بالنسبة للمستوى "السهل". تمثل أشرطة الخطأ SEM (خطأ معياري للمتوسط). تم تعديل هذا الرقم من Domic-Siede et ^al.54. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

أشارت هذه النتائج إلى أنه عندما تمت إزالة مكون التخطيط بنجاح من حالة التحكم (عن طريق التلاعب بالتعليمات) ، كانت مهمة التخطيط أكثر تعقيدا من الناحية المعرفية ، وتطلبا ، وتحديا ، وتستغرق وقتا طويلا. ومن ثم ، يمكن مقارنة الارتباطات العصبية التي تسببها المهام مع بعضها البعض.

لتحليل نشاط ثيتا خط الوسط الأمامي أثناء التخطيط ، تمت مقارنة متوسط نطاق تردد ثيتا أثناء التخطيط لقطب Fz بفترة التحكم ، وتم العثور على زيادة كبيرة في تردد نطاق ثيتا أثناء التخطيط (الشكل 7).

الشكل 7: نشاط ثيتا خط الوسط الأمامي أثناء التخطيط المعرفي. (أ) الخرائط الطبوغرافية التي تمثل قوة نطاق ثيتا عبر جميع الموضوعات التي تم تطبيعها إلى درجات z أثناء مهمة التخطيط (يسار) ، ومهمة التحكم (الوسط) ، وتأثير التخطيط (يمين). أثناء التخطيط المعرفي ، أظهر الأشخاص زيادة في نشاط ثيتا خط الوسط الأمامي. يعرض شريط الألوان قيم z بين -0.5 إلى 1.5. (ب) مخطط كمان يوضح الحد الأدنى والرباعي والمتوسط والحد الأقصى لقيم درجة z لنشاط ثيتا عبر الموضوعات أثناء التخطيط (أرجواني) مقارنة بفترة التحكم (الأخضر) للأقطاب الكهربائية Fz (يسار) و Pz (وسط) و Oz (يمين) باستخدام اختبار t زوجي متطابق. تم تعديل هذا الرقم من Domic-Siede et ^al.54. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

بالإضافة إلى ذلك ، لتقييم الديناميكيات الزمنية لنشاط ثيتا الجبهي المرصود ، تمت صياغة خرائط طبوغرافية تتوافق مع نقاط زمنية محددة لقوة نطاق ثيتا (750 مللي ثانية ، 1،750 مللي ثانية ، 2،750 مللي ثانية ، و 3،750 مللي ثانية) (الشكل 8 أ). علاوة على ذلك ، مقارنة بفترة التحكم ، أظهر تحليل التردد الزمني زيادة كبيرة وتدريجية ومستدامة في نشاط ثيتا بدءا من 1 ثانية بعد بداية فترة التخطيط (الشكل 8 ب).

الشكل 8: ديناميكيات ثيتا الزمنية لخط الوسط الأمامي. (أ) شرائح زمنية طبوغرافية لنشاط ثيتا. لوحظت زيادة تدريجية في نشاط ثيتا خط الوسط الأمامي بمرور الوقت أثناء تنفيذ التخطيط (فترة التخطيط). يشير شريط الألوان إلى وحدات الدرجة z (-0.5 إلى 2.2). (ب) مخططات التردد الزمني لفترة التخطيط (أعلى) وفترة التحكم (المتوسطة) وتأثير التخطيط ، محسوبة بطرح فترة التحكم من فترة التخطيط (أسفل). تظهر وحدات البكسل غير المهتمة ، كما هو محدد باستخدام اختبار التقليب القائم على نظام المجموعة غير البارامتري للعينات المقترنة ، أخف في مخطط تأثير التخطيط. يشير شريط الألوان إلى وحدات الدرجة z (-4 إلى 4). تم تعديل هذا الرقم من Domic-Siede et ^al.54. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

لإعادة بناء مصدر نشاط ثيتا ، تم تصور قالب نموذج الدماغ ومقارنته بين الظروف ، وهذا يشير إلى أن نشاط ثيتا نشأ داخل مناطق قشرة الفص الجبهي (القشرة الأمامية العلوية ، FS؛ القشرة الحزامية الأمامية، ACC ؛ والقشرة الحزامية الوسطى ، MCC) ، بالإضافة إلى وجود اختلافات كبيرة بين الظروف (في SF الثنائي ، ACC الثنائي ، ومركز عملائي الثنائي) (الشكل 9) ، مع ارتفاع نشاط ثيتا لوحظ في فترة التخطيط (الشكل 9).

الشكل 9: إعادة بناء المصدر. تم استخدام خوارزمية sLORETA لتقدير نشاط ثيتا من مصادر دماغية مختلفة. كان نشاط ثيتا عبارة عن 4-8 هرتز تمت تصفيته ، وتطبيع درجة z ، وتصحيحها بواسطة خط الأساس ، ومتوسطها بين 1 ثانية أو 4 ثوان بعد التخطيط أو بداية التحكم ، على التوالي ، ومقارنتها بين الشروط. تم العثور على زيادة كبيرة في نشاط ثيتا في المنطقة الأمامية العليا الثنائية ، والقشرة الحزامية الأمامية الثنائية ، والقشرة الحزامية المتوسطة الثنائية. يوضح الشكل قيم t مهمة من اختبار التقليب. الاختصارات: FS = أمامي متفوق. ACC = القشرة الحزامية الأمامية. MCC = منتصف القشرة الحزامية. تم تعديل هذا الرقم من Domic-Siede et ^al.54. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

بعد ذلك ، تم تقييم الملف الشخصي الزمني للتغيرات في ثيتا بمرور الوقت لكل مصدر عن طريق حساب تحويل هيلبرت ، ثم قارنا السعة اللحظية لنشاط ثيتا بين الظروف. وجدنا أن مصادر الجبهة القطبية اليسرى ، و ACC الثنائية ، ومصادر MCC الثنائية قدمت نشاطا أعلى من ثيتا بعد بداية فترة التخطيط (الشكل 10). أشارت هذه النتائج إلى أن نموذجنا التجريبي الذي يتطلب التخطيط المعرفي تسبب في نشاط ثيتا الذي ينشأ داخل مناطق PFC.

الشكل 10: الملف الشخصي الزمني لنشاط ثيتا لمصادر مركبات الكربون المشبعة بالفلور. تم تطبيق السعة اللحظية المحسوبة باستخدام تحويل هيلبرت على المكون الأول من تحلل PCA لكل مصدر أمامي وتم تطبيع كل من الظروف وخط الأساس إلى درجة z لإظهار نشاط ثيتا الأمامي بمرور الوقت. تظهر المناطق المظللة باللون الرمادي اختلافات كبيرة تم تحديدها باستخدام نافذة متحركة غير متداخلة بخطوات 1 ثانية (اختبار رتبة Wilcoxon الموقعة) تم تصحيحها بواسطة FDR. تمثل المناطق المظللة فترات ثقة بنسبة 95٪. أظهرت منطقة FP اليسرى ، و ACC الثنائية ، و MCC الثنائية زيادات في نشاط ثيتا بعد بدء التخطيط. الاختصارات: ACC = القشرة الحزامية الأمامية. MCC = منتصف القشرة الحزامية. تظهر حالة التخطيط باللون الأرجواني. تظهر حالة التحكم باللون الأحمر. تم تعديل هذا الرقم من Domic-Siede et ^al.54. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

علاوة على ذلك ، هدفنا إلى فحص التباين في السمات الطيفية أثناء التخطيط فيما يتعلق بمستوى التعقيد ، كما يتضح من النتائج السلوكية. وتجدر الإشارة إلى أنه تم العثور على تباين كبير فقط في ACC الأيسر داخل نطاق ألفا. هذا يدعم فكرة أن مهمة التخطيط لدينا تقيم الجوانب الجوهرية للتخطيط من خلال التغييرات في تذبذبات ثيتا إلى حد أكبر من المتطلبات المعرفية العامة (الجهد) التي تواجهها عادة في مهام التحكم المعرفي (الشكل 11).

الشكل 11: مخطط كهربية الدماغ عبر مستويات تعقيد التخطيط. أظهرت مخططات التردد الزمني لعائد الاستثمار مجموعة إيجابية كبيرة في النطاق ألفا حصريا في القشرة الحزامية الأمامية اليسرى (ACC) للمستوى "الصعب". يتم عرض وحدات البكسل غير المهمة ، كما تم تحديدها باستخدام اختبار التقليب القائم على الكتلة غير المعلمية للعينات المقترنة ، في ظل أفتح على المخطط ، مع شريط الألوان يشير إلى وحدات الدرجة z من -3 إلى 3. تم تعديل هذا الرقم من Domic-Siede et ^al.54. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

عندما تم إجراء الارتباطات بين نشاط ثيتا والأداء السلوكي ، لوحظ ارتباط سلبي. على وجه التحديد ، مع زيادة نشاط ثيتا في المنطقة الأمامية القطبية اليسرى خلال فترة التخطيط ، انخفضت درجة تنفيذ تخطيط LISAS (الشكل 12). قد يعكس هذا النمط أن منطقة FP اليسرى قد تكون ضرورية أثناء التخطيط لتنفيذ الخطة بنجاح بعد ذلك ويقترح دورا لنشاط ثيتا.

الشكل 12: نشاط ثيتا والأداء السلوكي. أظهر ارتباط Spearman rho بين نشاط ثيتا من القشرة الأمامية القطبية اليسرى وتنفيذ تخطيط Δ LISAS ارتباطا سلبيا كبيرا. تم تعديل هذا الرقم من Domic-Siede et ^al.54. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

بالإضافة إلى ذلك ، قد تكون المتطلبات والأهداف المعرفية المتنوعة التي تسببها كل حالة قد تسببت في تباين حركات العين بين ظروف التخطيط والتحكم ، مما يؤدي إلى أنماط نشاط تذبذب^{مختلفة 95}. لمعالجة المشكلة المذكورة أعلاه ، قمنا بتحليل بيانات الموضوع الفردي والتجربة الفردية على مستويات مختلفة. والجدير بالذكر أن السلسلة الزمنية لقناة Fz وديناميكيات وقت نشاط ثيتا يبدو أنها لا علاقة لها بمعدل saccades بمرور الوقت (الشكل 13 أ).

الشكل 13: نتائج تسجيلات مخطط كهربية الدماغ وحركة العين. (أ) تقدم الصفوف مخطط كهربية الدماغ (أعلى) ، ومخطط تردد الوقت (الجزء العلوي الأوسط) ، وملف تعريف وقت ثيتا من القطب الكهربائي Fz (الجزء السفلي الأوسط) ، ومعدل ساكاد للموضوع 8 والتجربة 9 (أسفل) في حالة التخطيط. (ب) تظهر مقارنة اختبار رتبة Wilcoxon الموقعة لسعة saccade ، وسرعة ذروة saccade ، وتماسك معدل القدرة بين الظروف ، مما يكشف عن اختلافات إحصائية كبيرة في سعة saccade بين ظروف التخطيط والتحكم. يتم تمثيل التسويق عبر محرك البحث بواسطة أشرطة الخطأ. تم تعديل هذا الرقم من Domic-Siede et ^al.54. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

بعد ذلك ، حصلنا على سعة saccade وسرعة الذروة من التجربة بأكملها ومن 0 ثانية إلى 3.75 ثانية للمقارنة (الشكل 13 ب). اكتشفنا أن سعة ساكاد كانت أكبر في حالة التحكم. ومع ذلك ، لم يتم العثور على فروق ذات دلالة إحصائية بين الظروف في مؤشر التماسك بين قوة ثيتا فورييه عند القطب الكهربائي Fz ومعدل الساكاد (الشكل 10 ب) ، مما يشير إلى أن أي علاقة محتملة بين ساكاد ونشاط ثيتا كانت متسقة عبر الظروف.

مجتمعة ، تدعم هذه النتائج أن البروتوكول التجريبي الموصوف مناسب لدراسة التخطيط المعرفي كوظيفة تحكم معرفي.

Discussion

يقدم البروتوكول الموصوف هنا نهجا مبتكرا لتقييم التخطيط المعرفي والتحكم المعرفي أثناء مهمة تخطيط جديدة وبيئية بالاشتراك مع القياسات السلوكية والفسيولوجية ذات الصلة والتكميلية ، مثل ديناميكيات التذبذب والحدقة. خلال تجاربنا ، تم تسجيل نشاط مخطط كهربية الدماغ أثناء قيام المشاركين بمهمة التخطيط ، حيث تم توجيه المشاركين أولا لوضع خطة ثم تنفيذها. تم إنشاء شرط التحكم ، الذي تضمن تقييم مسار مرسوم مسبقا على خريطة حديقة ، للقضاء على جانب التخطيط المعرفي مع الحفاظ على بيئة وهيكل مماثلين. يتيح هذا النهج تقييم ما إذا كان التخطيط المعرفي ، كوظيفة تحكم معرفية ، يؤدي إلى توليد نشاط ثيتا أمامي من مناطق PFC وما إذا كانت مصادر تذبذب ثيتا PFC المختلفة مرتبطة بجوانب مختلفة من أداء التخطيط. جانب آخر يمكن تقييمه باستخدام هذا البروتوكول هو التمايز بين العمليات المعرفية المختلفة المتضمنة خلال مراحل التخطيط ، مثل وضع الخطة وتنفيذ الخطة وإنجاز الخطة ومعالجة التغذية الراجعة. وجدنا أن التخطيط أدى إلى نشاط ثيتا أمامي متعارف مرتبط بالتحكم المعرفي ، مما ساهم في تحقيق الهدف بكفاءة. وتدعم هذه النتائج اهتمام هذا البروتوكول.

على الرغم من التطورات الهائلة في علم الأعصاب المعرفي ، فإن معظم تجارب التصوير العصبي تفحص الوظائف المعرفية المعزولة باستخدام مهام اصطناعية في البيئات المحرومة من الحركة الحسية ومحفزات مفرطة في التبسيط للتحكم في الارتباك. من الإشكالي أن هذه التجارب قد لا تكون قادرة على تحديد آليات الدماغ الحقيقية التي ينطوي عليها تنفيذ وظيفة معرفية في موقف يومي (أثناء المواقف البيئية)^138،140. على وجه الخصوص ، يصعب تقييم القدرات على صياغة الأهداف والتخطيط وتنفيذ الخطط بشكل فعال لأنها تتطلب وظائف معرفية مختلفة (الذاكرة العاملة ، والتحكم المثبط ، والمرونة المعرفية ، وما إلى ذلك)^104،144. وبالتالي ، يتم تشجيع تصميم مهمة سلوكية بيئية واقتراحها بناء على الاتجاهات الحالية في علم الأعصاب المعرفي^{142،143،145،146}.

تم جعل مهمة التخطيط الخاصة بنا ، على الرغم من أنها تتم في بيئة معملية (داخل غرفة مع عرض المحفزات على الشاشة) ، جذابة وتفاعلية للمشاركين من خلال استخدام المحفزات والأهداف الهادفة التي يمكنهم التفاعل معها على الشاشة. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب المهمة من المشاركين الانخراط في موقف واقعي - تخطيط مسار لزيارة مواقع مختلفة. للحصول على تصميم مهمة بيئية ، يجب أن يتحدى النموذج الأشخاص لأداء سلوك معين أو وظيفة معرفية بطريقة مشابهة لما يتعين عليهم القيام به في الحياة اليومية^62،63،147. لتطوير تصميم مهمة بيئية ، تتضمن مهمة التخطيط المستخدمة هنا تخطيط مسار لزيارة أماكن مختلفة في عدة مراحل⁵⁶. تتضمن المرحلة الأولى قيام المشاركين بوضع خطة مع التأكد من أنها تتبع مجموعة من القواعد. تتضمن المرحلة الثانية الحفاظ على الخطة في الذاكرة العاملة، بينما تتضمن المرحلة الثالثة تنفيذ الخطة ومراقبة التزامها بالقواعد. تمثل هذه المراحل مراحل مختلفة من التخطيط وتنسيق الوظائف التنفيذية الأخرى ، مثل المرونة المعرفية والتحكم المثبط والذاكرة العاملة. من أجل الحصول على تصميم مهمة معرفية بيئية صالح ، يجب أن تكون المهمة قادرة على اكتشاف إعاقات معرفية محددة لدى المرضى الذين يعانون من اضطرابات نفسية أو معرفية والذين يجدون صعوبة في أداء تلك الوظيفة المعرفية المحددة في حياتهم اليومية¹⁰⁵. يمكن تحقيق ذلك من خلال البحث المستقبلي باستخدام هذا البروتوكول.

تمت مواءمة النتائج السلوكية التي تم الحصول عليها من خلال استخدام هذا البروتوكول مع التنبؤات التجريبية. لوحظ اختلاف كبير في السلوك عندما تمت إزالة مكون التخطيط من مهمة التحكم لتشكيل حالة تحكم ، مما يسهل المزيد من المقارنات. وجد أن شرط التخطيط أكثر تطلبا من الناحية المعرفية من حالة التحكم ، كما يتضح من معلمات مثل وقت رد الفعل والدقة. قد يعكس هذا زيادة مشاركة الوظائف المعرفية العالية في تنفيذ التخطيط^{23،55،56،57،148،149،150}.

بالنظر إلى أن حالة التحكم تضمنت إدراكا أقل تعقيدا ، كما يتضح من أوقات رد الفعل الأسرع ، والأداء الأفضل ، والعمليات المعرفية المختلفة المطلوبة (تقييم القواعد) ، فإن التعديل البديل المحتمل هو استغلال مستويات التعقيد الموجودة في مهمة التخطيط ، والتلاعب بها ، وتحليل وظيفة التخطيط بشكل بارامتري وفقا لمستويات مختلفة من التعقيد (على سبيل المثال ، زيادة عدد المحاكمات ، وخلق ظروف تجريبية صعبة ومتوسطة وسهلة). ومع ذلك ، أظهرت نتائج بروتوكولنا أنه في حين أنه كان من الممكن التمييز بين التجارب "السهلة" و "الصعبة" بناء على المقاييس السلوكية ، لم يتم اكتشاف أي اختلافات في المقاييس الفيزيولوجية الكهربية. يشير هذا إلى أن النتائج في بروتوكولنا تعكس بشكل أكثر دقة الخصائص الجوهرية لوظيفة التخطيط بدلا من الجوانب الأوسع للتحكم المعرفي ، مثل الانتباه أو الجهد العقلي أو مستوى الصعوبة أو المستوى العالي من الطلب المعرفي⁵⁴. ومع ذلك ، قد تنظر المزيد من الأبحاث في أنواع أخرى من ظروف التحكم ، مثل اتباع مسار محدد يزور مواقع الأربعة ولكن أيضا تذكر ترتيب التسلسل. بهذه الطريقة ، يمكن التحكم في مستوى الصعوبة بشكل أفضل ، ويمكن تمييز التخطيط عن الذاكرة العاملة ، ولكن أحد العيوب المحتملة لذلك هو التعب ، لأن الأشخاص سيتعين عليهم أداء مهمتين متطلبتين للغاية.

ربطت العديد من الدراسات بين معايير حركة العين المختلفة وأحداث معرفية محددة. من ناحية أخرى ، وجدت بعض الدراسات ارتباطات بين تذبذبات ثيتا وقطر التلميذ أثناء المهام المعرفية ، مما يشير إلى وجود علاقة بين هذين المقياسين للوظيفة المعرفية. على سبيل المثال ، وجد Lin et ^al.152 وجود علاقة بين نشاط ثيتا الجبهة الوسطى والتغيرات في حجم التلميذ ، مما يعكس درجات متفاوتة من الصراع الذاتي. تشير النتائج التي توصلوا إليها إلى أن هذه الإشارات تمثل معالجة الصراع وزيادة الانتباه والاستجابات السلوكية المرنة. ومن ثم ، يبدو أن العلاقة بين نشاط ثيتا الجبهة الوسطى واستجابات التلاميذ تلعب دورا في وزن التكاليف والفوائد أثناء عمليات صنع القرار. في دراسة أخرى ، درس Yu et ^al.153 كيف يؤثر الانخراط في الوقت في المهمة بشكل فيزيولوجي عصبي على التحكم المعرفي من خلال مهمة الذاكرة العاملة التي تعدل الاستجابات المثبطة للتحكم. درسوا العلاقة بين بيانات قطر حدقة العين ونشاط ثيتا الجبهي وأظهروا أنه مع زيادة مدة المهمة ، انخفض الأداء ، وكان ذلك مصحوبا بانخفاض في تعديل تمدد حدقة العين ونشاط ثيتا الجبهي. في بداية المهمة ، وجدوا علاقة قوية بين مشاركة المهمة ، ونشاط ثيتا ، والتحكم المعرفي ، كما يتضح من تعديل تمدد حدقة العين ، بشكل أساسي للمهام الصعبة التي تتطلب ذاكرة عاملة عالية وتحكما مثبطا. ومع ذلك ، تبددت هذه العلاقة في النهاية ، مما يشير إلى انفصال بين الجهد المستثمر والتحكم المعرفي المستخدم لأداء المهمة ، وهو السمة المميزة لتأثيرات وقت الفص الجبهي^{في المهمة 153}. من ناحية أخرى ، بحثت دراسات أخرى في التذبذبات والتذبذبات. على سبيل المثال ، كشف Nakatani et ^al.154 أنه في مهمة إدراكية ، تنبأت سعة نطاق ألفا من المناطق القذالية بالوميض وتأثيرات saccade. علاوة على ذلك ، أظهر Velasques et ^al.155 أنه أثناء مهمة الانتباه النباتية ، ارتبطت سعة saccade بتغيرات جاما الأمامية. علاوة على ذلك ، وجد Bodala et ^al.156 أن الانخفاضات في ثيتا خط الوسط الأمامي كانت مصحوبة بانخفاض في الانتباه المستمر ، بالإضافة إلى سعة وسرعة saccades. تشير هذه النتائج إلى أن حركات العين ، وخاصة الساكاد ، قد تعكس العمليات المعرفية بدلا من المساهمة فقط في ضوضاء الخلفية في إشارات مخطط كهربية الدماغ. في الدراسة الحالية ، قمنا بتعزيز القضاء على القطع الأثرية المتعلقة بحركة العين باستخدام خوارزمية ICA مع معيار نسبة تباين ساكاد إلى التثبيت¹²⁶. يعزز هذا المعيار إزالة القطع الأثرية لمهام العرض المجانية¹⁵⁷. في دراستنا ، لم يلاحظ أي اختلافات في سرعة ذروة ساكاد والتماسك بين قوة ثيتا ومعدل ساكاد عبر الظروف. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لمعالجة هذه الأسئلة.

تتمثل إحدى الخطوات الحاسمة في استخدام هذا البروتوكول في معايرة متتبع العين باستمرار أثناء التجربة ، حيث قد يؤدي فقدان بيانات النظرة من الكاميرا إلى أخطاء من شأنها تلويث المهمة وتجعل من الصعب الحصول على استجابات دقيقة. لذلك ، من الضروري المعايرة قدر الإمكان. ومع ذلك ، هناك مقايضة بين عدد التجارب باستخدام متتبع العين المعاير وطول التجربة. في دراستنا ، قررنا معايرة كل خمس تجارب.

يجب إجراء بحث مستقبلي لاستكشاف العلاقة بين تذبذبات ثيتا وقطر التلميذ خلال مهمة التخطيط هذه. التخطيط هو جانب حاسم من الرقابة التنفيذية التي تتطلب تخصيص موارد الانتباه وتنسيق العمليات المعرفية المتعددة. يمكن أن يوفر فهم العلاقة بين تذبذبات ثيتا وقطر التلميذ أثناء مهام التخطيط رؤى قيمة حول الآليات العصبية الأساسية للتحكم التنفيذي وكيف تتغير بمرور الوقت. علاوة على ذلك ، يمكن أن تؤدي مثل هذه الدراسات إلى فهم أعمق لكيفية تأثير التغييرات في الوظيفة المعرفية ، مثل التعب أو الهفوات الانتباهية ، على الأداء في تخطيط المهام والقدرة على تخصيص الموارد بشكل فعال. يمكن أن يكون لهذه المعلومات آثار مهمة على تطوير التدخلات التي تهدف إلى تحسين أداء التخطيط ، مثل برامج التدريب المعرفي أو علاجات لحالات مثل اضطراب نقص الانتباه / فرط النشاط (ADHD) ، من بين أمور أخرى.

أشارت الأبحاث السابقة إلى أن PFC يلعب دورا مهما في التخطيط المعرفي ، كما أكدته نتائجنا. توضح هذه النتائج أن التخطيط المعرفي يحفز نشاط FMθ في PFC ، لا سيما في القشرة الحزامية الأمامية ، والقشرة الحزامية المتوسطة ، والمناطق الأمامية^{العلوية 54}. تتوافق هذه النتائج مع الأبحاث السابقة حول الوظائف التنفيذية. هناك أدلة قوية تدعم فكرة أن نشاط FMθ يعمل كعملية من أعلى إلى أسفل لبدء التحكم وتسهيل الاتصال بين مناطق الدماغ أثناء المهام الصعبة¹³. في حين أن عددا قليلا فقط من الدراسات قد فحصت الديناميكيات الزمنية لنشاط FMθ المرتبط بالتحكم المعرفي ، إلا أن هناك اتفاقا واسع النطاق على أن الملف الزمني ل FMθ يمكن أن يوفر معلومات حول جوانب مختلفة من التحكم المعرفي ومشاركة مناطق PFC متميزة. سمح لنا استخدام بروتوكولنا لتقييم التخطيط المعرفي بتوصيف الملف الزمني لنشاط FMθ أثناء التخطيط. على وجه التحديد ، أظهر نشاط FMθ أثناء حالة التخطيط زيادة تدريجية. من خلال تنفيذ هذا البروتوكول ، ولأول مرة ، ثبت أن FMθ ، موجود أيضا أثناء تنفيذ التخطيط ، كما هو الحال في الوظائف المعرفية الأخرى ذات الترتيب الأعلى ، وقد تكون ديناميكياته الزمنية بمثابة مؤشر على التحكم المعرفي.

نتائجنا وبروتوكولنا لها تطبيقات محتملة في مجال علم الأعصاب ، بما في ذلك تحسين التقييمات النفسية العصبية الافتراضية وعلاج الاضطرابات العصبية والنفسية ذات المشكلات المرتبطة بالتخطيط المعرفي ، مثل الاكتئاب واضطراب نقص الانتباه / فرط النشاط. على سبيل المثال ، يمكن أن تتضمن التقييمات فحص أنماط مختلفة من الأخطاء على مستوى الأداء السلوكي ، وأنماط تذبذب مختلفة على المستوى الفيزيولوجي الكهربي ، وحركات العين المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، قد تساعد نتائج هذا العمل في تطوير واجهات الدماغ والحاسوب وبرامج التدريب المعرفي التي تهدف إلى تعزيز قدرات التخطيط المعرفي.

قد يساهم البروتوكول الحالي في أدلة جديدة لفهم الآليات العصبية التي تدعم وظيفة التحكم المعرفي المراوغة للتخطيط المعرفي في المجموعات العصبية والعصبية والنفسية. علاوة على ذلك ، قد يقدم نموذجنا السلوكي رؤى حول البيولوجيا العصبية للتحكم المعرفي والتخطيط من خلال فحص القياسات الفيزيولوجية الكهربية ، وقياس التلميذ ، والسلوكيات مع مهمة تخطيط عملي تفحص الجوانب الجوهرية للتخطيط بدلا من المتطلبات المعرفية العامة الموجودة عادة في مهام التحكم المعرفي ، كما ينعكس في التغييرات في تذبذبات ثيتا.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
نظام EEG	Biosemi		ActiveTwo Base ، نظام تعقب العين 64 قناة
	Eyelink SR Research		EyeLink 1000 Plus Core Unit ، كاميرا عالية السرعة ، جهاز كمبيوتر مضيف / شاشة ،
شاشة وحدة المعالجة المركزية ، قرص	صلب Intel		221 جيجابايت ، معالج Intel Core i7-4790 3.60 هرتز ، نظام التشغيل Windows 7 ، 4 جيجابايت رام
وحدة المعالجة المركزية EEG	Intel		القرص الصلب 223 جيجابايت ، المعالج Intel Core i7-4790 3.60 هرتز ، OS Windows 7 ، 4 جيجابايت
رام شاشة	ASUS		ASUS VG248QE شاشة LCD مقاس 24
بوصة Joytsick	Logitech		موديل F310
Luxmeter	Focket		شاشة LCD (0-200.000 لوكس) موديل Liebe WH LX1330B
برنامج الإحصاء	GraphPad Prism		GraphPad Prism الإصدار 8 لنظام التشغيل Windows
برنامج برمجة MATLAB	The MathWorks		MATLAB R2014a و R2018b
SVG أداة Inkscape	Inkscape مشروع		ناقلات برنامج محرر الرسومات
برامج العرض التقديمي	النظم		التحفيز وبرنامج التحكم في التجربة لعلم الأعصاب