认知范式调查干扰工作记忆的干扰和中断
2015年7月16日
一种新的认知范式开发过程中工作记忆任务阐明干扰行为和神经相关被要被忽略的干扰项与干扰待出席断续器。在这份手稿，这种模式的几个变种有详细的，与这种模式在年轻/年长成人参与者所获得的数据进行审查。
以下实验的目标是证明分心和中断对工作记忆的神经行为影响。这是通过开发一组工作记忆测试刺激和干扰刺激来实现的，这些刺激将用于探测延迟识别、工作记忆。作为神经影像学实验的第二步，观察被动观察工作记忆刺激和干扰刺激以建立活动基线的神经影响。
接下来，让参与者在三种分散注意力的情况下完成工作记忆任务。没有分心的刺激应该被忽略，并且需要一个需要注意的中断性刺激。从而能够比较这些不同类型的外部干扰。
结果表明，当面对分散注意力的刺激时，对工作记忆的不利影响更大，这种影响可能会随着年龄的增长而被夸大。此外，我们发现了干扰条件之间的神经处理差异，并确定了几个预测工作记忆表现的神经标志物。这些发现基于行为 EEG 和 MRI 分析。
这种方法可以帮助回答注意力和认知控制领域中的关键问题，例如外部环境中不相关信息的分心如何推迟需要您注意的信息的干扰，例如在多任务处理中，这些不同类型干扰的分辨率在行为上和狭义上如何随着衰老而变化？在开始此过程之前，请确保已正确选择研究群体。如果与老年人一起工作，请进行初步的神经心理学和感官筛查，例如视力和听力。
将 ePrime presentation 或 psycho pi 等实验演示软件下载并安装到专用的刺激演示计算机上。为实验响应准备合适的键盘。将 yes 和 no 标签添加到两个相邻的键中，如此处所示。
如果使用 MRI 执行此实验的版本，请务必使用兼容 MR 的键盘。该图显示了可用于干扰工作记忆范式的刺激类别。代表性 Q 探针显示在顶行，干扰刺激显示在底行。
对于由列划分的每个范式变体，此处将使用高级视觉刺激进行面部刺激修复，数百个立方体探测面部刺激来自男性和女性面部的灰度照片，在较大的成人年龄范围内具有中性表情。以数字方式去除头发和耳朵，并在面部轮廓上应用模糊效果。这是四个工作内存任务中的第一个，具有不同的干扰条件，将在块设计中进行管理。
该图显示了 RO 在来自高级视觉一致范式变体的刺激下对四种干扰条件中每一种的试验流程，每个矩形描绘了试验特定部分屏幕上显示的内容。首先显示一个提示，指示参与者记住 Q 刺激。请记住这一点，并通过按 yes 键指示与队列匹配或通过按 no 键指示不匹配来响应探测。
立即提供队列刺激，然后延迟。在延迟期间，中央注视十字显示在空白屏幕上。延迟后，提供探测刺激。
这里使用基本刺激并收集是或否响应。这次显示一个提示，指示参与者记住 Q 刺激并忽略分散注意力的刺激，同时继续保持 Q 刺激的表征。立即提出 Q 刺激，然后短暂延迟。
在第一次延迟之后，在 90% 的试验中呈现干扰面部刺激。呈现一张非男性且年龄超过 40 岁的面孔。在另外 10% 的试验中。
呈现一张年龄超过 40 岁的男性面孔，如此处所示。紧跟在干扰物刺激之后，再来一短的延迟。然后提出探测刺激并收集响应。
参与者应该回答，如果探针刺激与 Q 刺激匹配，则回答 yes 或否。如果探针与 q 刺激不匹配。显示一个提示，指示参与者记住 Q 刺激并使用随后出现的干扰刺激完成次要任务。
在这种情况下，系统会要求参与者回答 yes。如果打断面孔是男性且年龄超过 40 岁，请立即出现 Q 刺激，然后短暂延迟。然后呈现干扰中断器刺激并收集二次鉴别任务的响应。
接下来，提供第二个短延迟。最后，如果探针刺激与 Q 刺激匹配或否，则呈现探针刺激并在参与者回答"是"时收集响应。如果探针不匹配，则在神经影像学任务期间包括一个被动视图条件，以便能够计算在相对于基线活动中断或分散注意力的情况下神经活动的增强和抑制。
当参与者被动地查看或聆听工作记忆和不受任务目标影响的刺激时，将再次使用视觉刺激。显示一个提示，指示参与者被动查看所有可视任务。Stimuli Display 指令完成简单判别任务。
视觉任务指示参与者按顺序按下与所显示箭头的左侧或右侧方向相对应的按钮。呈现或显示 Q 刺激延迟一个干扰刺激和延迟。二。在被试者完成简单的辨别任务和记录时，用箭头代替探针刺激并收集反应。
如果箭头指向左侧或右侧，则对每个干扰条件重复两次平衡顺序。最后，根据协议书面部分的说明，使用 SPSS 等统计软件比较干扰条件。这些与事件相关的电位数据显示了枕颞电极对干扰面的平均诱发电位响应的潜伏期（以毫秒为单位）和振幅（以微伏为单位）。
与事件相关的潜在组件 P 100 延迟揭示了对中断器的显著增强。接下来的两张图显示了事件相关电位分量 P 100 的幅度调制与工作记忆精度之间的相关性。参与者将注意力分配给中断者的量与他们的工作记忆表现呈负相关。
同样，从干扰物那里分配的注意力量与工作记忆呈正相关。此图显示了梭形面部区域中的 FMRI 粗体激活。作为对干扰面的响应，每种情况的平均激活率显示在条形图中。
对中断者的反应最高，对干扰物的粗体反应最低，表明对中断刺激的处理增强。此图显示了神经比较的模板和示例。测量的计算方式是，正值总是表示高于基线的更大增强或低于基线的更大抑制 P 100 神经抑制是通过减去对分散注意力的刺激的量化神经活动来计算的，而被动观看的刺激增强引起的是由被动观看的刺激增强在 FMRI 中通过减去、量化的粗体活动来计算到基线， 被动观看刺激，以及在尝试此过程时由中断刺激引起的刺激。
重要的是在块设计中运行此实验，其中所有块都按平衡顺序排列所有神经实验。请务必包含 passive view 条件，以便获取基线神经数据。看完这个视频后，你应该对如何在延迟识别工作记忆任务中创建一个认知范式来探测不同类型外部干扰的神经行为相关性有一个很好的理解。
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概述
这项研究通过一种新的认知范式调查了干扰和中断对工作记忆的神经行为影响。研究详细描述了涉及干扰和中断刺激的各种实验条件，以评估它们对不同年龄段参与者的工作记忆表现的影响。
研究的主要组成部分
科学领域
- 神经科学
- 行为心理学
- 认知科学
背景
- 工作记忆对认知功能至关重要。
- 干扰可以显著损害记忆表现。
- 理解干扰的神经相关性对认知研究至关重要。
- 本研究旨在区分工作记忆任务中不同类型的干扰。
研究目的
- 开发一个用于研究工作记忆干扰的认知范式。
- 比较被忽略的干扰因素和需要注意的中断因素的影响。
- 收集来自年轻和年长成人的数据，以评估工作记忆中与年龄相关的差异。
所用方法
- 开发工作记忆测试刺激和干扰刺激。
- 使用神经影像学观察基线神经活动。
- 参与者在不同干扰条件下完成任务。
- 比较不同干扰类型下的表现分析。
主要结果
- 识别与不同类型干扰相关的不同神经模式。
- 观察到与年龄相关的干扰敏感性差异。
- 性能指标突出了任务条件对工作记忆的影响。
- 数据支持认知任务干扰的理论框架。
结论
- 该研究提供了对干扰和中断的认知机制的见解。
- 研究结果可能为缓解认知任务干扰的影响提供策略。
- 未来的研究可以在这些发现的基础上探索改善工作记忆的干预措施。
常见问题
Executive Industry Relevance
This cognitive paradigm enables biopharma R&D to dissect distinct neural mechanisms of distraction versus interruption in working memory, supporting target validation for attentional pathways. By quantifying differential interference effects across age groups, it provides a disease-relevant system for de-risking cognitive therapeutics in aging and neuropsychiatric conditions. The paradigm’s compatibility with EEG/fMRI allows mechanistic de-risking of compounds targeting top-down attentional control.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by isolating neural markers that predict working memory performance under distraction versus interruption conditions.
- Operational Value: Enables pathway clarification through differential neural processing signatures (e.g., P100 enhancement for interruptors, suppression for distractors) in occipital-temporal electrodes.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by identifying age-exacerbated interference effects, informing risk-adjusted advancement of cognitive enhancers.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems (human participants) for downstream screening via standardized stimulus presentation and response collection using keypads.
- Quantitative Outputs: Generates event-related potential latency (ms) and amplitude (µV) measurements, enabling reproducible, scalable assessment of neural interference biomarkers.
- Platform Reuse: Compatible with EEG and fMRI, allowing cross-modal validation and adaptation across visual/auditory modalities and stimulus complexity levels.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Directly models external interference in working memory, a core deficit in healthy aging and neuropsychiatric conditions, supporting translational biomarker alignment.
- Preclinical Continuity: Connects discovery-phase mechanistic insights (e.g., attentional allocation trade-offs) to preclinical validation via neural-behavioral correlations.
- Risk-Adjusted Decisions: Highlights how aging exacerbates distraction-related working memory decline, informing go/no-go decisions for cognitive therapeutics.
Pipeline & Workflow Integration
Positions the paradigm within early discovery to preclinical workflows, enabling hypothesis testing of attentional targets and pathway clarification before lead identification.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by comparing behavioral and neural correlates of distraction versus interruption in working memory maintenance.
- Screening: Delivers assay-ready quantitative outputs (EEG P100 amplitude/fMRI BOLD in fusiform face area) for reliable compound evaluation.
- Analytics: Provides statistical comparison frameworks (e.g., SPSS) for interference conditions, enabling data-driven target confidence assessments.
- Translational Research: Links neural markers to behavioral outcomes, supporting biomarker alignment for age-related cognitive decline.
- Enterprise Reuse: Designed as a reusable paradigm across modalities and complexity levels, reducing redundant assay development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by isolating distinct neural mechanisms of distraction and interruption, enhancing predictive confidence in target engagement.
- Operational Value: Standardizes interference testing via block-design, counterbalanced conditions and passive-view baselines, ensuring reproducibility across sites.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by quantifying age-dependent interference susceptibility, reducing late-stage biological risk in cognitive programs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on their ability to mitigate distraction-specific versus interruption-specific working memory deficits.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cognitive neuroscience, experimental psychology, and neuroimaging (EEG/fMRI) to design and interpret interference conditions.
- Needs stimulus presentation software (e.g., ePrime, PsychoPy), MR-compatible keypads for MRI variants, and calibrated visual/auditory stimulus delivery systems.
- Demands cross-team standardization of stimulus timing, interference probabilities (90%/10% distractor/interrupter trials), and response collection protocols.
- Involves adaptation considerations when translating visual paradigms to auditory modalities or varying stimulus complexity levels.
- Limited by the need for careful participant screening (vision, hearing, neuropsychological status), especially in older adult cohorts, to avoid confounds.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:52
Set-up for the Interference in Working Memory Paradigm
2:38
Preparation of High-Level Visual Stimuli
3:27
No Interfering Stimulus Condition (NI)
4:31
Ignore Distracting Stimulus Condition (DS)
5:33
Attend to Interrupting Stimulus (Secondary Task) Condition (IS)
6:25
Baseline/Passive View (or Listen) Condition (PV/PL)
7:57
Results: Neural Activity Comparisons between Interference Conditions
9:55
Conclusion
