Name: 认知范式调查干扰工作记忆的干扰和中断 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-16T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 38 s
Description: 了解认知范式如何研究干扰和中断对工作记忆的影响。本方法通过神经影像技术比较不同年龄组在分心条件下的工作记忆表现，揭示注意力与认知控制的神经机制。

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感谢本范式的开发者，特别是 Wesley Clapp、Anne Berry、Jyoti Mishra、Michael Rubens 和 Theodore Zanto。本研究工作由美国国立卫生研究院（NIH）资助，项目编号为 5R01AG0403333（AG）。

以下步骤详述了如何实施这一新颖的认知范式，旨在阐明外部干扰对延迟识别工作记忆的神经行为学影响，其中包含针对与脑电图（EEG）或功能磁共振成像（fMRI）联用而优化的不同实验变体。在开始数据采集之前，须通过相应的机构审查委员会（Institutional Review Board）和/或人类受试者审查委员会，完成所有必要的人类受试者研究审批程序。
1. 准备
<ol>
	<li>根据制造商的说明，将实验呈现软件（如 E-Prime、Presentation 或 PsychoPy）下载并安装到专用的刺激呈现计算机上。</li>
	<li>准备适用于实验反应的适当键盘，并在两个相邻按键上分别贴上“是”和“否”标签（图 1）。 
	注意：若本实验版本需结合 MRI 使用，请使用与 MRI 兼容的键盘。</li>
	<li>对于该范式的听觉版本，根据制造商说明准备适用于测试方式的耳机（例如：必要时使用适用于 EEG 或 MRI 的兼容耳机），并将声音强度调整至 65 分贝（dB）声压级（SPL），此强度对听力正常个体而言较为舒适。</li>
	<li>针对老年受试者的实验，应进行初步的神经心理学及感官筛查（如视力和听力筛查），以选择经过适当筛选的研究人群。
	<ol>
		<li>神经心理学筛查
		<ol>
			<li>设计一套神经心理学评估量表，用于筛查老年人的认知功能障碍。可通过纸质形式施测，或改编为计算机测试版本。 
			注意：评估内容可包括简易精神状态检查（Mini Mental Status Exam, MMSE）35、总体衰退评分（Global Deterioration Score, GDS）36、加州言语学习测验（California Verbal Learning Test, CLVT）37、数字广度测验（Digit Span）38,39、符号广度测验（Symbol Span）40、字母-数字序列测验（Letter-Number Sequencing）41、Delis-Kaplan 执行功能系统（D-KEFS）中的连线测验（Trail Making Test）42、控制性词语联想测验（Controlled Word Association Test, COWAT）43,44。</li>
			<li>对所有潜在成年受试者施测该评估量表，并依据各测验的评分标准进行评分。</li>
			<li>若招募目标为健康老年人，应排除评分低于人群平均值两个标准差以上的受试者，或根据自定义排除标准进行筛选。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>视力筛查
		<ol>
			<li>对于视觉实验，通过初步问卷调查受试者是否具有正常视力或矫正后视力正常，以进行视力筛查。</li>
			<li>进一步实施 Snellen 视力表检测，排除视力未达到正常或矫正后正常（20/20 或更优）的受试者。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>对于听觉实验，需进行正常听力筛查：
		<ol>
			<li>在初步问卷中询问受试者是否具有正常听力或矫正后听力正常，并排除不符合条件者。</li>
			<li>进一步获取听力敏感度的客观测量数据。可在实验室内采用以下一种或多种方法进行听力测定：
			<ol>
				<li>使用听力损失筛查应用程序（如“uHear”），根据该应用程序自动计算的结果，排除听力敏感度不在“正常听力”范围内的受试者。</li>
				<li>采用升-降法测定双耳在 250 - 6,000 Hz 频率范围内的听阈。若任一耳在任一测试频率下的平均听阈超过 50 dB，提示存在中度听力损失，应予以排除。</li>
			</ol>
			</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 实验设计
<ol>
	<li>采用区组设计，在三种不同的干扰条件下（以及神经实验的第四种基线条件）实施延迟识别工作记忆任务（另见图2和表1）。每种条件重复两次，顺序采用逆平衡设计（推荐使用平衡拉丁方设计）。注意，不同范式变体之间的实验时序和试验次数有所不同；请使用表1中详述的参数。</li>
	<li>忽略干扰刺激条件（DS）：
	<ol>
		<li>显示提示，指导参与者记住线索刺激并忽略干扰刺激，同时持续保持对线索刺激的表征。指示参与者：若探测刺激与线索刺激匹配，则回答“是”；若不匹配，则回答“否”。</li>
		<li>呈现线索刺激，随后立即进入短暂延迟（延迟1）。</li>
		<li>显示一个干扰性的“干扰物”刺激，随后立即进入第二个短暂延迟（延迟2）。 
		注：参与者无需（也不应）对干扰物刺激做出任何交互。</li>
		<li>呈现探测刺激并收集反应。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>关注中断刺激（次级任务）条件（IS）：
	<ol>
		<li>显示提示，指导参与者记住线索刺激，并对随后出现的干扰刺激完成一项次级任务。显示如下指令：“仅当中断刺激符合特定辨别标准时，才按下按钮”。同时指示参与者：若探测刺激与线索刺激匹配，则回答“是”；若不匹配，则回答“否”。 
		注：每种范式变体的辨别标准各不相同，详见下一部分描述。</li>
		<li>呈现线索刺激，随后立即进入短暂延迟（延迟1）。接着呈现干扰性的“中断物”刺激，并收集次级（辨别）任务的反应。之后进入第二个短暂延迟（延迟2）。 
		注：完成次级任务需要将注意力集中于“中断物”。</li>
		<li>呈现探测刺激并收集反应。 
		注：10%的试验为捕获试验（catch trials），其中中断刺激符合辨别标准；为此条件区块额外增加10%的试验以补偿被剔除的试验。由于运动反应的混杂效应，所有捕获试验均需从神经分析中排除。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>无干扰刺激条件（NI）：
	<ol>
		<li>显示提示，指导参与者记住线索刺激并持续在脑海中保持该信息。指示参与者：若探测刺激与线索刺激匹配，则回答“是”；若不匹配，则回答“否”。</li>
		<li>呈现线索刺激，随后立即进入延迟期。在延迟期间，在空白屏幕上显示一个居中的注视十字。</li>
		<li>呈现探测刺激并收集反应。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>基线/被动观看（或聆听）条件（仅适用于神经实验）（PV/PL）
	<ol>
		<li>在神经成像任务中加入被动观看/聆听条件，以便计算在IS/DS条件下相对于基线活动的神经活动“增强”和“抑制”，即当参与者在无任务目标的情况下被动观看（/聆听）工作记忆刺激和干扰刺激时的神经活动水平。（见表2。）</li>
		<li>显示提示，指导参与者被动观看（/聆听）所有视觉（/听觉）任务刺激。同时显示完成简单辨别任务的指令。
		<ol>
			<li>对于视觉任务，指示参与者按下与屏幕上显示箭头方向（左或右）相对应的按钮。</li>
			<li>对于听觉任务，指示参与者按下与易于区分的高频（2 kHz）或低频（0.5 kHz）声音扫频（高或低）相对应的按钮。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>依次呈现或显示线索刺激、延迟1、干扰刺激和延迟2。</li>
		<li>用箭头（视觉）或声音扫频（听觉）替代探测刺激，并在参与者完成上述简单辨别任务时收集其反应。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 刺激材料
1. 刺激材料的常规制备
	<ol>
		<li>从下述类别中选择一组刺激材料（另请参见图2和表1）。</li>
		<li>仔细决定将主要工作记忆任务刺激与主题上一致或不一致的干扰刺激配对（见下文注释）。</li>
		<li>确保所有图像均调整为宽225像素、高300像素（14 × 18 cm）。</li>
		<li>将图像呈现在中央凹区域，其视觉角度偏离注视点约3度。 
		注：对于fMRI实验，应使用与主要工作记忆任务刺激主题不一致的干扰刺激，例如在场景工作记忆任务中使用面部干扰，或反之。为精确定位与面部和场景特异相关的皮层区域，应在工作记忆实验前实施fMRI定位任务。随后，在干扰范式中，利用这些对场景和面部具有选择性的皮层区域，同步解析神经活动动态，分别对应工作记忆提示刺激（e.g., 场景）以及不一致的干扰刺激&#160;（e.g., 面部）</li>
	</ol>
2. 高级视觉刺激
<ol>
	<li>对于面部刺激材料，从大量不同成年年龄范围的男性和女性中性表情灰度面部照片中，准备数百个线索/探针面部刺激材料。通过数字方式去除头发和耳朵，并对面部轮廓应用模糊处理。</li>
	<li>对于场景刺激材料，从自然场景的灰度照片中准备数百个线索/探针场景刺激材料。</li>
	<li>在延迟1之后，呈现一个干扰性刺激，该刺激由场景或面部组成。在90%的试验中，呈现一个不符合“男性且年龄超过40岁”的面部；在其余10%的试验中，呈现一个男性且年龄超过40岁的面部。</li>
	<li>在“注意中断”条件下，指导参与者使用干扰刺激（在线索和探针之间呈现）完成以下次要任务：要求参与者在中断面部为男性且年龄超过40岁时回答“是”。</li>
</ol>
3. &#160;低水平视觉运动刺激
<ol>
	<li>创建一个圆形孔径的提示/探测刺激，其中包含290个空间随机分布的灰度点（每个点为0.08度×0.08度），在75 cm的观看距离下占据8度的视觉角度，中心位于中央凹。</li>
	<li>以每秒10度的倾斜角度显示具有100%运动一致性的移动点，运动方向为12个不同方向之一（每个象限3个方向）。</li>
	<li>采用自适应阶梯阈值法（以2度为增量）确定视觉分辨阈值，使分辨准确率略低于100%，并在首次出错试验时达到该阈值。</li>
	<li>在延迟1之后，呈现一个干扰刺激，由作逆时针圆周运动的点组成。在90%的试验中以“正常”速度（每秒10度）呈现该运动，在其余10%的试验中以较快速度呈现。</li>
	<li>在“注意中断”条件下，指导参与者完成以下次要任务：若中断的旋涡运动速度较快，则回答“YES”。</li>
</ol>
4. &#160;低水平听觉运动刺激
<ol>
	<li>创建在频率范围内进行声音运动扫描的提示/探测刺激，其中中频随机选择在 900 至 1,100 Hz 之间。构建声音运动扫描频率，使其从中频的 ± 0.5 八度开始，并从中频的 ± 0.5 八度结束。</li>
	<li>呈现相等数量的“上扫”（从 -0.5 八度开始，到 +0.5 八度结束）和“下扫”（从 +0.5 八度开始，到 -0.5 八度结束）运动扫描刺激。</li>
	<li>将音量调节至舒适的听觉水平，即 65 dB SPL。</li>
	<li>阈值测定：采用自适应 ZEST 程序确定听觉分辨准确率达到 85% 正确率时的阈值。</li>
	<li>在延迟 1 之后，呈现一个干扰刺激，该刺激由单一音调组成。在 90% 的试验中播放频率为 2 kHz 的音调，在其余 10% 的试验中播放频率为 2.3 kHz 的音调。</li>
	<li>在“注意中断”条件下，指导参与者完成以下次要任务：判断中断音调是否为较高频率的提示音（2.3 kHz）并作出响应。</li>
</ol>
5. 探针刺激
<ol>
	<li>对于所有工作记忆任务，确保50%的探测刺激与线索匹配。</li>
	<li>在具有阈值化辨别水平的低层次运动任务中（辨别阈值为5、10、11），将50%不匹配线索的探测刺激设置为与线索相差参与者阈值化刺激辨别水平的绝对值。 
	注意：例如，若阈值测定确定某参与者的视觉辨别水平为10度，则将视觉运动线索设为45度方向运动，探测刺激则设为45度（50%试次中匹配）或45 ± 10度（即35度或55度；各占50%非匹配试次）。</li>
</ol>
4. 比较干扰条件
<ol>
	<li>使用统计软件（如 SPSS）比较在不同类型干扰发生前、发生期间和发生后的关键时间点上的行为表现和神经活动。 
	注：许多在线手册提供了逐步说明和截图，介绍如何在 SPSS 中使用和运行简单的统计分析。
	<ol>
		<li>通过比较干扰条件下工作记忆的准确率和反应时间与无干扰条件下的表现，来计算分心与中断对行为表现的影响（图4）。例如，可使用配对 t 检验比较任意两种干扰（或基线）条件之间的准确率或反应时间。 
		注：在对两个特定任务条件进行 t 检验比较之前，建议先进行重复测量方差分析（ANOVA），以比较该范式中所有工作记忆条件之间的差异。</li>
		<li>对于神经影像研究，应根据所采用的成像模态和感兴趣指标，按照相应的标准流程对数据进行预处理和处理。
		<ol>
			<li>对于脑电图（EEG）研究，使用 EEGLAB 或其他选定的软件包，并依据软件说明及其推荐的数据处理流程处理 EEG 数据。</li>
			<li>对于功能性磁共振成像（fMRI）研究，使用选定的软件包（如 AFNI、SPM、FSL 等），并依据软件说明及其推荐的数据处理流程处理 fMRI 数据。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>为了评估工作记忆过程中因干扰引起的神经活动调制情况，将这些条件下的神经数据与被动观看（/聆听）条件下的神经活动进行统计学对比，从而控制基本的感知处理效应（图4）。
		<ol>
			<li>计算测量值时，应确保正值始终表示相对于基线的增强程度更高，或低于基线的抑制程度更强。对于 P100 成分，通过从被动呈现刺激（PV）诱发的量化神经活动减去分心刺激（DS）诱发的神经活动来计算神经抑制（即：PV - DS）。对于 fMRI 信号，通过从中断刺激（IS）诱发的量化 BOLD 信号减去基线被动观看刺激（PV）对应的 BOLD 信号来计算增强效应（即：IS – PV）。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>通过统计方法比较被忽略的分心刺激所诱发的神经调制与被注意的中断刺激所诱发的神经活动，初步探究自上而下的注意力在解决工作记忆中不同类型干扰时的特异性作用。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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作者无任何利益冲突需要披露。

一种新的认知范式在研究分心和中断对工作记忆的干扰方面已显示出有效性。本文详细介绍了该范式及其多种变体，这些变体将其应用扩展到了不同的感觉模式、刺激复杂性水平以及成像方法。
实验开始前，需对所有参与者进行预筛选，以确保其具备适当的认知和感知能力。对于使用低级感知刺激的实验，应实施自适应阈值测定程序，将刺激校准至参与者间感知辨别难度相当的水平。根据预期的成像模式和刺激类型，遵循相应的实验变体参数。以交叉平衡的区组设计运行所有干扰条件（无干扰刺激、忽略分心刺激、关注中断刺激以及被动观看（仅在神经记录时需要）），并按上述方法比较各条件间的行為学和神经数据。若要探索不同类型刺激对工作记忆干扰的影响，只需在呈现脚本中替换所需的刺激材料即可。
采用该范式开展的现有研究存在若干局限性。尽管低水平视觉与听觉运动变体均使用由每位参与者通过自适应阶梯程序确定的感知辨别阈值，高水平视觉面孔与场景变体则未进行阈值校准，而是对所有参与者使用完全相同的刺激材料。尚需进一步研究以深入理解感知阈值校准对该干扰任务的影响。此外，所有行为学与脑电图（EEG）实验均...

大量文献表明，来自外部环境的干扰会对工作记忆（WM）中的信息保持产生不利影响1-9。外部干扰通常可分为两类：一类是来自个体本应忽略的无关信息的干扰，即分心（distraction）；另一类是作为另一任务（次要任务）目标的一部分而需要分配注意力的干扰信息，即中断（interruption）。采用被试内设计比较这两类外部干扰的研究，有助于评估目标导向的自上而下注意在处理和化解外部干扰过程中的神经行为学影响。
最近，Gazzaley 实验室设计了一种实验范式，可用于在工作记忆任务背景下，对“需注意”的中断事件与“需忽略”的干扰事件进行比较。该范式产生的新兴证据表明，这两类外部干扰对行为具有不同的影响，并涉及不同的神经机制2-5,10,11。该范式揭示了正常衰老过程中对外部干扰处理的差异2,3,4,10,11；尽管在干扰情境下与衰老相关的缺陷并非在所有研究中均被发现5；此外，该范式还利用高水平的视觉刺激（如面孔和场景）2,3,4,12、低水平的视觉运动刺激（如点状运动图）5,10,11以及低水平的听觉运动刺激（如频率扫描）5，区分了干扰物与中断物对干扰作用的机制差异。
外部干扰与老化
外界干扰在整个生命周期中都会对工作记忆产生不利影响，尽管老年人受到的负面影响比年轻人更为显著2,3,13-18。当试图消除这种干扰时，老年人与年轻人相比也表现出不同的神经活动模式3,4,17,21。然而，一些研究并未发现干扰条件下存在与年龄相关的行为5,19,20或神经活动5差异的证据。
有趣的是，衰老对干扰消除的影响似乎因感觉模式而异，尽管这一问题目前尚未明确。已有大量研究表明，视觉同感觉通道干扰表现出与年龄相关的衰退（详见一项广泛的综述22）。相比之下，许多实验表明，在听觉同感觉通道干扰过程中并未出现与年龄相关的缺陷19,22-25，而其他研究则发现听觉分心易感性随年龄显著增加19,22,26-32。此外，干扰刺激的显著性（线索刺激与探测刺激之间的一致或不一致）2以及刺激的复杂性（高或低加工负荷）5可能与干扰处理及其在不同任务目标和年龄间的差异产生交互作用。
此处描述的范式通过探究自上而下的注意力（以任务目标的形式）以及对外部干扰刺激的分辨机制，补充了关于老化干扰效应的研究文献。来自视觉面孔的证据 &amp;#38; 该范式的场景版本表明，年龄与干扰类型之间存在交互作用，老年人对被关注的中断刺激比对被忽略的干扰刺激表现出更强的易感性 3,4表征这些类型干扰在行为和神经层面的差异，对于理解认知控制能力如何随年龄增长而变化具有重要意义。
为什么老年人在处理需要关注的干扰信息时表现出更严重的缺陷？老年人是否由于在干扰出现时对其进行了过度加工而受到影响，或由于在干扰结束后无法重新激活与主要目标相关刺激的表征而受损，亦或由于在干扰不再存在或无关之后仍对其进行了 prolonged processing（持续加工）33？为回答这些问题，当前实验范式的设计允许对不同类型干扰发生前、发生期间及发生后的神经活动进行比较。例如，通过比较被忽略的干扰所引发的神经活动与被关注的中断事件期间的神经活动，可以确定自上而下的注意在工作记忆中干扰 resolution（消除）过程中的特定作用。
多项研究已采用该干扰范式的多种变体，分别利用功能磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）在高空间分辨率和高时间分辨率下探究不同类型外部干扰的神经相关机制。该范式还被用于阐明视觉与听觉领域干扰之间的重要区别，以及刺激复杂性和一致性对干扰的影响。本文详细描述了这些范式变体。

<table><tbody><tr><td>用于刺激呈现的计算机</td><td>Dell</td><td>Optiplex GX620</td><td>硬件/软件要求将根据刺激呈现软件的不同而有所变化</td></tr><tr><td>阴极射线管（CRT）显示器</td><td>ViewSonic</td><td>G220fb</td><td>21&quot;；推荐使用，因其在显示视觉刺激时的延迟优于液晶显示器（LCD）；座椅应距离显示器75 cm</td></tr><tr><td>E-Prime 软件</td><td>Psychology Software Tools, Inc.</td><td>E-Prime 2.0 Standard</td><td>可使用其他实验呈现软件替代 E-Prime（例如 Presentation（Neurobehavioral Systems）或 PsychoPy（开源软件））；E-Prime 和 Presentation 兼容 Microsoft Windows 系统，PsychoPy 兼容 Microsoft Windows、Mac OS X 和 Linux 系统</td></tr><tr><td>用于行为或脑电图（EEG）实验的键盘/反应盒</td><td>键盘：Razer；反应盒：Cedrus</td><td>键盘：BlackWidow Ultimate；反应盒：RB-830</td><td>任何标准计算机键盘均可接受，但反应盒可提供更精确的时间控制（例如：Cedrus RB-830 可保证 1 ms 的时间分辨率）</td></tr><tr><td>用于磁共振成像（MRI）实验的键盘/反应盒</td><td>Curdes</td><td>Package 904</td><td>确保按键设备具有磁共振兼容性</td></tr><tr><td>耳机（用于听觉行为实验）</td><td>Koss</td><td>UR29</td><td></td></tr><tr><td>脑电图（EEG）兼容耳机（用于听觉脑电图实验）</td><td>Etymotic</td><td>ER3-50; ER3-21; ER3-14A</td><td></td></tr><tr><td>磁共振成像（MRI）兼容耳机（用于听觉磁共振实验）</td><td>Etymotic</td><td>SD-AU-EAER30</td><td></td></tr></tbody></table>

一种用于研究分心与中断对工作记忆干扰的认知范式

A Cognitive Paradigm to Investigate Interference in Working Memory by Distractions and Interruptions

目标导向行为常常受到外部环境干扰的影响，这种干扰可能表现为无关信息引起的分心（这些信息本应被忽略），也可能表现为需要分配注意力的中断性信息（作为另一项次要任务目标的一部分）。研究表明，这两种形式的外部干扰均会损害工作记忆（WM）中信息的维持能力。新兴证据表明，不同类型的外部干扰对行为的影响存在差异，且可能由不同的神经机制所介导。明确无关分心刺激与需注意的中断刺激在神经行为层面上的不同影响，对于深入理解自上而下的注意力调控、外部干扰的解决机制，以及这些能力在正常衰老过程和神经精神疾病中的衰退方式至关重要。本文介绍了一种由Gazzaley实验室开发的新认知范式，该范式目前已衍生出多个不同版本，用于揭示被试需忽略的分心刺激与需关注的中断刺激在行为和神经层面的相关特征。文中详细描述了该范式在视觉与听觉模态中应用的多种变体，涵盖不同层次的刺激复杂性，并提供了针对脑电图（EEG）或功能磁共振成像（fMRI）研究优化的实验时间参数。此外，本文还回顾并讨论了使用该范式获得的年轻与老年成年参与者的数据，结合有关外部干扰及工作记忆干扰解决过程中与年龄相关的神经行为变化的广泛文献，进行了综合分析。

这种干扰范式已帮助获得关于分心和中断对年轻与老年成人工作记忆的不同行为影响及神经机制的重要发现（总结见表2）。
行为学。 在行为学方面，与现有文献一致，中断对工作记忆表现的负面影响始终显著大于分心2-5, 10,11,12。相较于年轻人，老年人表现出更严重的干扰性缺陷，尤其是在使用复杂视觉客体刺激（如面孔和场景）的实验范式中2,3,4。然而，在低水平听觉运动范式变体5以及低水平视觉运动范式变体5（对先前已发表数据集的再分析10,11）中，年龄并未加剧干扰性缺陷。值得注意的是，该任务的低水平视觉和听觉运动变体在每位个体（无论年轻或年长）中均采用了感知阈值匹配的刺激，这可能有助于产生与年龄无关的行为学结果。
干扰的神经相关性。 使用功能性磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）记录的神经数据表明，对于被动观看、需要忽略以及...

开发了一种新的认知范式，用于阐明在工作记忆任务中，被忽略的干扰物与需要注意的中断刺激所引起的干扰在行为和神经层面的相关机制。本文详细描述了该范式的多种变体，并回顾了在年轻和老年成人参与者中使用该范式所获得的数据。

目标导向行为常常受到外部环境干扰的影响，这种干扰可能表现为无关信息的分心作用，从而……

以下实验的目的是验证分心和中断对工作记忆的神经行为学影响。通过设计一组工作记忆测试刺激和干扰刺激，用于探究延迟识别状态下的工作记忆表现，从而实现该目标。在神经影像学实验的第二步中，观察被动观看工作记忆刺激和干扰刺激时所产生的神经活动，以建立活动基线。接下来，让参与者在三种不同的干扰条件下完成工作记忆任务：无干扰条件、需忽略干扰刺激的条件，以及需要对中断刺激分配注意力的条件。从而实现对这些不同类型外部干扰之间的比较。结果表明，当面对分散注意力的刺激时，工作记忆受到的负面影响大于被干扰的刺激，且这种效应会随着年龄增长而加剧。此外，我们发现了不同干扰条件下神经处理的差异，并确定了多个可预测工作记忆表现的神经标志物。这些发现基于行为学、脑电图（EEG）和磁共振成像（MRI）分析。该方法有助于回答注意力与认知控制领域的关键问题，例如：外部环境中无关信息造成的分心与需要您注意的信息所导致的中断（如多任务处理）有何不同？这些不同类型的干扰在行为表现和范围上，可能如何随年龄增长而发生变化？在开始此实验程序之前，请确保已适当地选择了研究人群。若研究对象为老年人，应进行初步的神经心理学及感觉功能筛查，例如视力和听力检查。下载并安装实验呈现软件（如 ePrime 呈现软件或 PsychoPy）到专用的刺激呈现计算机上。准备适用于实验反应的适当键盘设备。在两个相邻的按键上分别添加“是”和“否”的标签，例如如图所示。如果进行使用 MRI 的本实验变体，务必使用与 MR 兼容的按键板。该图像显示了工作记忆干扰范式中可用的刺激类别。代表性 Q 探针显示在顶行，干扰刺激显示在底行。每种范式变体由列表示，此处将使用高级视觉刺激来修复面部刺激，这些刺激为来自大量不同成年年龄范围的男性和女性中性表情面部灰度照片生成的数百个立方体探测面部图像。通过数字方式去除头发和耳朵，并对面部轮廓应用模糊处理。这是四个具有不同干扰条件的工作记忆任务中的第一个，将以组块设计方式进行施测。该图像展示了在高视觉一致性范式变体刺激条件下，受试者在四种干扰条件下的试验流程，每个矩形代表试验过程中屏幕上特定时段所呈现的内容。首先显示提示信息，指导受试者记住 Q 刺激，保持在记忆中，并通过按“是”键表示探测刺激与队列刺激匹配，或按“否”键表示不匹配，以作出反应。立即呈现队列刺激，随后进入延迟阶段。在延迟期间，空白屏幕上显示一个中央注视十字。延迟结束后，呈现探测刺激。此处使用基础刺激，并收集“是”或“否”的反应。此次显示提示，指导参与者记住Q刺激，同时忽略干扰刺激，并持续保持对Q刺激的表征。先呈现Q刺激，紧接着进行短暂延迟。在首次延迟后，在90%的试验中呈现一个干扰性面部刺激。呈现的面部不应为男性且年龄不超过40岁。在其余10%的试验中。呈现一张男性且年龄超过40岁的面孔，例如此处所示。紧接着干扰刺激之后，进行第二次短暂延迟。然后呈现探测刺激并收集反应。如果探测刺激与 Q 刺激匹配，参与者应回答“是”；如果不匹配，则回答“否”。显示提示，指导参与者记住 Q 刺激，并使用随后出现的干扰刺激完成一项次要任务。在此情况下，要求受试者做出“是”的回应。如果中断刺激为男性面孔且年龄超过40岁，则立即呈现Q刺激，随后进行短暂延迟，接着呈现干扰性中断刺激，并采集受试者在次级辨别任务中的反应。接下来，呈现第二个短暂的延迟。最后，呈现探测刺激，并收集参与者的反应：如果探测刺激与Q刺激匹配，则回答“是”；如果不匹配，则回答“否”。在神经成像任务中加入被动观看条件，以便相对于基线活动，计算在干扰或分心条件下神经活动的增强与抑制情况。当参与者在无任务目标的情况下被动观看或聆听工作记忆刺激和干扰刺激时，将再次使用视觉刺激。显示提示，指导参与者被动观看所有视觉任务。呈现刺激并给出完成简单辨别任务的指示。视觉任务要求参与者依次按下与屏幕上显示的箭头方向相对应的左或右按钮。先呈现或显示Q刺激，随后延迟呈现一个干扰刺激，再延迟两秒。接着用箭头替代探测刺激，收集参与者完成简单辨别任务时的反应并进行记录。如果箭头指向左侧或右侧，则每种干扰条件均以逆平衡顺序重复两次。最后，根据方案书面部分的说明，使用 SPSS 等统计软件比较不同干扰条件。这些事件相关电位数据展示了干扰面孔在枕颞部电极上诱发的平均反应的潜伏期（毫秒）和振幅（微伏）。事件相关电位成分 P 100 的潜伏期在面对干扰刺激时表现出显著增强。接下来的两幅图像显示了事件相关电位成分 P 100 的振幅调制与工作记忆准确率之间的相关性。参与者分配给干扰刺激的注意力程度与其工作记忆表现呈负相关。同样，从干扰物上分配的注意力程度与工作记忆呈正相关。此图像显示了梭状脸区的fMRI BOLD激活情况。针对干扰性面孔，每种条件下的平均激活程度在柱状图中呈现。对干扰刺激的BOLD反应最强，而对分心刺激的反应最弱，表明对干扰性刺激的神经处理得到了增强。该图像展示了神经比较的模板及示例。所有测量值的计算方式均确保正值始终表示高于基线的增强程度或低于基线的抑制程度。P100神经抑制通过从分心刺激引起的量化神经活动减去被动观看刺激引起的神经活动来计算；在fMRI中，增强效应的计算方法是用干扰刺激引起的量化BOLD信号减去基线状态下被动观看刺激引起的BOLD信号。在尝试该操作过程中进行上述计算。对于所有神经实验，采用区组设计进行本实验非常重要，且所有区组应以反平衡顺序排列。务必包含一个被动观看条件，以获取神经基线数据。观看本视频后，您应能充分理解如何构建一种认知范式，用于探究在延迟识别工作记忆任务中不同类型的外部干扰所对应的神经行为学相关性。

a-cognitive-paradigm-to-investigate-interference-working-memory

Research

科研

JoVE Journal

Behavior

行为

认知范式调查干扰工作记忆的干扰和中断

我们介绍了一种利用功能性磁共振成像研究情绪对认知产生不利影响的神经机制的实验方案。该方案可用于健康个体和临床受试者。...

情绪对认知损害效应的脑成像研究

本文介绍了干扰刺激-反应绑定范式。该范式可用于揭示无关刺激在与目标竞争反应时对人类行为所产生的影响。在此范式中，可同时分析反应提取效应和干扰刺激抑制效应。...

无关刺激与动作控制：通过干扰项-反应绑定范式分析被忽略刺激的影响

注意控制包括对目标信号的增强和对干扰信号的抑制。本文描述了一种方法，可在持续跨模态注意过程中，利用一种被动控制条件，分别但同时地测量注意和忽略的神经生理机制；在此被动控制条件下，上述两种过程均未持续参与。...

注意力控制中忽略与注意过程的神经生理信号测量

本方案旨在利用任务中断与恢复范式，检验认知目标（例如，抽象思维目标）的激活及其后续追求过程。该方案适用于那些一旦被激活便会自动持续进行的认知目标，因为干扰程序可阻止在中断期间对目标的追求。...

测试抽象思维目标激活与追求的任务中断与恢复范式

本方案展示了如何在斯特恩伯格工作记忆范式期间测量焦虑增强的惊吓反应。...

利用工作记忆维持减轻状态焦虑

该方法采用动态视觉显示来评估视觉搜索过程中分心所导致的认知代价，包括“"偶然性注意捕获"”和“"目标集特异性捕获"”，后者是指当参与者同时维持多个搜索目标时所产生的分心代价。该方法揭示了视觉注意的基本机制及其局限性。...

使用快速序列视觉呈现法测量多任务处理中分心导致的特定集合捕获

本文介绍了一种利用双模干扰任务来研究汉语口语关系从句句子在线加工的实验方案。文中描述了两个涉及听觉加工并包含句内和句外干扰因素的示例实验。该范式为探讨工作记忆的本质及其对句子加工的影响提供了方法学基础。...

使用双模态干扰任务考察汉语口语复杂句的在线句法加工

应激性生活事件会损害认知功能，增加精神障碍的风险。本方案阐述了如何利用自动化操作性策略转换范式，研究应激对雄性和雌性Sprague...

使用操作性策略转换范式评估应激对认知灵活性的影响

我们提出了一种研究视觉词汇识别中音韵与语义相对激活顺序的实验方案。结果表明，语义和音韵表征的加工过程可能具有交互性，且高层语言表征可能影响早期加工过程，这与交互作用理论相一致。...

利用脑电生理学研究视觉词汇识别中音韵与语义加工过程的交互作用

临床评估量表对高功能卒中患者认知功能障碍的敏感性不足。双重任务范式在认知功能障碍的评估与认知训练中具有优势和潜力。本研究提出一种双重任务Stroop范式，用于识别高功能卒中患者的认知功能障碍。...

用于检测高功能卒中患者认知缺损的双任务斯特鲁普范式

了解认知范式如何研究干扰和中断对工作记忆的影响。本方法通过神经影像技术比较不同年龄组在分心条件下的工作记忆表现，揭示注意力与认知控制的神经机制。

一种用于研究分心与中断对工作记忆干扰的认知范式

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