Die Messung der neurophysiologischen Signale zu ignorieren und Teilnahme an Prozesse in Aufmerksamkeitssteuerung

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, die neurophysiologischen Signale zweier Aufmerksamkeitsprozesse – des Fokussierens und des Ausblendens – während der aufrechterhaltenen Aufmerksamkeit unabhängig voneinander zu messen. Dies wird erreicht, indem eine computergestützte Aufgabe konzipiert wird, bei der die Teilnehmer durch Tastendruck auf zwei gleichzeitig präsentierte sensorische Reize reagieren, um die Bedingungen hervorzurufen, die notwendig sind, um den Fokussierungs-, den Ausblendungs- oder keinen dieser Prozesse zu aktivieren. In einem zweiten Schritt führen die Teilnehmer die Aufgabe in Kombination mit der Elektroenzephalographie (EEG) durch, bei der die elektrische Gehirnaktivität erfasst und aufgezeichnet wird, während sie die Prozesse des Fokussierens und Ausblendens durchführen.

Anschließend werden die EEG-Daten mithilfe von Computer-Software analysiert, um durchschnittliche Reaktionen auf sensorische Reize unter Bedingungen der Aufmerksamkeitszuwendung oder -vermeidung sowie in der passiven Referenzbedingung, bei der keine Aufmerksamkeit aufgewendet wird, zu extrahieren. Die auf der Analyse ereigniskorrelierter Potentiale (ERP) basierenden Ergebnisse zeigen Unterschiede in der zeitlichen Entwicklung der durchschnittlichen neurophysiologischen Reaktion auf einen einzelnen sensorischen Reiz, wenn dieser im Vergleich zur passiven Referenzbedingung entweder ignoriert oder beachtet wird. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Messgrößen wie dem Aufmerksamkeitsmodulationseffekt besteht darin, dass sie es uns ermöglicht, neue Hypothesen darüber zu testen, ob Aufmerksamkeits- und Ignorierprozesse durch dieselben oder unterschiedliche Gehirnmechanismen realisiert werden.

Die Implikationen dieser Technik erstrecken sich auch auf die Therapie oder Diagnose von Aufmerksamkeitsdefiziten, da Störungen der Aufmerksamkeits- und Ignorierprozesse ähnliche Symptome wie Ablenkbarkeit hervorrufen können, was die Wahl der Behandlung erschwert. Diese Methode bewertet die Integrität jedes Prozesses separat und kann daher die wahre Ursache des Symptoms genauer erkennen. Erstellen Sie zunächst zwei graustufige Sinusgitter mit einem Durchmesser von etwa 5,7 Zoll und beliebiger Frequenz; die Bilder werden auf dem Bildschirm 100 Millisekunden lang angezeigt.

Kippen Sie eine der Skalen um 10 Sehgrade nach rechts aus der Mittellinie heraus und die andere Skala um 10 Sehgrade nach links aus der Mittellinie heraus. Erzeugen Sie anschließend zwei reine Audiotöne, einen mit einer Frequenz von 750 Hertz und einen anderen bei 900 Hertz. Beide sollen eine Dauer von 100 Millisekunden haben. Stellen Sie sicher, dass der Neigungsgrad der visuellen Reize und der Unterschied in der Tonhöhe der auditiven Reize ausreichend deutlich sind, sodass der Teilnehmer zwischen ihnen unterscheiden kann, ohne sich auf Raten verlassen zu müssen.

Erstellen Sie anschließend einen Computercode, der die Darbietung akustischer und visueller Reize während des Experiments mithilfe einer Präsentationssoftware steuert. Zeigen Sie visuelle Reize mittig auf einem grauen Hintergrund an und geben Sie akustische Reize über Lautsprecher aus, die sich rechts und links des Bildschirms befinden. Wählen Sie die Anzahl der darzubietenden Reize aus.

Präsentieren Sie mindestens 150 Exemplare jedes visuellen und auditiven Stimulus pro Versuchsbedingung, um sicherzustellen, dass genügend Wiederholungen für eine zuverlässige neurophysiologische Reaktion vorliegen. Wählen Sie anschließend die Timing-Parameter für jeden auditiven und visuellen Stimulus aus. Verwenden Sie ein interstimulus-Intervall (ISI) von 750 bis 1000 Millisekunden zwischen aufeinanderfolgenden Darbietungen von Stimuli derselben Modalität und mischen Sie auditive und visuelle Stimuli.

Schließlich teilen Sie die Reize in Segmente von jeweils 25 ein. Jedes Segment wird von einer von drei zufällig ausgewählten Aufgabenanweisungen begleitet. Informieren Sie den Teilnehmer über die Aufgabe, bevor Sie neurophysiologische Messungen der Gehirnaktivität aufzeichnen.

Weisen Sie den Teilnehmer an, sich ausschließlich auf akustische Töne zu konzentrieren und darauf zu reagieren, und visuelle Reize zu ignorieren. Wenn die Anweisung lautet, zuzuhören, soll der Teilnehmer den linken Pfeil drücken, wenn der Ton hoch ist, und den rechten Pfeil, wenn der Ton tief ist. Ebenso weisen Sie den Teilnehmer an, sich ausschließlich auf visuelle Abstufungen zu konzentrieren und darauf zu reagieren, und akustische Reize zu ignorieren.

Wenn die Anweisung „schauen“ lautet, soll der Teilnehmer den linken Pfeil drücken, wenn die Einteilung nach links geneigt ist, und den rechten Pfeil, wenn die Einteilung nach rechts geneigt ist. Schließlich weisen Sie den Teilnehmer an, bei der Anweisung „passiv“ keine Reaktionen abzugeben, und stellen Sie sicher, dass der Teilnehmer die Augen weiterhin geöffnet hält und auf den Bildschirm fokussiert bleibt. Wechseln Sie während des Experiments die Anweisungen „hören“ und „schauen“ zwischen den Abschnitten ab, um die zuvor beachtete Modalität irrelevant zu machen und sie somit zu einem wirksamen Ablenkungsreiz zu machen.

Sobald der Teilnehmer mit der Aufgabe vertraut ist, beginnen Sie mit der Erfassung der neurophysiologischen Reaktionen auf die beachteten und ignorierten Signale. Während der Im A bereiten Sie die Elektroenzephalographie- oder EEG-Kappe sowie die Aufnahmegeräte gemäß den Herstelleranweisungen vor. Bringen Sie die Kappe am Kopf des Teilnehmers an und überprüfen Sie das Signal, die Impedanz und die Qualität an jedem der Sensoren.

Als Nächstes synchronisieren Sie die neurophysiologischen Aufzeichnungen mit der Stimulationspräsentationssoftware und der neurophysiologischen Aufzeichnungssoftware gemäß den Herstelleranweisungen. Schließlich nehmen Sie die neurophysiologischen Signale auf, während der Proband die Aufgabe durchführt. Um sicherzustellen, dass die Software eine genaue Aufzeichnung des Zeitpunkts jedes Reizes und jeder Antwort enthält, bereiten Sie die neurophysiologischen Daten mithilfe einer Analysesoftware für die statistische Auswertung vor.

Entfernen Sie zunächst nicht neuronale Signalanteile, die zur Variabilität der Aufzeichnungen der Gehirnreaktionen beitragen. Verwenden Sie ein Hochpassfilter von 0,1 bis 1 Hertz, um langsame Drifts zu entfernen, wie sie beispielsweise durch Änderungen der Impedanz der Sensoren verursacht werden. Anschließend verwenden Sie ein Tiefpassfilter von 30 bis 50 Hertz, um hochfrequente Anteile wie elektrisches Rauschen zu eliminieren, und schließen Sie Sensoren aus oder interpolieren Sie diese, die nach der Entfernung der Hauptanteile nicht neuronaler Signale unzuverlässige Daten aufweisen.

Re-referenzieren Sie die Daten an jeder Elektrode, indem Sie den Mittelwert über alle Sensoren bilden und diesen Wert von jedem Sensor abziehen. Anschließend extrahieren Sie zeitliche Episoden von etwa 1000 Millisekunden, die jedes auditorische und visuelle Ereignis umgeben.

Schließen Sie 100 Millisekunden vor dem Stimulusbeginn und 600 Millisekunden nach dem Stimulusbeginn ein. Subtrahieren Sie den Mittelwert der Daten in der prästimulalen Basislinie, um die ERP-Amplituden als Änderungen relativ zum prästimulalen Signal neu auszudrücken. Berechnen Sie anschließend das durchschnittliche ERP, indem Sie die Daten aus allen Epochen mitteln, die in dieselbe Bedingung fallen, also entweder aufmerksam wahrgenommene, ignorierte oder passiv wahrgenommene Reize.

Um schließlich den zeitlichen Verlauf der Aufmerksamkeitsprozesse zu ermitteln, vergleichen Sie Amplitude und Latenz sowie die räumliche Verteilung der ERP-Antwort nach beachteten Reizen mit denen in der passiven Bedingung. Ebenso vergleichen Sie zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs des Ignorierens Amplitude und Latenz sowie die räumliche Verteilung der ERP-Antwort nach ignorierten Reizen mit denen in der passiven Bedingung. Das IMAT-Protokoll enthüllte einzigartige zeitliche und räumliche Profile der Aufmerksamkeits- und Ignorierprozesse hinsichtlich des Aufmerksamkeitsmodulationseffekts, definiert als der Unterschied in der neurophysiologischen Antwort zwischen der beachteten und der ignorierten Bedingung.

In der auditiven Sinnesmodalität trugen Aufmerksamkeits- und Ignorierprozesse zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach Tonerzeugung zum Aufmerksamkeitsmodulationseffekt bei. Dies legt nahe, dass beide Prozesse während der auditiven Sinnesverarbeitung erforderlich sind und zudem unterschiedliche Hirndynamiken in der visuellen Sinnesmodalität beinhalten. Das visuelle sensorische ERP zeigte einen signifikanten Effekt der Aufmerksamkeitszuwendung, jedoch nicht des Ignorierens, was darauf hindeutet, dass lediglich Aufmerksamkeitsprozesse in der visuellen Sinnesverarbeitung erforderlich sind und für 100 % des Aufmerksamkeitsmodulationseffekts verantwortlich sind.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die physiologischen Reaktionen der Aufmerksamkeitssteuerung bei Prozessen des Zuhörens und Ausblendens unabhängig voneinander messen kann. Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden wie die Quellenlokalisation durchgeführt werden, um besser zu verstehen, welche Hirnregionen an der Erzeugung der neurophysiologischen Signale beteiligt sind.