Paradygmat poznawczy do badania interferencji w pamięci roboczej przez rozproszenia i zakłócenia
16 lipca 2015
Nowatorski paradygmat poznawczy został opracowany w celu wyjaśnienia behawioralnych i neuronalnych korelatów interferencji przez dystraktory, które mają być ignorowane, w porównaniu z interferencją przerywaczy podczas zadania pamięci roboczej. W tym manuskrypcie szczegółowo opisano kilka wariantów tego paradygmatu i dokonano przeglądu danych uzyskanych za pomocą tego paradygmatu u młodszych/starszych dorosłych.
Celem poniższego eksperymentu jest udowodnienie neurobehawioralnego wpływu rozproszenia uwagi i przerywania na pamięć roboczą. Osiąga się to poprzez opracowanie zestawu bodźców testowych pamięci roboczej i bodźców zakłócających, które zostaną wykorzystane do zbadania opóźnionego rozpoznawania, pamięci roboczej. Drugim krokiem do eksperymentów neuroobrazowych jest obserwacja neuronalnego wpływu pasywnego oglądania bodźców pamięci roboczej i bodźców zakłócających w celu ustalenia linii bazowej aktywności.
Następnie poproś uczestnika, aby wykonał zadanie pamięci roboczej w trzech warunkach rozproszenia. Wolny od rozproszenia bodźcem rozpraszającym ma być ignorowany i ma bodźc przerywający, na który wymagana jest uwaga. Umożliwiło to porównanie tych różnych typów zakłóceń zewnętrznych.
Wyniki wskazują na większy szkodliwy wpływ na pamięć roboczą w obliczu bodźców rozpraszających niż przerywających, efekt, który może być nasilony wraz z wiekiem. Ponadto znajdujemy różnice w przetwarzaniu neuronalnym między warunkami interferencji i identyfikujemy kilka markerów neuronalnych, które przewidują wydajność pamięci roboczej. Wyniki te opierają się na behawioralnych analizach EEG i MRI.
Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinach uwagi i kontroli poznawczej, takie jak to, w jaki sposób rozproszenie uwagi przez nieistotne informacje w środowisku zewnętrznym odracza się od przerwania przez informacje, które wymagają Twojej uwagi, jak w przypadku wielozadaniowości, jak behawioralnie i wąsko może zmienić się rozdzielczość tych różnych rodzajów zakłóceń wraz ze starzeniem się? Przed rozpoczęciem tej procedury należy upewnić się, że badana populacja została odpowiednio dobrana. Jeśli pracujesz ze starszymi osobami, przeprowadź wstępne badania neuropsychologiczne i sensoryczne, takie jak wzrok i słuch.
Pobierz i zainstaluj oprogramowanie do prezentacji eksperymentów, takie jak ePrime presentation lub psycho pi, na dedykowanym komputerze do prezentacji bodźców. Przygotuj odpowiednią klawiaturę do odpowiedzi eksperymentalnych. Dodaj etykiety tak i nie do dwóch sąsiednich kluczy, takich jak na pokazanej ilustracji.
Jeśli wykonujesz wersję tego eksperymentu z wykorzystaniem MRI, upewnij się, że używasz klawiatury zgodnej z MR. Ten obraz pokazuje kategorie bodźców, które można wykorzystać do interferencji w paradygmacie pamięci roboczej. Reprezentatywna sonda Q jest pokazana w górnym rzędzie, a bodziec zakłócający jest pokazany w dolnym rzędzie.
Dla każdego wariantu paradygmatu wyznaczonego przez kolumny zostaną tutaj użyte bodźce wzrokowe wysokiego poziomu do naprawy bodźców twarzy, kilkaset sześcianów sonduje bodźce twarzy ze zdjęć męskich i żeńskich twarzy w skali szarości o neutralnym wyrazie w dużym przedziale wiekowym dorosłych. Usuń cyfrowo włosy i uszy i nałóż rozmycie na kontury twarzy. Jest to pierwsze z czterech zadań pamięci roboczej z odrębnymi warunkami zakłóceń, które będą administrowane w projekcie blokowym.
Ten obraz pokazuje przebieg próby dla każdego z czterech warunków interferencji przez RO z bodźcami z wariantu wizualnego kongruentnego paradygmatu wysokiego poziomu, każdy prostokąt przedstawia to, co jest pokazane na ekranie w określonej części próby. Najpierw wyświetl podpowiedź instruującą uczestnika, aby zapamiętał bodziec Q. Miej to na uwadze i odpowiedz na sondę, wskazując dopasowanie z kolejką, naciskając tak lub brak dopasowania, naciskając nie.
Przedstaw bodziec kolejki, po którym natychmiast następuje opóźnienie. Podczas opóźnienia na pustym ekranie wyświetlany jest centralny krzyż fiksacyjny. Po opóźnieniu przedstaw bodziec sondy.
Tutaj wykorzystywane są bodźce podstawowe i zbieraj odpowiedź tak lub nie. Tym razem wyświetl podpowiedź instruującą uczestnika, aby zapamiętał bodziec Q i zignorował bodziec rozpraszający, kontynuując utrzymywanie reprezentacji bodźca Q. Przedstaw bodziec Q natychmiast, po którym następuje krótkie opóźnienie.
Po tym pierwszym opóźnieniu zaprezentuj zakłócający bodziec twarzy w 90% prób. Przedstaw twarz, która nie jest męska i ma ponad 40 lat. W pozostałych 10%prób.
Przedstaw twarz mężczyzny w wieku powyżej 40 lat, taką jak ta pokazana tutaj. Natychmiast po bodźcu rozpraszającym z drugim krótkim opóźnieniem. Następnie zaprezentuj bodziec sondy i zbierz odpowiedzi.
Uczestnik powinien odpowiedzieć: tak, jeśli bodziec sondy pasuje do bodźca Q, czy nie. Jeśli sonda nie pasuje do bodźca q. Wyświetl monit instruujący uczestnika, aby zapamiętał bodziec Q i wykonał zadanie drugorzędne przy użyciu bodźca zakłócającego, który pojawia się później.
W takim przypadku uczestnik proszony jest o udzielenie odpowiedzi twierdzącej. Jeśli przerywająca twarz jest mężczyzną w wieku powyżej 40 lat, natychmiast zaprezentuj bodziec Q, po którym następuje krótkie opóźnienie. Następnie przedstaw przeszkadzający bodziec przerywający i zbierz odpowiedzi na zadanie dyskryminacji wtórnej.
Następnie przedstaw drugie krótkie opóźnienie. Na koniec przedstaw bodziec sondy i zbierz odpowiedzi, gdy uczestnik odpowie tak, jeśli bodziec sondy pasuje do bodźca Q, czy nie. Jeśli sonda nie pasuje, uwzględnij stan widoku pasywnego podczas zadań neuroobrazowania, aby umożliwić obliczenie wzmocnienia i tłumienia aktywności neuronalnej podczas warunków przerywających lub rozpraszających w stosunku do aktywności wyjściowej.
Kiedy uczestnicy biernie oglądają lub słuchają pamięci roboczej i bodźców zakłócających wolnych od celów zadania, ponownie zostanie zastosowana stymulacja wzrokowa. Wyświetl monit instruujący uczestnika, aby pasywnie przeglądał wszystkie zadania wizualne. Instrukcje dotyczące wyświetlania bodźców, aby wykonać proste zadanie dyskryminacji.
Zadania wizualne instruują uczestnika, aby kolejno naciskał przycisk odpowiadający kierunkowi w lewo lub w prawo wyświetlanej strzałki. Przedstaw lub wyświetl bodziec Q, opóźnij jeden bodziec zakłócający i opóźnij. Dwa. Umieść strzałkę w miejscu bodźca sondy i zbierz odpowiedzi, gdy uczestnik wykona proste zadanie dyskryminacji i zapisze się.
Jeśli strzałka jest skierowana w lewo lub w prawo, powtórz każdy warunek kolizji dwa razy w kolejności przeciwwagi. Na koniec porównaj warunki zakłóceń za pomocą oprogramowania statystycznego, takiego jak SPSS, zgodnie z instrukcjami zawartymi w pisemnej części protokołu. Te dane dotyczące potencjału związanego ze zdarzeniami pokazują opóźnienie w milisekundach i amplitudę w mikrowoltach średniej wywołanej odpowiedzi w potylicznych elektrodach skroniowych na powierzchnię zakłócającą.
Potencjalny składnik opóźnienia P 100 związany ze zdarzeniem ujawnia znaczne wzmocnienie przerywaczy. Kolejne dwa obrazy pokazują korelację między modulacją amplitudy składowej potencjału P 100 związanej ze zdarzeniem a dokładnością pamięci roboczej. Stopień, w jakim uczestnicy poświęcają uwagę przerywaczowi, ujemnie koreluje z wydajnością ich pamięci roboczej.
Podobnie, ilość uwagi poświęconej z dala od dystraktora pozytywnie koreluje z pamięcią roboczą. Ten obraz przedstawia pogrubioną aktywację FMRI w obszarze wrzecionowatej twarzy. W odpowiedzi na powierzchnię zakłócającą, średnia aktywacja dla każdego warunku jest przedstawiona na wykresach słupkowych.
Śmiała odpowiedź była najwyższa w odpowiedzi na przerywacze, a najniższa w odpowiedzi na dystraktory, co świadczy o zwiększonym przetwarzaniu bodźców przerywających. Na tej ilustracji przedstawiono szablon i przykłady porównań neuronowych. Miary oblicza się w taki sposób, że wartość dodatnia zawsze wskazuje na większe wzmocnienie powyżej linii podstawowej lub większe tłumienie poniżej linii podstawowej dla P 100 tłumienie neuronalne oblicza się przez odjęcie ilościowo określonej aktywności neuronalnej do bodźca rozpraszającego, a wywołane przez pasywnie postrzegane wzmocnienie bodźca oblicza się w FMRI poprzez odjęcie, ilościowo określoną pogrubioną aktywność do linii podstawowej, biernie postrzegany bodziec, a to wywołane przez bodziec przerywający Podczas próby tej procedury.
Ważne jest, aby przeprowadzić ten eksperyment w projekcie blokowym, w którym wszystkie bloki są ułożone w przeciwrównoważnej kolejności dla wszystkich eksperymentów neuronowych. Pamiętaj, aby uwzględnić warunek widoku pasywnego, aby uzyskać podstawowe dane neuronowe. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak stworzyć paradygmat poznawczy badający neurobehawioralne korelaty różnych rodzajów zakłóceń zewnętrznych podczas zadania pamięci roboczej z opóźnionym rozpoznawaniem.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
To badanie bada neurobehawioralne skutki rozproszenia i przerwań na pamięć roboczą za pomocą nowego paradygmatu poznawczego. Badanie szczegółowo opisuje różne warunki eksperymentalne z uwzględnieniem rozpraszających i przerywających bodźców w celu oceny ich wpływu na wydajność pamięci roboczej u uczestników w różnym wieku.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Psychologia behawioralna
- Nauki poznawcze
Tło
- Pamięć robocza jest kluczowa dla funkcjonowania poznawczego.
- Rozproszenie może znacząco pogorszyć wydajność pamięci.
- Zrozumienie korelatów nerwowych rozproszenia jest niezbędne dla badań poznawczych.
- To badanie ma na celu zróżnicowanie rodzajów interferencji w zadaniach pamięci roboczej.
Cel badania
- Opracowanie paradygmatu poznawczego do badania interferencji w pamięci roboczej.
- Porównanie skutków bodźców do zignorowania i przerwań do zwrócenia uwagi.
- Zbieranie danych od młodych i starszych dorosłych w celu oceny różnic związanych z wiekiem w pamięci roboczej.
Stosowane metody
- Opracowanie bodźców testowych i przeszkadzających w pamięci roboczej.
- Neuroobrazowanie w celu obserwacji podstawowej aktywności nerwowej.
- Uczestnicy wykonują zadania w różnych warunkach rozproszenia.
- Analiza porównawcza wydajności w różnych typach rozproszenia.
Główne wyniki
- Identyfikacja odrębnych wzorców nerwowych związanych z różnymi rodzajami interferencji.
- Zaobserwowano różnice związane z wiekiem w podatności na rozproszenie.
- Wskaźniki wydajności podkreśliły wpływ warunków zadania na pamięć roboczą.
- Dane wspierają teoretyczny rama interferencji w zadaniach poznawczych.
Wnioski
- Badanie zapewnia wgląd w mechanizmy poznawcze leżące u podstaw rozproszenia i przerwań.
- Wyniki mogą pomóc w opracowaniu strategii łagodzenia efektów interferencji w zadaniach poznawczych.
- Przyszłe badania mogą rozwijać te wyniki, aby zbadać interwencje poprawiające pamięć roboczą.
Często zadawane pytania
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
