Pomiar neurofizjologicznych sygnałów procesów ignorowania i uczestniczenia w kontroli uwagi

Ogólnym celem następującego eksperymentu jest niezależny pomiar sygnałów neurofizjologicznych dwóch procesów uwagi – skupiania uwagi oraz ignorowania – podczas trwania uwagi utrzymywanej. Osiąga się to poprzez zaprojektowanie komputerowego zadania, w którym uczestnicy naciskają przyciski w odpowiedzi na dwa jednocześnie prezentowane bodźce sensoryczne, aby wywołać warunki niezbędne do zaangażowania procesu skupiania uwagi, ignorowania lub żadnego z nich. W drugim kroku uczestnicy wykonują zadanie w połączeniu z elektroencefalografią (EEG), która wykrywa i rejestruje elektryczną aktywność mózgu podczas angażowania procesów skupiania uwagi i ignorowania.

Następnie dane EEG są analizowane przy użyciu oprogramowania komputerowego w celu wyodrębnienia średnich odpowiedzi na bodźce sensoryczne w warunkach skupienia uwagi lub ignorowania, a także w pasywnej warunkach referencyjnych, gdy uwaga nie jest angażowana. Wyniki oparte na analizie potencjałów wywołanych (ERP) wykazują różnice w czasowej ewolucji średniej odpowiedzi neurofizjologicznej na pojedynczy bodziec sensoryczny w zależności od tego, czy jest on ignorowany, czy objęty uwagą, w odniesieniu do pasywnej warunków referencyjnych. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi miarami, takimi jak efekt modulacji uwagi, jest to, że pozwala ona na testowanie nowych hipotez dotyczących tego, czy procesy skupiania uwagi i ignorowania są realizowane przez te same, czy różne mechanizmy mózgowe.

Implikacje tej techniki rozciągają się również na terapię lub diagnostykę deficytów uwagi, ponieważ zaburzenia procesów skupiania i ignorowania uwagi mogą wywoływać podobne objawy, takie jak rozpraszalność, co utrudnia wybór metody leczenia. Metoda ta ocenia sprawność każdego procesu oddzielnie, a zatem jest w stanie dokładniej wykryć rzeczywiste źródło objawu. Należy rozpocząć od stworzenia dwóch sinusoidalnych gradientów w skali szarości o średnicy około 5,7 cala i dowolnej częstotliwości; obrazy te będą wyświetlane na ekranie przez 100 milisekund.

Przechyl jedną z 10 stopni gradacji o 10 stopni wizualnych w prawo od linii środkowej, a drugą gradację o 10 stopni wizualnych w lewo od linii środkowej. Następnie wygeneruj dwa czyste tony słyszalne, jeden o wysokości 750 hertz, a drugi o wysokości 900 hertz. Przy czasie trwania każdego z nich wynoszącym 100 milisekund, upewnij się, że stopień nachylenia bodźców wizualnych oraz różnica w wysokości bodźców słuchowych są wystarczająco wyraźne, aby uczestnik mógł je odróżnić bez polegania na zgadywaniu.

Następnie stwórz kod komputerowy, który za pomocą oprogramowania do prezentacji będzie kontrolował podawanie bodźców słuchowych i wzrokowych podczas eksperymentu. Prezentuj bodźce wzrokowe wyśrodkowane na szarym tle, a bodźce słuchowe podawaj przez głośniki umieszczone po obu stronach ekranu. Wybierz liczbę bodźców do zaprezentowania.

Przedstaw co najmniej 150 bodźców wizualnych oraz słuchowych dla każdego warunku eksperymentalnego, aby zapewnić wystarczającą liczbę powtórzeń dla uzyskania wiarygodnej odpowiedzi neurofizjologicznej. Następnie ustal czas trwania każdego z bodźców słuchowych i wizualnych. Zastosuj odstęp między bodźcami (ISI) wynoszący od 750 do 1000 milisekund pomiędzy kolejnymi prezentacjami bodźców z tej samej modalności, przeplatając bodźce słuchowe z wizualnymi.

Na koniec podziel bodźce na segmenty po 25 elementów. Każdemu segmentowi będzie poprzedzać jedna z trzech losowo wybranych instrukcji do zadania. Poinformuj uczestnika o zadaniu przed rozpoczęciem pomiarów neurofizjologicznych aktywności mózgu.

Poinstruuj uczestnika, aby skupił się i reagował wyłącznie na sygnały słuchowe, ignorując bodźce wzrokowe. Gdy pojawi się instrukcja „słuchaj”, poproś uczestnika o naciśnięcie lewej strzałki, jeśli ton jest wysoki, oraz prawej strzałki, jeśli ton jest niski. Analogicznie poinstruuj uczestnika, aby skupił się i reagował wyłącznie na stopnie natężenia bodźców wzrokowych, ignorując sygnały słuchowe.

Gdy instrukcją jest „patrz” (look), poproś uczestnika o naciśnięcie lewej strzałki, jeśli kratka jest przechylona w lewo, oraz prawej strzałki, jeśli kratka jest przechylona w prawo. Na koniec poinstruuj uczestnika, aby nie udzielał żadnych odpowiedzi, gdy instrukcją jest „pasywnie” (passive), upewniając się, że uczestnik nadal ma otwarte oczy i jest skupiony na ekranie. Podczas eksperymentu przeplataj instrukcje „słuchaj” (listen) i „patrz” (look) pomiędzy segmentami, aby sprawić, by poprzednio wykorzystana modalność stała się nieistotna, czyniąc ją w ten sposób silnym dystraktorem.

Gdy uczestnik dobrze opanuje zadanie, należy rozpocząć pomiar odpowiedzi neurofizjologicznych na sygnały uwagi oraz sygnały ignorowane. W trakcie fazy Im A należy przygotować czepek do elektroencefalografii (EEG) oraz sprzęt rejestrujący zgodnie z instrukcjami producenta. Nałóż czepek na skórę głowy uczestnika i zweryfikuj sygnał, impedancję oraz jakość każdego z czujników.

Następnie zsynchronizuj rejestrację neurofizjologiczną z oprogramowaniem do prezentacji bodźców oraz oprogramowaniem do rejestracji neurofizjologicznej zgodnie z instrukcjami producenta. Na koniec zarejestruj sygnały neurofizjologiczne podczas wykonywania zadania przez uczestnika. Aby zapewnić precyzyjny zapis czasu każdego bodźca i odpowiedzi w oprogramowaniu, przygotuj dane neurofizjologiczne do analizy statystycznej przy użyciu oprogramowania analitycznego.

Zacznij od usunięcia komponentów sygnałów nie neuronalnych, które mogłyby wprowadzić zmienność do rejestracji odpowiedzi mózgowych. Zastosuj filtr górnoprzepustowy o częstotliwości od 0.1 do 1 Hz, aby usunąć powolne dryfty, takie jak te wywołane zmianami impedancji czujników. Następnie użyj filtra dolnoprzepustowego o częstotliwości od 30 do 50 Hz, aby usunąć komponenty wysokiej częstotliwości, np. wprowadzone przez szum elektryczny; wyklucz lub interpoluj czujniki wykazujące niewiarygodne dane po usunięciu głównych komponentów nie neuronalnych.

Ponownie odnieś dane dla każdej elektrody, obliczając średnią ze wszystkich czujników i odejmując tę wartość od każdego z nich. Następnie wyodrębnij epoki czasowe o długości około 1000 milisekund wokół każdego zdarzenia słuchowego i wzrokowego.

Uwzględnij 100 milisekund przed wystąpieniem bodźca oraz 600 milisekund po wystąpieniu bodźca. Odejmij średnią z danych w linii bazowej przed bodźcem, aby ponownie wyrazić amplitudy ERP jako zmiany względem sygnału przedbodźcowego. Następnie oblicz średnie ERP, uśredniając dane ze wszystkich epok należących do tego samego warunku, którym są bodźce odpowiednio: skupione, zignorowane lub biernie postrzegane.

Wreszcie, aby zidentyfikować przebieg czasowy procesów uwagi, należy porównać amplitudę i czas, a także rozkład przestrzenny odpowiedzi ERP po bodźcach objętych uwagą z odpowiedziami w warunkach pasywnych. Podobnie, aby zidentyfikować przebieg czasowy ignorowania, należy porównać amplitudę i czas, a także rozkład przestrzenny odpowiedzi ERP po bodźcach ignorowanych z odpowiedziami w warunkach pasywnych. Protokół IMAT ujawnił unikalne profile czasowe i przestrzenne procesów uwagi oraz ignorowania w odniesieniu do efektu modulacji uwagi, zdefiniowanego jako różnica w odpowiedzi neurofizjologicznej dla warunku uwagi w porównaniu do warunku ignorowania.

W modalności sensorycznej słuchowej procesy skupiania uwagi i ignorowania przyczyniały się w różnych punktach czasowych do efektu modulacji uwagi po pojawieniu się tonu. Sugeruje to, że oba procesy są wymagane podczas przetwarzania sensorycznego słuchowego oraz że angażują one inną dynamikę mózgu w modalności sensorycznej wzrokowej. ERP sensoryczne wzrokowe wykazały istotny efekt skupiania uwagi, ale nie ignorowania, co sugeruje, że w przetwarzaniu sensorycznym wzrokowym wymagane są jedynie procesy skupiania uwagi i to one odpowiadają za 100% efektu modulacji uwagi.

Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo dobrze rozumieć, jak samodzielnie mierzyć reakcje fizjologiczne procesów skupiania uwagi oraz ignorowania w ramach kontroli uwagi. Po zastosowaniu tej procedury można przeprowadzić inne metody, takie jak obrazowanie źródła, aby lepiej zrozumieć, które obszary mózgu biorą udział w generowaniu sygnałów neurofizjologicznych.