Summary
Eine neuartige kognitive Paradigma entwickelt, um Verhaltens- und neuronale Korrelate von Störungen durch zu-sein-ignoriert Distraktoren gegen Störungen durch zu-sein-Unterbrecher besuchte während einer Arbeitsgedächtnisaufgabe aufzuklären. In dieser Handschrift sind mehrere Varianten dieses Paradigma detaillierte und Daten mit diesem Paradigma in jüngere / ältere erwachsene Teilnehmer erhalten wird, überprüft.
Abstract
Zielgerichtetes Verhalten wird oft durch Interferenz von der äußeren Umgebung beeinträchtigt wird, entweder in Form der Ablenkung durch irrelevante Information, dass man versucht, zu ignorieren, oder das Unterbrechen Information, die Aufmerksamkeit als Teil einer anderen (sekundären) Aufgabe Ziel erfordert. Beide Formen der äußeren Störung wurde gezeigt, dass nachteilige Auswirkungen auf die Fähigkeit, Informationen im Arbeitsspeicher (WM) zu halten. Emerging Hinweise darauf, dass diese verschiedenen Arten von äußeren Störungen üben unterschiedliche Auswirkungen auf das Verhalten und kann durch unterschiedliche neuronale Mechanismen vermittelt werden. Bessere Charakterisierung der unterschiedlichen Neuroverhaltens Auswirkungen irrelevant Ablenkungen gegen besuchte Unterbrechungen ist wesentlich für die Förderung eines Verständnisses der Top-down-Aufmerksamkeit, Auflösung von äußeren Störungen, und wie diese Fähigkeiten werden in gesundes Altern und bei neuropsychiatrischen Bedingungen abgebaut. Diese Handschrift beschreibt eine neue kognitive Paradigma entwickelt, das Gazzaley Labor, das hatjetzt in mehrere verschiedene Versionen zur Verhaltens- und neuronale Korrelate von Störungen aufzuklären, durch zu-sein-Vergleich ignoriert Distraktoren zu-sein-besuchte Brecher modifiziert. Details sind auf Varianten dieses Paradigma für die Untersuchung von Störungen im visuellen und auditiven Modalitäten, auf mehreren Ebenen der Reiz Komplexität mit experimentellen Timing für Elektroenzephalographie (EEG) optimiert oder der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) Studien zur Verfügung gestellt, und. Darüber hinaus erhalten Daten aus jüngeren und älteren Erwachsenen Teilnehmer mit diesem Paradigma wird überprüft und im Rahmen ihrer Beziehungen zu den breiteren Literaturen auf externe Störungen und altersbedingte Neuroverhaltensänderungen bei der Lösung von Störungen im Arbeitsgedächtnis diskutiert.
Introduction
Eine umfangreiche Literatur ist ein Nachteil für die Aufbewahrung der Informationen im Arbeitsspeicher (WM) durch eine Störung von der äußeren Umgebung 1-9 gezeigt. Externe Störungen können allgemein in zwei Typen eingeteilt werden; Störungen durch irrelevante Informationen man beabsichtigt, zu ignorieren: Ablenkung und störende Informationen, die Aufmerksamkeit als Teil einer anderen (sekundären) Aufgabe Ziel verlangt: Unterbrechung. Studien zum Vergleich dieser Art von Einmischung von außen mit Hilfe eines in-Teilnehmer Design ermöglichen Beurteilung der Neuroverhaltens Auswirkungen der Ziel-Schwerpunkt top-down Aufmerksamkeit bei der Verarbeitung und Auflösung von äußeren Störungen.
Vor kurzem hat die Gazzaley Labor entwickelt ein Paradigma, das den Vergleich der "to-be-nahmen" Unterbrechungen und "zu-sein-ignoriert 'Ablenkungen, die im Rahmen einer Arbeitsgedächtnisaufgabe auftreten erleichtert. Neue Erkenntnisse aus diesem Paradigma legt nahe, dass diese verschiedenen Arten von external Störungen üben deutliche Auswirkungen auf das Verhalten und haben unterschiedliche zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen 2-5,10,11. Dieses Paradigma hat Unterschiede in der äußeren Störung Verarbeitung in normalen Alterungs 2,3,4,10,11 offenbart; obwohl Alterungs Defiziten im Zusammenhang mit Störungen nicht immer gefunden 5; es hat auch aufstrebenden Mechanismen der Störung durch Distraktoren gegen Brecher mit High-Level-visuelle Stimulation von Gesichtern und Szenen 2,3,4,12, Low-Level-visuelle Bewegung dot kinematograms 5,10,11 und Low-Level-auditive Bewegung Frequenzdurchläufe 5.
Einmischung von außen und Altern
Einmischung von außen induziert eine negative Auswirkungen auf Arbeitsgedächtnis in der gesamten Lebenszeit, auch wenn ältere Erwachsene eine negative Auswirkung als jüngere Erwachsene 2,3,13-18 aufweisen. Ältere Erwachsene weisen auch unterschiedliche Muster neuronaler Aktivität im Vergleich zu jüngeren adultate wenn Sie versuchen, diese Störungen zu beheben 3,4,17,21. Allerdings haben einige Studien keine Beweise für solche altersbedingten Verhaltens 5,19,20 oder neuronalen 5 Unterschiede mit Störungen zu finden.
Interessanterweise scheint die Auswirkungen der Alterung auf die Lösung Störungen durch Sinnesmodalität unterscheiden, auch wenn diese Frage ungelöst bleibt derzeit. Visuelle intrasensory Interferenz wurde weithin gezeigt, dass altersbedingte Abnahme (in einer umfassenden Überprüfung 22 zusammengefasst) aufweisen. Im Gegensatz dazu legen nahe, viele Experimente keine altersbedingte Defizite beim inner sensorischen Gehörstörungen 19,22-25, während andere Studien zeigen signifikante altersbedingte Anstieg der Gehör Ablenkbarkeit 19,22,26-32. Darüber hinaus kann die Salienz von störenden Reizen (kongruent oder inkongruent zwischen den Cue und Sonde Stimuli) 2 und Stimulus Komplexität (hoher oder niedriger Verarbeitungslast) 5 mit Störungen zu interagierenVerarbeitung und ihre Unterschiede zwischen Aufgabe Ziele und Alter.
Die hier beschriebene Paradigmen ergänzt die Alterung Störungen Literatur durch die Erforschung der Mechanismen der Top-down-Aufmerksamkeit (in Form von Aufgaben Tore) und die Auflösung der externen störende Reize. Belege aus der visuellen Gesichts & Szene-Version dieser Paradigmen zeigt eine Interaktion zwischen Altern und Interferenz-Typ, mit älteren Erwachsenen zeigen noch größere Anfälligkeit für besuchte Brecher relativ zum ignoriert Distraktoren 3,4. Charakterisierung der Verhaltens- und neuronale Unterschiede zwischen diesen Arten von Störungen sind wichtig, um zu verstehen, wie kognitive Kontrolle Fähigkeiten zu ändern mit dem Altern.
Warum älteren Erwachsenen zeigen verschärft Defizite bei der Lösung zu werden, besuchte Unterbrecher? Sind ältere Erwachsene durch übermäßige Verarbeitung Brecher beeinträchtigt, wenn sie dargestellt werden, oder durch die Unfähigkeit, wieder zu aktivieren Darstellungen der primäre Ziel relevanten stimuli nach Unterbrechungen oder bei längerer Verarbeitung der Unterbrecher, nachdem sie nicht mehr vorhanden sind oder relevant 33? Um diese Fragen anzugehen, ermöglicht einen Vergleich der neuronalen Aktivität bei Zeitpunkten vor, während und nach verschiedenen Arten von Störungen des aktuellen Paradigmas Design. Zum Beispiel durch den Vergleich neuronale Aktivität durch ignoriert Ablenkung gegen Aktivität während besuchte Unterbrechungen hervorgerufen, kann man die spezifischen Auswirkungen der top-down die Aufmerksamkeit auf eine Auflösung von Störungen im Arbeitsgedächtnis zu ermitteln.
Mehrere Studien haben mehrere Varianten dieser Störungen Paradigma implementiert, um die neuronalen Korrelate der verschiedenen Arten von externen Störungen sowohl bei hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) und Elektroenzephalographie (EEG) zu verstehen sind. Dieses Paradigma ist auch verwendet worden, um wichtige Unterscheidungen zwischen Einmischung in die visuelle und auditive Domänen klärenSowie die Wirkung des Reizes Komplexität und Kongruenz auf Störungen. Hier werden die Paradigma-Varianten im Detail beschrieben.
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Protocol
Die folgenden Schritte aufzählen, wie man dieses neue kognitive Paradigma entwickelt, um die Neuroverhaltensaspekte von externen Störungen auf verzögerte Anerkennung Arbeitsspeicher aufzuklären, mit Variationen für die Paarung mit EEG oder fMRI optimiert auszuführen. Vor Beginn der Datensammlung, füllen Sie alle notwendigen personellen-Teilnehmer Forschungsgenehmigungen durch die entsprechende Institutional Review Board und / oder menschlichen Teilnehmern Review Committee.
1. Vorbereitung
- Downloaden und installieren Sie experimentieren Präsentationssoftware wie E-Prime, Präsentation, oder PsychoPy, nach den Anweisungen des Herstellers, auf einem dedizierten Computer Reizdarbietung.
- Bereiten Sie eine entsprechende Tastenfeld für experimentelle Antworten. Add "JA" und "NEIN" Etiketten an zwei benachbarte Tasten (Abbildung 1).
HINWEIS: Bei Versionen dieses Experiment unter Verwendung von MRI, verwenden Sie ein MR-kompatible Tastatur. - Für Gehör Versionen dieses pAradigm, bereiten Kopfhörer zum Testen Modalität geeignete (dh: EEG oder MR-kompatibel, falls erforderlich), nach Herstellerangaben, und stellen Sie Lautstärke für die Präsentation bei 65 Dezibel (dB) Schalldruckpegel (SPL), die ein komfortables Niveau für normal hörende Personen.
- Für Experimente mit älteren Erwachsenen, führen vorläufigen neuropsychologische und sensorische Vorführungen wie Sehen und Hören, um eine entsprechend abgeschirmt Studienpopulation aus.
- Neuropscyhological Screening
- Erstellen Sie eine neuropsychologische Beurteilung Batterie für kognitive Beeinträchtigung bei älteren Erwachsenen zu untersuchen. Verwalten von Tests Papier-Bleistift, oder passen eine Batterie für die Prüfung auf einem Computer.
HINWEIS: Tests kann den Mini-Mental-Status-Prüfung (MMSE) 35, Globale Verschlechterung Score (GDS) 36 umfassen, California Verbal Learning Test (CLVT) 37, Digit Span 38,39, Symbol Span 40, Buchstabe-Zahl Sequencing 41, Feinkost & Delikatessen-Kaplan exekutive Funktion System (D-KEFS) - Trail Making Test 42, kontrollierte Wort-Assoziations-Test (COWAT) 43, 44. - Admin Batterie allen angehenden Erwachsenen Teilnehmer. Gäste alle Tests pro ihrer jeweiligen Scoring-Richtlinien.
- Wenn die Einstellung für die gesunden älteren Erwachsenen, schließen die voraussichtlichen Teilnehmer mit Scores von mehr als zwei Standardabweichungen unter dem Mittelwert der oder per individuelle Ausschlusskriterium.
- Erstellen Sie eine neuropsychologische Beurteilung Batterie für kognitive Beeinträchtigung bei älteren Erwachsenen zu untersuchen. Verwalten von Tests Papier-Bleistift, oder passen eine Batterie für die Prüfung auf einem Computer.
- Sehtest
- Für visuelle Experimente, Bildschirm für die normale oder korrigiert zu normalem Sehvermögen mit einem vorläufigen Fragebogen gefragt werden, ob die Teilnehmer haben normale oder korrigierte-to-normal Vision.
- Zu verfolgen, führen eine Snellen Diagramm Sehtest, und verstehen die Teilnehmer ohne normale oder korrigierte-to-normal (20/20 oder höher) Vision.
- Für Hörversuche, Bildschirm für Normalhörende:
- In einer vorläufigen Fragebogen, fragen whether Teilnehmer haben normale oder korrigiert zu normalem Gehör, und verstehen sich inklusive diejenigen, die dies nicht tun.
- Zu verfolgen, erhalten eine objektive Messung der Gehörempfindlichkeit. Durchführung einer in-lab audiometrischen Prüfung in einem von mehreren Verfahren:
- Nutzen Sie einen Hörverlust Screening-Test-Anwendung wie "uHear '. Verwenden von Auto-berechneten Ergebnisse dieser Anwendung ausschließen Probanden mit Hörempfindlichkeit außerhalb der "normalen Gehör 'Bereich.
- Audiometrische Beurteilung Schwellenwerte im Bereich von 250 - 6000 Hz Frequenzbereich auf beiden Ohren durch das Verfahren der auf- und absteigenden Rahmen. Personen mit mittleren audiometrischen Schwellen von mehr als 50 dB bei jeder Testfrequenz in beiden Ohren, was bedeutet, mittlerer Hörverlust, sollten ausgeschlossen werden
- Neuropscyhological Screening
2. Experimentelles Design
- Verwalten einer verzögerten Erkennung Arbeitsgedächtnisaufgabe unter drei verschiedenen Interferenzbedingungs (und eine vierte Ausgangszustand für neuronale Experimente) in einem Block-Design (siehe auch Abbildung 2 und Tabelle 1). Wiederholen Sie jede Bedingung zweimal, in Gegengewichts um (a ausgewogene lateinischen Quadrats wird empfohlen). Beachten Sie, dass Versuchszeitpunkt und Anzahl der Versuche variieren zwischen Paradigma Varianten; Nutzung der in Tabelle 1 beschriebenen Parametern.
- Ignorieren Distracting Stimulus Condition (DS):
- Zeigen Sie eine Eingabeaufforderung einreichende Teilnehmer, um die Merk Reiz erinnern und ignorieren die ablenkenden Reiz, während weiterhin eine Darstellung der Hinweisreiz zu erhalten. Weisen Sie den Teilnehmer zu reagieren "JA", wenn die Sonde Stimulus den Cue Stimulus übereinstimmt oder "NEIN", wenn die Sonde nicht den Reiz entsprechen.
- Präsentieren Sie die Cue-Stimulus, unmittelbar gefolgt von einer kurzen Verzögerung (Delay 1) gefolgt.
- Anzeigen störend "Distraktor 'Stimulus, unmittelbar gefolgt von einer zweiten kurzen Verzögerung (Delay 2) gefolgt.
HINWEIS:Der Teilnehmer nicht zu brauchen (und nicht) mit dem Distraktor Stimulus zu interagieren. - Präsentieren Sie eine Sonde Reiz und Antworten sammeln.
- Kümmern Sie sich um Unterbrechen Stimulus (sekundäre Aufgabe) Zustand (IS):
- Zeigen Sie eine Eingabeaufforderung einreichende Teilnehmer, um die Merk Reiz erinnern und vollständig eine sekundäre Aufgabe mit der störenden Reiz, danach erscheint. Anweisungen Display, um die sekundäre Aufgabe wie folgt: "eine Taste drücken, wenn der unterbrechende Stimulus eine Reihe von Unterscheidungskriterien entsprechen". Weisen Sie den Teilnehmer zu reagieren "JA", wenn die Sonde Stimulus den Cue Stimulus übereinstimmt oder "NEIN", wenn die Sonde nicht den Reiz entsprechen.
HINWEIS: Die Diskriminierung Kriterien unterscheiden sich für jedes Paradigma Variante und im nächsten Abschnitt beschrieben. - Präsentieren Sie die Cue-Stimulus, unmittelbar gefolgt von einer kurzen Verzögerung (Delay 1) gefolgt.) Präsentieren Sie einen störenden "Unterbrecher" Stimulus einnd sammeln Antworten für die sekundäre (Diskriminierung) Aufgabe. Im Anschluss an ein den zweiten kurzen Verzögerung (Delay 2).
HINWEIS: Die Vollendung des sekundären Aufgabe erfordert Aufmerksamkeit auf die "Unterbrecher". - Präsentieren Sie eine Sonde Reiz und Antworten sammeln.
HINWEIS: Zehn Prozent der Studien sind Fangversuche, in dem der Unterbrecher die Diskriminierung Kriterien entspricht; fügen Sie zusätzliche Prüfungen (10%) zu diesem Block für die verworfen Studien kompensieren. Ausschließen aller Fangversuche von neuronalen Analyse aufgrund der Verwechslung motorische Reaktion.
- Zeigen Sie eine Eingabeaufforderung einreichende Teilnehmer, um die Merk Reiz erinnern und vollständig eine sekundäre Aufgabe mit der störenden Reiz, danach erscheint. Anweisungen Display, um die sekundäre Aufgabe wie folgt: "eine Taste drücken, wenn der unterbrechende Stimulus eine Reihe von Unterscheidungskriterien entsprechen". Weisen Sie den Teilnehmer zu reagieren "JA", wenn die Sonde Stimulus den Cue Stimulus übereinstimmt oder "NEIN", wenn die Sonde nicht den Reiz entsprechen.
- Keine störenden Stimulus Condition (NI):
- Zeigen Sie eine Eingabeaufforderung Anweisen der Teilnehmer, um die Merk Reiz zu erinnern und denken Sie daran. Weisen Sie den Teilnehmer zu reagieren "JA", wenn die Sonde Stimulus den Cue Stimulus übereinstimmt oder "NEIN", wenn die Sonde nicht den Reiz entsprechen.
- Präsentieren Sie die Cue-Stimulus, sofort durch eine Verzögerung gefolgt. Zeigen Sie eine zentrale Fixierung Kreuz auf einem leeren screen während der Verzögerung.
- Präsentieren Sie eine Sonde Reiz und Antworten sammeln.
- Baseline / Passiv-Ansicht (oder hören) Zustand (nur für neuronale Experimenten) (PV / PL)
- Umfassen eine passive-view / hören Zustand während Neuroimaging Aufgaben Berechnung der "Verbesserung" und "Unterdrückung" der neuronalen Aktivität während der IS / DS-Bedingungen im Vergleich zum Ausgangsaktivität, wenn die Teilnehmer passiv betrachten den Arbeitsspeicher und störende Reize aktivieren (/ hören), frei von Aufgabe Ziele. (Siehe Tabelle 2).
- Zeigen Sie eine Eingabeaufforderung einreichende Teilnehmer passiv Ansicht (/ hören) alle visuellen (/ Gehör) Aufgabe Reize. Anweisungen Display, die einfache Diskriminierung Aufgabe abzuschließen.
- Für Sehaufgaben, weisen Sie den Teilnehmer, eine Taste entsprechend der Richtung eines dargestellten Pfeils drücken (links oder rechts).
- Für Gehör Aufgaben, weisen Sie den Teilnehmer, eine Taste entsprechend der Frequenz drückenBereich von einer leicht unterscheidbare hoch (2 kHz) oder niedrig (0,5 kHz) Frequenzschall Sweep (hoch oder niedrig).
- Sequentiell vorhanden oder zeigen Sie die Cue Reiz, Delay 1, störenden Reiz und Delay 2.
- Präsentieren Sie einen Pfeil (visuell) oder Ton-Sweep (auditiv) anstelle der Sonde Reiz und Antworten sammeln, wie der Teilnehmer vervollständigt die einfache Unterscheidungsaufgabe (oben beschrieben).
3. Stimuli
1. Allgemeine Herstellung der Stimuli
- Wählen Sie eine Reihe von Stimuli aus den nachfolgend beschriebenen Kategorien (siehe auch Abbildung 2 und Tabelle 1).
- Sorgfältig entscheiden, ob primäre Arbeitsgedächtnis-Aufgabe Reize mit thematisch kongruent oder inkongruent störende Reize (siehe Hinweis unten) zu koppeln.
- Stellen Sie sicher, dass alle Bilder sind so bemessen oder die Größe neu zu 225 Pixel breit und 300 Pixel hoch (14 x 18 cm).
- Bilder vorhanden foveal, aufspannt 3 Grad der visuellen angle von der Fixierung.
HINWEIS: fMRI-Experimente, benutzen Interferenz Reize inkongruent mit den primären Arbeitsgedächtnis-Aufgabe Reize, zum Beispiel Gesicht Störungen bei der Szene Arbeitsspeicher oder umgekehrt. Um genau zu lokalisieren Gesicht und Szene spezifischen sensorischen kortikalen Regionen, tragen Sie eine fMRI Localizer Aufgabe vor der Arbeitsspeicher Experiment. Dann, während der Störung Paradigma, verwenden Sie diese Szene und stellen selektive kortikalen Regionen gleichzeitig zu analysieren neuronale Aktivität Dynamik in den Arbeitsspeicher Cue Reize (zB Szenen) und zu den Störungen inkongruente Reize. (ZB weist)
2. High-Level visuelle Reize
- Für Gesicht Reize, bereiten mehrere hundert Cue / Sondenoberfläche Reize aus Grau Fotos von männlichen und weiblichen Gesichtern, mit neutralen Ausdruck, über einen großen Bereich Erwachsenenalter. Entfernen Sie Haare und Ohren digital, und tragen Sie eine Unschärfe über die Konturen des Gesichts.
- Für Szenen Reize, bereiten mehrere hundred Cue / Probe Szene Reize aus Grau Fotos von natürlichen Szenen.
- Nach Delay 1, präsentieren eine störende Anregung, die aus einer Szene oder Gesicht. Auf 90% der Versuche, ein Gesicht zu präsentieren, die nicht "männlich und im Alter von über 40 Jahre alt; auf der anderen 10% der Studien, präsentieren ein Gesicht, männlich und im Alter von über 40 Jahre alt ist.
- Für "Nehmen Sie an, um eine Unterbrechung" Zustand, weisen die Teilnehmer, den folgenden sekundären Aufgabe mit der störenden Stimulus (zwischen dem Queue und der Sonde vorgelegt). Fragen Sie die Teilnehmer, zu reagieren "JA", wenn Unterbrechung Gesicht ist männlich und im Alter von über 40 Jahre alt.
3. Low-Level-Visuelle Bewegungs Stimuli
- Erstellen Sie Cue / Probe Reize einer kreisförmigen Öffnung enthält 290 räumlich zufälligen Grauskala Punkte (0,08 Grad x 0,08 Grad pro Stück), die 8 Grad Sehwinkel pannen zu einem 75 cm Betrachtungsabstand, an der Fovea zentriert.
- Anzeigebewegungspunkte mit 100% Bewegungs coherenz in einem schiefen Winkel von 10 Grad pro Sekunde, bei einer von 12 verschiedenen Bewegungsrichtungen (3 in jedem Sektor).
- In einem adaptiven Treppe Schwellenverfahren (2-Grad-Schritten), um eine visuelle Unterscheidungswert ergibt knapp unter 100% iger Genauigkeit, so dass die Unterscheidungsschwelle von der ersten Fehlertest Erreichen herzustellen.
- Nach Delay 1, präsentieren einen störenden Reiz aus Punkten im Gegenuhrzeigersinn kreisförmigen Bewegung. Machen diese Bewegung bei einer "normalen" Geschwindigkeit (10 Grad pro Sekunde) auf 90% der Studien, und schnell auf der anderen 10% der Studien.
- Im betreuen Zustand Unterbrechung, weisen die Teilnehmer, den folgenden sekundären Aufgabe: reagieren Sie "JA", wenn Unterbrechung Wirbel ist schnell.
4. Low-Level-Auditory Bewegung Stimuli
- Erstellen Sie Cue / Probe Stimuli Klangbewegung überstreicht einen Frequenzbereich mit mittleren Frequenzen zufällig zwischen 900 und 1.100 Hz gewählt. Konstruieren Sie dieKlangbewegung Wobbelfrequenzen auf ± 0,5 Oktaven von der Mittenfrequenz und endet um ± 0,5 Oktaven von der Mittenfrequenz zu beginnen.
- Präsentieren gleichen Teilen zu den 'up' (ab -0.5 und endend bei 0,5 Oktaven) und "Down" (ab 0,5 und endend bei -0.5 Oktaven) Bewegung Sweep Reize.
- Stellen Sie die Lautstärke bequem Hörschwelle von 65 dB SPL.
- Schwellen: Verwenden eines adaptiven Zest Verfahren, um die Genauigkeit Gehör Diskriminierung bei 85% korrekte Durchführung zu etablieren.
- Nach Delay 1, präsentieren einen störenden Reiz aus einem einzelnen Ton. Spielen Sie einen Ton der Frequenz 2 kHz auf 90% der Studien, und einen Ton von 2,3 kHz auf der anderen 10% der Studien.
- Im betreuen Zustand Unterbrechung, weisen die Teilnehmer, den folgenden sekundären Aufgabe: reagieren, wenn Unterbrechung Ton ist eine höhere Frequenz Cue (2,3 kHz).
5. Probe Stimuli
- Für alle WM Aufgaben, sicherzustellen, dass50% der Sonde Stimuli entsprechen den Cue.
- In der Low-Level-Bewegungsaufgaben mit Schwellenwertunterscheidungsniveaus 5,10,11, stellen 50% der Sonde Reize, die nicht den Cue übereinstimmen, um von der Merk durch den absoluten Wert des Schwellenwert Reiz Scheidungspegel der Teilnehmer unterscheiden.
HINWEIS: Wenn beispielsweise Schwellen stellt visuelle Unterscheidungspegel eines Teilnehmers zu 10 Grad sein, Paar eine visuelle Bewegung cue Bewegen bei 45 Grad mit einer Sonde, die sich mit entweder 45 Grad (Match 50% Studien) oder 45 ° ± 10 ° (35 oder 55 Grad, die jeweils nicht-Matches auf 50% Studien).
4. Vergleich Interferenzbedingungen
- Verwenden statistischer Software wie SPSS, um Verhaltensleistung und Nervenaktivität an wichtigen Zeitpunkten vor dem zu vergleichen, während und nach verschiedenen Arten von Störungen.
HINWEIS: Mehrere Handbücher online bieten Schritt-für-Schritt-Anleitungen und Screenshots der beschreibt, wie zu bedienen und führen einfache statistical Analysen in SPSS.- Berechnen Sie die Auswirkungen von Ablenkungen gegen Unterbrechungen auf Verhaltensleistung durch Gegen Arbeitsspeicher Genauigkeit und Reaktionszeiten während der Interferenzbedingungen in Bezug auf die Leistung während der keine Störung Zustand (Abbildung 4). Zum Beispiel können gepaarten t-Tests verwendet, um die Genauigkeit oder RT zwischen zwei Störungen (oder Basislinie) Bedingungen zu vergleichen.
HINWEIS: Vor der t-Test-Vergleiche zwischen zwei bestimmten Aufgabe Bedingungen eine ANOVA mit wiederholten Messungen wird empfohlen, über alle Arbeitsspeicherbedingungen in dem Paradigma zu vergleichen. - Für neuro-Imaging-Studien, Pre-Prozess und die Daten nach der entsprechenden pipline für die Modalität und Maßnahmen von Interesse.
- Für EEG-Studien, Prozess EEG-Daten mit EEGLAB oder das Software-Paket der Wahl, mit der Software den Anweisungen und empfohlenen Verarbeitungsstrom.
- Für fMRI Studien, Prozess fMRI-Daten mit der Software package der Wahl (wie AFNI, SPM, FSL, etc.), mit der Software den Anweisungen und empfohlenen Verarbeitungsstrom.
- Neuronale Aktivität Modulationen als Folge von Störungen während der Arbeitsspeicher Beurteilung neuronalen Daten in diesen Bedingungen, um neuronale Aktivität statistisch Kontrast während passive Ansicht (/ hören) Bedingungen und steuert somit für grundlegende Wahrnehmungsverarbeitung (Abbildung 4).
- Berechnen Sie die Messungen, so dass ein positiver Wert zeigt immer größere Verstärkung über dem Ausgangswert oder größer Unterdrückung unter den Ausgangswert. Für P100, berechnen neuronalen Unterdrückung durch Subtrahieren quantifizierten neurale Aktivität zum ablenkenden Stimulus (DS) von dem von der passiv angesehen Stimulus (PV) hervorgerufen (dh: PV - DS). Berechnen Verbesserung in fMRI durch Subtrahieren quantifizierten BOLD Aktivität zur Grundlinie passiv angesehen Stimulus als die durch den Stimulus hervorgerufenen Unterbrechung (IS) (das heißt: IS - PV).
- Statistisch vergleichen neuronalen Modulationen durch ignoriert Ablenkungen gegen Aktivität ausgelöst während besuchte Unterbrechungen zu beginnen, um die spezifischen Auswirkungen der Top-down-Aufmerksamkeit auf die Auflösung der verschiedenen Arten von Störungen im Arbeitsgedächtnis zu ermitteln.
- Berechnen Sie die Auswirkungen von Ablenkungen gegen Unterbrechungen auf Verhaltensleistung durch Gegen Arbeitsspeicher Genauigkeit und Reaktionszeiten während der Interferenzbedingungen in Bezug auf die Leistung während der keine Störung Zustand (Abbildung 4). Zum Beispiel können gepaarten t-Tests verwendet, um die Genauigkeit oder RT zwischen zwei Störungen (oder Basislinie) Bedingungen zu vergleichen.
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Representative Results
Diese Interferenz Paradigma Generation wichtige Erkenntnisse in Bezug auf die unterschiedlichen Verhaltens Auswirkungen und neuronalen Mechanismen der Ablenkung und Unterbrechung des Arbeitsgedächtnisses in jüngeren und älteren Erwachsenen (siehe Tabelle 2 Zusammenfassung) aktiviert.
Verhalten. Behaviorally, im Einklang mit der vorhandenen Literatur, Unterbrechung konsequent vermittelt einen größeren negativen Auswirkungen gegenüber Ablenkung auf die Arbeitsgedächtnisleistung 2-5, 10,11,12. Ältere Erwachsene weisen noch größeren störungs Defizite bei jüngeren Erwachsenen, vor allem in Versionen dieses Paradigma mit komplexen visuellen Objekt Reize (Gesichter und Szenen) 2,3,4. Allerdings hat Alter keine Störungen Defizite verschärfen in der Low-Level-auditive Bewegung Paradigma Variante 5, noch in der Low-Level-visuelle Bewegungs Variante 5 (re-Analyse einer zuvor veröffentlichten Datensatz 10,11). Zu beachten ist, die Low-Level-visuelle und AUDitory Bewegungsvarianten der Aufgabe verwendet wahrnehmungs Schwellenwert Reize in jedem einzelnen, jung oder alt, die den alters gleichwertigen Verhaltens Ergebnisse beigetragen haben kann.
Neuronale Korrelate der Interferenz. Neural Daten mittels fMRT und EEG-Aufzeichnungen zeigen deutliche Verarbeitung von passiven im Vergleich zu-sein-und ignoriert zu werden, besuchte Störungen Reize angesehen. In den meisten Paradigma Varianten, verschiedene neuronale Marker vorherzusagen WM Performance sowie neuronale Verarbeitung Unterschiede zwischen älteren und jüngeren Erwachsenen, die die altersbedingten Störungen Defizite zugrunde liegen können. fMRI Hinweise darauf, dass codierte Titel sind in der gesamten Verzögerung über mittleren frontalen Gyrus (MFG) gepflegt - visuellen Assoziationskortex (VAC) Konnektivität in NI und DS Bedingungen; aber beim Auftreten einer Unterbrechung Stimulus wird diese MFG-VAC-Verbindung unterbrochen wird, und anschließend von der Sonden Aussehen 2 reaktiviert. Der Abbruch und die anschließende erneute Aktivierung dieser functional-Verbindung wird von entscheidender Bedeutung für die visuelle Erkennung WM Leistung. Außerdem älteren Erwachsenen nicht zu von der Unterbrechung zu lösen und nicht so effektiv Wiederherstellung funktions Verbindungen innerhalb des gestörten MFG-VAC-Speichernetzwerk 3. Konvergierenden Beweise aus mehreren anderen fMRT und EEG-Studien stärkt die Hypothese, dass eine übermäßige oder verlängerte Verarbeitung des interruptor zugrunde störungsbezogene Defizite im WM. Auch der Hinweis, weniger neuronale Erweiterung der Unterbrecher in IS (relativ zur Aktivität während PV) korreliert mit verbesserten WM Genauigkeit und Reaktionszeiten 2,4,10 11.
Modulieren Auflösung von Interferenz. Thesaurierend Beweise deuten auf einige Formbarkeit des Interferenzauflösung Fähigkeiten sowohl in der Jugend und im Alterungs 10,11,12. Innerhalb einer einzigen Sitzung, jüngeren Erwachsenen zeigen signifikante Verbesserung der Interferenz-induzierte Störung WM 10. Dieser Verhaltensverbesserungmit verringerten Verarbeitung von Unterbrechungen durch experimentelle Blöcke korreliert, den Nachweis für eine umgekehrte Beziehung zwischen neuronalen Aktivierungen, um Unterbrechungen und ihre unmittelbaren Einfluss auf die WM.
Aktuelle Daten zeigen, dass die erweiterte kognitives Training könnte Vorteile für Verbesserungen in störungs Verarbeitung während der Arbeitsgedächtnisaufgaben bei älteren Erwachsenen zu übertragen. Nach 12 Sitzungen des Multi-Tasking-Training, verbessert ältere Erwachsene WM Performance auf der High-Level-visuelle (Gesichter und Szenen) Version dieser Aufgabe in DS und NI Bedingungen in Bezug auf die Teilnehmer abgeschlossen Single-Tasking-Training. Der Multi-Tasking-Trainingsgruppe auch WM Performance relativ zu einer berührungs Kontrollen in IS, DS, und NI Bedingungen 12 verbessert. Auch der Hinweis, in einer anderen Ausbildung experimentieren die Erforschung der Auswirkungen von 10 Sitzungen von Wahrnehmungs Diskriminierung Training auf der Low-Level-visuelle Bewegungs Variante zeigten ältere Erwachsene Verbesserung der NI aber nicht Condition, was auf allgemeine Arbeitsgedächtnis Verbesserung durch Low-Level-Wahrnehmungs-Lernen gefahren, aber keine Verbesserungen in störungsAuflösung Fähigkeiten 11.
Abbildung 1. Tastatur mit Ja / Nein-Key. Eine Tastatur für Verhaltens-und EEG-Experimente mit stick-on "Y" und "N" Etiketten auf benachbarten Tasten, um "Ja" und "Nein" Antworten anzuzeigen. Bitte klicken Sie hier ein, um zu vergrößern Version dieser Figur.
Abbildung 2. Hochrangige Visuelle (Übereinstimmende) Experiment-Design. Der Fluss der eine Prüfung für jeden der vier Interferenzbedingungen (Zeile), mit stimuli von der Hochrangigen Visuelle (Übereinstimmende) Paradigma Variante. Jedes Rechteck stellt dar, was auf dem Bildschirm auf einen bestimmten Teil der Studie (Spalten) dargestellt. ITI = inter-trial-Intervall. Für Timing-Parameter finden Sie in Tabelle 1 beziehen. Diese Zahl hat sich von Clapp et al modifiziert. 2010 2. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 3. Stimuli durch Paradigm Variant. Repräsentative Cue / Sonde (obere Reihe) und störenden Stimulus (untere Reihe) für jedes Paradigma Variante (von Spalte abgegrenzt). In der High-Level-visuelle kongruent Variante (1a) ist ein Gesicht, als der Cue / Sonde Stimulus (obere Reihe) verwendet und ein anderes Gesicht als störenden Stimulus (untere Reihe) verwendet. 1b: High-Level-visuelle incongruent Variante: Cue / Probe ist eine natürliche Szene; Störenden Stimulus ist ein Gesicht. 1c: Low-Level-visuelle Bewegung: Cue / Probe ein Punkt Bewegung kinematogram in dem die Punkte zusammenfließen diagonal (Pfeile sind hier dargestellt, um Bewegung zu vermitteln, aber nicht auf dem Bildschirm erscheint); Störenden Stimulus wird ein Punkt Bewegung kinematogram, die entweder schneller oder langsamer dreht (wie oben, sind hier dargestellten Pfeile, um Bewegung zu vermitteln, aber nicht auf dem Bildschirm angezeigt). 1d: Low-Level-auditive Bewegung: Cue / Sonde ist ein Sound-Sweep, der bis bewegt oder eine Oktave tiefer (nur eine Fixierung Kreuz erscheint auf dem Bildschirm); Störenden Stimulus ist eine stationäre Hochfrequenz-Ton. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 4. Repräsentative Daten: neuronale Aktivität Vergleichs zwischen Interferenzbedingung. Die Modulation der neuronalen Aktivität zu Unterbrecher (IS), passiv angesehen Stimuli (PV) und Distraktoren (DS). A: Ereignisbezogene Potential (ERP) Daten, die die Wartezeit (ms) und Amplitude (& mgr; V) des durchschnittlichen evozierte Reaktion in occipitotemporalis Elektroden mit dem 'störende' Gesicht. ERP-Komponente P100-Latenz zeigt deutliche Erweiterung Brecher (IS - PV). B: Korrelation zwischen der Amplitudenmodulation des ERP Komponente P100 und Arbeitsspeicher Genauigkeit. Der Betrag, den Teilnehmern zuzuordnen Aufmerksamkeit auf ein Unterbrecher (IS - PV, Enhancement) negativ korreliert mit ihren WM Leistung (R 5 = -0,7, p <0,001). Ebenso ist die Menge an Aufmerksamkeit von einem Distraktor entfernt zugeteilt (PV - DS, Unterdrückung) positiv korreliert mit WM (R = 0,5, P <0,05). C. fMRI BOLD (blood-Sauerstoff-Niveau abhängig) Aktivierung im Fusiform Gesichtsbereich (FFA) in Reaktion auf die "störenden" Gesicht in der ba vorgestelltr Graphen. Die BOLD Antwort war am höchsten in Reaktion auf die Unterbrecher und den niedrigsten zu den Distraktoren (Enhancement [IS> PV, P <0,01]), was zeigt, verbesserte Verarbeitung zu unterbrechen Reize. D: Template und Beispiele für neuronale Vergleiche. Maßnahmen sind so berechnet, dass ein positiver Wert zeigt immer größere Verbesserung über dem Ausgangswert oder größer Unterdrückung unter den Ausgangswert. (- DS PV ie) für P100 wird neuronalen Unterdrückung durch Subtrahieren quantifizierten neurale Aktivität zum ablenkenden Stimulus (DS) von dem von der passiv angesehen Stimulus (PV) evozierte berechnet. Verbesserung wird in fMRI durch Subtrahieren quantifizierten BOLD Aktivität zur Grundlinie passiv angesehen Stimulus als die durch den Stimulus hervorgerufene Unterbrechung berechnet (IS) (das heißt: IS - PV). Diese Zahl hat sich von Clapp et al modifiziert. 2010 2. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Tabelle 1: Timing-Parameter Experimental-Timing für jedes Paradigma Variante (Zeilen).. Eine Reihe von Zeiten (dh: 2.800 - 3.200 ms) gibt an, dass der Zeitpunkt dieser Teil der Studie ist "jittered ', mit Timing Zufallsprinzip aus im angegebenen Bereich gewählt. Eine kongruente störenden Reiz des gleichen Typs wie der Cue / Sonde (dh: Gesicht Cue / Sonde und Gesicht Interferenz), während eine inkongruente störenden Reiz eines anderen Typs (dh: Szene Cue / Sonde und Gesicht Interferenz). ITI = inter-trial-Intervall. Jede Reihe von Cue zu ITI stellt eine Studie (für Darstellung der Studie fließen, siehe Bild 1).
Tabelle 2: Störungen Paradigm Ke. y Behavioral and Neural Ergebnis Key mit dieser Störung Paradigma erhalten Verhaltens- und neuronale Ergebnisse werden durch Studie präsentiert und durch Reize Parameter Teilnehmer Altersgruppe, und Imaging modality.YA = jüngere Erwachsene kategorisiert; OA = älteren Erwachsenen.
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Discussion
Eine neuartige kognitive Paradigma hat seine Wirksamkeit bei der Untersuchung Arbeitsspeicher Störung durch Ablenkungen und Unterbrechungen dargestellt. Dieses Paradigma und seine verschiedenen Varianten, der sich seine Verwendung in sensorischen Modalitäten, Stimulus Komplexitätsstufen und bildgebenden Verfahren, sind detailliert.
Vor Beginn des Experiments, vor dem Bildschirm allen Teilnehmern geeignete kognitive und Wahrnehmungsfähigkeiten zu gewährleisten. Für Experimente mit Low-Level-Wahrnehmungsreize, zu verwalten eine adaptive Schwellenwertverfahren, um die Reize zu einer Wahrnehmungsunterscheidungspegel von äquivalenten Schwierigkeiten zwischen den Teilnehmern zu kalibrieren. Halten Sie sich an den Versuchsvariante Parameter für die vorgesehene Bildgebungsverfahren und Stimulustyp. Führen Sie alle Interferenzbedingungen (keine störenden Stimuli, Ignorieren Distraction, merke auf Unterbrechung und Passive anzeigen (nur für neuronale Aufnahmen nötig)) in einem Gegengewicht, Blockbauweise und vergleichen Verhaltens- und neuronalen Daten zwischen Bedingungenwie oben beschrieben. Um zu erforschen Arbeitsspeicher Störungen mit verschiedenen Stimuli, einfach ersetzen die gewünschten Impulse in der Präsentation Skript.
Die bestehenden Forschungs Verwendung dieses Paradigma hat einige Einschränkungen. Während die Low-Level-visuelle und auditive Bewegungsvarianten verwenden beide Schwellenwerte Wahrnehmungsdiskriminierung durch ein adaptives Verfahren Treppe von jedem Teilnehmer, der Sichtseite auf hohem Niveau und Szene-Variante abgeschlossen ist nicht Schwellenwert festgelegt und verwendet stattdessen identische Stimuli zwischen allen Beteiligten. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die Auswirkungen der Wahrnehmungsschwellen auf dieser Störungen Aufgabe besser zu verstehen. Zusätzlich ist kongruent Interferenz in allen der Verhaltens- und EEG-Experimente verwendet, während fMRI Experimente aufgrund ihrer geringen zeitlichen Auflösung, verwendet inkongruente störende Stimuli, die deutlich räumlich im Gehirn lokalisiert werden konnte. Störende Reize, die deckungsgleich mit der Sonde / Cue sind dafür bekannt, eine gre evozieren sindater Interferenzkosten relativ zu der inkongruente Stimuli 2. Inkongruent Distraktoren kann sogar keine Störung Kosten unter bestimmten Umständen 34. So bei der Auswahl, welche Paradigma Variante zu verwenden, was vielleicht teilweise von den bildgebenden Werkzeuge eingeschränkt verwendet wird, oder einen Vergleich zwischen den Studien, die Unterschiede zwischen kongruenten und inkongruenten Reizen müssen berücksichtigt werden.
Die in diesem Dokument beschriebenen Paradigma bietet eine neue, elegante Methode zur Unterscheidung von Störungen durch Ablenkung oder Unterbrechung in einer Arbeitsgedächtnisaufgabe. Vergleichen stimulusgekoppelten neuronalen Daten zwischen den vier Interferenzbedingungen (Figur 4) bietet einen signifikanten Vorteil gegenüber anderen Techniken in ihrer gezielten Aufklärung der Mechanismen der neuronalen top-down Aufmerksamkeit bei der Verarbeitung und die Auflösung externer Störungen. Darüber hinaus ist die Flexibilität dieses Paradigma Rahmen für diverse Konjunkturtypen adressieren ermöglicht eine effiziente Zusammenarbeitmparison von Störungen in Domänen. Ferner ist die Verwendung von Wahrnehmungsschwellen für Low-Level-visuelle und auditive Experimente Dieses Paradigma ist besser als viele alternative Methoden, dass sie vergleichbar Wahrnehmungsschwierigkeiten für die Teilnehmer stellt, um sicherzustellen, dass Unterschiede in der Interferenzexperiment beruhen auf spezifischen Defizite mit Interferenzauflösung, statt verwirrende Unterschiede in der Baseline-Stimulus Wahrnehmung.
Zukünftige Studien sind notwendig, um auch weiterhin die Unterschiede in der Bearbeitung und Lösung von Störungen durch Ablenkung und Störung zu erforschen, und wie diese Kapazitäten verbessert werden könnte. Zum Beispiel, in jeder der Strom Paradigma Varianten, Genauigkeit in der Unterbrechung Aufgabe war sehr hoch in beiden jüngeren und älteren Erwachsenen (90% 3; 93% 4; 100% 5), das heißt, diese sekundäre Aufgabe war nicht kognitiv anspruchsvoll. In Zukunft können Forscher wählen, um die Schwierigkeit des pri modulierenmary und / oder die sekundäre (unterbricht) Aufgabe, um zu zeigen, wie Arbeitsspeicher Last oder Störungen Last in Wechselwirkung mit Leistung und neuronale Aktivität. Darüber hinaus, um die Vergleiche zwischen den Low-Level-visuellen und auditiven Reizen und High-Level-visuelle Reize zu ergänzen, könnte künftig Varianten auf diesem Paradigma die Rolle der Interferenz mit High-Level-auditive Reize zu untersuchen (dh Sprache), und ihre möglich, dass ein zukünftige Version kann Schwelle wahrnehmungs die High-Level-visuelle Reize. Schließlich könnte dieses Paradigma verwendet werden, um die Wirksamkeit verschiedener Eingriffe zu prüfen, in diversen klinischen Populationen, die bestimmte Aspekte des Interferenz-Auflösung zu verbessern. Zum Beispiel kann die Verwendung dieses Paradigmas mit ADHS oder Schizophrenie-Patienten genauere Messung der spezifischen Störungen Defizite in dieser Erkrankung beteiligt zu ermöglichen. Zusätzlich kann dieses Paradigma als therapeutisches Beurteilung verwendet werden, dh, bevor verabreicht und nach einem Eingriff, um zu beurteilen, ob interfrenz Defizite in einer bestimmten Population kann mit Verhaltenstherapie oder Medikamente oder andere Eingriffe gelindert werden. Zukünftige Studien können auch untersuchen, wie die Ergebnisse auf diesem Paradigma zu korrelieren, um andere individuelle Unterschiede, wie im Kopf-und Wanderarbeitsgedächtnisspanne.
Zusammenfassend hat diese Einmischung Paradigma klaren Nutzen als Werkzeug für das Verständnis Verhaltens- und neuronale Korrelate der verschiedenen Arten von externen Störungen (Ablenkung und Unterbrechung), und kann dazu beitragen, Unterschiede zwischen Einmischung in die visuelle und auditive Domänen aufzuklären, sowie die Auswirkungen der Konjunktur Komplexität und Kongruenz auf Störungen.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts zu offenbaren.
Acknowledgments
Vielen Dank an die Entwickler von diesem Paradigma, vor allem Wesley Clapp, Anne Berry, Jyoti Mishra, Michael Rubens, und Theodore Zanto. Diese Arbeit wurde vom NIH Zuschusses 5R01AG0403333 (AG) unterstützt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Computer for stimulus presentation | Dell | Optiplex GX620 | hardware/software requirements will vary based on stimulus presentation software |
| Cathody Ray Tube (CRT) monitor | ViewSonic | G220fb | 21"; recommended due to its superior latency relative to that of LCD monitors in displaying visual stimuli; chair should be positioned 75 cm away |
| E-Prime software | Psychology Software Tools, Inc. | E-Prime 2.0 Standard | a different experimental presentation software can be used in place of E-Prime (e.g. Presentation (Neurobehavioral Systems), or PsychoPy (open-source); E-Prime and Presentation are compatible with Microsoft Windows, PsychoPy is compatible with Microsoft Windows, Mac OS X, and Linux) |
| Keyboard/response pad for Behavioral or EEG experiments | Keyboard: Razer; Response Pad: Cedrus | Keyboard: BlackWidow Ultimate; Response Pad: RB-830 | any standard computer keyboard is acceptable, though response pads may offer more precise timing (ie: Cedrus RB-830 guarantees 1 ms resolution) |
| Keyboard/response pad for MRI experiments | Curdes | Package 904 | ensure that keypad is MR-compatible |
| Headphones (for auditory behavioral experiments) | Koss | UR29 | |
| EEG-compatible Headphones (for auditory EEG experiments) | Etymotic | ER3-50; ER3-21; ER3-14A | |
| MRI-compatible Headphones (for auditory MR experiments) | Etymotic | SD-AU-EAER30 |
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