Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

En kognitiv Paradigm att undersöka Störningar i arbets minne av distraktioner och avbrott

Published: July 16, 2015 doi: 10.3791/52226
Automatic Translation
1, 2, 2,3,4
1Department of Psychology, University of New Mexico, 2Department of Neurology, University of California, San Francisco, 3Department of Physiology, Center for Integrative Neuroscience, University of California, San Francisco, 4Department of Psychiatry, University of California, San Francisco

Summary

En ny kognitiv paradigm är utvecklad för att belysa beteendemässiga och neurala korrelat till störningar genom att-vara-ignoreras distraktorer kontra störningar genom att vara välbesökta interruptors under en arbetsminnet uppgift. I detta manuskript, flera varianter av denna paradigm är detaljerade, och data som erhållits med detta paradigm hos yngre / äldre vuxna deltagare granskas.

Abstract

Målinriktat beteende är ofta skadas av störningar från den yttre miljön, antingen i form av distraktion av irrelevant information som man försöker bortse från, eller genom att avbryta uppgifter som kräver uppmärksamhet som en del av en annan (sekundär) uppgift mål. Båda formerna av yttre störningar har visat sig skadligt påverka förmågan att underhålla information i arbetsminnet (WM). Emerging bevis föreslår att dessa olika typer av yttre störningar utövar olika effekter på beteende och kan förmedlas genom olika neurala mekanismer. Bättre karaktärisera den distinkta neurobeteende effekterna av irrelevanta distraktioner kontra deltog avbrott är avgörande för att främja en förståelse för top-down uppmärksamhet, upplösning av yttre störningar, och hur dessa förmågor blir förstörd i ett hälsosamt åldrande och neuropsykiatriska tillstånd. Detta manuskript beskriver en ny kognitiv paradigm utvecklat Gazzaley arbetskraft som harnu ändrats i flera olika versioner som används för att belysa beteendemässiga och neurala korrelat till störningar genom att-vara-ignoreras distraktorer kontra att vara välbesökt interruptors. Närmare information finns på varianter av detta paradigm för att undersöka störningar i visuella och auditiva metoder, på flera nivåer av stimulans komplexitet, och med experimentell timing optimerad för elektroencefalografi (EEG) eller funktionella magnetisk resonanstomografi (fMRI) studier. Dessutom data från yngre och äldre vuxna deltagare som erhållits med hjälp av detta paradigm granskas och diskuteras inom ramen för sina förbindelser med de bredare litteraturer på yttre störningar och åldersrelaterade neurobeteendeförändringar lösa inblandning i arbetsminnet.

Introduction

En omfattande litteratur har visat en nackdel för upprätthållandet av information i arbetsminnet (WM) av störningar från den yttre omgivningen 1-9. Extern interferens kan klassificeras i två allmänna typer; inblandning av irrelevant information man avser att ignorera: distraktion, och störande uppgifter som kräver uppmärksamhet som en del av en annan (sekundär) uppgift mål: avbrott. Studier som jämför dessa typer av yttre störningar med hjälp av en i-deltagare konstruktion möjligt att bedöma om neurobeteende effekterna av målinriktat top-down uppmärksamhet i bearbetningen och upplösning av yttre störningar.

Nyligen Gazzaley lab utformat ett paradigm som underlättar jämförelse av "att vara välbesökta" avbrott och "till-vara-ignoreras" distraktioner som förekommer i fastställandet av ett arbetsminnet uppgift. Emerging bevis från detta paradigm tyder på att dessa olika typer av external störningar utövar olika effekter på beteende och har olika underliggande neurala mekanismer 2-5,10,11. Detta paradigm har visat skillnader i yttre störningar bearbetning i normalt åldrande 2,3,4,10,11; om åldrande underskott i samband med störningar inte alltid funnit 5; Det har också framstående mekanismer för störningar från distraktorer kontra interruptors använder hög nivå visuell stimulans av ansikten och scener 2,3,4,12, låg nivå visuell rörelse dot kinematograms 5,10,11 och låg nivå hörsel rörelse frekvens sveper 5.

Yttre inblandning och åldrande

Externa störningar inducerar en negativ inverkan på arbetsminnet under hela livet, även äldre vuxna uppvisar en mer negativ inverkan än yngre vuxna 2,3,13-18. Äldre vuxna uppvisar också olika mönster av neural aktivitet jämfört med yngre annonsÜLTS när du försöker lösa denna störning 3,4,17,21. Men vissa studier inte hitta bevis för sådana åldersrelaterade beteende 5,19,20 eller neurala 5 skillnader med störningar.

Intressant nog verkar effekterna av åldrande på att lösa störningar skiljer sig genom sensorisk modalitet, även om denna fråga fortfarande olöst för närvarande. Visual intrasensory störningar har i stor utsträckning visat sig uppvisa åldersrelaterade nedgången (sammanfattas i en omfattande översyn 22). Däremot många experiment tyder inte på några åldersrelaterade underskott under intra-sensoriska hörsel störningar 19,22-25, medan andra studier visar betydande åldersrelaterade ökningar i hörsel distraherbarhet 19,22,26-32. Dessutom kan framträdande av störande stimuli (kongruent eller inkongruenta mellan cue och sond stimuli) 2, och stimulans komplexitet (hög eller låg bearbetningsbelastning) 5 samverkar med störningarbearbetning och dess skillnader mellan uppgifts mål och ålder.

Paradigm beskrivs här kompletterar den åldrande störningar litteraturen genom att sondera mekanismerna för top-down uppmärksamhet (i form av uppgifts mål) och upplösning av yttre störande stimuli. Bevis från den visuella ansikte och scenversion av denna paradigm tyder på interaktion mellan åldrande och störningar typ, med äldre vuxna visar ännu större sårbarhet för deltog interruptors relativt ignoreras distraktorer 3,4. Kännetecknande beteendemässiga och neurala skillnader mellan dessa typer av störningar är viktigt att förstå hur kognitiv kontroll förmågor förändras med åldrandet.

Varför äldre vuxna visar förvärras underskott lösa att vara välbesökta interruptors? Är äldre vuxna försämras av överdriven bearbetning av interruptors när de presenteras, eller av en oförmåga att återaktivera representationer av det primära målet relevanta stimuli efter avbrott, eller vid långvarig behandling av interruptors efter att de inte längre föreligger eller relevant 33? För att ta itu med dessa frågor, gör det möjligt att jämföra neural aktivitet vid tidpunkter före, under och efter olika typer av störningar nuvarande paradigm design. Till exempel, genom att jämföra neural aktivitet som framkallas av ignoreras distraktion kontra aktivitet under deltog avbrott, kan man fastställa specifika effekten av top-down uppmärksamhet på upplösning av inblandning i arbetsminnet.

Flera studier har genomfört flera varianter av denna störning paradigm för att förstå de neurala korrelat till olika typer av externa störningar både på hög rumslig och temporal upplösning med hjälp av funktionell magnetresonanstomografi (fMRI) och elektroencefalografi (EEG), respektive. Detta paradigm har också använts för att klargöra viktiga skillnader mellan inblandning i de visuella och auditiva domäner, Samt effekterna av stimulans komplexitet och kongruens på störningar. Här är de paradigm varianter beskrivs i detalj.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Stegen nedan räkna hur man ska utföra denna nya kognitiva paradigm som syftar till att belysa neurobeteende aspekter av yttre störningar på fördröjd erkännande arbetsminnet, med variationer optimerade för parning med EEG eller fMRI. Innan du påbörjar datainsamlingen, komplett alla nödvändiga mänskliga deltagare forsknings godkännanden genom lämplig Institutional Review Board och / eller mänskliga deltagare granskningskommitté.

1. Förberedelse

  1. Ladda ner och installera experiment presentationsprogram såsom E-Prime, presentation, eller PsychoPy, enligt tillverkarens instruktioner, på en särskild stimulans presentation dator.
  2. Bered en lämplig knappsats för experimentella svar. Lägg till "YES" och "NO" etiketter till två intilliggande tangenter (Figur 1).
    OBS: För versioner av detta experiment med användning av MRI, använda en MR-kompatibel knappsats.
  3. För hörsel versioner av detta pAradigm, förbereda hörlurar lämpliga för testning modalitet (dvs. EEG eller MR-kompatibel, vid behov), enligt tillverkarens anvisningar, och justera ljudnivån för presentation på 65 decibel (dB) ljudtrycksnivå (SPL), som är en behaglig nivå för normala hörsel individer.
  4. För experiment med äldre vuxna, genomföra preliminära neuropsykologiska och sensoriska filmvisningar såsom syn och hörsel för att välja ett lämpligt skärmad studiepopulationen.
    1. Neuropscyhological rastrering
      1. Skapa en neuropsykologisk bedömning batteri för att screena för kognitiv försämring hos äldre vuxna. Administrera tester av papper och penna, eller anpassa ett batteri för att testa på en dator.
        OBS: tester kan omfatta Mini Mental Status Exam (MMSE) 35 Global Försämring Score (GDS) 36, Kalifornien Verbal Learning Test (CLVT) 37, Digit Span 38,39, Symbol Span 40, Letter-nummer sekvensering 41, Delis-Kaplan Executive Function System (D-KEFS) - Trail Making Test 42, Controlled Word Association Test (COWAT) 43, 44.
      2. Administrera batteriet till alla blivande vuxna deltagare. Betyg alla tester per respektive riktlinjer poäng.
      3. Om rekrytera för friska äldre vuxna, utesluta potentiella deltagare med poäng mer än två standardavvikelser under befolkningen innebär, eller per anpassade uteslutningskriterium.
    2. Synundersökning
      1. För visuella experiment, skärm för normal eller korrigeras till normal syn med hjälp av en preliminär enkät frågar om deltagarna har normal eller korrigeras till normal syn.
      2. För att följa upp, genomföra en Snellen diagram vision testar, och omfattar alla deltagare utan normal eller korrigeras till normal (20/20 eller senare) vision.
    3. För hörsel experiment skärmen för normal hörsel:
      1. I ett preliminärt frågeformulär, fråga whefins deltagarna har normal eller korrigeras till normal hörsel, och utesluta dem som inte gör det.
      2. För att följa upp, få en objektiv mätning av hörselkänslighet. Genomföra en in-lab bedömning hörsel med en av flera metoder:
        1. Utnyttja en hörselnedsättning screeningtest program som "uHear". Med hjälp av denna ansökan auto-beräknade resultat, exklusive patienter med nedsatt känslighet utanför "normal hörsel" sortiment.
        2. Bedöm audiometriska trösklar i 250 - 6000 Hz frekvensområdet i båda öronen med metoden enligt stigande och fallande gränser. Personer med genomsnittliga audiometriska trösklar större än 50 dB vid varje testfrekvens i båda öronen, betyda måttlig hörselnedsättning, bör undantas

2. Försöks Design

  1. Administrera en fördröjd erkännande arbetsminne uppgift under tre distinkta störningar skicks (och en fjärde ursprungliga tillståndet för neurala experiment) i ett block konstruktion (se även figur 2 och tabell 1). Upprepa varje tillstånd två gånger, i motvikts ordning (en balanserad romersk kvadrat design rekommenderas). Lägg märke till att försöks timing och antal försök varierar mellan paradigm varianter; utnyttjar de parametrar som anges i tabell 1.
  2. Ignorera distraherande Stimulus skick (DS):
    1. Visa en snabb uppdragsgivande deltagaren att minnas cue stimulans och ignorera störande stimulans samtidigt som man fortsätter att upprätthålla en representation av kön stimulans. Instruera deltagaren att svara "JA" om proben stimulans matchar cue stimulans eller "NO" om sonden inte matchar stimulans.
    2. Presentera cue stimulans, omedelbart följt av en kort fördröjning (Delay 1).
    3. Visa en störande "distraktorn" stimulans, omedelbart följt av en andra kort fördröjning (Delay 2).
      NOTERA:Deltagaren behöver inte (och bör inte) interagera med distraktorn stimulans.
    4. Presentera en sond stimulans och samla svaren.
  3. Delta att avbryta Stimulus (Secondary Task) Skick (IS):
    1. Visa en snabb uppdragsgivande deltagaren att minnas cue stimulans och slutföra en sekundär uppgift med hjälp av störande stimulans som visas därefter. Visa instruktioner för att slutföra den sekundära uppgiften enligt följande, "trycka på en knapp endast om avbrytande stimulans matchar en uppsättning kriterier diskriminering". Instruera deltagaren att svara "JA" om proben stimulans matchar cue stimulans eller "NO" om sonden inte matchar stimulans.
      OBS: Kriterierna diskriminering skiljer sig för varje paradigm variant och beskrivs i nästa avsnitt.
    2. Presentera cue stimulans, omedelbart följt av en kort fördröjning (Delay 1).) Presentera en störande "avbrytare" stimulus ennd samla svar för den sekundära (diskriminering) uppgift. Efter lägga fram en andra kort fördröjning (Delay 2).
      OBS: Slutför den sekundära uppgiften kräver uppmärksamhet till "avbrytare".
    3. Presentera en sond stimulans och samla svaren.
      OBS: Tio procent av prövningar är fångst prövningar där avbryt matchar kriterierna för diskriminering; lägga till ytterligare försök (10%) till detta block för att kompensera för de kasserade försöken. Uteslut alla fångstförsök från neurala analys på grund av confounding motorisk respons.
  4. Ingen störande Stimulus skick (NI):
    1. Visa en prompt instruerar deltagaren att komma ihåg den vita stimulans och ha det i åtanke. Instruera deltagaren att svara "JA" om proben stimulans matchar cue stimulans eller "NO" om sonden inte matchar stimulans.
    2. Presentera cue stimulans, omedelbart följt av en fördröjning. Visa en central fixering kors på en tom sCreen under fördröjningen.
    3. Presentera en sond stimulans och samla svaren.
  5. Baseline / Passiv View (eller lyssna) Skick (endast för neurala experiment) (PV / PL)
    1. Inkludera en passiv-view / lyssna tillstånd under neuroradiologiska uppgifter för att möjliggöra beräkning av "förbättring" och "förtryck" av neural aktivitet under IS / DS villkor i förhållande till baslinjen aktivitet när deltagarna passivt se (/ lyssna på) arbetsminnet och störande stimuli, fri från uppgifts mål. (Se tabell 2.)
    2. Visa en snabb uppdragsgivande deltagaren att passivt granska (/ lyssna på) alla visuella (/ auditiva) uppgift stimuli. Visa instruktioner för att slutföra enkla diskriminering uppgift.
      1. För visuella uppgifter, instruera deltagaren att trycka på en knapp som motsvarar riktningen av en visad pil (vänster eller höger).
      2. För hörsel uppgifter, instruera deltagaren att trycka på en knapp som motsvarar frekvensenurval av en lätt discriminable hög (2 kHz) eller låg (0,5 kHz) frekvensljud sopa (högt eller lågt).
    3. Sekventiellt närvarande eller visa cue stimulans, Delay 1, störande stimulans, och Delay 2.
    4. Presentera en pil (visuell) eller ljud svep (auditiv) i stället för sonden stimulans och samla svar som deltagaren avslutar enkla diskriminering uppgiften (beskrivet ovan).

3. Stimuli

1. Allmänt Framställning av Stimuli

  1. Välja en uppsättning stimuli från de kategorier som beskrivs nedan (se även fig 2 och tabell 1).
  2. Försiktigt besluta om att para ihop primära arbetsminnet uppgift stimuli med tematiskt kongruenta eller inkongruenta störande stimuli (se OBS! Nedan).
  3. Se till att alla bilder är dimensionerade eller återstora till 225 pixlar bred och 300 pixlar hög (14 x 18 cm).
  4. Nuvarande bilder foveally, subtending 3 grader av visuell angle från fixering.
    OBS: För fMRI experiment använder interferens stimuli inkongruenta med de primära arbetsminnesuppgift stimuli, till exempel ansikte störningar under scenen arbetsminne eller vice versa. För att exakt lokalisera ansikte och scen specifika sensoriska kortikala regioner tillämpa en fMRI localizer uppgift innan arbetsminnet experimentet. Sedan, under störningen paradigm, använda dessa scen och möta selektiva kortikala regioner samtidigt tolka neurala aktivitets dynamik till arbetsminnet cue stimuli (t.ex. scener) och med inkongruenta interferens stimuli. (T.ex. ansikten)

2. hög nivå synintryck

  1. För ansikte stimuli, förbereda flera hundra Cue / Sond Face stimuli från gråskala bilder av manliga och kvinnliga ansikten, med neutralt uttryck, över en stor vuxen åldersgrupp. Ta bort hår och öron digitalt, och tillämpa en fläck över ansiktets konturer.
  2. För scen stimuli, förbereda flera hundröda Cue / Sond Scene stimuli från gråskala bilder av naturliga scener.
  3. Efter fördröjning 1, lägga fram en störande stimulans bestående av en scen eller ansikte. På 90% av försöken, presenterar ett ansikte som inte är "manliga och äldre än 40 år gamla"; å andra sidan 10% av försöken, presenterar ett ansikte som är manligt och äldre än 40 år gammal.
  4. För "Ta hand om avbrott" tillstånd, instruera deltagarna att fylla i följande sekundära uppgiften med hjälp av störande stimulus (fram mellan kön och sonden). Be deltagaren att svara "JA" om att avbryta ansikte är manliga och äldre än 40 år gammal.

3. Låg nivå Visual Motion Stimuli

  1. Skapa Cue / Probe stimuli av en cirkulär öppning innehållande 290 spatialt slump gråskala prickar (0,08 grader x 0,08 grader vardera) som subtend 8 grader av siktvinkeln på en 75 cm läsavstånd, centrerad på fovea.
  2. Bildskärmens rörelse prickar med 100% rörelse Cohereiou i en sned vinkel på 10 grader per sekund, på en av 12 olika rörelseriktningar (3 i varje sektor).
  3. Använd en adaptiv trappa tröskel förfarande (steg 2 grader) för att etablera en visuell diskriminering värde vilket ger strax under 100% precision, så att tröskeln diskrimineringen nås på det första felet rättegången.
  4. Efter fördröjning 1, lägga fram en störande stimulans bestående av prickar i moturs cirkelrörelse. Återge denna rörelse vid en "normal" hastighet (10 grader per sekund) på 90% av försöken, och snabb på de övriga 10% av försöken.
  5. I sköta avbrott tillstånd, instruera deltagarna att utföra följande sekundära uppgiften: svara "JA" om att avbryta virvel är snabb.

4. Låg nivå Auditory Motion Stimuli

  1. Skapa Cue / Sond Stimuli ljud rörelse sveper över ett frekvensområde med mitten av frekvenser slumpvis utvalda mellan 900 och 1.100 Hz. Konstrueraljudrörelsesvepfrekvenser för att börja på ± 0,5 oktaver från mitten av frekvens och slutet på ± 0,5 oktaver från mitten av frekvens.
  2. Presentera en lika stor del av "upp" (från -0,5 och slutar vid 0,5 oktaver) och "down" (från +0,5 och slutar vid -0,5 oktaver) rörelse svep stimuli.
  3. Justera volymen till behaglig volymnivå på 65 dB SPL.
  4. Tröskling: använd en adaptiv Zest förfarande för att fastställa hörsel noggrannhet diskriminering vid 85% rätt prestanda.
  5. Efter fördröjning 1, lägga fram en störande stimulus bestående av en enda ton. Spela en ton med frekvensen 2 kHz på 90% av försöken, och en ton av 2,3 kHz på den andra 10% av försöken.
  6. I sköta avbrott tillstånd, instruera deltagarna att utföra följande sekundära uppgiften: reagera om att avbryta tonen är en högre frekvens cue (2,3 kHz).

5. Sond Stimuli

  1. För alla WM uppgifter, se till att50% av sond stimuli matchar kö.
  2. I låg nivå rörelse uppgifter med tröskelnivåer diskriminering 5,10,11, ställa 50% av sond stimuli, som inte matchar kö, för att skilja sig från den kö av det absoluta värdet av deltagarens tröskel stimulans diskriminering nivå.
    OBS: Till exempel, om tröskel etablerar en deltagares visuell diskriminering nivå vara 10 grader, koppla ihop en visuell rörelse kö rör sig 45 grader med en sond rör sig antingen 45 grader (match på 50% prövningar) eller 45 ± 10 grader (35 eller 55 grader, varje icke-träffar på 50% prövningar).

4. Jämföra Interferens Villkor

  1. Använd statistisk programvara, till exempel SPSS, att jämföra spatial förmåga och neural aktivitet vid viktiga tidpunkter före, under och efter olika typer av störningar.
    OBS: Flera handböcker på nätet ger steg-för-steg-instruktioner och skärmdumpar som beskriver hur man använder och köra enkla statistical analyser i SPSS.
    1. Beräkna effekten av distraktioner kontra avbrott på beteende prestanda genom att kontrastera arbetsminnes noggrannhet och svarstider under störningsförhållanden i förhållande till prestanda under inga störningar tillstånd (Figur 4). Exempelvis kan parade t-tester kan användas för att jämföra noggrannhet eller RT mellan två interferens (eller utgångs) förhållanden.
      OBS: Före t-test jämförelser mellan två specifika uppgift förhållanden, är en upprepade mätningar ANOVA rekommenderas att jämföra över alla arbetande minnesförhållandena i paradigm.
    2. För neuro imaging studier, pre-process och bearbeta data i enlighet med lämplig PipLine för modalitet och åtgärder av intresse.
      1. För EEG-studier, process EEG-data med EEGLAB eller programpaket val, med hjälp av programvarans instruktioner och rekommenderade behandlingsströmmen.
      2. För fMRI studier, process fMRI data med programvaran pacKage val (såsom AFNI, SPM, FSL, etc.), med hjälp av programvarans instruktioner och rekommenderade behandlingsströmmen.
    3. För att bedöma neurala aktivitetsmoduleringar som en följd av störningar under arbetsminnet, statistiskt kontrast neurala data i dessa villkor till neural aktivitet under passiv visa (/ lyssna) villkor, vilket kontroll för grundläggande perceptuell behandling (Figur 4).
      1. Beräkna Mätningar så att ett positivt värde indikerar alltid större förbättring över baslinjen eller större dämpning under baslinjen. För P100, beräkna neurala förtryck genom att subtrahera kvantifierad neural aktivitet till störande stimulus (DS) från den framkallade av passivt tittade stimulus (PV) (dvs: PV - DS). Beräkna förbättring i fMRI genom att subtrahera kvantifierad BOLD aktivitet baslinjen passivt sett stimulans från den framkallade av avbryta stimulus (IS) (dvs. IS - PV).
    4. Statist jämföra neurala modulationer framkallade av ignorerade distraktioner kontra aktivitet under deltog avbrott att börja fastställa den konkreta inverkan av top-down uppmärksamhet på upplösningen av olika typer av störningar i arbetsminnet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Denna störning paradigm har gjort det möjligt generation av viktiga iakttagelser om den distinkta beteendepåverkan och neurala mekanismer för distraktion och avbrott på arbetsminnet hos yngre och äldre vuxna (se tabell 2 för sammanfattning).

Beteende. Behaviorally, i linje med den befintliga litteraturen, avbrott ger genomgående en större negativ inverkan kontra distraktion på arbetsminnet prestanda 2-5, 10,11,12. Äldre vuxna uppvisar ännu större störnings underskott i förhållande till yngre vuxna, särskilt i versioner av detta paradigm med hjälp av komplexa visuella objekt stimuli (ansikten och scener) 2,3,4. Men ålder inte förvärra störningar underskott i låg nivå hörsel rörelse paradigm variant 5, eller i låg nivå visuell rörelse variant 5 (re-analys av en tidigare publicerad dataset 10,11). Notera den låga nivån visuell och AUDitory rörelse varianter av uppgiften används perceptuellt trösklas stimuli i varje enskilt, unga eller gamla, vilket kan ha bidragit till de ålders motsvarande beteende resultat.

Neurala korrelat av störningar. Neural data med hjälp av fMRI och EEG inspelningar visar distinkt bearbetning av passivt sett kontra att-vara-ignoreras och att vara välbesökt interferens stimuli. I de flesta paradigm varianter, flera neurala markörer förutsäger WM prestanda, samt neurala process skillnader mellan äldre och yngre vuxna som kan ligga bakom de åldersrelaterade störningar underskott. fMRI tyder på att kodade objekt bibehålls under hela fördröjningen via mitten frontal gyrus (MFG) - visuell förening cortex (VAC) anslutning i NI och DS villkor; men vid uppträdande av en avbrytande stimulans, är detta MFG-VAC anslutning avbryts, och därefter återaktiveras på sond utseende 2. Avgångs och efterföljande återaktivering av denna funktioslutlig anslutning verkar avgörande för visuell igenkänning WM prestanda. Dessutom äldre vuxna inte lossna från avbrott och inte lika effektivt återupprätta funktionella anslutningar inom den avbrutna MFG-VAC minne nätverk 3. Samstämmiga bevis från flera andra fMRI och EEG-studier stärker hypotesen att överdriven eller långvarig behandling av avbryt ligger bakom störningsrelaterade underskott i WM. Värt att notera, mindre neurala förbättring av avbrytare i IS (i förhållande till aktivitet under PV) korrelerar med förbättrade WM noggrannhet och svarstider 2,4,10 11.

Moduler Resolution av interferens. Ackumulerande bevis pekar på en viss formbarhet störnings upplösning förmågor i både ungdomar och äldre 10,11,12. Inom en enda session, yngre vuxna visar signifikant förbättring av störnings inducerad WM störningar 10. Denna beteende förbättringär korrelerad med minskad hantering av avbrott över experimentella block, ger belägg för en omvänt förhållande mellan neurala aktiveringar till avbrott och deras omedelbara påverkan på WM.

Nya rön tyder på att förlängd kognitiv träning kan överföra förmåner till förbättringar i störnings bearbetning under arbetstid minnesuppgifter hos äldre vuxna. Efter 12 sessioner multi-tasking utbildning, äldre vuxna förbättrade WM prestanda på hög nivå visuella (ansikten och scener) version av denna uppgift i DS och NI villkor i förhållande till deltagarna slutföra enkel tasking utbildning. Den multi-tasking träningsgrupp förbättrades WM prestanda i förhållande till en icke-kontakt kontroller i IS, DS, och NI villkor 12. Värt att notera, i en annan utbildning experiment sondera effekterna av 10 sessioner perceptuell utbildning diskriminering på låg nivå visuell rörelse variant, äldre vuxna visade förbättring i NI men inte IS Condining, vilket tyder på allmänna arbetsminnet förbättring drivs av lågaktivt perceptuella lärande, men inga förbättringar i störnings upplösning förmågor 11.

Figur 1
Figur 1. Tangentbord med Ja / Nej Key. Ett tangentbord för beteende- och EEG experiment med stick-on "Y" och "N" etiketter på grannknapparna för att ange "Ja" och "Nej" svar. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 2
Figur 2. Högnivå Visual (Kongruenta) Experiment design. Flödet av ett prov för vart och ett av de fyra interferensförhållanden (av raden), med stimuli från högnivå Visual (Kongruenta) paradigm variant. Varje rektangel visar vad som visas på skärmen vid en viss del av rättegången (kolumner). ITI = bl rättegång intervall. För tidsparametrar, se tabell 1. Denna siffra ändrats från Clapp et al., 2010. 2. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3. Stimuli från Paradigm Variant. Representant cue / sond (övre raden) och störande stimulus (nedersta raden) för varje paradigm variant (avgränsade av kolumnen). I den visuella kongruenta variant på hög nivå (1a), är ett ansikte som kön / sond stimulans (övre raden) och en annan yta används som störande stimulus (nedersta raden). 1b: Högnivå visuell incongruent variant: Cue / Probe är en naturlig scen; Störande Stimulus är ett ansikte. 1c: Låg nivå visuell rörelse: Cue / Probe är en punktrörelse kinematogram där prickarna flyter ihop diagonalt (pilar skildras här för att förmedla rörelse, men inte visas på skärmen); Störande Stimulus är en punktrörelse kinematogram som roterar antingen snabbt eller långsamt (som ovan, pilar visas här att förmedla rörelse, men inte visas på skärmen). 1d: Låg nivå hörsel rörelse: Cue / probe är en sund svep, som rör sig upp eller ner en oktav (endast en fixering kors visas på skärmen); Störande Stimulus är en stationär högfrekvent ton. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 4
Figur 4. Representant Data: Neural aktivitet Jämförelses mellan Störningar skick. Modulering av neural aktivitet till interruptors (IS), passivt tittade stimuli (PV), och distraktorer (DS). A: Händelserelaterade potentiella (ERP) data som visar latensen (ms) och amplitud (μV) av den genomsnittliga framkallade svar i occipitotemporal elektroder till "störande" ansikte. ERP komponent P100 latens avslöjar betydande förbättring interruptors (IS - PV). B: Korrelation mellan amplitudmoduleringen av ERP komponent P100 och arbetsminnet noggrannhet. Det belopp som deltagarna fördela uppmärksamhet mot en avbrytare (IS - PV, förbättring) korrelerar negativt med sin WM prestanda (R5 = -0,7, p <0,001). Likaså, mängden uppmärksamhet som tilldelats från en distraktor (PV - DS, undertryckande) korrelerar positivt med WM (R = 0,5, P <0,05). C. fMRI FET (blod-syre-nivå beroende) aktivering i spolformade Face-området (FFA) som svar på den "störande" ansikte presenteras i bar grafer. Fet svar var högst i svar på interruptors och lägst till distraktorerna (förstärkning [IS> PV, P <0,01]), vilket visar förbättrad behandling av avbryta stimuli. D: mall och exempel för neurala jämförelser. Åtgärder beräknas så att ett positivt värde indikerar alltid större förbättring över baslinjen eller större dämpning under baslinjen. För P100, är ​​neurala dämpning beräknas genom att subtrahera kvantifierad neural aktivitet till störande stimulus (DS) från den framkallade av passivt tittade stimulus (PV) (dvs: PV - DS). Enhancement beräknas i fMRI genom att subtrahera kvantifierad BOLD aktivitet baslinjen passivt sett stimulans från den framkallade av avbryta stimulus (IS) (dvs. IS - PV). Denna siffra har ändrats från Clapp et al. 2010 2. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Tabell 1
Tabell 1: Tids Parameter Experimentell Tidpunkt för varje paradigm variant (rader).. En rad gånger (dvs: 2.800 - 3.200 ms) visar att tidpunkten för denna del av rättegången är "jittered", med timing slumpmässigt vald inifrån givet intervall. En kongruent störande stimulans är av samma typ som den vita / sond (dvs ansikte cue / sond och ansikte störningar), medan en inkongruenta störande stimulans är av en annan typ (dvs. scen cue / sond och ansikte störningar). ITI = bl rättegång intervall. Varje rad från kö till ITI representerar ett försök (för avbildning av provflödet, se Figur 1).

Tabell 2
Tabell 2: Störnings Paradigm Ke. y Behavioral och Neural Resultat Key beteendemässiga och neurala resultat som erhållits med denna störning paradigm presenteras genom att studera och kategoriseras av stimuli parametrar, deltagare åldersgrupp och bildbehandling modality.YA = yngre vuxna; OA = äldre vuxna.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

En ny kognitiv paradigm har visat effekt i att undersöka arbetsminnet inblandning av distraktioner och avbrott. Detta paradigm och dess flera varianter, utvidga sin användning över sensoriska modaliteter, stimulans komplexitet nivåer och avbildningsmetoder, är detaljerad.

Innan försöket, pre-skärmen alla deltagare för att säkerställa lämpliga kognitiva och perceptuella förmågor. För experiment med perceptuella stimuli låg nivå, administrera en adaptiv tröskel förfarande för att kalibrera stimuli till en perceptuell diskriminering nivå motsvarande svårighetsgrad mellan deltagarna. Följ experimentet variantparametrar för den avsedda avbildningsmodalitet och stimulans typ. Kör alla störningsförhållanden (nr störande stimuli, Ignorera Distraktion, Delta till avbrott och passiv View (endast nödvändigt för neurala inspelningar)) i en motvikts, blockdesign och jämför beteendemässiga och neurala data mellan villkorsåsom beskrivits ovan. Att utforska arbetsminnet interferens med olika stimuli typer, helt enkelt ersätta de önskade stimuli i presentationen skriptet.

Den befintliga forskning med detta paradigm har flera begränsningar. Medan låg nivå visuella och auditiva rörelse varianter båda använder trösklar perceptuell diskriminering som fastställts av en adaptiv trappa förfarande avslutas med varje deltagare, den visuella ansiktet på hög nivå och scen variant inte thresholded och i stället använder samma stimuli mellan alla deltagare. Ytterligare arbete krävs för att bättre förstå effekterna av perceptuella tröskel på denna störning uppgift. Dessutom är kongruent interferens som används i alla de beteendemässiga och EEG experiment, medan fMRI experiment på grund av deras låga temporal upplösning, utnyttjad inkongruenta interfererande stimuli som kunde distinkt spatiellt lokaliserade i hjärnan. Störande stimuli som är kongruent med sond / cue är kända för att framkalla en greater störningar kostnad i förhållande till den för inkongruenta stimuli 2. Inkongruenta distraktorer kan även ha några störningskostnader i vissa fall 34. Således, när man väljer vilken paradigmvariant att använda, vilket kanske delvis begränsas av de neuroimaging verktyg som används, eller att jämföra mellan studier, är skillnaderna mellan kongruenta och inkongruenta stimuli måste tas med i beräkningen.

Den paradigm som beskrivs i detta dokument ger en ny, elegant metod för att skilja mellan störningar av distraktion eller avbrott i en arbetsminnet uppgift. Jämföra stimulus låst neurala data mellan de fyra interferensförhållandena (Figur 4) har en betydande fördel jämfört med andra tekniker i sin riktad belysning av neurala mekanismer för top-down uppmärksamhet i bearbetning och lösa yttre störningar. Dessutom möjliggör effektivt samarbete flexibiliteten i detta paradigm ram för att ta itu med olika stimulanstypermparison av interferens mellan domäner. Vidare är detta paradigm användning av perceptuella tröskel för visuella och auditiva experiment låg nivå överlägsen många alternativa metoder genom att det införs jämförbara perceptuella svårigheter över deltagare, se till att skillnaderna i störnings experimentet beror på specifika underskott med störningar upplösning, snarare än confounding baslinjeskillnader i stimulans perception.

Det behövs Framtida studier att fortsätta att undersöka skillnaderna i behandling och lösa störningar av distraktion och avbrott, och hur denna kapacitet skulle kunna förbättras. Till exempel, i vart och ett av de aktuella paradigm varianter, noggrannhet på avbryta uppgiften var mycket hög i både yngre och äldre vuxna (90% 3, 93% 4, 100% 5), det vill säga, denna sekundära uppgift var inte kognitivt krävande. I framtiden kan forskare väljer att modulera svårigheten att primary och / eller sekundära (avbryter) uppgift för att avslöja hur arbetsminnet last eller störningar belastning samverkar med prestanda och neural aktivitet. Förutom att komplettera de jämförelser mellan låg nivå visuella och auditiva stimuli och på hög nivå visuella stimuli, kan framtida varianter på detta paradigm undersöka vilken roll störningar med auditiva stimuli hög nivå (dvs. tal), och dess möjligt att en framtida version kan perceptuellt tröskeln visuella stimuli på hög nivå. Slutligen kan detta paradigm användas för att testa effekten av olika insatser, i olika kliniska populationer, för att förbättra specifika aspekter av störningar upplösning. Till exempel kan användningen av detta paradigm med ADHD eller schizofrenipatienter möjliggöra mer exakt mätning av de specifika störningar underskott som är inblandade i dessa sjukdom. Dessutom kan detta paradigm användas som en terapeutisk bedömning, dvs administreras före och efter ett ingrepp för att bedöma om interfrens underskott i en viss population kan lindras med beteendeterapi eller läkemedel eller andra ingrepp. Framtida studier kan också undersöka hur resultat på detta paradigm korrelerar med andra individuella skillnader som i åtanke-vandrande och arbetsminnet span.

För att sammanfatta, har denna störning paradigm klart användbarhet som ett redskap för att förstå beteendemässiga och neurala korrelat till de olika typerna av yttre störningar (distraktion och avbrott), och kan bidra till att belysa skillnader mellan inblandning i de visuella och auditiva områden, samt effekterna av stimulans komplexitet och kongruens på störningar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har ingenting att lämna ut.

Acknowledgments

Stort tack till utvecklarna av detta paradigm, särskilt Wesley Clapp, Anne Berry, Jyoti Mishra, Michael Rubens, och Theodore Zanto. Detta arbete stöddes av NIH bidrag 5R01AG0403333 (AG).

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Baddeley, A. Working memory: Looking back and looking forward. Nature Reviews Neuroscience. 4 (10), 829-839 (2003).
  2. Clapp, W. C., Rubens, M. T., Gazzaley, A. Mechanisms of working memory disruption of external interference. Cerebral Cortex. 20 (4), 859-872 (2010).
  3. Clapp, W. C., Rubens, M. T., Sabharwal, J., Gazzaley, A. Deficit in switching between functional brain networks underlies the impact of multitasking on working memory in older adults. PNAS. 108 (17), 7212-7217 (2011).
  4. Clapp, W. C., Gazzaley, A. Distinct mechanisms for the impact of distraction and interruption on working memory in aging. Neurobiology of Aging. 33 (1), 134-148 (2012).
  5. Mishra, J., Zanto, T., Nilakantan, A., Gazzaley, A. Comparable mechanisms of working memory interference by auditory motion in youth and aging. Neuropsychologia. 51 (10), 1896-1906 (2013).
  6. Sakai, K. Reactivation of memory: role of medial temporal lobe and prefrontal cortex. Rev Neurosci. 14 (3), 241-252 (2003).
  7. Sakai, K., Roye, J., Passingham, R. E. Active maintenance in prefrontal area 46 creates distractor-resistant memory. Nature Neuroscience. 5 (5), 479-484 (2002).
  8. Yoon, J. H., Curtis, C. E., D’Esposito, M. Differential effects of distraction during working memory on delay-period activity in the prefrontal cortex and the visual association cortex. Neuroimage. 29 (4), 1117-1126 (2006).
  9. Sreenivasan, K. K., Jha, A. P. Selective attention supports working memory maintenance by modulating perceptual processing of distractors. Journal of Cognitive Neuroscience. 19 (1), 32-41 (2007).
  10. Berry, A. S., Zanto, T. P., Rutman, A. M., Clapp, W. C., Gazzaley, A. Practice-related improvement in working memory is modulated by changes in processing external interference. Journal of Neurophysiology. 102 (3), 1779-1789 (2009).
  11. Berry, A. S., et al. The influence of perceptual training on working memory in older adults. PLoS One. 5 (7), e11537 (2010).
  12. Anguera, J. A., et al. Video game training enhances cognitive control in older adults. Nature. 501 (7465), 97-101 (2013).
  13. Gazzaley, A., Clapp, W., Kelley, J., McEvoy, K., Knight, R. T., D’Esposito, M. Age-related top-down suppression deficit in the early stages of cortical visual memory processing. PNAS. 105 (35), 13122-13126 (2008).
  14. Hasher, L., Zacks, R. T. Working memory, comprehension, and aging: A review and a new view. The Psychology of Learning and Motivation. Bower, G. H. 22, Academic Press. San Diego, CA. 193-225 (1998).
  15. Lustig, C., Hasher, L., Tonev, S. T. Inhibitory control over the present and past. European Journal of Cognitive Psychology. 13 (1-2), 107-122 (2001).
  16. Lustig, C., Hasher, L., Zacks, R. Inhibitory deficit theory: Recent developments in a “new view. Inhibition in Cognition. Macleod, C. M., Gorfein, D. S. , American Psychological Association. Washington, DC. 145-162 (2007).
  17. Solesio-Jofre, E., Lorenzo-Lopez, L., Gutierrez, R., Lopez-Frutos, J. M., Ruiz-Vargas, J. M., Maestu, F. Age effects on retroactive interference during working memory maintenance. Biological Psychiatry. 88 (1), 72-82 (2011).
  18. Zacks, R. T., Hasher, L. Directed ignoring: Inhibitory regulation of working memory. Inhibitory Mechanisms in Attention, Memory and Language. Dagenback, D., Carr, T. H. , Academic Press. New York, NY. 241-264 (1994).
  19. Guerreiro, M. J. S., Murphy, D. R., Van Gerven, P. W. M. Making sense of age- related distractibility: The critical role of sensory modality. Acta Psychologica. 142 (2), 184-194 (2013).
  20. Verhaeghen, P., Zhang, Y. What is still working in working memory in old age: dual tasking and resistance to interference do not explain age-related item loss after a focus switch. J Gerontol B Psychol Sci Soc Sci. 68 (5), 762-770 (2013).
  21. García-Pacios, J., et al. Early prefrontal activation as a mechanism to prevent forgetting in the context of interference. Am J Geriatr Psychiatry. 21 (6), 580-588 (2013).
  22. Guerrerio, M. J. S. The role of sensory modality in age-related distraction. , Maastrict University. the Netherlands. (2013).
  23. Li, L., Daneman, M., Qi, J. G., Schneider, A. B. Does the information content of an irrelevant source differentially affect spoken word recognition in younger and older adults. Journal of Experimental Psychology, Human Perception and Performance. 30 (6), 1077-1091 (2004).
  24. Murphy, D. R., McDowd, J. M., Wilcox, K. A. Inhibition and aging: Similarities between younger and older adults as revealed by the processing of unatteneded auditory information. Psychology and Aging. 14 (1), 44-59 (1999).
  25. Schneider, B. A., Daneman, M., Murphy, D. R., See, S. K. Listening to discourse in distracting settings: the effects of aging. Psychology and Aging. 15 (1), 110-125 (2000).
  26. Alain, C., Woods, D. L. Age-related changes in processing auditory stimuli during visual attention: evidence for deficits in inhibitory control and sensory memory. Psychology and Aging. 14 (3), 507-519 (1999).
  27. Chao, L. L., Knight, R. T. Prefrontal deficits in aging and inhibitory control with aging. Cerebral Cortex. 7 (1), 63-69 (1997).
  28. Fabiani, M., Low, K. A., Wee, E., Sabble, J. J., Gratton, G. Reduced suppression or labile memory? Mechanisms of inefficient filtering of irrelevant information in older adults. Journal of Cognitive Neuroscience. 18 (4), 637-650 (2006).
  29. Passow, S., et al. Human aging compromises attentional control of auditory perception. Psychological Aging. 27 (1), 99-105 (2012).
  30. Sommers, M. S., Danielson, S. M. Inhibitory processes and spoken word recognition in young and older adults: the interaction of lexical competition and semantic context. Psychology and Aging. 14 (3), 458-472 (1999).
  31. Tun, P. A., Wingfield, A. One voice too many: adult age differences in language processing with different types of distracting sounds. J Gerontol B Psychol Sci Soc Sci. 54 (5), P317-P327 (1999).
  32. Tun, P. A., O’Kane, G., Wingfield, A. Distraction by competing speech in young and older adult listeners. Psychology and Aging. 17 (3), 453-467 (2002).
  33. Conway, A. R. A., Engle, R. W. Working memory and retrieval: A resource-dependent inhibition model. Journal of Experimental Psychology: General. 123 (4), 354-373 (1994).
  34. Cashdollar, N., Lavie, N., Duezel, E. Alleviating memory impairment through distraction. The Journal of Neuroscience. 33 (48), 19012-19022 (2013).
  35. Folstein, M. F., Folstein, S. E., McHuge, P. R. Mini-mental state”. A practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician. Journal of Psychiatric Research. 12 (3), 189-198 (1973).
  36. Reisberg, B., Ferris, S. H., de Leon, M. J., Crook, T. The Global Deterioration Scale for assessment of primary degenerative dementia. American Journal of Psychiatry. 139 (9), 1136-1139 (1982).
  37. Delis, D. C., Freeland, J., Kramer, J. H., Kaplan, E. Integrating clinical assessment with cognitive neuroscience: Construct validation of the California Verbal Learning Test. Journal of Consulting and Clinical Psychology. 56 (1), 123-130 (1988).
  38. Gregoire, J., van der Linden, M. Effect of age on forward and backward digit spans. Aging, Neuropsychology, and Cognition: A Journal on Normal and Dysfunctional Development. 4 (2), 140-149 (1997).
  39. Conway, A. R. A., Kane, M. J., Bunting, M. F., Hambrick, D. Z., Wilhelm, O., Engle, R. W. Working memory span tasks: A methodological review and user’s guide. Psychonomic Bulletin & Review. 12 (5), 769-786 (2005).
  40. Holdnack, J. A., Zhou, X., Larrabee, G. J., Millis, S. R., Salthouse, T. A. Confirmatory factor analysis of the WAIS-IV/WMS-IV. Assessment. 18, 178-191 (2011).
  41. Hill, B., Elliott, E., Shelton, J., Pella, R., O’Jile, J., Gouvier, W. Can we improve the clinical assessment of working memory? An evaluation of the WAIS-III using a working memory criterion construct. Journal of Clinical Experimental Neuropsychology. 32 (3), 315-323 (2011).
  42. Homack, S., Lee, D., Riccio, C. A. Test review: Delis-Kaplan Executive Function System. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 27 (5), 599-609 (2005).
  43. Benton, A. L., Hamsher, K. D. S., Rey, G. J., Sivan, A. B. Multilingual aphasia examination. , 3rd, AJA Associates. Iowa City, IA. (1994).
  44. Strauss, E., Sherman, E. M. S., Spreen, O. A Compendium of Neuropsychological Tests: Administration, Norms, and Commentary 3rd ed. , Oxford University Press. New York. 501-526 (2006).

Tags

Beteende Attention störning förvirring avbrott arbetsminnet åldrande multi-tasking top-down uppmärksamhet EEG fMRI
En kognitiv Paradigm att undersöka Störningar i arbets minne av distraktioner och avbrott
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Janowich, J., Mishra, J., Gazzaley,… More

Janowich, J., Mishra, J., Gazzaley, A. A Cognitive Paradigm to Investigate Interference in Working Memory by Distractions and Interruptions. J. Vis. Exp. (101), e52226, doi:10.3791/52226 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter