قياس الإشارات العصبية من تجاهل ويحضر العمليات في مجال مكافحة الاهتمام
Summary
Attention control comprises enhancement of target signals and attenuation of distractor signals. We describe an approach to measure separately but concurrently, the neurophysiology of attending and ignoring in sustained intermodal attention, utilizing a passive control condition during which neither process is continuously engaged.
Abstract
Attention control is the ability to selectively attend to some sensory signals while ignoring others. This ability is thought to involve two processes: enhancement of sensory signals that are to be attended and the attenuation of sensory signals that are to be ignored. The overall strength of attentional modulation is often measured by comparing the amplitude of a sensory neural response to an external input when attended versus when ignored. This method is robust for detecting attentional modulation, but precludes the ability to assess the separate dynamics of attending and ignoring processes. Here, we describe methodology to measure independently the neurophysiological signals of attending and ignoring using the intermodal attention task (IMAT). This task, when combined with electroencephalography, isolates neurophysiological sensory responses in auditory and visual modalities, when either attending or ignoring, with respect to a passive control. As a result, independent dynamics of attending and of a ignoring can be assessed in either modality. Our results using this task indicate that the timing and cortical sources of attending and ignoring effects differ, as do their contributions to the attention modulation effect, pointing to unique neural trajectories and demonstrating sample utility of measuring them separately.
Introduction
الاهتمام أدلة ضبط السلوك من خلال توجيه مواردنا العصبية والمعرفية نحو إشارات الإدخال مختارة، بينما تقييد الوصول إلى إشارات أخرى، استنادا إلى الهدف السلوكي نظرا 1. على سبيل المثال، عند قراءة الكتاب، وإشارات بصرية المقابلة للكتاب هي إشارات هدف إلى تعزيز، في حين أن الإشارات الحسية الأخرى – مثل التلفزيون في الغرفة المجاورة – هي إشارات للانتباه أن الموهن. التسجيلات في كل الرئيسيات البشرية وغير البشرية 04/01، إلى أن يتم تعزيز الاستجابات العصبية في القشور الحسية للأهداف حضر قريبة distractors تجاهلها خلال الانتباه الانتقائي، مشيرا إلى أن قوة من المدخلات الحسية في الدماغ التضمين بوصفها وظيفة ما إذا كان يتم تصنيفها على أنها أهداف أو distractors 5-7. نشير إلى هذا الاختلاف في قوة الإشارة عند حضوره مقابل تجاهل باسم تأثير الاهتمام التشكيل.
لزيادة الفائدةمسألة ما إذا كان وكيف أن العمليات العصبية لحضور تسهم في مكافحة الانتباه وضعف لها، بشكل منفصل عن العمليات العصبية للتجاهل. من الواضح بشكل متزايد أن القدرة على تجاهل الانحرافات يمكن أن تعاق بشكل مستقل من قدرتنا على حضور الأهداف. على سبيل المثال، يمكن أن تعاق للانتباه إخماد مع زيادة حمولة مهمة 8، والشيخوخة المعرفية 9 والحرمان من النوم 10، دون إنقاص في تعزيز الهدف. ومن غير المعروف حاليا أنه إذا كان إنقاص في تعزيز الهدف يمكن أن توجد أيضا دون وجود عجز في قمع للانتباه. ربما الأهم من ذلك، لم يتم حل ما إذا كان العجز إما حضور أو تجاهل، ولكن ليس على حد سواء، ويمكن توضيح الظروف العصبية والنفسية التي قد انخفضت قيمته تحكم الاهتمام. على هذا النحو، ومن المفيد أن نفهم بشكل أفضل سواء لحضور وتجاهل تنشأ من مسارات القشرية للانفصال، إذا، وكيف أنها تختلف في ديناميات العصبية. عن طريق قياس حضور وتجاهل العمليات على حدة، ويمكن معالجة مثل هذه المسائل.
نحن هنا وصف منهجية لقياس الإشارات العصبية من حضور وتجاهل بشكل منفصل، ولكن في نفس الوقت، في الاهتمام المتواصل. هذا النهج يبني على تأثير الاهتمام التشكيل: الفرق في السعة استجابة الحسية العصبية عند الفرد يحضر مقابل تجاهل للمحفزات في هذا الدفق الحسي. تأثير الاهتمام التشكيل هو أداة قوية للكشف عن اهتمام تعديل على إشارات حسية، ولكنه يحول دون القدرة على تقييم ديناميات منفصلة حضور والعمليات تجاهل. وهي اختلاف في ردود الحسية العصبية عندما يحضر مقابل تجاهل يمكن أن تنشأ بسبب عملية الانتباه تعزز إشارات الهدف الحسية، أو بسبب تجاهل خفف إشارات حسية للانتباه، أو كليهما. لاختبار بين هذه البدائل، واستخدام شرط رقابة إضافية هو مطلوب في أي واحد الكمي تزداد قوةح المدخلات الحسية في الأساس الطبيعي، عندما لا حضر هم ولا تجاهلها. هذا هو مماثل ليسير في شارع مزدحم كاملة من السيارات، ولكن لا يراقب بنشاط (على سبيل المثال، لسيارة أجرة) ولا تجاهل بنشاط (على سبيل المثال، وسيارات غير سيارات الأجرة والحافلات) السيارات المارة. من خلال تقييم الإشارات الحسية التي يحضرها أو تجاهلها، نسبة إلى حالة سلبية إشارة، فإن حجم وتوقيت حضور العمليات وتجاهل يمكن قياسها كميا بشكل منفصل.
وقد تم الإبلاغ عن الاستخدامات الفعالة لعنصر تحكم مثل السلبي في قياس حضور وتجاهل العمليات سابقا في دراسات الاهتمام الاستباقي 11-13 والتفاعلات الذاكرة الاهتمام 9،10،14-17. نحن هنا وصف استخدام هذا النهج في سياق الاهتمام المتواصل، في غير ملقن ومستمر، المتعدد الوسائط (أي والسمعية والبصرية) مهمة الاهتمام (IMAT) 18. وبعبارة أخرى، فإن هذا الأسلوب هو المناسب لدراسة راث المستمرإيه من مراقبة العمليات التحضيرية، مما يسمح لتتبع هذه العمليات عبر الزمن. هذا الأسلوب الكمي أيضا عمليات الرقابة التي تعدل استجابات حسية عبر طرائق الحسية المختلفة (أي السمعية البصرية مقابل)، وبالتالي التركيز على العمليات التي لم يتم المتخصصة في حدود معينة مجال الحسي أو المحتوى. على عكس دراسات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي السابق 15،19،20، وهذه الطريقة المسارات الحضور والعمليات التي تستخدم الإشارات العصبية تحل مؤقتا (كهربية، EEG)، مما يوفر قرار ميلي ثانية واحدة على ملامح الزمنية للحضور والعمليات تجاهل يتجاهل. نتائجنا تمثيلية شرح استخدام هذه التقنية في تحديد دليل مباشر على مصادر للفصل القشرية وديناميات الزمنية للعمليات العصبية للحضور وتجاهل، ومساهمات فريدة من نوعها تأثير الاهتمام التشكيل.
Protocol
Representative Results
Discussion
العمليات المتصلة حضور وتجاهل في السيطرة الاهتمام قد تنطوي على مختلف المسارات العصبية ودورات الزمن. وبالتالي، فمن ذا قيمة لقياس هذه العمليات بشكل منفصل. وIMAT هو الأداة، التي يمكن للمرء أن التقاط الإشارات العصبية من حضور وتجاهل بشكل منفصل، ولكن في نفس الوقت، في الاهتم?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank Jyoti Mishra for useful discussions regarding the paradigm. This research was supported by NIH grants R33DA026109 and R21MH096329 to MSC.
Materials
| NetStation Software | Electrical Geodesic, Inc. | version 4.5.1 | Alternate recording software may be used. |
| Matlab Software | The MathWorks, Inc. | 7.10.0 (R2010a) | Alternate analysis and presentation software may be used. |
| PsychToolbox Software | http://psychtoolbox.org/ | v3.0.8 (2010-03-06) | Open-source software. Alternate stimulus presentation software may be used. |
| Netstation Amplifier | Electrical Geodesic, Inc. | 300 | Alternate amplifier may be used. |
| EEG Net | Electrical Geodesic, Inc. | HCGSN130 | Alternate EEG cap may be used. |
| Saline-Based Electrolyte (Potassium Chloride) | Electrical Geodesic, Inc. | n/a | Electrolyte used in soaking of net for this high-impedance EEG system. Alternate electrolyte mediate can be used. |
References
- Desimone, R., Duncan, J. Neural Mechanisms of Selective Visual-Attention. Annu. Rev. Neurosci. 18, 193-222 (1995).
- Hillyard, S. A. Electrophysiology of Human Selective Attention. Trends Neurosci. 8, 400-405 (1985).
- Kastner, S., Ungerleider, L. G. The neural basis of biased competition in human visual cortex. Neuropsychologia. 39, 1263-1276 (2001).
- Mangun, G. R. Neural Mechanisms of Visual Selective Attention. Psychophysiology. 32, 4-18 (1995).
- Chadick, J. Z., Gazzaley, A. Differential coupling of visual cortex with default or frontal-parietal network based on goals. Nat Neurosci. 14, 830-832 (2011).
- Ruff, C. C., Driver, J. Attentional preparation for a lateralized visual distractor: behavioral and fMRI evidence. J Cogn Neurosci. 18, 522-538 (2006).
- Serences, J. T., Yantis, S., Culberson, A., Awh, E. Preparatory activity in visual cortex indexes distractor suppression during covert spatial orienting. J Neurophysiol. 92, 3538-3545 (2004).
- Rissman, J., Gazzaley, A., D’Esposito, M. The effect of non-visual working memory load on top-down modulation of visual processing. Neuropsychologia. 47, 1637-1646 (2009).
- Gazzaley, A., Cooney, J. W., Rissman, J., D’Esposito, M. Top-down suppression deficit underlies working memory impairment in normal aging. Nat Neurosci. 8, 1298-1300 (2005).
- Kong, D. Y., Soon, C. S., Chee, M. W. L. Functional imaging correlates of impaired distractor suppression following sleep deprivation. NeuroImage. 61, 50-55 (2012).
- Luck, S. J., et al. Effects of Spatial Cueing on Luminance Detectability – Psychophysical and Electrophysiological Evidence for Early Selection. J Exp Psychol Human. 20, 887-904 (1994).
- Posner, M. I. Orienting of Attention. QJ Exp Psychol. 32, 3-25 (1980).
- Posner, M. I., Nissen, M. K., Ogden, W. C., Pick, H., Saltzmann, E. . Modes of Perceiving and Processing Information. , 137-157 (1978).
- Gazzaley, A. Influence of early attentional modulation on working memory. Neuropsychologia. 49, 1410-1424 (2011).
- Johnson, J. A., Zatorre, R. J. Attention to simultaneous unrelated auditory and visual events: Behavioral and neural correlates. Cereb Cortex. 15, 1609-1620 (2005).
- Johnson, J. A., Zatorre, R. J. Neural substrates for dividing and focusing attention between simultaneous auditory and visual events. NeuroImage. 31, 1673-1681 (2006).
- Zanto, T. P., Gazzaley, A. Neural Suppression of Irrelevant Information Underlies Optimal Working Memory Performance. J Neurosci. 29, 3059-3066 (2009).
- Lenartowicz, A., Simpson, G. V., Haber, C. M., Cohen, M. S. Neurophysiological Signals of Ignoring and Attending Are Separable and Related to Performance during Sustained Intersensory Attention. J Cogn Neurosci. , 1-15 (2014).
- Daffner, K. R., et al. Does modulation of selective attention to features reflect enhancement or suppression of neural activity. Biol Psychol. 89, 398-407 (2012).
- Weissman, D. H., Warner, L. M., Woldorff, M. G. Momentary reductions of attention permit greater processing of irrelevant stimuli. NeuroImage. 48, 609-615 (2009).
- Shams, L., Kamitani, Y., Shimojo, S. Visual illusion induced by sound. Cognitive Brain Res. 14, 147-152 (2002).
- Di Luca, M., Machulla, T. K., Ernst, M. O. Recalibration of multisensory simultaneity: Cross-modal transfer coincides with a change in perceptual latency. J Vision. 9, (2009).
- Makeig, S., Jung, T. P., Bell, A. J., Ghahremani, D., Sejnowski, T. J. Blind separation of event-related brain response components. Psychophysiology. 33, S58-S58 (1996).
- Baillet, S., Mosher, J. C., Leahy, R. M. Electromagnetic brain mapping. IEEE Signal Processing Mag. 18, 14-30 (2001).
- Garcia-Perez, M. A. Forced-choice staircases with fixed step sizes asymptotic and small-sample properties. Vision Res. 38, 1861-1881 (1998).
- Picton, T. W., Bentin, S., Berg, P., Donchin, E., Hilllyard, S. A., Johnson, R. J. R., Miller, G. A., Ritter, W., Ruchkin, D. S., Rugg, M. D., Taylor, M. J. Guidelines for using human event-related potentials to study cognition: Recroding standards and publication criteria. Psychophysiology. 37 (2), 127-152 (2000).
- Keil, A., Debener, S., Gratton, G., Junghofer, M., Kappenman, E. S., Luck, S. J., Luu, P., Miller, G. A., Yee, C. M. Committee Report: Publication guidelines and recommendations for studies using electroencephalography and magnetoencephalography. Psychophysiology. 51 (1), 1-21 (2014).
