En kognitiv Paradigm att undersöka Störningar i arbets minne av distraktioner och avbrott
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.
Protocol
Representative Results
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 f?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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 |
References
- Baddeley, A. Working memory: Looking back and looking forward. Nature Reviews Neuroscience. 4 (10), 829-839 (2003).
- Clapp, W. C., Rubens, M. T., Gazzaley, A. Mechanisms of working memory disruption of external interference. Cerebral Cortex. 20 (4), 859-872 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- Sakai, K. Reactivation of memory: role of medial temporal lobe and prefrontal cortex. Rev Neurosci. 14 (3), 241-252 (2003).
- Sakai, K., Roye, J., Passingham, R. E. Active maintenance in prefrontal area 46 creates distractor-resistant memory. Nature Neuroscience. 5 (5), 479-484 (2002).
- 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).
- 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).
- 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).
- Berry, A. S., et al. The influence of perceptual training on working memory in older adults. PLoS One. 5 (7), e11537 (2010).
- Anguera, J. A., et al. Video game training enhances cognitive control in older adults. Nature. 501 (7465), 97-101 (2013).
- 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).
- Hasher, L., Zacks, R. T., Bower, G. H. Working memory, comprehension, and aging: A review and a new view. The Psychology of Learning and Motivation. 22, 193-225 (1998).
- 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).
- Lustig, C., Hasher, L., Zacks, R., Macleod, C. M., Gorfein, D. S. Inhibitory deficit theory: Recent developments in a “new view. Inhibition in Cognition. , 145-162 (2007).
- 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).
- Zacks, R. T., Hasher, L., Dagenback, D., Carr, T. H. Directed ignoring: Inhibitory regulation of working memory. Inhibitory Mechanisms in Attention, Memory and Language. , 241-264 (1994).
- 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).
- 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).
- 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).
- Guerrerio, M. J. S. . The role of sensory modality in age-related distraction. , (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Chao, L. L., Knight, R. T. Prefrontal deficits in aging and inhibitory control with aging. Cerebral Cortex. 7 (1), 63-69 (1997).
- 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).
- Passow, S., et al. Human aging compromises attentional control of auditory perception. Psychological Aging. 27 (1), 99-105 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Cashdollar, N., Lavie, N., Duezel, E. Alleviating memory impairment through distraction. The Journal of Neuroscience. 33 (48), 19012-19022 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Benton, A. L., Hamsher, K. D. S., Rey, G. J., Sivan, A. B. . Multilingual aphasia examination. , (1994).
- Strauss, E., Sherman, E. M. S., Spreen, O. . A Compendium of Neuropsychological Tests: Administration, Norms, and Commentary 3rd ed. , 501-526 (2006).
