Meting van neurofysiologische signalen van negeren en het bijwonen van processen in Attention Controle
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
Aandacht controle gidsen gedrag door het richten van onze neurale en cognitieve middelen in de richting selecteren ingangssignalen, terwijl het beperken van de toegang tot andere signalen, op basis van een bepaalde gedrags doel 1. Bijvoorbeeld, het lezen van een boek, het visuele signalen die overeenkomen met het boek zijn de doelssignalen worden verbeterd, terwijl andere zintuiglijke signalen – zoals de TV in de volgende kamer – zijn distractor signalen worden verzwakt. Opnamen in zowel menselijke als niet-menselijke primaten 1-4 geven aan dat neurale reacties in sensorische cortices worden verbeterd voor doelen aanwezig opzichte genegeerd afleiders in selectieve aandacht, wat aangeeft dat de kracht van sensorische input in de hersenen wordt gemoduleerd als een functie of ze worden geclassificeerd als doelen of afleiders 5-7. We verwijzen naar dit verschil in signaalsterkte bij het bijwonen versus negeren als de aandacht modulatie-effect.
Van toenemend belang isde vraag of en hoe de neurale processen van het bijwonen van een bijdrage leveren aan de aandacht controle en de bijzondere waardeverminderingen, los van de neurale processen van het negeren. Het wordt steeds duidelijker dat de mogelijkheid om afleiding te negeren onafhankelijk van ons vermogen om doelen te wonen kunnen worden aangetast. Zo kan afleider-onderdrukking worden aangetast met een verhoogde taakbelasting 8, cognitieve veroudering 9 en slaaptekort 10, zonder verlagen in target enhancement. Het is momenteel niet bekend of een decrement in target enhancement ook kan bestaan zonder een tekort in afleider onderdrukking. Misschien nog belangrijker is het niet uitgemaakt of tekorten van hetzij aanwezig of negeren, maar niet beide, kunnen ophelderen neuropsychiatrische aandoeningen waarbij het onderzoek besturing wordt aangetast. Als zodanig, is het nuttig om beter te begrijpen of te wonen en het negeren voortvloeien uit scheidbare corticale paden, of en hoe ze verschillen in neurale dynamiek. Door het meten van het bijwonen ennegeren processen afzonderlijk, kunnen dergelijke vragen worden aangepakt.
Hier beschrijven we methodologie om de neurofysiologische signalen van het bijwonen van en afzonderlijk negeren van meten, maar tegelijkertijd, in volgehouden aandacht. Deze aanpak bouwt voort op de aandacht modulatie-effect: het verschil in amplitude van een neuraal zintuiglijke respons wanneer het individu is het bijwonen versus negeren op stimuli in die zintuiglijke stream. De aandacht modulatie-effect is een krachtig hulpmiddel voor het opsporen van aandacht modulatie dan zintuiglijke signalen, maar het verzet zich tegen de mogelijkheid om de afzonderlijke dynamiek van het bijwonen van en het negeren van processen beoordelen. Namelijk, een verschil in neurale sensorische reacties bij deelname versus negeren kunnen ontstaan omdat het proces van aandacht verbetert doelssignalen zintuiglijke of omdat negeren verzwakt distractor zintuiglijke signalen of beide. Om te testen tussen deze alternatieven is het gebruik van een aanvullende controle conditie vereist waarbij men kwantificeert de strength van de zintuiglijke input in hun natuurlijke basislijn, wanneer ze niet worden bijgewoond noch genegeerd. Dit is vergelijkbaar met een drukke straat vol met auto's naar beneden te lopen, maar geen van beide actief kijken (bijvoorbeeld, voor een taxi), noch actief negeren (bijvoorbeeld non-taxi's en bussen) van de passerende auto's. Door het evalueren sensorische signalen die aanwezig of genegeerd, ten opzichte van een referentie passieve toestand, de omvang en het verloop van de aanwezigheid en het negeren processen afzonderlijk kan worden gekwantificeerd.
Effectief gebruik van een dergelijke passieve controle in het meten van het bijwonen van en het negeren van processen zijn eerder gerapporteerd in studies van anticiperende aandacht 11-13 en geheugen-aandacht interacties 9,10,14-17. Hier beschrijven we het gebruik van deze aanpak in de context van aanhoudende aandacht, in een niet-geactiveerde, continue, intermodale (dwz, auditief-visuele) aandacht taak (IMAT) 18. Met andere woorden, deze methode geschikt is voor de studie van lopende rather dan voorbereidende controle processen, waardoor het volgen van deze processen in de tijd. Deze methode kwantificeert ook de controle processen die de sensorische reacties op verschillende sensorische modaliteiten (dwz auditieve versus visuele) moduleren, waardoor de nadruk op processen die niet binnen een bepaalde zintuiglijke of inhoud domein zijn gespecialiseerd op. In tegenstelling tot eerdere functionele magnetische resonantie imaging bestudeert 15,19,20, deze methode tracks bijwonen en het negeren van processen met behulp van tijdelijk opgelost neurofysiologische signalen (elektro, EEG), waardoor milliseconde resolutie over de tijdelijke profielen van wonen en het negeren van processen. De representatieve resultaten tonen het gebruik van deze techniek bij het identificeren direct bewijs voor scheidbare corticale bronnen en temporele dynamica van de neurale processen aanwezigheid en negeren en unieke bijdragen ter kennis modulatie effect.
Protocol
Representative Results
Discussion
Processen met betrekking tot het bijwonen en het negeren in de aandacht controle kan betekenen verschillende zenuwbanen en tijd cursussen. Daarom is het waardevol om deze processen afzonderlijk te meten. De IMAT is een tool, waarmee men neurofysiologische signalen van het bijwonen van en afzonderlijk negeren kunnen vangen, maar gelijktijdig, in volgehouden aandacht. De kritische stappen zijn de meting van zintuiglijke neurofysiologische reacties wanneer de deelnemer is het bijwonen, het negeren of passief waarnemen stim…
Divulgations
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).
