주의 컨트롤의 프로세스를 무시하고 참석의 신경 생리학 신호의 측정
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
주어진 목표 한 행동에 기초하여, 다른 신호에 대한 액세스를 제한하면서, 선택 입력 신호에 대한 우리의 신경인지 자원을 지시 제어하여 경고 가이드 동작. 이러한 옆방 TV 등 – – distractor 신호가 감쇠하는 책을 읽을 때 예를 들어, 책에 해당하는 영상 신호는 다른 감각 신호 반면 타겟 신호가 강화 될 수있다. 인간과 인간이 아닌 영장류 1-4 모두 녹음, 뇌의 감각 입력의 강도 여부의 함수로 변조 된 것을 나타내는, 감각 피질의 신경 반응이 선택적주의 동안 무시 방해 자극에 대해 참석 대상에 대해 강화 된 것을 나타냅니다 그들은 대상 또는 방해 자극 5-7로 분류됩니다. 관심 변조 효과로 무시 대에 참석했을 때 우리는 신호 강도에 차이를 참조하십시오.
증가하는 관심입니다무시 신경 프로세스 별도로, 주의력 장애 및 그 제어에 기여할 참석 여부와 얼마나 신경 프로세스의 질문. 또한 산만을 무시하는 능력이 목표물에 참석하는 능력 독립적 손상 될 수 있다는 것을 더욱 알 수있다. 예를 들어, distractor 억제 대상 충실 감소없이 증가 된 작업 부하 (8), (9) 및인지 노화 수면 부족 (10)이 손상 될 수있다. 대상 향상의 감소도 distractor 억제에 적자없이 존재할 수 있다면 현재 알려져 있지 않다. 아마도 더 중요한 것은, 그것이 해결되지 참석 또는 무시 있지만 두주의 컨트롤이 손상되는 신경 조건을 규명 할 수 있습니다의 적자 여부. 이와 같이, 더 참석하고 신경 역학 다르면 방법, 세퍼 피질 경로에서 발생 무시할지 여부를 이해할 유용하다. 측정 참석하여별도 프로세스를 무시하고, 같은 질문을 해결할 수 있습니다.
여기에서 우리는 지속적인 관심에 동시에 참석과 별도로 무시의 신경 생리 학적 신호를 측정하는 방법을 설명하지만. 그 개인이 지각 스트림 자극에 비해 무시 참석 신경 감각의 진폭 응답에서의 차이 :이 방법은 관심 변조 효과를 만든다. 관심 변조 효과 감각 신호 위에 주목 변조를 검출하기위한 강력한 도구이지만 참석과 프로세스를 무시하는 별도의 역학을 평가하는 능력을 방해한다. 즉, 감각 신경 반응에 변화가 관심의 대상 프로세스 감각 신호를 강화하기 때문에 발생할 수있는 무시 대 다니는 경우, 또는 감쇠 distractor에게 감각 신호를 무시하는, 또는 둘 모두로 인해. 이러한 대안들 사이 테스트하기 위해 추가의 제어 조건의 사용은 하나하고 힘을 정량화하는 필요그들은 둘 다 참석하지 않고 무시됩니다 자연베이스 라인에서 감각 입력의 시간. 이 차의 전체 바쁜 길을 걷고 비슷하지만 어느 쪽도 적극적으로 (택시, 예를 들어)보고되지도 적극적으로 (예를 들면, 비 택시 자동차와 버스) 지나가는 자동차를 무시. 프로세스에 참석하고 무시하는 수동적 인 기준 조건, 규모와시기를 기준으로 유인 또는 무시됩니다 감각 신호를 평가하여 개별적으로 정량화 할 수있다.
참석하고 무시하는 프로세스를 측정하는 등의 수동 제어의 효과적인 사용은 선행주의 11 ~ 13과 메모리주의 상호 작용 9,10,14-17의 연구에서 이전에보고 된 바있다. 여기에서는 비 보이기, 연속 복합 (즉, 청각 시각)의 주목 태스크 (IMAT) (18)에 지속적인 관심의 맥락에서이 방법의 사용을 기술한다. 즉,이 방법은 계속 라스의 연구에 적절한시간에 걸쳐 이러한 프로세스의 추적을 가능하게 준비 제어 프로세스보다 어. 이 방법은, 따라서 특정 감각 또는 콘텐츠 도메인 내에서 전문화되지 않은 프로세스에 초점을 맞추고, (시각 대 즉, 청각) 다른 감각 양식에서 감각 반응을 조절하는 제어 프로세스를 정량화. 이전 기능 자기 공명 영상이 15,19,20을 연구는 달리,이 방법은 트랙 참석 따라서 참석과 프로세스를 무시하는 시간 프로파일에 대한 밀리 초 해상도를 제공하는, 시간적으로 해결 신경 생리 학적 신호 (뇌파, EEG)를 이용하여 프로세스를 무시. 우리의 대표적인 결과는 분리 대뇌 피질의 소스 및 참석과 무시의 신경 과정의 시간적 역학 및주의 변조 효과에 독특한 기여에 대한 직접적인 증거를 식별 기술의 사용을 보여줍니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
참석에 관심 컨트롤에서 무시와 관련된 프로세스는 신경 경로와 시간 과정 다른를 포함 할 수있다. 따라서, 이러한 프로세스를 별도로 측정하는 값이다. IMAT 하나가 지속적인 관심에 동시에 참석과 별도로 무시의 신경 생리 학적 신호를 캡처 할 수 있지만있는 도구입니다. 청각 또는 시각 중 – 참가자가 참석 무시 또는 수동적으로 주어진 양상에 제시된 자극을 지각 할 때 중요한 단계는 감각 신경…
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).
