Измерение нейрофизиологических сигналах Игнорирование и приду процессов во внимание контролю
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
Внимание направляющие управления поведением, направляя наши нейронные и когнитивные ресурсы на некоторых входных сигналов, в то время как ограничение доступа к другим сигналам, на основе заданной цели поведенческого 1. Например, при чтении книги, визуальные сигналы, соответствующие книги являются целевые сигналы быть повышена, в то время как другие сенсорные сигналы – такие как телевизор в соседней комнате – это дистрактор сигналы ослабляются. Записи в обоих человека и приматов 1-4, показывают, что нервные реакции в коре сенсорных усиливаются за участие целей по отношению к игнорируемых дистракторов во селективного внимания, указывая, что сила сенсорных входов в головном мозге модулируется в зависимости от того, они классифицируются в качестве мишеней или отвлекающих 5-7. Мы называем эту разницу в силе сигнала, когда идет против игнорирования как эффект внимание модуляции.
Все больший интерес вызываютВопрос о том, и как нейронные процессы посещать способствовать контролю внимания и его нарушений, отдельно от нервных процессов, игнорируя. Становится все более очевидным, что способность игнорировать отвлекающие может быть нарушена независимо от нашей способности принять участие целей. Например, дистрактор-подавление может быть нарушена с повышенной нагрузкой задач 8, когнитивной старения 9 и лишение сна 10, без декремента в повышение целевой. Это в настоящее время не известно, если декремент в повышении целевой могут существовать без дефицита в подавлении дистрактор. Возможно, что еще более важно, он не устранена ли дефицитов либо посещать или игнорирование, но не оба, может выяснить психоневрологические условия, в которых контроль внимание нарушениями. Как таковая, она является ценным, чтобы лучше понять ли посещать и игнорируя возникают из разделяющимися корковых путей, если и как они отличаются в динамики нейронной активности. Измеряя участие иигнорируя процессы отдельно, такие вопросы могут быть решены.
Здесь мы опишем методику измерения нейрофизиологических сигналов посещать и игнорируя отдельно, но одновременно, в постоянном внимании. Этот подход основывается на эффекте модуляции внимание: разница в амплитуде нервной сенсорной ответ, когда индивид лечащим против игнорирования на стимулы в этом сенсорного потока. Эффект внимание модуляции мощный инструмент для обнаружения внимания модуляции над сенсорных сигналов, но исключает возможность оценить динамику отдельных посещать и игнорируя процессы. А именно, разница в нервных сенсорных реакций при посещении сравнению игнорируя может возникнуть из-за процесс внимания повышает сенсорные сигналы цели, или из-за игнорирования ослабляет сенсорные сигналы дистрактор, или оба. Чтобы проверить между этими альтернативами, использование дополнительного условия управления требуется, в которых один определяет количество strengtч сенсорных входов в их естественной базовой, когда они не являются ни присутствовали ни игнорировать. Это похоже на прогулки по оживленной улице, полной автомобилей, но ни активно заниматься не (например, такси), ни активно игнорируя (например, не-такси автомобили и автобусы) проходящие автомобили. По оценке сенсорные сигналы, которые присутствовали или игнорируются, по сравнению с пассивной контрольной состоянии, величине и сроках посещения, игнорируя процессы могут быть количественно отдельно.
Эффективные использования такого пассивного контроля в измерении, посещающих и игнорируя процессы были сообщалось ранее в исследованиях упреждающего внимания и памяти 11-13-взаимодействий внимания 9,10,14-17. Здесь мы опишем использование этого подхода в контексте устойчивого внимания, в не-подают реплики, непрерывного, интермодальные (т.е., слуховой визуальной) внимание задача (имать) 18. Другими словами, этот метод подходит для изучения текущей Ратэ чем подготовительных процессов управления, что позволяет для отслеживания этих процессов во времени. Этот метод также количественно процессы управления, которые модулируют сенсорных ответов через различных сенсорных модальностей (то есть, по сравнению с визуальным слуховых), таким образом, сосредоточив внимание на процессы, которые не являются специализированными в пределах определенной сенсорной области или содержимого. В отличие от предыдущих функциональная магнитно-резонансная томография изучает 15,19,20, этот метод треки участие и игнорируя процессы, используя разрешенные временно нейрофизиологических сигналов (электроэнцефалография, ЭЭГ), обеспечивая тем самым точность до миллисекунд на временных профилей участие и игнорируя процессы. Наш представитель результаты демонстрируют использование метода в выявлении прямых доказательств для разделяющимися корковых источников и временной динамики нервных процессов посещать и игнорирование, и уникальный вклад в эффект модуляции внимание.
Protocol
Representative Results
Discussion
Процессы, связанные с посещения и игнорируя контроль внимания может включать разные нейронные пути и время курсы. Поэтому значения для измерения этих процессов в отдельности. ИСАТ является инструментом, с помощью которого можно захватить нейрофизиологических сигналов посещать и игн?…
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).
