Using the Race Model Inequality to Quantify Behavioral Multisensory Integration Effects

Jeannette  R. Mahoney; Joe Verghese

doi:10.3791/59575

JoVE Journal > Behavior

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

행동분석학

Davranışsal multisensory entegrasyon efektlerini ölçmek için yarış modeli eşitsizliği kullanma

Published: May 10, 2019

doi:

10.3791/59575

Jeannette R. Mahoney, Joe Verghese²

¹Department of Neurology, Division of Cognitive & Motor Aging,Albert Einstein College of Medicine, ²Department of Medicine, Division of Geriatrics,Albert Einstein College of Medicine

Summary

Mevcut çalışmada çeşitli klinik nüfusa göre translasyonel araştırma çalışmalarının üretimini kolaylaştırmak için bir çaba multisensory entegrasyon efektlerinin büyüklüğü hesaplamak için bir adım adım öğretici sağlamayı amaçlamaktadır.

Abstract

Multisensory entegrasyon araştırması, beynin eşzamanlı duyusal bilgileri nasıl işlediğini inceler. Hayvanlar üzerinde araştırma (ağırlıklı olarak kediler ve primatlar) ve insanlar bu bozulmamış multisensory entegrasyon gerçek dünyada işleyişi için önemli olduğunu ortaya, hem bilişsel ve fiziksel faaliyetler de dahil olmak üzere. Son birkaç yıl içinde yapılan araştırma çok çeşitli psikofiziksel, elektrofizyolojik ve nörogörüntüleme teknikleri kullanarak multisensory entegrasyon etkileri belgelemektedir. Varlığı bildirilmiştir iken, multisensory entegrasyon efektlerinin büyüklüğünü belirlemek için kullanılan yöntemler değişir ve genellikle çok eleştiri yüzleri. Aşağıda, önceki davranışsal çalışmaların sınırlamaları özetlenmiştir ve güçlü olasılık modelleri kullanılarak multisensory entegrasyon efektlerinin büyüklüğünü hesaplamak için adım adım eğitim verilmektedir.

Introduction

Duyusal sistemler arasında etkileşimler günlük fonksiyonlar için esastır. Multisensory entegrasyon efektleri, çeşitli duyusal kombinasyonları ve farklı Nörobilim yaklaşımlarını kullanarak geniş bir nüfus yelpazesine göre ölçülür, ancak psikofiziksel, elektrofizyolojik ve nörogörüntüleme dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere metodolojisi]¹^,²^,³^,⁴^,⁵^,⁶^,⁷^,⁸^,⁹, şu anda bir altın standart multisensory entegrasyonun ölçülmesi eksiktir. Multisensory deneylerin genellikle bir davranış bileşeni içerdiğinden, reaksiyon süresi (RT) verileri genellikle gereksiz sinyaller etkisi¹⁰olarak adlandırılan iyi bilinen bir fenomen varlığını belirlemek için incelenir. Adından da anlaşılacağı gibi, eşzamanlı duyusal sinyaller genellikle daha hızlı RTs verim gereksiz bilgi sağlar. yarış ve Co-aktivasyon modelleri yukarıda belirtilen yedek sinyalleri etkisini açıklamak için kullanılır¹¹. Yarış modelleri altında, en hızlı işlenmiş olan ırabensory sinyal, yarışın kazananı ve davranışsal tepkinin üretilmesine sorumludur. Ancak, birden çok ensory uyaranlara yanıtlar yarış modelleri tahmin daha hızlı olduğunda ortak etkinleştirme için kanıt oluşur.

Yarış modelinin önceki sürümleri, bazıları tarafından aşırı muhafazakar¹⁴^,¹⁵ olarak anılacaktır ve bağımsızlıkla ilgili sınırlamalar içerdikleri için¹²^,¹³ ‘ ün doğal olarak tartışmalı olduğunu birden çok ensory durum¹⁶doğasında kurucu unisensory algılama süreleri arasında. Bu sınırlamalar bazı adres için bir çaba, Colonius & Diederich¹⁶ daha konvansiyonel bir yarış modeli testi geliştirdi:

,

nerede unisensory koşulların toplu dağıtım frekansları (CDFs) (örneğin, bir & B; bir üst sınırı ile) aynı anda multisensory koşulu (örneğin, AB) CDF ile karşılaştırıldığında herhangi bir gecikme (t)¹¹^, ¹⁶ ^, ¹⁷. genel olarak, BIR CDF ne SıKLıKTA bir RT oluşur, RTs belirli bir aralıkta, uyaran sunumlar toplam sayısına bölünmüş (yani, denemeler) belirler. Gerçek multisensory koşul CDF daha az veya eşit olduğu öngörülen CDF unisensory koşullardan türetilen

,

sonra yarış modeli kabul edilir ve duyusal entegrasyon için hiçbir kanıt yoktur. Ancak, multisensory CDF unisensory koşullardan türetilen öngörülen CDF büyüktür, yarış modeli reddedilir. Yarış modelinin reddedilmesi, yedek duyusal kaynaklardan gelen multisensory etkileşimlerin doğrusal olmayan bir şekilde birleştirdiğini gösterir ve RTs ‘nin (örn. RT kolaylaştırma) çoklu uyarıcı uyaranlara hızlandırılması ile sonuçlanır.

Multisensory araştırmacılar yüz bir ana engel nasıl en iyi entegrasyon etkilerini ölçmek için. Örneğin, katılımcıların basit bir reaksiyon süresi görevi gerçekleştirmesi istendiği en temel davranışsal multisensory paradigma durumunda, doğruluk ve hız ile ilgili bilgiler toplanır. Bu tür multisensory veri yüz değeri kullanılabilir veya dahil olmak üzere çeşitli matematiksel uygulamalar kullanılarak manipüle edilebilir ancak maksimum olasılık tahmini¹⁸,¹⁹, CDFS¹¹ve çeşitli diğer istatistiksel Yaklaşım. Daha önceki multisensory çalışmalarımız, çoklu entegratif etkilerinin 1 tarafından hesaplanmasında nicel ve Probabilistik yaklaşımlar kullanılarak, ortalama reaksiyon süresini (RT) ortalama reaksiyon süresinden çok ensory bir etkinliğe çıkarır ( RT) en kısa unisensory olay, ve 2) RT kolaylaştırılması gereksiz duyusal bilgiler tarafından kolaylaştırılan sinerjik etkileşimler sonuçlandı olup olmadığını belirlemek için CDFS istihdam tarafından⁸,²⁰^,²¹^, ²² ^, ²³. ancak, eski metodoloji büyük olasılıkla Integrative süreçler ve araştırmacılar bireysel farklılıkları duyarlı değildi bu yana daha sonra metodoloji (yani, CDFS) multisensory ölçmek için daha iyi bir vekil sağlayabilir oturtulması Integrative etkileri²⁴.

Gondan ve Minakata son zamanlarda nasıl doğru test etmek için bir öğretici yayınladı yarış modeli eşitsizlik (RMı) araştırmacılar tüm çok sık RT veri toplama ve hazırlık²⁵satın alma ve ön işlem aşamaları sırasında sayısız hatalar yapmak beri. İlk olarak, yazarlar belirli bir priori asgari ve maksimum RT sınırları ayarlanır veri kesme prosedürleri uygulamak için olumsuzdur varsaymak. Onlar yavaş ve atlanacak yanıtlar sonsuz, yerine hariç ayarlamak öneririz. İkinci olarak, RMı herhangi bir gecikme sırasında ihlal edilebilir verilen, birden fazla t-testleri genellikle farklı zaman noktalarında RMı test etmek için kullanılır (i.e., quantiles); Maalesef bu uygulama artan tip ı hatasına yol açar ve istatistiksel gücü önemli ölçüde azaltmıştır. Bu sorunları önlemek için RMı belirli bir zaman aralığı üzerinde test edilmesi önerilir. Bazı araştırmacılar, yanıtların en hızlı dörde (% 0-25)²⁶ veya önceden tanımlanan bazı pencerelerin (örneğin,% 10-25)²⁴^,²⁷ gibi multisensory entegrasyon efektleri genellikle gözlenen test etmek için mantıklı olduğunu önerdi Bu zaman aralığında; Ancak, test edilecek yüzdelik aralığın gerçek veri kümesi tarafından dikte edilmesi gerektiğini iddia ediyoruz (bkz. protokol Bölüm 5). Genç yetişkinlerden veya bilgisayar simülasyonlarından yayımlanan verilere güvenerek sorun, büyük yetişkinlerin, duyusal sistemlerde yaşa bağlı düşüşler nedeniyle çok farklı RT dağıtımları bildirmektedir. Yarış modeli önemi testi, sadece çalışma kohort gelen gerçek ve öngörülen CDFs arasında grup ortalama fark dalgası ihlal bölümleri (pozitif değerler) üzerinde test edilmelidir.

Bu amaçla, sağlıklı yaşlı yetişkinlerde, yarış modeli¹⁶ ‘ nın konvansiyonel testini ve Gondan ve meslektaşları tarafından belirlenen ilkeleri kullanarak multisensory entegrasyonun koruyucu bir etkisi gösterildi. Aslında, görsel-somatoduyusal rmi (multisensory entegrasyon için bir vekil) daha büyük büyüklüğü daha iyi denge performansı, olay düşüyor daha düşük olasılık ve artan mekansal yürüyüş performansı bağlı olduğu bulunmuştur²⁸^,²⁹.

Geçerli denemenin amacı, bir adım adım öğretici ile, RMı kullanarak multisensory entegrasyon efektlerinin büyüklüğünü hesaplamak için, çeşitli translasyonel araştırma çalışmalarının artan üretimini kolaylaştırmak için araştırmacılar sağlamaktır birçok farklı klinik nüfus. Mevcut çalışmada sunulan verilerin son zamanlarda yayınlanan görsel-somatoduyusal deneyler sağlıklı büyük yetişkinler²⁸^,²⁹, ancak bu metodoloji birçok farklı arasında çeşitli kohorts uygulanabilir olduğunu unutmayın geniş bir dizi multisensory kombinasyonları kullanarak Deneysel tasarımlar.

Protocol

Tüm katılımcılar, Albert Einstein Tıp Koleji ‘nin kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylanmış deneysel prosedürler için yazılı onaylı onay sağladı. 1. katılımcı alımı, eklenmesi kriterleri ve onay Bağımsız olarak ambulans olabilir ve önemli duyusal kaybı ücretsiz Ingilizce konuşan bireylerin nispeten büyük kohort işe; Deneysel değerlendirmelerde müdahale eden aktif nörolojik veya psikiyatrik bozukluklar; ve hareketlilik etkileyen mevcut/gelecektek…

Representative Results

Bu çalışmanın amacı, benzer Deneysel tasarımlar ve kurulumlar kullanarak yeni multisensory çalışmaların yayınlanması için, VS entegrasyon efektlerinin büyüklüğünü ölçmek için bir metanik yaklaşım adım adım öğretici sağlamak oldu (bkz. Şekil 1 ). RMı AUC tarafından ölçülen multisensory entegrasyon efektlerinin büyüklüğünü türetmek için gereken her adım ve hesaplamanın ekran görüntüleri, yukarıda betimlenmiştir ve rakamlar 2-8o…

Discussion

Mevcut çalışmanın amacı, sağlam bir multisensory entegrasyon fenotipi kurulması arkasındaki sürecin ayrıntılarıyla oldu. Burada, benzer nöral devrelerine bağlı önemli bilişsel ve motor sonuçlarını tahmin etmek için kullanılabilecek multisensory entegrasyon efektleri elde etmek için gerekli ve kritik adımları sağlıyoruz. Genel amacımız, çeşitli klinik nüfus ve yaş aralıkları arasında yenilikçi ve yeni translasyonel multisensory çalışmalar kolaylaştırmak için bir çaba multisensor…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

İş mevcut gövde Ulusal Sağlık Enstitüsü (K01AG049813 JRM için) yaşlanma Ulusal Enstitüsü tarafından desteklenmektedir. Ek fon tarafından sağlandı Resnick Gerontology merkezi Albert Einstein Tıp Koleji. Bu proje ile olağanüstü destek için tüm gönüllüler ve araştırma personeli sayesinde özel.

Materials

stimulus generator	Zenometrics, LLC; Peekskill, NY, USA	n/a	custom-built
Excel	Microsoft Corporation		spreadsheet program
Eprime	Psychology Software Tools (PST)		stimulus presentation software

References

Foxe, J., et al. Auditory-somatosensory multisensory processing in auditory association cortex: an fMRI study. Journal of Neurophysiology. 88 (1), 540-543 (2002).
Molholm, S., et al. Multisensory auditory-visual interactions during early sensory processing in humans: a high-density electrical mapping study. Brain Research: Cognitive Brain Research. 14 (1), 115-128 (2002).
Murray, M. M., et al. Grabbing your ear: rapid auditory-somatosensory multisensory interactions in low-level sensory cortices are not constrained by stimulus alignment. Cerebral Cortex. 15 (7), 963-974 (2005).
Molholm, S., et al. Audio-visual multisensory integration in superior parietal lobule revealed by human intracranial recordings. Journal of Neurophysiology. 96 (2), 721-729 (2006).
Peiffer, A. M., Mozolic, J. L., Hugenschmidt, C. E., Laurienti, P. J. Age-related multisensory enhancement in a simple audiovisual detection task. Neuroreport. 18 (10), 1077-1081 (2007).
Brandwein, A. B., et al. The development of audiovisual multisensory integration across childhood and early adolescence: a high-density electrical mapping study. Cerebral Cortex. 21 (5), 1042-1055 (2011).
Girard, S., Collignon, O., Lepore, F. Multisensory gain within and across hemispaces in simple and choice reaction time paradigms. Experimental Brain Research. 214 (1), 1-8 (2011).
Mahoney, J. R., Li, P. C., Oh-Park, M., Verghese, J., Holtzer, R. Multisensory integration across the senses in young and old adults. Brain Research. 1426, 43-53 (2011).
Foxe, J. J., Ross, L. A., Molholm, S., Stein, B. E. Ch. 38. The New Handbook of Multisensory Processing. , 691-706 (2012).
Kinchla, R. Detecting target elements in multielement arrays: A confusability model. Perception and Psychophysics. 15, 149-158 (1974).
Miller, J. Divided attention: Evidence for coactivation with redundant signals. Cognitive Psychology. 14 (2), 247-279 (1982).
Eriksen, C. W., Goettl, B., St James, J. D., Fournier, L. R. Processing redundant signals: coactivation, divided attention, or what?. Perception and Psychophysics. 45 (4), 356-370 (1989).
Mordkoff, J. T., Yantis, S. An interactive race model of divided attention. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 17 (2), 520-538 (1991).
Miller, J. Timecourse of coactivation in bimodal divided attention. Perception and Psychophysics. 40 (5), 331-343 (1986).
Gondan, M., Lange, K., Rosler, F., Roder, B. The redundant target effect is affected by modality switch costs. Psychonomic Bulletin Review. 11 (2), 307-313 (2004).
Colonius, H., Diederich, A. The race model inequality: interpreting a geometric measure of the amount of violation. Psychological Review. 113 (1), 148-154 (2006).
Maris, G., Maris, E. Testing the race model inequality: A nonparametric approach. Journal of Mathematical Psychology. 47 (5-6), 507-514 (2003).
Clark, J. J., Yuille, A. L. . Data Fusion for Sensory Information Processing Systems. , (1990).
Ernst, M. O., Banks, M. S. Humans integrate visual and haptic information in a statistically optimal fashion. Nature. 415 (6870), 429-433 (2002).
Mahoney, J. R., Verghese, J., Dumas, K., Wang, C., Holtzer, R. The effect of multisensory cues on attention in aging. Brain Research. 1472, 63-73 (2012).
Mahoney, J. R., Holtzer, R., Verghese, J. Visual-somatosensory integration and balance: evidence for psychophysical integrative differences in aging. Multisensory Research. 27 (1), 17-42 (2014).
Mahoney, J. R., Dumas, K., Holtzer, R. Visual-Somatosensory Integration is linked to Physical Activity Level in Older Adults. Multisensory Research. 28 (1-2), 11-29 (2015).
Dumas, K., Holtzer, R., Mahoney, J. R. Visual-Somatosensory Integration in Older Adults: Links to Sensory Functioning. Multisensory Research. 29 (4-5), 397-420 (2016).
Couth, S., Gowen, E., Poliakoff, E. Using race model violation to explore multisensory responses in older adults: Enhanced multisensory integration or slower unisensory processing. Multisensory Research. 31 (3-4), 151-174 (2017).
Gondan, M., Minakata, K. A tutorial on testing the race model inequality. Attention, Perception & Psychophysics. 78 (3), 723-735 (2016).
Gondan, M. A permutation test for the race model inequality. Behavior Research Methods. 42 (1), 23-28 (2010).
Kiesel, A., Miller, J., Ulrich, R. Systematic biases and Type I error accumulation in tests of the race model inequality. Behavior Research Methods. 39 (3), 539-551 (2007).
Mahoney, J., Cotton, K., Verghese, J. Multisensory Integration Predicts Balance and Falls in Older Adults. Journal of Gerontology: Medical Sciences. , (2018).
Mahoney, J. R., Verghese, J. Visual-Somatosensory Integration and Quantitative Gait Performance in Aging. Frontiers in Aging Neuroscience. 10, 377 (2018).
Yueh, B., et al. Long-term effectiveness of screening for hearing loss: the screening for auditory impairment–which hearing assessment test (SAI-WHAT) randomized trial. Journal of the American Geriatrics Society. 58 (3), 427-434 (2010).
Galvin, J. E., et al. The AD8: a brief informant interview to detect dementia. Neurology. 65 (4), 559-564 (2005).
Galvin, J. E., Roe, C. M., Xiong, C., Morris, J. C. Validity and reliability of the AD8 informant interview in dementia. Neurology. 67 (11), 1942-1948 (2006).
Buschke, H., et al. Screening for dementia with the memory impairment screen. Neurology. 52 (2), 231-238 (1999).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Mahoney, J. R., Verghese, J. Using the Race Model Inequality to Quantify Behavioral Multisensory Integration Effects. J. Vis. Exp. (147), e59575, doi:10.3791/59575 (2019).