ध्यान नियंत्रण में प्रक्रियाओं की अनदेखी और भाग लेने के neurophysiological सिग्नल के मापन
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
एक दिया व्यवहार लक्ष्य 1 के आधार पर, अन्य संकेतों तक पहुँच सीमित है, जबकि चयन करें इनपुट संकेतों के प्रति हमारे तंत्रिका और संज्ञानात्मक संसाधनों निर्देशन द्वारा ध्यान नियंत्रण गाइड व्यवहार। इस तरह के बगल के कमरे में टीवी के रूप में – – विचलित संकेतों तनु जा रहे हैं एक किताब पढ़ जब उदाहरण के लिए, किताब करने के लिए इसी दृश्य संकेतों अन्य संवेदी संकेतों जबकि लक्ष्य का संकेत है, बढ़ाया जा रहे हैं। मानव और गैर मानव प्राइमेट 1-4 दोनों में रिकॉर्डिंग, मस्तिष्क में संवेदी आदानों की ताकत है कि क्या एक समारोह के रूप संग्राहक यह दर्शाता है कि संवेदी cortices में तंत्रिका प्रतिक्रियाओं चयनात्मक ध्यान के दौरान नजरअंदाज कर दिया distractors के सापेक्ष में भाग लिया लक्ष्यों के लिए बढ़ा रहे हैं संकेत मिलता है कि वे लक्ष्य या distractors 5-7 के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। ध्यान मॉडुलन प्रभाव के रूप में की अनदेखी बनाम में भाग लेने के लिए जब हम सिग्नल की शक्ति में इस अंतर को देखें।
बढ़ाने की रुचि हैअनदेखी के तंत्रिका प्रक्रियाओं से अलग, ध्यान नियंत्रण और उसके दोष के लिए योगदान में भाग लेने के लिए कि क्या और कैसे तंत्रिका प्रक्रियाओं का सवाल है। यह distractions के अनदेखी करने की क्षमता लक्ष्य में भाग लेने की हमारी क्षमता से स्वतंत्र रूप से प्रभावित किया जा सकता है कि तेजी से स्पष्ट है। उदाहरण के लिए, विचलित-दमन लक्ष्य को बढ़ाने में एक घटती बिना, बढ़ कार्य भार 8, संज्ञानात्मक उम्र बढ़ने 9 और सोने के अभाव में 10 से प्रभावित हो सकते हैं। लक्ष्य को बढ़ाने में एक घटती भी विचलित दमन में एक घाटे के बिना मौजूद कर सकते हैं अगर यह वर्तमान में ज्ञात नहीं है। शायद अधिक महत्वपूर्ण बात, यह समस्या हल नहीं है में भाग लेने या अनदेखी कर रही है, लेकिन दोनों नहीं, ध्यान नियंत्रण बिगड़ा हुआ है, जिसमें neuropsychiatric स्थितियों को स्पष्ट कर सकते हैं या तो घाटे या नहीं। जैसे, यह बेहतर में भाग लेने और वे तंत्रिका गतिशीलता में मतभेद है और यदि कैसे, वियोज्य कॉर्टिकल रास्ते से उठता है की अनदेखी कर रही है कि क्या समझने के लिए मूल्यवान है। मापने में भाग लेने और द्वाराअलग-अलग प्रक्रियाओं की अनदेखी कर रही है, ऐसे सवालों को संबोधित किया जा सकता है।
यहाँ हम निरंतर ध्यान में समवर्ती में भाग लेने और अलग से की अनदेखी के neurophysiological संकेतों को मापने के लिए पद्धति का वर्णन है, लेकिन। अलग-अलग है कि संवेदी धारा में उत्तेजनाओं को अनदेखी कर बनाम भाग ले रहा है जब एक तंत्रिका संवेदी प्रतिक्रिया के आयाम में अंतर: यह दृष्टिकोण ध्यान मॉडुलन प्रभाव पर बनाता है। ध्यान मॉडुलन प्रभाव संवेदी संकेतों पर ध्यान मॉडुलन का पता लगाने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, लेकिन यह भाग ले और प्रक्रियाओं की अनदेखी की अलग गतिशीलता का आकलन करने की क्षमता अलग करता है। अर्थात्, तंत्रिका संवेदी प्रतिक्रियाओं में एक फर्क ध्यान की प्रक्रिया संवेदी लक्ष्य संकेतों को बढ़ाता है क्योंकि पैदा हो सकता अनदेखी कर बनाम में भाग लेने जब, या है.इसी संवेदी विचलित संकेतों की अनदेखी कर रही है, या दोनों की वजह से। इन विकल्पों के बीच का परीक्षण करने के लिए, एक अतिरिक्त नियंत्रण हालत का उपयोग एक strengt quantifies जिसमें आवश्यक हैवे न तो भाग लिया और न ही उपेक्षा कर रहे हैं जब उनके प्राकृतिक आधारभूत संवेदी आदानों, के एच। इस कारों से भरा एक व्यस्त सड़क पर चल करने के लिए इसी तरह की है, लेकिन न तो सक्रिय रूप से (एक टैक्सी के लिए, उदाहरण के लिए) देख रहा है और न ही सक्रिय रूप से (जैसे, गैर-टैक्सी कारों और बसों) गुजर कारों की अनदेखी। प्रक्रियाओं में भाग लेने और अनदेखी के एक निष्क्रिय संदर्भ हालत, परिमाण और समय के सापेक्ष में भाग लिया या अनदेखी कर रहे हैं कि संवेदी संकेतों का मूल्यांकन करके अलग-अलग मात्रा निर्धारित किया जा सकता है।
भाग लेने और अनदेखी कर रही प्रक्रियाओं को मापने में इस तरह के एक निष्क्रिय नियंत्रण के प्रभावी उपयोग करता है अग्रिम ध्यान 11-13 और स्मृति-ध्यान बातचीत 9,10,14-17 के अध्ययन में पहले से सूचित किया गया है। यहाँ हम एक गैर cued, सतत, इंटरमोडल (यानी, श्रवण-दृश्य) ध्यान कार्य (IMAT) 18 में, निरंतर ध्यान के संदर्भ में इस दृष्टिकोण का उपयोग का वर्णन। दूसरे शब्दों में, इस विधि चल रहे रथ का अध्ययन करने के लिए उपयुक्त हैसमय भर में इन प्रक्रियाओं की नज़र रखने की अनुमति के लिए तैयारी नियंत्रण प्रक्रियाओं की तुलना में एर,। इस विधि को भी इस प्रकार एक विशेष संवेदी या सामग्री के डोमेन के भीतर करने के लिए विशेष नहीं कर रहे हैं कि प्रक्रियाओं पर ध्यान केंद्रित कर, (दृश्य बनाम यानी, श्रवण) अलग संवेदी रूपरेखा भर संवेदी प्रतिक्रियाओं मिलाना कि नियंत्रण प्रक्रियाओं quantifies। पिछले कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग 15,19,20 के अध्ययन के विपरीत, इस विधि पटरियों में भाग लेने और इस प्रकार में भाग लेने और प्रक्रियाओं की अनदेखी के अस्थायी प्रोफाइल पर मिलीसेकंड संकल्प प्रदान करने, अस्थायी हल हो neurophysiological संकेतों (Electroencephalography, ईईजी) का उपयोग प्रक्रियाओं की अनदेखी। हमारे प्रतिनिधि परिणाम वियोज्य कॉर्टिकल स्रोतों और भाग लेने और अनदेखी के तंत्रिका प्रक्रियाओं के अस्थायी गतिशीलता, और ध्यान मॉडुलन प्रभाव के लिए अद्वितीय योगदान के लिए प्रत्यक्ष प्रमाण की पहचान करने में तकनीक के इस्तेमाल को प्रदर्शित करता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
भाग लेने के लिए और ध्यान नियंत्रण में की अनदेखी करने के लिए संबंधित प्रक्रियाओं तंत्रिका रास्ते और समय पाठ्यक्रम विभिन्न शामिल हो सकता है। इसलिए, यह अलग से इन प्रक्रियाओं को मापने के लिए मूल्य का है। IMA…
Declarações
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. |
Referências
- 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).
