Summary

Een cognitief paradigma om interferentie in Working Memory van Afleiding en onderbrekingen onderzoeken

Published: July 16, 2015
doi:

Summary

Een nieuw cognitief paradigma is ontwikkeld om gedrags-en neurale correlaten van interferentie verhelderen door-te-genegeerd afleiders versus inmenging door te-bijgewoond interruptors tijdens een werkgeheugen taak. In dit manuscript, verschillende varianten van dit paradigma zijn gedetailleerd en data verkregen met dit paradigma bij jongere / oudere volwassen deelnemers wordt beoordeeld.

Abstract

Doelgericht gedrag wordt vaak belemmerd door interferentie van de externe omgeving, hetzij in de vorm van afleiding door irrelevante informatie die men probeert te negeren, of door het onderbreken van de informatie die aandacht vraagt ​​als onderdeel van een andere (secundaire) taak doel. Beide vormen van externe interferentie is aangetoond dat nadelige invloed op de mogelijkheid om informatie in het werkgeheugen (WM) handhaven. Opkomende bewijs suggereert dat deze verschillende vormen van externe interferentie oefenen verschillende effecten op het gedrag en kunnen worden gemedieerd door verschillende neurale mechanismen. Beter karakteriseren van de verschillende neuro-behavioral gevolgen van irrelevante afleiding versus bijgewoond onderbrekingen is essentieel voor het bevorderen van een goed begrip van top-down aandacht, resolutie van externe inmenging, en hoe deze vaardigheden worden afgebroken in gezond ouder worden en neuropsychiatrische aandoeningen. Dit manuscript beschrijft een nieuwe cognitief paradigma ontwikkelde de Gazzaley lab dat heeftnu gewijzigd in een aantal verschillende versies gebruikt om te verhelderen gedrags-en neurale correlaten van interferentie door te-genegeerd afleiders versus to-be-bijgewoond interruptors. Details zijn op varianten van dit paradigma voor het onderzoeken van inmenging in visuele en auditieve modaliteiten, op meerdere niveaus van complexiteit stimulus, en met experimentele timing geoptimaliseerd voor elektro-encefalogram (EEG) of functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) studies. Bovendien, de gegevens van jongere en oudere volwassen deelnemers verkregen met behulp van dit paradigma wordt beoordeeld en besproken in het kader van haar relatie met de bredere literatuur over inmenging van buitenaf en leeftijd gerelateerde neuro-gedragsveranderingen bij het oplossen van storingen in het werkgeheugen.

Introduction

Een uitgebreide literatuur is een nadeel voor de actualisering van informatie in het werkgeheugen (WM) door interferentie van de externe omgeving 1-9 getoond. Externe interferentie kan worden ingedeeld in twee algemene typen; inmenging van irrelevante informatie men van plan is om te negeren: afleiding, en storende informatie die aandacht vraagt ​​als onderdeel van een andere (secundaire) taak doel: onderbreking. Studies vergelijken van deze vormen van externe inmenging met een binnen-deelnemer ontwerp mogelijk te maken beoordeling van de neuro-behavioral gevolgen van doel-gerichte top-down aandacht in de verwerking en de resolutie van de externe inmenging.

Onlangs heeft de Gazzaley lab ontwierp een paradigma dat de vergelijking van de 'te-bijgewoond' onderbrekingen en 'to-be-genegeerd' afleidingen die zich voordoen in de setting van een werkgeheugen taak vergemakkelijkt. Recente inzichten van deze paradigma suggereert dat deze verschillende soorten externe interferentie oefenen verschillende effecten op het gedrag en hebben verschillende onderliggende neurale mechanismen 2-5,10,11. Dit paradigma heeft de verschillen in externe inmenging verwerking in normale veroudering 2,3,4,10,11 onthuld; hoewel veroudering tekorten in het kader van de storing worden niet altijd gevonden 5; het heeft ook onderscheiden mechanismen van inmenging door afleiders versus interruptors met behulp van high-level visuele stimulatie van gezichten en scènes 2,3,4,12, low-level visuele beweging van dot kinematograms 5,10,11 en low-level auditieve beweging van frequentiezwaaien 5.

Inmenging van buitenaf en Aging

Externe storing veroorzaakt een nadelig effect op het werkgeheugen in de hele levensduur, hoewel oudere volwassenen vertonen een negatievere impact dan jongere volwassenen 2,3,13-18. Oudere volwassenen vertonen ook verschillende patronen van neurale activiteit in vergelijking met jongere advertentieULT's bij een poging om deze interferentie 3,4,17,21 lossen. Echter, sommige studies geen bewijs voor een dergelijke leeftijd gerelateerde behavioral 5,19,20 of neurale 5 verschillen met interferentie te vinden.

Interessant is dat de gevolgen van de vergrijzing op het oplossen van storingen lijkt te verschillen van zintuiglijke modaliteit, hoewel dit probleem nog steeds niet opgelost op dit moment. Visual intrasensory interferentie is op grote schaal aangetoond dat leeftijd gerelateerde daling (samengevat in een uitgebreide evaluatie 22) vertonen. In tegenstelling tot veel experimenten suggereren dat er geen aan leeftijd gerelateerde tekorten tijdens de intra-zintuiglijke auditieve interferentie 19,22-25, terwijl andere studies tonen belangrijke leeftijd gerelateerde toename in auditieve distractibility 19,22,26-32. Bovendien kan de opvallendheid van storende stimuli (congruent of incongruent tussen de cue en probe stimuli) 2, en stimulus complexiteit (hoog of laag processing belasting) 5 interageren met storingenverwerking en de verschillen tussen de taak doelen en leeftijd.

De hier beschreven paradigma is een aanvulling op de vergrijzing van de storing literatuur door het sonderen van de mechanismen van de top-down aandacht (in de vorm van taak goals) en de resolutie van de externe storende stimuli. Bewijs uit de visuele gezicht & scene versie van dit paradigma wijst op een interactie tussen ouder en het type storing, met oudere volwassenen demonstreren nog grotere kwetsbaarheid voor bijgewoond interruptors opzichte genegeerd distractors 3,4. Karakteriseren van de gedrags-en neurale verschillen tussen deze vormen van interferentie zijn belangrijk om te begrijpen hoe cognitieve controle vaardigheden veranderen met het ouder worden.

Waarom oudere volwassenen tonen verergerd tekorten in het oplossen van te-bijgewoond interruptors? Worden ouderen verzwakt door overmatige verwerking van interruptors wanneer zij worden aangeboden, of door een onvermogen om opnieuw te activeren representaties van de primaire doelrelevante stimuli na onderbrekingen of bij langdurige behandeling van interruptors nadat zij niet meer aanwezig of relevant 33? Om deze vragen te beantwoorden, ontwerp van de huidige paradigma's kunnen worden vergeleken neurale activiteit op tijdstippen vóór, tijdens en na verschillende interferentie. Bijvoorbeeld door neurale activiteit opgewekt door genegeerd afleiding versus activiteit tijdens bijgewoond onderbrekingen te vergelijken, kan men de specifieke impact van top-down aandacht van de resolutie van de storing in het werkgeheugen vast te stellen.

Verschillende studies hebben meerdere varianten van deze storing paradigma geïmplementeerd om te begrijpen van de neurale correlaten van de verschillende types van externe inmenging, zowel bij hoge ruimtelijke en temporele resolutie met behulp van functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) en elektro-encefalogram (EEG), respectievelijk. Dit paradigma is ook gebruikt om belangrijke verschillen tussen interferentie verduidelijkt in de visuele en auditieve domeinenAlsmede het effect van complexiteit en congruentie stimulus na hinderen. Hier worden de paradigma varianten beschreven.

Protocol

De onderstaande stappen opsommen hoe deze roman cognitief paradigma ontworpen om de neuro-gedragsaspecten van de externe inmenging verhelderen op vertraagde erkenning werkgeheugen, met variaties geoptimaliseerd voor koppeling met EEG en fMRI voeren. Voorafgaand aan het verzamelen van gegevens, compleet alle nodige menselijke-deelnemers onderzoek goedkeuringen te beginnen via de geëigende Institutional Review Board en / of menselijke deelnemers toetsingscommissie. 1. Voorbereiding …

Representative Results

Deze interferentie paradigma heeft generatie van belangrijke bevindingen ten aanzien van de verschillende gedrags impact en neurale mechanismen van afleiding en onderbreking op werkgeheugen bij jongere en oudere volwassenen (zie tabel 2 voor de samenvatting) ingeschakeld. Gedrag. Gedragsmatig, in lijn met de bestaande literatuur, onderbreking zorgt consequent een grotere nadelige gevolgen versus afleiding op werkgeheugen prestaties 2-5, 10,11,12. …

Discussion

Een nieuw cognitief paradigma heeft aangetoond werkzaamheid in onderzoeken werkgeheugen inmenging van afleiding en onderbrekingen. Dit paradigma en zijn verschillende varianten, de uitbreiding van het gebruik ervan in heel zintuiglijke modaliteiten, complexiteit stimulus niveaus, en imaging methoden, zijn gedetailleerd.

Voor het begin van het experiment, pre-scherm alle deelnemers passende cognitieve en perceptuele vaardigheden te waarborgen. Voor experimenten met low-level perceptuele stimu…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Veel dank aan de ontwikkelaars van dit paradigma, vooral Wesley Clapp, Anne Berry, Jyoti Mishra, Michael Rubens en Theodore Zanto. Dit werk werd ondersteund door NIH-subsidie ​​5R01AG0403333 (AG).

Materials

Computer for stimulus presentation Dell Optiplex GX620 hardware/software requirements will vary based on stimulus presentation software
Cathody Ray Tube (CRT) monitor ViewSonic G220fb 21"; recommended due to its superior latency relative to that of LCD monitors in displaying visual stimuli; chair should be positioned 75 cm away
E-Prime software Psychology Software Tools, Inc. E-Prime 2.0 Standard a different experimental presentation software can be used in place of E-Prime (e.g. Presentation (Neurobehavioral Systems), or PsychoPy (open-source); E-Prime and Presentation are compatible with Microsoft Windows, PsychoPy is compatible with Microsoft Windows, Mac OS X, and Linux)
Keyboard/response pad for Behavioral or EEG experiments Keyboard: Razer; Response Pad: Cedrus Keyboard: BlackWidow Ultimate; Response Pad: RB-830 any standard computer keyboard is acceptable, though response pads may offer more precise timing (ie: Cedrus RB-830 guarantees 1 ms resolution)
Keyboard/response pad for MRI experiments Curdes Package 904 ensure that keypad is MR-compatible
Headphones (for auditory behavioral experiments) Koss UR29
EEG-compatible Headphones (for auditory EEG experiments) Etymotic ER3-50; ER3-21; ER3-14A
MRI-compatible Headphones (for auditory MR experiments) Etymotic SD-AU-EAER30

References

  1. Baddeley, A. Working memory: Looking back and looking forward. Nature Reviews Neuroscience. 4 (10), 829-839 (2003).
  2. Clapp, W. C., Rubens, M. T., Gazzaley, A. Mechanisms of working memory disruption of external interference. Cerebral Cortex. 20 (4), 859-872 (2010).
  3. Clapp, W. C., Rubens, M. T., Sabharwal, J., Gazzaley, A. Deficit in switching between functional brain networks underlies the impact of multitasking on working memory in older adults. PNAS. 108 (17), 7212-7217 (2011).
  4. Clapp, W. C., Gazzaley, A. Distinct mechanisms for the impact of distraction and interruption on working memory in aging. Neurobiology of Aging. 33 (1), 134-148 (2012).
  5. Mishra, J., Zanto, T., Nilakantan, A., Gazzaley, A. Comparable mechanisms of working memory interference by auditory motion in youth and aging. Neuropsychologia. 51 (10), 1896-1906 (2013).
  6. Sakai, K. Reactivation of memory: role of medial temporal lobe and prefrontal cortex. Rev Neurosci. 14 (3), 241-252 (2003).
  7. Sakai, K., Roye, J., Passingham, R. E. Active maintenance in prefrontal area 46 creates distractor-resistant memory. Nature Neuroscience. 5 (5), 479-484 (2002).
  8. Yoon, J. H., Curtis, C. E., D’Esposito, M. Differential effects of distraction during working memory on delay-period activity in the prefrontal cortex and the visual association cortex. Neuroimage. 29 (4), 1117-1126 (2006).
  9. Sreenivasan, K. K., Jha, A. P. Selective attention supports working memory maintenance by modulating perceptual processing of distractors. Journal of Cognitive Neuroscience. 19 (1), 32-41 (2007).
  10. Berry, A. S., Zanto, T. P., Rutman, A. M., Clapp, W. C., Gazzaley, A. Practice-related improvement in working memory is modulated by changes in processing external interference. Journal of Neurophysiology. 102 (3), 1779-1789 (2009).
  11. Berry, A. S., et al. The influence of perceptual training on working memory in older adults. PLoS One. 5 (7), e11537 (2010).
  12. Anguera, J. A., et al. Video game training enhances cognitive control in older adults. Nature. 501 (7465), 97-101 (2013).
  13. Gazzaley, A., Clapp, W., Kelley, J., McEvoy, K., Knight, R. T., D’Esposito, M. Age-related top-down suppression deficit in the early stages of cortical visual memory processing. PNAS. 105 (35), 13122-13126 (2008).
  14. Hasher, L., Zacks, R. T., Bower, G. H. Working memory, comprehension, and aging: A review and a new view. The Psychology of Learning and Motivation. 22, 193-225 (1998).
  15. Lustig, C., Hasher, L., Tonev, S. T. Inhibitory control over the present and past. European Journal of Cognitive Psychology. 13 (1-2), 107-122 (2001).
  16. Lustig, C., Hasher, L., Zacks, R., Macleod, C. M., Gorfein, D. S. Inhibitory deficit theory: Recent developments in a “new view. Inhibition in Cognition. , 145-162 (2007).
  17. Solesio-Jofre, E., Lorenzo-Lopez, L., Gutierrez, R., Lopez-Frutos, J. M., Ruiz-Vargas, J. M., Maestu, F. Age effects on retroactive interference during working memory maintenance. Biological Psychiatry. 88 (1), 72-82 (2011).
  18. Zacks, R. T., Hasher, L., Dagenback, D., Carr, T. H. Directed ignoring: Inhibitory regulation of working memory. Inhibitory Mechanisms in Attention, Memory and Language. , 241-264 (1994).
  19. Guerreiro, M. J. S., Murphy, D. R., Van Gerven, P. W. M. Making sense of age- related distractibility: The critical role of sensory modality. Acta Psychologica. 142 (2), 184-194 (2013).
  20. Verhaeghen, P., Zhang, Y. What is still working in working memory in old age: dual tasking and resistance to interference do not explain age-related item loss after a focus switch. J Gerontol B Psychol Sci Soc Sci. 68 (5), 762-770 (2013).
  21. García-Pacios, J., et al. Early prefrontal activation as a mechanism to prevent forgetting in the context of interference. Am J Geriatr Psychiatry. 21 (6), 580-588 (2013).
  22. Guerrerio, M. J. S. . The role of sensory modality in age-related distraction. , (2013).
  23. Li, L., Daneman, M., Qi, J. G., Schneider, A. B. Does the information content of an irrelevant source differentially affect spoken word recognition in younger and older adults. Journal of Experimental Psychology, Human Perception and Performance. 30 (6), 1077-1091 (2004).
  24. Murphy, D. R., McDowd, J. M., Wilcox, K. A. Inhibition and aging: Similarities between younger and older adults as revealed by the processing of unatteneded auditory information. Psychology and Aging. 14 (1), 44-59 (1999).
  25. Schneider, B. A., Daneman, M., Murphy, D. R., See, S. K. Listening to discourse in distracting settings: the effects of aging. Psychology and Aging. 15 (1), 110-125 (2000).
  26. Alain, C., Woods, D. L. Age-related changes in processing auditory stimuli during visual attention: evidence for deficits in inhibitory control and sensory memory. Psychology and Aging. 14 (3), 507-519 (1999).
  27. Chao, L. L., Knight, R. T. Prefrontal deficits in aging and inhibitory control with aging. Cerebral Cortex. 7 (1), 63-69 (1997).
  28. Fabiani, M., Low, K. A., Wee, E., Sabble, J. J., Gratton, G. Reduced suppression or labile memory? Mechanisms of inefficient filtering of irrelevant information in older adults. Journal of Cognitive Neuroscience. 18 (4), 637-650 (2006).
  29. Passow, S., et al. Human aging compromises attentional control of auditory perception. Psychological Aging. 27 (1), 99-105 (2012).
  30. Sommers, M. S., Danielson, S. M. Inhibitory processes and spoken word recognition in young and older adults: the interaction of lexical competition and semantic context. Psychology and Aging. 14 (3), 458-472 (1999).
  31. Tun, P. A., Wingfield, A. One voice too many: adult age differences in language processing with different types of distracting sounds. J Gerontol B Psychol Sci Soc Sci. 54 (5), P317-P327 (1999).
  32. Tun, P. A., O’Kane, G., Wingfield, A. Distraction by competing speech in young and older adult listeners. Psychology and Aging. 17 (3), 453-467 (2002).
  33. Conway, A. R. A., Engle, R. W. Working memory and retrieval: A resource-dependent inhibition model. Journal of Experimental Psychology: General. 123 (4), 354-373 (1994).
  34. Cashdollar, N., Lavie, N., Duezel, E. Alleviating memory impairment through distraction. The Journal of Neuroscience. 33 (48), 19012-19022 (2013).
  35. Folstein, M. F., Folstein, S. E., McHuge, P. R. Mini-mental state”. A practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician. Journal of Psychiatric Research. 12 (3), 189-198 (1973).
  36. Reisberg, B., Ferris, S. H., de Leon, M. J., Crook, T. The Global Deterioration Scale for assessment of primary degenerative dementia. American Journal of Psychiatry. 139 (9), 1136-1139 (1982).
  37. Delis, D. C., Freeland, J., Kramer, J. H., Kaplan, E. Integrating clinical assessment with cognitive neuroscience: Construct validation of the California Verbal Learning Test. Journal of Consulting and Clinical Psychology. 56 (1), 123-130 (1988).
  38. Gregoire, J., van der Linden, M. Effect of age on forward and backward digit spans. Aging, Neuropsychology, and Cognition: A Journal on Normal and Dysfunctional Development. 4 (2), 140-149 (1997).
  39. Conway, A. R. A., Kane, M. J., Bunting, M. F., Hambrick, D. Z., Wilhelm, O., Engle, R. W. Working memory span tasks: A methodological review and user’s guide. Psychonomic Bulletin & Review. 12 (5), 769-786 (2005).
  40. Holdnack, J. A., Zhou, X., Larrabee, G. J., Millis, S. R., Salthouse, T. A. Confirmatory factor analysis of the WAIS-IV/WMS-IV. Assessment. 18, 178-191 (2011).
  41. Hill, B., Elliott, E., Shelton, J., Pella, R., O’Jile, J., Gouvier, W. Can we improve the clinical assessment of working memory? An evaluation of the WAIS-III using a working memory criterion construct. Journal of Clinical Experimental Neuropsychology. 32 (3), 315-323 (2011).
  42. Homack, S., Lee, D., Riccio, C. A. Test review: Delis-Kaplan Executive Function System. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 27 (5), 599-609 (2005).
  43. Benton, A. L., Hamsher, K. D. S., Rey, G. J., Sivan, A. B. . Multilingual aphasia examination. , (1994).
  44. Strauss, E., Sherman, E. M. S., Spreen, O. . A Compendium of Neuropsychological Tests: Administration, Norms, and Commentary 3rd ed. , 501-526 (2006).

Play Video

Cite This Article
Janowich, J., Mishra, J., Gazzaley, A. A Cognitive Paradigm to Investigate Interference in Working Memory by Distractions and Interruptions. J. Vis. Exp. (101), e52226, doi:10.3791/52226 (2015).

View Video