Summary

Un paradigma cognitivo per Indagare interferenze nella memoria di lavoro da distrazioni e interruzioni

Published: July 16, 2015
doi:

Summary

Un paradigma conoscitivo romanzo è stato sviluppato per chiarire correlati comportamentali e neurali di interferenza da parte di-essere-ignorati distrattori contro interferenze da interruttori a-essere-frequentato durante un compito di memoria di lavoro. In questo manoscritto, diverse varianti di questo paradigma sono dettagliate e dati ottenuti con questo paradigma in giovani / anziani partecipanti adulti è rivisto.

Abstract

Goal diretto comportamento è spesso compromessa da interferenze dall'ambiente esterno, sia sotto forma di distrazione da informazioni irrilevanti che si cerca di ignorare o interrompendo informazioni che richiede attenzione da parte di un altro (secondario) obiettivo compito. Entrambe le forme di interferenze esterne hanno dimostrato di influenzare negativamente la capacità di mantenere le informazioni nella memoria di lavoro (WM). Prove emergenti suggeriscono che questi diversi tipi di interferenze esterne esercitano effetti diversi sul comportamento e possono essere mediati da meccanismi neurali distinti. Meglio caratterizzare l'impatto neuro-comportamentale distinto di distrazioni irrilevanti contro le interruzioni frequentati è essenziale per far progredire la comprensione dei top-down attenzione, la risoluzione delle interferenze esterne, e di come queste abilità diventano degradata in un invecchiamento sano e in condizioni neuropsichiatriche. Questo manoscritto descrive un paradigma cognitivo romanzo sviluppato il laboratorio Gazzaley che haora stato modificato in diverse versioni distinte utilizzate per chiarire correlati comportamentali e neurali di interferenza, da distrattori rispetto interruttori to-be-partecipato a-essere-ignorato. I dettagli sono disponibili su varianti di questo paradigma per indagare le interferenze in modalità visiva e uditiva, a più livelli di complessità stimolo, e con tempismo sperimentale ottimizzato per elettroencefalografia (EEG) o la risonanza magnetica (fMRI) studi funzionali. Inoltre, i dati provenienti da giovani e meno giovani partecipanti adulti ottenuti con questo paradigma è rivisto e discusso nel contesto del suo rapporto con le letterature più ampie sulle interferenze esterne e neuro-comportamentali cambiamenti legati all'età nella risoluzione interferenze nella memoria di lavoro.

Introduction

Una vasta letteratura ha dimostrato un danno al mantenimento delle informazioni nella memoria (WM) di lavoro da interferenze dall'ambiente esterno 1-9. Interferenze esterne possono essere classificate in due tipi generali; interferenza da informazioni irrilevanti si intende ignorare: distrazione, e le informazioni di disturbo, che richiede attenzione da parte di un altro (secondario) obiettivo compito: interruzione. Gli studi che confrontano questi tipi di interferenza esterna usando un disegno entro partecipante consentono valutazione dell'impatto neuro-comportamentale del gol-focalizzato l'attenzione dall'alto verso il basso nella lavorazione e la risoluzione di interferenze esterne.

Recentemente, il laboratorio Gazzaley progettato un paradigma che agevola il confronto tra interruzioni "to-be-frequentato" e distrazioni 'a-essere-ignorati' che si verificano nel contesto di un compito di memoria di lavoro. Emergendo evidenza da questo paradigma suggerisce che questi diversi tipi di extinterferenza ernal avere effetti diversi sul comportamento e hanno distinti meccanismi neurali sottostanti 2-5,10,11. Questo paradigma ha rivelato differenze di trattamento interferenze esterne in normale invecchiamento 2,3,4,10,11; se invecchiamento deficit nel contesto di interferenza non sono sempre trovato 5; Essa ha anche illustri meccanismi di interferenza di distrattori rispetto interruttori con alto livello stimolazione visiva di volti e scene 2,3,4,12, a basso livello di movimento visivo di kinematograms punti 5,10,11, e di basso livello di movimento uditiva del frequenza spazza 5.

Interferenze esterne e invecchiamento

Interferenze esterne induce un impatto negativo sulla memoria di lavoro per tutta la durata della vita, anche se gli anziani presentano un impatto più negativo rispetto agli adulti più giovani 2,3,13-18. Gli anziani presentano anche diversi modelli di attività neurale rispetto alla pubblicità più giovaniULT quando si tenta di risolvere questa interferenza 3,4,17,21. Tuttavia, alcuni studi non trovano prova di tali comportamenti 5,19,20 o neurale 5 differenze legate all'età con interferenze.

È interessante notare che l'impatto dell'invecchiamento sulla risoluzione interferenze sembra differire da modalità sensoriale, anche se la questione rimane irrisolta attualmente. Visuale interferenza intrasensory è stato ampiamente dimostrato che mostra il declino relativo all'età (riassunti in una vasta revisione 22). Al contrario, molti esperimenti suggeriscono nessun deficit relativi all'età durante intra-sensoriale interferenza uditiva 19,22-25, mentre altri studi mostrano aumenti significativi legati all'età in distraibilità uditiva 19,22,26-32. Inoltre, la salienza di stimoli interferenti (congruente o incongruenti tra gli stimoli cue e sonda) 2, e la complessità stimolo (alto o basso carico di elaborazione) Hotel 5 possono interagire con interferenzalavorazione e le sue differenze tra obiettivi di attività e l'età.

Il paradigma qui descritta completa l'invecchiamento letteratura interferenza sondando i meccanismi dell'attenzione top-down (in forma di obiettivi di attività) e la risoluzione di stimoli interferenti esterni. Prove da versione visiva volto e scene di questo paradigma indica una interazione tra invecchiamento e tipo di interferenza, con gli anziani che dimostrano ancora maggiore vulnerabilità alle interruttori partecipato relativi a distrattori ignorati 3,4. Caratterizzare le differenze comportamentali e neurali tra questi tipi di interferenza sono importanti per capire come cognitive capacità di controllo cambiano con l'invecchiamento.

Perché gli adulti più anziani mostrano deficit esacerbate nel risolvere interruttori a-essere-frequentato? Sono gli anziani compromessa da un eccessivo trattamento di interruttori quando si sono presentati, o dall'incapacità di riattivare rappresentazioni dei s primari obiettivo rilevantetimuli dopo interruzioni, o dalla lavorazione prolungato di interruttori dopo che non sono più presenti o pertinenti 33? Per rispondere a queste domande, il design della attuale paradigma permette la comparazione di attività neurale in punti temporali, prima, durante e dopo i diversi tipi di interferenza. Ad esempio, mettendo a confronto l'attività neurale provocata dalla distrazione ignorati contro attività durante le interruzioni frequentati, si può verificare l'incidenza specifica di tipo top-down attenzione alla risoluzione di interferenze nella memoria di lavoro.

Diversi studi hanno attuato molteplici varianti di questo paradigma interferenza per comprendere i correlati neurali dei diversi tipi di interferenze esterne, sia in alta risoluzione spaziale e temporale utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e l'elettroencefalografia (EEG), rispettivamente. Questo paradigma è stato utilizzato anche per chiarire importanti differenze tra interferenza nei campi visivi e uditivi, Nonché l'impatto della complessità stimolo e congruenza su interferenze. Qui, le varianti paradigma sono descritte in dettaglio.

Protocol

Le seguenti procedure enumerano come eseguire questo paradigma cognitivo romanzo destinato a chiarire gli aspetti neuro-comportamentali di interferenze esterne sulla memoria di lavoro di riconoscimento ritardato, con variazioni ottimizzate per l'abbinamento con EEG e fMRI. Prima di iniziare la raccolta dei dati, completi tutti umani-partecipanti necessarie autorizzazioni di ricerca attraverso l'apposito Institutional Review Board e / o di soggetti umani comitato di revisione. 1. Prepar…

Representative Results

Questo paradigma interferenza ha permesso la generazione di risultati importanti per quanto riguarda l'impatto netto del comportamento e meccanismi neurali di distrazione e di interruzione sulla memoria di lavoro in giovani e meno giovani adulti (vedi Tabella 2 per direttissima). Comportamento. Comportamentale, in linea con la letteratura esistente, interruzione conferisce sempre un maggior impatto negativo contro la distrazione sul 2-5 presta…

Discussion

Un paradigma conoscitivo romanzo ha dimostrato l'efficacia nelle indagini interferenza memoria di lavoro da distrazioni e interruzioni. Questo paradigma e le sue diverse varianti, estendendone l'utilizzo attraverso modalità sensoriali, livelli di complessità di stimolo, e metodi di imaging, sono dettagliate.

Prima di iniziare l'esperimento, pre-schermo tutti i partecipanti al fine di garantire adeguate capacità cognitive e percettive. Per gli esperimenti che utilizzano stimoli…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Molte grazie a sviluppatori di questo paradigma, soprattutto Wesley Clapp, Anne Berry, Jyoti Mishra, Michael Rubens, e Theodore Zanto. Questo lavoro è stato sostenuto da NIH concedere 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