שימוש שוויון מודל הגזע לכמת התנהגות מרובת חושים השפעות אינטגרציה
Summary
המחקר הנוכחי נועד לספק הדרכה צעד אחר צעד לחישוב היקף של השפעות שילוב רב חושי במאמץ להקל על ייצור לימודי המחקר הטרנסלבותית על פני אוכלוסיות קליניות מגוונות.
Abstract
מחקר שילוב רב חושי חוקר כיצד המוח מעבד מידע חושי סימולטני. מחקר על בעלי חיים (בעיקר חתולים ופרימטים) ובני אדם חושפים כי שילוב רב חושי הוא חיוני לתפקוד בעולם האמיתי, כולל פעילות קוגניטיבית וגופנית. רוב המחקרים שנערכו בעשורים האחרונים מסמכים השפעות אינטגרציה רב חושית תוך שימוש בטכניקות פסיכופיסיים, אלקטרופיזיולוגיות ושיטות דימות מגוונות. בעוד שהנוכחות שלו דווחה, השיטות המשמשות לקביעת הגודל של אפקטי אינטגרציה רב-חושיים משתנה ובדרך כלל מופנות לביקורת רבה. באופן הבא, מגבלות של מחקרים התנהגותיים קודמים מתוארים והדרכה צעד אחר צעד לחישוב הגודל של אפקטי שילוב רב חושי באמצעות מודלים הסתברות חזקה מסופק.
Introduction
אינטראקציות בין מערכות חישה חיוניות לפונקציות יומיומיות. בעוד השפעות שילוב רב חושי נמדדות על פני מגוון רחב של אוכלוסיות באמצעות שילובי חושים מגוונים וגישות שונות של מדעי המוח (כולל אך לא רק הפסיכופיסיים, אלקטרופיזיולוגיה ודימות מוחי. מתודולוגיות]1,2,3,4,5,6,7,8,9, כיום תקן זהב ל כימות שילוב רב חושי חסר. בהתחשב בעובדה שניסויים רב חושיים מכילים בדרך כלל רכיב התנהגותי, נתוני זמן תגובה (RT) נבדקים לעתים קרובות כדי לקבוע את קיומה של תופעה ידועה הנקראת אפקט אותות יתירים10. כפי ששמה מרמז, אותות חישה סימולטני מספקים מידע מיותר, אשר בדרך כלל להניב RTs מהירה יותר. מודלים מירוץ ושיתוף הפעלה משמשים כדי להסביר את האפקט המוזכר לעיל האותות העודפים11. תחת מודלים גזע, האות הunisensory כי הוא מעובד המהיר ביותר הוא הזוכה של המירוץ והוא אחראי על הפקת התגובה התנהגותית. עם זאת, ראיות להפעלה שיתוף מתרחשת כאשר תגובות גירויים רב-חושי הם מהירים יותר מאשר מודלים גזע לחזות.
גרסאות קודמות של מודל הגזע הם שנויים במחלוקת12,13 כפי שהם התייחסו על ידי כמה שמרני יותר מדי14,15 ולדוגמה מכילים מגבלות על העצמאות בין זמני הזיהוי הunisensory של המרכיבים הטבועים במצב רב-חושי16. במאמץ לטפל בכמה ממגבלות אלה, הקולוניאלים & Diederich16 פיתח מבחן מודל קונבנציונאלי יותר מירוץ:
,
כאשר תדרי ההפצה המצטברים (CDFs) של התנאים הunisensory (למשל, A & B; עם מגבלה עליונה של אחד) מושווים ל-CDFS של המצב הרב חושי (למשל, AB) עבור כל השהיה נתונה (t)11, מיכל בן 16 , 17. באופן כללי, cdf קובע באיזו תדירות מתרחשת RT, בתוך טווח נתון של RTs, מחולקת במספר הכולל של מצגות גירוי (כלומר, מבחנים). אם ה-CDF של תנאי 
רב-חושי בפועל קטן או שווה ל-cdf החזוי שנגזר מהתנאים הunisensory
,
אז מודל המרוץ מתקבל ואין ראיות לאינטגרציה חושית. עם זאת, כאשר ה-CDF הרב-חושי גדול יותר מ-CDF החזוי שנגזר מהתנאים הunisensory, מודל המרוץ נדחה. דחיית מודל הגזע מציין כי אינטראקציות רב חושית ממקורות חושים יתירים לשלב באופן לא ליניארי, והתוצאה היא האצת של RTs (למשל, הנחיה RT) לגירויים רב חושי.
אחת המשוכה העיקרית הפנים חוקרים רב חושי הוא כיצד הטוב ביותר לכמת השפעות שילוב. למשל, במקרה של הפרדיגמה הבסיסית ביותר התנהגותית מרובת חושים, שבו המשתתפים מתבקשים לבצע משימה פשוטה זמן תגובה, מידע לגבי דיוק ומהירות נאסף. ניתן להשתמש בנתונים רב-חושיים כאלה בערך הפנים או מניפולציות באמצעות יישומים מתמטיים שונים, לרבות אך לא רק להערכת סבירות מקסימלית18,19, cdfs11, ושונות סטטיסטיות אחרות גישות. רוב המחקרים הקודמים שלנו, המועסקים בגישות כמותיים ובעלי יכולת השפעה, כאשר השפעות אינטגרטיבי מרובה חושים חושבו על ידי 1) הפחתת זמן התגובה הממוצע (RT) לאירוע רב חושי מזמן התגובה הממוצע ( RT) לאירוע unisensory הקצר ביותר, ו-2) על ידי העסקת cdfs כדי לקבוע אם הנחיה ההנחיה הביאה מאינטראקציות סינגיסטיות שנוצרו באמצעות מידע חושי מיותר8,20,21, מיכל בן 22 , 23. עם זאת, המתודולוגיה הקודמת הייתה ככל הנראה לא רגישה להבדלים הבודדים בתהליכים האינטגרטיבית והחוקרים הפוזיטיביים כי המתודולוגיה המאוחרת (דהיינו, cdfs) עשויה לספק פרוקסי טוב יותר לכימות רב-חושי אפקטים אינטגרטיבית24.
גונדן ו Minakata לאחרונה פרסמה הדרכה על איך לבדוק במדויק את שוויון מודל הגזע (RMI) מאז החוקרים כל לעתים קרובות מדי לעשות שגיאות אינספור במהלך רכישת ועיבוד טרום בשלבים של נתוני RT איסוף והכנה25. ראשית, המחברים ורכבותן כי הוא שלילי להחיל הליכי קיצוץ נתונים שבו מסוימים מגבלות RT מינימום ומקסימום מוגדר. הם ממליצים שתגובות איטיות ומושמטות יהיו מוגדרות לאינסוף ולא ייכללו. שנית, בהתחשב בעובדה RMI יכול להיות מופר בכל השהיה, מספר t-בדיקות משמשות לעתים קרובות כדי לבדוק את RMI בנקודות זמן שונות (כלומר, כימות); למרבה הצער, המנהג הזה מוביל את השגיאה סוג מוגבר אני ומופחתת באופן משמעותי כוח סטטיסטי. כדי להימנע מבעיות אלה, מומלץ לבדוק את RMI בטווח זמן ספציפי אחד. כמה חוקרים הציעו כי זה הגיוני לבדוק את הרביעון המהיר ביותר של תגובות (0-25%) או כמה חלונות מזוהים מראש (כלומר, 10-25%)24,27 כמו אפקטי שילוב רב חושית נצפו בדרך כלל במהלך מרווח זמן זה; עם זאת, אנו טוענים כי טווח האחוזון שיש לבדוק חייב להיות מוכתב על-ידי ערכת הנתונים בפועל (ראה פרוטוקול 5). הבעיה בהסתמך על נתונים שפורסמו ממבוגרים צעירים או סימולציות מחשב היא שמבוגרים מבוגרים יותר מופיעים הפצות RT שונות מאוד, כנראה עקב ירידות גיל הקשורות במערכות חישה. מודל הגזע בדיקות מובהקות צריך להיבדק רק על חלקים הפר (ערכים חיוביים) של קבוצה-ההבדל הממוצע גל בין CDFs בפועל וחזויים מתוך המחקר.
למטרה זו, הוכח השפעה מגוננת על שילוב רב חושי אצל מבוגרים בוגרים בריאים באמצעות המבחן המקובל במודל הגזע16 והעקרונות שנקבעו על ידי גונדן ועמיתיו25 הפגינו. למעשה, בסדר גודל גדול יותר של ויזואלית-המגע rmi (פרוקסי עבור אינטגרציה מרובת חושים) נמצאה קשורה לשיפור ביצועים טובים יותר, הסתברות נמוכה יותר של האירוע נופל והגביר ביצועי הילוך מרחבית28,29.
מטרת הניסוי הנוכחי היא לספק לחוקרים הדרכה צעד אחר צעד כדי לחשב את הסדר הגודל של אפקטי אינטגרציה רב חושית באמצעות RMI, כדי להקל על ייצור מוגבר של לימודי מחקר טרנסלטיתיות מגוונות ברחבי אוכלוסיות קליניות רבות ושונות. שימו לב כי הנתונים המוצגים במחקר הנוכחי הם מניסויים חזותיים שפורסמו לאחרונה שנערכו על מבוגרים בריאים בוגרים28,29, אבל מתודולוגיה זו יכולה להיות מוחלת על מתודולוגיות שונות על פני רבים שונים עיצובים ניסיוניים, ניצול מערך רחב של צירופים רב חושיים.
Protocol
Representative Results
Discussion
מטרת המחקר הנוכחי היתה לפרט את התהליך מאחורי הקמתה של עמיד בפני שילוב רב חושי פנוטיפים. כאן, אנו מספקים את הצעדים הדרושים וקריטיים הדרושים כדי לרכוש אפקטים רב חושית שילוב שניתן לעשות שימוש כדי לנבא קוגניטיבי חשוב ותוצאות מוטוריות להסתמך על מעגלים עצביים דומים. המטרה הכוללת שלנו היתה לספק …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
הגוף הנוכחי של העבודה נתמך על ידי המכון הלאומי על הזדקנות במכון הלאומי לבריאות (K01AG049813 כדי JRM). מימון משלים סופק על ידי מרכז רזניק גרונטולוגיה של מכללת אלברט איינשטיין לרפואה. תודות מיוחדות לכל המתנדבים וצוות המחקר לתמיכה יוצאת דופן בפרויקט.
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).
