Kognitivní kontrola a funkční organizace frontálního kortexu

Pozadí a zdůvodnění studie:

Lidský výkon na úkolu se zhoršuje, když je vykonáván souběžně s jiným úkolem. Tato multitaskingová cena byla přičítána konkurenci o sdílené výpočetní nebo biologické zdroje a v této oblasti probíhá značná debata o specifické povaze těchto domnělých zdrojů. Je známo, že rozsáhlá praxe multitaskingu tyto náklady snižuje a někdy i ruší. Tyto zisky související s praxí byly připisovány změnám v centrálním zpracování, efektivnějšímu plánování úkolů nebo učení se reprezentací specializovaných úkolů. Lidská prefrontální kůra je rozhodující pro flexibilní kognitivní kontrolu chování a podílí se na zastupování úkolů. Zůstává však neznámé, jaký vliv má praxe multitaskingu na reprezentace prefrontálních úkolů. V této studii budeme přímo řešit mezeru v našich znalostech testováním spojení mezi náklady na multitasking a geometrií neuronových variet představujících vstupy úloh v laterálním PFC.

Studovat design:

Přehled:

Tato studie je jednocentrová, randomizovaná kontrolovaná studie navržená ke zkoumání vlivu multitaskingové praxe na multitaskingové chování, geometrii nervových reprezentací úkolů v laterální prefrontální kůře a vztah mezi těmito účinky. Celkem je plánováno 60 zdravých subjektů, 30 subjektů je náhodně rozděleno do každého, do víceúlohové cvičné skupiny (MPG) a do cvičné skupiny s jedním úkolem (SPG). Základní a koncová hodnocení multitaskingového chování a neurálních reprezentací v laterální PFC s fMRI budou provedena u všech subjektů.

Studijní léčba:

Praktické ošetření jednoho úkolu:

Jednoúkolové procvičování bude zahrnovat 3 cvičení, během kterých si subjekty procvičí zadané úkoly v jednotlivých úkolových blocích. Provedeno bude až 48 bloků cvičení. Subjektům bude na konci každého bloku poskytnuta zpětná vazba o jejich přesnosti a rychlosti reakce a bude jim přidělen cíl zlepšení.

Víceúkolové praktické ošetření:

Praktická léčba s více úkoly bude zahrnovat 3 sezení praxe, během kterých si subjekty procvičí zadané úkoly v paradigmatu psychologické refrakterní periody. Provedeno bude až 48 bloků cvičení. Subjektům bude na konci každého bloku poskytnuta zpětná vazba o jejich přesnosti a rychlosti reakce a bude jim přidělen cíl zlepšení.

Výběr předmětu:

Subjekty budou rekrutovány z komunity Providence. Předměty budou prověřeny po telefonickém hovoru. Kritéria pro zařazení zahrnují pravák, věk mezi 18 a 35 lety a normální nebo korigované vidění do normálu. Kritéria pro vyloučení zahrnují anamnézu psychiatrických nebo neurologických deficitů a kontraindikace MR. Postupy udělování souhlasu budou prováděny osobně během studijního sezení 1 a pokračující souhlas bude pravidelně získáván během všech návštěv v laboratoři.

Náhodné přiřazení:

Až 60 vhodných pacientů bude náhodně rozděleno do léčebných skupin SPG nebo MPG v poměru 1:1 pomocí generátoru náhodných čísel kódovaného v MATLABu. Ani experimentátoři, ani studované subjekty nebudou vůči zadání zaslepeni.

Struktura studia:

Pro každý předmět je naplánováno celkem 14 studijních sezení. Studijní blok 1 bude sloužit pro informovaný souhlas, plánování a seznámení se studijními úkoly. Základní vyhodnocení bude probíhat během studijních sezení 2 až 5. Léčba bude podávána během studijních sezení 6 až 8, během kterých subjekty absolvují buď 3 sezení víceúkolové praxe (MPG) nebo 3 sezení jednoúkolové praxe (SPG). Koncová hodnocení budou probíhat během relací studie 9 až 12. Podrobný popis každé relace studie a všechna paradigmata použitá pro měření jsou uvedena níže.

Behaviorální paradigmata:

Všechna paradigmata úloh chování budou implementována pomocí Psychtoolbox 3 v MATLABu nebo v JSPsych. Všechny úkoly zahrnují reakci na vizuální objekty prezentované na obrazovce počítače stisknutím kláves buď na klávesnici nebo na poli odpovědí. Vizuální objekty se budou lišit ve 4 rozměrech – tvar (čtverec nebo kruh), kruh (oranžový nebo modrý), vzor (tečkovaný nebo pruhovaný) nebo velikost (malý nebo velký). Spolu s vizuálním objektem panel odpovědí sestávající ze symbolů @ a #. Subjekty se seznámí se třemi různými úkoly: úkol s tvarem, úkol s barvou a úkol se vzorem. V každé úloze vytvoří binární klasifikaci vizuálního objektu na základě příslušné funkce úlohy (např. barva v barevné úloze). Každá binární třída bude spojena s jednou ze dvou kategorií spojených se symboly @ a #. Subjekty poté vyberou klíč odpovědi spojený s příslušným symbolem. Levo-pravá poloha dvou symbolů se bude náhodně měnit od pokusu k pokusu tak, aby poloha byla stejná jako u předchozího pokusu u přibližně 50 % pokusů a každý typ pokusu byl spojen se stejným počtem levých a správné odpovědi.

Paradigma jedné úlohy: V paradigmatu jediné úlohy budou vizuální objekty prezentovány po dobu až 2,2 s. Termín odpovědí je 2,2 s. Interval mezi zkouškami bude 1 s. Zkoušky jsou prezentovány v čistě jednoúkolových blocích se 64 pokusy na blok.

Paradigma smíšených úloh: V paradigmatu smíšených úloh budou vizuální objekty prezentovány po dobu až 2,2 s. Lhůta pro odpověď je 2,2 s. Interval mezi zkouškami bude kolísat mezi 2 a 10 sekundami. Zkoušky více typů úloh budou prezentovány ve stejném bloku se slovní nápovědou identifikující úlohu, která má být provedena u každé zkoušky.

Paradigma psychologického refrakterního období: V paradigmatu PRP budou v každém testu prezentovány dva vizuální objekty, jeden v horní polovině obrazovky a druhý ve spodní polovině obrazovky. Vizuální objekty budou prezentovány se synchronizací nástupu podnětu (SOA) v rozmezí 50 ms až 1,5 s. Délka zkoušky bude až 3 s. Lhůta pro odpověď bude 3 s pro odpověď na oba vizuální objekty. Interval mezi zkouškami bude buď 1 s (behaviorální bloky) nebo kolísaný mezi 2 a 10 sekundami (bloky MRI). Subjekty budou instruovány k provádění úkolů v určitém pořadí (např. Barva, poté Tvar), reagující na první podnět, který se objeví s pravidlem spojeným s prvním úkolem v pořadí, a na objekt, který se objeví jako druhý. Předmětům budou předloženy celkem 3 různé objednávky úkolů (např. Barva -> Tvar, Tvar -> Barva a Barva -> Vzor) a tyto objednávky budou vyváženy napříč subjekty tak, aby každý úkol umístil každou roli stejně do každé léčebné skupiny. Všechny objednávky úkolů budou spravovány během základního i konečného stavu.

Protokol MRI:

Každý subjekt podstoupí postupy MRI během studijních návštěv 2, 3, 9 a 10. Každá návštěva bude trvat 2 hodiny, během kterých bude subjektům nejprve poskytnuta opakovací instruktáž o behaviorálních úkolech, než podstoupí MRI po dobu 1 hodiny. Během každé 1h skenování MRI budou subjekty nejprve vyšetřeny na přítomnost kovu, budou informovány o bezpečnostních postupech a požadavcích na minimalizaci pohybu a poté budou umístěny na skenovací stůl v poloze na zádech. Jejich hlava bude stabilizována měkkým polstrováním a jejich uši budou chráněny před hlukem MR špunty do uší. Subjekty budou sledovat obrazovku počítače přes zrcadlo instalované na náhlavní scéně a budou vybaveny dvěma reakčními boxy pro provádění úkolů a nouzovým bzučákem pro komunikaci s experimentátory a radiografy ve službě. Poté podstoupí vícenásobné echo MPRAGE skenování (doba opakování (TR) = 2530 ms, časy ozvěny (TE) = 1,69, 3,55, 5,41 a 7,27 ms, úhel převrácení = 7 stupňů, 176 sagitálních řezů, 1 × 1 × 1 mm voxely) po dobu 6 minut, během kterých mohou zavřít oči. Poté subjekty podstoupí 5-10 běhů Echo Planar Imaging (TR = 1000 ms, TE = 32,6 ms, úhel převrácení = 64, SMS = 5, Echo spacing 0,59, 65 prokládaných řezů s velikostí voxelu 2,4 mm x 2,4 mm x 2,4 mm), z nichž každý trvá 4 až 9 minut, během kterých provedou několik bloků buď paradigmatu smíšených úloh (2. a 9. den) nebo paradigmatu PRP (3. a 10. den).

Popis studijního sezení:

Studijní blok 1:

Během studijního sezení 1 projdou subjekty schvalovacím procesem s vyškoleným výzkumným asistentem. Po poskytnutí informovaného souhlasu bude subjektům poskytnut přehled studie a bude jim představen základní postup zadání a pravidla barev, tvarů a vzorů. Procvičí každý úkol v paradigmatu jednoho úkolu po 2 blocích. Poté budou seznámeni s paradigmatem PRP s přiřazenými zakázkami pro 6 bloků. Na konci sezení budou účastníci seznámeni a budou odměněni za jejich účast.

Studijní blok 2:

Během studijního sezení 2 podstoupí subjekty základní měření s paradigmatem PRP s přiřazeným pořadím úkolů po 12 bloků. Na konci sezení budou účastníci seznámeni a budou odměněni za jejich účast.

Studijní blok 3:

Během studijního sezení 3 podstoupí subjekty základní měření s paradigmatem smíšených úloh pro 12 bloků. Na konci sezení budou účastníci seznámeni a budou odměněni za jejich účast.

Studijní blok 4:

Během studijního sezení 4 podstoupí subjekty základní měření nervových reprezentací úkolů. Protokol MRI bude spravován s paradigmatem smíšených úloh.

Studijní blok 5:

Během studijního sezení 5 podstoupí subjekty základní měření nervových reprezentací úkolů. Protokol MRI bude podáván s paradigmatem PRP.

Studijní sezení 6-8:

Subjektům bude podávána léčba během těchto sezení. Léčebná skupina pro cvičení s jedním úkolem obdrží 12–24 bloků cvičení s paradigmatem jednoho úkolu a po každém bloku jim bude poskytnuta zpětná vazba o jejich výkonu spolu s cíli pro zlepšení. Víceúkolová praxe bude procvičovat jeden ze tří řádů v paradigmatu PRP ve 12-24 blocích. Subjektům bude na konci každého bloku poskytnuta zpětná vazba o jejich přesnosti a rychlosti reakce a bude jim dán cíl zlepšení.

Studijní blok 9:

Během studijního sezení 9 podstoupí subjekty měření na koncové linii s paradigmatem PRP s přiřazeným pořadím úkolů po 12 bloků. Na konci sezení budou účastníci seznámeni a budou odměněni za jejich účast.

Studijní blok 10:

Během 10. relace studie podstoupí subjekty měření na konci s paradigmatem smíšených úloh po 12 bloků. Na konci sezení budou účastníci seznámeni a budou odměněni za jejich účast.

Studijní blok 11:

Během studijního sezení 11 budou subjekty podrobeny konečným měřením nervových reprezentací úkolů. Protokol MRI bude spravován s paradigmatem smíšených úloh.

Studijní blok 12:

Během studijního sezení 12 budou subjekty podrobeny konečným měřením nervových reprezentací úkolů. Protokol MRI bude podáván s paradigmatem PRP.