Control cognitivo y organización funcional de la corteza frontal

Antecedentes y fundamento del estudio:

El desempeño humano en una tarea se deteriora cuando se realiza al mismo tiempo que otra tarea. Este costo de multitarea se ha atribuido a la competencia por recursos computacionales o biológicos compartidos y existe un debate considerable en el campo sobre la naturaleza específica de estos supuestos recursos. Se sabe que una práctica extensiva de multitarea reduce y, en ocasiones, elimina estos costos. Estos avances relacionados con la práctica se han atribuido a cambios en el procesamiento central, una programación de tareas más eficiente o el aprendizaje de representaciones de tareas especializadas. La corteza prefrontal humana es fundamental para el control cognitivo flexible del comportamiento y participa en la representación de tareas. Sin embargo, aún se desconoce qué efecto tiene la práctica multitarea en las representaciones de tareas prefrontales. En este estudio, abordaremos directamente una brecha en nuestro conocimiento al probar el vínculo entre los costos de la multitarea y la geometría de las variedades neuronales que representan las entradas de las tareas en el PFC lateral.

Diseño del estudio:

Descripción general:

Este estudio es un ensayo controlado aleatorio de un solo centro diseñado para examinar el efecto de la práctica multitarea sobre el comportamiento multitarea, la geometría de las representaciones neuronales de las tareas en la corteza prefrontal lateral y la relación entre estos efectos. Se planifica un total de 60 sujetos sanos, 30 sujetos asignados al azar a cada uno, el grupo de práctica multitarea (MPG) y el grupo de práctica de tarea única (SPG). En todos los sujetos se realizarán evaluaciones iniciales y finales del comportamiento multitarea y representaciones neuronales en PFC lateral con resonancia magnética funcional.

Tratamientos de estudio:

Tratamiento de práctica de tarea única:

El tratamiento de práctica de una sola tarea incluirá 3 sesiones de práctica durante las cuales los sujetos practicarán las tareas indicadas en bloques de tareas individuales. Se realizarán hasta 48 bloques de prácticas. Los sujetos recibirán retroalimentación al final de cada bloque sobre su precisión y velocidad de respuesta y se les dará un objetivo de mejora.

Tratamiento de práctica multitarea:

El tratamiento de práctica multitarea implicará 3 sesiones de práctica durante las cuales los sujetos practicarán las tareas instruidas en el paradigma del período refractario psicológico. Se realizarán hasta 48 bloques de prácticas. Los sujetos recibirán retroalimentación al final de cada bloque sobre su precisión y velocidad de respuesta y se les dará un objetivo de mejora.

Selección de temas:

Los sujetos serán reclutados de la comunidad de Providence. Los sujetos serán evaluados mediante una llamada telefónica. Los criterios de inclusión incluyen ser diestro, tener entre 18 y 35 años y visión normal o corregida a normal. Los criterios de exclusión incluyen antecedentes de déficits psiquiátricos o neurológicos y contraindicaciones para la RM. Los procedimientos de consentimiento se llevarán a cabo en persona durante la Sesión de estudio 1 y el consentimiento continuo se obtendrá periódicamente durante todas las visitas del estudio al laboratorio.

Asignación aleatoria:

Se asignarán aleatoriamente hasta 60 pacientes elegibles a grupos de tratamiento SPG o MPG en una proporción de 1:1 mediante el uso de un generador de números aleatorios codificado en MATLAB. Ni los experimentadores ni los sujetos del estudio estarán cegados a la tarea.

Estructura del estudio:

Para cada materia están previstas un total de 14 sesiones de estudio. La sesión de estudio 1 se utilizará para el consentimiento informado, la programación y la familiarización con las tareas del estudio. Las evaluaciones de referencia se llevarán a cabo durante las sesiones de estudio 2 a 5. El tratamiento se administrará durante las sesiones de estudio 6 a 8 durante las cuales los sujetos recibirán 3 sesiones de práctica multitarea (MPG) o 3 sesiones de práctica de tarea única (SPG). Las evaluaciones finales se llevarán a cabo durante las sesiones de estudio 9 a 12. A continuación se proporcionan descripciones detalladas de cada sesión de estudio y todos los paradigmas utilizados para las mediciones.

Paradigmas conductuales:

Todos los paradigmas de tareas conductuales se implementarán utilizando Psychtoolbox 3 en MATLAB o en JSPsych. Todas las tareas implican responder a objetos visuales presentados en la pantalla de una computadora presionando teclas, ya sea en un teclado o en un cuadro de respuesta. Los objetos visuales variarán en 4 dimensiones: forma (cuadrado o círculo), círculo (naranja o azul), patrón (punteado o rayado) o tamaño (pequeño o grande). Junto con el objeto visual, un panel de respuesta que consta de los símbolos @ y #. A los sujetos se les presentarán tres tareas diferentes: la tarea de forma, la tarea de color y la tarea de patrón. En cada tarea, realizarán una clasificación binaria del objeto visual basándose en la característica relevante de la tarea (p. ej. color en la tarea de color). Cada clase binaria se asociará con una de las dos categorías asociadas con los símbolos @ y #. Luego, los sujetos seleccionarán la clave de respuesta asociada con el símbolo relevante. La posición izquierda-derecha de los dos símbolos variará aleatoriamente de una prueba a otra, de modo que la posición sea la misma que la prueba anterior en aproximadamente el 50% de las pruebas, y cada tipo de prueba se asocie con un número igual de símbolos izquierdos. y respuestas correctas.

Paradigma de tarea única: en el paradigma de tarea única, los objetos visuales se presentarán durante hasta 2,2 s. El plazo de respuesta es de 2,2 s. El intervalo entre pruebas será de 1 s. Las pruebas se presentan en bloques puros de una sola tarea con 64 pruebas por bloque.

Paradigma de tareas mixtas: en el paradigma de tareas mixtas, los objetos visuales se presentarán durante hasta 2,2 s. El plazo de respuesta es de 2,2 s. El intervalo entre pruebas variará entre 2 y 10 segundos. Se presentarán pruebas de múltiples tipos de tareas en el mismo bloque, con una palabra clave que identifica la tarea que se realizará en cada prueba.

Paradigma del período refractario psicológico: en el paradigma PRP, se presentarán dos objetos visuales en cada prueba, uno en la mitad superior de la pantalla y el otro en la mitad inferior de la pantalla. Los objetos visuales se presentarán con una sincronía de inicio de estímulo (SOA) que varía entre 50 ms y 1,5 s. La duración de la prueba será de hasta 3 s. El plazo de respuesta será de 3 s para responder a ambos objetos visuales. El intervalo entre pruebas será de 1 s (bloques de comportamiento) o oscilará entre 2 y 10 segundos (bloques de resonancia magnética). Se indicará a los sujetos que realicen las tareas en un orden específico (p. ej. Color, luego Forma), respondiendo al primer estímulo que aparece con la regla asociada a la primera tarea del orden y al objeto que aparece en segundo lugar. Se presentarán a los sujetos un total de 3 órdenes de tareas diferentes (p. ej. Color -> Forma, Forma -> Color y Color -> Patrón) y estos órdenes se contrarrestarán entre los sujetos de modo que cada tarea haya colocado todos los roles por igual en cada grupo de tratamiento. Todas las órdenes de tareas se administrarán tanto durante la línea de base como durante la línea final.

Protocolo de resonancia magnética:

Cada sujeto se someterá a procedimientos de resonancia magnética durante las Visitas de estudio 2, 3, 9 y 10. Cada visita durará 2 horas durante las cuales los sujetos primero recibirán instrucciones de actualización sobre las tareas de comportamiento antes de someterse a una resonancia magnética durante 1 hora. Durante cada sesión de exploración de resonancia magnética de 1 hora, primero se examinará a los sujetos para detectar metales, se les informará sobre los procedimientos de seguridad y requisitos de minimización de movimiento y luego se los colocará en la mesa de exploración en posición supina. Su cabeza se estabilizará con un acolchado suave y sus oídos estarán protegidos del ruido de resonancia magnética con tapones para los oídos. Los sujetos verán una pantalla de computadora a través de un espejo instalado en un escenario y se les proporcionarán dos cajas de respuesta para realizar las tareas y un timbre de emergencia para comunicarse con los experimentadores y radiólogos de turno. Luego se someterán a una exploración MPRAGE de ecos múltiples (tiempo de repetición (TR) = 2530 ms, tiempos de eco (TE) = 1,69, 3,55, 5,41 y 7,27 ms, ángulo de giro = 7 grados, 176 cortes sagitales, 1 × 1 × 1 mm vóxeles) durante 6 minutos durante los cuales pueden cerrar los ojos. Después de esto, los sujetos se someterán a 5-10 ejecuciones de Echo Planar Imaging (TR = 1000 ms, TE = 32,6 ms, ángulo de giro = 64, SMS = 5, espaciado de eco 0,59, 65 cortes intercalados con un tamaño de vóxel de 2,4 mm x 2,4 mm x 2,4 mm), cada uno con una duración de entre 4 y 9 minutos, durante los cuales realizarán múltiples bloques del paradigma de tareas mixtas (días 2 y 9) o del paradigma PRP (días 3 y 10).

Descripciones de las sesiones de estudio:

Sesión de estudio 1:

Durante la sesión de estudio 1, los sujetos pasarán por el proceso de consentimiento con un asistente de investigación capacitado. Después de brindar el consentimiento informado, a los sujetos se les brindará una descripción general del estudio y se les presentará el procedimiento básico de la tarea y las reglas de color, forma y patrón. Practicarán cada tarea en el paradigma de tarea única durante 2 bloques cada uno. Después de esto, se les presentará el paradigma PRP con sus órdenes de tareas asignadas, durante 6 bloques. Al final de la sesión, los sujetos serán informados y remunerados por su participación.

Sesión de estudio 2:

Durante la sesión de estudio 2, los sujetos se someterán a mediciones de referencia con el paradigma PRP con sus órdenes de tareas asignadas, durante 12 bloques. Al final de la sesión, los sujetos serán informados y remunerados por su participación.

Sesión de estudio 3:

Durante la sesión de estudio 3, los sujetos se someterán a mediciones iniciales con el paradigma de tareas mixtas durante 12 bloques. Al final de la sesión, los sujetos serán informados y remunerados por su participación.

Sesión de estudio 4:

Durante la sesión de estudio 4, los sujetos se someterán a mediciones de referencia de las representaciones neuronales de las tareas. El protocolo de resonancia magnética se administrará con el paradigma de tareas mixtas.

Sesión de estudio 5:

Durante la sesión de estudio 5, los sujetos se someterán a mediciones de referencia de las representaciones neuronales de las tareas. El protocolo de resonancia magnética se administrará con el paradigma PRP.

Sesiones de estudio 6-8:

A los sujetos se les administrará el tratamiento durante estas sesiones. El grupo de tratamiento de práctica de tarea única recibirá de 12 a 24 bloques de práctica con el paradigma de tarea única y se les proporcionará retroalimentación sobre su desempeño después de cada bloque junto con objetivos de mejora. El tratamiento de práctica de tareas múltiples practicará uno de los tres órdenes en el paradigma PRP en 12 a 24 bloques. Los sujetos recibirán retroalimentación al final de cada bloque sobre su precisión y velocidad de respuesta y se les dará un objetivo de mejora.

Sesión de estudio 9:

Durante la sesión de estudio 9, los sujetos se someterán a mediciones finales con el paradigma PRP con sus órdenes de tareas asignadas, durante 12 bloques. Al final de la sesión, los sujetos serán informados y remunerados por su participación.

Sesión de estudio 10:

Durante la sesión de estudio 10, los sujetos se someterán a mediciones finales con el paradigma de tareas mixtas durante 12 bloques. Al final de la sesión, los sujetos serán informados y remunerados por su participación.

Sesión de estudio 11:

Durante la sesión de estudio 11, los sujetos se someterán a mediciones finales de las representaciones neuronales de las tareas. El protocolo de resonancia magnética se administrará con el paradigma de tareas mixtas.

Sesión de estudio 12:

Durante la sesión de estudio 12, los sujetos se someterán a mediciones finales de las representaciones neuronales de las tareas. El protocolo de resonancia magnética se administrará con el paradigma PRP.