Contrôle cognitif et organisation fonctionnelle du cortex frontal

Contexte et justification de l’étude :

La performance humaine sur une tâche se détériore lorsqu’elle est exécutée en même temps qu’une autre tâche. Ce coût multitâche a été attribué à la concurrence pour les ressources informatiques ou biologiques partagées et il existe un débat considérable dans le domaine sur la nature spécifique de ces ressources putatives. Il est connu qu’une pratique approfondie du multitâche réduit, et parfois supprime, ces coûts. Ces gains liés à la pratique ont été attribués à des changements dans le traitement central, à une planification des tâches plus efficace ou à l'apprentissage de représentations de tâches spécialisées. Le cortex préfrontal humain est essentiel au contrôle cognitif flexible du comportement et participe à la représentation des tâches. Cependant, on ignore quel effet la pratique multitâche a sur les représentations des tâches préfrontales. Dans cette étude, nous comblerons directement une lacune dans nos connaissances en testant le lien entre les coûts multitâches et la géométrie des variétés neuronales représentant les entrées de tâches dans le PFC latéral.

Étudier le design:

Aperçu:

Cette étude est un essai contrôlé randomisé monocentrique conçu pour examiner l'effet de la pratique multitâche sur le comportement multitâche, la géométrie des représentations neuronales des tâches dans le cortex préfrontal latéral et la relation entre ces effets. Un total de 60 sujets sains sont prévus, 30 sujets étant randomisés dans chacun, le groupe de pratique multitâche (MPG) et le groupe de pratique à tâche unique (SPG). Des évaluations de base et finales du comportement multitâche et des représentations neuronales dans le PFC latéral avec IRMf seront menées dans tous les sujets.

Traitements d'étude :

Traitement pratique à tâche unique :

Le traitement pratique à tâche unique impliquera 3 séances de pratique au cours desquelles les sujets pratiqueront les tâches instruites dans des blocs de tâches individuels. Jusqu'à 48 blocs de pratique seront effectués. Les sujets recevront des commentaires à la fin de chaque bloc sur leur précision et leur rapidité de réponse et ils recevront un objectif d'amélioration.

Traitement pratique multitâche :

Le traitement pratique multitâche comprendra 3 séances de pratique au cours desquelles les sujets pratiqueront des tâches instruites dans le paradigme de la période psychologique réfractaire. Jusqu'à 48 blocs de pratique seront effectués. Les sujets recevront des commentaires à la fin de chaque bloc sur leur précision et leur rapidité de réponse et ils recevront un objectif d'amélioration.

Sélection du sujet :

Les sujets seront recrutés dans la communauté Providence. Les sujets seront examinés lors d'un appel téléphonique. Les critères d'inclusion incluent la droiterie, l'âge entre 18 et 35 ans et une vision normale ou corrigée à la normale. Les critères d'exclusion comprennent des antécédents de déficits psychiatriques ou neurologiques et des contre-indications à l'IRM. Les procédures de consentement seront menées en personne pendant la session d'étude 1 et le consentement continu sera périodiquement obtenu lors de toutes les visites d'étude en laboratoire.

Assignation aléatoire:

Jusqu'à 60 patients éligibles seront assignés au hasard aux groupes de traitement SPG ou MPG dans un rapport 1:1 en utilisant un générateur de nombres aléatoires codé dans MATLAB. Ni les expérimentateurs ni les sujets de l'étude ne seront aveugles à la mission.

Structure de l'étude :

Au total, 14 séances d'étude sont prévues pour chaque matière. La session d'étude 1 sera utilisée pour le consentement éclairé, la planification et la familiarisation avec les tâches d'étude. Les évaluations de base auront lieu pendant les sessions d'étude 2 à 5. Le traitement sera administré pendant les sessions d'étude 6 à 8 au cours desquelles les sujets recevront soit 3 séances de pratique multitâche (MPG) ou 3 séances de pratique monotâche (SPG). Les évaluations finales auront lieu au cours des sessions d'étude 9 à 12. Des descriptions détaillées de chaque session d'étude et de tous les paradigmes utilisés pour les mesures sont données ci-dessous.

Paradigmes comportementaux :

Tous les paradigmes de tâches comportementales seront implémentés à l'aide de Psychtoolbox 3 dans MATLAB ou dans JSPsych. Toutes les tâches impliquent de répondre à des objets visuels présentés sur un écran d'ordinateur en appuyant sur des touches d'un clavier ou sur une boîte de réponse. Les objets visuels varient selon 4 dimensions : forme (carré ou cercle), cercle (orange ou bleu), motif (en pointillés ou rayés) ou taille (petite ou grande). Avec l'objet visuel, un panneau de réponse composé des symboles @ et #. Les sujets seront initiés à trois tâches différentes : la tâche de forme, la tâche de couleur et la tâche de motif. Dans chaque tâche, ils effectueront une classification binaire de l'objet visuel en fonction de la fonctionnalité de la tâche concernée (par ex. colorier dans la tâche de couleur). Chaque classe binaire sera associée à l'une des deux catégories associées aux symboles @ et #. Les sujets sélectionneront ensuite la clé de réponse associée au symbole concerné. La position gauche-droite des deux symboles variera de manière aléatoire d'un essai à l'autre de telle sorte que la position soit la même que celle de l'essai précédent sur environ 50 % des essais, et chaque type d'essai soit associé à un nombre égal de symboles gauches. et les bonnes réponses.

Paradigme à tâche unique : dans le paradigme à tâche unique, les objets visuels seront présentés pendant 2,2 s maximum. Le délai de réponse est de 2,2s. L'intervalle entre les essais sera de 1 s. Les essais sont présentés sous forme de blocs à tâche unique avec 64 essais par bloc.

Paradigme de tâches mixtes : Dans le paradigme de tâches mixtes, les objets visuels seront présentés pendant 2,2 s maximum. Le délai de réponse est de 2,2s. L'intervalle entre les essais sera instable entre 2 et 10 secondes. Les essais de plusieurs types de tâches seront présentés dans le même bloc, avec un mot identifiant la tâche à effectuer lors de chaque essai.

Paradigme de la période réfractaire psychologique : dans le paradigme PRP, deux objets visuels seront présentés à chaque essai, l'un dans la moitié supérieure de l'écran et l'autre dans la moitié inférieure de l'écran. Les objets visuels seront présentés avec une synchronisation d'apparition du stimulus (SOA) variant entre 50 ms et 1,5 s. La durée de l'essai pourra aller jusqu'à 3 s. Le délai de réponse sera de 3 s pour répondre aux deux objets visuels. L'intervalle entre les essais sera soit de 1 s (blocs comportementaux), soit instable entre 2 et 10 secondes (blocs IRM). Les sujets seront invités à effectuer les tâches dans un ordre spécifique (par ex. Couleur, puis Forme), répondant au premier stimulus qui apparaît avec la règle associée à la première tâche de l'ordre et à l'objet qui apparaît en second. Au total, 3 ordres de tâches différents seront présentés aux sujets (par ex. Couleur -> Forme, Forme -> Couleur et Couleur -> Motif) et ces ordres seront contrebalancés entre les sujets de telle sorte que chaque tâche ait placé chaque rôle de manière égale dans chaque groupe de traitement. Toutes les commandes de tâches seront administrées pendant la ligne de base et la ligne finale.

Protocole IRM :

Chaque sujet sera soumis à des procédures d'IRM lors des visites d'étude 2, 3, 9 et 10. Chaque visite durera 2 heures au cours desquelles les sujets recevront d'abord des instructions de rappel sur les tâches comportementales avant de subir une IRM pendant 1 heure. Au cours de chaque séance d'analyse IRM d'une heure, les sujets seront d'abord examinés pour détecter la présence de métal, informés des procédures de sécurité et des exigences de minimisation des mouvements, puis placés sur la table d'analyse en décubitus dorsal. Leur tête sera stabilisée avec un rembourrage doux et leurs oreilles seront protégées du bruit MR avec des bouchons d'oreille. Les sujets verront un écran d'ordinateur à travers un miroir installé sur une scène et recevront deux boîtes de réponse pour effectuer les tâches et une sonnerie d'urgence pour communiquer avec les expérimentateurs et les radiologues en service. Ils subiront ensuite un scan MPRAGE à échos multiples (temps de répétition (TR) = 2530 ms, temps d'écho (TE) = 1,69, 3,55, 5,41 et 7,27 ms, angle de retournement = 7 degrés, 176 tranches sagittales, 1 × 1 × 1 mm voxels) pendant 6 minutes pendant lesquelles ils peuvent fermer les yeux. Suite à cela, les sujets subiront 5 à 10 séries d'imagerie écho planaire (TR = 1 000 ms, TE = 32,6 ms, angle de retournement = 64, SMS = 5, espacement d'écho 0,59, 65 tranches entrelacées avec une taille de voxel de 2,4 mm x 2,4 mm. x 2,4 mm), chacun d'une durée de 4 à 9 minutes, au cours desquelles ils effectueront plusieurs blocs soit du paradigme de tâches mixtes (jours 2 et 9), soit du paradigme PRP (jours 3 et 10).

Descriptions des sessions d'étude :

Séance d'étude 1 :

Au cours de la session d'étude 1, les sujets suivront le processus de consentement avec un assistant de recherche qualifié. Une fois le consentement éclairé fourni, les sujets recevront un aperçu de l'étude et ils seront initiés à la procédure de tâche de base et aux règles de couleur, de forme et de motif. Ils pratiqueront chaque tâche dans le paradigme de la tâche unique pendant 2 blocs chacun. Ensuite, ils seront initiés au paradigme PRP avec les ordres de tâches qui leur sont assignés, pour 6 blocs. A la fin de la séance, les sujets seront débriefés et rémunérés pour leur participation.

Séance d'étude 2 :

Au cours de la session d'étude 2, les sujets subiront des mesures de base avec le paradigme PRP avec les ordres de tâches qui leur sont assignés, pendant 12 blocs. A la fin de la séance, les sujets seront débriefés et rémunérés pour leur participation.

Séance d'étude 3 :

Au cours de la session d'étude 3, les sujets subiront des mesures de base avec le paradigme des tâches mixtes pendant 12 blocs. A la fin de la séance, les sujets seront débriefés et rémunérés pour leur participation.

Séance d'étude 4 :

Au cours de la session d'étude 4, les sujets subiront des mesures de base des représentations neuronales des tâches. Le protocole IRM sera administré avec le paradigme des tâches mixtes.

Séance d'étude 5 :

Au cours de la session d'étude 5, les sujets subiront des mesures de base des représentations neuronales des tâches. Le protocole IRM sera administré avec le paradigme PRP.

Séances d'étude 6-8 :

Les sujets recevront le traitement au cours de ces séances. Le groupe de traitement de pratique à tâche unique recevra 12 à 24 blocs de pratique avec le paradigme de tâche unique et ils recevront des commentaires sur leurs performances après chaque bloc ainsi que des objectifs d'amélioration. Le traitement pratique multitâche mettra en pratique l'un des trois ordres du paradigme PRP sur 12 à 24 blocs. Les sujets recevront un retour à la fin de chaque bloc sur leur précision et leur rapidité de réponse et ils recevront un objectif d'amélioration.

Séance d'étude 9 :

Au cours de la session d'étude 9, les sujets subiront des mesures finales avec le paradigme PRP avec les ordres de tâches qui leur sont assignés, pendant 12 blocs. A la fin de la séance, les sujets seront débriefés et rémunérés pour leur participation.

Séance d'étude 10 :

Au cours de la session d'étude 10, les sujets subiront des mesures finales avec le paradigme des tâches mixtes pendant 12 blocs. A la fin de la séance, les sujets seront débriefés et rémunérés pour leur participation.

Séance d'étude 11 :

Au cours de la session d'étude 11, les sujets subiront des mesures finales des représentations neuronales des tâches. Le protocole IRM sera administré avec le paradigme des tâches mixtes.

Séance d'étude 12 :

Au cours de la session d'étude 12, les sujets subiront des mesures finales des représentations neuronales des tâches. Le protocole IRM sera administré avec le paradigme PRP.