認知制御と前頭葉の機能組織

背景と研究理論的根拠:

人間のタスクに対するパフォーマンスは、別のタスクと同時に実行すると低下します。 このマルチタスクのコストは、共有の計算リソースや生物学的リソースをめぐる競争に起因すると考えられており、これらの推定リソースの具体的な性質については、この分野でかなりの議論が行われています。 マルチタスクを徹底的に実践すると、これらのコストが削減され、場合によっては廃止されることが知られています。 これらの実践関連の向上は、中央処理の変更、より効率的なタスク スケジューリング、または特殊なタスク表現の学習に起因するとされています。 人間の前頭前皮質は、行動の柔軟な認知制御に重要であり、タスクの表現に関与しています。 ただし、マルチタスクの練習が前頭前野のタスク表現にどのような影響を与えるかは不明のままです。 この研究では、マルチタスクのコストとラテラル PFC のタスク入力を表すニューラル多様体の幾何学的形状との間の関連性をテストすることで、知識のギャップに直接対処します。

研究デザイン:

概要：

この研究は、マルチタスク行動に対するマルチタスク練習の効果、外側前頭前野におけるタスクの神経表現の幾何学的形状、およびこれらの効果間の関係を調べることを目的とした単一施設のランダム化対照試験である。 合計 60 人の健康な被験者が計画されており、30 人の被験者がマルチタスク練習グループ (MPG) とシングルタスク練習グループ (SPG) のそれぞれにランダムに割り当てられます。 fMRIを用いた側方PFCにおけるマルチタスク行動と神経表現のベースラインとエンドラインの評価は、すべての被験者で実施されます。

研究治療:

シングルタスクの練習治療:

単一タスクの練習治療には、被験者が個々のタスク ブロックで指示されたタスクを練習する 3 セッションの練習が含まれます。 最大48ブロックの練習が行われます。 被験者には各ブロックの最後に応答の正確さと速度に関するフィードバックが与えられ、改善目標が与えられます。

マルチタスクの練習治療:

マルチタスク練習治療には、被験者が心理的不応期パラダイムで指示されたタスクを練習する 3 セッションの練習が含まれます。 最大48ブロックの練習が行われます。 被験者には各ブロックの最後に応答の正確さと速度に関するフィードバックが与えられ、改善目標が与えられます。

主題の選択:

被験者はプロビデンスコミュニティから募集されます。 被験者は電話でスクリーニングされます。 参加基準には、右利きであること、18 ～ 35 歳の年齢、正常または正常に矯正された視力が含まれます。 除外基準には、精神障害または神経障害の病歴および MR の禁忌が含まれます。 同意手順は研究セッション 1 中に直接行われ、継続的な同意はすべての研究室訪問中に定期的に取得されます。

ランダム割当：

MATLAB でコーディングされた乱数発生器を使用して、最大 60 人の適格な患者が 1:1 の比率で SPG または MPG 治療グループにランダムに割り当てられます。 実験者も被験者も課題が分からなくなることはありません。

研究の構造:

各科目合計14回の勉強会を予定しています。 研究セッション 1 は、インフォームドコンセント、スケジュール設定、および研究タスクの習熟のために使用されます。 ベースライン評価は研究セッション 2 ～ 5 で行われます。治療は研究セッション 6 ～ 8 で実施され、その間に被験者は 3 セッションのマルチタスク演習 (MPG) または 3 セッションのシングルタスク演習 (SPG) を受けます。 最終ラインの評価は、スタディ セッション 9 から 12 の間に行われます。各スタディ セッションと測定に使用されるすべてのパラダイムの詳細な説明を以下に示します。

行動パラダイム:

すべての動作タスク パラダイムは、MATLAB または JSPsych の Psychtoolbox 3 を使用して実装されます。 すべてのタスクには、キーボードまたは応答ボックスのいずれかのキーを押して、コンピュータ画面に表示される視覚オブジェクトに応答することが含まれます。 視覚オブジェクトは、形状 (正方形または円)、円 (オレンジまたは青色)、パターン (点または縞模様)、またはサイズ (小または大) の 4 つの次元に沿って変化します。 ビジュアル オブジェクトに加えて、記号 @ と # で構成される応答パネル。 被験者は、形状タスク、色タスク、パターンタスクという 3 つの異なるタスクにさらされます。 各タスクでは、関連するタスクの特徴 (例: カラータスクの色）。 各バイナリ クラスは、@ 記号と # 記号に関連付けられた 2 つのカテゴリのいずれかに関連付けられます。 次に被験者は、関連するシンボルに関連付けられた応答キーを選択します。 2 つのシンボルの左右の位置は、試行の約 50% で位置が前の試行と同じになるように試行ごとにランダムに変更され、各試行タイプには同じ数の左側の記号が関連付けられました。そして正しい反応。

シングルタスク パラダイム: シングルタスク パラダイムでは、視覚オブジェクトは最大 2.2 秒間表示されます。 回答期限は 2.2 秒です。 試行間の間隔は 1 秒になります。 トライアルは、ブロックごとに 64 のトライアルを持つ純粋なシングルタスク ブロックで表示されます。

混合タスク パラダイム: 混合タスク パラダイムでは、視覚オブジェクトは最大 2.2 秒間表示されます。 応答期限は 2.2 秒です。 試行間の間隔は 2 ～ 10 秒の間で変動します。 複数のタスク タイプのトライアルが同じブロック内に表示され、すべてのトライアルで実行されるタスクを識別する単語の合図が表示されます。

心理的不応期パラダイム: PRP パラダイムでは、トライアルごとに 2 つの視覚オブジェクトが表示され、1 つは画面の上半分に、もう 1 つは画面の下半分に表示されます。 視覚オブジェクトは、50 ミリ秒から 1.5 秒の間で変化する刺激開始同期 (SOA) で表示されます。 トライアルの長さは最大 3 秒です。 両方のビジュアル オブジェクトに応答する場合、応答期限は 3 秒です。 試行間の間隔は 1 秒 (行動ブロック)、または 2 ～ 10 秒の間で変動します (MRI ブロック)。 被験者は特定の順序でタスクを実行するように指示されます（例: 色、形状の順)、順序の最初のタスクに関連付けられたルールで表示される最初の刺激と、2 番目に表示されるオブジェクトに応答します。 合計 3 つの異なるタスク命令が被験者に提示されます (例: 色 -> 形状、形状 -> 色および色 -> パターン)、これらの順序は、各タスクが各治療グループですべての役割を均等に配置するように、被験者間でバランスがとれます。 すべてのタスクの指示は、ベースラインとエンドラインの両方で管理されます。

MRI プロトコル:

各被験者は、治験訪問 2、3、9、10 中に MRI 処置を受けます。 各訪問は 2 時間続き、その間、被験者は 1 時間の MRI を受ける前に、まず行動課題についての再指導を受けます。 1 時間の MRI スキャンセッションごとに、被験者はまず金属のスクリーニングを受け、安全手順と動きを最小限に抑えるための要件について説明を受け、その後、スキャンテーブル上に仰臥位で座ります。 頭部は柔らかいパッドで安定し、耳は耳栓でMRノイズから保護されます。 被験者はヘッドステージに設置された鏡を通してコンピューター画面を見ることになり、タスクを実行するための 2 つの応答ボックスと、勤務中の実験者および放射線技師と通信するための緊急ブザーが提供されます。 次に、複数のエコー MPRAGE スキャン (繰り返し時間 (TR) = 2530 ミリ秒、エコー時間 (TE) = 1.69、3.55、5.41、および 7.27 ミリ秒、フリップ角 = 7 度、176 矢状スライス、1 × 1 × 1) を受けます。 mm ボクセル）を 6 分間継続し、その間目を閉じてもよい。 この後、被験者はエコー平面イメージングを 5 ～ 10 回実行します (TR = 1000 ミリ秒、TE = 32.6 ミリ秒、フリップ角 = 64、SMS = 5、エコー間隔 0.59、ボクセル サイズ 2.4 mm x 2.4 mm のインターリーブ スライス 65 枚) x 2.4mm)、それぞれの持続時間は 4 ～ 9 分間で、その間に混合タスク パラダイム (2 日目と 9 日目) または PRP パラダイム (3 日目と 10 日目) のいずれかの複数のブロックを実行します。

勉強会の説明:

勉強会1:

研究セッション 1 では、被験者は訓練を受けた研究助手とともに同意プロセスを経ます。 インフォームドコンセントが提供された後、被験者には研究の概要が与えられ、基本的な作業手順と色、形、パターンのルールが紹介されます。 シングル タスク パラダイムで各タスクを 2 ブロックずつ練習します。 これに続いて、6 つのブロックに対して、割り当てられたタスク順序とともに PRP パラダイムが紹介されます。 セッションの終了時に、被験者は報告を受け、参加に対する報酬が支払われます。

勉強会2:

研究セッション 2 では、被験者は、12 ブロックにわたって、割り当てられたタスク順序を使用して PRP パラダイムによるベースライン測定を受けます。 セッションの終了時に、被験者は報告を受け、参加に対する報酬が支払われます。

勉強会3:

研究セッション 3 では、被験者は 12 ブロックの混合タスク パラダイムでベースライン測定を受けます。 セッションの終了時に、被験者は報告を受け、参加に対する報酬が支払われます。

勉強会4:

研究セッション 4 では、被験者はタスクの神経表現のベースライン測定を受けます。 MRI プロトコルは、混合タスク パラダイムで管理されます。

勉強会5:

研究セッション 5 では、被験者はタスクの神経表現のベースライン測定を受けます。 MRI プロトコルは PRP パラダイムで管理されます。

勉強会 6 ～ 8:

被験者にはこれらのセッション中に治療が施されます。 シングルタスク練習治療グループは、シングルタスクパラダイムによる練習を 12 ～ 24 ブロック受け、ブロックごとにパフォーマンスに関するフィードバックが改善目標とともに提供されます。 マルチタスクの練習治療では、PRP パラダイムの 3 つの順序の 1 つを 12 ～ 24 のブロックにわたって練習します。被験者には各ブロックの最後に、応答の正確さと速度に関するフィードバックが与えられ、改善目標が与えられます。

勉強会9:

研究セッション 9 では、被験者は、12 ブロックにわたって、割り当てられたタスク順序を使用して PRP パラダイムによるエンドライン測定を受けます。 セッションの終了時に、被験者は報告を受け、参加に対する報酬が支払われます。

勉強会10:

研究セッション 10 では、被験者は 12 ブロックの混合タスク パラダイムでエンドライン測定を受けます。 セッションの終了時に、被験者は報告を受け、参加に対する報酬が支払われます。

勉強会11:

研究セッション 11 では、被験者はタスクの神経表現のエンドライン測定を受けます。 MRI プロトコルは、混合タスク パラダイムで管理されます。

勉強会12:

研究セッション 12 では、被験者はタスクの神経表現のエンドライン測定を受けます。 MRI プロトコルは PRP パラダイムで管理されます。