Когнитивный контроль и функциональная организация лобной коры

Предыстория и обоснование исследования:

Производительность человека при выполнении задачи ухудшается, когда она выполняется одновременно с другой задачей. Эти затраты на многозадачность объясняются конкуренцией за общие вычислительные или биологические ресурсы, и в этой области ведутся серьезные споры о специфической природе этих предполагаемых ресурсов. Известно, что обширная практика многозадачности снижает, а иногда и вовсе устраняет эти затраты. Эти практические достижения объясняются изменениями в центральной обработке, более эффективным планированием задач или изучением специализированных представлений задач. Префронтальная кора головного мозга человека имеет решающее значение для гибкого когнитивного контроля поведения и участвует в представлении задач. Однако остается неизвестным, какое влияние оказывает практика многозадачности на префронтальные представления задач. В этом исследовании мы напрямую восполним пробел в наших знаниях, проверив связь между затратами на многозадачность и геометрией нейронных многообразий, представляющих входные данные задач в латеральной PFC.

Дизайн исследования:

Обзор:

Это исследование представляет собой одноцентровое рандомизированное контролируемое исследование, предназначенное для изучения влияния практики многозадачности на многозадачное поведение, геометрию нейронных представлений задач в латеральной префронтальной коре и взаимосвязь между этими эффектами. Всего запланировано участие 60 здоровых субъектов, по 30 субъектов, рандомизированных в каждую, в группу многозадачной практики (MPG) и группу практики с одной задачей (SPG). Базовая и конечная оценка многозадачного поведения и нейронных представлений в латеральной ПФК с помощью фМРТ будет проводиться у всех субъектов.

Исследуемые методы лечения:

Однозадачное практическое лечение:

Практика с одним заданием будет включать в себя 3 практических занятия, в ходе которых испытуемые будут практиковать заданные задания в отдельных блоках задач. Будет выполнено до 48 блоков практики. В конце каждого блока испытуемые получат обратную связь об их точности и скорости реагирования, а также им будет поставлена ​​цель улучшения.

Многозадачное практическое лечение:

Многозадачное практическое лечение будет включать 3 практических занятия, во время которых субъекты будут практиковать заданные задания в парадигме психологического рефрактерного периода. Будет выполнено до 48 блоков практики. В конце каждого блока испытуемые получат обратную связь об их точности и скорости реагирования, а также им будет поставлена ​​цель улучшения.

Выбор темы:

Субъекты будут набраны из сообщества Провиденса. Субъекты будут проверены по телефону. Критерии включения включают правшу, возраст от 18 до 35 лет и нормальное или скорректированное до нормального зрение. Критерии исключения включают в себя историю психических или неврологических нарушений и противопоказания к МР. Процедуры получения согласия будут проводиться лично во время исследовательской сессии 1, а постоянное согласие будет периодически получаться во время всех посещений лаборатории в ходе исследования.

Случайное назначение:

До 60 подходящих пациентов будут случайным образом распределены в группы лечения SPG или MPG в соотношении 1:1 с использованием генератора случайных чисел, закодированного в MATLAB. Ни экспериментаторы, ни испытуемые не будут оставаться в стороне от задания.

Структура исследования:

Всего по каждому предмету запланировано 14 учебных занятий. Учебная сессия 1 будет использоваться для получения информированного согласия, планирования и ознакомления с учебными задачами. Исходные оценки будут проводиться во время сессий исследования со 2 по 5. Лечение будет проводиться во время сессий исследования с 6 по 8, во время которых субъекты получат либо 3 сеанса многозадачной практики (MPG), либо 3 сеанса однозадачной практики (SPG). Конечные оценки будут проводиться во время учебных сессий с 9 по 12. Подробные описания каждой учебной сессии и всех парадигм, используемых для измерений, приведены ниже.

Поведенческие парадигмы:

Все парадигмы поведенческих задач будут реализованы с использованием Psychtoolbox 3 в MATLAB или в JSPsych. Все задачи включают в себя реагирование на визуальные объекты, представленные на экране компьютера, нажатием клавиш на клавиатуре или в поле ответа. Визуальные объекты различаются по 4 измерениям: форме (квадрат или круг), кругу (оранжевый или синий), узору (пунктирный или полосатый) или размеру (маленький или большой). Наряду с визуальным объектом отображается панель ответа, состоящая из символов @ и #. Испытуемым будут предложены три различных задания: задание на форму, задание на цвет и задание на узор. В каждом задании они будут проводить бинарную классификацию визуального объекта на основе соответствующего признака задания (например, цвет в цветовом задании). Каждый двоичный класс будет связан с одной из двух категорий, связанных с символами @ и #. Затем испытуемые выберут ключ ответа, связанный с соответствующим символом. Положение двух символов слева и справа будет меняться случайным образом от испытания к испытанию, так что положение будет таким же, как и в предыдущем испытании, примерно в 50% испытаний, и каждый тип испытания будет связан с равным количеством левых и правильные ответы.

Парадигма одной задачи. В парадигме одной задачи визуальные объекты будут отображаться в течение 2,2 с. Срок ответа 2,2 секунды. Межиспытательный интервал составит 1 с. Испытания представлены чистыми однозадачными блоками по 64 испытания в каждом блоке.

Парадигма смешанных задач. В парадигме смешанных задач визуальные объекты будут отображаться в течение 2,2 с. Срок ответа 2,2 секунды. Интервал между попытками будет колебаться от 2 до 10 секунд. Испытания нескольких типов задач будут представлены в одном блоке со словесной подсказкой, определяющей задачу, которую необходимо выполнить в каждом испытании.

Парадигма психологического рефрактерного периода. В парадигме PRP в каждом испытании будут представлены два визуальных объекта: один в верхней половине экрана, а другой в нижней половине экрана. Визуальные объекты будут представлены с синхронизацией начала стимула (SOA), варьирующейся от 50 мс до 1,5 с. Продолжительность пробного периода составит до 3 с. Срок ответа составит 3 секунды для ответа на оба визуальных объекта. Интервал между испытаниями будет либо 1 с (поведенческие блоки), либо колебаться от 2 до 10 секунд (блоки МРТ). Субъектам будет дано указание выполнять задания в определенном порядке (например, Цвет, затем Форма), реагируя на первый появившийся стимул правилом, связанным с первой задачей в порядке, и на объект, появившийся вторым. Испытуемым будут представлены в общей сложности 3 различных порядка заданий (например, Цвет -> Форма, Форма -> Цвет и Цвет -> Узор), и эти порядки будут уравновешены по предметам так, что в каждом задании каждая роль будет одинаково распределена в каждой лечебной группе. Все заказы на задачи будут администрироваться как в базовом, так и в конечном периоде.

Протокол МРТ:

Каждый субъект будет проходить процедуры МРТ во время учебных визитов 2, 3, 9 и 10. Каждое посещение будет длиться 2 часа, в течение которых субъектам сначала будут предоставлены повторные инструкции по поведенческим задачам, а затем пройдут МРТ в течение 1 часа. В течение каждого часового сеанса МРТ субъектов сначала проверяют на наличие металла, инструктируют о процедурах безопасности и требованиях к минимизации движений, а затем размещают на столе сканирования в положении лежа на спине. Их голова будет стабилизирована мягкой подкладкой, а уши будут защищены от МР-шума берушами. Субъекты будут видеть экран компьютера через зеркало, установленное на головном столике, и им будут предоставлены два ящика для ответа для выполнения заданий и аварийный зуммер для связи с дежурными экспериментаторами и рентгенологами. Затем они пройдут множественное эхо-сканирование MPRAGE (время повторения (TR) = 2530 мс, время эхо-сигнала (TE) = 1,69, 3,55, 5,41 и 7,27 мс, угол поворота = 7 градусов, 176 сагиттальных срезов, 1 × 1 × 1 мм вокселей) на 6 минут, в течение которых они могут закрыть глаза. После этого субъекты пройдут 5-10 сеансов эхопланарной визуализации (TR = 1000 мс, TE = 32,6 мс, угол поворота = 64, SMS = 5, интервал эхо-сигналов 0,59, 65 чередующихся срезов с размером вокселей 2,4 x 2,4 мм). x 2,4 мм), каждый продолжительностью от 4 до 9 минут, в течение которых они будут выполнять несколько блоков либо парадигмы смешанных задач (дни 2 и 9), либо парадигмы PRP (дни 3 и 10).

Описание учебных сессий:

Учебное занятие 1:

Во время исследовательской сессии 1 субъекты пройдут процедуру согласия с обученным научным сотрудником. После предоставления информированного согласия испытуемым будет предоставлен обзор исследования, и они будут ознакомлены с основной процедурой выполнения задания и правилами цвета, формы и узора. Они будут практиковать каждое задание в парадигме одного задания по 2 блока каждый. После этого они будут ознакомлены с парадигмой PRP с присвоенными им заданиями в течение 6 блоков. В конце занятия участники будут подведены итоги и вознаграждены за участие.

Учебное занятие 2:

Во время второй учебной сессии испытуемые пройдут базовые измерения с использованием парадигмы PRP с назначенными им заданиями в течение 12 блоков. В конце занятия участники будут подведены итоги и вознаграждены за участие.

Учебное занятие 3:

Во время учебной сессии 3 испытуемые пройдут базовые измерения с использованием парадигмы смешанных задач для 12 блоков. В конце занятия участники будут подведены итоги и вознаграждены за участие.

Учебное занятие 4:

Во время четвертой учебной сессии испытуемые пройдут базовые измерения нейронных представлений задач. Протокол МРТ будет администрироваться с использованием парадигмы смешанных задач.

Учебная сессия 5:

Во время пятой учебной сессии испытуемые пройдут базовые измерения нейронных представлений задач. Протокол МРТ будет осуществляться с использованием парадигмы PRP.

Учебные занятия 6–8:

Во время этих сеансов субъектам будет проводиться лечение. Лечебная группа с однозадачной практикой получит 12–24 блока практики с парадигмой одной задачи, и после каждого блока им будут предоставлены отзывы о своей работе вместе с целями для улучшения. Многозадачное практическое лечение будет отрабатывать один из трех порядков парадигмы PRP в 12-24 блоках. В конце каждого блока субъектам будет предоставлена ​​информация об их точности и скорости реагирования, а также им будет поставлена ​​цель улучшения.

Учебное занятие 9:

Во время учебной сессии 9 испытуемые пройдут конечные измерения с использованием парадигмы PRP с назначенными им заданиями в течение 12 блоков. В конце занятия участники будут подведены итоги и вознаграждены за участие.

Учебное занятие 10:

Во время 10-й учебной сессии испытуемые пройдут конечные измерения с использованием парадигмы смешанных задач для 12 блоков. В конце занятия участники будут подведены итоги и вознаграждены за участие.

Учебное занятие 11:

Во время учебной сессии 11 испытуемые пройдут конечные измерения нейронных представлений задач. Протокол МРТ будет администрироваться с использованием парадигмы смешанных задач.

Учебное занятие 12:

Во время учебной сессии 12 испытуемые пройдут конечные измерения нейронных представлений задач. Протокол МРТ будет осуществляться с использованием парадигмы PRP.