Kognitiv kontroll & den funktionella organisationen av frontala cortex

Bakgrund och studiemotiv:

Mänsklig prestation på en uppgift försämras när den utförs samtidigt med en annan uppgift. Denna multitasking-kostnad har tillskrivits konkurrens om delade beräkningsmässiga eller biologiska resurser och det finns en betydande debatt på området om den specifika karaktären hos dessa förmodade resurser. Det är känt att omfattande multitasking-övningar minskar och ibland avskaffar dessa kostnader. Dessa praxisrelaterade vinster har tillskrivits förändringar i central bearbetning, effektivare uppgiftsschemaläggning eller inlärning av specialiserade uppgiftsrepresentationer. Den mänskliga prefrontala cortexen är avgörande för flexibel kognitiv kontroll av beteendet och är involverad i att representera uppgifter. Det är dock fortfarande okänt vilken effekt multitasking har på prefrontala uppgiftsrepresentationer. I denna studie kommer vi direkt att ta itu med en lucka i vår kunskap genom att testa kopplingen mellan multitasking-kostnader och geometrin hos neurala grenrör som representerar uppgiftsingångar i den laterala PFC.

Studera design:

Översikt:

Denna studie är en encenter, randomiserad kontrollerad studie utformad för att undersöka effekten av multitask-övningar på multitasking-beteende, geometrin hos neurala representationer av uppgifter i den laterala prefrontala cortex och förhållandet mellan dessa effekter. Totalt 60 friska försökspersoner är planerade, 30 försökspersoner randomiseras till vardera, multitask-övningsgruppen (MPG) och singeluppgiftsövningsgruppen (SPG). Baslinje- och slutlinjebedömningar av multitasking-beteende och neurala representationer i lateral PFC med fMRI kommer att utföras i alla ämnen.

Studiebehandlingar:

Enuppgiftsövningsbehandling:

En-uppgiftsövningsbehandlingen kommer att involvera 3 träningspass under vilka försökspersonerna kommer att träna instruerade uppgifter i individuella uppgiftsblock. Upp till 48 övningsblock kommer att utföras. Ämnen kommer att få feedback i slutet av varje block om deras noggrannhet och svarshastighet och de kommer att få ett förbättringsmål.

Multitask övningsbehandling:

Multitask-övningsbehandlingen kommer att involvera 3 träningspass under vilka försökspersonerna kommer att öva instruerade uppgifter i paradigmet för den psykologiska refraktära perioden. Upp till 48 övningsblock kommer att utföras. Ämnen kommer att få feedback i slutet av varje block om deras noggrannhet och svarshastighet och de kommer att få ett förbättringsmål.

Ämnesval:

Ämnen kommer att rekryteras från Providence-gemenskapen. Ämnen kommer att screenas över ett telefonsamtal. Inklusionskriterier inkluderar högerhänthet, ålder mellan 18 och 35 och normal eller korrigerad till normal syn. Uteslutningskriterier inkluderar historia av psykiatriska eller neurologiska störningar och MR-kontraindikationer. Samtyckesprocedurer kommer att utföras personligen under studiepass 1 och fortlöpande samtycke kommer att erhållas med jämna mellanrum under alla laboratoriestudiebesök.

Slumpmässig uppgift:

Upp till 60 kvalificerade patienter kommer att slumpmässigt tilldelas SPG- eller MPG-behandlingsgrupper i förhållandet 1:1 genom att använda en slumpgenerator kodad i MATLAB. Varken försökspersonerna eller försökspersonerna kommer att bli blinda för uppdraget.

Studiestruktur:

Totalt planeras 14 studietillfällen för varje ämne. Studiepass 1 kommer att användas för informerat samtycke, schemaläggning och bekantskap med studieuppgifter. Baslinjeutvärderingar kommer att äga rum under studietillfällena 2 till 5. Behandlingen kommer att administreras under studietillfällena 6 till 8, under vilka försökspersonerna kommer att få antingen 3 sessioner med multi-task practice (MPG) eller 3 sessioner av single-task practice (SPG). Slututvärderingar kommer att äga rum under studietillfällena 9 till 12. Detaljerade beskrivningar av varje studietillfälle och alla paradigm som används för mätningar ges nedan.

Beteendeparadigm:

Alla beteendeuppgiftsparadigm kommer att implementeras med hjälp av Psychtoolbox 3 i MATLAB eller i JSPsych. Alla uppgifter innebär att svara på visuella objekt som presenteras på en datorskärm med knapptryckningar antingen på ett tangentbord eller på en svarsruta. Visuella objekt kommer att variera i fyra dimensioner - form (fyrkantig eller cirkel), cirkel (orange eller blå), mönster (prickad eller randig) eller storlek (liten eller stor). Tillsammans med det visuella objektet, en svarspanel bestående av symbolerna @ och #. Ämnen kommer att introduceras till tre olika uppgifter: formuppgiften, färguppgiften och mönsteruppgiften. I varje uppgift kommer de att göra en binär klassificering av det visuella objektet baserat på den relevanta uppgiftsfunktionen (t.ex. färg i färguppgiften). Varje binär klass kommer att associeras med en av två kategorier som är associerade med symbolerna @ och #. Försökspersoner kommer sedan att välja den svarsnyckel som är kopplad till den relevanta symbolen. Vänster-höger-positionen för de två symbolerna kommer att varieras slumpmässigt från försök till försök så att positionen skulle vara densamma som den föregående försöket på cirka 50 % av försöken, och varje försökstyp var associerad med lika många vänster och rätt svar.

Enuppgiftsparadigm: I enkeluppgiftsparadigmet kommer visuella objekt att presenteras i upp till 2,2 s. Svarsfristen är 2,2 s. Inter-prov intervall kommer att vara 1 s. Försök presenteras i rena enuppgiftsblock med 64 försök per block.

Mixed tasks paradigm: I mixed tasks paradigm kommer visuella objekt att presenteras i upp till 2,2 s. Svarstiden är 2,2 s. Inter-trial intervall kommer att jittes mellan 2 och 10 sekunder. Försök av flera uppgiftstyper kommer att presenteras i samma block, med en ordsignal som identifierar uppgiften som ska utföras vid varje försök.

Psychological Refractory Period-paradigm: I PRP-paradigmet kommer två visuella objekt att presenteras vid varje försök, ett i den övre halvan av skärmen och den andra i den nedre halvan av skärmen. Visuella objekt kommer att presenteras med en stimulusstartsynkronisering (SOA) som varierar mellan 50 ms och 1,5 s. Provlängden kommer att vara upp till 3 s. Svarsfristen kommer att vara 3 s för att svara på båda visuella objekten. Inter-försöksintervallet kommer att vara antingen 1 s (beteendeblock) eller jitter mellan 2 och 10 sekunder (MRT-block). Ämnen kommer att instrueras att utföra uppgifterna i en specifik ordning (t.ex. Färg, sedan Form), svarar på den första stimulansen som visas med regeln som är associerad med den första uppgiften i ordningen och på objektet som visas som andra. Totalt 3 olika uppgiftsordrar kommer att presenteras för ämnen (t.ex. Färg -> Form, Form -> Färg och Färg -> Mönster) och dessa beställningar kommer att balanseras över ämnen så att varje uppgift har placerat alla roller lika i varje behandlingsgrupp. Alla uppdragsorder kommer att administreras under både baslinjen och slutlinjen.

MRI-protokoll:

Varje försöksperson kommer att genomgå MRT-procedurer under studiebesök 2, 3, 9 och 10. Varje besök kommer att pågå i 2 timmar, under vilka försökspersonerna först kommer att ges en repetitionsinstruktion om beteendeuppgifterna innan de genomgår MRT i 1 timme. Under varje en timmes MRT-skanningssession kommer försökspersonerna först att screenas för metall, informeras om säkerhetsprocedurer och krav på rörelseminimering och sedan placeras på skanningsbordet i ryggläge. Deras huvud kommer att stabiliseras med mjuk stoppning, och deras öron kommer att skyddas från MR-ljud med öronproppar. Försökspersonerna kommer att se en datorskärm genom en spegel installerad på en scen och kommer att förses med två svarsrutor för att utföra uppgifterna och en nödsignal för att kommunicera med försöksledare och radiografer i tjänst. De kommer sedan att genomgå en MPRAGE-skanning med flera eko (repetitionstid (TR) = 2530 ms, ekotider (TE) = 1,69, 3,55, 5,41 och 7,27 ms, vändvinkel = 7 grader, 176 sagittala skivor, 1 × 1 × 1 mm voxels) i 6 minuter under vilka de kan blunda. Efter detta kommer försökspersonerna att genomgå 5-10 körningar av Echo Planar Imaging (TR = 1000 ms, TE = 32,6 ms, vändvinkel = 64, SMS = 5, ekoavstånd 0,59, 65 interfolierade skivor med voxelstorlek på 2,4 mm x 2,4 mm x 2,4 mm), vardera som varar mellan 4 till 9 minuter, under vilka de kommer att utföra flera block av antingen paradigmet för blandade uppgifter (dag 2 och 9) eller PRP-paradigmet (dag 3 och 10).

Studiesessionsbeskrivningar:

Studiepass 1:

Under studiepass 1 kommer försökspersonerna att gå igenom samtyckesprocessen med en utbildad forskarassistent. Efter informerat samtycke kommer försökspersonerna att ges en översikt över studien och de kommer att introduceras till den grundläggande uppgiftsproceduren och reglerna för färg, form och mönster. De kommer att öva varje uppgift i singeluppgiftsparadigmet i 2 block vardera. Efter detta kommer de att introduceras till PRP-paradigmet med sina tilldelade uppgiftsorder, för 6 block. I slutet av sessionen kommer försökspersonerna att debriefas och ersättas för deras deltagande.

Studiepass 2:

Under studiepass 2 kommer försökspersonerna att genomgå baslinjemätningar med PRP-paradigmet med deras tilldelade uppgiftsordrar, i 12 block. I slutet av sessionen kommer försökspersonerna att debriefas och ersättas för deras deltagande.

Studiepass 3:

Under studiepass 3 kommer försökspersonerna att genomgå baslinjemätningar med Mixed tasks-paradigmet för 12 block. I slutet av sessionen kommer försökspersonerna att debriefas och ersättas för deras deltagande.

Studiepass 4:

Under studiepass 4 kommer försökspersonerna att genomgå baslinjemätningar av de neurala representationerna av uppgifter. MRT-protokollet kommer att administreras med paradigmet för blandade uppgifter.

Studiepass 5:

Under studiepass 5 kommer försökspersonerna att genomgå baslinjemätningar av de neurala representationerna av uppgifter. MRT-protokollet kommer att administreras med PRP-paradigmet.

Studiepass 6-8:

Försökspersonerna kommer att administreras behandlingen under dessa sessioner. Gruppen för övningsbehandling med en enda uppgift kommer att få 12-24 övningsblock med övningsparadigmet för en enda uppgift och de kommer att få feedback om sin prestation efter varje blockering tillsammans med mål för förbättringar. Multi-task övningsbehandlingen kommer att öva en av de tre ordningarna i PRP-paradigmet över 12-24 block. Ämnen kommer att ges feedback i slutet av varje block om deras noggrannhet och svarshastighet och de kommer att få ett förbättringsmål.

Studiepass 9:

Under studiepass 9 kommer försökspersonerna att genomgå slutlinjemätningar med PRP-paradigmet med deras tilldelade uppgiftsordrar, i 12 block. I slutet av sessionen kommer försökspersonerna att debriefas och ersättas för deras deltagande.

Studiepass 10:

Under studiepass 10 kommer försökspersonerna att genomgå slutlinjemätningar med Mixed tasks-paradigmet för 12 block. I slutet av sessionen kommer försökspersonerna att debriefas och ersättas för deras deltagande.

Studiepass 11:

Under studiepass 11 kommer försökspersonerna att genomgå slutlinjemätningar av de neurala representationerna av uppgifter. MRT-protokollet kommer att administreras med paradigmet för blandade uppgifter.

Studiepass 12:

Under studiepass 12 kommer försökspersonerna att genomgå slutlinjemätningar av de neurala representationerna av uppgifter. MRT-protokollet kommer att administreras med PRP-paradigmet.