认知控制和额叶皮层的功能组织

背景和研究理由：

当一项任务与另一项任务同时执行时，人类在该任务上的表现就会恶化。 这种多任务成本归因于对共享计算或生物资源的竞争，并且该领域对于这些假定资源的具体性质存在相当多的争论。 众所周知，广泛的多任务处理实践可以减少甚至有时消除这些成本。 这些与实践相关的收益归因于中央处理的变化、更高效的任务调度或专门任务表示的学习。 人类前额叶皮层对于灵活的行为认知控制至关重要，并参与代表任务。 然而，目前尚不清楚多任务练习对前额叶任务表征有何影响。 在这项研究中，我们将通过测试多任务成本和代表横向 PFC 中任务输入的神经流形几何之间的联系来直接解决我们的知识差距。

学习规划：

概述：

本研究是一项单中心、随机对照试验，旨在检查多任务练习对多任务行为的影响、外侧前额叶皮层任务神经表征的几何结构以及这些影响之间的关系。 计划总共 60 名健康受试者，其中 30 名受试者被随机分配到多任务练习组（MPG）和单任务练习组（SPG）。 将对所有受试者进行功能磁共振成像 (fMRI) 多任务行为和外侧 PFC 神经表征的基线和最终评估。

研究治疗：

单任务练习治疗：

单任务练习治疗将涉及 3 次练习，在此期间受试者将练习各个任务块中指定的任务。 将进行最多 48 个练习。 在每个模块结束时，将向受试者提供有关其响应准确性和速度的反馈，并为他们提供改进目标。

多任务练习治疗：

多任务练习治疗将涉及 3 次练习，在此期间受试者将练习心理不应期范例中的指导任务。 将进行最多 48 个练习。 在每个模块结束时，将向受试者提供有关其响应准确性和速度的反馈，并为他们提供改进目标。

科目选择：

受试者将从普罗维登斯社区招募。 受试者将通过电话进行筛选。 纳入标准包括惯用右手、年龄在 18 岁至 35 岁之间、视力正常或矫正至正常。 排除标准包括精神或神经缺陷病史以及 MR 禁忌症。 同意程序将在第 1 次研究期间亲自进行，并在所有实验室研究访问期间定期获得持续同意。

随机分配：

通过使用 MATLAB 中编码的随机数生成器，最多 60 名符合条件的患者将按 1:1 的比例被随机分配到 SPG 或 MPG 治疗组。 实验者和研究对象都不会对该作业视而不见。

学习结构：

每个科目总共计划有 14 节学习课程。 研究会议 1 将用于知情同意、安排和熟悉研究任务。 基线评估将在第 2 至 5 个研究时段进行。治疗将在第 6 至 8 个研究时段进行，在此期间受试者将接受 3 次多任务练习 (MPG) 或 3 次单任务练习 (SPG)。 终线评估将在第 9 至 12 个研究会话期间进行。下面给出每个研究会话和用于测量的所有范式的详细描述。

行为范式：

所有行为任务范例都将使用 MATLAB 或 JSPsych 中的 Psychtoolbox 3 来实现。 所有任务都涉及通过键盘或响应框上的按键来响应计算机屏幕上呈现的视觉对象。 视觉对象将沿 4 个维度变化 - 形状（方形或圆形）、圆形（橙色或蓝色）、图案（点状或条纹）或尺寸（小或大）。 除了视觉对象之外，还有一个由符号 @ 和 # 组成的响应面板。 受试者将接受三个不同的任务：形状任务、颜色任务和图案任务。 在每个任务中，他们将根据相关任务特征（例如，视觉对象）对视觉对象进行二元分类。 颜色任务中的颜色）。 每个二进制类将与与 @ 和 # 符号关联的两个类别之一相关联。 然后受试者将选择与相关符号相关的响应键。 两个符号的左右位置将在每次试验中随机变化，以便在大约 50% 的试验中该位置与之前的试验相同，并且每种试验类型都与相同数量的左侧相关联和正确的反应。

单任务范式：在单任务范式中，视觉对象将呈现长达 2.2 秒。 响应截止时间为 2.2 秒。 试验间间隔为 1 秒。 试验以纯单任务块的形式呈现，每个块有 64 个试验。

混合任务范例：在混合任务范例中，视觉对象将呈现长达 2.2 秒。 响应期限为2.2秒。 试验间间隔将在 2 到 10 秒之间抖动。 多种任务类型的试验将在同一个块中呈现，并带有一个单词提示来标识每次试验要执行的任务。

心理不应期范式：在PRP范式中，每次试验都会呈现两个视觉对象，一个在屏幕的上半部分，另一个在屏幕的下半部分。 视觉对象将呈现 50 毫秒到 1.5 秒之间变化的刺激起始同步 (SOA)。 试验长度最长为 3 秒。 对两个视觉对象做出响应的响应期限为 3 秒。 试验间间隔可以是 1 秒（行为块）或在 2 到 10 秒之间抖动（MRI 块）。 受试者将被指示按特定顺序执行任务（例如 颜色，然后是形状），响应与顺序中第一个任务相关的规则出现的第一个刺激以及第二个出现的对象。 总共将向受试者呈现 3 个不同的任务顺序（例如 颜色 -> 形状、形状 -> 颜色和颜色 -> 图案），这些顺序将在受试者之间平衡，以便每个任务将每个角色平等地分配到每个治疗组中。 所有任务订单都将在基线和结束期间进行管理。

磁共振成像协议：

每个受试者将在第 2、3、9 和 10 次研究访问期间接受 MRI 程序。 每次访问将持续 2 小时，在此期间，受试者将首先接受有关行为任务的复习指导，然后再进行 1 小时的 MRI。 在每次 1 小时的 MRI 扫描过程中，受试者将首先接受金属筛查，了解安全程序和运动最小化要求，然后以仰卧位坐在扫描台上。 他们的头部将用软垫固定，并用耳塞保护他们的耳朵免受 MR 噪音的影响。 受试者将通过安装在探头上的镜子查看计算机屏幕，并将提供两个用于执行任务的响应盒和一个用于与值​​班实验员和放射技师进行通信的紧急蜂鸣器。 然后，他们将接受多重回波 MPRAGE 扫描（重复时间 (TR) = 2530 毫秒，回波时间 (TE) = 1.69、3.55、5.41 和 7.27 毫秒，翻转角 = 7 度，176 个矢状切片，1 × 1 × 1 mm 体素）持续 6 分钟，在此期间他们可以闭上眼睛。 此后，受试者将接受 5-10 次回波平面成像（TR = 1000 ms，TE = 32.6 ms，翻转角度 = 64，SMS = 5，回波间距 0.59，65 个交错切片，体素尺寸为 2.4mm x 2.4mm） x 2.4mm），每次持续 4 到 9 分钟，在此期间，他们将执行混合任务范例（第 2 天和第 9 天）或 PRP 范例（第 3 天和第 10 天）的多个块。

研究课程说明：

研究第一节：

在第 1 次研究期间，受试者将与经过培训的研究助理一起完成同意程序。 在提供知情同意后，将向受试者提供研究概述，并向他们介绍基本任务程序以及颜色、形状和图案规则。 他们将在单个任务范例中练习每个任务，每个任务 2 个区块。 接下来，他们将被介绍给 PRP 范式及其分配的 6 个区块的任务订单。 在会议结束时，受试者将接受汇报并因其参与而获得报酬。

研究课程2：

在研究第 2 阶段期间，受试者将使用 PRP 范式及其分配的任务顺序进行基线测量，共 12 个模块。 在会议结束时，受试者将接受汇报并因其参与而获得报酬。

研究第三节：

在研究第 3 节期间，受试者将使用 12 个模块的混合任务范例进行基线测量。 在会议结束时，受试者将接受汇报并因其参与而获得报酬。

研究课程 4：

在第 4 节研究期间，受试者将接受任务神经表征的基线测量。 MRI 协议将使用混合任务范例进行管理。

研究课程 5：

在第 5 节研究期间，受试者将接受任务神经表征的基线测量。 MRI 方案将按照 PRP 范例进行管理。

研究课程 6-8：

受试者将在这些疗程期间接受治疗。 单任务练习治疗组将接受 12-24 个单任务范例的练习块，并且在每个块之后将向他们提供有关其表现的反馈以及改进目标。 多任务练习治疗将在 12-24 个区块中练习 PRP 范式中的三个顺序之一。受试者将在每个区块结束时获得有关其响应准确性和速度的反馈，并给出改进目标。

研究课程 9：

在第 9 节研究期间，受试者将使用 PRP 范式及其分配的任务顺序进行 12 个区块的终线测量。 在会议结束时，受试者将接受汇报并因其参与而获得报酬。

研究第10节：

在研究第 10 节期间，受试者将使用 12 个模块的混合任务范例进行最终测量。 在会议结束时，受试者将接受汇报并因其参与而获得报酬。

研究第11节：

在第 11 节研究期间，受试者将对任务的神经表征进行最终测量。 MRI 协议将使用混合任务范例进行管理。

研究第12节：

在第 12 节研究期间，受试者将对任务的神经表征进行最终测量。 MRI 方案将按照 PRP 范例进行管理。