Visuaalse töömälu koormuse mõju ülesandega mitteseotud kuulmisstiimulite tuvastamisele ja neuraalsele töötlemisele

Kuigi on pakutud, et tajukoormus vähendab ülesandega mitteseotud stiimulite töötlemist, ei ole teoreetilised argumendid ja empiirilised järeldused muude ülesannete koormuse vormide kohta veenvad. Siin uurisime süstemaatiliselt stiimulite intensiivsusega erineva kuulmisstiimulite tuvastamist ja neuraalset töötlemist stiimulitega mitteseotud visuaalse töömälu ülesande ajal, vaheldumisi madala ja suure koormuse vahel. Avastasime, olenevalt stiimuli tugevusest, vähenenud stiimuli tuvastamine ja vähenenud P3, kuid mitte mõjutanud sündmusega seotud potentsiaali N1 amplituudid kuulmisstiimulitele kõrgel võrreldes väikese koormusega. Seevastu koormusest sõltumatuid teadlikkuse mõjusid täheldati nii varase (N1) kui ka hilise (P3) aja jooksul. Leiud viitavad visuaalse töömälu koormuse hilisele neuraalsele mõjule kuulmisstiimulitele, mis vähendab nende stiimulite teatatud teadlikkuse tõenäosust.

Stiimuli intensiivsuse ja mälu jõudluse vaheline seos on paljude uuringute teema. Uuringud on näidanud, et mõõdukas stimulatsioon võib parandada mälu, kuid liiga tugev stimulatsioon võib põhjustada negatiivseid mõjusid.

Oma igapäevaelus puutume sageli kokku erinevate stiimulitega, nagu teleri vaatamine, mängude mängimine, muusika kuulamine, sõprade leidmine jne. Mõõdukas kogus neid stiimuleid aitab meil säilitada energiat ja olla huvitatud sellest, et saaksime päeva hõlpsalt ja nauditavalt läbi elada. Samas aitab mõõdukas stimulatsioon parandada ka mälu. Kui kohtame uut teavet, võib mõõdukas stimulatsioon aidata meil rohkem keskenduda ning kiirendada teabe töötlemise kiirust ja mäluprotsessi.

Kui aga stiimul on liiga äärmuslik, võib see põhjustada negatiivseid tagajärgi. Tugevamad stiimulid võivad põhjustada kõrvaltoimeid, nagu tähelepanupuudus, ärevus, ärrituvus ja liigne väsimus, mis kõik võivad vähendada mälu tõhusust. Seetõttu on mõõdukas stimulatsioon ja tasakaalustatud meeleseisund mälu säilitamiseks vajalikud tingimused.

Kokkuvõttes on stiimuli intensiivsuse ja mälu seos väga oluline. Siiski peame meeles pidama, et mõõdukas stimulatsioon võib meid aidata ja liigne stimulatsioon võib viia negatiivsete tulemusteni. Tasakaalustatud elu säilitamine ja sobiva stimulatsiooni saamine võib muuta mälu tõhusamaks ja püsivamaks. On näha, et me peame oma mälu parandama. Tistanche võib oluliselt parandada mälu, sest lihapasta on traditsiooniline Hiina ravimmaterjal, millel on palju ainulaadseid toimeid, millest üks on mälu parandamine. Hakkliha tõhusus tuleneb erinevatest selles sisalduvatest toimeainetest, sealhulgas karboksüülhappest, polüsahhariididest, flavonoididest jne. Need koostisosad võivad erinevate kanalite kaudu edendada aju tervist.

Klõpsake nuppu Tea, kuidas oma mälu parandada

Koormusteooriat 1–3 võib pidada domineerivaks teooriaks selle kohta, kuidas tähelepanu mõjutab infotöötlust. See pakub välja paindliku tähelepanu suuna, mis sõltub käimasoleva ülesande koormusest. Madala koormuse ajal saab teavet töödelda, samas kui suur koormus põhjustab distraktori töötlemise varajase pärssimise. Algselt töötati teooria välja tajuülesandega manipulatsioonide (st tajukoormuse) kontekstis1,2. Hilisemad versioonid sisaldasid ka nn kognitiivset koormust (st töömälu koormust)4. Algselt soovitas teooria taju- ja töömälu koormuse jaoks vastupidiseid nähtusi4. Kuid see eeldus vaadati hiljem üle5 ja empiiriline töö näitab taju- ja töömälu koormuse sarnaseid mõjusid (ülevaadet vt).

Koormuse teooria viitab suure või väikese koormuse varasele mõjule ülesandega mitteseotud segajate töötlemisele3. See, mis kujutab endast neuroteaduslikus mõttes varaseid ja hiliseid mõjusid, jääb aga ebamääraseks, kuid seda saab laias laastus rakendada töötlemishierarhia varase ja hilise ajupiirkondade ning elektrofüsioloogiliste reaktsioonide spetsiifiliste ajaliste akende abil. Meie rühma6 hiljutine ülevaade, mis käsitleb koormuse mõju neuronite aktiveerimisele ülesandega mitteseotud distractoritele, jõudis järeldusele, et koormuse mõju ilmneb stiimulite töötlemise hilisemates etappides usaldusväärsemalt, kuid koormuse mõju ajalist esinemist tuleb veel täpsustada. Elektrofüsioloogilised meetodid pakuvad neuronaalse aktiivsuse kõrget ajalist eraldusvõimet ja võimaldavad eristada varajasi ja hiliseid mõjusid7–10. Kuulmismodaalsuses on näiteks N1 varajane ERP komponent, mis esineb umbes 100 ms pärast stiimuli algust ja esindab kõige varasemat negatiivset komponenti, mis on seotud kuulmiskeskkonna muutustega11. Seevastu hilised positiivsed lained alates 300 ms pärast stiimulit sõltuvad vähem stiimuli tunnustest, kuid on seotud stiimulite tajujärgse töötlemisega, sealhulgas otsuste tegemise ja stiimulite hindamisega12, 13.

Mitmed uuringud uurisid elektroentsefalograafia abil töömälu koormuse närvikorrelatsioone ülesandega mitteseotud stiimulitel ja andsid heterogeenseid tulemusi. Mitmes visuaalses unimodaalses uuringus (st visuaalne koormus visuaalse distraktoriga) teatati, et koormus 14–16 mõjutas varaseid nägemispotentsiaale (st P1 ja N1/N170 amplituudid), samas kui kahes uuringus teatati näoga seotud N170 amplituudide vähenemisest allapoole. suur koormus17,18. Hilisemaid visuaalseid ERP amplituudi (st P3 amplituudi) vähendatakse nendes uuringutes süstemaatiliselt14–19. Auditoorse modaalsuse puhul unimodaalseid uuringuid ei ole. Ristmodaalsete kuulmishäirete (st kuulmishäirega seotud visuaalse koormuse) puhul on mõned uuringud teatanud N1 amplituudide vähenemisest20,21, samas kui teised uuringud ei leidnud mingeid mõjusid. Siin vähendatakse süstemaatiliselt ka hilisemaid kuulmishäirete amplituudi (st P3 amplituudi) 20, 22–24, kusjuures ainult üks uuring näitas suurenenud P3 vastuseid25. Seega, vaatamata uuringutele, mis viitavad sellele, et töömälu salvestamine on domeenispetsiifiline26, näitab suur hulk uuringuid töömälu koormuse ristmodaalset mõju ERP-dele kuulmishäiretele (ülevaadet vt 6). See räägib töötlemisressursside ristmodaalsest jagamisest Load Teory laia sõnastuse abil (ülevaadet vt 6).

Lisaks on koormuse teooria kriitiline ennustus see, et distraktor-stiimulite, vähemalt läve stiimulite tuvastamist tuleks suure koormuse tingimustes vähendada või isegi pärssida. Siiski on ainult üks uuring, mis uuris distraktorite tuvastamist ja neuraalset töötlemist sõltuvalt põhiülesande koormustasemest. Molloy et al.27 leidsid magnetoentsefalograafilise varajase (aM100) ja hilise (P3) vastuse vähenenud helidele kõrge ja madala tajutava visuaalse koormuse korral ning madala koormuse korral helide tuvastamise vähenemist kõrgel tasemel. See viitab sellele, et närvireaktsioonide vähenemine on seotud helide madalama teadlikkusega. Samas ei ole üheski uuringus uuritud, kas töömälu koormus mõjutab segajate tuvastamist. Seetõttu jääb ebaselgeks, kas töömälu koormus mõjutab segajate tuvastamist, kas see sõltub häirivate tegurite stiimuli tugevusest ja kas koormuse mõju on paralleelselt näha varases ja hilises närvireaktsioonis ja käitumisandmetes. Lisaks on enamikus uuringutes raske eristada peamise ülesande koormusmõjudest ERP-de koormuse mõju häirijatele. Vajalikud on sobivad juhtimistingimused, näiteks koormuse kõikumine ilma stiimulita (pikema arutelu jaoks vt 4).

Käesolevas uuringus uurisime süstemaatiliselt visuaalse töömälu koormuse mõju kuulmishäirete tuvastamisele ja neuraalsele töötlemisele. Stiimuli tugevuse rolli paremaks mõistmiseks muutsime kuulmishäirete intensiivsust. Lisaks võrdlesime tingimusi, kus distraktor oli või mitte, eraldades distraktori ja üldise koormuse mõju. Kasutasime ERP-sid, et piiritleda koormuse varased ja hilised mõjud närvireaktsioonidele segajatele. Käitumuslikul tasandil eeldati, et kuulmishäirete tuvastamise määr suureneb heli intensiivsusega. Siiski tuleks kuulmisstiimulite tuvastamist vähendada kõrge töömälu koormuse korral, eriti tuvastusläve lähedal. ERP jaoks oletasime N1 amplituudi suurenemist koos heli intensiivsusega ja amplituudi vähenemist töömälu suurenenud koormuse tõttu. Seoses P3-ga oletasime ka amplituudi suurenemist heli intensiivsusega ja amplituudi vähenemist töömälu suurenenud koormuse tõttu. Mõlemal juhul oletasime, et koormuse mõju on kõige tugevam tuvastamisläve lähedal asuvate stiimulite puhul. Eeldati, et koormusefektide muster sarnaneb stiimuliteadlikkuse koormusest sõltumatute mõjudega, mis on teadaolevalt seotud amplituudide vähenemisega varases ja hilises ajaaknas, mis on tingitud teadmatusest, võrreldes teadlike kuulmisstiimulitega tuvastamisülesannete ajal 28–30.

meetodid

Osalejad.

Viis üks osaleja värvati Muensteri ülikoolis. Üks osaleja katkestas uuringu ja seitse osalejat lükati tagasi liigsete EEG artefaktide tõttu, mille tulemusel sai lõplikuks valimi suuruseks 43 osalejat (14 meest, 29 naist; maag =24,56 aastat, SDage=3). 671 aastat). Nad andsid kirjaliku teadliku nõusoleku ja said osalemise eest 10 eurot tunnis. Kõigil osalejatel oli normaalne või normaalseks korrigeeritud nägemine ja kuulmine ning neil ei olnud neuroloogilisi ega psühhiaatrilisi häireid. Kõik osalejad peale ühe olid paremakäelised. Uuringu kiitis heaks Muensteri ülikooli meditsiinieetika komitee ja kõik protseduurid viidi läbi selle deklaratsiooni alusel.

Stiimulid.

Stiimulite kuvamiseks kasutati iiyama GMaster GB2488HSU monitori (iiyama, Nagano, Jaapan) 60 Hz eraldusvõimega 1920 × 1080 pikslit. Vaatekaugus ulatus 60 cm-ni. Visuaalsed stiimulid olid hallil taustal musta värvi konsonanttähed (kõrgus =2,49 vaatenurga kraadi). Need tähed esitati võrdsete vahedega (3,23 kraadi) ekraani keskel valge fikseerimisristi ("+", mis koosneb kahest 0,373 × 0,124 kraadisest ribast) kõrval. Kaks või kuus tähte valiti juhuslikult ja esitati madala või suure töömälu koormuse tingimustes. Kuulmisstiimulid koosnesid kahest komponendist: (1) müra ja (2) piiksu stiimulid. Lausemüra võeti vabalt saadaolevast signaalitöötluse teabe andmebaasist31, millele pääseb juurde aadressil http://spib.linse.ufsc.br/noise.html, ja kinnitati Schlossmacheri jt uuringus28. Müra töödeldi edasi, lisades sama voo, mida esitati tagasi originaalile. Keskmine helirõhutase (SPL) oli katse ajal 55 dB. Piiksu stiimulid olid sinusoidsed toonid, mille tõusu ja languse aeg oli 10 ms, kestus 100 ms ja sagedus 600 Hz.

Neid esitati kolmel erineval helitugevusel (madal, keskmine ja kõrge intensiivsus) ning lisaks nullintensiivsusega ("heli puudub"), millest igaühe osakaal oli 25%. Igas katses lisati üks piiks stiimul (või helita stiimul) pseudojuhuslikul ajahetkel 200 ms pärast fikseerimise algust ja 200 ms enne fikseerimise nihet. rist kirja hooldusfaasis. Helitugevus määrati käitumusliku pilootuuringuga (n=10). Osalejatel paluti vastata lihtsale visuaalsele tuvastamisülesandele (fikseerimisristi värvimuutus), samal ajal kui taustal mängiti ülalkirjeldatud kuulmisstiimuleid. Pärast iga katset küsiti osalejatelt, kas piiksu stiimuleid tajuti. Eksperimenteerija reguleeris helitugevust käsitsi, kuni viis osalejat tuvastasid piiksu umbes 50% katsetest. Seejärel korrutati see helitugevus 0,5 ja 2-ga, et saada põhikatses kasutatud kolm kriitilist taset (42 dB, 45 dB ja 48 dB). Seega võimaldas see meil uurida, kuidas koormuse leide mõjutab stiimuli tugevus, mis varieerub allapoole tuvastamisläve kuni avastamisläveni ja üle avastamisläve.

Menetlus.

Osalejad vastasid esmalt demograafilisele küsimustikule ja olid EEG jaoks ette valmistatud. Seejärel täitsid nad harjutusülesande, milles neil paluti esitatud tähed pähe õppida. Veelgi enam, neile öeldi, et taustamüra sisaldab aeg-ajalt erineva helitugevusega piiksu. Juhised olid koostatud nii, et põhiülesandeks on mäluülesanne ja alluva ülesandena auditoorsete tajude aruanne. See saavutati väitega, et mäluülesande eest saavad või kaotavad nad punkte õigete ja valede vastuste eest, samas kui helid ei olnud osalejate jaoks olulised. Veelgi enam, neid juhendati, et nad peavad esmalt vastama mäluülesandele, seejärel saama punkti tagasisidet ja lõpuks paluti neil hinnata oma jõudlust heli tajumise põhjal. Kordati, et helireiting ei too punktivõitu ega kaotust. Lisaks oli visuaalse ülesande erinev päringuvorming (st selge jah-ei-päring) ja heli tajumine (st hinnang, vt allpool) samuti mõeldud mäluülesande tähtsuse rõhutamiseks. Kümme algas põhikatse, mis on jagatud 12 plokki, kus olid isejuhitavad pausid maksimaalse pikkusega 3 minutit. Iga plokk hõlmas 32 mõlema koormustaseme katset, kusjuures katsed katkestati liigse silmade liikumise tõttu, mis lisati ploki lõppu. Üks katse (vt joonis 1) algas fikseerimisristi esitamisega 500 ms. Seejärel ilmusid ekraanile tähed (st 2 tähte madala töömälu koormuse tingimustes ja 6 tähte kõrge töömälu koormuse tingimustes) 1 sekundiks ekraanile. Pärast seda esitleti uuesti fikseerimisristi. Selle 3-esitluse ajal kõlasid taustahelid. Sellele järgnes päheõpitud tähtede päring. Päringu jaoks ilmus ekraani keskele üks täht ja katsealused pidid märkima, kas see täht on meeldejäävate tähtede hulgas või mitte. 50% katsetest oli see üks tähti, mida meeles pidada. Osalejad said tähti puudutavate vastuste eest tagasisidet (st plusspunkte õigete vastuste eest ja miinuspunkte valede vastuste eest), mis kogunes kogu katse peale. Pärast mälupäringut hindasid osalejad oma subjektiivset helitaju nelja palli skaalal, mis ulatus "ei - kindel" üle "ei - ebakindel" ja "jah - ebakindel" kuni "jah - kindel". Pärast iga plokki määrati neile nende teenitud koguskoor (st olete saavutanud x punkti maksimaalsest y punktist).

EEG salvestamine ja eeltöötlus.

EEG signals were recorded from 64 BioSemi active electrodes using BioSemi's Actiview software (www.biosemi.com). Four additional electrodes measured horizontal and vertical eye movement. The recording sampling rate was 512 Hz. The software BESA research (Version 6.0, www.besa. de) was used for preprocessing. Refine data were re-referenced to average reference and filtered with a high-pass forward filter of 0.1 (6 dB/oct) and a 30 Hz low-pass zero-phase filter (24 dB/oct). Recorded eye movements were corrected using the automatic eye-artifact correction method implemented in BESA32. Noisy EEG sensors were interpolated using a spline interpolation procedure. Data were segmented from 200 ms before stimulus onset until 800 ms after stimulus presentation. Baseline correction was used 200 ms before stimulus onset. Data were re-referenced from the CMS/DLR to a common average reference. Trials were rejected based on an absolute threshold (>120 µV), signal gradient (>75 µV/δT) ja madal signaal (st gradiendi SD,<0.01 µV/ δT). On average, 4.51 electrodes per participant were interpolated (SD=2.91), and 12.58 percent of all trials per participant were rejected (SD=10.57). The number of trials per load and sound volume level ranged between 27 and 49 trials (M=42.48, SD=5.207).

Pilgu jälgimise salvestus.

Katse ajal kasutasime pilgu positsiooni pidevaks jälgimiseks ja hindamiseks pilgujälgijat, peatades eksperimentaalse esituse alati, kui pilk kaldub fikseerimismärgi ümber ringikujulises piirkonnas rohkem kui 3 kraadi. Katkestatud katsed lisati ploki lõppu. Silmade jälgimist mõõdeti SR-uuringutest pärit Eyelink 1000 silmajälgijaga (EyeLink 1000, SR Research Ltd., Mississauga, Kanada). Osalejatel paluti asetada oma pead lõuatoele ja parem silm registreeriti. Salvestus diskreetimissagedus oli 1000 Hz. Enne iga esitlusplokki käivitati automaatselt silmade jälgija kalibreerimisprotseduur, kasutades viiepunktilist kalibreerimisprotseduuri.

Statistilised analüüsid.

Käitumisandmeid analüüsiti rakenduses MATLAB R2{5}}19b (https://de.mathworks.com). Ülesande täitmise mõõtmiseks analüüsiti tähtede äratundmist d prime (d') abil kahe koormustingimuse jaoks, millele järgnes paarisvalimi t-test. Tuvastustundlikkus (aZ) arvutati kahe koormuse ja kolme helitugevuse tingimuste jaoks heli tuvastamiseks. AZ kvantifitseerib vastuvõtja töökarakteristiku (ROC) kõvera aluse pindala, mis arvutatakse tabamuste ja valehäirete osakaalu alusel usaldustaseme kohta. See jääb vahemikku 0,5 (juhuslik jõudlus) kuni 1 (täiuslik tuvastamine). Helituvastuse andmeid analüüsiti, kasutades korduvate mõõtmiste dispersioonanalüüse (ANOVA), mille teguriteks olid koormus (madal koormus (LL) vs kõrge koormus (HL)) ja helitugevus (madal helitugevus vs. keskmine helitugevus vs. suur helitugevus).

EEG-peanaha andmeid analüüsiti ja visualiseeriti, kasutades MATLAB R2019b (https://de.mathworks.com) ja SPSS-i (https://www.ibm.com/de-de/analytics/spss-statistics-sofware). Kaks huvipakkuvat komponenti (N1 ja P3 amplituud, vt joonis 2) valiti järgmiselt: Kontrollisime suure keskmise topograafia ajalist kulgu iga helitaseme puhul, välja arvatud "helivaba" tingimus. Andmed koondati kõigi osalejate kohta ja keskmistati kahe koormustaseme lõikes. Kõigi nullist kõrgemate helitasemete puhul täheldasime tüüpilist kahepoolset frontaalset negatiivsuse haripunkti vahemikus 100–200 ms11. N1 analüüsiks valisime kõik andurid, mis näitasid igal helitasemel tavaliselt negatiivset piiki (vt joonis 2). See kahepoolne eesmine klaster koosnes anduritest F3, F4, F5, F6, FC3, FC4, FC5, FC6, C3, C4, C5 ja C6. Samamoodi tuvastasime P3, mida iseloomustab parietaal-tsentraalne positiivne poolus, mis on tavaliselt vahemikus 300 kuni 700 ms13, 34. Kõigile helitasemetele ühine klaster koosnes anduritest CP1, CP2, CP3, CP4, CPz, P1, P2, P3, P4, Pz, POz, PO3 ja PO4. Huvipakkuvad ajaintervallid tuvastati ülalnimetatud andurirühmade keskmiste ERP-de kontrollimisega, mis olid eraldatud iga helitugevuse jaoks, kuid koormuse tasemete keskmine. N1 amplituudi puhul täheldasime piigi latentsuse suurenemist helitugevusega 35, 36. Seega tuvastati madala helitugevusega heli N1 amplituudi tipp ajavahemikus 195–295 ms, keskmise helitugevusega heli puhul vahemikus 157–257 ms ja suure helitugevusega heli puhul ajavahemik 130 kuni 230 ms pärast stimulatsiooni. P3 amplituudi tipp tuvastati kõigi helitugevuste puhul samas ajavahemikus 300–700 ms pärast stimulatsiooni. Koormuse ja helitugevuse efektide kontrollimiseks arvutasime välja ANOVA koormuse (LL vs. HL) ja helitugevuse (madal vs. keskmine vs. kõrge) erinevusena N1 ja P3 amplituudi puhul heli puudumisest. Kõigis statistilistes testides kasutati efektide suuruste kirjeldamiseks osalist eta-ruutu (ηp 2 ).

Täiendavas analüüsis võrdlesime ka kuuldud ja vastamata helisid olenemata koormusest, et testida tüüpilisi kuulmisstiimuliteadlikkuse tunnuseid, nn teadvuse neuraalseid korrelaate (NCC). Kuulmisvaldkonnas on praegu arutluse all olevad NCC kandidaadid varased negatiivsused (kuulmisteadlikkuse negatiivsus, AAN28,30), mis algavad N1 ajaaknas, ja hilised positiivsused (nagu P3 amplituud23,24, kuid vt19 ). Sel eesmärgil jagasime katsed osadeks sõltuvalt vastusest kuulmisobjektile katse kohta (kuuldud: jah vs. ei). Kuuldud ja kuulmata helide kõige usaldusväärsema võrdluse saavutamiseks valisime iga osaleja jaoks helitugevuse tingimuse, mis on kõige lähemal tajulävele (st aZ-ga, koormuse keskmine, lähim 0,75). 36 osaleja jaoks oli valitud helitugevus keskmine helitugevus. Kolme ja nelja osaleja puhul oli valitud helitugevus vastavalt madal või kõrge. Katsete vastusest sõltuv jaotus andis kõigi osalejate ja seisundite lõikes keskmiselt 21,2 katset (SD=11.33). Üheksa katsealust jäeti aga analüüsist välja, kuna neil oli üks või mitu haigusseisundit, mille katseid oli vähem kui valitud piirväärtus 4, mistõttu jäi lõplikuks 34 katsealusest koosneva alamvalimi hulka. Seega arvutasime ANOVA vastusega (jah vs. ei) ja koormusega (LL vs HL) N1 (või AAN, 100–300 ms) ja P3 (300–700 ms) ajavahemikus helitugevusega helide jaoks tajuläve lähedal. Kõigis statistilistes testides kasutati efektide suuruste kirjeldamiseks osalist eta-ruutu (ηp 2 ).

Tulemused

Reitingud ja käitumistulemused.

Ülesande täitmine. Te d′ oli madala koormuse tingimustes (LL, M=4.47, SD=0.5; joonis 3) kõrgem kui suure koormuse tingimustes (HL, M=2 .2, SD=0.87; joonis 3). Osalejad olid LL-seisundi korral täpsemad kui HL-i seisundis (t (42)=17.34, p<0.001; Fig. 3).

Heli tuvastamine.

Korduvad mõõtmised ANOVA kohta aZ koormuse ja helitugevusega näitasid koormuse peamist mõju (F (1,42)=11.28, p<0.01, ηp 2=0.21; Fig. 3) with lower detection sensitivity in the HL condition compared to the LL conditions. Moreover, there was a main effect of sound volume (F (2,84)=875.72, p<0.001, ηp 2=0.95; Fig. 3) as well as an interaction of load and sound volume (F (2,84)=5.64, p<0.01, ηp 2=0.12; Fig. 3). For the main effect of sound volume, post hoc tests (p values are Bonferroni-corrected for three tests) showed that the accuracy for the sound detection increased as sound volume increased (low vs. medium volume: t (42)= −26.64, p<0.001, medium vs. high volume: t (42)= −18.51, p<0.001). For the interaction of load and sound volume, planned comparisons revealed that the detection of the medium volume (t (42)=4.44, p<0.001) and the high volume sound (t (42)=2.95, p<0.01) were better under LL compared to HL, while no difference was found for the low volume sound (t (42)=0.58, p=0.56).

Joonis 4 kujutab kirjeldavalt nelja vastusekategooria keskmist jaotust, mis on kaasatud aZ arvutamisse. Kuid joonise 4 visuaalne kontroll viitab sellele, et paljud "mittekindlad" vastused madala koormuse korral osutusid "mittekindlateks" vastusteks suure koormuse korral ei- ja madala helitugevusega helitingimuste korral ning seega näis ebakindlus olevat suurendada suure koormuse korral. Osalejate reageerimiskäitumise käitumisprofiilide täiendamiseks viisime läbi täiendava uurimusliku analüüsi, kus võrdlesime vastuste usaldusväärsust (st jah-kindlad+ei-kindlad vastused=kõrge enesekindlad vastused (2), jah- ebakindel+ei-ebakindel vastused=madalad kindlad vastused (1)) iga helitugevuse olukorra jaoks erinevates koormustingimustes. Pange tähele, et aZ ja usalduse analüüsid ei ole statistiliselt üksteisest sõltumatud. Korduvmõõtmiste ANOVA vastuse usaldusväärsuse kohta koos koormuse ja helitugevusega kui teguritega näitasid koormuse peamised mõjud (F (1,42)=24.38, p < 0.001, ηp {{21 }}.37; joonis 5) ja helitugevus (F (3126)=55.31, lk<0.001, ηp 2=0.57; Fig. 5) as well as an interaction of load and sound volume (F (3,126)=5.84, p<0.001, ηp 2=0.12; Fig. 5).

ERP-d.

N1 N1 amplituudi puhul oli helitugevuse peamine mõju märkimisväärne (F (2,84)=70.56, p<0.001, ηp 2=0.63, Fig. 6). Planned comparisons revealed that the N1 amplitude was significantly higher for the medium versus low volume sound difference (t (42)=5.81, p<0.001) and the high versus medium volume sound difference (t (42)=7.62, p<0.001). The main effect for load and the interaction of load and sound volume was not significant (all p≥0.53). The additional analysis for heard vs. missed sounds showed a significant main effect of the report (F (1,33)=7.06, p<0.05, ηp 2=0.18, Fig. 7) with higher N1 amplitudes for heard vs. missed sounds. The main effect of load and the interaction of load and report remained insignificant (all p≥0.32).

P3 P3 amplituudi puhul koormuse peamised efektid (F (1,42)=3.14, p<0.1, ηp 2=0.07, Fig. 6) and sound volume (F (2,84)=52.97, p<0.001, ηp 2=0.56, Fig. 5) were significant. Figure 6 illustrates that the P3 amplitude is higher under LL than HL. For the main effect of sound volume, planned comparisons revealed that the P3 amplitude was significantly higher for the medium versus low volume sound difference (t (42)=− 6.63, p<0.001) and the high versus medium volume sound difference (t (42) = − 6.07, p < 0.001). The interaction of load and sound volume was significant as well (F (2,84)=2.89, p<0.1, ηp 2=0.06, Fig. 6). For the interaction of load and sound volume, planned comparisons revealed that the P3 amplitude was decreased under high compared to low load for the medium volume (t (42)=− 1.88, p<0.05) and high volume (t (42)=− 1.94, p<0.05), but not for the low volume sound difference (t (42)=0.04, p>0.48). Kuuldud ja vastamata helide täiendav analüüs näitas aruande olulist peamist mõju (F (1,33)=17.73, p<0.001, ηp 2=0.35, Fig. 7) and load (F (1,33)=4.84, p<0.05, ηp 2=0.13; Fig. 7) with higher P3 amplitudes for heard vs. missed sounds. There was no significant interaction of load and report (p=0.45).

Arutelu

Selle uuringu eesmärk oli uurida visuaalse töömälu koormuse mõju kuulmishäirete töötlemisele. Leidsime (1) parema helituvastuse tundlikkuse madalal ja suurel helitugevusel keskmise ja suure helitugevusega heli korral, (2) suurema vastuse usaldusväärsusega madalal tasemel võrreldes suure koormusega iga heliolukorra puhul, (3) koormusest sõltumatu N1 amplituudi. kõigi helitugevuste puhul (4) madalam P3 amplituud kõrgel võrreldes keskmise ja suure helitugevusega heli madala koormuse korral ja (5) sõltumatute teadlikkuse efektide laadimine nii varases (N1) kui ka hilises (P3) ajaaknas.
Käitumisandmed näitavad madala töömälu koormusega võrreldes madalam helide tuvastamist ja madalamat reageerimiskindlust. See sarnaneb heli tuvastamise modulatsiooniga sõltuvalt visuaalsest tajukoormusest27. Kuid mõlemas uuringus täheldati "tähelepanematut kurtust" vaid vähesel arvul katsetel, mis viitab sellele, et koormuse mõju oletus kujutab endast kõike või mitte midagi nähtust, nagu on kirjeldatud selle kõige rangemas vormis1 ("ebaoluline teave jäetakse välja töötlemine", lk.195), ei saa toetada.

Varasemate ERP-andmete puhul ei mõjutanud koormus N1 amplituudi ning koormuse ja helitugevuse vahel puudus koostoime. Varasemates töömälu koormuse uuringutes leiti, et varajased ERP-d on vähenenud (visuaalsed ERP-d8,9, kuulmis-ERP-d11,12) või ei muutunud (visuaalsed ERP-d 5–7, kuulmis-ERP-d13) madala koormuse korral. Need heterogeensed tulemused võivad olla seotud erinevustega stiimulite valikus ja nende ootuses. Näiteks kahes visuaalses uuringus17,18 kasutati segajatena emotsionaalseid nägusid ja teatati koormuse mõjust N170 amplituudile. Mitmed tajukoormuse uuringud ei leidnud aga koormuse mõju N170 amplituudile 37–39, rõhutades N1 / N170 koormuse mõjude varieeruvust. Yangi jt 9 uuringus oli distraktor katses etteaimatavalt esitatud, mis võib suurendada koormuse allasurutavat mõju. Mitmed teised visuaalse töömälu uuringud14–16 ei leidnud koormuse mõju varastele amplituudidele kõrge või madala koormuse korral. Kuulmisstiimulite puhul on tulemused samuti segased ja tulemused võivad sõltuda analüütilistest parameetritest, eksperimentaalsetest parameetritest ja statistilisest võimsusest. Simon et al.12 võivad näidata kuulmishäirete N1-töötluse vähenemist suure töömälu koormuse korral. Uuring erineb aga selle poolest, et katsealused täidavad jälgimisülesannet ja on seega allutatud pidevale täitmisnõudlusele väljaspool töömälu koormust. Veelgi enam, Mahajani jt11 ja San Migueli jt13 uuringud tekitavad kahtlusi varajaste mõjude ilmnemise usaldusväärsuse suhtes (vt ka 4). Kuigi mõlemas uuringus kasutatakse identset paradigmat, teatasid Mahajan jt11 N1 koormuse mõjust erinevalt San Migueli jt13.

Meie võrdlus kuuldud ja vastamata häirivate helide vahel, sõltumata koormusest, näitas N1 ajaaknas varaste negatiivsuste moduleerimist praeguste teooriate järgi, mis viitab AAN-ile kui kuulmis-taju teadlikkuse neuraalsele korrelatsioonile 28, 30. Seda mustrit täheldati aga ainult koormusest sõltumatute teadlikkuse mõjude puhul. Nagu ülalpool kirjeldatud, ei avaldanud selles ajaaknas kuulmis-ERP-le koormust. Seetõttu ei ole koormuse mõju tuvastamisele tingitud tüüpilistest teadlikkusega seotud amplituudmodulatsioonidest N1 (või AAN) ajaaknas, vaid sõltub hilisematest protsessidest. Tus, stiimulite teadlikkuse koormusega seotud modulatsioonid ei ole meie uuringus seotud varase NCC-ga.

Mis puudutab hilinenud ERP-andmeid, siis oli koormuse peamine mõju P3 amplituudile ning helitugevuse ja koormuse vaheline koostoime. Koormuse peamine mõju P3 amplituudile on kooskõlas varasemate uuringutega, mis näitavad, et suur visuaalne töömälu koormus vähendas kuulmis P3 vastuseid 20, 22, 23, 40. Meie P3-efektid peegeldavad tulemusi käitumuslikul tasemel, kus helituvastus vähenes kõrgel tasemel võrreldes madala koormuse korral keskmise ja kõrge, kuid mitte madala helitugevusega. Seega näib visuaalse koormuse hiline neuraalne mõju kuulmisstiimulitele vähendavat nende stiimulite teatatud teadlikkuse tõenäosust. Meie täiendav analüüs näitas ka koormusest sõltumatut teadlikkuse mõju P3 etapis. Te P3 amplituud on pakutud tähistama tähelepanu, otsustusvõimet ja kindlustunnet avastamiskavandite ajal 12, 28, 41–45. P3 komponent ei esinda vajalikku NCC-d (nägemispiirkonnas 28, 44, 46, kuulmispiirkonnas 41, 47), vaid näib peegeldavat teadliku töötlemise, kodeerimise sügavust ja seega stiimulite aruandluse astet41, 48. Meie disainis on tõenäoline, et need protsessid mõjutavad hilisemat tuvastamise jõudlust ja et töömälu ülesanne moduleerib P3 amplituudiga seotud töötlemisetappi. Kokkuvõttes näitavad meie andmed, et tuvastamise jõudlus võib tuleneda hilisest töötlemisetapist, mille käigus saab koormusega seotud tuvastamisefekte eraldada koormusest sõltumatutest teadlikkuse efektidest.

Viidates tagasi Molloy et al.17 uuringule, mis meie uuringut motiveeris, leidsime sarnased tulemused käitumistasandil ja erinevad tulemused närvitasandil. Mõlemad uuringud teatasid kuulmisstiimulite tuvastamise vähenemisest kõrgel, võrreldes madala (taju- või töömälu) koormusega, mis on seotud hilise närvikoormuse mõjuga P3 amplituudile. Siiski leidsid Molloy et al.17 lisaks varajase närvikoormuse mõju aM100 amplituudile, mis meie uuringus puudus. Seevastu ERP-de puhul järeldame, et meie uuringu suhteliselt suure valimi, hästi kontrollitud stiimulite ja paljude tingimuste kohta tehtud katsete põhjal ei ole N1-le koormusmõju. Isegi kui tundub tõenäoline, et taju- ja töömälu koormus põhjustavad sarnaseid mõjusid6, ei saa süstemaatiliselt välistada, et saadud erinevused kahe uuringu vahel võivad põhineda koormustüüpide üldisel erinevusel.

Kuid teised uuringuparameetrid selgitavad neid erinevusi tõenäolisemalt. MEG ja EEG reageerivad elektromagnetväljade erinevatele dipoolidele, mis võib selgitada, miks MEG avaldab mõjusid, mida EEG andmetega ei nähta. Ideaalis võib selle probleemi lahendada erinevate neuroteaduslike meetodite kombinatsioon. Lisaks on erinevusi tegelikus uuringukavas (lisaks erinevatele koormustüüpidele). Molloy et al.17 uuringus tekkisid koormus- ja distraktorstiimulid samaaegselt, mis kujutab endast kriitilist erinevust meie töömälu koormuse disainist, kus distraktor-stiimulid esitatakse pärast seda, kui koormusstiimulid on juba ekraanilt kadunud. Seega võivad tulevased uuringud otseselt testida, kas häirivate tegurite ajastus võrreldes koormusülesandega (kodeerimine, teabe säilitamine, säilitamine / otsuste tegemine) põhjustab erinevaid mõjusid. Lisaks võrreldi meie uuringus reaktsioone distraktori stiimulitele koormuse tingimustega ilma segajateta, et kontrollida üldist koormuse mõju. Teisisõnu, ilma selle kontrollita on raske otsustada, kas mõjud kujutavad endast mõju distraktori töötlemisele või ülesande/sihtmärkide mõjule, eriti juhtudel, kui sihtmärgid/nõutavad ülesande vastused ja segajad kattuvad.

Tahaksime märkida mõned meie uuringu piirangud. Isegi kui peamiseks ülesandeks seati visuaalne ülesanne, tekitas kuulmisstiimulitele reageerimise käsk kahekordse ülesandega sarnase olukorra. See oli vältimatu praeguse kujunduse puhul, mille puhul olime huvitatud nii teadlikkuse hindamisest kui ka ERP-de uurimisest. Seetõttu võisid multisensoorsed ülesannete vahetamise mõjud tulemusi mõjutada50 ja neid tuleks tulevastes uuringutes uurida tegelike ülesande jaoks ebaoluliste kuulmisstiimulitega. Lisaks saime realiseerida ainult kaks koormustaset. Tulevased uuringud peaksid suurendama koormustasemete vahemikku38, et paremini mõista, kuidas tajukoormus parameetriliselt mõjutab tuvastamist ja ERP vastuseid. Tulevased uuringud võivad kasutada ka laiemat valikut individuaalseid helitasemeid. Lõpuks kasutasime töömälu spetsiifilist operatiivsust. Tulevased uuringud võivad helide esitamise meetodit ja asukohta ülesande erinevate faaside (kodeerimine, säilitamine, sondeerimine) suhtes muuta. Täiendav punkt on see, et meie uuringus kasutati ristmodaalset disaini. Kuigi Load Teory51 ühe- või ristmodaalsete katsete poolt või vastu pole ühtegi teoreetilist argumenti, vajab see küsimus rohkem empiirilist uurimist. Piisava võimsusega tulevased uuringud võivad otseselt võrrelda ühe- ja multimodaalseid konstruktsioone. Lõpuks võivad muud analüütilised strateegiad, nagu mitme muutujaga mustrianalüüs52 või spetsiaalselt eelnevalt määratletud elektroodide analüüs, mis põhineb eelneval tööl, paljastada varajastes ajaakendes peent mõju, mida praeguses uuringus ei täheldatud.

Järeldus

We investigated the detection and neural processing of auditory stimuli varying in stimulus intensity during a continuous stimuli-unrelated visual load condition alternating between low and high load. We found, depending on stimulus strength, decreased detection and late ERP responses (>300 ms) kuulmisstiimulitele kõrgel, võrreldes väikese koormuse korral. Leiud viitavad visuaalse koormuse hilisele neuraalsele mõjule kuulmisstiimulitele, mis on seotud nende stiimulite teatatud teadlikkuse vähenemisega. See efekt on lahutatav üldistest varajase ja hilise ERP-teadlikkuse mõjudest.

Andmete kättesaadavus

Käesoleva uuringu käigus loodud ja analüüsitud andmekogumid on mõistliku taotluse korral kättesaadavad vastavalt autorilt.

Viited

1. Lavie, N. & Tsal, Y. Tajukoormus kui visuaalse tähelepanu selektsioonikoha peamine determinant. Taju. Psühhofüüsid. 56, 183–197 (1994).

2. Lavie, N. Tajukoormus kui valikulise tähelepanu vajalik tingimus. J. Exp. Psychol. Humm. Taju. Esitage. 21, 451-468 (1995).

3. Lavie, N., Beck, DM & Konstantinou, N. Koormust pimestatud: Tähelepanu, teadlikkus ja tajukoormuse roll. Philos. Trans. R. Soc. B Biol. Sci. 369, 20130205 (2014).

4. Lavie, N., Hirst, A., de Fockert, JW & Viding, E. Selektiivse tähelepanu ja kognitiivse kontrolli koormuse teooria. J. Exp. Psychol. Gen. 133, 339–354 (2004).

5. Konstantinou, N. & Lavie, N. Erinevat tüüpi töömälu koormuse dissotsieeruvad rollid visuaalses tuvastamises. J. Exp. Psychol. Humm. Taju. Esitage. 39, 919–924 (2013).

6. Brockhof, L., Schindler, S., Bruchmann, M. & Straube, T. Taju- ja töömälu koormuse mõjud aju reaktsioonidele ülesandega seotud ebaolulistele stiimulitele: ülevaade ja mõju tulevastele uuringutele. Neurosci. Biobehav. Rev. 135, 104580 (2022).

7. Kappenman, ES & Luck, SJ The Oxford Handbook of Event-Related Potential Components (Oxford University Press, 2011).

8. Luck, SJ Sissejuhatus sündmustega seotud potentsiaalitehnikasse (The MIT Press, 2014).

9. Pratt, H. Sensoorsed ERP komponendid. Te Oxford Handbook of Event-Related Potential Components 89–114 (Oxford University Press, 2011).

10. Winkler, I., Denham, S. & Escera, C. Kuulmissündmustega seotud potentsiaalid. ajakirjas Encyclopedia of Computational Neuroscience (Springer, 2015).

11. Näätänen, R. & Picton, T. Te N1 laine inimese elektri- ja magnetreaktsioonist helile: komponendi struktuuri ülevaade ja analüüs. Psychophysiology, 24, 375–425 (1987).

12. Twomey, DM, Murphy, PR, Kelly, SP & O'Connell, RG Klassikaline P300 kodeerib ehitusläve otsustusmuutujat. Eur. J. Neurosci. 42, 1636–1643 (2015).

13. Polich, J. P300 värskendamine: P3a ja P3b integreeriv teooria. Clin. Neurofüsiool. 118, 2128–2148 (2007).

14. Cui, F., Zhu, X., Luo, Y. & Cheng, J. Töömälu koormus moduleerib närvireaktsiooni teiste valudele: ERP-uuringu tõendid. Neurosci. Lett. 644, 24–29 (2017).

15. Freeman, SM, Itthipuripat, S. & Aron, AR Kõrge töömälu koormus suurendab kortikaalset pärssimist primaarses motoorses ajukoores ja vähendab motoorset mõju. J. Neurosci. 36, 5544–5555 (2016).

For more information:1950477648nn@gmail.com