Effekterne af visuel arbejdshukommelsesbelastning på detektion og neural behandling af opgave-ikke-relaterede auditive stimuli

Mens perceptuel belastning er blevet foreslået for at reducere bearbejdningen af ​​opgave-urelaterede stimuli, er teoretiske argumenter og empiriske fund for andre former for opgavebelastning ikke entydige. Her undersøgte vi systematisk påvisning og neural behandling af auditive stimuli varierende i stimulusintensitet under en stimuli-urelateret visuel arbejdshukommelsesopgave, der veksler mellem lav og høj belastning. Vi fandt, afhængigt af stimulusstyrke, nedsat stimulusdetektion og reducerede P3, men upåvirkede N1-amplituder af det begivenhedsrelaterede potentiale for auditive stimuli under høj sammenlignet med lav belastning. I modsætning hertil blev belastningsuafhængige opmærksomhedseffekter observeret i både tidlige (N1) og sene (P3) tidsvinduer. Resultater tyder på en sen neural effekt af visuel arbejdshukommelsesbelastning på auditive stimuli, hvilket fører til en lavere sandsynlighed for rapporteret bevidsthed om disse stimuli.

Forholdet mellem stimulusintensitet og hukommelsesydelse er et emne for megen forskning. Undersøgelser har vist, at moderat stimulering kan forbedre hukommelsen, men for kraftig stimulering kan føre til negative effekter.

I vores daglige liv møder vi ofte forskellige stimuli, såsom at se tv, spille spil, lytte til musik, få venner og så videre. Moderate mængder af disse stimuli kan hjælpe os med at forblive energiske og interesserede til at komme igennem dagen med lethed og nydelse. Samtidig er moderat stimulering også med til at forbedre hukommelsen. Når vi møder ny information, kan moderat stimulering hjælpe os med at fokusere mere og fremskynde behandlingshastigheden af ​​information og hukommelsesprocessen.

Men hvis stimulus er for ekstrem, kan det forårsage negative effekter. Stærkere stimuli kan føre til negative virkninger såsom opmærksomhedsunderskud, angst, irritabilitet og overdreven træthed, som alle kan reducere effektiviteten af ​​hukommelsen. Derfor er moderat stimulering og en afbalanceret sindstilstand nødvendige betingelser for at bevare hukommelsen.

Sammenfattende er forholdet mellem stimulusintensitet og hukommelse meget vigtigt. Vi skal dog huske, at moderat stimulering kan hjælpe os, og overdreven stimulering kan føre til negative resultater. At opretholde et afbalanceret liv og opnå passende stimulering kan gøre hukommelsen mere effektiv og længerevarende. Det kan ses, at vi skal forbedre vores hukommelse. Cistanche kan forbedre hukommelsen markant, fordi kødpasta er et traditionelt kinesisk medicinsk materiale med mange unikke effekter, hvoraf den ene er at forbedre hukommelsen. Effektiviteten af ​​hakket kød kommer fra en række aktive ingredienser, det indeholder, herunder carboxylsyre, polysaccharider, flavonoider osv. Disse ingredienser kan fremme hjernens sundhed gennem forskellige kanaler.

Klik på, hvordan du kan forbedre din hukommelse

Belastningsteori 1-3 kan betragtes som den dominerende teori om, hvordan opmærksomhed påvirker informationsbehandling. Den foreslår et fleksibelt fokuspunkt afhængigt af belastningen af ​​en igangværende opgave. Under lav belastning kan information behandles, mens høj belastning fører til tidlig hæmning af distraktorbehandling. Oprindeligt blev teorien udviklet i sammenhæng med perceptuelle opgavemanipulationer (dvs. perceptuel belastning)1,2. Senere versioner omfattede også såkaldt kognitiv belastning (dvs. arbejdshukommelsesbelastning)4. Oprindeligt foreslog teorien modsatte fænomener for perceptuel og arbejdshukommelsesbelastning4. Denne antagelse blev dog senere revideret5, og empirisk arbejde viser lignende effekter af perceptuel og arbejdshukommelsesbelastning (for gennemgang, se).

Load Theory foreslår tidlige effekter af høj versus lav belastning på behandlingen af ​​opgave-urelaterede distraktorer3. Hvad der udgør tidlige og sene effekter i neurovidenskabelig henseende er dog stadig vagt, men kan i store træk operationaliseres af tidlige versus sene hjerneområder i behandlingshierarkiet og specifikke tidsvinduer i elektrofysiologiske reaktioner6. En nylig gennemgang af vores gruppe6 vedrørende belastningseffekter på neuronal aktivering til opgave-urelaterede distraktorer førte til den konklusion, at belastningseffekter forekommer mere pålideligt i senere stadier af stimulusbehandling, men at den tidsmæssige forekomst af belastningseffekter stadig skal specificeres. Elektrofysiologiske metoder tilbyder en høj tidsmæssig opløsning af neuronal aktivitet og giver mulighed for differentiering mellem tidlige og sene effekter7-10. I den auditive modalitet er N1 for eksempel en tidlig ERP-komponent, der forekommer omkring 100 ms efter stimulusstart og repræsenterer den tidligste negative komponent, der er forbundet med ændringer i det auditive miljø11. I modsætning hertil er sene positive bølger fra 300 ms post-stimulus og fremefter mindre afhængige af stimulustræk, men forbundet med post-perceptuel behandling af stimuli, herunder beslutningstagning og evaluering af stimuli12,13.

Adskillige undersøgelser undersøgte neurale korrelater af arbejdshukommelsesbelastning på opgave-ikke-relaterede stimuli ved hjælp af elektroencefalografi og gav heterogene fund. I flere visuelle unimodale undersøgelser (dvs. visuel belastning med en visuel distraktor) blev tidlige visuelle potentialer (dvs. P1 og N1/N170 amplitude) rapporteret at være påvirket af belastning14-16, mens to undersøgelser rapporterede nedsatte ansigtsrelaterede N170 amplituder under høj belastning17,18. Senere visuelle ERP-amplituder (dvs. P3-amplitude) reduceres systematisk i disse undersøgelser14-19. I den auditive modalitet er der ingen unimodale undersøgelser. For krydsmodale auditive distraktorer (dvs. visuel belastning med en auditiv distraktor) rapporterer nogle undersøgelser nedsatte N1-amplituder20,21, mens andre undersøgelser ikke finder nogen effekter. Her er senere ERP-amplituder (dvs. P3-amplitude) til auditive distraktorer også systematisk reduceret20,22-24, med kun én undersøgelse, der viser øgede P3-responser25. På trods af undersøgelser, der tyder på, at lagring af arbejdshukommelse er domænespecifik26, viser en stor mængde forskning tværmodale effekter af arbejdshukommelsesbelastning på ERP'er til auditive distraktorer (for gennemgang, se 6). Dette taler for tværmodal deling af behandlingsressourcer med de brede formuleringer af Load Teory (for gennemgang, se 6).

Ydermere er en kritisk forudsigelse fra Load Theory, at detektionen af ​​distraktorstimuli, i det mindste tærskelstimuli, bør reduceres eller endda hæmmes under forhold med høj belastning. Der er dog kun én undersøgelse, der undersøgte detektion og neurale behandling af distraktorer afhængigt af belastningsniveauet for hovedopgaven. Molloy et al.27 fandt reducerede magnetoencefalografiske tidlige (aM100) og sene (P3) reaktioner på lyde under høj versus lav perceptuel visuel belastning og reduceret detektion af lyde under høj sammenlignet med lav belastning. Dette tyder på, at nedsatte neurale reaktioner er forbundet med en lavere bevidsthed om lydene. Ingen undersøgelse har dog undersøgt, om arbejdshukommelsesbelastning påvirker påvisningen af ​​distraktorer. Derfor er det fortsat uklart, om der er effekter af arbejdshukommelsesbelastning på detektionen af ​​distraktorer, om dette afhænger af distraktorernes stimulusstyrke, og om belastningseffekter ses parallelt i tidlige og sene neurale responser og adfærdsdata. Ydermere er det i de fleste undersøgelser, at belastningseffekter på ERP'er til distraktorer er svære at afgrænse fra belastningseffekterne af hovedopgaven. Egnede kontrolforhold, såsom belastningsvariationer uden stimulus, er nødvendige (for udvidet diskussion, se 4).

I den aktuelle undersøgelse undersøgte vi systematisk virkningerne af visuel arbejdshukommelsesbelastning på detektion og neurale behandling af auditive distraktorer. For bedre at forstå stimulusstyrkens rolle, varierede vi intensiteten af ​​auditive distraktorer. Desuden sammenlignede vi forhold, hvor en distraktor eller ingen distraktor blev præsenteret for at adskille distraktor og generelle belastningseffekter. Vi brugte ERP'er til at afgrænse tidlige og sene virkninger af belastning på neurale reaktioner på distraktorer. På det adfærdsmæssige niveau blev det antaget, at detektionshastigheden af ​​auditive distraktorer ville stige med lydintensiteten. Påvisningen af ​​auditive stimuli bør dog reduceres under høj sammenlignet med lav arbejdshukommelsesbelastning, især nær detektionstærsklen. For ERP'en antog vi en stigning i N1-amplituden med lydintensitet og en reduktion i amplitude ved øget arbejdshukommelsesbelastning. Med hensyn til P3 antog vi også en stigning i amplitude med lydintensitet og en reduktion i amplitude ved øget arbejdshukommelsesbelastning. I begge tilfælde antog vi, at belastningseffekter er mest udtalte for stimuli nær detektionstærsklen. Mønstret af belastningseffekter blev antaget at svare til belastningsuafhængige effekter af stimulusbevidsthed, som vides at være forbundet med reducerede amplituder i tidlige og sene tidsvinduer for ubevidsthed sammenlignet med bevidste auditive stimuli under detektionsopgaver28-30.

Metoder

Deltagere.

Fify-one-deltagere blev rekrutteret ved University of Muenster. En deltager afbrød undersøgelsen, og syv deltagere blev afvist på grund af for store EEG-artefakter, hvilket førte til en endelig stikprøvestørrelse på 43 deltagere (14 mænd, 29 kvinder; Mage=24.56 år, SDage=3. 671 år). De gav skriftligt informeret samtykke og modtog 10 euro i timen for deres deltagelse. Alle deltagere havde normalt eller korrigeret til normalt syn og audition og ingen neurologiske eller psykiatriske lidelser. På nær én var alle deltagere højrehåndede. Undersøgelsen blev godkendt af den medicinske etiske komité ved universitetet i Münster, og alle procedurer blev udført i henhold til denne erklæring.

Stimuli.

En iiyama GMaster GB2488HSU-skærm (iiyama, Nagano, Japan) ved 60 Hz med en opløsning på 1920×1080 pixels blev brugt til stimulusvisning. Synsafstanden var 60 cm. Visuelle stimuli var sortfarvede konsonantbogstaver (højde=2.49 grader af synsvinkel) på en grå baggrund. Disse bogstaver blev præsenteret med lige stor afstand (3,23 grader imellem) ved siden af ​​det hvide fikseringskors (et "+" bestående af to streger på 0,373×0,124 grader) i midten af ​​skærmen. To eller seks bogstaver blev tilfældigt valgt og præsenteret i tilstanden med lav eller høj arbejdshukommelsesbelastning. Auditive stimuli bestod af to komponenter: (1) pludrestøj og (2) bip-stimuli. Støjen blev taget fra den frit tilgængelige informationsdatabase for signalbehandling31, som er tilgængelig via http://spib.linse.ufsc.br/noise.html, og valideret i en undersøgelse af Schlossmacher et al.28. Støjen blev yderligere behandlet ved at tilføje den samme stream, der blev spillet baglæns, til originalen. Det gennemsnitlige lydtrykniveau (SPL) under forsøget var 55 dB. Bip-stimuli var sinusformede toner med stignings- og faldtider på 10 ms, en varighed på 100 ms og en frekvens på 600 Hz.

De blev præsenteret ved tre forskellige lydstyrker (lav, medium og høj intensitet) og desuden med nul intensitet ("ingen lyd"), hver med en andel på 25%. I hvert forsøg blev én bip-stimulus (eller "ingen lyd"-stimulus) indlejret i pludrestøjen på et pseudo-randomiseret tidspunkt mellem 200 ms efter starten og 200 ms før forskydningen af ​​fikseringen kryds i bogstavvedligeholdelsesfasen. Lydstyrken blev bestemt i et adfærdsmæssigt pilotstudie (n=10). Deltagerne blev bedt om at svare på en simpel visuel detektionsopgave (farveændring af et fikseringskryds), ​​mens de ovenfor beskrevne auditive stimuli blev spillet i baggrunden. Efter hvert forsøg blev deltagerne spurgt, om bip-stimuli blev opfattet. Eksperimentatoren justerede lydstyrken manuelt, indtil fem deltagere registrerede bippet i omkring 50 % af forsøgene. Dette volumen blev derefter ganget med 0,5 og 2 for at give de tre kritiske niveauer, der blev brugt i hovedeksperimentet (42 dB, 45 dB og 48 dB). Dette gav os således mulighed for at undersøge, hvordan belastningsfund påvirkes af stimulusstyrke, der varierer fra under detektionstærsklen til detektionstærsklen og over detektionstærsklen.

Procedure.

Deltagerne svarede først på et demografisk spørgeskema og blev forberedt til EEG. Bagefter gennemførte de en øvelsesopgave, hvor de blev instrueret i at huske de præsenterede bogstaver. Desuden fik de at vide, at baggrundsstøjen ville indeholde lejlighedsvise bip med varierende lydstyrkeniveauer. Instruktionerne var designet til at fastlægge hukommelsesopgaven som hovedopgaven og beretningen om de auditive percepter som en underordnet opgave. Dette blev opnået ved at oplyse, at for hukommelsesopgaven ville de modtage eller miste point for rigtige og forkerte svar, hvorimod lydene ikke havde nogen relevans for deltagerne. Desuden blev de instrueret i, at de først skulle svare på hukommelsesopgaven, derefter modtage punktfeedback, og til sidst ville blive bedt om at vurdere deres præstationer på lydopfattelserne. Det blev gentaget, at lydvurderingen ikke ville føre til pointsejr eller -tab. Desuden var det forskellige forespørgselsformat for den visuelle opgave (dvs. eksplicit ja-nej-forespørgsel) og lydopfattelsen (dvs. vurdering, se nedenfor) også beregnet til at understrege vigtigheden af ​​hukommelsesopgaven. Ti startede hovedforsøget, opdelt i 12 blokke med selvkontrollerede pauser med en maksimal længde på 3 min. Hver blok omfattede 32 forsøg med begge belastningsniveauer, hvor forsøg blev afbrudt på grund af overdreven øjenbevægelse, der blev tilføjet til enden af ​​en blok. Et enkelt forsøg (se fig. 1) startede med præsentationen af ​​fikseringskrydset i 500 ms. Bagefter dukkede bogstaverne (dvs. 2 bogstaver med lav arbejdshukommelsesbelastning og 6 bogstaver i høj arbejdshukommelsesbelastning) op i 1 s på skærmen. Herefter blev fikseringskorset præsenteret igen. Under denne 3-præsentation blev baggrundslydene afspillet. Forespørgslen på de huskede bogstaver fulgte dette. Til forespørgslen dukkede ét bogstav op midt på skærmen, og forsøgspersonerne skulle angive, om dette bogstav var blandt de bogstaver, der skulle huskes eller ej. I 50 % af forsøgene var dette et af de breve, der skulle huskes. Deltagerne fik feedback for deres svar vedrørende bogstaverne (dvs. pluspoint for rigtige svar og minuspoint for forkerte svar), der akkumulerede over hele eksperimentet. Efter hukommelsesforespørgslen bedømte deltagerne deres subjektive lydopfattelse på en fire-punkts skala, der spændte fra "nej - sikker" over "nej - usikker" og "ja - usikker" til "ja - sikker". Efter hver blokering fik de deres samlede score optjent (dvs. du har scoret x point ud af maksimalt y point indtil videre).

EEG optagelse og forbehandling.

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) og lavt signal (dvs. SD af gradienten,<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).

Eye-tracking optagelse.

Vi brugte en eye-tracker til kontinuerligt at spore og evaluere blikpositionen under eksperimentet og stoppe eksperimentel præsentation, når blikket afviger mere end 3 grader i et cirkulært område omkring fikseringsmærket. Afbrudte forsøg blev tilføjet til slutningen af ​​blokken. Eye-tracking blev målt med Eyelink 1000 eye-tracker fra SR research (EyeLink 1000, SR Research Ltd., Mississauga, Canada). Deltagerne blev bedt om at placere deres hoveder på en hagestøtte, og det højre øje blev registreret. Optagelsessamplinghastigheden var 1000 Hz. Før hver præsentationsblok blev der automatisk startet en eye-tracker-kalibreringsprocedure ved hjælp af en fem-punkts kalibreringsprocedure.

Statistiske analyser.

Adfærdsdata blev analyseret i MATLAB R2019b (https://de.mathworks.com). For at måle opgavens udførelse blev genkendelsen af ​​bogstaver analyseret med d prime (d′) for de to belastningsforhold, efterfulgt af en parret prøve t-test. Detektionsfølsomheden (aZ) blev beregnet for to-belastnings- og tre-lydslydstyrkebetingelserne for lyddetektering. AZ kvantificerer arealet under modtagerens driftskarakteristik (ROC) kurve, beregnet ud fra andelen af ​​hits og falske alarmer pr. konfidensniveau. Det går mellem 0,5 (tilfældig ydeevne) og 1 (perfekt detektion). Lyddetektionsdata blev analyseret ved brug af gentaget variansanalyse (ANOVA) med belastning (lav belastning (LL) vs. høj belastning (HL)) og lydstyrke (lav lydstyrke vs. medium lydstyrke vs. høj lydstyrke) som faktorer.

EEG-hovedbundsdata blev analyseret og visualiseret ved hjælp af MATLAB R2019b (https://de.mathworks.com) og SPSS (https://www.ibm.com/de-de/analytics/spss-statistics-sofware). De to komponenter af interesse (N1 og P3 amplitude, se fig. 2) blev valgt som følger: Vi inspicerede tidsforløbet af topografier af det store gennemsnit for hvert lydniveau undtagen "ingen lyd" tilstand. Data blev aggregeret på tværs af alle deltagere og gennemsnittet på tværs af de to belastningsniveauer. For alle lydniveauer over nul observerede vi den typiske bilaterale frontale negativitet, der toppede mellem 100 og 200 ms11. Til N1-analysen valgte vi alle sensorer, der almindeligvis viste den negative peak ved hvert lydniveau (se fig. 2). Denne bilaterale frontale klynge bestod af sensorerne F3, F4, F5, F6, FC3, FC4, FC5, FC6, C3, C4, C5 og C6. På samme måde identificerede vi P3, karakteriseret ved en parietal-central positiv pol typisk mellem 300 og 700 ms13,34. Den fælles klynge for alle lydniveauer bestod af sensorerne CP1, CP2, CP3, CP4, CPz, P1, P2, P3, P4, Pz, POz, PO3 og PO4. De tidsmæssige intervaller af interesse blev identificeret ved at inspicere ERP'erne i gennemsnit på tværs af de ovennævnte sensorgrupper, adskilt for hver lydstyrke, men gennemsnittet på tværs af belastningsniveauer. For N1-amplituden observerede vi en stigning i peak latency med lydvolumen 35,36. Således blev toppen af ​​N1-amplituden for lavvolumen-lyden identificeret i tidsintervallet 195 til 295 ms, for mellemvolumen-lyden i tidsområdet 157 til 257 ms og for højvolumen-lyden i tidsintervallet 130 til 230 ms post-stimulus. Toppen af ​​P3-amplituden blev identificeret for alle lydvolumener i det samme tidsinterval på 300 til 700 ms post-stimulus. For at inspicere belastnings- og lydstyrkeeffekter beregnede vi en ANOVA med belastning (LL vs. HL) og lydstyrke (lav vs. medium vs. høj) som forskellen til tilstanden uden lyd for N1- og P3-amplituden. Partial eta-squared (ηp 2 ) blev brugt til at beskrive effektstørrelserne i alle statistiske test.

I en yderligere analyse sammenlignede vi også hørte og mistede lyde uanset belastning for at teste for typiske signaturer af auditiv stimulusbevidsthed, de såkaldte neurale bevidsthedskorrelater (NCC). I det auditive domæne er de aktuelt diskuterede NCC-kandidater tidlige negativiteter (auditiv bevidsthedsnegativitet, AAN28,30), som starter i N1-tidsvinduet, og sene positiviteter (såsom P3-amplituden23,24, men se19 ). Til dette formål opdeler vi forsøgene afhængigt af responsen på det auditive mål pr. forsøg (hørt: ja vs. nej). For at opnå den mest pålidelige sammenligning af hørte og uhørte lyde, valgte vi lydstyrketilstanden for hver deltager tættest på perceptionstærsklen (dvs. med aZ, gennemsnittet over belastningen, tættest på 0,75). For de 36 deltagere var det valgte lydstyrkeniveau medium lydstyrke. For tre og fire deltagere var den valgte lydstyrke henholdsvis lav eller høj lydstyrke. Responsafhængig opdeling af forsøg førte til et gennemsnit på 21,2 forsøg (SD=11.33) på tværs af alle deltagere og tilstande. Imidlertid blev ni forsøgspersoner udelukket fra analysen, fordi de havde en eller flere tilstande med færre forsøg end den valgte cutoff-værdi på 4, hvilket efterlod en endelig delprøve på 34 forsøgspersoner. Således beregnede vi en ANOVA med respons (ja vs. nej) og belastning (LL vs. HL) i N1 (eller AAN, 100-300 ms) og P3 (300-700 ms) tidsintervaller for lyde med en lydstyrke tæt på perceptionstærsklen. Partial eta-squared (ηp 2 ) blev brugt til at beskrive effektstørrelserne i alle statistiske test.

Resultater

Bedømmelser og adfærdsmæssige resultater.

Opgaveudførelse. Te d′ var højere i lavbelastningstilstanden (LL, M=4.47, SD=0.5; fig. 3) sammenlignet med højbelastningstilstanden (HL, M=2 .2, SD=0.87; Fig. 3). Deltagerne var mere nøjagtige i deres svar i LL-tilstanden sammenlignet med HL-tilstanden (t (42)=17.34, s.<0.001; Fig. 3).

Lyddetektion.

De gentagne målinger ANOVA på aZ med belastning og lydstyrke som faktorer afslørede en hovedeffekt af belastning (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).

Figur 4 viser beskrivende middelfordelingen af ​​de fire svarkategorier, som indgår i beregningen af ​​aZ. Visuel inspektion af fig. 4 tyder imidlertid på, at mange "ikke-sikre" reaktioner under lav belastning viste sig at være "ikke-usikre" reaktioner under høj belastning for lydforholdene uden og lav lydstyrke, og derfor syntes usikkerhed at være øges under høj belastning. For at fuldende adfærdsprofilerne for deltagernes responsadfærd gennemførte vi en yderligere eksplorativ analyse, hvor vi sammenlignede tilliden til svarene (dvs. ja-sikker+nej-sikre svar=højt sikre svar (2), ja- usikre+ikke-usikre svar=lavt sikre svar (1)) for hver lydstyrketilstand under de forskellige belastningsforhold. Bemærk, at analyserne af aZ og konfidens statistisk set ikke er uafhængige af hinanden. Den gentagne måling ANOVA på responssikkerhed med belastning og lydstyrke som faktorer afslørede hovedeffekterne af belastning (F (1,42)=24.38, p < 0.001, ηp {{21 }}.37; Fig. 5) og lydstyrke (F (3.126)=55.31, s.<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'er.

N1 For N1-amplituden var hovedeffekten for lydstyrken signifikant (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 For P3-amplituden, hovedeffekterne for belastningen (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). Den yderligere analyse for hørte vs. mistede lyde viste en signifikant hovedeffekt af rapporten (F (1,33)=17.73, s.<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).

Diskussion

Denne undersøgelse havde til formål at undersøge virkningerne af visuel arbejdshukommelsesbelastning på auditiv distraktorbehandling. Vi fandt (1) en bedre lyddetektionsfølsomhed under lav sammenlignet med høj belastning for mellem og høj lydstyrke, (2) højere responssikkerhed under lav sammenlignet med høj belastning for hver lydtilstand, (3) en belastningsuafhængig N1-amplitude for alle lydstyrker, (4) en reduceret P3-amplitude under høj sammenlignet med lav belastning for mellem- og højlydstyrke, og (5) indlæse uafhængige opmærksomhedseffekter under både tidlige (N1) og sene (P3) tidsvinduer.
Adfærdsdataene viser reduceret detektion og lavere responssikkerhed for lyde under høj sammenlignet med lav arbejdshukommelsesbelastning. Dette svarer til moduleringen af ​​detekteringen af ​​lyd afhængigt af visuel perceptuel belastning27. I begge undersøgelser blev "uopmærksom døvhed" dog kun observeret i et lille antal forsøg, hvilket tyder på, at antagelsen om belastningseffekter repræsenterer et alt-eller-intet-fænomen, som beskrevet i sin strengeste form1 ("irrelevant information vil blive udelukket fra processing", s.195), kan ikke understøttes.

Med hensyn til tidlige ERP-data blev N1-amplituden ikke påvirket af belastning, og der var ingen interaktion mellem belastning og lydstyrke. Tidligere undersøgelser af arbejdshukommelsesbelastning fandt nedsatte (visuelle ERPs8,9, auditive ERPs11,12) eller upåvirkede tidlige ERP-amplituder (visuelle ERPs5–7, auditive ERPs13) under høj sammenlignet med lav belastning. Disse heterogene resultater kan relatere til forskellene i valget af stimuli og deres forventning. For eksempel brugte to visuelle undersøgelser17,18 følelsesmæssige ansigter som distraktorer og rapporterede belastningseffekter på N170-amplituden. Imidlertid fandt flere perceptuelle belastningsstudier ingen effekt af belastning på N170-amplituden37-39, hvilket fremhæver variabiliteten af ​​N1/N170-belastningseffekter. I undersøgelsen af ​​Yang et al.9 blev distraktoren forudsigeligt præsenteret i forsøget, hvilket kunne forstærke undertrykkende belastningseffekter. Adskillige andre visuelle arbejdshukommelsesundersøgelser14-16 fandt ingen effekt af belastning på tidlige amplituder under høj vs. lav belastning. For auditive stimuli blandes resultaterne også, og resultaterne kan afhænge af analytiske parametre, eksperimentelle parametre og statistisk styrke. Simon et al.12 kunne vise nedsat N1-behandling til auditive distraktorer under en høj arbejdshukommelsesbelastning. Undersøgelsen adskiller sig dog ved, at forsøgspersonerne udfører en sporingsopgave og dermed er underlagt et konstant eksekutivkrav ud over arbejdshukommelsesbelastningen. Desuden rejser undersøgelserne af Mahajan et al.11 og San Miguel et al.13 tvivl om pålideligheden af ​​forekomsten af ​​tidlige effekter (se også 4). Selvom begge studier anvender et identisk paradigme, rapporterede Mahajan et al.11 N1-belastningseffekter i modsætning til San Miguel et al.13.

Vores sammenligning mellem hørte og mistede distraktorlyde, uanset belastning, viste modulation af tidlige negativiteter i N1-tidsvinduet af aktuelle teorier, hvilket tyder på AAN som en neural korrelat af auditiv perceptuel bevidsthed28,30. Dette mønster blev dog kun observeret for belastningsuafhængige opmærksomhedseffekter. Som beskrevet ovenfor var der ingen effekt af belastning på den auditive ERP i dette tidsvindue. Derfor skyldes belastningseffekten på detektion ikke typiske opmærksomhedsrelaterede amplitudemodulationer i N1 (eller AAN) tidsvinduet, men afhænger af senere processer. Tværtimod er belastningsrelaterede moduleringer af bevidsthed om stimuli ikke forbundet med tidlig NCC i vores undersøgelse.

Med hensyn til sene ERP-data var der en hovedeffekt af belastning på P3-amplituden og en vekselvirkning mellem lydstyrke og belastning. Hovedeffekten af ​​belastning på P3-amplituden er på linje med tidligere undersøgelser, som viser, at høj visuel arbejdshukommelsesbelastning reducerede auditive P3-responser20,22,23,40. Vores P3-effekter afspejler resultaterne på adfærdsniveauet, hvor lyddetektion blev reduceret under høj sammenlignet med lav belastning for medium og høj, men ikke for lav lydstyrke. Den sene neurale effekt af visuel belastning på auditive stimuli synes således at reducere sandsynligheden for rapporteret bevidsthed om disse stimuli. Vores yderligere analyse viste også en belastningsuafhængig bevidsthedseffekt under P3-stadiet. Te P3-amplitude er blevet foreslået til at repræsentere opmærksomhed, beslutningstagning og tillid under detektionsdesign12,28,41-45. P3-komponenten repræsenterer ikke en nødvendig NCC (i det visuelle domæne28,44,46, i det auditive domæne41,47), men synes i stedet at afspejle dybden af ​​bevidst behandling, kodning og dermed graden af ​​rapporterbarhed af stimuli41,48. I vores design er det sandsynligt, at disse processer ser ud til at påvirke senere detekteringsydelse, og at arbejdshukommelsesopgaven modulerer behandlingsstadiet forbundet med P3-amplituden. Samlet set tyder vores data på, at detektionsydelse kan skyldes et sent behandlingsstadium, hvor belastningsassocierede detektionseffekter kan adskilles fra belastningsuafhængige bevidsthedseffekter.

Med henvisning tilbage til undersøgelsen af ​​Molloy et al.17, som motiverede vores undersøgelse, fandt vi lignende resultater på adfærdsniveau og forskellige resultater på neurale niveau. Begge undersøgelser rapporterede en reduceret påvisning af auditive stimuli under høj sammenlignet med lav (perceptuel eller arbejdshukommelse) belastning, forbundet med en sen neural belastningseffekt på P3-amplituden. Imidlertid fandt Molloy et al.17 desuden en tidlig neural belastningseffekt på aM100-amplituden, som var fraværende i vores undersøgelse. I modsætning hertil konkluderer vi for ERP'er, at der ikke er nogen belastningseffekter på N1 baseret på vores undersøgelses relativt store prøvestørrelse, velkontrollerede stimuli og mange forsøg pr. tilstand. Selvom det forekommer sandsynligt, at perceptuel og arbejdshukommelsesbelastning fremkalder lignende effekter6, kan det ikke systematisk udelukkes, at de opnåede forskelle mellem de to undersøgelser kan baseres på en generel forskel mellem belastningstyperne.

Andre undersøgelsesparametre er dog mere tilbøjelige til at forklare disse forskelle. MEG og EEG reagerer på forskellige dipoler af elektromagnetiske felter, hvilket kan forklare, hvorfor MEG afslører effekter, der ikke ses med EEG-data. Ideelt set kan en kombination af forskellige neurovidenskabelige metoder løse dette problem. Endvidere er der forskelle i selve undersøgelsesdesignet (udover de forskellige belastningstyper). I studiet af Molloy et al.17 havde belastnings- og distraktorstimuli en samtidig start, hvilket repræsenterer en kritisk forskel til vores arbejdshukommelsesbelastningsdesign, hvor distraktorstimuli præsenteres efter belastningsstimuli allerede er forsvundet fra skærmen. Således kan fremtidige undersøgelser direkte teste, om timingen af ​​distraktorer i forhold til belastningsopgaven (kodning, vedligeholdelse af information, fastholdelse/beslutningstagning) fører til forskellige effekter. Desuden sammenlignede vores undersøgelse svar på distraktorstimuli mod belastningsforhold uden distraktorer for at kontrollere generelle belastningseffekter. Med andre ord, uden denne kontrol er det vanskeligt at afgøre, om effekter repræsenterer effekter på distraktorbehandling eller effekter af opgave/mål, især i tilfælde, hvor mål/krævede opgavesvar og distraktorer overlapper hinanden.

Vi vil gerne bemærke nogle begrænsninger ved vores undersøgelse. Selvom den visuelle opgave blev etableret som hovedopgaven, skabte instruktionen om at reagere på de auditive stimuli en dobbeltopgavelignende situation. Dette var uundgåeligt for det nuværende design, hvor vi var interesserede i både bevidsthedsvurderinger og undersøgelse af ERP'er. Derfor kan multisensoriske opgaveskiftende effekter have påvirket resultaterne50 og bør undersøges i fremtidige undersøgelser med faktiske opgave-irrelevante auditive stimuli. Desuden kunne vi kun realisere to belastningsniveauer. Fremtidig forskning bør øge omfanget af belastningsniveauer38 for bedre at forstå, hvordan perceptuel belastning parametrisk påvirker detektion og ERP-svar. Fremtidige undersøgelser kan også bruge et bredere udvalg af individualiserede lydniveauer. Til sidst brugte vi en specifik operationalisering af arbejdshukommelsen. Fremtidige undersøgelser kan variere metoden og placeringen af ​​præsentation af lyde i forhold til forskellige faser af opgaven (kodning, retention, sonde). En yderligere pointe er, at vores undersøgelse brugte et tværmodalt design. Selvom der ikke er noget teoretisk argument for eller imod uni- eller cross-modale eksperimenter i Load Teory51, kræver dette spørgsmål mere empirisk forskning. Fremtidige undersøgelser med tilstrækkelig kraft kan direkte sammenligne uni- og multimodale designs. Endelig kan andre analytiske strategier såsom multivariat mønsteranalyse52 eller analyse af specifikt foruddefinerede elektroder baseret på tidligere arbejde afsløre subtile effekter i tidlige tidsvinduer, som ikke blev set i den aktuelle undersøgelse.

Konklusion

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) til auditive stimuli under høj sammenlignet med lav belastning. Resultater tyder på en sen neural effekt af visuel belastning på auditive stimuli forbundet med en reduceret sandsynlighed for rapporteret bevidsthed om disse stimuli. Denne effekt kan adskilles fra generelle tidlige og sene ERP-bevidsthedseffekter.

Datatilgængelighed

De datasæt, der genereres og analyseres under den aktuelle undersøgelse, er tilgængelige fra den tilsvarende forfatter efter rimelig anmodning.

Referencer

1. Lavie, N. & Tsal, Y. Perceptuel belastning som en væsentlig determinant for selektionsstedet i visuel opmærksomhed. Percept. Psykofys. 56, 183-197 (1994).

2. Lavie, N. Perceptuel belastning som en nødvendig betingelse for selektiv opmærksomhed. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Udføre. 21, 451-468 (1995).

3. Lavie, N., Beck, DM & Konstantinou, N. Blindet af belastningen: Opmærksomhed, bevidsthed og rollen som perceptuel belastning. Philos. Trans. R. Soc. B Biol. Sci. 369, 20130205 (2014).

4. Lavie, N., Hirst, A., de Fockert, JW & Viding, E. Belastningsteori om selektiv opmærksomhed og kognitiv kontrol. J. Exp. Psychol. Gen. 133, 339-354 (2004).

5. Konstantinou, N. & Lavie, N. Dissocierbare roller af forskellige typer arbejdshukommelsesbelastning i visuel detektion. J. Exp. Psychol. Hum. Percept. Udføre. 39, 919-924 (2013).

6. Brockhof, L., Schindler, S., Bruchmann, M. & Straube, T. Effekter af perceptuel og arbejdshukommelsesbelastning på hjernereaktioner på opgave-irrelevante stimuli: Gennemgang og implikationer for fremtidig forskning. Neurosci. Bioadfærd. Rev. 135, 104580 (2022).

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

8. Luck, SJ En introduktion til den begivenhedsrelaterede potentielle teknik (The MIT Press, 2014).

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

10. Winkler, I., Denham, S. & Escera, C. Auditive begivenhedsrelaterede potentialer. i Encyclopedia of Computational Neuroscience (Springer, 2015).

11. Näätänen, R. & Picton, T. Te N1-bølge af menneskets elektriske og magnetiske respons på lyd: En gennemgang og en analyse af komponentstrukturen. Psychophysiology 24, 375-425 (1987).

12. Twomey, DM, Murphy, PR, Kelly, SP & O'Connell, RG Te classic P300 koder for en build-to-threshold-beslutningsvariabel. Eur. J. Neurosci. 42, 1636-1643 (2015).

13. Polich, J. Opdatering af P300: En integrativ teori om P3a og P3b. Clin. Neurophysiol. 118, 2128-2148 (2007).

14. Cui, F., Zhu, X., Luo, Y. & Cheng, J. Arbejdshukommelsesbelastning modulerer den neurale reaktion på andres smerte: Evidens fra en ERP-undersøgelse. Neurosci. Lett. 644, 24-29 (2017).

15. Freeman, SM, Itthipuripat, S. & Aron, AR Høj arbejdshukommelsesbelastning øger intrakortikal hæmning i den primære motoriske cortex og mindsker den motoriske affordance-effekt. J. Neurosci. 36, 5544-5555 (2016).

For more information:1950477648nn@gmail.com