Els efectes de la càrrega de memòria de treball visual en la detecció i el processament neuronal d'estímuls auditius no relacionats amb la tasca

Tot i que s'ha proposat la càrrega perceptiva per reduir el processament d'estímuls no relacionats amb la tasca, els arguments teòrics i els resultats empírics per a altres formes de càrrega de tasques no són concloents. Aquí, hem investigat sistemàticament la detecció i el processament neuronal d'estímuls auditius que varien en intensitat de l'estímul durant una tasca de memòria de treball visual no relacionada amb estímuls que alterna entre càrrega baixa i alta. Vam trobar, depenent de la força de l'estímul, una disminució de la detecció d'estímuls i una reducció de P3, però amplituds N1 no afectades del potencial relacionat amb l'esdeveniment als estímuls auditius amb una càrrega elevada en comparació amb una càrrega baixa. En canvi, es van observar efectes de consciència independents de la càrrega durant les finestres de temps primerenques (N1) i tardanes (P3). Els resultats suggereixen un efecte neuronal tardà de la càrrega de memòria de treball visual sobre els estímuls auditius que condueix a una menor probabilitat de consciència d'aquests estímuls.

La relació entre la intensitat de l'estímul i el rendiment de la memòria és un tema de molta investigació. Els estudis han demostrat que una estimulació moderada pot millorar la memòria, però una estimulació massa forta pot provocar efectes negatius.

En la nostra vida diària, sovint ens trobem amb diversos estímuls, com ara veure la televisió, jugar, escoltar música, fer amics, etc. Les quantitats moderades d'aquests estímuls ens poden ajudar a mantenir-nos energitzats i interessats per passar el dia amb facilitat i gaudi. Al mateix temps, una estimulació moderada també ajuda a millorar la memòria. Quan ens trobem amb informació nova, una estimulació moderada ens pot ajudar a centrar-nos més i accelerar la velocitat de processament de la informació i el procés de memòria.

Tanmateix, si l'estímul és massa extrem, pot provocar efectes negatius. Els estímuls més forts poden provocar efectes adversos com ara dèficits d'atenció, ansietat, irritabilitat i fatiga excessiva, tot això pot reduir l'efectivitat de la memòria. Per tant, una estimulació moderada i un estat d'ànim equilibrat són condicions necessàries per mantenir la memòria.

En resum, la relació entre la intensitat de l'estímul i la memòria és molt important. Tanmateix, hem de recordar que una estimulació moderada ens pot ajudar, i una estimulació excessiva pot portar a resultats negatius. Mantenir una vida equilibrada i obtenir l'estimulació adequada pot fer que la memòria sigui més eficient i més duradora. Es pot veure que hem de millorar la nostra memòria. Cistanche pot millorar significativament la memòria perquè la pasta de carn és un material medicinal tradicional xinès amb molts efectes únics, un dels quals és millorar la memòria. L'eficàcia de la carn picada prové d'una varietat d'ingredients actius que conté, com l'àcid carboxílic, polisacàrids, flavonoides, etc. Aquests ingredients poden promoure la salut del cervell a través de diversos canals.

Fes clic a Coneix maneres de millorar la teva memòria

La teoria de càrrega 1-3 es pot considerar com la teoria dominant de com l'atenció influeix en el processament de la informació. Proposa un lloc d'atenció flexible en funció de la càrrega d'una tasca en curs. Durant la càrrega baixa, la informació es pot processar, mentre que la càrrega alta condueix a la inhibició primerenca del processament del distractor. Inicialment, la teoria es va desenvolupar en el context de manipulacions de tasques perceptives (és a dir, càrrega perceptiva)1,2. Les versions posteriors també incloïen l'anomenada càrrega cognitiva (és a dir, càrrega de memòria de treball)4. Originalment, la teoria suggeria fenòmens oposats per a la càrrega de memòria perceptiva i de treball4. Tanmateix, aquesta hipòtesi es va revisar més tard5, i el treball empíric mostra efectes similars de la càrrega de memòria perceptiva i de treball (per a una revisió, vegeu).

La teoria de la càrrega suggereix efectes primerencs de la càrrega alta versus baixa sobre el processament de distractors no relacionats amb la tasca3. No obstant això, el que constitueix efectes primerencs i tardans en termes neurocientífics segueix sent vague, però en general es pot operar mitjançant àrees cerebrals primerenques i tardanes de la jerarquia de processament i finestres temporals específiques en les respostes electrofisiològiques6. Una revisió recent del nostre grup6 sobre els efectes de càrrega sobre l'activació neuronal a distractors no relacionats amb la tasca va portar a la conclusió que els efectes de la càrrega es produeixen de manera més fiable en etapes posteriors del processament d'estímuls, però que encara s'ha d'especificar l'aparició temporal dels efectes de la càrrega. Els mètodes electrofisiològics ofereixen una alta resolució temporal de l'activitat neuronal i permeten diferenciar els efectes primerencs i tardans7–10. En la modalitat auditiva, l'N1, per exemple, és un component primerenc de l'ERP que es produeix al voltant de 100 ms després de l'inici de l'estímul i que representa el component negatiu més primerenc associat als canvis en l'entorn auditiu11. En canvi, les ones positives tardanes a partir de 300 ms després de l'estímul depenen menys de les característiques de l'estímul, però s'associen amb el processament post-perceptiu dels estímuls, inclosa la presa de decisions i l'avaluació dels estímuls12,13.

Diversos estudis van investigar els correlats neuronals de la càrrega de memòria de treball en estímuls no relacionats amb la tasca mitjançant electroencefalografia i van obtenir troballes heterogènies. En diversos estudis visuals unimodals (és a dir, càrrega visual amb un distractor visual), es va informar que els potencials visuals primerencs (és a dir, l'amplitud P1 i N1/N170) estaven influenciats per la càrrega 14-16, mentre que dos estudis van informar disminució de les amplituds de N170 relacionades amb la cara sota càrrega alta 17,18. Les amplituds ERP visuals posteriors (és a dir, l'amplitud P3) es redueixen sistemàticament en aquests estudis14–19. En la modalitat auditiva no hi ha estudis unimodals. Per als distractors auditius crossmodals (és a dir, càrrega visual amb un distractor auditiu), alguns estudis informen que les amplituds N1 disminueixen20,21, mentre que altres estudis no troben efectes. Aquí, les amplituds ERP posteriors (és a dir, l'amplitud P3) als distractors auditius també es redueixen sistemàticament20,22–24, amb només un estudi que mostra un augment de les respostes P325. Així, malgrat els estudis que suggereixen que l'emmagatzematge de la memòria de treball és específic del domini26, un gran nombre d'investigacions mostra efectes transversals de la càrrega de la memòria de treball en els ERP als distractors auditius (per a una revisió, vegeu 6). Això parla de l'intercanvi multimodal dels recursos de processament mitjançant les formulacions àmplies de Load Teory (per a una revisió, vegeu 6).

A més, una predicció crítica de Load Theory és que la detecció d'estímuls distractors, almenys estímuls de llindar, s'hauria de reduir o fins i tot inhibir-se en condicions de càrrega elevada. Tanmateix, només hi ha un estudi que va investigar la detecció i el processament neuronal dels distractors en funció del nivell de càrrega de la tasca principal. Molloy et al.27 van trobar respostes magnetoencefalogràfiques primerenques (aM100) i tardanes (P3) reduïdes als sons amb càrrega visual perceptiva alta versus baixa i una detecció reduïda de sons amb càrrega alta en comparació amb baixa càrrega. Això suggereix que la disminució de les respostes neuronals s'associen amb una menor consciència dels sons. Tanmateix, cap estudi ha investigat si la càrrega de la memòria de treball afecta la detecció de distractors. Per tant, encara no està clar si hi ha efectes de la càrrega de la memòria de treball en la detecció de distractors, si això depèn de la força de l'estímul dels distractors i si els efectes de la càrrega es veuen en paral·lel a les respostes neuronals primerenques i tardanes i a les dades de comportament. A més, en la majoria dels estudis, els efectes de càrrega dels ERP als distractors són difícils de delimitar dels efectes de càrrega de la tasca principal. Les condicions de control adequades, com ara les variacions de càrrega sense cap estímul, són necessàries (per a una discussió extensa, vegeu 4).

En l'estudi actual, hem investigat sistemàticament els efectes de la càrrega de memòria de treball visual sobre la detecció i el processament neuronal dels distractors auditius. Per entendre millor el paper de la força de l'estímul, vam variar la intensitat dels distractors auditius. A més, vam comparar les condicions en què es presentava un distractor o cap distractor per separar els efectes del distractor i de la càrrega general. Hem utilitzat ERP per delimitar els efectes primerencs i tardans de la càrrega sobre les respostes neuronals als distractors. A nivell de comportament, es va suposar que la taxa de detecció de distractors auditius augmentava amb la intensitat del so. No obstant això, la detecció d'estímuls auditius s'hauria de reduir a un nivell alt en comparació amb la baixa càrrega de memòria de treball, especialment a prop del llindar de detecció. Per a l'ERP, vam plantejar la hipòtesi d'un augment de l'amplitud N1 amb la intensitat del so i una reducció de l'amplitud per l'augment de la càrrega de la memòria de treball. Pel que fa al P3, també vam plantejar la hipòtesi d'un augment de l'amplitud amb la intensitat del so i una reducció de l'amplitud per l'augment de la càrrega de la memòria de treball. En ambdós casos, vam plantejar la hipòtesi que els efectes de càrrega són més pronunciats per als estímuls propers al llindar de detecció. Es va suposar que el patró d'efectes de càrrega era similar als efectes independents de la càrrega de la consciència de l'estímul, que se sap que s'associen amb amplituds reduïdes en finestres de temps primerenques i tardanes per a la inconsciència en comparació amb els estímuls auditius conscients durant les tasques de detecció28-30.

Mètodes

Participants.

Cinc participants van ser reclutats a la Universitat de Münster. Un participant va avortar l'estudi i set participants van ser rebutjats a causa d'artefactes EEG excessius, la qual cosa va donar lloc a una mida de mostra final de 43 participants (14 homes, 29 dones; Mage=24,56 anys, SDage=3). 671 anys). Van donar el consentiment informat per escrit i van rebre 10 euros per hora per la seva participació. Tots els participants tenien una visió i una audició normals o corregidas i no tenien antecedents de trastorns neurològics o psiquiàtrics. Excepte un, tots els participants eren dretans. L'estudi va ser aprovat pel comitè d'ètica mèdica de la Universitat de Münster i tots els tràmits es van dur a terme mitjançant aquesta declaració.

Estímuls.

Es va utilitzar un monitor iiyama GMaster GB2488HSU (iiyama, Nagano, Japó) a 60 Hz amb una resolució de 1920×1080 píxels per a la visualització d'estímuls. La distància de visió era de 60 cm. Els estímuls visuals eren lletres consonants de color negre (alçada =2, 49 graus d'angle visual) sobre un fons gris. Aquestes lletres es van presentar igualment espaiades (3,23 graus entremig) al costat de la creu de fixació blanca (un "+" format per dues barres de 0,373 × 0,124 graus) al centre de la pantalla. Es van triar aleatòriament dues o sis lletres i es van presentar en la condició de càrrega de memòria de treball baixa o alta. Els estímuls auditius comprenien dos components: (1) soroll de balbuceig i (2) estímuls de bip. El soroll de balbuceig es va extreure de la base de dades d'informació de processament de senyal disponible gratuïtament31 accessible a través de http://spib.linse.ufsc.br/noise.html i es va validar en un estudi de Schlossmacher et al.28. El soroll es va processar encara més afegint el mateix flux reproduït cap enrere a l'original. El nivell mitjà de pressió acústica (SPL) durant l'experiment va ascendir a 55 dB. Els estímuls sonors eren tons sinusoïdals amb temps de pujada i baixada de 10 ms, una durada de 100 ms i una freqüència de 600 Hz.

Es van presentar en tres volums diferents (intensitat baixa, mitjana i alta) i, addicionalment, amb intensitat zero ("sense so"), cadascun amb una proporció del 25%. En cada assaig, un estímul de bip (o l'estímul "sense so") es va incrustar al soroll de balbuceig en un punt de temps pseudoaleatoritzat entre 200 ms després de l'inici i 200 ms abans de la compensació de la fixació. creu en la fase de manteniment de cartes. El volum del so es va determinar en un estudi pilot de comportament (n=10). Es va demanar als participants que responguessin a una tasca de detecció visual senzilla (canvi de color d'una creu de fixació) mentre els estímuls auditius descrits anteriorment es reproduïen en segon pla. Després de cada assaig, es va preguntar als participants si es van percebre estímuls de so. L'experimentador va ajustar el volum del so manualment fins que cinc participants van detectar el bip en aproximadament el 50% dels assaigs. Aquest volum es va multiplicar per 0,5 i 2 per obtenir els tres nivells crítics utilitzats a l'experiment principal (42 dB, 45 dB i 48 dB). Així, això ens va permetre investigar com influeixen les troballes de càrrega per la força de l'estímul que varia des de sota del llindar de detecció fins al llindar de detecció i per sobre del llindar de detecció.

Procediment.

Els participants primer van respondre a un qüestionari demogràfic i es van preparar per a l'EEG. Després, van completar una tasca pràctica en la qual se'ls va demanar que memoritzessin les cartes presentades. A més, se'ls va dir que el soroll de fons contindria bips ocasionals amb diferents nivells de volum de so. Les instruccions van ser dissenyades per establir la tasca de memòria com a tasca principal i l'informe de les percepcions auditives com a tasca subordinada. Això es va aconseguir afirmant que per a la tasca de memòria, rebrien o perdrien punts per les respostes correctes i incorrectes, mentre que els sons no tenien rellevància per als participants. A més, se'ls va indicar que primer haurien de respondre a la tasca de memòria, després rebre la retroalimentació del punt i, finalment, se'ls demanarà que valoressin el seu rendiment en les percepcions del so. Es va repetir que la qualificació del so no comportaria una victòria o una pèrdua de punts. A més, el diferent format de consulta per a la tasca visual (és a dir, sí-no-consulta explícita) i la percepció del so (és a dir, la qualificació, vegeu més avall) també pretenia emfatitzar la importància de la tasca de memòria. Deu va començar l'experiment principal, dividit en 12 blocs amb pauses autocontrolades amb una durada màxima de 3 min. Cada bloc incloïa 32 proves d'ambdós nivells de càrrega, amb proves avortades a causa del moviment excessiu dels ulls que s'afegeixen al final d'un bloc. Un únic assaig (vegeu la figura 1) va començar amb la presentació de la creu de fixació durant 500 ms. Després, les lletres (és a dir, 2 lletres en condicions de càrrega de memòria de treball baixa i 6 lletres en condicions de càrrega de memòria de treball alta) van aparèixer durant 1 s a la pantalla. Després d'això, es va tornar a presentar la creu de fixació. Durant aquesta 3- presentació, es van reproduir els sons de fons. Va seguir la consulta de les cartes memoritzades. Per a la consulta, apareixia una lletra al mig de la pantalla i els subjectes havien d'indicar si aquesta lletra es trobava entre les lletres a recordar o no. En el 50% dels assajos, aquesta va ser una de les cartes a recordar. Els participants van rebre comentaris per les seves respostes sobre les lletres (és a dir, més punts per les respostes correctes i menys punts per les respostes incorrectes), acumulant-se durant tot l'experiment. Després de la consulta de memòria, els participants van valorar la seva percepció subjectiva del so en una escala de quatre punts, que va des de "no-certa" a "no-incert" i "sí-incert" a "sí-certa". Després de cada bloc, se'ls va donar la puntuació total obtinguda (és a dir, has aconseguit x punts d'un màxim de y punts fins ara).

Enregistrament i preprocessament d'EEG.

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) i senyal baix (és a dir, la SD del gradient,<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).

Enregistrament de seguiment ocular.

Hem utilitzat un rastrejador d'ulls per seguir i avaluar contínuament la posició de la mirada durant l'experiment, aturant la presentació experimental sempre que la mirada es desvia més de 3 graus en una regió circular al voltant de la marca de fixació. Es van afegir proves avortades al final del bloc. El seguiment ocular es va mesurar amb l'eye-tracker Eyelink 1000 de la investigació SR (EyeLink 1000, SR Research Ltd., Mississauga, Canadà). Es va demanar als participants que posessin el cap sobre una mentonera i es va gravar l'ull dret. La freqüència de mostreig de gravació era de 1000 Hz. Abans de cada bloc de presentació, es va iniciar automàticament un procediment de calibratge de l'eye-tracker mitjançant un procediment de calibratge de cinc punts.

Anàlisis estadístics.

Les dades de comportament es van analitzar a MATLAB R2019b (https://de.mathworks.com). Per mesurar el rendiment de la tasca, es va analitzar el reconeixement de lletres amb d primer (d′) per a les dues condicions de càrrega, seguit d'una prova t de mostres aparellades. La sensibilitat de detecció (aZ) es va calcular per a les condicions de volum de dues càrregues i tres sos per a la detecció de so. AZ quantifica l'àrea sota la corba de la característica operativa del receptor (ROC), calculada a partir de la proporció de visites i falses alarmes per nivell de confiança. Oscil·la entre 0,5 (rendiment casual) i 1 (detecció perfecta). Les dades de detecció de so es van analitzar mitjançant anàlisis de variància de mesura repetida (ANOVA) amb la càrrega (càrrega baixa (LL) vs. càrrega alta (HL)) i el volum del so (volum baix vs volum mitjà vs volum alt) com a factors.

Les dades del cuir cabellut EEG es van analitzar i visualitzar mitjançant MATLAB R2019b (https://de.mathworks.com) i SPSS (https://www.ibm.com/de-de/analytics/spss-statistics-sofware). Els dos components d'interès (amplitud N1 i P3, vegeu la figura 2) es van triar de la següent manera: vam inspeccionar el curs temporal de les topografies de la gran mitjana per a cada nivell de so, excepte la condició de "sense so". Les dades es van agregar entre tots els participants i es van fer una mitjana dels dos nivells de càrrega. Per a tots els nivells sonors per sobre de zero, vam observar la típica negativitat frontal bilateral que arribava entre 100 i 200 ms11. Per a l'anàlisi N1, vam triar tots els sensors que mostraven el pic negatiu habitualment a cada nivell de so (vegeu la figura 2). Aquest cúmul frontal bilateral constava dels sensors F3, F4, F5, F6, FC3, FC4, FC5, FC6, C3, C4, C5 i C6. De la mateixa manera, vam identificar el P3, caracteritzat per un pol positiu parietal-central típicament entre 300 i 700 ms13,34. El clúster comú a tots els nivells de so estava format pels sensors CP1, CP2, CP3, CP4, CPz, P1, P2, P3, P4, Pz, POz, PO3 i PO4. Els intervals temporals d'interès es van identificar inspeccionant els ERP promediats entre els grups de sensors esmentats anteriorment, separats per a cada volum de so però la mitjana dels nivells de càrrega. Per a l'amplitud N1, vam observar un augment de la latència màxima amb el volum del so 35,36. Així, el pic de l'amplitud N1 per al so de baix volum es va identificar en el rang de temps de 195 a 295 ms, per al so de volum mitjà en el rang de temps de 157 a 257 ms i per al so de gran volum en interval de temps de 130 a 230 ms post-estímul. El pic de l'amplitud P3 es va identificar per a tots els volums de so en el mateix interval de temps de 300 a 700 ms després de l'estímul. Per inspeccionar els efectes de càrrega i volum de so, vam calcular un ANOVA amb càrrega (LL vs. HL) i volum de so (baix vs. mitjà vs. alt) com a diferència amb la condició sense so per a l'amplitud N1 i P3. Es va utilitzar l'eta-quadrat parcial (ηp 2 ) per descriure les mides de l'efecte en totes les proves estadístiques.

En una anàlisi addicional, també vam comparar els sons escoltats i perduts independentment de la càrrega per provar les signatures típiques de la consciència de l'estímul auditiu, els anomenats correlats neuronals de la consciència (NCC). En el domini auditiu, els candidats a NCC actualment debatuts són positivitats primerenques (negativitat de consciència auditiva, AAN28,30), que comencen a la finestra de temps N1, i positivitats tardanes (com ara l'amplitud P323,24, però vegeu19). ). Amb aquesta finalitat, dividim els assaigs en funció de la resposta a la diana auditiva per assaig (escoltat: sí vs. no). Per aconseguir la comparació més fiable de sons escoltats i no escoltats, vam triar la condició de volum del so per a cada participant més propera al llindar de percepció (és a dir, amb aZ, mitjana a tota la càrrega, més propera a 0,75). Per als 36 participants, el nivell de volum seleccionat va ser de volum mitjà. Per a tres i quatre participants, el nivell de volum seleccionat va ser un volum baix o alt, respectivament. La divisió dels assaigs en funció de la resposta va donar lloc a una mitjana de 21,2 assaigs (SD=11,33) entre tots els participants i condicions. No obstant això, nou subjectes es van excloure de l'anàlisi perquè tenien una o més condicions amb menys assaigs que el valor de tall seleccionat de 4, deixant una submostra final de 34 subjectes. Així, vam calcular un ANOVA amb la resposta (sí vs. no) i la càrrega (LL vs. HL) en l'interval de temps N1 (o AAN, 100–300 ms) i P3 (300–700 ms) per a sons amb un volum. proper al llindar de percepció. Es va utilitzar l'eta-quadrat parcial (ηp 2 ) per descriure les mides de l'efecte en totes les proves estadístiques.

Resultats

Valoracions i resultats de comportament.

Rendiment de la tasca. Te d′ era més alt en la condició de càrrega baixa (LL, M{0}}.47, SD{2}}.5; Fig. 3) en comparació amb la condició de càrrega alta (HL, M{5}} .2, SD=0.87; Fig. 3). Els participants eren més precises en les seves respostes a la condició LL en comparació amb la condició HL (t (42)=17.34, p<0.001; Fig. 3).

Detecció de so.

L'ANOVA de mesures repetides sobre aZ amb la càrrega i el volum del so com a factors van revelar un efecte principal de la càrrega (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).

La figura 4 mostra de manera descriptiva la distribució mitjana de les quatre categories de resposta, que s'inclouen en el càlcul de aZ. No obstant això, la inspecció visual de la figura 4 suggereix que moltes de les respostes "no segures" amb una càrrega baixa van resultar ser respostes "no segures" amb una càrrega elevada per a les condicions de so sense i de baix volum i, per tant, semblava que la incertesa augmentar sota càrrega elevada. Per completar els perfils de comportament del comportament de resposta dels participants, vam realitzar una anàlisi explorativa addicional, on vam comparar la confiança de les respostes (és a dir, respostes sí-segur+no-segur=respostes d'alta confiança (2), sí- respostes insegures+no-insegures=respostes baixes de confiança (1)) per a cada condició de volum de so en les diferents condicions de càrrega. Tingueu en compte que les anàlisis de aZ i de confiança no són estadísticament independents entre si. L'ANOVA de mesures repetides sobre la confiança de la resposta amb la càrrega i el volum del so com a factors van revelar els principals efectes de la càrrega (F (1,42)=24.38, p <0.001, ηp {{21 }}.37; Fig. 5) i volum del so (F (3.126)=55.31, p<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).

ERPs.

N1 Per a l'amplitud N1, l'efecte principal per al volum del so va ser significatiu (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 Per a l'amplitud P3, els efectes principals per a la càrrega (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). L'anàlisi addicional dels sons escoltats i perduts va mostrar un efecte principal important de l'informe (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).

Discussió

Aquest estudi pretenia examinar els efectes de la càrrega de memòria de treball visual sobre el processament del distractor auditiu. Hem trobat (1) una millor sensibilitat de detecció de so sota càrrega baixa en comparació amb una càrrega alta per al so de volum mitjà i alt, (2) confiança de resposta més alta sota càrrega baixa en comparació amb una càrrega alta per a cada condició de so, (3) una amplitud N1 independent de la càrrega. per a tots els volums de so, (4) una disminució de l'amplitud de P3 sota una càrrega alta en comparació amb una càrrega baixa per al so de volum mitjà i alt, i (5) efectes de consciència independents de càrrega durant les finestres de temps primerenques (N1) i tardanes (P3).
Les dades de comportament mostren una detecció reduïda i una confiança de resposta més baixa per als sons amb alt nivell en comparació amb la baixa càrrega de memòria de treball. Això és similar a la modulació de la detecció del so en funció de la càrrega perceptiva visual27. Tanmateix, en ambdós estudis, només es va observar una "sordesa sense atenció" en un nombre reduït d'assaigs, cosa que suggereix que l'assumpció d'efectes de càrrega representa un fenomen de tot o res, tal com es descriu en la seva forma més estricta1 ("s'exclourà la informació irrellevant de processing", p.195), no es pot admetre.

Pel que fa a les primeres dades ERP, l'amplitud N1 no es va veure afectada per la càrrega i no hi va haver interacció entre la càrrega i el volum del so. Estudis anteriors de càrrega de memòria de treball van trobar una disminució (ERPs visuals8,9, ERPs auditius11,12) o amplituds primerenques d'ERP no afectades (ERPs visuals5–7, ERPs auditius13) amb una càrrega elevada en comparació amb una baixa càrrega. Aquests resultats heterogenis podrien relacionar-se amb les diferències en l'elecció dels estímuls i la seva expectació. Per exemple, dos estudis visuals17,18 van utilitzar cares emocionals com a distractors i van informar efectes de càrrega sobre l'amplitud de l'N170. Tanmateix, diversos estudis de càrrega perceptiva no van trobar cap efecte de la càrrega sobre l'amplitud N17037–39, posant de manifest la variabilitat dels efectes de càrrega N1/N170. En l'estudi de Yang et al.9, el distractor es va presentar de manera previsible a l'assaig, cosa que podria millorar els efectes de càrrega supressiva. Diversos altres estudis de memòria de treball visual14–16 no van trobar cap efecte de la càrrega sobre les amplituds primerenques amb càrrega alta versus baixa. Per als estímuls auditius, els resultats també es barregen i els resultats poden dependre de paràmetres analítics, paràmetres experimentals i poder estadístic. Simon et al.12 podrien mostrar una disminució del processament de N1 als distractors auditius amb una càrrega de memòria de treball elevada. L'estudi es diferencia, però, en què els subjectes completen una tasca de seguiment i, per tant, estan subjectes a una demanda executiva constant més enllà de la càrrega de memòria de treball. A més, els estudis de Mahajan et al.11 i San Miguel et al.13 plantegen dubtes sobre la fiabilitat de l'aparició d'efectes primerencs (vegeu també 4). Tot i que ambdós estudis utilitzen un paradigma idèntic, Mahajan et al.11 van reportar efectes de càrrega N1 en contrast amb San Miguel et al.13.

La nostra comparació entre els sons distractors escoltats i perduts, independentment de la càrrega, va mostrar la modulació de les negativitats primerenques a la finestra de temps N1 per les teories actuals, cosa que suggereix l'AAN com un correlat neuronal de la consciència perceptiva auditiva28,30. Tanmateix, aquest patró només es va observar per als efectes de consciència independents de la càrrega. Com s'ha descrit anteriorment, no hi va haver cap efecte de càrrega sobre l'ERP auditiu en aquesta finestra de temps. Per tant, l'efecte de càrrega sobre la detecció no es deu a les modulacions típiques d'amplitud relacionades amb la consciència a la finestra de temps N1 (o AAN), sinó que depèn dels processos posteriors. Per tant, les modulacions relacionades amb la càrrega de la consciència dels estímuls no estan associades amb NCC primerenc en el nostre estudi.

Pel que fa a les dades ERP tardanes, hi va haver un efecte principal de la càrrega sobre l'amplitud de P3 i una interacció entre el volum del so i la càrrega. L'efecte principal de la càrrega sobre l'amplitud de P3 està en línia amb estudis anteriors, que mostren que la càrrega de memòria de treball visual elevada va disminuir les respostes auditives P320,22,23,40. Els nostres efectes P3 reflecteixen els resultats a nivell de comportament, on la detecció de so es va reduir amb una càrrega alta en comparació amb una càrrega baixa per al so mitjà i alt, però no per al so de baix volum. Per tant, l'efecte neuronal tardà de la càrrega visual sobre els estímuls auditius sembla reduir la probabilitat de que es conegui aquests estímuls. La nostra anàlisi addicional també va mostrar un efecte de consciència independent de la càrrega durant l'etapa P3. S'ha proposat l'amplitud de Te P3 per representar l'atenció, la presa de decisions i la confiança durant els dissenys de detecció12,28,41–45. El component P3 no representa un NCC necessari (en el domini visual28,44,46, en el domini auditiu41,47), sinó que sembla reflectir la profunditat del processament conscient, la codificació i, per tant, el grau de reportabilitat dels estímuls41,48. En el nostre disseny, és probable que aquests processos semblin afectar el rendiment de la detecció posterior i que la tasca de memòria de treball module l'etapa de processament associada a l'amplitud P3. En conjunt, les nostres dades suggereixen que el rendiment de la detecció podria resultar d'una etapa de processament tardana, durant la qual els efectes de detecció associats a la càrrega es poden dissociar dels efectes de consciència independents de la càrrega.

Referent a l'estudi de Molloy et al.17, que va motivar el nostre estudi, vam trobar resultats similars a nivell conductual i resultats diferents a nivell neuronal. Ambdós estudis van informar d'una detecció reduïda d'estímuls auditius amb una càrrega elevada en comparació amb una càrrega baixa (perceptiva o de memòria de treball), associada amb un efecte de càrrega neuronal tardana sobre l'amplitud de P3. No obstant això, Molloy et al.17 també van trobar un efecte de càrrega neuronal precoç sobre l'amplitud d'aM100, que estava absent en el nostre estudi. En canvi, per als ERP, arribem a la conclusió que no hi ha efectes de càrrega a l'N1 en funció de la mida de mostra relativament gran del nostre estudi, estímuls ben controlats i molts assaigs per condició. Encara que sembli probable que la càrrega de memòria perceptiva i de treball provoqui efectes similars6, no es pot descartar sistemàticament que les diferències obtingudes entre els dos estudis es puguin basar en una diferència general entre els tipus de càrrega.

Tanmateix, és més probable que altres paràmetres d'estudi expliquen aquestes diferències. MEG i EEG responen a diferents dipols de camps electromagnètics, cosa que podria explicar per què MEG revela efectes que no es veuen amb les dades d'EEG. Idealment, una combinació de diferents mètodes neurocientífics pot resoldre aquest problema. A més, hi ha diferències en el disseny real de l'estudi (a més dels diferents tipus de càrrega). En l'estudi de Molloy et al.17, els estímuls de càrrega i distractor van tenir un inici simultània, la qual cosa representa una diferència crítica amb el nostre disseny de càrrega de memòria de treball, on els estímuls distractors es presenten després que els estímuls de càrrega ja hagin desaparegut de la pantalla. Així, els estudis futurs podrien provar directament si el temps dels distractors en relació amb la tasca de càrrega (codificació, manteniment de la informació, retenció/presa de decisions) condueix a diferents efectes. A més, el nostre estudi va comparar les respostes als estímuls distractors amb condicions de càrrega sense distractors per controlar els efectes generals de la càrrega. En altres paraules, sense aquest control, és difícil decidir si els efectes representen efectes sobre el processament del distractor o efectes de la tasca/objectius, especialment en els casos en què els objectius/respostes de la tasca requerida i els distractors es superposen.

Ens agradaria destacar algunes limitacions del nostre estudi. Fins i tot si la tasca visual es va establir com a tasca principal, la instrucció de respondre als estímuls auditius va crear una situació semblant a una tasca dual. Això era inevitable per al disseny actual, en el qual ens interessava tant les avaluacions de conscienciació com l'examen dels ERP. Per tant, els efectes de canvi de tasques multisensorials podrien haver influït en els resultats50 i s'haurien d'examinar en estudis futurs amb estímuls auditius reals irrellevants per a la tasca. A més, només podríem realitzar dos nivells de càrrega. La investigació futura hauria d'augmentar el rang de nivells de càrrega38 per entendre millor com la càrrega perceptiva afecta paramètricament la detecció i les respostes de l'ERP. Els estudis futurs també podrien utilitzar una gamma més àmplia de nivells sonors individualitzats. Finalment, hem utilitzat una operacionalització específica de la memòria de treball. Estudis futurs podrien variar el mètode i la posició de presentació dels sons en relació amb les diferents fases de la tasca (codificació, retenció, sonda). Un punt addicional és que el nostre estudi va utilitzar un disseny transversal. Tot i que no hi ha cap argument teòric a favor o en contra dels experiments unimodals o multimodals a Load Teory51, aquesta pregunta necessita més investigació empírica. Estudis futurs amb prou potència podrien comparar directament dissenys uni i multimodals. Finalment, altres estratègies analítiques com l'anàlisi de patrons multivariants52 o l'anàlisi d'elèctrodes específicament predefinits basats en treballs previs podrien revelar efectes subtils en les primeres finestres de temps que no es van veure en l'estudi actual.

Conclusió

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) a estímuls auditius amb càrrega alta en comparació amb càrrega baixa. Els resultats suggereixen un efecte neuronal tardà de la càrrega visual sobre els estímuls auditius associat amb una probabilitat reduïda de consciència d'aquests estímuls. Aquest efecte és dissociable dels efectes generals de consciència primerenca i tardana de l'ERP.

Disponibilitat de dades

Els conjunts de dades generats i analitzats durant l'estudi actual estan disponibles a l'autor corresponent a petició raonable.

Referències

1. Lavie, N. & Tsal, Y. La càrrega perceptiva com a determinant principal del lloc de selecció en l'atenció visual. Percepció. Psicofísica. 56, 183–197 (1994).

2. Lavie, N. La càrrega perceptiva com a condició necessària per a l'atenció selectiva. J. Exp. Psic. Brunzit. Percepció. Realitzar. 21, 451–468 (1995).

3. Lavie, N., Beck, DM i Konstantinou, N. Cecs per la càrrega: l'atenció, la consciència i el paper de la càrrega perceptiva. Philos. Trans. R. Soc. B Biol. Ciència. 369, 20130205 (2014).

4. Lavie, N., Hirst, A., de Fockert, JW & Viding, E. Teoria de la càrrega de l'atenció selectiva i el control cognitiu. J. Exp. Psic. Gen. 133, 339–354 (2004).

5. Konstantinou, N. & Lavie, N. Rols dissociables de diferents tipus de càrrega de memòria de treball en la detecció visual. J. Exp. Psic. Brunzit. Percepció. Realitzar. 39, 919–924 (2013).

6. Brockhof, L., Schindler, S., Bruchmann, M. i Straube, T. Efectes de la càrrega de memòria perceptiva i de treball sobre les respostes cerebrals a estímuls irrellevants per a la tasca: revisió i implicacions per a futures investigacions. Neurosci. Comportament biològic. Rev. 135, 104580 (2022).

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

8. Luck, SJ An Introduction to the Event-Related Potential Technique (The MIT Press, 2014).

9. Pratt, H. Components sensorials de l'ERP. a Te Oxford Handbook of Event-Related Potential Components 89–114 (Oxford University Press, 2011).

10. Winkler, I., Denham, S. & Escera, C. Auditius event-related potentials. a Encyclopedia of Computational Neuroscience (Springer, 2015).

11. Näätänen, R. & Picton, T. Te N1 ona de la resposta elèctrica i magnètica humana al so: una revisió i una anàlisi de l'estructura dels components. Psicofisiologia 24, 375–425 (1987).

12. Twomey, DM, Murphy, PR, Kelly, SP i O'Connell, RG El clàssic P300 codifica una variable de decisió de construcció a llindar. Eur. J. Neurosci. 42, 1636–1643 (2015).

13. Polich, J. Actualització de P300: Una teoria integradora de P3a i P3b. Clin. Neurofisiol. 118, 2128–2148 (2007).

14. Cui, F., Zhu, X., Luo, Y. i Cheng, J. La càrrega de la memòria de treball modula la resposta neuronal al dolor dels altres: evidència d'un estudi ERP. Neurosci. Lett. 644, 24–29 (2017).

15. Freeman, SM, Itthipuripat, S. & Aron, AR L'alta càrrega de memòria de treball augmenta la inhibició intracortical a l'escorça motora primària i disminueix l'efecte d'affordance motor. J. Neurosci. 36, 5544–5555 (2016).

For more information:1950477648nn@gmail.com