Негативность рассогласования к абстрактным отношениям тонов: независимость от внимания

Введение в негативность рассогласования (MMN)

Негативность рассогласования (Mismatch Negativity, MMN) — это компонент связанных с событием потенциалов (event-related potential, ERP), который возникает в ответ на любой дискриминируемый change (девиант) в каком-либо повторяющемся аспекте слуховой стимуляции (стандарт). Если точнее, это разностная волна между ответами на девиантный и стандартный стимулы в oddball-парадигме. Ее пик наблюдается примерно через 100–200 мс после начала стимула, распределяется по фронтоцентральным областям и, как считается, генерируется в слуховой коре (включая извилину Гешля (Heschl's gyrus, HG) и верхнюю височную извилину (superior temporal gyrus, STG)), а также, в меньшей степени и с небольшой задержкой, в лобной коре. Она отражает процесс сравнения между девиантным стимулом и следом памяти стандартного стимула.

Важность обработки абстрактных правил

Важно отметить, что процесс сравнения может основываться не только на изменениях физических характеристик, но и на нарушениях абстрактных правил в слуховой среде. Например, MMN может быть вызвана девиантными парами тонов с нисходящей высотой звука среди стандартных пар тонов с восходящей высотой звука. Таким образом, MMN на абстрактные отношения показала, что сенсорная информация о двух близко расположенных стимулах (возникающих в пределах временного окна интеграции 200–250 мс) может быть интегрирована в единое событие, чтобы предоставить шаблон для процесса сравнения. Более того, было показано, что слуховая кора способна кодировать инвариантные отношения из набора акустических вариаций, что подтверждает существование сенсорного интеллекта. Исследования развития further задокументировали раннюю онтогенетическую способность младенцев извлекать абстрактные правила из тонов. Поскольку способность кодировать временные аспекты последовательной слуховой информации имеет первостепенное значение для восприятия речи, MMN на абстрактные отношения впоследствии использовалась для изучения слуховой функции при дислексии развития.

Проблема преатентивности и утечки внимания

Подобно большинству исследований MMN на физические изменения, MMN на абстрактные отношения обычно наблюдалась в пассивном дизайне, где участники читали выбранную ими книгу или смотрели немое кино, игнорируя слуховую стимуляцию. Поэтому было высказано предположение, что обработка абстрактных атрибутов также occurs на преатентивном уровне. Однако нетребовательный характер пассивного дизайна затрудняет понимание того, в какой степени участники следовали инструкции игнорировать слуховую стимуляцию (ср. утечка внимания), оставляя неопределенным, является ли обработка абстрактных атрибутов действительно независимой от внимания. Преатентивное предположение о MMN к абстрактным отношениям следует изучить, определив граничные условия (т.е. области пространства параметров, в которых применяется теория) ее генерации.

Подход через модуляцию вниманием

Один из конкретных подходов к этой проблеме — выяснить, модулируется ли MMN на абстрактные отношения вниманием и как. В отличие от того, как эта проблема была хорошо изучена для MMN на физические изменения, гораздо меньше исследований непосредственно изучали эффект внимания на MMN на абстрактные отношения. Используя магнитоэнцефалографию (MEG), исследователи examined MMN на восходящие и нисходящие глиссандо в невнимательных и внимательных условиях. Участники читали выбранную ими книгу в невнимательном condition (как в пассивном дизайне) и считали девианты в внимательном condition. Они сообщили о MMN в обоих условиях, где внимание не повлияло на ее величину. Аналогичным образом, другое исследование с использованием ЭЭГ показало значительную MMN в обоих условиях. Хотя MMN казалась меньше в невнимательном condition по сравнению с внимательным, статистического сравнения между двумя уровнями внимания проведено не было. С другой стороны, другое исследование adopted строгий контроль внимания, используя дихотическое прослушивание для регистрации MMN на восходящие и нисходящие пары тонов в невнимательном ухе (где участники игнорировали звуки) и во внимательном ухе (где участники нажимали кнопку на девианты). Они documented MMN как в невнимательном condition (в правом, но не в левом ухе), так и во внимательном condition (в попаданиях, но не в промахах), которая казалась меньше в первом случае, чем во втором, однако статистического сравнения между двумя уровнями внимания проведено не было. В целом, остается неопределенным, модулируется ли MMN на абстрактные отношения вниманием и как.

Методы и материалы исследования

Участники

В исследовании приняли участие в общей сложности 20 здоровых добровольцев. Все участники дали письменное информированное согласие и получили оплату за участие. Анализ мощности был проведен в G*Power. Иссление было проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией и одобрено Комитетом по этике исследований Национального педагогического университета Тайваня.

Стимулы

Участникам предъявлялись последовательности пар тонов с постоянной асинхронией начала пар 770 мс. Каждый тон длился 50 мс (включая время нарастания/спада 5 мс). Было восемь тонов в диапазоне 493,88–987,77 Гц. Стандартная пара, которая встречалась в 90% trials, была восходящей по высоте к следующему более высокому тону. Девиантная пара, которая встречалась случайным образом в 10% trials, была нисходящей по высоте к следующему более низкому тону. Два тона в паре разделялись беззвучным промежутком в 150 мс. Другими словами, длительность пары тонов составляла 250 мс, что оставалось в пределах временного окна интеграции.

Процедура

Участникам предъявлялись 4 невнимательных блока (содержащих 800 пар тонов), за которыми следовали 4 внимательных блока (содержащих 800 пар тонов). Слуховая стимуляция подавалась бинаурально через наушники. В невнимательных блоках участников просили игнорировать слуховую стимуляцию и считать количество бросков в немом клипе с highlights NBA (занимал 2 блока, содержал 43 броска) и количество персонажей в немом мультфильме о Муми-троллях (занимал 2 блока, содержал 12 персонажей) и сообщать об этом в конце каждого клипа. Во внимательных блоках участников инструктировали считать количество девиантных пар (которые встречались 18–22 раза за блок) и сообщать об этом в конце каждого блока. Эти задачи, как сообщалось, успешно отвлекали внимание участников от звуков или направляли его на звуки.

Результаты: ERP данные и анализ

Наличие MMN независимо от внимания

MMN (появляющаяся примерно на 350 мс) наблюдалась как в невнимательном, так и во внимательном условиях, показывая фронтоцентральное распределение и реверсию полярности на сосцевидных отростках. С другой стороны, P3b (появляющийся примерно на 600 мс) отсутствовал в невнимательном condition, но присутствовал во внимательном condition, поскольку теменная позитивность вызывалась attended девиантом по сравнению с attended стандартом.

Статистический анализ компонентов

Парные t-тесты показали, что MMN не модулировалась значимо вниманием. В то время как 11/20 участников показали усиление вниманием, 9/20 участников показали подавление вниманием. Между тем, ее реверсия полярности на сосцевидных отростках также не модулировалась значимо вниманием. С другой стороны, P3b отсутствовал в невнимательном condition, но присутствовал во внимательном condition. Эта закономерность наблюдалась у 16/20 участников.

Обсуждение результатов

Подтверждение преатентивной природы MMN

MMN в невнимательном condition предоставила прямую поддержку преатентивному предположению о MMN на абстрактные отношения. Она наблюдалась, когда внимание участников было отвлечено от слуховой стимуляции с помощью увлекательной задачи визуального обнаружения мишеней, а не когда участники читали книгу или смотрели немое кино, так что возможность утечки внимания была минимальной. Это согласуется с предыдущими исследованиями на анестезированных грызунах, показывающими, что быстрое представление абстрактных правил не ограничивается бодрствующим состоянием мозга. Наличие MMN независимо от внимания подтверждает notion, что внимание не требуется для генерации MMN.

Контраст с компонентом P3b

В отличие от MMN, компонент P3b сильно модулировался вниманием. В literature, P3b, как полагают, involves масштабную корковую сеть мозга, включая префронтальные, теменные, височные и цингулярные области, signaling контекстное обновление в рабочей памяти. Наши результаты подтвердили, что P3b может служить маркером внимания, indexing осознаваемую awareность слуховых закономерностей.

Эффективность манипуляции вниманием

В данном исследовании был implemented новый контроль внимания. Поведенческие данные показали, что производительность участников была близка к потолку, а данные ERP показали, что P3b отсутствовал в невнимательном condition, но присутствовал во внимательном condition. Это свидетельствует о том, что участники по-разному относились к звукам в двух условиях, подтверждая эффективность манипуляции.

Ограничения исследования и выводы

Ограничения дизайна

Экспериментальный дизайн данного исследования имеет следующие limitations. Во-первых, невнимательные блоки всегда предшествовали внимательным. Это было arranged, чтобы предотвратить загрязнение невнимательного condition идентификацией звуков в внимательном condition, что могло бы снизить эффективность манипуляции вниманием. Однако фиксированный порядок блоков также может внести confounding эффект усталости, практики или обучения. Во-вторых, восходящие пары тонов всегда служили стандартами, а нисходящие пары тонов всегда служили девиантами. Неизвестно, может ли обратное назначение направлений изменения взаимодействовать с нашей манипуляцией вниманием.

Заключение

В целом, настоящее исследование показало, что MMN на абстрактные отношения является преатентивным компонентом, так как она появлялась независимо от внимания. Это контрастирует с модуляцией вниманием P3b, который вызывался только в внимательном condition. Примечательно, что в данном исследовании независимая от внимания MMN, казалось, была результатом относительно равного числа участников, показавших усиление и подавление вниманием, тогда как эффект внимания на P3b был quite robust даже на индивидуальном уровне. Совместный сбор этих двух нейрофизиологических маркеров в обоих условиях может быть потенциально пригоден для тестирования клинических популяций, показывающих гетерогенные дефициты слуховой функции, независимые/зависимые от внимания.