stringtranslate.com

Парадигма странностей

Парадигма oddball — это экспериментальный проект, используемый в психологических исследованиях. Парадигма oddball основана на чувствительности мозга к редким девиантным стимулам, предъявляемым псевдослучайно в серии повторяющихся стандартных стимулов. Парадигма oddball имеет широкий выбор типов стимулов, включая такие стимулы, как длительность звука, частота, интенсивность, фонетические особенности, сложная музыка или речевые последовательности. Реакция участника на этот «странный» стимул регистрируется.

В классической парадигме Oddball два типа стимулов, воздействующих на один и тот же сенсорный канал, предъявляются случайным образом в ходе эксперимента со значительной разницей в вероятности появления. Более часто встречающийся стимул называется стандартным стимулом, который служит фоном всего эксперимента; менее частый и спорадический стимул известен как девиантный стимул. Поскольку физические свойства двух стимулов очень похожи, девиантный стимул выглядит как отклонение от часто встречающегося стандартного стимула, отсюда и названия «стандартный стимул» и «девиантный стимул». В классической парадигме Oddball девиантный стимул обычно имеет вероятность появления около 20%, тогда как стандартный стимул имеет вероятность около 80%.

В классической парадигме «странностей» если участников просят отреагировать на девиантный стимул, то в этот момент девиантный стимул является целевым стимулом.

Подтипы

В классической парадигме oddball задача участника заключается в обнаружении появления целевого стимула с малой вероятностью. То есть, они реагируют нажатием клавиши при появлении девиантного стимула или подсчетом количества девиантных стимулов, которые появляются. Существуют также некоторые подтипы парадигмы oddball, которые были модифицированы исследователями и широко используются.

(1) Парадигма oddball с двумя вариантами выбора произошла от классической парадигмы oddball и изначально использовалась в исследовании негативности несоответствия (MMN) и внимания. Парадигма oddball с двумя вариантами выбора требует от субъектов точной и быстрой реакции на кратко представленные стандартные стимулы с высокой вероятностью и девиантные стимулы с низкой вероятностью, выполняя дифференцированные реакции нажатия клавиш в течение времени представления стимулов. [1]

(2) В последовательности, где стимулы регулярно предъявляются, случайный пропуск стимула может быть использован для исследования вызванных потенциалов. Эта парадигма также применима для изучения мозговых механизмов привыкания в конкретных интересующих условиях.

(3) Стимулы подразделяются на три типа: высоковероятностный стимул, который служит стандартным стимулом и встречается примерно в 70% случаев; и два типа девиантных стимулов, каждый из которых встречается в 15% случаев. Испытуемые должны реагировать только на один тип девиантного стимула. Стимул, на который субъекты должны реагировать, обозначается как целевой стимул, в то время как девиантный стимул, не требующий ответа, называется нецелевым девиантным стимулом. Эта парадигма облегчает исследование взаимодействий между целевыми и нецелевыми стимулами в определенных условиях интереса.

(4) Этот подтип дополнительно модифицирует (3), изменяя один из маловероятных стимулов на новые стимулы. Новые стимулы определяются как серия внезапных, неожиданных и интенсивных стимулов, каждый из которых отличается от других, например, звуки животных, звуки рога или гром. Эти новые стимулы, вероятно, вызовут у субъектов ориентировочную реакцию и могут запустить компонент P3a, что делает эту парадигму необходимой для изучения непроизвольного внимания.

В исследовании ERP

Метод oddball был впервые использован в исследовании потенциала, связанного с событиями (ERP), Нэнси Сквайрс, Кеннетом Сквайрсом и Стивеном Хиллардом в Калифорнийском университете в Сан-Диего . [2]

Реакция P300 разных здоровых субъектов в двухтональной слуховой парадигме oddball. Графики показывают среднюю реакцию на oddball (красный) и стандартную (синий) пробы и их разницу (черный). Из статьи « Реакция на удивление как зонд для состояний сжатой памяти» . [3] Эти примеры показывают значительную индивидуальную изменчивость амплитуды, задержки и формы волны у разных субъектов.

В исследовании ERP было обнаружено, что потенциал, связанный с событием в теменно-центральной области черепа, который обычно возникает примерно через 300 мс после предъявления стимулов, называемый P300, больше после целевого стимула. Волна P300 возникает только в том случае, если субъект активно вовлечен в задачу обнаружения целей. Ее амплитуда варьируется в зависимости от невероятности целей. Ее латентность варьируется в зависимости от сложности различения целевого стимула от стандартных стимулов. [4]

Обнаружение этих целей надежно вызывает транзиторную активность в префронтальных корковых областях. Измерение гемодинамической активности мозга в префронтальной коре с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) показало, что дорсолатеральная префронтальная кора связана с динамическими изменениями в отображении стимулов в ответах (например, стратегии ответа), независимо от каких-либо изменений в поведении. [5]

Поскольку было показано, что P300 является когнитивным компонентом, зависящим от внимания, в состоянии бодрствования, можно предположить, что он будет отсутствовать во время сна; времени, когда обработка информации о внешних стимулах, как обычно считается, подавляется. Исследования на сегодняшний день показывают, что P300 может быть зарегистрирован во время перехода ко сну, а затем снова появляется в фазе быстрого сна. Редкие и навязчивые стимулы с большей вероятностью вызывают классический теменной P300 в фазе быстрого сна. Однако в лобных участках позитивности мало или она отсутствует. Это согласуется с исследованиями нейровизуализации, которые показывают, что фронтальная деактивация характерна для фазы быстрого сна. Эти результаты указывают на то, что, хотя спящие могут обнаруживать отклонение стимула на стадии 1 и REM, фронтальный вклад в сознание может быть утрачен. [6]

Исследования познания часто используют парадигму странностей для изучения эффектов новизны и значимости стимула на обработку информации. Однако странности, как правило, перцептивно более новы, чем стандартный, повторяющийся стимул, а также более релевантны для текущей задачи, что затрудняет разделение эффектов, вызванных перцептивной новизной и значимостью стимула. Оценка различных мозговых ERP может расшифровать этот эффект. Фронто-центральный компонент N2 ERP в первую очередь зависит от перцептивной новизны, тогда как только центро-теменной компонент P3 модулируется как значимостью стимула, так и новизной. [7]

Классическая слуховая парадигма странностей может быть модифицирована для получения различных нейронных реакций и, следовательно, может использоваться для исследования дисфункций сенсорной и когнитивной обработки в клинических образцах. [8]

Уникальное применение парадигмы странностей широко используется в исследованиях шизофрении для изучения эффектов в нейронных генераторных паттернах в непрерывной памяти распознавания и эндофенотипах, которые обеспечивают модель генетической связи психиатрических заболеваний, которая представляет фенотипы между явным клиническим синдромом и генетическими основами. [9]

Другие применения

Парадигма oddball была расширена и стала применяться за пределами исследований ERP.

Парадигма странностей оказывает сильное влияние на расширение зрачка, которое вызывается кратковременной активностью подкоркового голубого пятна . [10] [11] Этот эффект расширения зрачка обсуждается как указание на обнаружение значимости стимула [12] и, как ожидается, усиливает сенсорную обработку значимого стимула за счет увеличения нейронного усиления. [13] [14]

Восприятие времени , по-видимому, модулируется нашим недавним опытом. Люди обычно переоценивают воспринимаемую длительность первоначального события в потоке идентичных событий. Первоначальные исследования предполагали, что это вызванное странностями «субъективное замедление времени» увеличивало воспринимаемую длительность странных стимулов на 30–50%, но последующие исследования сообщили о более скромном расширении около 10% или меньше, и направление эффекта, воспринимает ли зритель увеличение или уменьшение длительности, также, по-видимому, зависит от используемого стимула. [15] Новые данные показывают, что на этот эффект могут влиять предиктивное кодирование и перцептивные различия между странными и стандартными стимулами. Предиктивное кодирование утверждает, что мозг предвидит входящую сенсорную информацию на основе предыдущего опыта; отклонения от этих предсказаний, как это вносится странностями, приводят к большим ошибкам предсказания, увеличивая воспринимаемую длительность странности. [16] [17]

В исследовании младенцев парадигма странностей — это метод, который использовался для измерения того, чего ожидают младенцы. Например, в процедуре с неподвижным лицом мать внезапно принимает нейтральное выражение лица и перестает реагировать на непредвиденные обстоятельства младенца. Наблюдая за такими реакциями, как реакции удивления, плач или дистресс, подавленная двигательная активность, длительность взгляда, амплитуда и латентность компонентов мозговых волн и изменения частоты сердечных сокращений, исследователи могут узнать, какие стимулы являются необычными для младенцев. [18]

Ссылки

  1. ^ Юань JJ, Ян JM, Мэн XX, Юй FQ, Ли H (декабрь 2008 г.). «Сила валентности отрицательных стимулов модулирует обработку визуальной новизны: электрофизиологические данные из исследования потенциала, связанного с событиями». Neuroscience . 157 (3): 524–531. doi :10.1016/j.neuroscience.2008.09.023. PMID  18926886.
  2. ^ Squires NK, Squires KC, Hillyard SA (апрель 1975 г.). «Две разновидности положительных волн с большой латентностью, вызванных непредсказуемыми слуховыми стимулами у человека». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология . 38 (4): 387–401. doi :10.1016/0013-4694(75)90263-1. PMID  46819.
  3. ^ Леви-Ахарони Х, Шрики О, Тишби Н (февраль 2020 г.). «Реакция на удивление как зонд для сжатых состояний памяти». PLOS Computational Biology . 16 (2): e1007065. Bibcode : 2020PLSCB..16E7065L. doi : 10.1371/journal.pcbi.1007065 . PMC 7018098. PMID  32012146 . 
  4. ^ Picton TW (октябрь 1992 г.). «Волна P300 человеческого событийно-связанного потенциала». Журнал клинической нейрофизиологии . 9 (4): 456–479. doi :10.1097/00004691-199210000-00002. PMID  1464675. S2CID  9193151.
  5. ^ Huettel SA, McCarthy G (2004). «Что странного в задаче oddball? Префронтальная кора активируется динамическими изменениями в стратегии реагирования». Neuropsychologia . 42 (3): 379–386. doi :10.1016/j.neuropsychologia.2003.07.009. PMID  14670576. S2CID  12374811.
  6. ^ Cote KA (декабрь 2002 г.). «Исследование осознанности во время сна с помощью слуховой парадигмы odd-ball». Международный журнал психофизиологии . 46 (3): 227–241. doi :10.1016/s0167-8760(02)00114-9. PMID  12445950.
  7. ^ Ferrari V, Bradley MM, Codispoti M, Lang PJ (февраль 2010 г.). «Обнаружение новизны и значимости». Журнал когнитивной нейронауки . 22 (2): 404–411. doi :10.1162/jocn.2009.21244. PMC 3612945. PMID  19400680 . 
  8. ^ Işoğlu-alkaç U, Kedzior K, Karamürsel S, Ermutlu N (апрель 2007 г.). «Потенциалы, связанные с событиями, во время слуховых странностей и комбинированные слуховые странности-визуальные парадигмы». The International Journal of Neuroscience . 117 (4): 487–506. doi :10.1080/00207450600773509. PMID  17380607. S2CID  2420962.
  9. ^ «За пределами странностей в исследованиях шизофрении: нейрофизиологические исследования памяти и языковой обработки. (2010)». Психофизиология . 47 : S10–S11. doi :10.1111/j.1469-8986.2010.01099.x.
  10. ^ Murphy PR, O'Connell RG, O'Sullivan M, Robertson IH, Balsters JH (август 2014 г.). «Диаметр зрачка ковариирует с активностью BOLD в голубом пятне человека». Картирование человеческого мозга . 35 (8): 4140–4154. doi :10.1002/hbm.22466. PMC 6869043. PMID  24510607 . 
  11. ^ Джоши С., Ли И., Калвани Р. М., Голд ДЖ. И. (январь 2016 г.). «Связь между диаметром зрачка и нейронной активностью в голубом пятне, холмиках четверохолмия и поясной коре». Neuron . 89 (1): 221–234. doi :10.1016/j.neuron.2015.11.028. PMC 4707070 . PMID  26711118. 
  12. ^ Vazey EM, Moorman DE, Aston-Jones G (октябрь 2018 г.). «Активность фазового голубого пятна регулирует корковое кодирование информации о значимости». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (40): E9439–E9448. Bibcode : 2018PNAS..115E9439V. doi : 10.1073/pnas.1803716115 . PMC 6176602. PMID  30232259 . 
  13. ^ Mather M, Clewett D, Sakaki M, Harley CW (январь 2016 г.). «Норэпинефрин зажигает локальные горячие точки нейронного возбуждения: как возбуждение усиливает селективность восприятия и памяти». The Behavioral and Brain Sciences . 39 : e200. doi :10.1017/S0140525X15000667. PMC 5830137 . PMID  26126507. 
  14. ^ Aston-Jones G, Cohen JD (2005). «Интегративная теория функции голубого пятна-норадреналина: адаптивный прирост и оптимальная производительность». Annual Review of Neuroscience . 28 : 403–450. doi :10.1146/annurev.neuro.28.061604.135709. PMID  16022602.
  15. ^ Aaen-Stockdale C, Hotchkiss J, Heron J, Whitaker D (июнь 2011 г.). «Воспринимаемое время зависит от пространственной частоты». Vision Research . 51 (11): 1232–1238. doi :10.1016/j.visres.2011.03.019. PMC 3121949. PMID  21477613 . 
  16. ^ Sarodo A, Yamamoto K, Watanabe K (апрель 2024 г.). «Роль перцептивной обработки в эффекте странности, выявленном иллюзией Тэтчер». Vision Research . 220 : 108399. doi : 10.1016/j.visres.2024.108399 . PMID  38603924.
  17. ^ Бирнгрубер Т., Шрётер Х., Ульрих Р. (апрель 2014 г.). «Длительность восприятия необычных визуальных и слуховых стимулов: модулирует ли задача суждения временной необычный эффект?». Внимание, восприятие и психофизика . 76 (3): 814–828. doi :10.3758/s13414-013-0602-2. PMID  24435899.
  18. ^ Вентворт Н. (2020), «Ориентация на будущее и перспективная память», Энциклопедия развития младенцев и детей раннего возраста , Elsevier, стр. 655–669, doi : 10.1016/b978-0-12-809324-5.21208-x, ISBN 978-0-12-816511-9, получено 2024-05-05