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Aufmerksame Verzerrung zu kurz dargestellten emotionalen Distraktoren folgt einem langsamen Zeitverlauf im visuellen Kortex

Quelle:  Matthias M. Müller, 1 * Søren K. Andersen, 1,2 * und Catherine Hindi Attar1,3  1Institut für Psychologie, Universität Leipzig, 04103 Leipzig, Deutschland, 2Department für Neurowissenschaften, Universität von Kalifornien in San Diego, La Jolla, Kalifornien 92093, und 3Department für Systemneurowissenschaften, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, 20246 Hamburg, Deutschland

Eine zentrale Kontroverse im Bereich der Aufmerksamkeit ist, wie das Gehirn mit emotionalen Distraktoren umgeht und inwieweit sie Aufmerksamkeitsverarbeitungsressourcen aufgrund ihrer inhärenten Bedeutung für die Steuerung adaptiven Verhaltens und Überlebens reflexiv erfassen. Insbesondere ist der zeitliche Verlauf kompetitiver Interaktionen in frühen visuellen Bereichen und ob eine Maskierung kurz dargestellter emotionaler Stimuli die Verzerrung der Verarbeitungsressourcen in diesen Bereichen verhindern kann, derzeit unbekannt. Wir haben frequenzmarkierte Potentiale, die durch eine flackernde Zielerkennungsaufgabe hervorgerufen wurden, im Vordergrund kurz dargestellter emotionaler oder neutraler Bilder aufgezeichnet, denen eine Maske in menschlichen Probanden folgte. Wir beobachteten eine stärkere Konkurrenz bei der Verarbeitung von Ressourcen in frühen visuellen kortikalen Bereichen mit kurz präsentierten emotionalen relativ neutralen Bildern ~ 275 ms nach dem Bildversatz. Dies wurde durch eine Reduzierung der Zielerkennungsraten in Versuchen mit emotionalen Bildern ~ 400 ms nach dem Bildversatz begleitet. Unser Befund, dass emotionale Distraktoren kurz vorgestellt wurden, ist in der Lage, die Aufmerksamkeit stark zu beeinflussen, nachdem ihr Offset einen eher langsamen Feedback- oder reentranten neuronalen Konkurrenzmechanismus für emotionale Distraktoren liefert, der nach dem Offset des emotionalen Stimulus anhält.

 

Einführung

Unsere Studie konzentriert sich auf eine zentrale Kontroverse im Bereich der Aufmerksamkeit, nämlich inwieweit emotionale Distraktoren den Wettbewerb um die Verarbeitung von Ressourcen im visuellen Kortex beeinflussen (vgl. Öhman et al., 2001; Vuilleumier et al., 2001; Pessoa et al., 2002) ). Die aktuelle Debatte wird durch experimentelle Befunde gefüttert, dass emotionale Reize die Aufmerksamkeit reflexartig erfassen können, indem sie beispielsweise zeigen, dass emotionale Reize bei visuellen Suchaufgaben sehr schnell erkannt werden (vgl. Öhman et al., 2001) oder subkortikale Strukturen aktivieren, insbesondere die Amygdala. in räumlichen Orientierungsaufgaben, wenn sie am zu ignorierenden Ort präsentiert werden (vgl. Vuilleumier et al., 2001). Diese Ansicht wurde durch die Beobachtung der gleichen Amygdala-Aktivierung für emotionale und neutrale Gesichter unter bestimmten Bedingungen in einer räumlichen Aufmerksamkeitsaufgabe herausgefordert (Pessoa et al., 2002), was zu der Behauptung führt, dass emotionale Reize unter Top-Down-Kontrolle stehen (Holmes et al ., 2003).

Um die zeitliche Dynamik solcher Emotions-Aufmerksamkeits-Wechselwirkungen näher zu beschreiben, wurden frequenzmarkierte evozierte Potentiale, die durch flackernde Reize hervorgerufen wurden, aufgezeichnet, die auch die Aufmerksamkeitsaufgabe während emotionaler oder neutraler Bilder des Internationalen Affektiven Bildsystems (IAPS; Lang et al., 1997) bildeten ) wurden kurz und unvorhersehbar im Hintergrund dargestellt. Wir verwendeten eine kurze Bildpräsentationszeit von 200 ms, die nur eine Fixierung erlaubt (Christianson et al., 1991), aber ausreichend für die Kategorisierung von emotionalen Inhalten ist (Thorpe et al., 1996; Schupp et al., 2004). Kurzdarstellungen und Maskierungen eignen sich daher besser für die Beurteilung der unmittelbaren affektiven Wirkung eines Stimulus ohne weitere elaborative und (emotionale) Regulationsprozesse, die längeren Präsentationszeiten innewohnen (Larson et al., 2005).

Wir haben den zeitlichen Verlauf der Ablenkung von der Vordergrund-Zielerkennungsaufgabe als Funktion des emotionalen Gehalts von Hintergrundbildern gemessen, indem wir visuell evozierte Potentiale (SSVEPs), die durch flackernde Punkte hervorgerufen werden, sowie den zeitlichen Verlauf der Detektionsraten kohärenter Bewegungsziele aufzeichnen dieser Punkte. Das SSVEP ist das oszillatorische Feldpotential, das von visuellen kortikalen Neuronen als Antwort auf einen flackernden Stimulus erzeugt wird, der neuronale Aktivität kontinuierlich mit Stimulusverarbeitung indiziert und damit ein sensitives und direktes neuronales Maß für den zeitlichen Verlauf der Zuteilung von Verarbeitungsressourcen liefert (Müller et al ., 1998; Müller, 2008; Andersen und Müller, 2010). Die Quellen des SSVEP-Signals liegen in frühen visuellen Verarbeitungsbereichen (Müller et al., 2006; Di Russo et al., 2007; Andersen et al., 2008), die denen ähnlich sind, die durch IAPS-Bilder aktiviert wurden (Bradley et al ., 2003; Moratti et al., 2004). Dies sollte zu einem maximalen Wettbewerb um Verarbeitungsressourcen führen, die bei neuralen Aktivierungsmustern überlappen (Desimone und Duncan, 1995).

 

Materialen und Methoden

Themen und EEG-Aufnahme

Zwanzig Rechtshänder im Alter zwischen 19 und 29 Jahren (mittleres Alter von 24,25 Jahren, 10 Frauen) mit normalem oder korrigiertem Sehvermögen gaben eine schriftliche Einverständniserklärung, und das Experiment wurde in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki durchgeführt. EEG wurde von 64 Ag-AgCl Kopfhautelektroden aufgenommen, die in einer elastischen Kappe mit einer Abtastrate von 256 Hz unter Verwendung eines BioSemi ActiveTwo Verstärkersystems (BioSemi) befestigt waren. Seitliche Augenbewegungen wurden mit einer bipolaren äußeren Augenmuskelmontage (horizontales Elektrookulogramm) überwacht. Vertikale Augenbewegungen und -blitze wurden mit einer bipolaren Montage unter und über dem rechten Auge (vertikales Elektrookulogramm) überwacht.

Stimuli und Verfahren

Stimuli wurden zentral auf einem schwarzen Hintergrund auf einem 19-Zoll-Computerbildschirm dargestellt, der auf eine Bildwiederholfrequenz von 60 Hz eingestellt war und in einem Abstand von 80 cm betrachtet wurde. Jedes Bild umfasste 12,8 ° × 9,6 ° Sehwinkel. Die Leuchtkraft der Versuchsanzeige betrug im Schnitt 30 cd / m² und unterschied sich nicht zwischen den Bildsätzen. Für jede Valenzkategorie wurden 45 Bilder auf der Basis von normativen Valenz- und Arousalbewertungen ausgewählt und zweimal im Experiment in zufälliger Reihenfolge (keine Wiederholung innerhalb der nächsten drei Bilder) präsentiert, was zu 90 Studien pro Zustand führte. Die Bildkategorien unterschieden sich hinsichtlich der normativen Selbsteinschätzung der Bewertungen der Valenz und Arousal (neutral: 5,70 und 3,76; angenehm: 7,30 und 5,60; unangenehm: 2,22 und 6,21). Die durchschnittlichen RGB-Werte der drei Bildsätze wurden in einem zweistufigen Prozess entzerrt: Bilder wurden ausgewählt, um die Unterschiede der durchschnittlichen RGB-Werte zu minimieren. Alle verbleibenden Unterschiede wurden dann entfernt, indem die RGB-Werte jedes Bildes in einem Satz mit dem Verhältnis der durchschnittlichen RGB-Werte über alle Bilder dividiert durch die durchschnittlichen RGB-Werte für diesen Satz multipliziert wurden. Für eine Basismessung und eine Kontrollbedingung verwendeten wir verschlüsselte Versionen dieser Bilder. Das Scrambeln von Bildern wurde durch eine Fourier-Transformation jedes Bildes durchgeführt, was die Amplituden- und Phasenkomponenten ergab. Das ursprüngliche Phasenspektrum wurde dann durch zufällige Phasenwerte ersetzt, bevor die neuen verschlüsselten Bilder mit einer inversen Fourier-Transformation wiederhergestellt wurden. Als Konsequenz hatten verschlüsselte Bilder das gleiche Amplitudenspektrum wie das Originalbild; d. h., sie waren in den globalen physikalischen Eigenschaften gleich, während alle inhaltsbezogenen Informationen gelöscht wurden.
Bei jedem Versuch flackerten 100 gelbe Punkte mit einer Rate von 10 Hz (jeder Punkt hatte eine Größe von 0,6 ° × 0,6 ° des Sichtwinkels) und wurden zusammen mit dem Hintergrundbild für eine Periode von 4100 ms (dh 41 Zyklen, jeweils mit 3 Frames “on” und 3 Frames “off”). Bei jedem Auffrischungsrahmen (d. H. Alle 16,67 ms) bewegte sich jeder Punkt in einer zufälligen Richtung (hoch, runter, links oder rechts) um 0,04º. Diese völlig zufällige Bewegung wurde durch kurze Intervalle (3 Zyklen von 10 Hz oder 300 ms) kohärenter Bewegung (35% Kohärenz) in einer der vier Himmelsrichtungen (Ziele) unterbrochen. Die Probanden wurden angewiesen, bei Erkennung solcher Ziele mit kohärenter Bewegung einen Knopf zu drücken. In jedem Versuch konnten zwischen null und vier kohärente Bewegungsziele unvorhersehbar für das Subjekt auftreten. Während des gesamten Experiments war das Auftreten solcher Ziele gleichmäßig über alle experimentellen Bedingungen verteilt. Um eine zeitkritische Analyse der Verhaltensdaten vor und nach der Bildveränderung zu ermöglichen, wurden die Ziele gleichmäßig über die gesamte Versuchsdauer in kleinen Zeitabschnitten von jeweils einem Zyklus oder 100 ms verteilt.
Jeder Versuch begann mit der simultanen Präsentation einer verschlüsselten Version des IAPS-Bildes und der gelben Punkte (Abb. 1). Um die Unvorhersehbarkeit der ersten Bildänderung zu gewährleisten, wurde der Zeitpunkt der Änderung zufällig einem frühen (13% der Versuche, 300-1200 ms), mittleren (60% der Versuche, 1300-2100 ms) oder späten (27 % der Versuche, 2200-4100 ms) Zeitfenster nach Beginn des Stimulus. Der relativ kleine Anteil der Versuche in den frühen und späten Zeitfenstern diente als “Fangversuche” und wurde nicht in die Analyse einbezogen. Insgesamt bestand das Experiment aus 10 Versuchsblöcken zu je 60 Versuchen, wobei nur die 360 ​​Versuche mit einem Bildwechsel im mittleren Zeitfenster in die Analyse eintraten.
Um einen abrupten Beginn oder Versatz der Hintergrundbilder zu vermeiden, die möglicherweise ein visuell evoziertes Potential hervorgerufen hätten, das die SSVEP-Amplitude hätte stören können, wurde die Bildänderung (hin und zurück) schrittweise durchgeführt. Über vier Einzelbildern wurde ein gewichteter Durchschnitt von verwürfeltem und ursprünglichem Bild dargestellt, wobei das Gewicht für das Bild um 20% pro Bild erhöht wurde (d. H. 20%, 40%, 60% und 80%). Der Beginn des Bildes wurde als der erste Zeitpunkt definiert, zu dem das Gewicht für das Bild 50% überstieg (d. H. Das dritte Bild mit einem Gewicht von 60%). Für den Bildversatz wurde die umgekehrte Reihenfolge der gewichteten Bilder dargestellt. Somit war eine vollständige 100% -Ansicht des Bildes nur für 133 ms vorhanden.
Um zu testen, ob eine Veränderung des Hintergrunds per se die Aufmerksamkeit von der Vordergrundaufgabe ablenkt, haben wir eine Bedingung eingefügt, bei der das Scrambled-Bild kurz wie konkrete Bilder in ein anderes Scrambling-Bild geändert und dann wieder in ein neues Scrambled geändert wird

Quelle:  Matthias M. Mu ̈ller, 1 * Søren K. Andersen, 1,2 * und Catherine Hindi Attar1,3  1Institut für Psychologie, Universität Leipzig, 04103 Leipzig, Deutschland, 2Department für Neurowissenschaften, Universität von Kalifornien in San Diego, La Jolla, Kalifornien 92093, und 3Department für Systemneurowissenschaften, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, 20246 Hamburg, Deutschland