开源Stroop任务程序：神经科学研究的计算机化工具

软件影响13（2022）100361原始软件出版物一个开源的Stroop任务程序，包含一个转换条件来确定执行功能Jennifer L.放大图片作者：Pettersona，Said Mekarib，Myles W.a加拿大新斯科舍省哈利法克斯达尔豪西大学健康学院健康与人类行为学院运动学系b加拿大魁北克省舍布鲁克市舍布鲁克大学家庭医学系自动清洁装置关键词：认知神经科学开放科学认知灵活性脑功能A B标准Stroop任务是执行功能的常用测量方法，但很少有研究实施切换条件这是认知上的挑战，并在命名单词的颜色或单词本身之间交替。 我们提供了一个MATLAB程序，使神经科学研究人员能够进行Stroop任务的计算机化版本，包括传统和切换条件。提供了一个导出.xlsx数据文件的示例，以帮助研究人员使用此程序。代码元数据当前代码版本v3用于此代码版本的代码/存储库的永久链接https://github.com/SoftwareImpacts/SIMPAC-2022-105可复制胶囊合法代码许可证Apache许可证使用的代码版本控制系统无使用的软件代码语言、工具和服务MATLAB编译要求、操作环境和依赖关系Base MATLAB 2021 a如果可用，链接到开发人员文档/手册N/A问题支持电子邮件jenny. dal.ca1. 介绍随着年龄的增长，高级认知过程（即执行功能）会逐渐下降。执行功能包括认知灵活性、工作记忆和抑制。执行功能受损是早期特征神经认知障碍和疾病（例如，痴呆症、阿尔茨海默病等）[2、3]。已经开发了许多任务来评估执行功能[4]，其中Stroop任务是最常见的[5]。由于评估认知过程的不完善性和非执行功能的潜在干扰，某些任务（即，Stroop）实现复杂度不同的多个条件，这允许执行组件相对于处理速度的隔离（即，阅读和回答[6]。Stroop的命名或一致条件包括识别用与其含义相同的颜色书写的单词（例如，点击红色按钮，以红色字体书写单词更复杂的情况包括与颜色本身不一致的单词（例如，以绿色字体书写的单词BLUE;干扰条件）。通常情况下，参与者在实验试验之前提供了一些练习试验，并且在实验块期间记录了他们的反应时间和错误答案的数量[5]。将认知测量纳入研究计划的一个障碍可能是执行这项任务的软件程序2. Stroop任务切换条件虽然大多数研究人员在评估执行功能时通常依赖于简单的命名条件和干扰条件，但这些任务可能太容易而无法完全确定认知灵活性[7]。因此，可以对测试进行调整，以进一步增加为评估执行功能提供更大刺激的难度。具体而言，更复杂的联系人：Dalhousie University，6230 South Street，Halifax，Nova Scotia，B3H4R2，加拿大。电子邮件地址：myles. dal.ca（M.W.https://doi.org/10.1016/j.simpa.2022.100361接收日期：2022年6月21日;接收日期：2022年7月6日;接受日期：2022年7月7日2665-9638/©2022作者。由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表软件影响杂志 首页：www.journals.elsevier.com/software-impactsJ.L. Petterson，S.Mekari和M.W.软件影响13（2022）1003612Fig. 1. 切换任务期间的屏幕显示示意图。注视十字在屏幕中央显示500 ms。之后，随机生成的单词和颜色被显示（例如，红色字体中的黄色单词）。用户必须选择所显示的单词的颜色（即，红色）。在这个例子中，这对应于键盘.该单词将在屏幕上显示最长3000 ms。如果未按下任何键，则将被视为错误答案。选择一个关键点后，下一个固定形状显示。如果在切换任务中显示正方形，则这意味着必须选择与单词的含义相关联的颜色（即，绿色）。在这个例子中，对应键盘上的“I”键包括命名单词和根据单词前提供的符号选择一致/不一致颜色的组合[8，9]。虽然干扰块通常包括在管理Stroop任务中，但切换任务为测试增加了额外的复杂性[6，10]，随着年龄的增长，任务之间的认知切换能力表现出最大的减少[11]，并预测老年人的功能独立性[12]。使用功能性近红外光谱，随着条件变得更加困难，前额叶皮层氧合水平通常以正剂量反应方式增加转换条件下的反应时间与了解有氧健身和习惯性活动对老年人执行功能的影响有关[7，10，13，14]。具体而言，在最大有氧适应性较高的老年女性中（> 30 ml/kg/min），转换条件反应时间比适应性较低的老年女性（> 21 ml/kg/min）更快[10]，在从事更多习惯性中等强度体力活动的老年人中[13]，在年轻人中进行6周高强度间歇训练[15]，在老年人中进行12周中等强度训练[7]。因此，将更硬的切换条件纳入研究中可能会提供有用的信息尤其是老年人。该切换条件可用于进一步推进运动科学研究深入了解生活方式行为对认知的影响。认知通常由研究人员在各种不同的领域进行测量 可能阻碍研究人员将认知测量纳入其研究计划的主要障碍可能是进行该任务的软件程序的可用性。这在经验不足的研究人员中可能特别成问题，他们有兴趣增加认知评估来推进他们的研究计划。此外，由于大多数学术机构都有MATLAB许可证，我们的程序可能会在大学神经科学或运动学实验室设置中使用，以向学生介绍认知测量。我们的计划也可能有助于临床医生评估社区前后的认知（例如，主动老化计划）或医院康复计划（例如，心脏康复），以及其他寻找认知功能的简单测量的医学治疗程序。因此，一个易于使用的程序，在简单的命名，干扰和切换条件下测量3. 程序示例我们设计了一个MATLAB Stroop函数，它包括3个任务：简单命名，干扰和切换。要使用这个函数，需要一个免费的附加MATLAB函数：getkeywait [16]。这可以从MathWorks File Exchange下载，也包含在我们 的 GitHub 存 储 库 中 。 MATLAB 打 开 后 ， 确 保 Stroop.m 和getkeywait.m都设置在当前文件夹中。只需在命令窗口中键入“Stroop”并按Enter即可启动Stroop程序。将弹出一个输入对话框，指示选择练习条件或干预条件，然后选择简单、干扰或切换任务。除了给出错误弹出窗口以通知参与者错误选择的练习条件之外，练习和干预条件是相似的。同样，干预条件提供了在任务完成后将数据保存到Excel文件的机会，并且不会向参与者显示错误。在选择所需的任务后，选择该任务的试验次数。通常情况下，对于练习轮，我们已经实现了12个简单，12个干扰和20个切换任务。在进行干预试验时，我们实施了60个任务，其中25%的简单命名和75%的干扰组成的切换条件。我们选择将其作为一个开放的选项， 研究人员的输入，以确保小组可以改变任务的数量，以适应他们的具体研究问题。对于切换任务，需要输入所需的简单试验和干扰试验的数量。这两个输入的总和将决定切换任务的总试验当任务启动时，将弹出一个消息框，其中包含任务的说明。例如，对于切换条件：“”IF显示一个十字，点击对应于颜色的键，屏幕上显示的单词。如果显示一个正方形，请单击与屏幕上显示的单词对应的键“”。图1显示了任务期间计算机屏幕的外观示例。简单地说，首先在屏幕上显示一个固定十字（或简单切换条件下的正方形），持续500 ms，然后是单词，持续长达3000 ms。根据所用屏幕的大小，单词可能会稍微偏离中心。如果需要，这可以在代码中简单地改变（参见代码行81以获得进一步的指令）。显示的单词由4个单词（红色，蓝色，黄色或绿色）中的1与单词（简单）或颜色的含义相同的颜色干扰（Interference）。在屏幕上，将显示与颜色对应的按键。然而，我们建议在琴键上贴上彩色胶带，这样参与者就不会记住琴键了。完成后J.L. Petterson，S.Mekari和M.W.软件影响13（2022）1003613图二. 切换任务的数据输出示例。在顶行中，将显示正确、不正确、不一致和一致数据的平均值以及百分比正确的审判。下面，这个词（即，蓝色、绿色、红色、黄色）、颜色（即，蓝、绿、红、黄）、全等（即，相同的词和颜色或不同的词和颜色），以及条件（即，按下与单词颜色或单词对应的键）。每个正确和不正确试验的反应时间也会显示出来。在干预条件下，将打开一个框，要求“保存输出作为“。输出将包含列出的所有单词和颜色，单词的一致性（仅限干扰和转换），正确答案的反应时间以及错误答案的反应时间（图2）。同样，正确、不正确、一致和不一致试验的平均反应时间以及正确答案的百分比也被计算出来4. 软件影响我们设计了一个易于使用的MATLAB版本的Stroop任务与所有三个条件，纳入选项的实践审判之前，这是为那些没有编程经验的人设计的，他们可以直接进行测试和接收.xlsx文件，包含反应时间和准确度结果。代码是免费共享的，允许那些有技能的人能够根据自己的喜好定制程序。因此，该程序仅用MATLAB编写该计划将帮助感兴趣的研究人员在纳入认知评估，谁以前没有一个程序，包括多条件Stroop任务现成的。在我们的研究团队中，这项任务已被用于检查身体活动和锻炼对执行功能的影响[13，15]。未来，该软件将继续用于更好地了解衰老对认知的影响，以及治疗性生活方式策略的影响（例如，运动）对有和没有认知障碍的人群的执行功能的影响。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作确认MWO（博士）JLP（硕士MWO由新斯科舍省研究生奖学金，心脏卒中奖学金，新斯科舍省研究学者奖和Killam博士前奖学金支持。引用[1]A.M. Fjell，M.H. Sneve，H. Grydel等人，The disconnected brain and executivefunction decline in aging，Cereb Cortex 27（2017）2303http://dx.doi.org/[2] L.R. Clark，D. M. Schiehser，G.H. Weissberger等人，执行功能的具体措施预测老 年 人 的 认 知 能 力 下 降 ， J 。 Int. 神 经 心 理 学 18 （ 2012 ）118http://dx.doi.org/10.1017/S1355617711001524[3] G. 利维， D.M. 雅各布斯 M.- X. 唐先生， et 例如， 存储器 和 执行功能帕金森病患者痴呆症预测障碍混乱。17（2002）1221http://dx.doi.org/10.1002/mds.10280[4] R.C.K. Chan，D. Shum，T. Toulopoulou，E.Y.H.陈，执行功能的评估：工具的回顾和关键问题的识别，Arch.Clin.Neuropsychol。23（2008）201http://dx.doi.org/10.1016/j.acn.2007.08.010[5] C.M. 麦克劳德，斯特鲁普任务：注意力测量的黄金标准J. Exp. 心理学。将军 121（1992）12 http://dx.doi.org/10.1037/0096-3445。121.1.12.[6] S. Mekari，S.弗雷泽湖，澳-地Bosquet等人，运动强度、脑氧合和年轻人认知能力之间的关系。J.Appl.Physiol.115（2015）2189-http://dx.doi.org/10.1007/s00421-015-[7] D. Predovan，S.A.弗雷泽，M。雷诺湖Bherer，三个月的效果有 氧 训 练 对 老 年 人 斯 特 鲁 普 表 现 的 影 响 ， J. Aging Res. （ 2012 ）1http://dx.doi.org/10.1155/2012/269815[8] E.M.好吧，华盛顿特区，熟食店，SR Wetter等人，认知差异与APOE基因型作为功能正常老年个体认知功能下降的预测因子：一项纵向研究，Am.杰里亚特Psychiatry 16（2008）366http://dx.doi.org/10.1097/JGP.0b013e3181629957[9] K.A. Hutchison，D.A.Balota，J.M.Ducheck，Stroop任务切换的实用性，a marker for early-stage Alzheimerhttp://dx.doi.org/10.1037/a0018498[10] O. Dupuy，C.J. Gauthier，S.A. Fraser等人， 更高水平的心血管健康与更好的执行功能和前额叶氧合有关在年轻和年长的女性中 ，前线。Hum. Neurosci. 9（2015）http://dx.doi.org/10.3389/fnhum.2015.00066。[11]P. Verhaeghen，《老龄化与执行控制：关于死亡的报告》，夸 张 了 ， 柯 罗 。 Dir. 心 理 学 20 （ 2011 ） 174 http://dx.doi.org/10 。1177/0963721411408772。[12] L. Vaughan，K.Giovanello，日常生活中的执行功能：执行过程对日常生活工具性活动的影响，Psychol.Aging25（2010）343http://dx.doi.org/10.1037/a0017729[13] M.W. Kimmerly，S.Mekari，更大的习惯性中度至重度体力活动与老年人更好的执行功能和更高的前额氧合有关，GeroScience（2021）http://dx.doi.org/10。1007/s11357-021-00391-5。[14] S. Mekari，M.厄尔河，巴西-地Martins等人，高强度间歇训练与连续训练相比对年轻 健 康 成 人 认 知 能 力 的 影 响 ： 一 项 试 点 研 究 。 10 （ 2020 ）1http://dx.doi.org/10.3390/J.L. Petterson，S.Mekari和M.W.软件影响13（2022）1003614[15] S. Mekari，H.F.Neyedli，S.Fraser等人，高强度间歇训练改善老年人的认知灵活性，Brain Sci。10（2020）1http://dx.doi.org/[16] Jos，Getkeywait，in：MATLAB Cent. File Exch，2022，https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/8297-getkeywait。