پارادایم چیست؛ پاردایم ادبال؛ سنجش فانکشن‌ های مختلف توسط oddball

پارادایم چیست

پارادایم (Paradigm) در علوم تجربی، به یک الگوی استاندارد، ساختار یا چارچوب گفته می‌شود که برای طراحی، اجرا و تفسیر آزمایش‌ها به کار می‌رود.
پارادایم مشخص می‌کند:

• چه محرک‌هایی ارائه می‌شوند،

• چگونه محرک‌ها ارائه می‌شوند (ترتیب، فراوانی، شرایط)،

• چه پاسخ‌هایی انتظار می‌رود،

• و چه متغیرهایی اندازه‌گیری یا تحلیل می‌شوند.

در واقع، پارادایم یک روش تکرارپذیر برای مطالعه‌ی یک فرایند ذهنی یا رفتاری است.

در علوم شناختی و عصب‌شناسی:
پارادایم به ما اجازه می‌دهد که:

• پدیده‌های شناختی (مثل توجه، حافظه، تصمیم‌گیری) را در محیطی کنترل‌شده بررسی کنیم،

• داده‌های استاندارد و قابل مقایسه تولید کنیم،

• و نتایج را به صورت علمی تحلیل کنیم.

مثال ساده:

• در Oddball Paradigm، ساختار مشخص این است که بیشتر محرک‌ها معمولی‌اند و گاهی یک محرک غیرمعمول می‌آید. پاسخ به این تغییر را می‌سنجیم.

• در Stroop Paradigm، شرکت‌کننده باید رنگ کلمه را بگوید نه معنای آن، که باعث بررسی تداخل شناختی می‌شود.

پارادایم Oddball

به Oddball یک پارادایم گفته می‌شود چون یک الگوی طراحی تجربی (Experimental Design Framework) است که به طور سیستماتیک نحوه ارائه محرک‌ها و پاسخ به آن‌ها را تعریف می‌کند، با هدف مطالعه‌ی فرایندهای شناختی خاص، مثل توجه، تشخیص تغییر یا خطای پیش‌بینی.

کمی دقیق‌تر:
در علم اعصاب و روانشناسی شناختی، پارادایم به یک الگوی تکرارپذیر و ساختارمند آزمایشی گفته می‌شود که اجازه می‌دهد رفتار یا پاسخ‌های مغز را در شرایط کنترل‌شده مطالعه کنیم.
Oddball Paradigm دقیقا این ویژگی‌ها را دارد:

• ساختار مشخصی برای توالی محرک‌های رایج و نادر تعریف می‌کند.

• کنترل دقیقی بر تعداد، ترتیب، و ویژگی‌های محرک‌ها اعمال می‌شود.

• یک فرضیه مشخص درباره نحوه واکنش مغز به تغییر یا نوآوری در محیط را می‌آزماید.

• قابل تکرار و اندازه‌گیری است (مثلاً از طریق EEG یا fMRI پاسخ‌های عصبی خاص مثل P300 بررسی می‌شود).

پس چون Oddball یک چارچوب منظم برای آزمایش یک سؤال شناختی خاص فراهم می‌کند و قابل استفاده در شرایط آزمایشگاهی کنترل‌شده است، آن را پارادایم می‌نامند.

oddball پارادایم غیرفعال است یا فعال

در بعضی نسخه‌های Oddball Paradigm، آزمونگر (شرکت‌کننده) هیچ دکمه‌ای فشار نمی‌دهد و فقط محرک‌ها را غیرفعال (passively) دریافت می‌کند.
این نسخه را می‌گویند Passive Oddball.

اما در بعضی دیگر از نسخه‌ها، شرکت‌کننده باید به محرک نادر فعالانه پاسخ بدهد (مثلاً دکمه بزند). این نسخه را می‌گویند Active Oddball.

خلاصه تفاوت‌ها:

ویژگی	Passive Oddball	Active Oddball
نقش آزمونگر	فقط مشاهده یا شنیدن بدون واکنش	تشخیص محرک نادر و پاسخ (مثلاً فشردن دکمه)
هدف اصلی	اندازه‌گیری واکنش مغز بدون دخالت رفتار ارادی	سنجش توجه ارادی و تصمیم‌گیری
کاربرد	بیشتر در ERPهای خودبخودی مثل MMN (Mismatch Negativity)	بیشتر در بررسی P300 و تصمیم‌گیری آگاهانه

چرا این تفاوت مهم است؟

• در Passive Oddball، مغز به طور ناخودآگاه تغییرات را پردازش می‌کند (مثلاً مولفه‌های ERP مثل MMN که بدون توجه خودآگاه اتفاق می‌افتد).

• در Active Oddball، چون آزمونگر باید دکمه بزند یا واکنش دهد، ما پاسخ‌های توجه ارادی و تصمیم‌گیری را می‌سنجیم (مثلاً P300 که به فرایندهای آگاهانه مربوط است).

نتیجه:
Oddball هم می‌تواند غیرفعال باشد (هیچ دکمه‌ای زده نمی‌شود) و هم فعال باشد (آزمونگر باید به محرک نادر پاسخ دهد). بسته به هدف آزمایش (مطالعه توجه ناخودآگاه یا آگاهانه) نوع طراحی فرق می‌کند.

نمونه‌ی کلاسیک از Passive Oddball

حالا برات یک نمونه‌ی کلاسیک از Passive Oddball برای ثبت Mismatch Negativity (MMN) در EEG را دقیق توضیح می‌دهم:

نمونه کلاسیک Passive Oddball Paradigm برای MMN:

هدف:
سنجش Mismatch Negativity (MMN)، یعنی پاسخ ناخودآگاه مغز به محرک‌هایی که پیش‌بینی نمی‌شوند یا متفاوت هستند، بدون اینکه شرکت‌کننده نیاز به توجه یا پاسخ آگاهانه داشته باشد.

طراحی آزمایش:

• محرک‌های استاندارد: ۸۵٪ مواقع، یک صدای ساده ارائه می‌شود. مثلاً یک تن صوتی (Tone) با فرکانس ۱۰۰۰ هرتز، به مدت ۵۰ میلی‌ثانیه.

• محرک‌های نادر (Deviant stimuli): ۱۵٪ مواقع، یک صدای متفاوت ارائه می‌شود. مثلاً یک تن ۱۱۰۰ هرتزی یا یک تن بلندتر یا با طول زمانی متفاوت (مثلاً ۷۵ میلی‌ثانیه).

• دستور به شرکت‌کننده:

  • شرکت‌کننده باید روی یک کار دیگر تمرکز کند (مثلاً یک فیلم بی‌کلام تماشا کند یا کتاب بی‌صدایی ورق بزند).

  • به او گفته می‌شود که به صداها توجه نکند.

ویژگی مهم:

• هیچ دکمه‌ای فشار داده نمی‌شود.

• آزمونگر حتی ممکن است متوجه تغییر در صداها هم نشود، ولی مغز او این تغییرات را پردازش می‌کند و سیگنال MMN تولید می‌کند.

اندازه‌گیری:

• EEG به صورت پیوسته ثبت می‌شود.

• سیگنال‌های مغزی زمان‌بندی شده با ارائه محرک تحلیل می‌شوند.

• تفاوت بین پاسخ به محرک‌های استاندارد و محرک‌های نادر استخراج می‌شود: این تفاوت همان MMN است (که حدود ۱۰۰-۲۵۰ میلی‌ثانیه بعد از محرک ظاهر می‌شود).

خلاصه ویژگی‌های طراحی Passive Oddball برای MMN:

• شرکت‌کننده غیرفعال است.

• هیچ پاسخ رفتاری لازم نیست.

• ثبت تغییرات خودکار مغز به محرک‌های نادر.

• بیشتر برای مطالعات توجه ناخودآگاه، پردازش پیش‌بینی، و بررسی آسیب‌های شناختی اولیه (مثل در اسکیزوفرنی یا دمانس).

آیا Oddball اشاره به فاکشن خاصی دارد

Oddball خودش مستقیماً به یک “فانکشن” یا کارکرد شناختی خاص اشاره نمی‌کند،
بلکه یک طراحی آزمایشی است که بسته به نحوه‌ی اجرای آن، می‌تواند کارکردهای شناختی مختلفی را اندازه‌گیری کند.

توضیح دقیق‌تر:
Oddball Paradigm ابزاری است برای بررسی چندین فانکشن شناختی مهم، از جمله:

• تشخیص تغییر (Change detection)

• توجه انتخابی (Selective attention)

• توجه پایدار (Sustained attention)

• پیش‌بینی و پردازش پیش‌بینی‌نقضی (Prediction error processing)

• به‌روزرسانی حافظه کاری (Updating working memory)

• تصمیم‌گیری آگاهانه (در نسخه‌های Active Oddball)

اما خود اصطلاح “Oddball” فقط به ساختار ارائه‌ی محرک‌های رایج و نادر اشاره دارد،
نه به یک کارکرد شناختی خاص.

مثال‌ها بسته به نوع Oddball:

نوع Oddball	فانکشن اصلی اندازه‌گیری شده
Passive Oddball (مثلاً MMN)	پردازش خودکار تغییر و پیش‌بینی‌نقضی بدون توجه آگاهانه
Active Oddball (مثلاً P300)	توجه ارادی، تصمیم‌گیری، حافظه کاری

پس جمع‌بندی:

• Oddball = طراحی آزمایشی (نه فانکشن شناختی).

• بسته به هدف مطالعه، می‌توان فانکشن‌های مختلفی را با این پارادایم سنجید.

سنحش جنبه‌های حس حرکت و هیجان با Oddball Paradigm

تا حدی می‌توان جنبه‌های «حس حرکت» و «هیجان» را با نسخه‌های خاصی از Oddball Paradigm سنجید، ولی این نیاز به طراحی ویژه‌ی محرک‌ها و تحلیل دقیق‌تر داده‌ها دارد.
بذار دقیق‌تر باز کنم:

۱. حس حرکت (Motion Perception) و Oddball:

• اگر محرک‌های استاندارد و نادر را حرکتی طراحی کنیم (مثلاً نقطه‌هایی که در یک جهت خاص حرکت می‌کنند و ناگهان جهت‌شان عوض می‌شود)، می‌توانیم با Oddball تغییرات حرکت را بررسی کنیم.

• برخی مطالعات از Motion Oddball Paradigm استفاده کرده‌اند که در آن تغییر ناگهانی در جهت حرکت، سرعت، یا الگوی حرکتی باعث ایجاد پاسخ‌های مغزی مانند MMN بصری (vMMN) یا حتی P300 می‌شود.

• این طراحی به ما امکان می‌دهد تشخیص تغییر حرکتی ناخودآگاه یا توجه به تغییرات در حرکت را بررسی کنیم.

مثال:

• اکثر نقطه‌ها به سمت راست حرکت می‌کنند (محرک استاندارد)، ولی گاهی ناگهان به چپ حرکت می‌کنند (محرک نادر).

۲. هیجان (Emotion) و Oddball:

• اگر محرک‌های استاندارد عاطفی خنثی باشند (مثلاً چهره‌های خنثی) و محرک‌های نادر هیجانی (مثلاً چهره‌های ترسیده یا خشمگین)، می‌توانیم ببینیم مغز چگونه به محرک‌های هیجانی نادر واکنش نشان می‌دهد.

• این مدل را Emotional Oddball Paradigm می‌نامند.

• این نوع طراحی معمولاً تغییر در پاسخ‌های ERP مثل بزرگ‌تر شدن P300 یا تغییر در سیگنال‌های fMRI در مناطقی مثل آمیگدالا (Amygdala) و قشر پیش‌پیشانی (Prefrontal Cortex) را نشان می‌دهد.

مثال:

• ۸۰٪ چهره‌های خنثی ← ۲۰٪ چهره‌های ترسیده ← پاسخ مغزی به چهره ترسیده بررسی می‌شود.

پس:

• اگر طراحی محرک‌ها حرکتی باشد ← می‌توانیم حس حرکت را بسنجیم.

• اگر طراحی محرک‌ها هیجانی باشد ← می‌توانیم پردازش هیجان را بسنجیم.

اما:
باید دقت کنیم که طراحی استاندارد Oddball (که فقط روی تغییر ساده مثل فرکانس یا رنگ تمرکز دارد) این جنبه‌ها را نمی‌سنجد. نیاز به طراحی ویژه‌ی محرک‌ها و تحلیل‌های خاص دارد.

سنجش جنبه‌های شناختی و عاطفی توسط Oddball Paradigm

Oddball Paradigm می‌تواند هم جنبه‌های شناختی و هم جنبه‌های عاطفی پردازش مغز را بسنجد، بسته به اینکه چه نوع محرک و چه نوع تحلیلی به کار ببری.

الان برات دقیق و طبقه‌بندی شده توضیح می‌دهم:

۱. جنبه‌های شناختی (Cognitive Aspects) با Oddball:

محرک‌های خنثی (مثل بوق ساده یا تصویر خنثی) ← در طراحی استاندارد Oddball

• توجه انتخابی (Selective Attention):
  مغز باید فرق بین محرک‌های رایج و نادر را تشخیص بدهد.

• به‌روزرسانی حافظه کاری (Working Memory Updating):
  وقتی یک محرک غیرمنتظره می‌آید، اطلاعات جدید باید در حافظه کاری ثبت شود.

• تصمیم‌گیری آگاهانه (Conscious Decision-Making):
  به ویژه در Active Oddball که شرکت‌کننده باید تصمیم بگیرد که آیا پاسخ بدهد یا خیر.

• تشخیص خطا یا نقض پیش‌بینی (Prediction Error Detection):
  وقتی چیزی غیرمنتظره اتفاق می‌افتد، مغز خطای پیش‌بینی را ثبت می‌کند (مثلاً MMN در حالت Passive).

سیگنال‌های EEG یا fMRI مربوط به این پردازش‌ها:

• مولفه‌های ERP مثل P300 (توجه و تصمیم‌گیری)

• مولفه MMN (تشخیص ناخودآگاه تغییر)

• فعال‌سازی نواحی مثل cingulate cortex و prefrontal cortex

۲. جنبه‌های عاطفی (Emotional Aspects) با Oddball:

محرک‌های هیجانی (مثل چهره‌های خشمگین یا ترسیده) ← در طراحی Emotional Oddball

• پردازش خودکار هیجان (Automatic Emotional Processing):
  مغز بدون دستور آگاهانه می‌تواند به محرک‌های عاطفی واکنش سریع نشان دهد.

• اولویت‌بندی توجه به هیجان (Emotional Attention Bias):
  معمولاً مغز توجه بیشتری به محرک‌های تهدیدآمیز یا بار هیجانی زیاد نشان می‌دهد.

• تنظیم هیجان (Emotion Regulation):
  گاهی مطالعات بررسی می‌کنند که چطور مغز می‌تواند پاسخ خود را به محرک‌های هیجانی کنترل کند.

سیگنال‌های EEG یا fMRI مربوط به این پردازش‌ها:

• تقویت پاسخ P300 به محرک‌های هیجانی

• تغییر فعالیت در ساختارهایی مثل amygdala، insula، و ventromedial prefrontal cortex.

مثال خلاصه:

نوع Oddball	جنبه شناختی	جنبه عاطفی
Standard Oddball (بوق ساده)	توجه، حافظه کاری، تصمیم‌گیری	نه
Emotional Oddball (چهره ترسیده)	توجه هیجانی، خطای پیش‌بینی هیجانی	پردازش هیجان، تنظیم هیجان

نتیجه کلیدی:

• اگر محرک‌های خنثی استفاده شود ← بیشتر جنبه‌های شناختی سنجیده می‌شود.

• اگر محرک‌های هیجانی اضافه شود ← می‌توان هم جنبه‌های شناختی و هم عاطفی را با Oddball بررسی کرد.

در ادامه یک طرح آزمایشی برایت می‌نویسم که هم جنبه‌های شناختی و هم جنبه‌های عاطفی را همزمان با Oddball Paradigm بررسی کند:

طرح پیشنهادی: Emotional-Cognitive Oddball Task

هدف:
بررسی تعامل بین توجه شناختی و پردازش هیجان در مواجهه با تغییرات غیرمنتظره‌ی محرک‌ها.

طراحی محرک‌ها:

• محرک‌های استاندارد (Frequent stimuli):

  • تصویر چهره‌های خنثی (مثلاً چهره‌های بدون احساس خاص، با نورپردازی یکنواخت).

  • فرکانس نمایش: حدود ۷۰٪ از کل محرک‌ها.

• محرک‌های نادر شناختی (Cognitive deviants):

  • چهره‌های خنثی ولی با رنگ پس‌زمینه متفاوت (مثلاً پس‌زمینه سبز به جای سفید).

  • فرکانس نمایش: حدود ۱۵٪.

• محرک‌های نادر هیجانی (Emotional deviants):

  • چهره‌های هیجانی (مثلاً چهره ترسیده یا خشمگین) روی همان پس‌زمینه استاندارد.

  • فرکانس نمایش: حدود ۱۵٪.

وظیفه شرکت‌کننده:

• فقط زمانی که یک محرک نادر شناختی (یعنی تغییر رنگ پس‌زمینه) را دید، دکمه‌ای فشار دهد.

• وقتی محرک‌های هیجانی ظاهر می‌شوند، هیچ دکمه‌ای نزند (فقط آن‌ها را ببیند).

• به شرکت‌کننده گفته می‌شود که فقط روی پس‌زمینه تمرکز کند و به حالت چهره توجه نکند.

ثبت داده‌ها:

• EEG یا fMRI ثبت می‌شود.

• سیگنال‌های ERP مثل P300 برای محرک‌های شناختی بررسی می‌شود.

• پاسخ مغزی خودکار (مثلاً در آمیگدالا یا افزایش Late Positive Potential – LPP) برای محرک‌های هیجانی اندازه‌گیری می‌شود.

چرا این طراحی خوب است؟

• محرک‌های شناختی (رنگ پس‌زمینه متفاوت) ← فعال شدن سیستم‌های توجه شناختی و حافظه کاری.

• محرک‌های هیجانی (چهره‌های ترسیده/خشمگین) ← فعال شدن خودکار سیستم پردازش هیجان.

• تعامل این دو سیستم (شناختی و هیجانی) را همزمان می‌توان تحلیل کرد.

• می‌توان بررسی کرد که آیا هیجان باعث اختلال در پاسخ‌های شناختی می‌شود یا خیر.

نکته مهم در تحلیل داده‌ها:

• مقایسه دامنه و تأخیر P300 بین محرک‌های شناختی و محرک‌های هیجانی.

• بررسی تغییرات فعالیت در آمیگدالا و قشر پیش‌پیشانی در پاسخ به چهره‌های هیجانی.

خلاصه تصویری طراحی:

نوع محرک	ویژگی	پاسخ مورد انتظار
چهره خنثی با پس‌زمینه عادی	استاندارد	بدون پاسخ
چهره خنثی با پس‌زمینه متفاوت	نادر شناختی	دکمه فشردن + P300
چهره هیجانی با پس‌زمینه عادی	نادر هیجانی	بدون دکمه، ولی پاسخ عاطفی مغزی

در ادامه یک نسخه‌ی دقیق‌تر هم طراحی می‌کنیم که شامل تعداد محرک‌ها، طول هر آزمون، فاصله‌ی بین محرک‌ها (ISI)، و تحلیل آماری پیشنهادی هم باشد؟ (مثلاً ایده برای تعداد افراد مورد نیاز در نمونه و روش تحلیل EEG یا fMRI؟)

طراحی نهایی آزمایش Emotional-Cognitive Oddball

۱. شرکت‌کنندگان (Participants):

• تعداد: حداقل ۲۵ تا ۳۰ نفر (برای قدرت آماری خوب در ERP یا fMRI)

• سن: ۱۸–۳۵ سال

• ملاک‌ها: بینایی طبیعی یا اصلاح‌شده، بدون اختلالات عصبی یا روانشناختی.

۲. محرک‌ها (Stimuli):

• چهره‌های خنثی و هیجانی انتخاب‌شده از بانک‌های استاندارد (مثل NimStim یا FACES database).

• پس‌زمینه: سفید (استاندارد) و سبز (نادر شناختی).

• تعداد محرک‌ها:

  • ۲۴۰ محرک در کل (تقریباً ۲۰ دقیقه طول آزمایش)

نوع محرک	نسبت	تعداد تقریبی
چهره‌های خنثی، پس‌زمینه سفید (استاندارد)	۷۰٪	~۱۶۸
چهره‌های خنثی، پس‌زمینه سبز (نادر شناختی)	۱۵٪	~۳۶
چهره‌های هیجانی، پس‌زمینه سفید (نادر هیجانی)	۱۵٪	~۳۶

۳. طراحی آزمایشی (Procedure):

• هر محرک به مدت ۵۰۰ میلی‌ثانیه روی صفحه نمایش داده می‌شود.

• فاصله بین محرک‌ها (Inter-Stimulus Interval – ISI): ۹۰۰–۱۱۰۰ میلی‌ثانیه (متغیر برای جلوگیری از پیش‌بینی).

• ترتیب نمایش تصادفی (Randomized).

دستور به شرکت‌کننده:

• “اگر پس‌زمینه سبز دیدی، فوراً دکمه را فشار بده.”

• “به حالت چهره‌ها کاری نداشته باش.”

۴. ثبت داده‌ها (Recording):

• EEG:

  • با کلاه ۶۴ کاناله یا بیشتر.

  • ثبت مداوم، فیلتر پایین (Low-pass filter) روی ۳۰–۴۰ Hz.

• یا fMRI:

  • TR=2s، resolution مناسب برای مناطق آمیگدالا و پیش‌پیشانی.

۵. تحلیل داده‌ها (Data Analysis):

برای EEG:

• استخراج ERP برای سه نوع محرک (استاندارد، نادر شناختی، نادر هیجانی).

• تحلیل دامنه و تأخیر:

  • P300: در پاسخ به محرک‌های نادر شناختی (دکمه‌فشاری).

  • LPP یا Late Positive Potential: در پاسخ به محرک‌های هیجانی (عاطفی).

• مقایسه آماری (مثلاً با Repeated Measures ANOVA).

برای fMRI:

• بررسی BOLD response در:

  • Prefrontal Cortex (کنترل شناختی)

  • Amygdala (پردازش هیجان)

• تحلیل interaction بین نوع محرک و فعالیت مغزی.

۶. فرضیات اصلی (Hypotheses):

• P300 برای محرک‌های شناختی بزرگ‌تر از استاندارد خواهد بود.

• محرک‌های هیجانی نسبت به استاندارد، افزایش LPP یا فعالیت بیشتر در آمیگدالا ایجاد خواهند کرد.

• ممکن است مواجهه با محرک‌های هیجانی باعث تاخیر یا کاهش دقت در پاسخ به محرک‌های شناختی شود (نشان‌دهنده تعامل شناخت-هیجان).

۷. مدت زمان کل آزمایش:

• حدود ۲۰–۲۵ دقیقه (شامل استراحت‌های کوتاه).

چند نکته اختیاری برای ارتقای طراحی:

• می‌توان شدت هیجان (مثلاً ترس خفیف vs. ترس شدید) را هم به عنوان یک متغیر اضافه کرد.

• در تحلیل ERP، می‌توان P200 یا N170 (مربوط به پردازش چهره) را هم تحلیل کرد.