Abstract Human environments comprise various sources of distraction, which often occur unexpectedly in time. The proneness to distraction (i.e., distractibility) is posited to be independent of attentional sampling of targets, but its temporal dynamics and neurobiological basis are largely unknown. Brain oscillations in the theta band (3 – 8 Hz) have been associated with fluctuating neural excitability, which is hypothesised here to explain rhythmic modulation of distractibility. In a pitch discrimination task (N = 30) with unexpected auditory distractors, we show that distractor-evoked neural responses in the electroencephalogram and perceptual susceptibility to distraction were co-modulated and cycled approximately 3 – 5 times per second. Pre-distractor neural phase in left inferior frontal and insular cortex regions explained fluctuating distractibility. Thus, human distractibility is not constant but fluctuates on a subsecond timescale. Furthermore, slow neural oscillations subserve the behavioural consequences of a hitherto largely unexplained but ever-increasing phenomenon in modern environments – distraction by unexpected sound.

Recent research posits that the cognitive system samples target stimuli in a rhythmic fashion, characterized by target detection fluctuating at frequencies of ~3-8 Hz. Besides prioritized encoding of targets, a key cognitive function is the protection of working memory from distractor intrusion. Here, we test to which degree the vulnerability of working memory to distraction is rhythmic. In an Irrelevant-Speech Task, N = 23 human participants had to retain the serial order of nine numbers in working memory while being distracted by task-irrelevant speech with variable temporal onsets. The magnitude of the distractor-evoked N1 component in the event-related potential as well as behavioural recall accuracy, both measures of memory distraction, were periodically modulated by distractor onset time in approximately 2-4 cycles per second (Hz). Critically, an underlying 2.5-Hz rhythm explained variation in both measures of distraction such that stronger phasic distractor encoding mediated lower phasic memory recall accuracy. In a behavioural follow-up experiment, we tested whether these results would replicate in a task design without rhythmic presentation of target items. Participants (N = 6 with on average >2,500 trials, each) retained two line-figures in memory while being distracted by acoustic noise of varying onset across trials. In agreement with the main experiment, the temporal onset of the distractor periodically modulated memory performance. Together, these results suggest that during working memory retention, the human cognitive system implements distractor suppression in a temporally dynamic fashion, reflected in ~400-ms long cycles of high versus low distractibility.

Abstract The detection of temporally unpredictable visual targets depends on the preceding phase of alpha oscillations (~7-12 Hz). In audition, however, such an effect seemed to be absent. Due to the transient nature of its input, the auditory system might be particularly vulnerable to information loss that occurs if relevant information coincides with the low excitability phase of the oscillation. We therefore hypothesised that effects of oscillatory phase in audition will be restored if auditory events are made task-irrelevant and information loss can be tolerated. To this end, we collected electroencephalography (EEG) data from 29 human participants (21F) while they detected pure tones at one sound frequency and ignored others. Confirming our hypothesis, we found that the neural response to task-irrelevant but not to task-relevant tones depends on the pre-stimulus phase of neural oscillations. Alpha oscillations modulated early stages of stimulus processing, whereas theta oscillations (~3-7 Hz) affected later components, possibly related to distractor inhibition. We also found evidence that alpha oscillations alternate between sound frequencies during divided attention. Together, our results suggest that the efficacy of auditory oscillations depends on the context they operate in, and demonstrate how they can be employed in a system that heavily relies on information unfolding over time. Significance Statement The phase of neural oscillations shapes visual processing, but such an effect seemed absent in the auditory system when confronted with temporally unpredictable events. We here provide evidence that oscillatory mechanisms in audition critically depend on the degree of possible information loss during the oscillation’s low excitability phase, possibly reflecting a mechanism to cope with the rapid sensory dynamics that audition is normally exposed to. We reach this conclusion by demonstrating that the processing of task-irrelevant but not task-relevant tones depends on the pre-stimulus phase of neural oscillations during selective attention. During divided attention, cycles of alpha oscillations seemed to alternate between possible acoustic targets similar to what was observed in vision, suggesting an attentional process that generalises across modalities.

Distraction is ubiquitous in human environments. Distracting input is often predictable, but we do not understand whether and under which circumstances humans form and employ predictions about the identity of an expected distractor. Here we ask whether predictable distractors are able to reduce uncertainty in updating the internal predictive model. We show that utilising a predictable distractor identity is not fully automatic but in part dependent on available resources. In an auditory spatial n-back task, listeners (n = 33) attended to spoken numbers presented to one ear and detected repeating items. Distracting numbers presented to the other ear either followed a predictable (i.e., repetitive) sequence or were unpredictable. We used electroencephalography (EEG) to uncover neural responses to predictable versus unpredictable auditory distractors, as well as their dependence on perceptual and cognitive load. Neurally, unpredictable distractors induced a sign-reversed lateralization of pre-stimulus alpha oscillations (~10 Hz) and larger amplitude of the stimulus-evoked P2 event-related potential component. Under low versus high memory load, distractor predictability increased the magnitude of the frontal negativity component. Behaviourally, predictable distractors under low task demands (i.e., good signal-to-noise ratio and low memory load) made participants adopt a less conservative (i.e., more optimal) response strategy. We conclude that predictable distractors decrease uncertainty and reduce the need for updating the internal predictive model. In turn, unpredictable distractors mislead proactive spatial attention orientation, elicit larger neural responses and put higher demand on memory.