基于改进的Sternberg工作记忆实验的脑电信号分析

【摘要】： 工作记忆是能够短暂存储任务相关信息并能对其进行加工处理的认知系统,被认为是许多高级认知功能的基础。然而,人们尚未完全了解工作记忆的网络结构和工作机理。脑电图(Electroencephalograph, EEG)反应了大脑神经元细胞的电活动,是对工作记忆进行研究一种重要途径。为了研究工作记忆,我们对10名志愿者进行了改进的Sternberg工作记忆实验,并在实验过程中对头皮脑电信号进行了采集。对于工作记忆回想期,我们提取了事件相关电位(Event-related potential, ERP)信号并对记忆负载相关差异进行了源定位；对于工作记忆保存期,我们先对头皮脑电信号进行了谱分析,然后建立了一个偶极子源模型将头皮脑电信号映射到了源空间,并对源信号进行了谱分析、相干性分析和Granger因果检验。分析结果表明(1)记忆负载相关ERP的源位于前扣带皮质区和左侧运动区；(2)记忆负载相关alpha波的源位于双侧枕中回附近；(3)随着记忆负载量的增加,整个大脑区域之间alpha波的相干性都有增强,但最为显著的增强为左侧额前叶与枕叶之间的连接；(4)左侧额前叶区和左侧颞叶区对枕叶区的影响随记忆负载量的升高而增强。依据本文的结果和之前的研究,我们推断(1)前扣带皮质区是工作记忆网络的重要组成部分；(2)记忆负载相关alpha波反应了工作记忆保存阶段对视觉区的抑制；(3)左侧额前叶区和左侧颞叶区可能是驱动alpha波能量增强的高级区域。本文的研究为进一步解释工作记忆的网络结构和工作机理提供了新的依据。