視覺(jué)工作記憶不同負(fù)載下腦電網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞特性研究.pdf

1、目的:
　　工作記憶（Working Memory，WM）是重要的認(rèn)知功能之一，工作記憶行為學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)工作記憶負(fù)載增加到極限時(shí)，工作記憶行為學(xué)的錯(cuò)誤率顯著增加，發(fā)生以上現(xiàn)象的神經(jīng)機(jī)制是什么？本論文從健康受試者在Sternberg范式不同工作記憶負(fù)載下多通道腦電（electroencephalograph，EEG）網(wǎng)絡(luò)信息傳遞的角度，研究在工作記憶負(fù)載增加時(shí)EEG因果網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞效率、因果流和信息流的變化規(guī)律，來(lái)理解當(dāng)負(fù)載增加

2、到極限時(shí)工作記憶行為學(xué)錯(cuò)誤率明顯增加的腦網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。
　　方法:
　　1.行為學(xué)數(shù)據(jù)：記錄分析在工作記憶負(fù)載分別為1、3、5、7和9時(shí)受試者的反應(yīng)時(shí)間和行為學(xué)正確率。
　　2. EEG數(shù)據(jù)：16名健康受試者（年齡在22-32歲之間）在執(zhí)行工作記憶負(fù)載分別為1、3、5、7和9的Sternberg工作記憶范式的16通道腦電。每個(gè)記憶負(fù)載下240次實(shí)驗(yàn)的EEGs數(shù)據(jù)。
　　3. EEGs信號(hào)預(yù)處理：去除原始記錄EEGs中

3、的基線漂移、工頻干擾等環(huán)境噪聲，以及眼動(dòng)造成的偽跡等。
　　4. EEGs的時(shí)頻分析：計(jì)算每個(gè)通道的能量空間分布，提取EEGs的特征通道。應(yīng)用短時(shí)傅里葉變換對(duì)特征通道的EEGs進(jìn)行時(shí)頻分析，研究工作記憶特征頻段，提取EEGs的特征頻段分量。
　　5. EEGs特征頻段（θ）分量的定向傳遞函數(shù)（directed transform function，DTF）：應(yīng)用多變量頻域Granger因果分析，計(jì)算在工作記憶負(fù)載分別為1、3

4、、5、7和9時(shí)EEGsθ分量所有通道從j到i的DTFij值和DTF值。
　　6.網(wǎng)絡(luò)的全局效率Eglob：基于DTFij構(gòu)建的EEG網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算在工作記憶負(fù)載分別為1、3、5、7和9時(shí)網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞全局效率Eglob。
　　7.加權(quán)因果流：應(yīng)用DTFij值加權(quán)因果流，計(jì)算每個(gè)通道的加權(quán)因果流。
　　8.信息流：基于DTFij計(jì)算從第j通道到第i通道的信息流值，應(yīng)用DTFij值中前5％大的值，在信息流圖中表示從第j通道到第

5、i通道信息流的大小和方向。
　　結(jié)果:
　　1.工作記憶行為學(xué)
　　反應(yīng)時(shí)間：工作記憶負(fù)載分別為1、3、5、7和9時(shí)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為469.98±20.47 ms、536.51±17.89 ms、580.66±24.83 ms、622.24±18.25 ms和759.43±32.34 ms，工作記憶負(fù)載9比7反應(yīng)時(shí)間顯著增加（p<0.01）。
　　行為學(xué)正確率：工作記憶負(fù)載分別為1、3、5、7和9時(shí)對(duì)應(yīng)的行為學(xué)正

6、確率為99.72±0.25%、99.04±0.51%、98.35±0.49%、97.19±0.45%、93.34±0.91%，工作記憶負(fù)載9比7行為學(xué)正確率顯著降低（p<0.001）。
　　2. EEGs能量的空間分布和時(shí)頻分布
　　EEGs的能量集中在工作記憶過(guò)程中的記憶保持期，在此期間能量主要集中在θ頻段，通道Fz能量最大。
　　3. EEG因果網(wǎng)絡(luò)信息傳遞全局效率Eglob
　　基于DTFij構(gòu)建EEG因果

7、網(wǎng)絡(luò)，在記憶負(fù)載分別為1、3、5、7和9時(shí)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)信息傳遞全局效率 Eglob為0.0203±0.0007、0.0216±0.0007、0.0230±0.0003、0.0232±0.0005、0.0203±0.0010，工作記憶負(fù)載9比7全局效率Eglob顯著降低（p<0.05）。
　　4.因果流
　　在記憶負(fù)載分別為1、3、5、7和9時(shí)通道Fz的因果流為最大的正值分別為0.2567±0.0581、0.4361±0.087

8、2、0.5676±0.1055、0.9092±0.1313和0.5715±0.1239，正值因果流總和在工作記憶負(fù)載分別為1、3、5、7和9時(shí)分別為1.5057±0.0836、1.6098±0.0856、1.8664±0.1083、2.0112±0.1202、1.6861±0.1486，工作記憶負(fù)載9比7因果流顯著降低（p<0.05）。
　　5.信息流
　　最大信息流從 Fz通道流出，工作記憶負(fù)載9比7信息流顯著降低（p<0

9、.01）。
　　結(jié)論:
　　1.當(dāng)工作記憶負(fù)載從7到9時(shí)，反應(yīng)時(shí)間顯著增加，行為學(xué)錯(cuò)誤顯著增加，揭示負(fù)載7是工作記憶極限負(fù)載。
　　2.工作記憶腦電特征頻段是θ頻段。
　　3. EEG網(wǎng)絡(luò)全局效率Eglob在工作記憶負(fù)載1、3、5、7時(shí)隨負(fù)載增加而增加，負(fù)載為9時(shí)Eglob顯著下降，揭示工作記憶負(fù)載到極限時(shí)行為學(xué)錯(cuò)誤顯著增加的腦網(wǎng)絡(luò)信息傳遞效率下降機(jī)制。
　　4.所有因果流為正值的通道為因果源，它們的因果流