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工作记忆(WM)是一种相对较短时间范围内的记忆形式,能够让大脑同时处理多种信息。它是位于知觉、记忆与计划交界面上的重要系统,在学习、运算、推理、语言理解和决策等复杂的认知活动中起关键作用。随着认知神经科学的发展,先进的脑成像技术已逐步成为认知心理学研究的重要工具。此外,大脑的各种功能又都是由多神经元或多脑区相互连接,相互作用来完成的。因此,采用脑成像技术,从脑网络的角度来分析工作记忆时脑区之间相互连接、相互作用关系,对研究大脑的工作方式和WM的神经加工机制都有重要意义。 本文采集人类脑电图(EEG)作为信号源,对其进行经典相干分析,构建WM功能网络(functional network),并运用图论方法分析所构建网络的拓扑特性,从而探讨工作记忆的神经机制。具体内容包括: 1)基于同步性分析的复杂网络的建立和基于图论的网络分析方法。本文采用的信号同步性分析方法是算法简单、物理含义明确的经典相干分析法。记忆状态的相干系数矩阵减去静息态矩阵,基于相干系数差值构建功能网络,简洁、直观,并且消除了无关因素的干扰。图论和复杂网络理论为WM功能网络的拓扑特性分析提供了一种系统、定量的方法。 2)实验范式设计和实验平台搭建。设计2个延迟响应任务实验,分别让受试者记忆可言辞表达的字母串和非言辞表达的抽象画,来研究WM的两个平行子系统——语音回路(phonological loop)和视空间模板(visual-spatial sketch pad),两个实验结果作为一个整体又可以探讨WM的中央执行系统(central executive)。利用脑电信号放大器,通过C++编程在Windows XP系统下开发了包括刺激呈现、信号采集放大、信号存储等模块的实验平台。 3)WM过程中的专家化脑区。通过分析WM功能网络的拓扑特性,发现大脑后颞叶(posterior temporal lobe)在WM过程中发挥着重要作用和职能。与静息态相比,WM过程中,后颞叶(T5、T6)与其它脑区的θ(4~7 Hz)相干明显增强,表明后颞叶与其它脑区的θ频段同步效应参与WM;此外,在语音回路、视空间模板的功能网络中,节点T5、T6的度差异显著,但都远高于其它节点,表明左、右后颞叶分别在语音回路、视空间模板WM中扮演着专家化区域的职能。 4)WM功能网络的性别差异(gender difference)。采集32导EEG,构建男、女WM两个子系统的功能网络,WM功能网络的拓扑特性和网络参数在性别上存在很大差异。